混凝土4.23

混凝土ConcreteZhengzhouUniversity报告人简介元成方，博士后，硕士生导师，郑州大学土木工程学院任教。主要从事混凝土材料及结构耐久性、混凝土结构检测评定技术研究。参与国家级科研项目3项，省部级科研项目2项，企业科研项目3项，发表学术论文20余篇，获省级科技进步二等奖1项，企业奖1项。提纲混凝土的定义混凝土的分类混凝土的特点土木工程对混凝土的基本要求混凝土理论与技术历史混凝土材料的可持续发展混凝土的组成硬化混凝土的结构一、混凝土定义混凝土广义上泛指将一种具有胶结性质的材料和砂、石以及粉细颗粒混合并成型后，经凝固硬化而胶结成为整体的建筑材料。水泥混凝土，通常称为普通混凝土（简称混凝土），是以水泥作为浆材料而成的人造石材。concrete古罗马万神殿拱顶火山灰混凝土罗马万神殿外观火山灰混凝土一、混凝土定义中国最古老的“混凝土”甘肃省秦安县大地湾新石器时代遗址混凝土地坪“混凝土”由石灰、黄土和粗细集料配制而成。一、混凝土定义一、混凝土定义特性与施工方法：商品混凝土泵送混凝土喷射混凝土碾压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土胶凝材料：水泥混凝土石膏混凝土水玻璃混凝土沥青混凝土聚合物混凝土强度等级：普通混凝土高强度混凝土超高强混凝土二、混凝土的分类优点•耐久性好；•原材料来源丰富，价格低廉，维护费用少，经济性好；•新拌混凝土具有很好的流动性，容易成型为任意形状和尺寸的构件，可塑性好；•生产能耗较低，可利用工业废料，环保性好；•可与钢材复合使用，强度高，安全性好。•耐水、耐火缺点•性脆易裂，抗拉强度低；•自重大，养护期长，体积不稳定（随环境改变）。三、混凝土的特点•满足混凝土施工所要求的和易性，以方便施工，硬化后能得到均匀密实的混凝土；•满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载；•具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命；•满足业主或施工单位渴望的经济性要求；•满足可持续发展所必需的生态性要求。四、土木工程对混凝土的基本要求五、混凝土理论与技术的历史1824年，普通混凝土问世；18世纪中叶，钢筋加强混凝土由法国人Lambot发明；1913年，轻集料混凝土在美国出现；1926年，丹麦人雅各布森教授发明了多孔混凝土；20世纪70年代，高效减水剂和活性掺合料的开发和应用，使高强混凝土的制备技术进入新的阶段；20世纪90年代，全世界范围内掀起高性能混凝土材料的研究热潮；随着对资源、环境与材料关系的认识的不断发展，具有环境协调性和自适应特性的绿色混凝土应运而生，自20世纪90年代以来，开展了广泛深入的研究。1)原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量，多利用工业废料——绿色化；2)推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的耐久性。六、混凝土材料的可持续发展七、混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂骨料新拌混凝土60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%硬化混凝土混凝土外加剂与掺合料为改善或提高混凝土的性能水泥、粗、细骨料、水：传统混凝土的4大组分。外加剂(第5组分）能使混凝土性能和功能得到显著的改善和提高的少量物质。外加剂被认为是混凝土工艺和应用技术继19世纪中叶和20世纪初的钢筋混凝土、预应力混凝土之后的第三大突破。我国20世纪70年代受日本和西德应用外加剂的影响，开始进行外加剂的开发研究，并以减水剂为主。掺合料(第6组分)在混凝土配制时，取代部分水泥的磨细无机矿物质材料。20世纪90年代以来，我国对第6组分开展了广泛研究。七、混凝土的组成（2）骨料廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用降低水化热提供耐磨性（1）水泥浆•润滑作用——与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。•胶结作用——包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体。七、混凝土的组成（3）水混凝土中的拌和水有两个作用供水泥的水化反应赋予混凝土的和易性宏观上，混凝土是一个砂、石颗粒状骨料分布在水泥石中形成的复合结构，主要由三相构成：•砂、石骨料是混凝土的骨架——分散相；•水泥石是混凝土的基体相——连续相；•骨料与水泥石间的过渡区——界面相。八、硬化混凝土的结构混凝土体积组成：水泥石：25%左右集料：70%以上孔隙和自由水：1%-5%硬化水泥浆体界面过渡区骨料混凝土结构八、硬化混凝土的结构1、骨料骨料影响混凝土的哪些性质？表观密度、弹性模量、尺寸稳定性、耐久性等性质。骨料的物理特征、骨料的形态对混凝土性能影响显著。骨料的化学及矿物组成对混凝土性能影响相对较小。八、硬化混凝土的结构2、硬化水泥浆体硬化水泥浆体SEM照片C-S-H70%Ca(OH)220%钙矾石和单硫型水化硫铝酸盐7%未水化熟料的残留物和其他杂质3%水泥浆体固体组成Ca(OH)2钙矾石C-S-H八、硬化混凝土的结构硬化水泥浆体的孔隙CSH层间孔：约占CSH固相体积的28%，不影响硬化水泥浆体的强度及渗透性，干燥失水后会引起体积变化。毛细孔：随着水化过程的进展，原来充水的空间减少，而没有被水化产物填充的空间，则逐渐被分割成形状极不规则的毛细孔，孔径在10~50nm。气孔：通常呈圆形。混凝土搅拌时引入气泡形成。孔径为50~200nm。影响混凝土的强度及渗透性。八、硬化混凝土的结构CSH层间孔毛细孔CSH凝胶八、硬化混凝土的结构硬化水泥浆体中的水毛细孔水：以自由水的形式存在毛细孔隙中。吸附水：在引力作用下，物理吸附于硬化水泥浆体固相的表面水。相对湿度下降至30%时，大部分吸附水丧失。层间水：存在于CSH层间，相对湿度小于11%时开始丧失。结合水：水化产物的组成部分，干燥时不会失去，只在高温下分解。八、硬化混凝土的结构八、硬化混凝土的结构3、过渡区过渡区：混凝土硬化后，在骨料颗粒周壁形成的硬化浆膜。其体积可占到硬化水泥浆体的1/3~1/2。特点：富集大晶粒的氢氧化钙和钙矾石；孔隙率大、大孔多；存在大量微裂缝，即混凝土承载之前出现的裂缝。对混凝土的影响：硬化混凝土中的最薄弱环节！对混凝土刚性、弹性模量及耐久性能影响显著。八、硬化混凝土的结构•多物相、多孔性复合体水泥石与砂石骨料均是多物相、多孔性材料•固体颗粒堆聚体混凝土结构是一个各种尺寸的颗粒堆聚体，砂石颗粒堆积成骨架，水化物与水泥颗粒堆积成水泥石•复杂与非匀质性骨料种类不一，形状与尺寸不等，分布不均；水泥石组成与结构不均；薄弱过渡区(厚度约10～50μm)的存在•非固定与可变性水泥石和过渡区的组成与结构是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。八、硬化混凝土的结构感谢聆听！Thanksforyourattention！