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1、普通混凝土存在的普遍问题及研究途径普通混凝土存在的普遍问题及研究途径（一）自重大问题（一）自重大问题 混凝土自重相对于钢材较低，但由于目前普遍使用的混凝土强度较低，混凝土自重相对于钢材较低，但由于目前普遍使用的混凝土强度较低，则其单位重量的比强度就很低，不能满足未来超高层、超大跨度以上结则其单位重量的比强度就很低，不能满足未来超高层、超大跨度以上结构的需要。这个问题从以下两方面考虑构的需要。这个问题从以下两方面考虑 1 1、正确利用自重大的特性、正确利用自重大的特性 用于防核辐射，深气油井建筑用于防核辐射，深气油井建筑 2 2、提高比强度、提高比强度 提高途径：提高途径： 1 1）选高强轻集料
2、或人造轻骨料）选高强轻集料或人造轻骨料 2 2）设计超高强混凝土）设计超高强混凝土 强度提高一倍，就相当于自重下降一半。但随着强度的提高，混凝土的强度提高一倍，就相当于自重下降一半。但随着强度的提高，混凝土的脆性也明显上升，配制的工艺不成熟，强度不稳定。脆性也明显上升，配制的工艺不成熟，强度不稳定。第四章第四章 生态建筑材料生态建筑材料（二）耐久性问题（二）耐久性问题 混凝土在恒温、恒湿的洁净空气中，耐久性很好，但复杂的环境混凝土在恒温、恒湿的洁净空气中，耐久性很好，但复杂的环境主要从下面几个方面影响其耐久性主要从下面几个方面影响其耐久性1 1、温差变化的热胀冷缩、温差变化的热胀冷缩 混凝土中
3、不同相其温差变形系数不同，因此在不同的相界面产生混凝土中不同相其温差变形系数不同，因此在不同的相界面产生的应力不同。的应力不同。2 2、冻融破坏、冻融破坏3 3、化学侵蚀、化学侵蚀4 4、流动淡水侵蚀和气蚀、流动淡水侵蚀和气蚀5 5、磨蚀、磨蚀6 6、碱集料反应、碱集料反应高性能、高耐久性混凝土的研究和使用是提高混凝土耐久高性能、高耐久性混凝土的研究和使用是提高混凝土耐久性的根本方法性的根本方法. .耐久性问题实例耐久性问题实例: :1 1、日本海沿岸、日本海沿岸, ,许多港湾建筑、桥梁等许多港湾建筑、桥梁等, ,建成后不建成后不到到1010年时间年时间, ,混凝土表面开裂、剥落混凝土表面开裂
4、、剥落, ,钢筋锈蚀外钢筋锈蚀外露露-碱集料反应所至碱集料反应所至日本的鸟取县境内，有一座钢筋混凝土桥，由于碱日本的鸟取县境内，有一座钢筋混凝土桥，由于碱骨料反应造成严重破坏，达到了不可修复的程度，骨料反应造成严重破坏，达到了不可修复的程度，被炸掉重建。被炸掉重建。2 2、北京三元立交桥桥墩，建成后不到两年，个别、北京三元立交桥桥墩，建成后不到两年，个别地方发生地方发生“人字形人字形”的裂纹，也认为是的裂纹，也认为是碱集料反碱集料反应所至。应所至。3 3、19871987年，山西大同的钢筋混凝土大水塔突然毁年，山西大同的钢筋混凝土大水塔突然毁坏，水流象山洪暴发一样的冲下，造成很大的人坏，水流象
5、山洪暴发一样的冲下，造成很大的人员伤亡和建筑设施等严重毁坏员伤亡和建筑设施等严重毁坏渗漏造成钢筋渗漏造成钢筋锈蚀，混凝土断裂而毁坏。锈蚀，混凝土断裂而毁坏。维修费用高昂的实例：维修费用高昂的实例：1 1、19801980年，美国有年，美国有5656万座公路桥因使用除冰盐万座公路桥因使用除冰盐引起混凝土剥蚀和钢筋锈蚀，其中有引起混凝土剥蚀和钢筋锈蚀，其中有9 9万座需要万座需要大修或重建。经济损失超过了大修或重建。经济损失超过了6363亿美元。亿美元。2 2、桥梁方面，目前已有、桥梁方面，目前已有253000253000座桥的桥面板不座桥的桥面板不同程度的劣化，而且每年还以同程度的劣化，而且每年
6、还以3500035000座的速度增座的速度增加，修复这些桥面板需要加，修复这些桥面板需要500500亿美元，而维修或亿美元，而维修或更换所有劣化的混凝土结构将花更换所有劣化的混凝土结构将花20002000亿美元。亿美元。 可见，工程事故和惊人的维修费用说明，在可见，工程事故和惊人的维修费用说明，在结构设计时，对使用材料的耐久性应象力学性结构设计时，对使用材料的耐久性应象力学性质一样予以仔细的考虑。质一样予以仔细的考虑。（三）高脆低韧问题（三）高脆低韧问题 高脆低韧是素混凝土材料固有的问题，国此，只有高脆低韧是素混凝土材料固有的问题，国此，只有通过改变混凝土的组成才能解决，解决的途径通过改变混凝
7、土的组成才能解决，解决的途径 1 1、微观复合化、微观复合化 引入具有一定的柔韧性的物质，如高分子材料或纳引入具有一定的柔韧性的物质，如高分子材料或纳米材料米材料 2 2、细观复合化、细观复合化 是目前采用最多的办法，即引入分散高强高韧纤维是目前采用最多的办法，即引入分散高强高韧纤维 3 3、宏观复合化、宏观复合化 即钢筋混凝土和钢管混凝土即钢筋混凝土和钢管混凝土（四）功能单一问题（四）功能单一问题 目前的混凝土大多只满足力学、保温隔热等要求。但随目前的混凝土大多只满足力学、保温隔热等要求。但随着建筑的智能化和多功能化，必然要求混凝土具有多种功着建筑的智能化和多功能化，必然要求混凝土具有多种功
8、能，如：兼有力学、保温、调湿功能的混凝土；兼有力学、能，如：兼有力学、保温、调湿功能的混凝土；兼有力学、导电、导航功能的混凝土；兼有力学、调湿、自报警功能导电、导航功能的混凝土；兼有力学、调湿、自报警功能的混凝土；兼有力学、自控湿、自愈合功能的混凝土；兼的混凝土；兼有力学、自控湿、自愈合功能的混凝土；兼有力学、补偿收缩、防水功能的混凝土等等，即功能型、有力学、补偿收缩、防水功能的混凝土等等，即功能型、智能型混凝土：智能型混凝土：研究途径：研究途径：兼有力学、补偿收缩、防水功能兼有力学、补偿收缩、防水功能在混凝土中加一定的在混凝土中加一定的膨胀剂、防水剂膨胀剂、防水剂兼有力学、导电、屏蔽功能的混
9、凝土兼有力学、导电、屏蔽功能的混凝土在混凝土中加入在混凝土中加入导电纤维（碳纤维、钢网等）导电纤维（碳纤维、钢网等）兼有力学、自诊断功能的混凝土兼有力学、自诊断功能的混凝土加入可在应力下产生加入可在应力下产生电流或改变电阻的物质（碳纤维等）电流或改变电阻的物质（碳纤维等）有自控温、自愈合功能的混凝土有自控温、自愈合功能的混凝土加入含粘结液的空心加入含粘结液的空心玻纤或胶襄，在混凝土受力开裂后，自动释放粘结液，以玻纤或胶襄，在混凝土受力开裂后，自动释放粘结液，以修补裂隙。修补裂隙。（五）环保问题（五）环保问题 1、再生混凝土、再生混凝土 2、消化其他建筑垃圾和工业废料的混凝土、消化其他建筑垃圾和
10、工业废料的混凝土普通混凝土发展方向普通混凝土发展方向: : 绿色、高性能混凝土第一节第一节 高性能混凝土高性能混凝土(High Performance Concrete(High Performance Concrete简写为简写为HPC)HPC)基本概念基本概念: :高性能混凝土是一种新型高技术混凝土高性能混凝土是一种新型高技术混凝土, ,是在大幅度提高是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土土, ,它以耐久性作为设计的主要指标它以耐久性作为设计的主要指标. .针对不同用途要求针对不同用途要求, ,高性能混凝土对下列
11、性能有重点地予以保证高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证: :耐久性耐久性, ,工作工作性性, ,适用性适用性, ,强度强度, ,体积稳定性体积稳定性, ,经济性经济性. .因此因此, ,高性能混凝土高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比在配制上的特点是低水胶比, ,选用优质原材料选用优质原材料, ,并除水泥并除水泥, ,水集料外水集料外, ,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。 研制研制HPCHPC的主要技术途径和措施的主要技术途径和措施影响混凝土性能（特别是强度和耐久性）的影响混凝土性能（特别是强度和耐久性）的主要因素有两方面：主要因素有两方
12、面：一是混凝土中硬化水泥浆体的孔隙率，孔分布和孔特征一是混凝土中硬化水泥浆体的孔隙率，孔分布和孔特征降低混凝土中水泥石的孔隙率，改善孔分布，减少开口孔。降低混凝土中水泥石的孔隙率，改善孔分布，减少开口孔。二是混凝土硬化水泥浆体与集料的界面二是混凝土硬化水泥浆体与集料的界面设法减少在集料设法减少在集料浆体界面上主要由氢氧化钙晶体定向排列组成的过渡带浆体界面上主要由氢氧化钙晶体定向排列组成的过渡带的厚度，从而增强界面物理或化学连接的强度。的厚度，从而增强界面物理或化学连接的强度。基于以上因素，目前主要从以下几方面的技术措施：基于以上因素，目前主要从以下几方面的技术措施：正确选择原材料正确选择原材料
13、合理的工艺参数合理的工艺参数 施工工艺选施工工艺选择与控制择与控制HPCHPC硅酸盐水泥硅酸盐水泥(包括中热硅包括中热硅酸盐水泥酸盐水泥,球球状水泥状水泥,调粒调粒水泥水泥,活化水活化水泥泥)超细矿物质超细矿物质掺料掺料新型高效减新型高效减水剂水剂水灰比水灰比0.40粗骨料体积含量粗骨料体积含量0.4m3左右左右,Dmax 25砂率砂率3640%胶凝材料用量胶凝材料用量500600kg新型高效减水新型高效减水剂剂0.8%1.4%强制式搅强制式搅拌机拌机高频振动高频振动泵送施工泵送施工,坍落度损坍落度损失控制失控制混凝土养混凝土养护剂养护护剂养护密实的水泥密实的水泥石及合理的石及合理的孔结构孔结
14、构界面过渡区界面过渡区的改善的改善(解决解决Ca(OH)2在过在过渡区富集与渡区富集与定向排列定向排列)体体积稳定性积稳定性,高高强强,高耐久性高耐久性获得高性能混凝土的主要技术途径获得高性能混凝土的主要技术途径一、选用优质、符合要求的水泥一、选用优质、符合要求的水泥1 1、基于低水胶比及良好的施工和易性的要求，高性能、基于低水胶比及良好的施工和易性的要求，高性能混凝土所用水泥要与所加的高效减水剂有很好的相容性。混凝土所用水泥要与所加的高效减水剂有很好的相容性。C C3 3A A和碱含量高的水泥与减水剂的相容性往往要差。和碱含量高的水泥与减水剂的相容性往往要差。2 2、注意水泥的颗粒形状和颗粒
15、级配、注意水泥的颗粒形状和颗粒级配用用球状水泥：球状水泥：改善水泥粉磨工艺制得表面无裂纹且呈圆改善水泥粉磨工艺制得表面无裂纹且呈圆球状的水泥颗料，以减少水泥的平均粒径和微粉量，使球状的水泥颗料，以减少水泥的平均粒径和微粉量，使其具有高的流动性和填充性。在保护混凝土拌合物坍落其具有高的流动性和填充性。在保护混凝土拌合物坍落度相同条件下度相同条件下, ,球状水泥的用水量较普通水泥降低球状水泥的用水量较普通水泥降低10%10%左左右右. .用用调粒水泥调粒水泥：将水泥组成中的粒度分布进行调整，提高：将水泥组成中的粒度分布进行调整，提高胶凝材料的填充率。胶凝材料的填充率。用用活化水泥活化水泥: : 将
16、粉状超塑化剂与熟料混磨即能制得将粉状超塑化剂与熟料混磨即能制得, ,或或将粉状超塑化剂与矿物质材料混磨制成活化填料将粉状超塑化剂与矿物质材料混磨制成活化填料, ,取代取代部分水泥部分水泥, ,制得需水量低的胶结料制得需水量低的胶结料, ,活性大大提高活性大大提高. .二、选用优质砂石骨料二、选用优质砂石骨料1 1、骨料的级配要好、骨料的级配要好 空隙率要低空隙率要低: :达到相同流动性时达到相同流动性时, ,水泥浆的水泥浆的用量低用量低, ,混凝土的自收缩变形低混凝土的自收缩变形低, ,水化热低水化热低, ,体积稳定性好体积稳定性好, ,对强度耐久性均好对强度耐久性均好. .评价指标评价指标: :骨料的质量系数骨料的质量系数 K=M K=MZ Z(50-P)(50-P) K- K-骨料的质量系数骨料的质量系数 M MZ Z- -骨料的细度模量骨料的细度模量 P- P-骨料的空隙体积百分率骨料的空隙体积百分率粗骨料的细度模量粗骨料的细度模量:与砂类似与砂类似对应的筛孔为对应的筛孔为:40,20,10,5,2.5,1.25,0.63,0.315,0.16粗骨料的细度模量一般在粗骨料的细度模
