1、第04章 混凝土3,4.7 特種水泥混凝土,普通水泥混凝土在某些環(huán)境下難以滿足要求： 在侵蝕介質(zhì)環(huán)境中使用時(shí)難以滿足抗侵蝕性要求；用于沖蝕環(huán)境中的水工結(jié)構(gòu)物時(shí)難以達(dá)到較高的防水、抗溶蝕性能及抗沖耐磨性；在承受沖擊與疲勞荷載作用時(shí)表現(xiàn)出抗折強(qiáng)度太低和脆性嚴(yán)重的缺陷；過大的自重難以滿足大跨度結(jié)構(gòu)等對材料高比強(qiáng)度的要求。 改善普通水泥混凝土性能的措施： 摻入纖維制成纖維混凝土； 摻入聚合物制成樹脂混凝土或聚合物改性混凝土； 用單體或聚合物浸漬混凝土表面制備聚合物浸漬混凝土； 采用特殊集料配制具有某些物理力學(xué)特性的水泥混凝土； 摻加粉煤灰等混合材料在改善混凝土某些性能。 與普通混凝土相比，這些混凝土的

2、某些性能有十分顯著的改善，而且更適合于某些特種環(huán)境，稱之為特種混凝土。,特種混凝土的類別,根據(jù)混凝土的組分與結(jié)構(gòu)不同，可分為： 輕集料混凝土、多孔混凝土、水泥粉煤灰混凝土、特細(xì)砂混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土、聚合物混凝土、硅酸鹽混凝土等。 根據(jù)混凝土的流動性分為： 超干硬混凝土、流態(tài)混凝土、自流平和自密實(shí)混凝土等。 根據(jù)硬化混凝土的環(huán)境適應(yīng)性能分為： 高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土、耐海水混凝土、耐酸混凝土、耐磨耗混凝土、耐熱混凝土等。,根據(jù)混凝土的結(jié)構(gòu)特性不同，分為： 大體積混凝土、引氣混凝土、膨脹混凝土、透水性混凝土等。 根據(jù)在工程中的使用功能不同，分為： 道路混凝土、裝飾混凝土、綠化混凝土等。 根據(jù)

3、施工方法不同，分為： 預(yù)拌混凝土、碾壓混凝土、水下澆筑混凝土、冬季施工混凝土、夏季施工混凝土、噴射混凝土、真空脫水混凝土、預(yù)填集料混凝土等。,4.7.1 纖維增強(qiáng)混凝土,纖維增強(qiáng)混凝土簡稱纖維混凝土。是由水泥混凝土為基材與不連續(xù)而分散的纖維為增強(qiáng)材料所組成的一種復(fù)合材料。常作為增強(qiáng)材料的纖維有鋼纖維、玻璃纖維、合成纖維和天然纖維等。,1.鋼纖維的構(gòu)造與性能,鋼纖維混凝土用鋼纖維，主要是采用碳鋼加工制成的纖維，對長期處于受潮條件的混凝土，亦有采用不銹鋼加工制成的纖維。 鋼纖維的尺寸主要由強(qiáng)化效果和施工難易性決定。 鋼纖維太粗或太短，其強(qiáng)化效果較差；如過長或過細(xì)，施工時(shí)不易拌和、易結(jié)團(tuán)。 為了增加

4、鋼纖維和混凝土之間的粘結(jié)力，可用增加纖維表面積的方法，將其加工為異形纖維，如波形、啞鈴形、端部帶彎鉤等形狀。 鋼纖維的幾何特征，通常用長徑比表示，即纖維的長度與截面當(dāng)量直徑之比。一般纖維的長徑比約在30150的范圍內(nèi)。一般鋼纖維直徑0.250.75mm，長度約為2060mm。,2.鋼纖維混凝土的性能,鋼纖維的摻量以纖維體積率表示。當(dāng)鋼纖維的形狀和尺寸在適合范圍內(nèi)，鋼纖維混凝土的強(qiáng)度，隨纖維體積率和長徑比增加而增加。鋼纖維體積率通常為0.52.0。 圓形截面鋼纖維，直徑為0.30.6mm，長度為2040mm，摻量為2的鋼纖維混凝土與普通混凝土比較，見下表。,4.7.2 高性能混凝土,高性能混凝土

5、(High Performance Concrete，簡寫HPC) 。 許多國家投入了大量的人力、物力和材力對高性能混凝土進(jìn)行研究。 1989年加拿大政府成立了關(guān)于高性能混凝土的情報(bào)網(wǎng)； 美國NSF投資數(shù)千萬美元，集中了美國著名的混凝土科學(xué)專家，建立了高性能水泥基復(fù)合材料研究中心，主攻高性能； 1990年5月在美國馬里蘭州Gaithersburg城，由美國NSF和ACI主辦了關(guān)于高性能混凝土的討論會，高性能混凝土就是在這次會議上首先提出來的； 1994年在新加坡舉辦了第一屆“高性能混凝土國際學(xué)術(shù)討論會”。,對高性能混凝土有以下幾點(diǎn)共識： （1）混凝土的使用壽命要長； （2）混凝土應(yīng)具有較高的體

6、積穩(wěn)定性； （3）高性能混凝土應(yīng)具有良好的施工性能； （4）具有一定的強(qiáng)度和密實(shí)度，但不一定是高強(qiáng)，亦可以是中、低強(qiáng)度高性能。 技術(shù)手段： 使用新型外加劑和超細(xì)礦物質(zhì)摻合料(超細(xì)粉)； 降低水灰比、增大坍落度和控制坍落度損失； 給予混凝土高的密實(shí)度和優(yōu)異的施工性能。,4.7.3 高強(qiáng)混凝土,強(qiáng)度等級為C60及其以上的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土（high-strength concrete）。 高強(qiáng)混凝土的特點(diǎn)：強(qiáng)度高、變形小、耐久性好，能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向高聳、大跨和重載方向發(fā)展。能承受惡劣環(huán)境的條件，應(yīng)用中有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 高強(qiáng)混凝土屬高性能混凝土。 美國西雅圖的“Two Union Squ

7、ar”大廈應(yīng)用了強(qiáng)度高達(dá)135MPa的超高強(qiáng)混凝土，混凝土采用泵送施工，混凝土坍落度高達(dá)25cm，輸送管長122m，混凝土外面為16cm厚的鋼管，混凝土混合料由下向上沿鋼管擠送，混合料未經(jīng)振動，強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。,為使混凝土高強(qiáng)主要可采用的方法,（1）改善水泥的水化條件 增加水泥中早強(qiáng)和高強(qiáng)的礦物成分的含量。 提高水泥的磨細(xì)度。 （2）摻加各種高聚物 （3）增強(qiáng)集料和水泥的粘附性 有研究者采用水泥熟料作為混凝土的集料，制成所謂“熟料混凝土”。 有采用環(huán)氧樹脂處理集料表面，亦得到良好的高強(qiáng)效果。 （4）摻加高效外加劑 （5）增加混凝土的密實(shí)度 （6）采用纖維增強(qiáng),4.7.4 水泥粉煤灰混凝土,

8、水泥粉煤灰混凝土是在普通水泥混凝土中摻加粉煤灰以取代部分水泥或細(xì)集料的混凝土。 1.粉煤灰的物理性質(zhì)和質(zhì)量要求 粉煤灰特有的球形玻璃微珠（圖）,火山灰效應(yīng)：粉煤灰中含有較高比例的活性SiO2 和Al203，它們能夠與水泥的水化產(chǎn)物產(chǎn)生有利于內(nèi)部結(jié)構(gòu)改善的火山灰反應(yīng)，這不僅會使粉煤灰產(chǎn)生明顯的膠凝性，也使水泥的活性得以充分發(fā)揮，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的火山灰效應(yīng)。 微集料效應(yīng)：粉煤灰中通常含有大量強(qiáng)度高、堆積狀態(tài)穩(wěn)定的玻璃微珠顆粒，當(dāng)其嵌固于水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中時(shí)，不僅可以改善其構(gòu)成顆粒的級配，還可提高水泥漿基體的強(qiáng)度和耐久性，從而產(chǎn)生有利于混凝土結(jié)構(gòu)的微集料效應(yīng)。 形態(tài)減水效應(yīng)：粉煤灰特殊的球形物理狀

9、態(tài)可在混凝土中產(chǎn)生滾珠作用，使新拌混凝土具有更高的流動性，這賦予了水泥粉煤灰混凝土具有明顯的形態(tài)減水效應(yīng)。,粉煤灰的品質(zhì)取決于所燃煤的品種、燒結(jié)程度和形成狀態(tài)等因素。 有些粉煤灰的CaO含量高于10，通常將其稱為高鈣粉煤灰(C級灰)。它多呈黃色至淺黃色，除具有火山灰活性外，同時(shí)還具有自硬性。 有些粉煤灰的氧化鈣含量較低，被稱為低鈣粉煤灰(F級灰)，它常呈灰色或暗灰色，它雖然具有火山灰活性，但不具有自硬性。 有些電廠在燃煤過程中會添加部分石灰石粉以達(dá)到脫硫的目的，這也使粉煤灰的CaO含量較高，但一般不認(rèn)為是高鈣粉煤灰，常將其稱為“增鈣粉煤灰”或“改性粉煤灰”。 我國的粉煤灰多為低鈣粉煤灰，其密度

10、一般為1.952.40g/cm3，干松堆積密度為550800kg/m3。,GB1596-91用于水泥和混凝土中的粉煤灰，根據(jù)細(xì)度、需水量比、燒失量、含水量和三氧化硫含量等指標(biāo)將粉煤灰劃分為，個級別。,2.粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用,用粉煤灰水泥混凝土可配制具有特殊性能的混凝土，如： 高性能混凝土、高強(qiáng)混凝土、泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B混凝土、碾壓混凝土、水下混凝土、抗軟水和抗硫酸鹽侵蝕混凝土等。 粉煤灰取代水泥的最大限量,4.7.5 輕集料混凝土,輕集料混凝土是指用輕粗集料、輕砂（或普通砂）等為集料配制而成的干表觀密度不大于1950kg/m3的水泥混凝土。 全部由輕（粗、細(xì)）集料配制而成的混凝

11、土稱為全輕混凝土； 由普通砂（或部分輕砂）及輕粗集料配制而成的混凝土稱為砂輕混凝土； 用輕粗集料、水泥和水配制而成的混凝土稱為無砂大孔輕集料混凝土。,1.輕集料的種類和技術(shù)性質(zhì),輕集料是指堆積密度不大于1100kg/m3的輕粗集料或堆積密度不大于1200kg/m3的輕細(xì)集料。 按照輕集料的強(qiáng)度可分為： 普通輕集料：強(qiáng)度低于25MPa的輕粗集料； 高強(qiáng)輕集料：指強(qiáng)度不低于25MPa的輕粗集料。 按照輕集料的堆積密度可分為： 普通輕集料：堆積密度為5101100kg/m3的輕粗集料； 超輕集料：堆積密度不大于500kg/m3的輕粗集料。 輕集料的技術(shù)性質(zhì)主要包括：顆粒級配、堆積密度、筒壓強(qiáng)度與強(qiáng)度

12、等級、吸水率、軟化系數(shù)、粒型系數(shù)和有害物質(zhì)含量等。,（1）輕集料的顆粒級配,540mm，531.5mm粒級的輕集料主要適用于配制結(jié)構(gòu)保溫用混凝土； 520mm，516mm粒級的輕集料主要適用于結(jié)構(gòu)用混凝土； 510mm粒級的輕集料主要適用于生產(chǎn)混凝土空心砌塊； 1016mm粒級的輕集料屬單粒級級配，主要用于無砂大孔混凝土。,（2）輕集料的顆粒強(qiáng)度,測定方法主要有兩種： 筒壓強(qiáng)度法：將1020mm的輕集料裝入標(biāo)準(zhǔn)承壓筒中，以集料被壓入20mm深時(shí)的平均抵抗應(yīng)力作為筒壓強(qiáng)度值。 強(qiáng)度等級法：按規(guī)定的配合比制成混凝土（或砂漿）試件，以所檢驗(yàn)輕集料混凝土強(qiáng)度來確定輕集料強(qiáng)度等級。 在工程實(shí)際中進(jìn)行配比

13、設(shè)計(jì)時(shí)，多采用以筒壓強(qiáng)度法為主，以強(qiáng)度等級法為輔的方法來確定或檢驗(yàn)輕集料的顆粒強(qiáng)度。,（3）輕集料的吸水率,混凝土用輕集料的吸水率一般是指其1h吸水率。 施工中必須對輕集料進(jìn)行飽和預(yù)濕尤其是采用泵送混凝土?xí)r。,（4）輕集料的粒型系數(shù),粒型系數(shù)是表征輕粒集料外觀幾何特征的技術(shù)指標(biāo)。它可用輕粗集料顆粒的長向最大尺寸與中間截面最小尺寸的比值來表示。常用輕粗集料的粒型有三類： 圓球型：粉煤灰陶粒、粘土陶粒和頁巖陶粒等； 普通型：頁巖陶粒、大顆粒膨脹珍珠巖等； 碎石型：破碎浮石、自燃煤矸石、煤渣或頁巖陶粒。,2.輕集料混凝土的強(qiáng)度等級與密度等級,依據(jù)輕集料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分強(qiáng)度等級： LC

14、5.0, LC7.5,LC10，LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40，LC45，LC50，LC55和LC60等13個級別。 根據(jù)硬化混凝土的干表觀密度又可劃分為14個不同的密度等級。,3.輕集料混凝土的特性,（1）具有較高的比強(qiáng)度。與普通混凝土相比，輕集料混凝土的表觀密度明顯較小，但其強(qiáng)度卻比較接近。當(dāng)其他因素控制較好的情況下，利用高強(qiáng)輕集料可以配制出強(qiáng)度等級為LC30以上的輕集料混凝土。 （2）收縮和徐變較大。輕集料混凝土的收縮變形要比普通混凝土大2050，徐變變形要比普通混凝土大3069，熱膨脹系數(shù)比普通混凝土小20左右。 （3）具有優(yōu)良的保溫性能。當(dāng)其表觀密度為18

15、60 kg/m3時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.87 W/(mK)；當(dāng)表觀密度為1409 kg/m3時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.49 W/(mK)；當(dāng)其表觀密度為l000kg/m3時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)下降為約0.28W（mK）。 （4）力學(xué)變形性較大。輕集料混凝土的彈性模量較小，一般為同強(qiáng)度等級普通混凝土的3070。 （5）具有更好的抗?jié)B性、抗凍性和耐火性。,請觀察等量的水倒入等體積陶粒與普通碎石中有何區(qū)別。,圖4-29 等量的水倒入等體積陶粒與普通碎石,放 碎 石 杯,放 陶 粒 杯,4.7.6 泵送混凝土,泵送混凝土（pumped concrete）是指混凝土拌合物的坍落度不低于100 mm并用泵送

16、施工的混凝土。其所采用的原材料應(yīng)符合下列要求： （1）應(yīng)選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥，不宜采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥； （2）宜采用中砂，其通過0.315mm篩孔的顆粒含量不應(yīng)小于15； （3）應(yīng)摻用泵送劑或減水劑，并宜摻用粉煤灰或其他活性礦物摻合料，其質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定； （4）粗集料宜采用連續(xù)級配，其針片狀顆粒含量不宜大于10；粗集料的最大粒徑與輸送管徑之比宜符合表430規(guī)定。,粗集料的最大粒徑與輸送管徑之比,泵送混凝土配合比的計(jì)算和試配步驟除應(yīng)遵照普通混凝土的配制規(guī)范外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定： 泵送混凝土的用水量與水泥和礦物摻合料的總量之比不宜大

17、于0.60； 泵送混凝土的水泥和礦物摻合料的總量不宜小于300 kg/m3； 泵送混凝土的砂率宜為3545； 摻用引氣型外加劑時(shí)，其混凝土含氣量不宜大于4。,泵送混凝土,泵送混凝土,泵送混凝土,泵送混凝土,泵送混凝土,4.7.7 聚合物混凝土,聚合物水泥混凝土 用聚合物乳液（和水分散體）拌合水泥，并摻入砂或其他集料制成。 聚合物浸漬混凝土 以混凝土為基材，而將有機(jī)單體滲入混凝土中，然后再用加熱或放射線照射的方法使其聚合，使混凝土與聚合物形成一個整體。 聚合物膠結(jié)混凝土 是一種完全沒有礦物膠凝材料而以合成樹脂為膠結(jié)材料的混凝土，也稱樹脂混凝土。,4.7.8 噴射混凝土,噴射混凝土是用壓縮空氣噴射

18、施工的混凝土。 它是將一定配合比的水泥、砂、石子和速凝劑等混合物，借助于壓縮空氣輸送到噴射機(jī)的噴嘴處，在噴嘴處與壓力水混合，并高速噴射到受噴面（巖石或混凝土等），層層噴射密實(shí)，凝結(jié)硬化而成。 噴射混凝土要求能在幾分鐘內(nèi)凝結(jié)，故： 常使用速凝劑； 所用水泥凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度高，保水性好，不得有受潮結(jié)塊現(xiàn)象，多采用強(qiáng)度等級42.5以上的新鮮普通水泥。 所用骨料要求質(zhì)地堅(jiān)硬，以免噴射時(shí)被打碎，而影響與水泥的膠結(jié)。砂子以中砂、粗砂為好，細(xì)砂容易產(chǎn)生收縮裂縫，為了減少石子的回彈損失，最大粒徑應(yīng)不超過25mm。,噴射混凝土的配合比： 裝入噴射機(jī)時(shí)一般采用水泥：砂：石子1：（2.02.5）：（1.52.5），經(jīng)回彈脫落后