混泥土发展与未来

昆明理工大学建筑工程学院混泥土结构设计原理题目：混凝土的发展与未来科目：混泥土结构设计原理专业：土木工程班级：072土木学号：200931003908姓名：古学斌昆明理工大学建筑工程学院混凝土的发展与未来混凝土，简称为“砼（tóng）”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。混凝土也称砼，是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使其使用范围出十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。(一)混凝土的发展历史混凝土锯片可以追溯到古老的年代，其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛（见无机胶凝材料）。20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。混凝土的原材料水泥、石灰、石膏等无机胶凝材料与水拌和使混凝土拌合物具有可塑性；进而通过化学和物理化学作用凝结硬化而产生强度。一般说来，饮用水都可满足混凝土拌和用水的要求。水中过量的酸、碱、盐和有机物都会对混凝土产生有害的影响。集料不仅有填充作用，而且对混凝土的容重、强度和变形等性质有重要影响。为改善混凝土的某些性质，可加入外加剂。由于掺用外加剂有明显的技术经济效果，它日益成为混凝土不可缺少的组分。为改善混凝土拌合物的和易性或硬化后混凝土的性能,节约水泥,在混凝土搅拌时也可掺入磨细的矿物材料──掺合料。它分为活性和非活性两类。掺合料的性质和数量，影响混凝土的强度、变形、水化热、抗渗性和颜色等。混凝土的性能1、和易性：混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等。昆明理工大学建筑工程学院2、强度：混凝土硬化后的最重要的力学性能，是指混凝土抵抗压、拉、弯、剪等应力的能力。水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用量以及搅拌、成型、养护，都直接影响混凝土的强度。3、变形：混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形，主要包括弹性变形、塑性变形、收缩和温度变形等。混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量表示。在长期荷载作用下,应力不变,应变持续增加的现象为徐变,应变不变,应力持续减少的现象为松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因产生的体积变形，称为收缩。4、耐久性：在一般情况下，混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地区，特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时，混凝土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时，要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性为混凝土耐久性。普通混凝土的结构1．组成材料与结构普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）、外加剂和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。2．主要技术性质混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性三个主要方面。强度是混凝土硬化后的主要力学性能，反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。其中以抗压强度最大，抗拉强度最小。混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。昆明理工大学建筑工程学院(二)混凝土未来前景混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。按预定性能设计和制作混凝土，研制轻质，高强度，多功能的混凝土新品种。利用现代新技术、大力发展新工艺、新设备；广泛利用工业废渣作原材料等，都是今后需要不断解决的课题。现代混凝土的发展方向——商品混凝土商品混凝土是以集中予拌、远距离运输的方式向施工工地提供现浇混凝土。商品混凝土是现代混凝土与现代化施工工艺的结合的高科技建材产品，它应包括：大流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土自密实混凝土、防渗抗裂大体积混凝土、高强混凝土和高性能混凝土等。为了使商品混凝土性能稳定、经济、性价比高，必须严格选择所需的原材料和优化混凝土的配合比。商品混凝土的特点：(1)由于是集中搅拌，因此能严格在线控制原材料质量和配合比，能保证混凝土的质量要求；(2)要求拌合物具有好的工作性，即高流动性、坍落度损失小，不泌水不离析、可泵性好；(3)经济性,要求成本低，性能价格比高。环保建筑材料--加气混凝土的出现由于加气混凝土具有保温节能隔热、隔音、防辐射等特点，现在加气混凝土设备价格降低，加气混凝土生产原材料的不断利用，很多建筑行业开始使用这种新型环保建材，将来加气混凝土必将成为环保建筑材料的首选。“和谐世纪”将节能和环保贯穿于整个社区建设和维护中，建筑用砖采用绿色环保加气混凝土砖。加气混凝土是一种轻质多孔的新型建筑材料，它具有重量轻、保温隔热性能好、强度高、抗震性能好、隔音性能好、耐高温等优点。由于加气混凝土砌块重量只相当于粘土砖和灰砂砖的1/3、普通混凝土的1/5，大大减轻了建筑体的自重，从而提高建了筑物的抗震性能。从结构可知，加气混凝土的内部结构像面包一样，均匀地分布着大量的封闭气孔，因此具有一般建筑材料所不具有的吸音性能。轻质高强混凝土的出现在现代的高层建筑中，高强混泥土起到及其重要的作用。很好的利用高强混泥土要很精心的配置其成分，成分的比例决定了高强混泥土的耐性和承受力。(1).高强混泥土的特点：满足了高层建筑及特殊结构的受力和使用要求，在高层建筑中可显著减少结构截面尺寸，增大工程的使用面积与有效空间；加快施工进度，保证工程质量以及节约用水、钢材，工程成本低。高强混凝土是具有富配合比，低水灰比特点，而且高效减少剂，是配制高强混凝土必不可少的组成部分。由于高强混凝土坍落度损失快，要求在施工中从搅拌运输到浇筑各环节要紧扣，在短时间内完成。高强混凝土拌合物特点是粘性大，骨料不易离析，泌水量少。(2).高强混泥土的应用：高层建筑，高层建筑中采用高强混凝土可以大幅度缩小底层混昆明理工大学建筑工程学院凝土柱子的截面尺寸，扩大柱网间距，扩大空间，增大建筑使用面积。上下柱子采用不同强度等级混凝土有利于统一柱子尺寸和模板规格，方便施工，节约周转耗材的投入，并可利用高强混凝土的早强特点加快施工进度。高强混凝土还因徐变小，弹性模量高，可以减少柱子的压缩量和增加结构刚度。这对高层建筑来源是非常重要的。高强混凝土有较强的抵抗化学物质腐蚀能力，耐久性优良，所以贮存某些化学物品的仓库，周围大气中含有较多盐份的工程建筑物，以及直接受到侵蚀性物质作用或机械磨损的厂房、车库等地面构件均宜应用高强混凝土。(3).高强混泥土的原材料：水泥。配制高强混凝土宜选用不低于42.5或42.5R的普通硅酸盐水泥。对于C50级混凝土在试验确认水泥的出厂强度系数大于1.13，且有足够的富余强度时，也可采用32.5或32.5R级普通硅酸盐水泥。水泥的比表面积通常在2500~3500cm2/g左右，将水泥二次磨细可以提高混凝土强度，但这种办法一般不宜采用，因为能导致过量的水化热，而且后期强度很少增加。尽可能减少混凝土中的水泥用量并外加矿物掺合料应是配制高强混北凝土的一个重要原则。骨料。高强混凝土对细骨料的要求比较一般，但其中的粘土及云母含量应尽量的低。粘土不但降低强度，并使拌料的需水量增加。细骨料宜选用质地坚硬，级配良好的河砂或人工砂。粗骨料:粗骨料的性能对高强混凝土的抗压强度及弹性模量起到决定性的作用,如果粗骨料的强度不足，其它提高混凝土强度的手段都将起不到任何作用。粗骨料应选用质地坚硬,级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石。纤维混凝土的出现抗裂纤维有好几种，如碳纤维、钢纤维、杜拉斯纤维。名称各不相同，贵贱各不相同，适用范围也各不相同。目前，正在逐步推广中，前景很好，现实有一些困难。设计院的图纸上要用，你就好卖。粉煤灰大砌块的外墙抹灰用抗裂纤维效果很好。80年代以来美国合成材料化学工业生产了一种纤维丝(称FIBERMESH)，并将其应用于混凝土建筑物，通过大量材料性能和工程结构试验，现已得到广泛应用。对增强混凝土早期抗拉强度，防止早期由沉陷、水化热、干缩而产生的内蕴微裂纹，减少表现裂缝和开裂宽度，增强混凝土的防渗性能、抗磨损抗冲击性能及增强结构整体性有显著作用。1.混凝土的非结构性裂缝混凝土出现裂缝，长期以来认为是一种正常的现象，并认为不影响其使用。当混凝土应力超过其强度时就出现裂缝。由外力所产生应力而引起的裂缝可用提高混凝土铺砌面、板墙结构的结构强度加以补偿。然而由混凝土本身收缩引起的内蕴应力长期以来是一个需加控制的问题。塑性收缩裂缝一般贯穿整个构件或板块，使混凝土达到其设计强度前就形成薄弱面而降低其整体性。2.微观补强的现代技术为避免混凝土表面裂缝，常应用钢丝网，这总是担心它们的位置是否正确或已移动，给施工增加难度。而现今开发的聚丙烯纤维混凝土，是一种极为高级的在混凝土塑性和硬化过程中对其进行补强的现代新技术。合成材料纤维丝是一种惰性材料，并不影响混凝土的成型特性，它能适应多种表面处理工艺，如压实成型、手抹刀挤抹、动力抹压、表面涂层处理、涂颜色、干刷、加入液体早强硬化剂和加气剂等。纤维混凝土不会生锈和表面有锈蚀污点，合成纤维丝不腐蚀和耐酸碱。在通常纤维用量下新鲜混凝土粘滞性亦即振动时的和易性好，昆明理工大学建筑工程学院不因加入纤维而影响其和易性。纤维不对水泥的化学水解作用产生任何影响，它完全是纯力学作用改善其工作和力学性能。预先加入的纤维，在中心混凝土工厂或混凝土搅拌卡车上按规定时间和速度拌合，卸料后纤维都能均匀分布于混凝土中，搅拌过度也不会改变其工作性能。3.纤维束--先进的混凝土技术美国生产合成材料纤维束的公司FIBERMESH在全世界范围实施一项连续的研究计划，以推动纤维束用于混凝土结构，在一些著名的大学和研究机构进行的研究有：塑性裂缝、冲击试验、挠曲强度、静载强度试验、耐久性、喷浆、氯离子穿透性、钢筋腐蚀、疲劳强度、抗磨损、受拉应力应变、流变性能、裂缝宽度、粘结性能、抗压强度试验、泌水性、抗震试验、抗冻性、稠度、石油反应、耐久级别。纤维束是专为发展新型混凝土而生产的合成材料产品。合成材料工业和混凝土技术工程师们紧密合作以发展新型混凝土、灰浆、砂浆和浇筑制品的研究和生产，这为合成材料在混凝土工业中的应用提供了可靠的技术保证。根据试验研究和应用实践，纤维混凝土有下列优点。3.1减少塑性裂缝和混凝土的渗透性试验表明，掺加合成材料纤维的混凝土，明显增加了混凝土早期抗收缩裂缝和震动引起裂缝的能力。加入量为0.9kg/m3聚丙烯纤维增大了抗拉强度，