1/160高性能混凝土武汉理工大学本科教学课程2/160第一章绪论第四节高性能混凝土配合比设计高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配合比参数的选择确定高性能混凝土拌和物配合比的方法高性能混凝土配合比设计的计算机化3/160高性能混凝土是指采用常规材料和生产工艺,能保证混凝土结构所要求的各项力学性能,并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。耐久性高性能混凝土配制目标强度工作性高性能混凝土拌和物配制的目标4/160水灰比(mw/mc)、单位用水量(mw)和砂率(βs)是混凝土配合比设计的三个基本参数。凝胶材料水砂石子水泥浆骨料混凝土单位用水量mw砂率βw水灰比mw/mc与强度、耐久性有关与流动性有关与粘聚性、保水性有关高性能混凝土拌和物配合比参数的选择5/160基本参数单方混凝土用水量宜≤175kg/m3。胶凝材料总量宜为300kg/m3~550kg/m3,其中矿物微细粉用量宜≤胶凝材料总量的30%。砂率宜为37%~44%。高效减水剂掺量根据坍落度要求而定。高性能混凝土拌和物配合比参数的选择6/160高性能混凝土第五节高性能混凝土性能评价•1.5.1高性能混凝土拌和物的工作性能评价体系•1.5.2高性能混凝土的力学性能•1.5.3高性能混凝土体积稳定性•1.5.4高性能混凝土的耐久性7/160高性能混凝土的工作性,包括:•混凝土拌和物的流动性、黏聚性(抗材料分离性)和泌水性;•泵送性;•坍落度值及保持性。和易性(工作性)的评价8/160E和易性(工作性)的评价(1)三种基本变形及三种理想流变模型真实物体在外力作用下都将发生变形,按性质的不同分为:•弹性变形:式中:σ——应力,ε——表示伸长,E——与弹性有关的常量,即弹性模量。1.硅酸盐水泥复合胶凝材料浆体的流变类型9/160•粘性流动:•塑性变形:当剪切应力小于某一极限值时,不发生剪切应变,当剪切应力达到该极限值时,就发生极大的剪切应变,这种形变称为塑性流动。其应力与应变的关系可表示为:当τ<f时,ε=0;当τ=f时,ε可为任意值,直至∞。和易性(工作性)的评价10/160(2)流变模型与本构方程以上三种理想体,实际是不存在的,真实的材料往往或多或少同时具有以上两种或三种变形。其流变模型可用三种基本元件通过各种串联及并联方式组成。其些材料,例如油漆、水泥浆等,从流动性方面来看似乎是粘性液体,但它刷在垂直面上的薄层,却可以承受一定的剪切应力而不致流下,又具有固体的性质。对于这种材料可用下图所示的流变模型来描述,又称宾汉体模型。和易性(工作性)的评价11/160•当剪切力τ<f时,塑性元件不发生变形,与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时,弹性元件的变形,就是整个系统的变形,因此:式中:τ——剪切应力;γ——剪切应变;G——剪切应变弹性模量。G和易性(工作性)的评价12/160•当τ>f时,τ-f这个力就会使粘壶发生变形。设弹性元件的剪应变为γ1,粘性元件的剪应变为γ2,系统的总应变为γ。则和易性(工作性)的评价13/160•对上式进行数学处理,可得宾汉体在τ≥f时的流变方程:当τ=常量时,上式可改写为:以上的流变方程也称本构方程,它说明材料中任一点的应力状态和应变状态之间有着密切的关系,可以用以下的通式f(σ,ε)=0来表示。这种函数关系当然和材料的性质有关,是由材料的本质与构造决定的,所以,又称为本构方程。和易性(工作性)的评价14/160(3)高性能混凝土浆体的流变行为实验:按照下表中给出的6种胶凝材料系统,统一按照水固比为0.6制作浆体,测定每个系统的流变参数,即在不同剪切速率下的浆体屈服应力的变化,由此确定浆体发生塑性流动所需的最小剪切应力值τ和塑性黏度η。系统组成系统组成ABC100%硅酸盐水泥90%水泥+10%硅灰70%水泥+30%矿渣ⅢDEF60%水泥+10%硅灰+30%矿渣Ⅲ60%水泥+10%硅灰+30%矿渣Ⅰ50%水泥+10%硅灰+30%矿渣Ⅲ+0.4%高效减水剂和易性(工作性)的评价15/160结果表明:①这6种主要由硅酸盐水泥组成的材料系统的浆体均符合宾汉体的流变特征,在流变学上同属一种流变类型。②矿物外加剂对水泥浆体的屈服应力和塑性黏度有不同的影响。在硅酸盐水泥中复合掺加磨细矿渣和硅灰同样显著增大浆体发生塑性流动时的屈服应力值(屈服应力值越大,则浆体越不易发生塑性流动)。•硅灰对水泥浆体的屈服应力和塑性黏度都有显著的增大作用;•磨细矿渣在增大浆体屈服应力的同时可明显降低塑性黏度;•减水剂可浆体的降低屈服应力值和塑性黏度。浆体的流变曲线和易性(工作性)的评价16/1602.混凝土的工作性能(Workability)工作性定义为混合料易于运输、浇注和密实成型而不发生分层离析的性能。工作性通常包括以下几个方面:流动性取决于分散系统中固、液相的比率,增加含水量,混合料的流动性提高。可塑性指在一定外力作用下产生塑性变形的能力。它与水灰比及水泥浆或砂浆的含量有关。稳定性指混凝土拌合物不发生离析泌水的性能。易密性指在进行捣实或振动时,克服内部的和表面的阻力,以达到完全密实的能力。和易性(工作性)的评价17/160和易性(工作性)的评价混凝土拌合物便于施工操作,能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性:和易性粘聚性保水性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下,能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力,在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力,在施工过程中不致发生泌水现象的性质。保证混凝土硬化后的质量18/160砼拌和物在本身自重或施工机械振捣的作用下,产生流动,并能均匀密实地填满模板的性能。坍落度大于100mm:泵送混凝土流动性根据施工要求不同坍落度50~70mm:普通混凝土和易性(工作性)的评价流动性19/160泵送混凝土PumpingConcrete和易性(工作性)的评价20/160粘聚性不好离析分层组份分离不均匀骨料下沉水泥浆上浮砼拌合物粘聚性不良时,硬化后会出现蜂窝、麻面。大型的砼拌和物,甚至出现狗洞现象。粘聚性混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定粘聚力,不致产生分层和离析的现象。和易性(工作性)的评价21/160骨料水可见泌水内泌水泌水与塑性沉降保水性混凝土拌和物在施工过程中具有一定的保水能力,不致产生严重的泌水现象。和易性(工作性)的评价22/160和易性良好的标准粘聚性好则保水性往往也好,但当流动性增大时,粘聚性和保水性往往变差,反之亦然混凝土拌和物的流动性、粘聚性、保水性,三者之间互相关联又互相矛盾所谓拌和物的和易性良好,就是要使这三方面的性能在某种具体条件下,达到均为良好,亦即使矛盾得到统一流动性粘聚性保水性和易性(工作性)的评价23/160如何在施工现场定量评定混凝土和易性?和易性(工作性)的评价24/160(1)坍落度法•定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值-坍落度(单位mm)。–适用范围:•集料最大粒径不大于40mm;•坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。和易性(工作性)的评价3.混凝土工作性能测试方法25/160坍落度试验仪器别觉得简陋,世界各地都在用它噢!26/160和易性(工作性)的评价27/160坍落度试验示意图和易性(工作性)的评价28/160坍落度与扩展度坍落度与扩展度是各国通用的新拌混凝土工作性能检测方法,简单而适用,但对于干硬性混凝土或大流动性混凝土,单凭此方法不足以真实地反应混凝土的工作性能。和易性(工作性)的评价29/160保水性:观察稀浆程度粘聚性:捣棒敲打锥体侧面流动性:测量坍落度和易性(工作性)的评价30/160干硬的混凝土又如何测定呢?和易性(工作性)的评价31/160(2)维勃稠度法–测定使拌合物密实所需要的时间,s。–适用范围•粗骨料最大粒径不大于40mm;•坍落度小于10mm,维勃稠度在5s~30s之间的干硬性混凝土。和易性(工作性)的评价32/160(3)L形流动仪a、下沉量Ls(L型坍落度):左侧箱中混凝土拌合物的下沉高度,能表示与过去坍落度同样的屈服值指标。b、移动距离Lf:混凝土向水平方向的最大扩散距离,反映混凝土拌合物的最终变形能力。c、流动时间t:混凝土拌合物移动开始至停止时间,反映了混凝土拌合物的变形速度。以移动距离Lf和流动时间t可求出L型流动速度Lf/t,在剪切应力不变的条件下,L型流动速度代表粘度参数,进而能反映出混凝土拌合物的粘度.d、成分均匀性:L型流动仪水平方向不同部位的拌合物粗集料的含量,反映混凝土拌合物流动后的成分均匀性。和易性(工作性)的评价33/160按《混凝土质量控制标准》(GB50164)的规定,塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度、维勃稠度分为四级。见下表。名称代号指标混凝土拌合物塑性混凝土(坍落度≥10mm)低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土T1T2T3T410mm~40mm50mm~90mm100mm~150mm≥160mm干硬性混凝土(坍落度<10mm)超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土V0V1V2V3>31s30s~21s20s~11s10s~5s和易性(工作性)的评价4、混凝土拌合物按流动性的分类34/1605.高性能混凝土工作性能控制指标和易性(工作性)的评价35/160•在便于施工操作并能保证振捣密实的条件下,尽可能取较小的坍落度,以节约水泥并获得质量较高的混凝土。6、混凝土流动性选择的原则和易性(工作性)的评价36/160考虑因素•构件截面大小和易性(工作性)的评价37/160•钢筋疏密考虑因素和易性(工作性)的评价38/160•施工机械考虑因素和易性(工作性)的评价39/160•施工方式考虑因素和易性(工作性)的评价40/160混凝土施工时坍落度的选择混凝土拌合物坍落度的选择,应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。见下表。结构种类坍落度,mm基础或地面等的垫层,无配筋的大体积结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构10~30板、梁和大型及中型截面的柱子等30~50配筋密列的结构(如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)50~70配筋特密的结构70~90和易性(工作性)的评价41/160•请观察下图中混凝土楼面,其中有空洞(俗称蜂窝)。该混凝土是采用人工振捣,其混凝土坍落度为30mm。分析混凝土不密实的原因。42/160原因分析:•该混凝土未采用振动器振捣,仅人工振捣,而混凝土的坍落度偏低,流动性较差,故易产生蜂窝,应增大混凝土的坍落度,具体按GB50204-2001《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定进行。•实际施工时,混凝土拌和物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。•当构件截面尺筋较密,或采用人工捣实时,坍落度可选择大一些。反之,若构件截面尺寸较大,或钢筋较疏,或采用机械振捣,则坍落度可选择小一些。和易性(工作性)的评价43/1606.影响混凝土和易性的因素有哪些呢?和易性(工作性)的评价44/160过多出现流浆现象粘聚性变差强度与耐久性受影响过少不能很好包裹骨料表面产生崩塌现象粘聚性变差单位体积拌和物内,水泥浆愈多,则拌和物流动性愈大(1)水泥浆数量的影响TextText以满足流动性要求为度和易性(工作性)的评价45/160•合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下,能使拌合物的流动性(坍落度T)达到最大,且粘聚性和保水性良好时的砂率;或者是在流动性(坍落度T)、强度一定,粘聚性良好时,水泥用量最小的砂率。T,mmβs合理砂率水泥浆数量一定坍落度、强度一定合理砂率mc,kgβs(2)合理砂率的确定和易性(工作性)的评价46/160(3)骨料品种骨料的种类——碎石卵石和易性(工作性)的评价47/160(4)骨料级配、粗细程度骨料的级配;砂的种类、细度模数。和易性(工作性)的评价48/160(5)外加剂的影响•加入少量的外加剂能使混凝