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1、第四章 混凝土（4）,北京科技大学刘娟红,2023/7/2,2,4.0 前言4.1 混凝土的组成及结构4.2 混凝土的主要技术性质4.3 混凝土强度的检验评定4.4 普通混凝土的配合比设计4.5 混凝土外加剂4.6 混凝土掺合料（矿物细掺料）4.7 轻混凝土4.8 其它品种混凝土简介,2023/7/2,3,4.5.1混凝土外加剂的发展,最早的外加剂古罗马人用动物油脂、乳液和动物血来改善混凝土的工作性和耐久性；我国清乾隆年间用糯米、石灰加牛血建造永定河河堤；明代南京城墙用糯米汁石灰，并用桐油石灰封顶；宋代用糯米汁石灰建筑了安徽和州城墙。,2023/7/2,4,普通减水剂20世纪30年代末，美国发
2、明纸浆废液减水剂；德国在纸浆废液中提取木质素磺酸盐减水剂。,4.5.1混凝土外加剂的发展,2023/7/2,5,高效减水剂 自七十年代初，德国就在路面工程中采用掺有密胺类高效减水剂的流态砼浇注路面板；日本则在结构砼里掺用萘系减水剂配制流态砼。在八十年代，美国在高层建筑施工中用高效减水剂配制高强砼浇注钢管砼柱，提高在水平荷载下的稳定性；一些北欧国家，如丹麦、挪威、冰岛等国则以90150MPa的高强砼铺筑路面和港口的道面，以大幅度改善其耐磨耗、耐盐冻的性能。,4.5.1混凝土外加剂的发展,2023/7/2,6,混凝土外加剂定义外加剂是在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质，掺量不大于水泥
3、质量的5%（特殊情况除外）。它能赋予新拌混凝土和硬化混凝土优良的性能，如提高抗冻性、调节凝结时间和硬化时间、改善工作性、提高强度等等，是生产各种高性能混凝土和特种混凝土必不可少的组分。,4.5.1混凝土外加剂的发展,2023/7/2,7,4.5.2外加剂的分类,混凝土外加剂按其主要功能分为四类：(1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。(3)改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)改善混凝土其他性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂等。,2023/7
4、/2,8,4.5.3减水剂,减水剂定义 减水剂是一种在混凝土拌和料坍落度相同条件下能减少拌和水量的外加剂。减水剂按其减水的程度分为普通减水剂和高效减水剂。减水率在5-10%的减水剂为普通减水剂，减水率大于10%的减水剂为高效减水剂。,2023/7/2,9,减水剂的作用机理 减水剂是一种表面活性剂。表面活性剂分子由亲水基团和憎水基团二部分组成，加入水中后亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面张力和二相间的界面张力。,4.5.3减水剂,2023/7/2,10,4.5.3减水剂,2023/7/2,11,减水剂的作用原理吸附分散作用：水泥加水后会
5、产生一些絮凝结构，降低了混凝土的工作性。加入减水剂后，减水剂的疏水基团定向吸附在水泥颗粒表面，组成吸附膜，使水泥粒子表面带有相同符号的电荷，产生排斥，絮凝结构解体，释放出其中的水。润湿作用：掺入减水剂后，不但使水泥颗粒分散，并由于润湿作用，会增加水泥颗粒的水化面积，影响水化速度。润滑作用：减水剂的极性亲水基团吸附于水泥颗粒表面，形成吸附膜，阻碍水泥颗粒直接接触，同时伴随部分引气，气泡外被减水剂吸附，都带有相同符号的电荷，增加了水泥颗粒之间的滑动能力。空间阻隔作用：新型接枝共聚物减水剂的特殊结构，可在水泥颗粒表面形成较厚的吸附层，产生很强的空间斥力。,4.5.3减水剂,2023/7/2,12,减
6、水剂的作用效果 在不减少单位用水量的情况下，改善新拌混凝土的工作性，提高流动性。在保持一定工作度下，减少用水量，提高混凝的强度。在保持一定强度情况下，减少单位水泥用量，节约水泥。改善混凝拌和物的可泵性以及混凝的其它物理力学性能。,4.5.3减水剂,2023/7/2,13,2023/7/2,14,2023/7/2,15,高效减水剂的特点：高效减水剂的掺量超过一定量后，减水效果不再提高；对混凝土性能没有不利影响。高效减水剂减水率越高，坍落度损失越大。,4.5.3减水剂,2023/7/2,16,4.5.4主要减水剂介绍,1、普通减水剂 木质素磺酸盐系减水剂 减水率10%，一般掺量0.25%腐植酸减水
7、剂 减水率6-8%，一般掺量0.2-0.35%2、高效减水剂 多环芳香族磺酸盐系减水剂。这类减水剂通常是由工业萘或煤焦油的萘、蒽、甲基萘等馏分，经磺化、水解、缩合、中合、过滤、干燥而制成。由于其主要成分为萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物，故又称萘系减水剂，掺量0.5-1.0%,减水率10-20%。,2023/7/2,17,水溶性树脂系减水剂。水溶性树脂减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水剂，如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等。此类减水剂的掺量为水泥质量的0.5%2.0%，其减水率为15%30%，混凝土的强度提高20%30%，混凝土的其他力学性能和抗渗性、抗冻性也得到提高，对混凝土的蒸养适应性也优
8、于其它外加剂。,4.5.4主要减水剂介绍,2023/7/2,18,3、高性能减水剂 高性能减水剂是指近年来开发并投入使用的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系高性能减水剂是由含有羧基的不饱和单体和其他单体共聚而成，使混凝土在减水、保坍、增强、收缩及环保方面具有优良性能的减水剂。,4.5.4主要减水剂介绍,2023/7/2,19,聚羧酸系高性能减水剂性能特点主要为：（1）掺量低、减水率高。一般掺量为胶凝材料的0.15-0.25%，减水率一般在25-30%，在接近极限掺量0.25%时，减水率一般可以达到40%以上。（2）混凝土拌和物的流动性好，坍落度损失低，2小时坍落度基本不损失，其高工作性可保持6-8小时。
9、（3）对混凝土增强效果潜力大。早期抗压强度比提高更为显著。以3天、7天抗压强度为例，奈系高效减水剂的3天、7天抗压强度比一般在130%左右，而聚羧酸系高性能减水剂的同龄期抗压强度比一般在180%以上。,4.5.4主要减水剂介绍,2023/7/2,20,（4）混凝土收缩低。基本克服了第二代减水剂增大混凝土收缩的缺点。（5）总碱含量极低，其带入混凝土中的总的碱含量仅为数十克，降低了发生碱骨料反应的可能性，提高混凝土的耐久性。（6）环境友好，聚羧酸系高性能减水剂合成生产过程中不使用甲醛和其他任何有害的原材料，在生产和使用过程中对人体健康无危害。（7）一定的引气量，与第二代（高效）减水剂相比，其引气量
10、有较大提高，平均在3-4%。,4.5.4主要减水剂介绍,2023/7/2,21,使用聚羧酸系减水剂配制的大掺量粉煤灰和矿渣C40混凝土，混凝土厚13米，混凝土和易性好，无离析泌水，保证2小时内运输到现场，泵送前坍落度，出泵后混凝土坍落度，混凝土泵送顺利。,央视大楼新址工程使用PCA,2023/7/2,22,新中央电视台大厦底板混凝土浇注2005,11-2006,1,拌合物配合比与工作度：水泥 205kg/m3 粉煤灰 205kg/m3 用水量 150kg/m3外加剂：聚羧酸或萘系高效减水剂；水胶比 0.36 坍落度200220mm,2023/7/2,23,2023/7/2,24,未掺早强防冻剂
11、的大掺量粉煤灰混凝土（50质量比）正在浇注,2023/7/2,25,2023/7/2,26,4.5.5引气剂,在混凝土搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，起到改善混凝土和易性，提高混凝土抗冻性和耐久性的外加剂，称为引气剂。我国应用较多的的引气剂有松香类引气剂、木质素磺酸盐类引气剂等。松香类引气剂包括松香热聚物、松香酸钠及松香皂等。其适宜掺量为水泥质量的0.0050.02%，混凝土含气量约为35%。,2023/7/2,27,引气剂的作用机理 引气剂属于表面活性剂，其界面活性作用基本上与减水剂相似，区别在于减水剂的界面活性作用主要在液固界面上，而引气剂的界面活性主要发生在气液界面上，
12、降低界面能，使新拌混凝土中微小气泡稳定存在并保留。,4.5.5引气剂,2023/7/2,28,界面活性作用吸附在颗粒表面，降低界面能。起泡作用在砼中引入大量微小、封闭的气孔。气泡的稳定性引入砼中的气泡能保持形态，含气量相对稳定。,4.5.5引气剂,2023/7/2,29,引气剂对混凝土的质量的影响 混凝土中掺入引气剂可改善混凝土拌和物的和易性，可以显著减少混凝土浆体粘性，使它们的可塑性增强，减少单位用水量。通常每增加含气量1%，能减少单位用水量3%。减少离析和泌水量，提高抗渗性。提高抗腐蚀性和耐久性。含气量每提高1%，抗压强度下降45%，抗折强度下降23%。,4.5.5引气剂,2023/7/2
13、,30,引入空气会使干缩增大，但若同时减少用水量，对干缩的影响不会太大。使混凝土对钢筋的粘结强度有所降低，一般含气量为4%时，对垂直方向的钢筋粘结强度降低1015%，对水平方向的钢筋粘结强度稍有下降。,4.5.5引气剂,2023/7/2,31,4.5.6缓凝剂,缓凝剂定义 缓凝剂是一种能延迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持塑性，减少混凝土坍落度损失。在大体积混凝土施工时，可防止出现裂缝和冷缝，同时对混凝土后期各项性能不会造成不良影响的外加剂。,2023/7/2,32,缓凝剂的特点：掺量合适，24小时后的强度不会受影响；掺量过多，混凝土的正常水化速度和强度受影响；
14、超掺，会使水泥水化完全停止；不同的缓凝剂种类，对混凝土泌水、离析情况不同。,4.5.6缓凝剂,2023/7/2,33,4.5.7 掺减水剂的普通混凝土配合比计算,1、提高混凝土强度设计原则：（1）水泥用量不变；（2）降低水灰比；（3）砂率减小1%3%。【例题8】：不掺加减水剂时混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%。使用高效减水剂，其掺量为水泥用量的0.5%，减水率为15%(砂率减小2%)。求：（1）用此减水剂提高强度时的试验室配合比（混凝土实测表观密度为2405kgm)；（2）若使用碎石、42.5#普通硅酸盐水泥，估算混凝土28天
15、强度。,答案,下一页,2023/7/2,34,解：（1）水用量：W=182(1-15%)=155 kg；水泥用量不变：C=410 kg；砂率：；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-155-410=1840 kg/m3 所以，S=184033%=607 kg/m3；G=1840-607=1233 kg/m3。混凝土各材料用量为：C:W:S:G=410:155:607:1233。（2）所以使用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥配制的混凝土其28天强度估计可达57.0MPa。,4.5.7 掺减水剂的普通混凝土配合比计算,2023/7/2,35,2、节约水泥设计原则：（1）
16、水泥用量依据减水率相应减少10%15%；（2）水灰比不变，用水量减少，则水泥用量减少；（3）砂率不变，计算砂石。【例题9】：不掺加减水剂时混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%。使用木钙减水剂，其掺量为水泥用量的0.25%，可节约水泥8%。求：（1）用此减水剂提高强度时的试验室配合比（混凝土实测表观密度为2405kgm)；（2）若使用碎石、42.5#普通硅酸盐水泥配制混凝土，估算混凝土28天强度。,答案,下一页,4.5.7 掺减水剂的普通混凝土配合比计算,2023/7/2,36,解：（1）掺入木钙减水剂可节约水泥8%，则水泥用量为：
17、C=410（1-8%）=41092%=377kg;水灰比不变，W/C=0.44，则水用量：W=3770.44=166 kg；砂率：；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-377-166=1862 kg/m3 所以，S=186235%=652 kg/m3；G=1862-652=1210 kg/m3。混凝土各材料用量为：C:W:S:G=377:166:652:1210。（2）所以使用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥配制的混凝土其28天强度估计可达48.7MPa。,4.5.7 掺减水剂的普通混凝土配合比计算,2023/7/2,37,3、提高混凝土的和易性设计原则：（1）水
18、泥用量、水用量不变，水灰比不变；（2）砂率增大5%，到40%45%。【例题10】：已知混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%。利用泵送剂将其基准混凝土配制成180mm的泵送混凝土，求其配合比。,答案,下一页,4.5.7 掺减水剂的普通混凝土配合比计算,2023/7/2,38,解：水泥用量和水用量不变，W/C=0.44，C=410 kg，W=182 kg；砂率增大5%，取；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-410-182=1813 kg/m3 所以，S=181340%=725 kg/m3；G=1813-725=1088 kg/m3。混凝土配合比为：C:W:S:G=410:182:725:1088。,
