混泥土發(fā)展與未來(lái)

1、昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理題目：混凝土的發(fā)展與未來(lái)科目：混泥土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理專(zhuān)業(yè)：土木工程班級(jí)：072 土木學(xué)號(hào)：200931003908姓名：古學(xué)斌混凝土的發(fā)展與未來(lái)混凝土，簡(jiǎn)稱(chēng)為 砼（t dng ） ”：是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材 料的統(tǒng)稱(chēng)。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（加或 不加外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而得的水泥混凝土，也 稱(chēng)普通混凝土，它廣泛應(yīng)用于土木工程。混凝土也稱(chēng)砼，是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一。它是由膠結(jié)材料，骨料和水 按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護(hù)而成的人造石材?；炷辆哂?原

2、料豐富，價(jià)格低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，因而使其用量越來(lái)越大；同時(shí)混凝土還 具有抗壓強(qiáng)度高，耐久性好，強(qiáng)度等級(jí)范圍寬，使其使用范圍出十分廣泛，不僅在各 種土木工程中使用，就是造船業(yè)，機(jī)械工業(yè)，海洋的開(kāi)發(fā)，地?zé)峁こ痰?，混凝土也?重要的材料。（一）混凝土的發(fā)展歷史混凝土鋸片可以追溯到古老的年代，其所用的膠凝材料為粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世紀(jì)20年代出現(xiàn)了波特蘭水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的強(qiáng)度和耐久性，而且原料易得，造價(jià)較低，特別是能耗較低，因而用途極為 廣泛（見(jiàn)無(wú)機(jī)膠凝材料）。20世紀(jì)初，有人發(fā)表了水灰比等學(xué)說(shuō)，初步奠定了混凝土強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)。以后，相繼出現(xiàn)了輕集料混凝

3、土、加氣混凝土及其他混凝土，各種混凝土外加劑也開(kāi) 始使用。60年代以來(lái)，廣泛應(yīng)用減水劑，并出現(xiàn)了高效減水劑和相應(yīng)的流態(tài)混凝土； 高分子材料進(jìn)入混凝土材料領(lǐng)域，出現(xiàn)了聚合物混凝土；多種纖維被用于分散配筋的 纖維混凝土?，F(xiàn)代測(cè)試技術(shù)也越來(lái)越多地應(yīng)用于混凝土材料科學(xué)的研究。混凝土的原材料水泥、石灰、石膏等無(wú)機(jī)膠凝材料與水拌和使混凝土拌合物具有可塑性；進(jìn)而通 過(guò)化學(xué)和物理化學(xué)作用凝結(jié)硬化而產(chǎn)生強(qiáng)度。一般說(shuō)來(lái)，飲用水都可滿(mǎn)足混凝土拌和 用水的要求。水中過(guò)量的酸、堿、鹽和有機(jī)物都會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生有害的影響。集料不 僅有填充作用，而且對(duì)混凝土的容重、 強(qiáng)度和變形等性質(zhì)有重要影響。為改善混凝土的某些性質(zhì)，可加入

4、外加劑。由于摻用外加劑有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效 果，它日益成為混凝土不可缺少的組分。為改善混凝土拌合物的和易性或硬化后混凝 土的性能，節(jié)約水泥，在混凝土攪拌時(shí)也可摻入磨細(xì)的礦物材料一一合料。它分為活性和非活性?xún)深?lèi)。摻合料的性質(zhì)和數(shù)量，影響混凝土的強(qiáng)度、變形、水化熱、抗?jié)B性和 顏色等?；炷恋男阅?、和易性 ：混凝土拌合物最重要的性能。它綜合表示拌合物的稠度、流動(dòng)性、 可塑性、抗分層離析泌水的性能及易抹面性等。2、強(qiáng)度：混凝土硬化后的最重要的力學(xué)性能，是指混凝土抵抗壓、拉、彎、剪 等應(yīng)力的能力。水灰比、水泥品種和用量、集料的品種和用量以及攪拌、成型、養(yǎng)護(hù), 都直接影響混凝土的強(qiáng)度。3、變形：混凝土在荷

5、載或溫濕度作用下會(huì)產(chǎn)生變形，主要包括彈性變形、塑性 變形、收縮和溫度變形等?；炷猎诙唐诤奢d作用下的彈性變形主要用彈性模量表示。 在長(zhǎng)期荷載作用下，應(yīng)力不變，應(yīng)變持續(xù)增加的現(xiàn)象為徐變，應(yīng)變不變，應(yīng)力持續(xù)減少的現(xiàn)象為松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因產(chǎn)生的體積變形，稱(chēng)為收縮。4、耐久性：在一般情況下，混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地區(qū)，特別是在水位變化的工程部位以及在飽水狀態(tài)下受到頻繁的凍融交替作用時(shí)，混凝土易于損壞。為此對(duì)混凝土要有一定的抗凍性要求。用于不透水的工程時(shí)，要求混凝土具有良好的抗?jié)B性和耐蝕性?？?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性為混凝土耐久性。普通混凝土的結(jié)構(gòu)1 .組成材料與結(jié)構(gòu)普

6、通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細(xì)骨料（砂）、外加劑和水拌合, 經(jīng)硬化而成的一種人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收縮；水 泥和水形成水泥漿，包裹在粗細(xì)骨料表面并填充骨料間的空隙。水泥漿體在硬化前起 潤(rùn)滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后將骨料膠結(jié)在一起，形成堅(jiān)強(qiáng) 的整體。2 .主要技術(shù)性質(zhì)混凝土的性質(zhì)包括混凝土拌合物的和易性、混凝土強(qiáng)度、變形及耐久性等。和易性又稱(chēng)工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便于各種施工工序 的操作，以保證獲得均勻密實(shí)的混凝土的性能。和易性是一項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo)，包括流 動(dòng)性（稠度）、粘聚性和保水性三個(gè)主要方面。強(qiáng)度是混凝土硬化后

7、的主要力學(xué)性能，反映混凝土抵抗荷載的量化能力?；炷?強(qiáng)度包括抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、抗折及握裹強(qiáng)度。其中以抗壓強(qiáng)度最大，抗拉強(qiáng) 度最小。非荷載作用下的變混凝土的變形包括非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形。形有化學(xué)收縮、干濕變形及溫度變形等。水泥用量過(guò)多，在混凝土的內(nèi)部易產(chǎn)生化學(xué) 收縮而引起微細(xì)裂縫。長(zhǎng)期保持強(qiáng)混凝土耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素作用，度和外觀(guān)完整性的能力。包括混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力等。(二)混凝土未來(lái)前景混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。按預(yù)定性能設(shè)計(jì)和制作混 凝土，研制輕質(zhì)，高強(qiáng)度，多功能的混凝土新品種。利用現(xiàn)代新技

8、術(shù)、大力發(fā)展新工 藝、新設(shè)備；廣泛利用工業(yè)廢渣作原材料等， 都是今后需要不斷解決的課題。現(xiàn)代混凝土的發(fā)展方向一一商品混凝土商品混凝土是以集中予拌、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)姆绞较蚴┕すさ靥峁┈F(xiàn)澆混凝土。商品 混凝土是現(xiàn)代混凝土與現(xiàn)代化施工工藝的結(jié)合的高科技建材產(chǎn)品，它應(yīng)包括：大流動(dòng) 性混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土自密實(shí)混凝土、防滲抗裂大體積混凝土、高強(qiáng)混 凝土和高性能混凝土等。為了使商品混凝土性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、性?xún)r(jià)比高，必須嚴(yán)格選 擇所需的原材料和優(yōu)化混凝土的配合比。商品混凝土的特點(diǎn)：(1) 由于是集中攪拌，因此能?chē)?yán)格在線(xiàn)控制原材料質(zhì)量和配合比，能保證混凝土 的質(zhì)量要求；(2) 要求拌合物具有好的工作性，即

9、高流動(dòng)性、坍落度損失小，不泌水不離析、 可泵性好；(3) 經(jīng)濟(jì)性,要求成本低，性能價(jià)格比高。隔音、防輻射等特點(diǎn)，現(xiàn)在加氣混凝土設(shè)備價(jià)格降 很多建筑行業(yè)開(kāi)始使用這種新型環(huán)保建材，將來(lái)加環(huán)保建筑材料-加氣混凝土的出現(xiàn)由于加氣混凝土具有保溫節(jié)能隔熱、 低，加氣混凝土生產(chǎn)原材料的不斷利用， 氣混凝土必將成為環(huán)保建筑材料的首選?！昂椭C世紀(jì)”將節(jié)能和環(huán)保貫穿于整個(gè)社區(qū)建設(shè)和維護(hù)中，建筑用磚采用綠色環(huán)保加氣 混凝土磚。加氣混凝土是一種輕質(zhì)多孔的新型建筑材料，它具有重量輕、保溫隔熱性能好、 強(qiáng)度高、抗震性能好、隔音性能好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。由于加氣混凝土砌塊重量只相當(dāng)于粘土磚和灰砂磚的1/3、普通混凝土的 1/5

10、,大大減輕了建筑體的自重，從而提高建了筑物的抗 震性能。 從結(jié)構(gòu)可知，加氣混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)像面包一樣，均勻地分布著大量的封閉氣孔,因此具有一般建筑材料所不具有的吸音性能。輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)在現(xiàn)代的高層建筑中，高強(qiáng)混泥土起到及其重要的作用。很好的利用高強(qiáng)混泥土要很精心的配置其成分，成分的比例決定了高強(qiáng)混泥土的耐性和承受力。(1) .高強(qiáng)混泥土的特點(diǎn)：滿(mǎn)足了高層建筑及特殊結(jié)構(gòu)的受力和使用要求，在高層建筑中 可顯著減少結(jié)構(gòu)截面尺寸，增大工程的使用面積與有效空間；加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量以及節(jié)約用水、鋼材，工程成本低。高強(qiáng)混凝土是具有富配合比，低水灰比特點(diǎn)，而且高效減少劑，是配制高強(qiáng)混凝土必不可少

11、的組成部分。由于高強(qiáng)混凝土坍落度損失快，要求在施工中從攪拌運(yùn)輸?shù)綕仓鳝h(huán)節(jié)要緊扣，在短時(shí)間內(nèi)完成。高強(qiáng)混凝土拌合物特點(diǎn)是粘性大， 骨料不易離析，泌水量少。(2) .高強(qiáng)混泥土的應(yīng)用：高層建筑，高層建筑中采用高強(qiáng)混凝土可以大幅度縮小底層混并可利用 彈性模量高，可以減少柱子 高強(qiáng)混凝土有較強(qiáng)的抵抗化學(xué) 周?chē)髿庵泻休^多鹽份的工 車(chē)庫(kù)等地面構(gòu)件均宜應(yīng)用高強(qiáng)凝土柱子的截面尺寸，擴(kuò)大柱網(wǎng)間距，擴(kuò)大空間，增大建筑使用面積。 上下柱子采用不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土有利于統(tǒng)一柱子尺寸和模板規(guī)格，方便施工，節(jié)約周轉(zhuǎn)耗材的投入，高強(qiáng)混凝土的早強(qiáng)特點(diǎn)加快施工進(jìn)度。高強(qiáng)混凝土還因徐變小，的壓縮量和增加結(jié)構(gòu)剛度。這對(duì)高層建筑

12、來(lái)源是非常重要的。 物質(zhì)腐蝕能力，耐久性?xún)?yōu)良，所以貯存某些化學(xué)物品的倉(cāng)庫(kù)， 程建筑物，以及直接受到侵蝕性物質(zhì)作用或機(jī)械磨損的廠(chǎng)房、 混凝土。(3) .高強(qiáng)混泥土的原材料： 水泥。配制高強(qiáng)混凝土宜選用不低于42.5或42.5R的普通硅酸鹽水泥。對(duì)于 C50級(jí)混凝土在試驗(yàn)確認(rèn)水泥的出廠(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)大于1.13，且有足夠的富余強(qiáng)度時(shí)，也可采用32.5或32.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥。水泥的比表面積通常在 25003500cm2/g 左右，將水泥二次磨細(xì)可以提高混凝土強(qiáng)度，但這種辦法一般不宜采用，因?yàn)槟軐?dǎo)致過(guò)量的水化熱，而且后期強(qiáng)度很少增加。盡可能減少混凝土中的水泥用量并外加礦物摻合料應(yīng)是配 制高強(qiáng)混北凝土的

13、一個(gè)重要原則。骨料。高強(qiáng)混凝土對(duì)細(xì)骨料的要求比較一般，但其中的粘土及云母含量應(yīng)盡量的低。粘土不但降低強(qiáng)度，并使拌料的需水量增加。細(xì)骨料宜選用質(zhì)地 堅(jiān)硬，級(jí)配良好的河砂或人工砂。粗骨料：粗骨料的性能對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度及彈性模量起到?jīng)Q定性的作用，如果粗骨料的強(qiáng)度不足，其它提高混凝土強(qiáng)度的手段都將起不到任何花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石。作用。粗骨料應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好的石灰?guī)r、名稱(chēng)各不相同，貴賤各不相同，適用 現(xiàn)實(shí)有一些困難。設(shè)計(jì)院的圖紙上要纖維混凝土的出現(xiàn) 抗裂纖維有好幾種，如碳纖維、鋼纖維、杜拉斯纖維。 范圍也各不相同。目前，正在逐步推廣中，前景很好， 用，你就好賣(mài)。粉煤灰大砌塊的外墻抹

14、灰用抗裂纖維效果很好。80年代以來(lái)美國(guó)合成材料化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)了一種纖維絲(稱(chēng)FIBERMESH)，并將其應(yīng)用于混凝土建筑物，通過(guò)大量材料性能和工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。 對(duì)增強(qiáng)混凝土早期抗拉強(qiáng)度，防止早期由沉陷、水化熱、干縮而產(chǎn)生的內(nèi)蘊(yùn)微裂紋， 減少表現(xiàn)裂縫和開(kāi)裂寬度， 增強(qiáng)混凝土的防滲性能、抗磨損抗沖擊性能及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性有顯著作用。1. 混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫混凝土出現(xiàn)裂縫，長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為是一種正常的現(xiàn)象，并認(rèn)為不影響其使用。當(dāng)混凝土應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度時(shí)就出現(xiàn)裂縫。由外力所產(chǎn)生應(yīng)力而引起的裂縫可用提高混凝土鋪砌面、 板墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加以補(bǔ)償。然而由混凝土本身收縮引起的內(nèi)蘊(yùn)應(yīng)力長(zhǎng)期以來(lái)是一個(gè)需

15、加 控制 的問(wèn)題。塑性收縮裂縫一般貫穿整個(gè)構(gòu)件或板塊，使混凝土達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度前就形成薄弱面而降低其整體性。2. 微觀(guān)補(bǔ)強(qiáng)的現(xiàn)代技術(shù)為避免混凝土表面裂縫，常應(yīng)用鋼絲網(wǎng)，這總是擔(dān)心它們的位置是否正確或已移動(dòng)， 給施工增加難度。而現(xiàn)今開(kāi)發(fā)的聚丙烯纖維混凝土，是一種極為高級(jí)的在混凝土塑性和硬化過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的現(xiàn)代新技術(shù)。合成材料纖維絲是一種惰性材料，并不影響混凝土的成型特性，它能適應(yīng)多種表面處理工藝，如壓實(shí)成型、手抹刀擠抹、動(dòng)力抹壓、表面涂層處理、 涂顏色、干刷、加入液體早強(qiáng)硬化劑和加氣劑等。纖維混凝土不會(huì)生銹和表面有銹蝕污點(diǎn)，合成纖維絲不腐蝕和耐酸堿。在通常纖維用量下新鮮混凝土粘滯性亦即振動(dòng)時(shí)的

16、和易性好， 不因加入纖維而影響其和易性。纖維不對(duì)水泥的化學(xué)水解作用產(chǎn)生任何影響，它完全是純力學(xué)作用改善其工作和力學(xué)性能。預(yù)先加入的纖維，在中心混凝土工廠(chǎng)或混凝土攪拌卡車(chē)上按 規(guī)定時(shí)間和速度拌合，卸料后纖維都能均勻分布于混凝土中，攪拌過(guò)度也不會(huì)改變其工作性能。3. 纖維束-先進(jìn)的混凝土技術(shù)美國(guó)生產(chǎn)合成材料纖維束的公司FIBERMESHE全世界范圍實(shí)施一項(xiàng)連續(xù)的研究計(jì)劃，以推動(dòng)纖維束用于混凝土結(jié)構(gòu)，在一些著名的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行的研究有：塑性裂縫、沖擊試驗(yàn)、撓曲強(qiáng)度、靜載強(qiáng)度試驗(yàn)、耐久性、噴漿、氯離子穿透性、鋼筋腐蝕、疲勞強(qiáng) 度、抗磨損、受拉應(yīng)力應(yīng)變、流變性能、裂縫寬度、粘結(jié)性能、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、泌

17、水性、抗 震試驗(yàn)、抗凍性、稠度、石油反應(yīng)、耐久級(jí)別。合成材料工業(yè)和混凝土技術(shù) 砂漿和澆筑制品的研究和生產(chǎn)，這為合成材料根據(jù)試驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐， 纖維混凝土有下纖維束是專(zhuān)為發(fā)展新型混凝土而生產(chǎn)的合成材料產(chǎn)品。 工程師們緊密合作以發(fā)展新型混凝土、灰漿、在混凝土工業(yè)中的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保證。 列優(yōu)點(diǎn)。3.1減少塑性裂縫和混凝土的滲透性明顯增加了混凝土早期抗收縮裂縫和震動(dòng)引起試驗(yàn)表明，摻加合成材料纖維的混凝土，裂縫的能力。加入量為 0.9kg/m3聚丙烯纖維增大了抗拉強(qiáng)度，這一點(diǎn)特別重要。因?yàn)榇蟛?分混凝土裂縫在澆筑后第一個(gè)24h內(nèi)產(chǎn)生，這時(shí)混凝土最敏感產(chǎn)生震動(dòng)裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一

18、旦發(fā)生， 會(huì)增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環(huán)境的表面增加，這使混凝土早期老化，并縮短其使用壽命。對(duì)素混凝土和加入不同量纖維的補(bǔ)強(qiáng)混凝土試件的滲透性進(jìn)行比較，由滲透量表明，在摻加量為 9593kg/m3時(shí)，滲透系數(shù)減少 33%44%，而摻加量為1.186 kg/m3時(shí)， 滲透系數(shù)減少高達(dá) 79%。3.2增強(qiáng)抗磨損能力）方法，105%。1應(yīng)用美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)所采用的混凝土或砂漿表面抗磨損試驗(yàn)（轉(zhuǎn)動(dòng)切削法以評(píng)價(jià)其抗磨損性能。其結(jié)果表明，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)切削試驗(yàn)法纖維混凝土增強(qiáng)抗磨損能力 使用纖維后增加的粗糙度，將使混凝土在同樣外露表面磨損試驗(yàn)條件下，抗磨損能力增加 倍。也曾與挪威高速公路試驗(yàn)室合

19、作進(jìn)行抗磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)在挪威有釘帽的輪胎測(cè)試混 凝土磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。其結(jié)果表明，C- 75有纖維的混凝土試樣比無(wú)纖維的對(duì)比試樣，抗磨 損能力增加52%，而其試件磨損損失量少 34.4 %。C- 50纖維混凝土試樣，水泥用量雖少，但所顯示比C 75對(duì)比試樣的抗磨損能力增加20%，而其材料磨損損失量少17.2 %。3.3靜載試驗(yàn)表明可替代焊接鋼絲網(wǎng)此項(xiàng)試驗(yàn)的目的是在大比尺下比較摻加建議用量纖維混凝土板和素混凝土板的撓曲變 形和強(qiáng)度，以及因?yàn)榭刂聘煽s裂縫而配有鋼絲網(wǎng)的板的比較。試驗(yàn)結(jié)果指出，纖維摻量為 0.9kg/m3的板其撓曲強(qiáng)度比有鋼絲網(wǎng)的高2%,比素混凝土板高 8%。而荷載一撓度曲線(xiàn)表明纖維混凝土完全可以用于代替焊接鋼絲網(wǎng)混凝土，鋼絲網(wǎng)一般都用于控制干縮裂縫的目 的，特別在無(wú)鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)。3.4增加抗破損能力纖維混凝土和素混凝土抗破損能力試驗(yàn)用壓縮試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。試件尺寸為525mM 150 mm x 150 mm高寬比為3.5 ： 1,以模擬高層建筑的柱子，壓力強(qiáng)度機(jī)加載速度為0.635 mm/m in。試驗(yàn)結(jié)果表明，纖維混凝土試件的壓縮變形比素混凝土試件大10%,且并不碎塌，而素混凝土試件在出現(xiàn)第一個(gè)裂縫后，很快就碎裂坍塌。這一纖維混凝土的特性對(duì)考