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1、当代混凝土存在的问题建筑之家 混凝土是一个复杂的整体n混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的 体系。多组分，原材料不能提炼，且品质 波动大微结构的形成对环境和时间的依赖 性对温度、湿度的敏感性；水化不 断进行造成动态的微结构。因此造成性 能的不确定性微结构的不确知性水泥水化形 成复杂的凝胶，在目前技术水平下难以 测定n n洛伦茨于洛伦茨于19631963年提出，年提出，一只南美热带雨林一只南美热带雨林 中的蝴蝶扇扇翅膀，可能引起美国得克萨斯中的蝴蝶扇扇翅膀，可能引起美国得克萨斯 州一场龙卷风，即著名的州一场龙卷风，即著名的“蝴蝶效应蝴蝶效应”，意意 为为初始条件下的微小变化可能带动系统中长初始条
2、件下的微小变化可能带动系统中长 期的巨大连锁反应，并由此衍生出混沌理论期的巨大连锁反应，并由此衍生出混沌理论 。美国麻省理工学院说，最初提出“ 蝴蝶效应”并创立混沌理论的美国 气象学家爱德华洛伦茨2008年4月 16日因癌症在马萨诸塞州的家中去 世，享年90岁。 一次洛伦兹将5.06127输入为5.06，万分之一的 省略，提供了两份截然不同的天气预报。经典动力学认为，初始条件的微小变化，对未来 状态所造成的差别也微小。但混沌理论认为，初始 条件的十分微小的变化经过不断放大，对其未来状 态会造成极其巨大的差别。 “醉了一个农夫，丢了一颗铁钉；丢了一颗铁钉 ，少安一付马掌；少了一付马掌，跛了一匹战
3、马； 跛了一匹战马，摔坏一位将军；死了一个将军，输 了一场战争；输了一场战争，亡了一个国家！” 混沌理论要点之一n对初始条件的极端敏感依赖性 布莱克在混沌开创新科学写到： “相对论排除了对绝对空间和时间的牛顿迷 梦；混沌则排除了决定论可预见性的狂想。 ”更有人说：“20世纪的科学家只有三件事 将被记住：相对论、量子力学和混沌”。“ 上世纪初人们经历了相对论和量子力学两次 科学革命。混沌革命，却是我们正在经历的 革命。”混凝土材料的蝴蝶效应n混凝土属于混沌体系（非线性体系），具有“蝴蝶效应”事物发展的结果对初始条件具有极为敏感的依赖性.初始条件极小的偏差将会引起结果的巨大差异。非线性的混凝土世界
4、n绝不要忘记：像人类世界一样，混凝土世界是非线性的，而且在非线性里还有着不连续性。非线性系统的非因果性导致相同的初始力，令人瞠目的结果，是所有混沌系统的基本特征。 神秘的能量法则 该法则是不同国度的学者们，耗时巨大的独立研究后 ，最终共同发现的一项新的重要自然法则，已被证实是一个 适用于上千种的模板的、普遍存在于万事万物的法则。举例 简述： 人类在不同的地区依不同的人口理论建造了数以万 计的城市，但人口每减半，城市数必多16倍（柏林学院数据 ） 地震震级每减1，发生机率增4倍；而两次地震相隔 时间每增1倍，不发生机率增2.7倍； 人类历史上每当战争规模扩大1倍，发生机率降为 1/2.62；战争
5、死亡人数每增倍，发生次数降为1/4（英国物 理学家莱斯利）n这些数字的意义仍然在于强烈提示人类：世界 是按内在规律运行的，造物主只要求严格的符 合一个简单数，其它的秘密，人们再也无从知 晓。神秘的大自然面前，人类正如一个围棋新手，仅知游戏规则是分黑白两色，其它更多的 ，尚未入门。 n是不是会有这样的推演：如果混凝土中水泥用 量每增加XX，内能提高YY，建筑物的寿命减少 ZZ。当代混凝土的特点n当代混凝土是以高效减水剂大规模使用和矿物掺和料的使用为特征，与时代特点有关。n使用混凝土强度范围很宽，从C20(极少量C15)到C80(极少）n混凝土和水泥强度之间不再有线性关系当代混凝土的特点n严酷环境
6、的工程增加，使耐久性要求日益 突现n以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的流 变性能成为重要问题n在水泥水化热增大、强度提高的同时结构 尺度增大，改变了大体积混凝土的概念n人员素质、管理水平与质量要求的矛盾一、水泥现状对当代混凝土的不 适应问题水泥什么品质对混凝土最重要？n应当改变强度第一，甚至强度维一的传统观。n混凝土结构的耐久性比强度更重要，而与混凝土结构耐久性关系最密切的就是水泥，只保证高强度的水泥并不一定利于混凝土结构耐久性。n第一重要的是匀质性和体积的稳定性。n当代混凝土需要开裂敏感性低的水泥。水泥强度和混凝土强度的关系n任何水泥基材料的强度主要取决于水灰比，按 现有标准的水泥强度检验水
7、灰比：0.5当前用量最大的混凝土水灰比：0.5不仅相同强度的水泥能配出不同强度的混凝土 ，而且不同强度的水泥能配出相同强度的混凝土不必盲目追求水泥的高强，32.5的水泥能配制 出C60混凝土，却配不出C20混凝土在相同水灰比下，混凝土强度和水泥强度仍然有关，高强度水泥可用于象C80、C100这样的高强的混凝土，但是用量很少。高强混凝土不一定耐久；像任何事物一样，高强混凝土也是有利也有弊。工程对混凝土强度的要求是有限的。外加剂与掺和料使用技术发展改变了对水泥强度和混凝土强度的关系的认识。如何看待混合材料水泥、复合水泥的强度。矿物掺和料对混凝土强度的贡献随水胶比的减小而增大的幅度大于水泥对强度的贡
8、献随水灰比减小而增大的幅度，因此掺用掺和料的混凝土必须降低水胶比。水泥的现状对混凝土质量影响n几十年来水泥工业的发展方向主要是降低能耗和提高强度，但如今却在增加粉磨的能耗。nBolomy公式 ：R28ARc(c/w-B)，造成误导。n1920年代，欧美国家水泥中C3S约为35%，如今达5070%；水泥细度从220m2/kg到现今的340600m2/kg。 n我国1970年代水泥(GB175-63)最高标号是硬练强度500，相当于GB175-77的425、现行标准32.5的强度等级；常用水泥是400#，按现行标准只有27.5。n检测的水灰比增大，对3天强度的规定未变，实际提高了早期强度，而高早期
9、强度并不是普适必要的。n单纯追求强度，使水泥厂采取使用助磨剂磨细、掺用 “增强剂”等，增加了开裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分。7天开裂 14天开裂 两个大厂的52.5硅酸盐水泥，w/c0.3 成型温度18；24h后拆模并在室外负温下放置当代混凝土对水泥的要求具有低的开裂敏感性、良好的匀质性，有利于混凝土结构长期性能的发展，无损害混凝土结构耐久性的成分。尽可能低的需水量。质检合格的水泥未必能满足混凝土的需要，相同品种和强度的水泥可能会在混凝土中有不同的表现。最重要的是产品的匀质性，因此希望控制指标的上下限。n片面追求强度而使比表面积太大、早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩n太
10、细的水泥降低与外加剂的相容性、增加混凝土需水量，不利于混凝土长期性能的发展关于水泥过细的问题水泥细度与其抗压强度的关系水泥细度与减水剂的相容性问题细度和颗粒级配q 最佳组成: 530m 90%,10m 10% ； q 只考虑细度的结果：水泥越细，细颗粒越多，需水量越大，混凝土坍落度损失越大。比表面积为3014cm2,饱和点为0.8%, 坍落度不损失掺量为1.6%水泥细度为3982cm2,饱和点为1.2%, 坍落度无损失掺量为1.82%比表面积为4445cm2,饱和点为1.6%, 找不到坍落度无损失点水泥细度对砂浆抗拉强度的影响水泥细度和开裂敏感性的关系用收缩开裂环检测水泥的开裂敏感性, 从成型
11、 到开裂经过的时间越短，抗裂性越差抗冻性随水泥比表面积增大而下降水泥细度对水泥砂浆和混凝土开裂 的影响n不控制含碱量、氯离子含量，不检测开裂敏感性、无法提供在当代混凝土中与外加剂的相容性n水泥出厂温度太高，造成混凝土浇筑温度过高，温度应力增大，混凝土凝结时间不正常，早期开裂问题普遍n针对现代混凝土，水泥SO3含量偏低水泥影响混凝土结构质量的主要因素n水化热及其释放速率矿物组成和细度、水n 泥温度n 需水量细度、含碱量n 开裂敏感性矿物组成、细度、水泥温度、n 含碱量n 水泥与外加剂的相容性矿物组成、细度、n 石膏形态和含量、含碱量n 性能稳定性和耐久性细度、含碱量、氯离 子含量n 产品匀质性生
12、产控制和原材料剂产品均化水泥主要矿物水化热发展3324熟料矿物的收缩率矿物收缩率C3A C2S C3S C4AF0.00234 0.000100 0.00079 0.000036 0.00077 0.000036 0.00049 0.000114碱和C4AF对收缩的影响水泥含碱量和C3A对收缩的影响C3A 含量和 SO3 的匹配nC3A 含量和 SO3 的匹配n 一般水泥中石膏的优化条件：W/C=0.5, 现代混凝土使用高效减水剂, W/C0.40，SO3不足；n 混凝土中掺入矿物掺和料， SO3被稀释。生石膏和硬石膏溶解速率对比石膏对坍落度损失的影响SO3对砂浆变形性能的影响SO3对砂浆抗压
13、强度的影响SO3对砂浆抗折强度的影响石膏掺量对掺减水剂的浆体需水量的影响什么是好的水泥？ Lemish 和 Elwell1996年在 对依阿华州劣化 的公路路面钻芯 取样的一项研究 中,也发现10 14年强度倒缩而 得出结论：混凝 土性能良好和强 度增长慢有关。 采用快硬水泥的混凝土10年后强度倒缩； 1937年按特快硬水泥生产的水泥与现今水 泥的平均水平很相似。高铁混凝土限制水泥细度n高速铁路高性能混凝土开始对水泥细度进行限制，要求350m2/kg。掺和料和外加剂由水泥厂来加？ SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂 SpAD在使用水泥加水前先加入超塑化剂 AD将超塑化剂溶于拌和水中哪些因素影
14、响水泥的抗裂性n 美国国家标准局对199种水泥进行了18年以上的调研，大量的发现是碱和细度、C3A和C4AF的因素一起极大地影响水泥的抗裂性。即使水泥有相同水化率（强度）和相同的自由收缩，显然低碱水泥有内在的抵抗开裂的能力。当含碱量从低于0.6%当量时，水泥的抗裂性明显增加。水泥工 程 结 构 研 究混凝土甲方 管理 监理结构设计提高比表面积, 增加C3A、C3S流 变 性 能 下 降收 缩 增 加水 化 热 增 大抗 化 学 腐 蚀 性 下 降后 期 强 度 增 长 小骨料级 配 变 差针 片 状 颗 粒 增 多混 凝 土 流 变 性 能 下 降混凝土耐久性下降当前行业隔离现状的实例二、外加
15、剂对当代混凝土的影响n以高效减水剂为主的混凝土外加剂是现代混凝土重要的物质基础之一，是混凝土技术发挥的重要里程碑。n同时，也给混凝土带来了一些问题主要是与水泥的适应性问题以及对混凝土体积稳定性的影响。外加剂与水泥的适应性问题n主要原因在于水泥,前面已经讲解过水泥的细度细、碱含量高、C3A含量高、 SO3含量、使用硬石膏、水泥出厂温度太高都会导致与外加剂的适应性不好。减水剂对混凝土体积稳定性的影响n我国混凝土收缩试验是根据混凝土耐久性和长期力学性能试验方法（GBJ82）方法进行的。n该试验方法对混凝土3d之内的早期收缩无法反映，对不掺外加剂的普通混凝土而言，影响不大。减水剂对混凝土体积稳定性的影
16、响n但对掺减水剂的混凝土，早期收缩的影响 非常显著。从裂缝产生的时间来分析，1d之 内的早期收缩增大，可能是混凝土开裂的关 键因素。n因此目前的化学外加剂收缩率比试验方法 ，并没有完全反映减水剂对混凝土收缩的影 响程度。n大量的实验结果表明：从初凝至24h，掺减 水剂混凝土的收缩率比要大得多。减水剂对混凝土体积稳定性的影响n减水剂、泵送剂等化学外加剂的应用 ，对混凝土技术进步起到了革命性作用 。n而革命性，通常以局部破坏性为代价 。减水剂对混凝土体积稳定性的影响n我们的化学外加剂生产和研究机构，应该象重视减水剂的减水率一样，重视化学外加剂对混凝土早期收缩（塑性收缩）和总收缩的增大作用。减水剂对混凝土体积稳定性的影响不掺减水剂混凝 土的早期收缩值小 于7010-6 m/m 。掺减水剂混凝土 的早期收缩均大于 20
