混凝土原材讲义.doc

1、1第一篇 混凝土原材料1 砂石骨料骨料是混凝土的主要组成材料，占混凝土总体积得 3/4 左右，在混凝土中起着骨架作用，减少由于胶凝材料在凝结硬化过程中的化学收缩和膨胀，以及干缩和湿胀引起的体积变化。骨料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。在技术上，骨料的存在使混凝土比单纯水泥浆的体积稳定性更高，耐久性更好；在经济上，它比水泥便宜的多，作为水泥浆的廉价填充材料，使混凝土的材料成本低廉。水工混凝土所用骨料，通常分为天然骨料和人工骨料两种，一般是选用天然砂石料。当工程所在地附近缺少天然砂石料时，可考虑采用人工砂石料。向家坝主体工程采用的是人工骨料。骨料可按粒径分为细骨料(砂 )和粗骨料(石

2、子) 。通常混凝土用砂的粒径范围为 0.165.00，大于 5的列入粗骨料(石子)范围。1.1 砂石骨料的主要性能1.1.1 骨料的强度和弹性模量骨料的强度一般要高于混凝土的设计抗压强度。这是因为承载时混凝土中的骨料承受的应力可能大大超过混凝土的抗压强度。骨料强度一般用 505050mm 立方米的岩石抗压强度( 饱水状态)表示。骨料强度与混凝土设计强度的比值一般不小于 1.5。骨料的抗压强度，对人工骨料可以测定母岩的强度；但对天然骨料，因岩性较为复杂，强度不易测定和确定。另外岩石的抗压强度试验并不能完全反映骨料在混凝土中的受力情况。混凝土受压时，大量的骨料处于受折、剪的状态。混凝土内各个颗粒接

3、触点的实际应力可能会远远超过所施加标称压应力。所以，为了更接近地反映骨料实际受力情况，常用压碎指标间接地推测其相应的强度。工程中可采用压碎指标进行质量控制。建设部标准和三峡工程标准规定的骨料压碎指标值见表 1-1。表 1-1 骨料压碎指标值压碎指标值(%)骨料种类 岩石品种 混凝土强度等级JGJ53-2006 三峡工程标准C60C40 10 /沉积岩C35 16 16#C60C40 12 16变质岩或 深成的火成岩 C35 20 20C60C40 13 /碎石火成岩 C35 30 /C60C40 12 12卵石C35 16 16一般来说骨料的弹性模量越高，混凝土的弹性模量就越高，骨料的弹性模量

4、也影响混凝土的徐变和收缩。骨料的中等或低的强度和弹性模量对维持混凝土的耐久性很重要。如果骨料的弹性模量低变形能力大些，由于湿度和温度原因引起混凝土的体积变形，在水泥浆中产生的应力会低些。因此骨料的可压缩性可减少混凝土的龟裂，刚性骨料会导致周围水泥浆的开裂。应注意，不同骨料的2强度和弹性模量之间一般不存在关系。1.1.2 骨料的表观密度(颗粒密度 )和堆积密度骨料的表观密度反映了骨料本身的坚实性、耐久性和强度。骨料表观密度取决于骨料的组成矿物的密度和空隙的数量。孔隙分为两种类型，一种是与外界相隔绝的封闭孔隙，一种是开启的孔隙，开启孔隙能吸取水分，使骨料饱和。骨料的表观密度(颗粒密度)是指骨料在自

5、然状态下单位体积 (包含孔隙)的质量。可按下试计算：r = VG式中 ： r 表观密度，单位为 kg/m3；G骨料质量，单位为 kg；V骨料在自然状态下的体积，单位为 m3。骨料的表观密度有两种试验方法。一种是以干燥状态骨料的质量和体积测得的表观密度为干密度，一种是以饱和面干状态骨料的质量和体积测得的表观密度为饱和面干密度。后者更适合于水工混凝土的配料计算。饱和面干状态骨料毛细孔中所饱和的水并不参加水泥的水化反应，不影响混凝土拌和物的流动性，可以看作是骨料的组成部分。干燥状态的骨料在拌和物中却要吸收水分达到或接近饱和状态，影响有效水灰比。骨料的堆积密度是骨料在堆积状态下单位体积质量，单位体积中

6、包含了颗粒间的空隙。堆积密度取决于堆积方法(振实方法 )以及骨料的颗粒形状和大小分布。不同粒径的颗粒可使小颗粒填充在大颗粒内的孔隙中，增大堆积密度。对于表观密度一定的骨料而言，堆积密度愈大，意味着需要用水泥浆填充的孔隙愈少。骨料堆积密度有堆积密度和紧密密度之分，可用规定的方法进行测定。堆积密度可按下式计算：r0 = VG式中 r0堆积密度，/m 3；G骨料质量，；V骨料堆积体积，m 3 。根据骨料的表观密度和堆积密度，可以按下式计算出骨料的孔隙率 P：P= (1r 0 / r)100%1.1.3 吸水率和含水率骨料颗粒中存在孔径变化很大的孔隙，最大的孔肉眼可以看到，最小的孔一般比水泥石的凝胶孔

7、大。这些孔有的封闭在骨料内部，有的扩展到颗粒的表面。骨料的多孔性、渗透性和吸水性影响骨料的一些性能，如它和水泥净浆之间的粘结、混凝土的抗冻性以及它的化学稳定性和耐磨性等。骨料的表观密度也取决于孔隙率。普通岩石的孔隙率列于表 1-21中。骨料中的毛细孔会吸附水分，其含水状态根据气候条件及堆放位置而不同。图 1-1 为骨料的 4种含水状态。表 1-2 普通岩石的孔隙率岩石种类 孔隙率 (%)砂岩 0.048.0石英岩 1.915.1石灰岩 0.037.6花岗岩 0.43.83图 1-1 骨料的含水状态骨料的吸水率是表示饱和面干状态的含水率，它在一定程度上反映骨料孔隙的特性(孔隙率、孔大小及贯通性)

8、。骨料表面所含的水分称为自由水，以占饱和面干骨料重量的百分数表示表面含水率。骨料表面含水应当计入混凝土配合比的用水量中。骨料的含水量随脱水时间、堆放条件和气候条件而变化，同一料堆各个部位也可能不一样，因此必须经常测定，以便调整混凝土配合比中水和骨料的称量。1.1.4 砂的含水体积膨胀现象砂的体积随表面含水量变化而变化。潮湿的砂，颗粒表面有层水膜，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。按体积配料时，应事先测出各种含水状态时的体积换算系数，以准确配料。砂子含水体积膨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 5% 8%时，砂得体积将增加20%30%。再增加含水率时，

9、砂粒表面的水膜增厚，水的自重超过砂粒表面对水的吸附作用而发生流动，并迁移到砂粒间的空隙中，砂粒表面的水膜消失。这时砂的体积随含水率的增加而减少，直到盛砂的容器中灌满水时，其体积近似地等于干砂体积。1.1.5 体积稳定性骨料的体积稳定性专指骨料抵抗由于自然条件的变化引起体积过分变化的能力。引起骨料体积变化的自然因素有温度变化、干湿交替等。骨料的体积变化可能导致混凝土的局部开裂、剥落甚至使整个建筑物处于危险状态。有些多孔燧石、页岩、带有膨胀粘土的石灰岩等常表现为体积稳定性差。例如已判明变质辉绿岩随干湿变化体积变形高达 60010-6 。含有这种骨料的混凝土在干湿交替变化时会发生破坏，在冻融情况下，

10、也会发生变化。多孔岩石制成的骨料，当它们吸水至临界值的水量时，容易受冻而破坏。骨料的抗冻性用坚固性表示。试验原理是将骨料试样侵入饱和硫酸钠或硫酸镁溶液中，并在烘箱中干燥，骨料孔隙中的盐形成结晶使骨料破坏，这与冰的作用相似。对有抗冻要求或有腐蚀性介质作用或经常处于水位变化区、地下结构或有抗疲劳、耐磨、抗冲等要求的混凝土，骨料的坚固性(重量损失) 应不大于8%，其他条件使用的混凝土坚固性应不大于 12%。值得注意的是，单纯的骨料和它在混凝土中的情况是不一样的。一方面是受自然因素侵害的条件不一样，另方面骨料的强度可能足以抵抗冻结引起的压力，但它的体积膨胀却可能引起水泥石的开裂。所以很难预言骨料的耐久

11、性对混凝土耐久性有什么确定的影响。因此，对骨料体积稳定性的图 1-2 砂体积与含水率关系4检验只能作为对骨料本身好坏的比较，或对骨料有怀疑的情况下才进行检验分析。1.1.6 颗粒形状和表面状态骨料颗粒的形状在很大程度上取决于原来岩石的强度和耐磨性及颗粒所受的磨损程度。对碎石而言，颗粒形状取决于原料的性质、破碎机的型式及它的破碎比。骨料愈接近球型，比表面积愈小。比表面积大的针片状颗粒，影响拌和物的和易性，并倾向于一个方向排列，在其下部有水和孔隙形成，对混凝土耐久性不利。一般要求针片状含量不大于 15%(混凝土强度等级C30)和 25%(混凝土强度等级C10 且45m 1h变为几分钟到十几分钟。混

12、凝土使用木钙减水剂，水泥中使用氟石膏(主要成分为无水石膏) ，因氟石膏对木钙有吸附作用，当氟石膏含量少时，木钙包裹了全部石膏，因而石膏没起到缓凝作用，水泥急速凝结，以致在拌合过程中水泥已初凝，使得碾压混凝土无凝聚力，出现现场混凝土不凝状况（实质上是混凝土产生了速凝）。4.1.4 减水剂与水泥的适应性混凝土中掺加外加剂是为了改善混凝土的某一方面或几方面的性能，若某种水泥与某种外加剂之间产生了应有的效果，则该水泥与这种外加剂相适应；若不能产生应有的效果或相反，则该水泥与这种外加剂不相适应。几乎所有品种的外加剂与水泥间都存在适应性问题。减水剂与水泥不相适应的时候，能够比较直观、快速地反映出来，如混凝

13、土流动性差、坍落度损失过快、拌合物离析、发热等。研究结果表明，熟料中的 C3A 含量及 R2O 含量对减水效果有较大影响，C 3A 和 R2O 含量少，减水效果好。C 3A 高的熟料对减水剂吸附量大，在同一掺量条件下，经 C3A 吸附后留在液相中的减水剂量少了，分散、塑化作用效果变差，相应减水效果变差；较高的 R2O 含量能与外加剂作用，破坏了塑化效果，减水效果差。水泥熟料冷却速度、水泥中的 SO3 与 C3A 匹配。水泥品种对减水效果的影响是矿渣水泥优于普通水泥，普通水泥优于硅酸盐水泥。掺用粉煤灰的水泥，由于粉煤灰也有吸附作用，因此，也需要增加剂量。234.1.5 减水剂对混凝土性能的影响(

14、1) 减水剂对新拌混凝土性能的影响 减水：普通减水剂掺量木钙在 0.1%0.25% 范围，糖蜜在 0.1%0.2%范围；高效减水剂在 0.31.0%范围。减水率普通减水剂为 5%8%，高效减水剂为 10%25% ，高效减水剂能显著提高混凝土流动性，为配制高性能混凝土创造了条件。 引气：木钙减水剂有引气作用，使混凝土含气量增加 1%3% ，含气量增加的多少与生产用的木材种类有关，针叶类引气量小，阔叶类木材引气量大，如以松木 70%、杨木 30%为原料的木钙的引气量较小，而以杨木为原料的广州木钙则含气量可达到 5%左右。糖蜜及羟基羧酸盐类减水剂不起引气作用。高效减水剂没有明显的引气作用，如 -萘磺

15、酸盐、三聚氰胺系、古马隆等。但 AF 多环芳烃系、建-1 甲基萘磺酸盐等有引气作用，它们由脱蒽油或萘残油为原料制备。建-1 中的甲基是引气的原因。 凝结时间：普通减水剂有一定的缓凝性，如木钙、糖蜜、羟基羧酸类，均可作为缓凝剂使用，而高效减水剂没有明显的缓凝作用。缓凝高效减水剂则是用高效减水剂与缓凝剂复合而成。 泌水：木钙类减水剂可减小泌水，高效减水剂不增大泌水，而羟基羧酸类、糖类减水剂可能增加泌水。泌水不一定都是不利的因素，在炎热、有风的条件下，适当泌水可减小混凝土塑性收缩，还是有利的。 坍落度损失：掺减水剂混凝土坍落度损失比不掺的要快些，高效减水剂坍落度损失比普通减水剂大。普通减水剂坍落度损

16、失小，是因其缓凝作用减小了坍落度损失。因此，掺入适量缓凝组分可减小坍落度损失。造成坍落度损失的原因是：(a)水分蒸发，特别是夏季；(b)C 3A 与石膏反应消耗了一部分水，而水化产物又要吸附一部分水，使得水泥浆稠化。(c)掺减水剂后，特别是掺高效减水剂后，混凝土用水量降低，水分的蒸发对降低流动性更敏感。(d)水泥颗粒分散度更大，早期C3A 与石膏反应加速。(e)有引气性质的减水剂或在拌合时引入的气泡不稳定，气泡逸出和破灭，使坍落度降低。(f)对小水灰比混凝土，由于超塑化剂的掺入，使可溶性 SO3 减少，导致钙矾石生成不足使水化加快，坍落度损失加快。减小混凝土坍落度损失的措施：a、高效减水剂与缓

17、凝型减水剂复合；b、掺入一定的引气剂；c、在混凝土中加入一些高比表面积的物质(如沸石粉) ，先吸附一部分减水剂，然后再慢慢地释放出来，可使坍落度保持较长时间；d、减水剂后掺法：滞水法、后掺法、分批添加法；e、使用带有反应性高分子物质在碱性条件下缓慢释放阴离子表面活性剂；f、适当复配保水、保塑组分；g、掺用聚羧酸系列减水剂。(2) 减水剂对硬化混凝土性能的影响 强度：掺普通减水剂不提高早期(1d 、3d)强度，28d 强度提高约 10%20%，标准要求245%10%。掺高效减水剂，可提高早期强度，28d 强度提高 10%50%，标准要求 10%20%。掺高效减水剂混凝土，如果是为了提高流动性，混

18、凝土强度比空白混凝土略有提高，如果为了节约水泥，保持水灰比坍落度不变，强度可与基准混凝土持平。混凝土强度提高或节约水泥后强度不变，原因是水泥颗粒分散度增大，水化程度提高和孔结构的改善。 收缩：掺减水剂混凝土的收缩比不掺的大，但一般在 20%以内。掺减水剂后收缩大可能是由于水化程度增大，水化生成物凝胶增多引起的。 徐变：影响不大，即使增大也是极有限的。 耐久性：在相同胶凝材料用量、相同坍落度条件下，可以降低水灰比，提高耐久性，在相同水灰比、相同坍落度或在相同水灰比、提高坍落度条件下，耐久性也不会有利影响。这与掺用减水剂后，水泥石孔隙率减小、孔结构改善有关，特别是掺用高效减水剂，可以使混凝土水灰比

19、降至0.25 以下，有效提高了混凝土的耐久性。因此，掺用高效减水剂可提高混凝土的耐久性。 碱含量：有的减水剂为了早强等目的复配的有 Na2SO4、NaSO 3 等组分，萘系减水剂则产品中存在 Na2SO4，分子结构中存在磺酸钠基团。因此，减水剂中的碱含量也受到人们的注意：如外加剂标准中有全碱量检测方法，三峡标准中提出了硫酸钠的限制，标准化委员会和三峡标准中有关混凝土碱限值等，由于外加剂掺量比较小，在 1%以内，因此，带入混凝土的碱量较少，在有碱活性骨料时，高标号混凝土更应考虑其碱含量。萘磺酸钠中的磺酸基中的 Na+是否会电离出来，值得考虑。4.1.6 减水剂选用工程选用减水剂时需要考虑安全剂量

20、问题，也就是说以最佳掺量为基准，掺量在最佳掺量基础上增加较大幅度（如 23 倍），只会影响凝结时间，不会影响 3d 以后的混凝土强度发展。 减水剂品种比较在满足凝结时间、坍落度损失、泌水等要求下，区别普通减水剂与高效减水剂，即同类型进行比较：可用经济技术效益系数 K 来比较。K 大者好单 价掺 量 强 度 比减 水 率 减水剂最佳掺量的确定：有缓凝性质的普通减水剂：减水率、强度、凝结时间；高效减水剂： 减水剂比较的条件第一步 按国标进行比较：固定胶材用量第二步 适用性比较 用工程所用原材料：如掺用混合材、掺用引气剂、采用相同胶材用量，相同工作度和含气量进行比较（如用混凝土用水量基本相同，也可采

21、用相同水胶比进行比较），否则在相同水胶比条件下，强度结果会出现高效减水剂不如普通减水剂的错误结论。 4.2 引气剂20 世纪 30 年代，美国、日本、英国等就开始使用引气剂，美国引气剂应用发展很快，是由于美国公路交通发达，混凝土公路路面破坏严重，尤其是冬季除冰盐的使用，使混凝土路面破坏更为严重。后来的调查发现，普通混凝土抗冻融性能较差，而用油脂类(牛脂、鱼脂、松树脂) 作助磨剂25的水泥，其抗冻融性很好。由此人们开始将引气剂作为混凝土外加剂来使用。日本广泛使用引气剂是由于岛国处于海洋包围中，空气中 Cl-含量较高，地处寒冷地区，混凝土抗冻性为耐久性的主要性能之一。另一原因是引气混凝土抗分离能力

22、强，即使温暖地区也常用引气剂混凝土，日本把引气混凝土以外的混凝土称为特殊混凝土，可见其引气剂应用的普遍程度。我国五十年代开始使用引气剂，特别是水工和港工部门使用较多。水工使用引气剂除了耐久性需要外，还有施工和易性的需要。大坝混凝土由于限制水化热温升，混凝土单位胶凝材用量少，为了改善和易性，贫混凝土常使用引气剂。对引气剂应用我国还有一定差距，如有的水电工程还没使用引气剂，三峡工程初期曾为使用引气剂发生过争议，一部分人认为降低强度，对混凝土不利，还有的认为温和地区连冰都不结，不存在冻融破坏问题。也就是说，掺用引气剂在我国还存在认识上的误区。抗冻性在某种程度上是耐久性的一种综合的反映，并不是仅为了抗

23、冻耐久性。4.2.1 混凝土中气泡的形成即使不掺外加剂，在搅拌过程中也会在混凝土中带进一些空气，在混凝土中形成气泡，这些气泡不稳定，在拌和、振捣过程中容易破坏、逸出、最后残存的气泡约占混凝土体积的 1%2% ，孔径大于 1mm，形状不规则。这些气泡对硬化混凝土强度和抗冻性都是不利的。当掺入引气剂后，可以在混凝土拌和中引入孔径在 201000m 的气泡，气泡壁之间的平均间距为 0.2mm 左右，每 cm3 水泥浆中约含 1020 万个微小气泡，这些微细气泡赋于引气混凝土一系列特性。(1) 引气剂是一种表面活性物质，在水中溶入极少量的引气剂( 一般浓度为万分之几)，能使水的表面张力从 0.7210

24、-3N/cm 降至 0.30.410 -3N/cm3，使水的表面能降低，有利于气泡的稳定。(2) 引气剂还能在气 液界面形成一个具有弹性的较坚固的水膜，这个水膜能承受气泡内部和外部的压力，并抵抗空气穿透水膜与邻近气泡形成大气泡。气泡内外压差P=2/r，气泡半径 r越小，内外压差越大，在拌合、运输、浇筑过程中，气泡受到搅动而产生气体迁移，小泡并成大泡，最后破灭。因此，气泡坚固的水膜是气泡稳定的必要条件。(3) 多数引气剂为阴离子型，分子一端是憎水基团，一端是亲水基团，这些分子整齐的排列在气 液界面降低表面张力。阴离子型的亲水基团与水泥浆中的钙离子结合形成不溶的钙盐沉淀，使气泡液膜牢固，不易聚结为

25、大气泡而破灭。表 2-24 气泡稳定性试验结果松香皂浓度 泡沫纯水中存在时间 min 泡沫 Ca(OH)2 溶液中存在时间 min0.02% 31 3800.04% 54 4100.08% 103 3904.2.2 气泡的分布与耐久性一般优质引气剂在混凝土中引入的气泡呈球形，直径多在 20200m ，1m 3 混凝土有50008000 亿个微气泡，为了定量表示引气剂所引进的气泡，采用气泡直径大小及分布、气泡比表面积、气泡间距系数来描述。气泡参数是通过硬化混凝土试样磨光后在读数显微镜下观测气泡大小、个数，经计算得到的。26图 1 气 泡 分 布 图0400 100 200 300 400 500

26、气 泡 直 径 ( m）频率（%）图 1-4 引气混凝土气泡分布 混凝土气泡参数以气泡间距系数 L 表示，气泡间距系数 L 在 200m 以下可以获得良好的抗冻性，大于 250m 抗冻性变化显著。但是气泡参数试验方法费事，不能用于质量控制，这一方法也有一定的局限性，如气泡判别较困难，尤其是 1020m 之间的气泡，小于 10m 的气泡不易观测到。因此，不同人观测可能得出的结果差异很大。对掺高效减水剂混凝土，混凝土的气泡间距系数远远超出上述 200m 的限制，但仍有良好抗冻性。有资料 4指出，对抗冻性的提高，主要是0.32 m 孔的含量提高 (超出气孔观测范围)，掺高效减水剂( 超塑化剂) 使大

27、孔增多，但 0.32 m孔含量保持不变，仍保持高的抗冻性。因此，对掺高效减水剂混凝土有必要找出新的气孔分布与耐久性关系。4.2.3 影响混凝土含气量的因素(1) 引气剂种类和掺量：常用的松香皂类、松香热聚物、文沙(Vinsol 文松)引气效果好，气泡均匀稳定。相同含气量条件下，松香皂掺量最低，其他相对要高些。十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠具有很好的起泡能力，但泡沫稳定性差，形状不规则，多为多面体。(2) 混凝土组成材料及配合比水泥品种与细度：掺混合材的水泥，在相同引气剂掺量条件下，引气量小。水泥细度小(比表面积大) 引气量小。粉煤灰性质：粉煤灰烧失量大，引气量小，达到相同含气量要增大引气剂掺

28、量，有的要增大几倍。骨料种类：在相同掺量条件下，卵石混凝土比碎石混凝土含气量大，天然砂比人工砂大。骨料粒径：在相同掺量条件下，骨料粒径大，混凝土含气量小，但湿筛混凝土应基本相同。细骨料粒径与级配：砂子中粒径为 0.160.63mm 之间的颗粒含量高，含气量大。骨料中的杂质：可能增大或减小含气量。水质：水的硬度大，含气量小。砂率：砂率大，含气量增加，但与是否掺引气剂无关。混凝土工作性：坍落度大，含气量大；一般水工碾压混凝土比常态混凝土的引气剂掺量要高510 倍。(3) 拌合条件27拌合机种类和容量：拌合机种类对含气量有影响，人工拌合含气量小，拌合容量由 40%增到100%，含气量增加由 4%增至

29、 8%。投料顺序：投料顺序也有影响，不同投料顺序含气量不同。拌合时间：拌合时间过长，含气量减小，在拌合 12min 时最大。温度：混凝土温度增高 10，含气量减小 20%30%(4) 浇筑条件放置与运输时间：放置和运输时间长，含气量损失大，不同外加剂损失率不同。振捣方式和振捣时间：强力振捣含气量损失大，振捣时间长，含气量损失大。泵送：在泵压作用下，含气量减小。4.2.4 引气对混凝土性能的影响(1) 新拌混凝土和易性掺引气剂，由于混凝土中引入大量微小且独立的气泡，这些球状气泡的滚动和浮托作用使混凝土和易性和稳定性得到大大改善和提高。尤其是在粒形不好的人工骨料混凝土中效果更为显著。(2) 泌水、

30、沉降收缩由于引气减水作用，使拌合物的泌水和沉降收缩显著减小。未硬化水泥浆中气泡的迁移和再分布，有人认为这也是减小泌水沉降的原因。由于泌水和沉降会造成混凝土各组分的离析，造成混凝土的均匀性变差，重要的是使水灰比不均匀。混凝土由干硬化向塑性化、流态化发展，水灰比不均匀的现象就更为严重。(3) 减水作用：当水泥用量固定时(310kg/m 3、340kg/m 3)，引气剂减水量可达 6%9%。减水效果随水泥用量减少而增大，即贫混凝土减水率高于富混凝土。(4) 强度：在相同水泥用量条件下，每增加 1%含气量， 28d 抗压强度下降 2%3%，水灰比不变时，下降 4%6%，对富混凝土，强度降低率大于贫混凝

31、土。有资料表明，在相同水泥用量条件下，掺引气剂混凝土抗压强度降低，抗折强度不降低。(5) 干缩：掺引气剂后，干缩要增大。(6) 抗渗性：由于掺引气剂后，混凝土泌水沉降减少，混凝土中大的毛细孔减少，大量微气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细孔的连续性，使混凝土抗渗性得到改善，同时与抗渗性有关的抗化学侵蚀性、抗中性化作用也得到改善。(7) 抗冻性：掺用引气剂可使混凝土抗冻性得到几倍甚至十几倍的提高，大大延长了混凝土的使用寿命。4.3 早强剂早强剂一种加速混凝土早期强度发展的外加剂。为了缩短混凝土达到一定强度所需的养护时间，加快施工速度，提高模板周转率，一般均使用早强剂，特别是在低温下施工尤为重

32、要。常用早强剂有氯化钙、硫酸钠、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸钠、三乙醇胺等。4.3.1 氯化钙掺用水泥用量 0.5%2%能促进水泥的初、终凝，初、终凝时间缩短 1h 以上。能提高 1d7d28强度，3d 强度可提高 30% 100%，温度越低，提高幅度越大。正常温度下， 28d 强度持平，24 小时内水化热增加 30%，混凝土泌水减小，抗渗性提高。掺 CaCl2 能加速水泥中 C3S 水化。比较可信的解释是：掺入 CaCl2 后水化水泥液相中的 pH 值减小，碱性的降低使水泥组分溶解速度加快，以补偿碱性的降低，从而促进 C3S 水化加速。C 3S 与CaCl2 不产生新的水化产物，CaCl

33、2 被吸附在 C3S 水化物表面，而水化物的晶体减少，对强度有利。CaCl2 不仅影响水泥熟料中的硅酸盐相和铝、铁酸盐相的水化而起促凝早强作用，而且能促进火山灰反应，因此，对掺混合材的水泥也有促凝早强作用。虽然 CaCl2 有早强、促凝、减小泌水、提高抗渗性的有利作用，但也存在明显不足：(1) 收缩变形增大，特别是早期。可能与提高水泥水化程度有关。(2) 抗硫酸盐侵蚀和抗冻性有所降低。(3) 对碱骨料反应有加剧的趋势。(4) 对钢筋锈蚀不利。为安全起见，钢筋混凝土不掺，在外部不与水和含氯环境接触的上部结构，掺用 0.5%对钢筋锈蚀影响不大。素混凝土中可以掺用。NaCl 也有早强作用。4.3.2

34、 硫酸钠我国用硫酸钠作早强剂的比较普遍，硫酸钠作为外加剂组分之一的约占我国商品外加剂总量的40%。常用工业硫酸钠有元明粉无水硫酸钠与芒硝带有 10 个结晶水的硫酸钠。硫酸钠对我国生产的水泥都起早强作用，早期强度提高的幅度与水泥品种有关，对掺混合材的矿渣、火山灰、粉煤灰水泥早强作用比普通水泥更明显；对早期强度低的水泥比早期强度高的水泥早强作用明显，对早强型硅酸盐水泥作用不明显，甚至不起作用。掺 2%Na2SO4 常温下可提高强度 20%左右，在低温下更为明显。不仅加速低温与常温下强度的增长，而且能提高蒸养混凝土的强度。掺 2%Na2SO4 对混凝土拌和物工作性和硬化混凝土物理力学性能无显著影响，

35、没有促凝作用。掺量大时(2%) ，混凝土收缩增大。掺 Na2SO4 对混凝土的不利影响有： (a)增加了混凝土中 Na+含量，从而促进碱骨料反应。(b) Na+不能与水化生成物结合，而留在液相，当混凝土内蒸发或有渗水时，钠盐晶体要在表面析出，留下白色污染，影响美观，即所谓的盐析现象。硫酸钠的作用机制：对硅酸盐水泥而言，由于水泥生产时加入一定量的石膏，再加 Na2SO4 不会加速水泥的水化，也不会提高早期强度。如果水泥厂加入的石膏量不足时，有时会提高一些早期强度，如果水泥厂已加掺入足够的石膏，加 Na2SO4 有时甚至会降低早期强度。对掺有混合材的水泥而言，Na 2SO4 能加速 C3S 水化，

36、并且能加速火山灰反应，而且能提高28d 以后的火山灰反应程度。也就是说，掺入 Na2SO4 能改变水泥生成物的组成，增加 C-S-H 凝胶量而减少不利于强度的 Ca(OH)2 的量。对后期强度也无不利影响。在低水灰比时，水泥浆中石膏的溶解量不足，形成的钙矾石量少，与水泥中 C3A 含量不匹配，29因而会出现异常凝结。这时可掺入少量硫酸钠，可补偿小水灰比时可溶性 SO3 的不足。4.4 缓凝剂延长凝结时间的外加剂称为缓凝剂。缓凝剂的作用：(a)特别是夏季施工，可延长凝结时间，使拌合物有较长时间的可工作性，防止冷缝产生；(b) 减少坍落度损失，保持混凝土的易浇性；(c)推迟水泥水化放热，减少温度应

37、力防止裂缝的产生。常用的缓凝剂有以下几类：(1) 羟基羧酸及盐类和其衍生物 葡萄糖酸、酒石酸、柠檬酸、草果酸、乙二酸、丁二酸等。(2) 多羟基碳水化合物 糖类及其衍生物、糖蜜等 (最常用) 。(3) 木钙类 木质素磺酸盐。(4) 无机化合物氧化锌、氧化铝、硼砂、镁盐等。这类缓凝剂的价格高，不易控制凝结时间。缓凝机理：水泥水化的延缓是由缓凝剂在水泥颗粒或其水化物表面吸附引起的，即吸附在未水化水泥颗粒上的缓凝剂起屏蔽作用，阻止水向水泥颗粒的浸入。缓凝剂分子吸附在水泥粒子上，使分子内的作用力保持在厚的水化层表面上，使水泥悬浮体趋于稳定，并阻止水泥颗粒凝聚。因此，缓凝剂对水泥悬浮体也有分散作用，它们不

38、但在原胶凝物质的颗粒上吸附，而且在水化和硬化过程中吸附在新相的晶胚上，并使其稳定。这种稳定作用阻止结构形成过程，并降低早期强度，在水泥水化继续进行过程中，由于水泥粒子的膨胀引起吸附层分子间的空隙扩大或膜层破裂，因此，水化作用可照常进行。这样对后期强度的发展几乎没有坏的影响，在合理掺量范围(0.01%0.2%)内甚至可以增加后期强度。注意：超剂量使用时，不但会产生严重缓凝，而且使后期强度明显降低，将造成工程事故。影响缓凝剂缓凝效果的因素：(1) 水泥品种 即水泥中 C3A 及碱含量，C 3A 及碱含量低缓凝效果好；(2) 水灰比 小水灰比效果好于大水灰比；(3) 温度 温度高缓凝效果差，醇、酮、

39、酯在高温时，保持对 C3S 水化过程的缓凝作用；(4) 掺加顺序 比水迟加入 2min，可延长 23h。掺缓凝剂混凝土的物理力学性能与空白混凝土相当，收缩值也相当，对耐久性无不利影响。4.5 掺外加剂混凝土的性能要求水工混凝土外加剂技术规程(DL/T5100-1999)规定掺常用外加剂混凝土性能要求列于表 1-25。表 1-25 掺常用外加剂混凝土性能要求外加剂种类试验项目 引气剂普通 减水剂早强 减水剂缓凝 减水剂引气 减水剂高效 减水剂 缓凝剂缓凝高效减水剂高温 缓凝剂减水率 % 6 8 8 8 12 15 15 6含气量 % 4.55.5 2.5 2.5 3.0 4.55.5 3.0 2

40、.5 3.0 2.5泌水率比 % 70 95 95 100 70 95 100 100 9530初凝 -90 +120 0 +90 +30 +90+120 -60+90 -60+90 -60+90 +120+240 +300+480凝结时间min 终凝 -90 +120 0 +90 0+90+120 -60+90 -60+90 -60+90+120+240 +7203d 90 115 130 90 115 130 130 1257d 90 115 115 90 110 125 125 125 90抗压强度比% 28d 85 110 105 85 105 120 120 120 10028d 收

41、缩率比 % 125 125 125 125 125 125 125 125 125抗冻等级 200 50 50 50 200 50 50对钢筋锈蚀作用 应说明对钢筋无锈蚀作用对热学性能的影响 用于大体积混凝土时，应说明对 7d 水化热或 7d 混凝土的绝热温升的影响向家坝工程选用外加剂主要有高效缓凝减水剂（萘系）用于 C30 以下、高性能减水剂（聚羧酸类）用于 C30 以上和泵送、引气剂，右地下洞室喷射混凝土液体无碱速凝剂（湿喷施工） 。向家坝工程选用的原材料为 42.5 中热水泥、优质 I 级粉煤灰、高效减水剂、引气剂、灰岩人工骨料。为提高混凝土和易性及耐久性全部掺用粉煤灰、减水剂与引气剂，

42、混凝土机口含气量常规混凝土按 4.0,碾压混凝土按 3.5%4.5%控制。从一期工程钻取芯样结果表明，混凝土表面光滑、密实，强度超过设计要求。高性能减水剂定义：比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较小的干燥收缩，具有一定引气性能的减水剂。其主要特点：1）掺量低，减水率高；2）砼拌和物工作性及工作性保持性较好；3）氯离子和碱含量较低；4）用其配制的砼收缩率较小，可改善砼的体积稳定性和耐久性；5）对水泥适应性好；6）生产和使用过程中不污染环境，是环保的外加剂。第二篇 混凝土施工1 混凝土主要施工机械的布置11 混凝土拌和设备高程 380 混凝土生产系统布置于右坝肩，系统配置4.5 m3

43、（三峡设备）、3.0 m3 自落式拌和楼各 1 座，常温混凝土生产能力 500m3/h，预冷混凝土生产能力 300m3/h（出机温度714）。一期工程建成，主要通过 3 台 30t 平移式缆机和运车运输入仓进行浇筑。供应右厂房坝段、泄洪坝段与右非混凝土。高程 303 混凝土生产系统布置于右岸施工场地田坝区，系统配置3.0 m3 自落式拌和楼 2座（新购）。常温混凝土生产能力 480m3/h，预冷混凝土生产能力 360m3/h（出机温度 714）。供应左厂房坝段、左厂房混凝土、泄洪坝段混凝土。高程 300 混凝土生产系统布置于右岸施工场地田坝区，系统配置4.5 m3 自落式拌和楼 2座（新购一台）。常温混凝土生产能力 640m3/h，预冷混凝土生产能力 480m3/h（出机温度714）。供应泄洪坝段、右非混凝土。