1、新型混凝土,5.7 新型混凝土,5.7.1 混凝土第六組分 5.7.2 高強(qiáng)混凝土 (HSC) 5.7.3 高性能混凝土 (HPC) 5.7.4 泵送混凝土 5.7.5 水下不分散混凝土 (NDC) 5.7.6 耐海水混凝土 5.7.7 綠色混凝土,5.7.1 混凝土第六組分,概述 改性型第六組分 功能型第六組分 智能型第六組分,混凝土第六組分是指除水泥、水、砂、石及化學(xué)外加劑之外的，用于改善混凝土性能或增加其功能或賦予其智能的成分。 按其特性可分為三大類。 改性型 功能型 智能型,概述,改性型第六組分,改性型第六組分主要作用是顯著改善混凝土物理力學(xué)性能。 主要有 礦物外加劑 聚合物 各類纖維

2、,礦物外加劑,礦物外加劑是在混凝土攪拌過(guò)程中加入的、具有一定細(xì)度和活性的用于改善混凝土拌合物和硬化混凝土性能(特別是混凝土耐久性)的某些礦物產(chǎn)品。 礦物外加劑主要品種有 硅灰 磨細(xì)粉煤灰 礦渣微粉 沸石粉等,聚合物,聚合物水泥混凝土和砂漿的性能主要是受聚合物的種類、摻量的影響。,纖維,在傳統(tǒng)混凝土中摻入碳纖維、鋼纖維、有機(jī)纖維等纖維，可提高混凝土的抗拉、韌性、抗裂、抗疲勞等性能。,圖5.7.1纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料受彎時(shí)典型的荷載撓度曲線,功能型第六組分,功能型第六組分可賦予混凝土特殊功能，如 防輻射 防靜電 補(bǔ)償收縮水 耐磨 保溫隔熱等 這類第六組分主要用于配制功能混凝土。,導(dǎo)電混凝土,導(dǎo)電

3、混凝土的導(dǎo)電組分的摻量存在一個(gè)臨界值，當(dāng)導(dǎo)電組分的摻量超過(guò)該臨界值時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率急劇增加，如圖5.7.2所示。,圖5.7.2水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電率與碳纖維摻量的關(guān)系,智能型第六組分,智能型混凝土包括 交通導(dǎo)航混凝土 損傷自診斷混凝土 調(diào)濕混凝土 溫度自監(jiān)控混凝土 仿生自愈合混凝土,仿生自愈合混凝土,圖 5.7.3 仿生自愈合水泥基復(fù)合材料自愈合機(jī)理示意圖,5.7.2高強(qiáng)混凝土 (HSC),簡(jiǎn)介 原材料選擇 水泥 優(yōu)質(zhì)骨料 高效減水劑 決定混凝土強(qiáng)度的 主要因素,簡(jiǎn)介,在我國(guó)，HSC應(yīng)被認(rèn)為是強(qiáng)度等級(jí)不低于C60的混凝土。 它是采用以下方法制取的混凝土 優(yōu)質(zhì)骨料 等級(jí)不低于42.5級(jí)的

4、水泥 較低的水灰比 在強(qiáng)烈振動(dòng)密實(shí)作用下。 高效減水劑的使用，為配制高強(qiáng)度大流動(dòng)性混凝土創(chuàng)造了條件。 HSC的分類見(jiàn)表5.7.1,表5.7.1高強(qiáng)混凝土的類型,膠凝材料,水泥品質(zhì) 品種與等級(jí) 水泥的礦物組成和細(xì)度 水泥用量,高強(qiáng)混凝土原材料選擇,水泥的品種和等級(jí),配制高強(qiáng)混凝土，沒(méi)有必要采用快硬水泥 。 一般，常用這樣品種的水泥，因?yàn)檫@些水泥可以獲得較高的最終強(qiáng)度 。 如： 等級(jí)較高的硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥,過(guò)去，配制高強(qiáng)混凝土是比較困難的，所選水泥的等級(jí)往往是混凝土對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的0.9 1.5倍。 也就是說(shuō)，水泥的等級(jí)一般應(yīng)高于相應(yīng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，有

5、時(shí)可以略低于混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。 在我國(guó)，現(xiàn)階段，隨著材料性質(zhì)及工藝方法的改進(jìn)，尤其是外加劑的廣泛應(yīng)用，配制高強(qiáng)混凝土也就更加容易。,水泥的品種和等級(jí),水泥的礦物組成和細(xì)度,水泥的細(xì)度能影響混凝土的強(qiáng)度 (Fig.5.7.4). 因此，要求水泥具有較高的C3S含量和一定的細(xì)度(表面積35004000cm2g) 特性。 因此，水泥在使用前，如果再經(jīng)過(guò)兩次振動(dòng)磨細(xì)后，則可大大提高其強(qiáng)度。 磨得愈細(xì)，比表面積愈大，水化反應(yīng)更充分，強(qiáng)度愈高。,硅酸三鈣(C3S)含量和細(xì)度雖然是影響水泥強(qiáng)度的重要因素，但這二者并非是唯一的決定因素。 應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定合適的水泥。如果不說(shuō)水泥均勻性比強(qiáng)度更為重要，至少均勻性也

6、與潛在強(qiáng)度的獲得具有同樣的重要性。,水泥的礦物組成和細(xì)度,圖 5.7.4 水泥細(xì)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,水泥用量,生產(chǎn)高強(qiáng)混凝土，膠凝物質(zhì)的數(shù)量是至關(guān)重要的。它直接影響到水泥石與界面的粘結(jié)力。 從施工要求講，也應(yīng)具有一定的工作度。為了增加砂漿中膠凝材料的比例，水泥用量要高，一般在500700kg/m3范圍內(nèi)。 但是，水泥用量不宜超過(guò)這個(gè)范圍，否則，易引起水化期間散熱太慢或收縮量過(guò)大等問(wèn)題。,只要技術(shù)上可行，就應(yīng)減少水泥用量，最好是摻加一部分高質(zhì)量的粉煤灰或其他粉狀硅質(zhì)材料，把水化放熱和干縮負(fù)作用減少到最低限度。 經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)通過(guò)對(duì)各種水泥進(jìn)行試配，來(lái)確定制備高強(qiáng)混凝土所用水泥的種類和數(shù)量。在滿足

7、既定抗壓強(qiáng)度的前提下，經(jīng)濟(jì)適用，是選擇水泥的依據(jù)。為了使水泥用量最小，要求骨料有最佳級(jí)配并在拌制過(guò)程中保持均勻。,水泥用量,優(yōu)質(zhì)骨料,細(xì)骨料 混凝土混合物含砂量較大，如果使用中砂或粗砂，可以避免混凝土過(guò)于干硬。通常，宜用細(xì)度模數(shù)約為3.0的砂，并盡可能降低含砂率?；炷涟韬衔镆膊粦?yīng)太干硬 。 細(xì)骨料的級(jí)配要符合要求。在高強(qiáng)混凝土組成中，細(xì)骨料所占比例同樣要比普通強(qiáng)度混凝土所用的量要少些。砂的化學(xué)成分含量以采用潔凈的石英質(zhì)河砂為佳。,優(yōu)質(zhì)骨料,粗骨料 粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響主要取決于：水泥漿及水泥砂漿與骨料粘結(jié)力、骨料的彈性性質(zhì)、混凝土混合物中水上升時(shí)在骨料下方形成的“內(nèi)分層”狀況、骨料周?chē)?/p>

8、應(yīng)力集中程度等。對(duì)高強(qiáng)混凝土來(lái)說(shuō)，粗骨料的重要優(yōu)選特性是抗壓強(qiáng)度、表面特征及最大粒徑等。,高效減水劑,將高等級(jí)水泥與高效能減水劑結(jié)合使用，可制得高強(qiáng)混凝土。,決定混凝土強(qiáng)度的主要因素,水泥漿體 配制高強(qiáng)混凝土應(yīng)采用的工藝是：用高等級(jí)水泥，提高水泥用量，并用新型高效減水劑，同時(shí)輔以強(qiáng)烈振搗，使之密實(shí)。 骨料 配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，應(yīng)選擇高強(qiáng)、致密、表面粗糙、級(jí)配良好、質(zhì)量符合要求的骨料，并且骨料要有堅(jiān)固的抗壓能力，細(xì)骨料用量相對(duì)較少。,決定混凝土強(qiáng)度的主要因素,水泥漿骨料粘結(jié) 碎石能使粘結(jié)較好，從而使混凝土有較好的強(qiáng)度，如圖 5.7.5所示。 同樣，碎石的表面積與體積之比，較圓形礫石的要大 。 因此

9、，應(yīng)特別注意保證碎石骨料表面之清潔。,表 5.7.5 相同級(jí)配的粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,5.7.3 高性能混凝土 (HPC),概述 特點(diǎn) 技術(shù)途徑 配比 性能對(duì)比 應(yīng)用,概 述,高性能混凝土是指采用優(yōu)質(zhì)材料，嚴(yán)格施工工藝，便于澆搗、不離析，體積穩(wěn)定，力學(xué)性能穩(wěn)定所制備的混凝土。 符合特殊綜合性能與均勻性要求，不能用常規(guī)材料和工藝獲得，1990年ACI國(guó)際會(huì)議首次提出。 它具有早強(qiáng)高，韌性，勻質(zhì)，耐久等特點(diǎn)。 適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境。,特 點(diǎn),高性能混凝土是一種新型混凝土，具有優(yōu)良的和易性，高強(qiáng)和耐久性。 其主要特征如下圖所示： 混凝土拌合物具有流態(tài)性、自密性、不振動(dòng)或稍加振動(dòng)

10、即能保證成型混凝土均勻密實(shí) 混凝土拌合物具有良好的粘聚性、保水性和可塑性，水下不分散、不離析、穩(wěn)定性好、可泵性強(qiáng)。 在混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中水化熱低，利于大體積混凝土澆筑?；炷劣不篌w積穩(wěn)定，收縮變形小，故混凝土內(nèi)部微裂紋等缺陷少，結(jié)構(gòu)均勻。 混凝土的密實(shí)度高，抵抗水、侵蝕性液體及氯離子等滲透的能力強(qiáng)，對(duì)混凝土內(nèi)鋼筋有很強(qiáng)的保護(hù)能力。,混凝土中所含易被硫酸鹽、鎂鹽等物質(zhì)腐蝕的氫氧化鈣、水化硫酸鈣的量少，保證混凝土具有極強(qiáng)的耐海水腐蝕能力。 混凝土的抗?jié)B性能極高，并且具有一定的空氣含量，空氣泡分布均勻、密實(shí)，以此混凝土具有極高的抗凍融性和抗風(fēng)化性，故非常適宜澆筑浪濺區(qū) 混凝土結(jié)構(gòu)。 混凝土強(qiáng)度較

11、高，混凝土內(nèi)部凝膠的含量較普通混凝土為少，故用于預(yù)應(yīng)力混凝土。,特 點(diǎn),技 術(shù) 途 徑,正確選材 中熱水泥、MDF、DSP ；超細(xì)礦物摻合料；高效減水劑；Dmax200 ;早期養(yǎng)護(hù),配 比,性 能,性能對(duì)比 (Tab.5.7.3) 干縮 (Tab.5.7.4) 坍落度經(jīng)時(shí)變化 (Tab.5.7.5),表5.7.3性能對(duì)比,表5.7.4 干縮,Tab.5.7.5 坍落度的經(jīng)時(shí)變化,應(yīng) 用,在國(guó)外： 德國(guó)現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范達(dá)C110 挪威規(guī)范C105級(jí)，8590MPa的HPC廣泛用于道路工程 丹麥的大貝爾特工程大型隧道與橋梁連接結(jié)構(gòu) 規(guī)定的設(shè)計(jì)使用壽命為100年 塔架、預(yù)制梁和預(yù)制砌塊都采用

12、HPC 日本 超高強(qiáng)高性能混凝土建造高層住宅 已研制出使用壽命在500年以上的超高耐久性混凝土,應(yīng) 用,在國(guó)內(nèi)： 上海金茂大廈 C60 北京西客站C60 北京靜安中心大廈C80 遼寧物產(chǎn)大廈C80 南京郵電中心C60 長(zhǎng)春國(guó)際商貿(mào)城 C55 廣州虎門(mén)大橋C50 上海楊浦大橋C50 萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋鋼管混凝土C60,5.7.4 泵送混凝土,概 述 泵送混凝土原材料要求 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì),概 述,定義： 將攪拌好的混凝土，采用混凝土輸送泵沿管道輸送和澆筑，稱泵送混凝土。 特點(diǎn)： 一次連續(xù)完成垂直和水平運(yùn)輸，而且可以進(jìn)行澆筑，因而生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動(dòng)力。 特別適用于工地狹窄和有障礙物的施工現(xiàn)場(chǎng)以及大

13、體積混凝土結(jié)構(gòu)物(如高層建筑等)。,膠凝材料水泥 水泥品種 保水性好、泌水性小的水泥都宜用于泵送混凝土。 因此，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥常常被優(yōu)先用作配制泵送混凝土 。但又往往由于它的水化熱較大，又不宜用于大體積混凝土工程。 最小水泥用量 為保證混凝土的可泵性，有一最少水泥用量的限制。 國(guó)外規(guī)定一般為250300kg/m3。我國(guó)鋼筋混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(GBJ20483)規(guī)定泵送混凝土的最少水泥用量宜為300kg/m3。,泵送混凝土原材料要求,骨 料,粗骨料 最大粒徑 碎石的最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，宜小于或等于1:3；卵石則宜小于或等于1:2.5。 顆粒級(jí)配 必要時(shí)，可作進(jìn)一步的試驗(yàn)，

14、把不同粒徑的骨料加以合理?yè)诫s，可以得到理想的級(jí)配。 細(xì)骨料 在骨料級(jí)配中，細(xì)度模數(shù)為2.33.2，粒徑在0.315mm以下的細(xì)骨料所占的比例不應(yīng)小于15，最好能達(dá)到20。,摻合材料粉煤灰,普通水泥配制的C30混凝土坍落度與時(shí)間的關(guān)系 如圖4.7.6所示。 摻粉煤灰后，坍落度可提高約2cm、而坍落度損失值則基本一樣。 粉煤灰越細(xì)，球狀顆粒越多，則活性越大，潤(rùn)滑作用也更好。所以，一般以磨細(xì)粉煤灰摻入。,圖5.7.6 坍落度與時(shí)間的關(guān)系,泵送混凝土配合比設(shè)計(jì),配合比主要參數(shù)選擇 水灰比的選擇 Sp砂率的選擇 坍落度的選擇,水灰比的選擇,水灰比不宜低于0.40，一般也不宜超過(guò)0.70。 選擇泵送混凝土

15、的水灰比時(shí)，除考慮可泵性要求外，還必須考慮結(jié)構(gòu)物對(duì)混凝土的耐久性要求。,砂率的選擇,坍落度的選擇,我國(guó)規(guī)定泵送混凝土的坍落度，宜為8-18cm。,5.7.5 水下不分散混凝土 (NDC),概 述 水下不分散混凝土的原料組成 水下不分散混凝土的性能,概 述,水下不分散混凝土也稱為水下澆筑混凝土。 是一種可以在水下澆筑的、不會(huì)像普通水泥混凝土那樣在水的作用下集料與水泥漿發(fā)生分離的新型混凝土。 導(dǎo)管法施工的裝置示意圖。,圖5.7.7 導(dǎo)管法施工的裝置示意圖,水下不分散混凝土的原料組成,水下不分散混凝土的主要原料有水泥、砂石、水下不分散劑及其他一些外加劑(減水劑)等。 水泥:水泥強(qiáng)度等級(jí)一般應(yīng)大于或等

16、于42.5MPa。 骨料 粗骨料 應(yīng)優(yōu)先選用卵石；粗集料的級(jí)配應(yīng)采用連續(xù)級(jí)配。 細(xì)集料 宜選用細(xì)度模數(shù)從Mx=2.63.1的中砂。,NDCA是制備水下不分散混凝土的關(guān)鍵材料 主要成分是水溶性離子物質(zhì)及具有高比表面積的物質(zhì) 主要作用是增加混凝土的黏聚性和充填能力,填充性細(xì)顆粒材料。 其他外加劑 主要有高效減水劑、早強(qiáng)劑等。,水下不分散混凝土的原料組成,新拌NDC的性能 良好的抗分散性 良好的流動(dòng)性和填充性 有一定的緩凝特性。 硬化NDC的性能 NDC的強(qiáng)度 水下不分散劑(NDCA)的質(zhì)量和摻入量必定影響NDC的強(qiáng)度。 灰水比,水下不分散混凝土的性能,NDC抗沖磨及抗?jié)B性 如表5.7.7所示。,水

17、下不分散混凝土的性能,表 5.7.7 NDC抗沖磨及抗?jié)B性,水下不分散混凝土的性能,NDC的抗凍性 水下不分散混凝土的抗凍性一般比普通混凝土略差。 NDC的干縮濕脹性 由于NDC的保水性好且泌水少，與普通混凝土相比，陸地干縮比普通混凝土大，而水中濕脹卻比普通混凝土小。,耐海水混凝土的技術(shù)要求 抗腐蝕性能 抗凍性 海工鋼筋混凝土中鋼筋保護(hù)層厚度 耐海水混凝土最大允許裂縫 耐海水混凝土的原料選擇,5.7.6 耐海水混凝土,抗 腐 蝕 性 能,抗硫酸鹽腐蝕主要由配制混凝土的原料(水泥和集料)來(lái)保證。 抗Cl腐蝕 耐海水混凝土的抗Cl腐蝕性能指標(biāo)主要是通過(guò)測(cè)定Cl在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)來(lái)確定的。,抗凍性

18、,表5.7.8 抗凍性,耐海水混凝土的抗凍性要求 如表5.7.8所示。,海工鋼筋混凝土中鋼筋保護(hù)層厚度,表 5.7.9海工鋼筋混凝土鋼筋保護(hù)層要求的最小厚度 /mm,表5.7.10 海水環(huán)境預(yù)應(yīng)力筋的混凝土保護(hù)層最小厚度 /mm,保護(hù)層厚度,耐海水混凝土最大允許裂縫,表5.7.11鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度最大允許值（JTJ268-96） /mm,耐海水混凝土的原料選擇,水泥 根據(jù)海水對(duì)混凝土的腐蝕，應(yīng)盡量選擇水化產(chǎn)物中Ca(OH)2少，水化鋁酸鹽少的水泥。如果是在水位變動(dòng)區(qū)，還要考慮水泥石的抗凍性、耐磨性和收縮性。 強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于32.5Mpa。 集料 集料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好。 特別應(yīng)注意的是，配制耐海水混凝土的粗集料中不得含有活性SiO2，以防止堿與集料反應(yīng)。 JGJ還規(guī)定，如果細(xì)集料采用海砂，必須用清潔淡水進(jìn)行沖洗，將砂中NaCl總含量沖洗到0.1%以下。 外加劑 根據(jù)工程需要采用減水劑，早強(qiáng)劑和抗凍劑等外加劑。,5.7.7 綠色混凝土,概 述,有三種類型的綠色混凝土： 高性能混凝土 生態(tài)混凝土 透水性混凝土 綠化混凝土 吸聲混凝土 再生混凝土,高性能混凝土在前幾節(jié)中已經(jīng)講述， 我們將重點(diǎn)講述下列內(nèi)容： 綠化混凝土 再生混凝土,綠化混凝土,綠化混凝土是