水泥基复合材料讲义

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1、一、简述混凝土的应用随着社会经济的发展，土木建筑事业也迅速发展，对混凝土的需求也日益增大。 目前，混凝土的应用已从一般的工业与民用建筑、港口码头、道路桥梁、水利工程等 领域扩展到了海上浮动领域、海底建筑、地下城市建筑、高压储罐、核电站等领域， 已成为世界上用量最大的人造石才。二、混凝土的定义由胶结材(无机的、有机的或无机有机复合的)、颗粒状材料以及必要时加入化学外 加剂和矿物掺合料等组分合理组成的混合料经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料称 为混凝土(这类混凝土的组织结构类似干某些天然岩石，故又称为人造石)。三、混凝土的分类(一) 按胶结材分1 无机胶结材混凝土(1) 水泥混凝土：各种水泥为胶结

2、材(2) 石灰一硅质胶结材混凝土：石灰和各种合硅原料(砂及工业废渣等)以水热合成方法来产生水化矿物胶凝物质(3) 石膏混凝土：以各种仓膏为胶结材制成(4) 水玻璃一氟硅酸钠混凝土：木玻璃为胶结材，以氟硅酸钠为促硬剂制成2 有机胶结材混凝土(1) 沥青混凝土：以沥青为胶结材制成，主要用于道路工程(2) 聚合物胶结混凝土：以纯聚合物为胶结材制成3 .无机有机复合胶结材混凝土(1) 聚合物水泥混凝土：在水泥混凝土混合料中掺入聚合物或者用掺有聚合物的水泥制成(2) 聚合物浸渍混凝：以水泥混凝土为基材，用有机单体液浸谈和聚合制成(二) 按混凝土的结构分1 普通结构混凝土：它由粗、细集料和胶结材制成。(碎

3、石或卵石、砂和水泥制成 者，即是普通混凝土。)2细粒混凝土：细集料和胶结材制成3 大孔混凝土：仅由粗集料和胶结材制成4. 多孔混凝土：既无粗集料、也无细集料全由磨细的胶结材和其他粉料加水拌成 的料浆用机械方法或化学方法位之形成许多微小的气泡后再经硬 化制成(三) 按容重分1 .特重混凝土2 .重混凝土3. 轻混凝土4. 特轻混凝土（四）按用途分结构用混凝土、隔热瘟凝土、装饰混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、耐火混凝 土、道路混凝土、大坝混凝土、收缩补偿混凝土、海洋混凝土、防护混凝土等等。四、混凝土的发展历史气硬胶材混凝土 水泥混凝土 1887年，科伦首先发明了钢筋混凝土的计算方法。1918年，艾

4、布拉姆斯发表了计算混凝土强度的水灰比理论。1918年，用张拉钢筋对预先是施以压应力的方法可以保证混凝土构件在荷载作用下既 能抵抗拉应力又不致产生裂缝一一预应力混凝土应运而生。1950年，外加剂广泛应用于混凝土，使混凝土的性能得到更好的改善。后来，又出现了现代混凝土，特种混凝土，高性能混凝土及绿色混凝土等等。五、研究方法主线；感性认识一理性科学研究六、教学任务牢固掌握各类混凝土（普通混凝土、硅酸盐混凝土、轻集料混凝土等）的结构、 性能、各种参数与结构和性能的的基本理论以及各种混凝土的基本实验技术，能根据 实际工程中对混凝土的使用要求，正确选材，合理设计和选用配合比，最后制成经济、 耐久的混凝土。

5、1普通混凝土1-1普通混凝土的原材料 1-1-1水泥一、水泥的应用要求（一）水泥的强度等级（二）使用条件下的稳定性（三）水泥强度的发展规律（四）其他要求二、水泥品种的选择硅酸盐系列水泥、铝酸盐系列水泥、硫铝酸盐系列水泥和其他水泥（根据混凝土的工程特点和所处环境条件来选择） 1-1-2骨料一、骨料作用经济上：作为混凝土的填充料，比水泥便宜，可降低建材的成本，具有经济意义。性能上：提高混凝土体积稳定性和耐久性；改善混凝土的强度和其他力学性能；特种骨料可配制特种混凝土。二、分类粒径：粗骨料（5m m）和细骨料（0.165 mm）性质：普通骨料、重骨料和轻骨料来源：天然骨料和人工骨料三、主要技术性质（

6、一）强度评定原因：骨架作用评定方法：岩石立方体法和压碎指标法（二）密度、表观密度、堆积密度、空隙率和孔隙率（三）含水率、吸水率含水率：材料中所含水的质量与干燥状态材料的质量之比。吸水率：材料吸水饱和时，其含水率就为吸水率质量吸水率和体积吸水率（四）砂的容胀1、原因：潮湿的砂，各颗砂粒的表面有层水膜，引起一定重量的砂子体积显著增加，这种现象称为砂的容胀。按体积况料时，着忽视砂于的容比特造成混掇土混 合料缺砂，出现离析和蜂窝现象。2、规律:容胀的程度取决于砂子的含水率和细度。随着砂的含水率增加到大约58%的数值时，砂的体积将增加20 一 30%。再增加含水率时，则砂粒表面的水增 厚，水的自重超过砂

7、粒表面对水的吸附作用而发生跟动，并迁移到砂粒间的 空隙中，砂粒表面的水膜消失。这时砂的容积随含水率的增加而减少。（五）体积稳定性1. 定义：这里专指集料抵抗由于自然条件 的变化引起体积过分变化的能力。2. 对混凝土性能的影响：引起集料体积变化的自然因素有冻融损坏、干混交替等。集料的体积变化可能导致混凝土的局部开裂、剥落甚至使整个 结构处于危险状态。（六）颗粒形状和表面状态1. 评定原因：对混凝土的性能由影响：工作性、强度、耐久性等，形状，状态均有影响。2. 形状：球棱角针状片状3. 形状评定： 棱角系数一种尺寸的颗粒，堆实的程度取决干它们的形状。在英国用“棱角系数”表示集 料的颗粒形状对堆实程

8、度的影响。棱角系数一一以67减去按规定的方法将集料填满容器时，固体体积所占的份数。（67 代表最圆的卵石用同样的填充方法所得的固体体积份数） 所以“棱角系数”即表示超过圆形卵石空隙率的百分数。“棱角系数”愈大，集料颗粒的棱角愈多，堆积时的空隙率也愈大。 针片状颗粒含量4. 表面状态：孔及粗糙程度（七）集料中有害杂质：1. 有机杂质2. 钻土、淤泥和粉尘3. 硫化物和硫酸盐类4. 云母5. 盐四、骨料的级配（一）概念及工程意义（二）表示方法（三）级配要求（四）最大粒径1-1-3磨细矿物掺料一、具有弱自硬性的材料，如碱性粒状高炉矿渣、某些炉渣和烧页岩灰。二、具有活性水硬性材料，这些材料不能自行硬化

9、，但能够与水泥水化析出的氢氧化 钙或者与加入的石灰相互作用而形成较强较稳定的胶按物质。例如酸性粒状高炉矿渣、炉渣、扮煤灰、轻烧粘土、烧页岩以及含有非晶状氧 化硅的火山和沉积岩石，前者如浮石、凝灰岩、火山灰，后者如硅藻石、蛋白石等。三、微活性掺料（填充料）。如各种岩石风化分解的产物如砂、石英、黄土、粘土等。1-1-4混凝土拌合用水拌合混凝土混合料几乎可以来用任何天然水，只要它不合有过量的盐类，特别是 硫酸盐和酸性化合物以及有机杂质。不允许使用富有有机杂质的沼泽水、含有腐植酸 或其他酸、盐的污水和工业废水。 1-2普通混凝土混合料 1-2-1混凝土混合料的特性0、概念新拌混凝土：混授土的各组成材料

10、（水泥、粗细集抖、水而/ G得的尚未凝结硬化的材料，也称混凝土拌和物。一、流变学概念（一）几个概念1 流变学：研究混凝土物体流动和变形的科学。2弹性：外力作用后发生变形，外力撤消，变形立即恢复的性质。3塑性：外力作用发生变形，外力撤消，变形立不消失且材料也不破坏的性质。4 结构粘性：某些粘性液体在静止不动时有较大粘性，搅动时粘性降低，停止搅动,粘性有迅速增加，原结构恢复。粘度：阻碍液体流动的粘滞力。5 脆性：6刚性：抵抗塑性变形的能力。7.韧性：8触变形：某些液体在外力作用下，粘性破坏后缓慢恢复的性质。9应力松弛：在持续外力作用下，发生的变形不变，内应力逐渐减小的过程。10弹性后效：在持续外力

11、作用下，发生缓慢变形，而外力撤消后，变形缓慢恢复的 现象。（二）流变基元（模型）1 胡克体（H模型）：表示具有完全弹性的理想材料，2牛顿液体（N模型）：表示只具有粘性的理想材料。3 .圣维南体（Stv模型）表示超过屈服点后只具有塑性变形的理想材料（三）基本组成形式（现实物质模拟）1 麦克斯威尔（MaxWelM）模型 最简单的串联模型：M=NH，表示恒定变形的应力变化历程。2. Kelvin 模型（K）最简单的并联模型：M=H / N，表示恒定应力下的变形过程。二、混凝土混合料的流变方程（一）混凝土拌和物的流变特点1. 流变原因：颗粒间相互润滑2流变阻力：颗粒间附着力、摩擦力（二）流变模型1 变

12、形特征：瞬时有较小的弹性变形克服一定阻力，发生较大的变形Stv特种存在一定的粘性，随时间延长变形增大N特种2. 流变模型宾汉姆模型：H-（Stv/N）3. 流动曲线的基本类型（图1 19）牛顿液体非牛顿液体宾汉姆体一般宾汉姆体三、混合科流变参数T y与n的含义（一）屈服剪应力（t y）1. 定义：屈服剪应力（t y）是阻止塑性变形的最大应力，故又称为塑性强度。2. 产生原因：混合科的屈服剪切应力是组成材料各颗粒之间的附着力和摩擦力引起的3. 测定：土壤剪切法（图1 12）（二）粘度系数（n）1定义：液体内部结构阻碍流动的一种性能。2. 产生原因：它是由于流动的液体中，在平行流动方向的各流层之间

13、，产生与流动方 向相反的阻力（粘滞阻力）的结果。因此，粘性是流动的反面。对于不同 的液体，粘性有的大，有的小，取决于液体的内部结构。3特征：对于理想的流体：n是固定值；对于一般流体：n是变值，随T和D而变化（图1 23）四、流动特性的测定（一）T y的测定1 土壤剪切法2.锥体塑性法（二）n的测定流速法（三）综合测定1. 细颗粒分散质均匀原理：外筒转内筒转数据处理：2新拌混凝土大颗粒分散质不连续性大，测试困难 1-2-2新拌混凝土的工作性一、工作性的定义（一）建材定义：在一定施工条件下，便于各种施工操作并均匀密实地填充模板的性能。（不能定量）流动性+粘聚性+保水性（二）混凝土定义：流动性+可塑

14、性+稳定性+易密性（未量化）（三）ASTMC125:使一定数量的新拌混凝土在不丧失匀的前提下，浇注振实所需的功。（内阻力；混凝土与钢筋、模板的摩擦阻力）二、工作性的测定（一）塌落度法1简介2. 原理过程：重力作用下混凝土料的流变过程 静止条件：重力产生的煎应力Wt y 测试实质：测混凝土的塑性强度讨论：（2t y/pg）$30时，SLWO,无塌落（二）流动度法简介：这是美国所采用的试验方法测定：将一堆成一定形状的混合料置于跳桌上，经过跳动一定的次数后，测定混合料 扩展的程度，以鉴定混合科的流动度及离析的程度。（三）凯利球法简介：测定：每下沉2.5cm，相当于SL=5 cm（四）重塑数试验简介：1932年美国鲍威尔斯所建议的试验，以改变混合科试样的形状所做的功来评价 混合料的工作性。（五）工业粘度计（六）维皮试验一一现行规范方法简介：这是重塑数试验的改进试验。省取了重塑数的内圆环，以振动代替跳动使混合 科达引重型密实，更接近于实际情况。（七）密实数法简介：起于英国，密实数二测定密度/实际密度（八）倒置SL筒法简介：适用于钢纤维混凝土1-2-3影响混凝土工作性的因素探混凝上混合料的工作性取决于各绍.份的特性及其相对含量。一、混合料的单位加水量对流动性的影响（一）水的作用：水化、润滑（二）影响1规律I：初始流动性为y的混凝土，变化条件