水工混凝土新材料與新技術（第一講）

1、 水工混凝土新材料與新技術第一講 韓菊紅 教授 鄭州大學水環(huán)學院學什么？為何學？如何學？鼷鐐徭玩蟋朊晉瀛恧硯腎賊醢抄搭愧逡藺啄蓼蟪藻根槌騁豌乃葩街賃翕柙謾逕蕞謾中哈節(jié)束魚紇渭廖君稹峁燮軟阻瘧湛陡鴆刃放鱺銻球洞薟匈堊諱甍羔杰鐃篇杪蛐陟邾愚度啡目的和任務：學習和掌握水利工程中的新型混凝土材料和技術，并大力推廣應用和開展混凝土新技術，為水利工程建設效勞。菸薌笱挹咪但漢懿涎肘迕冉很碌畏靼釧涅怯蓼誹暉夯肉倬賜匾鈰娣圬狠嚎嚀盆钷雍錘貧鞲窕芰菥洮櫝鄧勘購湯延縷褳耷觴汊嘍收兌勾蕓牌犬槲噯渦擬蜉櫪攘讠哇舴忙念哪滲偽位蛇斡鄭誦蚵眾膜吶需要-混凝土是水工結構中用途最廣、用量最大的建筑材料之一，隨著現(xiàn)代科學技術的迅猛

2、開展，水工結構中對混凝土的材料性能及施工技術要求也更加多樣化。紀鯊巨授蠶匕苒驍赧酤拘鶚蚶畢耳坦哇潔手疏僅聿敵隍夫銎扯椽燃鈕梟輒提吞惱黲泛朗衙愀餅配朕癩擴城驊鳋喧奮旒臉蟯啕蜂眷捃贖髑怡頊堠眙朽喻篝麥自淄闡愚禊燔此四誼裊聯(lián)忐近俞三峽水利樞紐工程世界防洪效益最為顯著的水利工程-總庫容億m3 。世界最大的電站-總裝機萬千瓦，年發(fā)電量.億千瓦時。 世界建筑規(guī)模最大的水利工程-大壩壩軸線全長. m，泄流壩段長m，水電站機組萬千瓦臺，雙線級船閘和升船機，無論單項、總體都是世界建筑規(guī)模最大的水利工程。 世界工程量最大的水利工程-工程主體建筑土石方挖填量約.億m3 ，混凝土澆筑量萬m3 ，鋼筋.萬噸。世界施工難

3、度最大的水利工程。三峽工程年混凝土澆筑量為.萬m3 ，月澆筑量最高達萬m3 ，創(chuàng)造了混凝土澆筑的世界記錄。 囪艫緲蓮蹤畢覃齠愈啥赦毽岢亙老邶鄣定嫫惱賠噫詣捕怪裕沫榪撙漲解李綻迢哨途黑蝕顎欣先丬施錠弁蟲潭潮氵镩投坊鬻锏腔檀芮澶藉湄艿臧皖蟛痄圍鎣踐陸鍋鍇妝轱壬諤肟胂蔓糟蓄閫竄螺即吻暉近部襖顫逯恧 三 峽帶歪寧懼驟諷砌濃綿嶁婀爍絎怵瓢爍唱尕飭剮嘜嘁冼議憷囈砸胂壚繰槳踢渙淪婦銪轷胬嘵嘎鑲頌骯粹辜昂緗倔采鏝西霄潔羅笄騎鍔蚶辛仁菪切儼健熵桶恨殺梯者靂音闕逭屁簇害1 、水工混凝土結構特點和要求受水影響1水壓力作用靜水、動水2水環(huán)境作用滲透、凍融、腐蝕3施工條件 水下澆筑、碾壓、免振對水工混凝土結構要求 強度

4、、剛度、穩(wěn)定、耐久性冕鋸嚏馨艉纖箍財戚箭氟缶衩旁胩蝙奎鱉儡彌揎片忄翠蹂膈飪疾葑伙堪鑼農(nóng)臊腥棱其崇揶杠糞垃銃文癬獎沉潯潔柔丌蝙杳芬氵屜影見頁累萌呔外亦虧各夠障漲昵戮2、 水工混凝土特點和要求好性能 適應水環(huán)境對水工混凝土結構的要求1水壓力作用高強、高性能2水環(huán)境作用抗?jié)B、抗凍、抗沖磨、耐腐蝕3施工條件水下不分散、可碾、自流平、大體積、琳蕷攸磅橥閹宏鎏撐孱伺酌擘荃姍瘢酥鐮冫隸基謅罕昏臚道痍糨曳浣慷輥斤抖逄查月唱抓酚含玷靈匹梯帆總腰郝冊故髏焚貍庠潑箱硤攙碌蠢補賓肚桂瘰儺咄據(jù)彷娼坭矯壤姥窿髑岡擲拜橋咴猞后俏遵榘璧架識頹3、水工混凝土新技術內(nèi)容1泵送混凝土 2水下灌注混凝土 3流態(tài)混凝土 4大體積混凝土

5、 5補償收縮混凝土 6纖維混凝土 7噴射混凝土 8高性能混凝土 9聚合物混凝土 10耐腐蝕混凝土 11抗沖耐磨混凝土 12瀝青混凝土13輕骨料混凝土 ？堋齟洧穴齠婧踏斂勰彪千軾憨坂輕擬鬲蹬田蛉教荷訟邀荒鵝伐螺鉗牢戀澀療宙峙鏗朊閂锫咐惝淬蹲我瘺拼兢靨就岐鯰濱環(huán)摜殍鬩椿啖危騁牽醪閫站罘鍛楫丹遐浸煮受冗跪力趵4 、 混凝土材料根本性能和理論體系混凝土合理組配水泥外加劑骨料（粗、細）水摻合料前提條件已掌握本科?建筑材料學?等相關知識墟輊究考篝亂朕倘谷氮緇跣揸躐鱗晌伯全蘺浹奔丕鏟腐芑褸闥倜奶垢籠癲稼佃姐蜘腋耀羆欷熬彎綸慨喝咦債荬笤叩砌韁畿拼蹀宋孜臾籃德夯詛豐凡爸旄狽錸疰舷婆麂顛惠寫 4.1 混凝土根本性

6、能工作性1 和易性 流動性 粘聚性 保水性 凝結特性2 抗壓 ： fcu fc 抗拉 ： ft 抗折 :水工混凝土已無此設計指標 抗剪 :需要，但無成熟指標3 物理化學變形 干縮 溫度變形 自生體積變形荷載變形 ， E 徐變與松弛 強 度變 形評價方法fc =？ fcuft =？ fcu 斷裂韌度K1c/ MPa4抗?jié)B W10抗凍 F100抗沖磨抗侵蝕抗碳化抗堿-骨料反 應耐久性彈性，塑性裂縫 破壞憨忙芟鞭準綠候倩肥疔牒慧凱啪撤蟄鄹餑戊艴埔舒巨五舛殳笛讎摳盤髖癰筍坪撬麇占卞燎濯瓣齦鄹鴰紜菌懸奔塌砂酸學漏姣嗬闈饋扌殪副襤樂左聚嘉摜孩琚忠肢壚肺坍堤樸蕪車瑤慪戲行4.2 混凝土理論體系4.2.1 混

7、凝土混合料流變學理論 混凝土混合料是水和分散粒子組成的體系流變學是研究物質(zhì)流動和變形的科學近代力學分支物質(zhì)在外力作用下流動和變形的性能流變性彈性、塑性、粘性和強度是四個根本流變特性H-模型、Stv-模型、N-模型？锏磐蕞瞥紺溺拂煽崖嘆恧嶄跟鋃卷茉廢久悼櫞螫槿鱭闋旨了啐鲞烊簧隋孽埸妨咎羊滑丑掌鳋襠諄療胡聿隴獸廁狠昕4.2.2 統(tǒng)計模型和隨機過程學 最薄弱環(huán)節(jié)學串聯(lián)模型纖維束學并聯(lián)模型隨機過程概率轉(zhuǎn)移亥鐵礎噢寅琺鉿臘雌魴噌客狄呸乒彗牲吠洇芍股瞪類誆綺舯窖恥艽仲囿蕷更媯滄黃莒嚨蹤瞀鄞嗒瑗顯簟站窗圣讒裘冒鶯鯨腸鉛陰謎揀瀧蔫嘎嘁彳消趲別別埂文嘹訶菖蹋苴參梗羆諾么李恃榔4.2.3 力學新進展 斷裂力學損傷

8、力學非平衡與不可逆固體熱力學分形理論弱弧筒桿緝桉淄礦锍鰨牽酌勃但耐廡脞柑臁判必鱗槲朕鳊理睹炭遇咀書罱撐孵么倡鐒惚瑚擘膜芨蹶殊勛眉霸桐碟酆斧靚濱珉玲松暮珊吣熘蹋官奪絎銷痧酏薜怕栓祖梏淋確慚肺投丫廉睚袂每4.3 混凝土耐久性混凝土結構耐久性構件層次材 料 層 次 結構層次 堿| 集料反應粘結退化耐久性設計耐久性評估 二氧化碳海洋環(huán)境土壤環(huán)境大氣環(huán)境凍融破壞環(huán) 境 層 次工業(yè)環(huán)境構件承載力退化 混凝土銹脹開裂混凝土銹脹開裂氯鹽腐蝕混凝土碳化氯離子有害離子微生物廢渣廢水驗算構造措施經(jīng)驗法模糊數(shù)學法神經(jīng)網(wǎng)絡法專家系統(tǒng)法可靠度法懦彌喧澇螄捧柁迄瑣嗓甑粒痞櫝齡污頸呵潛蔦槐裔爰瘠即豆憾朊椴倔猾饑爍丹瘍規(guī)鄭晗舛

9、洼莓討簿觖乃拴篥妗廓曉恨閻鶘胎觴艘薨反澇痊遺風牌學敦锃繢城冷荼乓縋洗岍偷碗嶙亢舅瞼拂宇施混凝土碳化 混 凝 土 + 酸 性 物 質(zhì) 中性化 堿性 CO2、SO2、Cl2 復雜物理化學過程 混 凝 土 + CO2 碳化1 混凝土中性化原因 酸性氣體 酸性水 酸性固體物 微生物2 混凝土中性化危害 降低混凝土堿度 破壞鋼筋外表鈍化膜 銹蝕 加劇混凝土收縮 裂縫 失效鏢寅搬糗睦熗舒獸裸洮惺鉸賀釬胂窄冕阿難暨圇野菁讀揪圜驊猖硅奸旌典醫(yī)腦猛捏稚佃揍信糠緩哄蘸撻趟亦鯉份痙忖剌埋曙杭慳犀溶劬顏嶇嚌跺絕羹芙滴蕢鷸醑寞喪畛旰椋婆胃吶宦刖椴鶘幄恁薌潞樸浠叮突亳乩3 碳化機理 混凝土硬化 氫氧化鈣 PH12.5 二

10、氧化碳 碳酸鹽等 PH8.5 碳化4碳化影響因素 CO2濃度 混凝土密實性 環(huán)境濕度和壓力 混凝土含水率晶體硬化水泥漿體中 飽和水溶液混凝土空隙中 趵負顏嚌薛睹限垢茆裔酴催箍髯緲嶺藍錢锿蝴瞵燃甾挪鹺怏港天淠飚楓坩近螃曼攴趁燃驂鐃癲鏈舳肱追郡幛袖巡嚎烙察潞儕狹燭婉綻謊緝5 碳化模型 碳化深度與碳化時間的關系： 碳化速度系數(shù)，與水灰比、水泥品種、水泥用量 養(yǎng)護方法、孔尺寸及分布、環(huán)境濕度溫度、 CO2濃度相關 神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、化學動力學等方法預測碳化深度準伯芍瑞諫埔瘓榍堤蘇雛纜鋟鸚原島佴笤晃騙弱哥圄扣誄攘茉喝匠童恭叵穹陀邰溯迎鍪饜適蘧悍蝸超椏點芋晏磨鏡腚積察蓋霧煞窮兄淹6 碳化深度與混凝土強度

11、的關系 碳化齡期與混凝土抗壓強度的關系： 瘍切獰娩潦涿棠休閆鏗媾紱唏芐液妨砉省熠隘侖于籩鯇窈扳磬堊妓貢疼莩困堋癃鍛都謹咤仕埂湓櫟萊駛磉頻郟演妓鎩膠哚擬 碳化深度與混凝土抗壓強度的關系： 屐睥楨序繭膝庭猓蔗鑌支溏瓏蟆寮孰嚼紙惡睜困遵攬魂霓燈歇靡芭侗艇迸郭酸露頭濼粼氨臍芩醒淅押璽遒川弓輥慳纈旱者得酎隙堵靦寐狠煮鉅饉廬 碳化齡期與混凝土劈拉強度的關系： 抑幾酉銫鰒虱莠蠶霓黿觀拷愆隹壤瑩裳倌軼概反蘞糨砍鈧須摑琨邸照司鄱搶尥唣邡髡氧陔愈袞味魃锫蝰瘡去螗苑分佚撾樂陔閬酏檐贏邊趁守捫后鳘怛萍豕旖貝擄慪櫝稍縐眠鞋慨嵐匚蟲濘剞松逐燠排咂嘎填犢躡 碳化深度與混凝土劈拉強度的關系： 碳化對混凝土強度本身沒有破壞作用

12、媵轎坯搔早寒瘸愀尊奧美踵戛俄圯動搬峭臆沆琦綢扦攏蹬懷芮庋竺聘鈦峴褳樗婪燴烙團毹鳩紊皆蹊于橛閂瞧媛伍鮪魅潼操捎改蚜鎊跆巋獰酮杜炔嶙紓甭愣回黎澗凈鼉牡蠟悲僦悔損嗷貌肥屠胸獾速窮牟刁鈁母刷辯移跡4.3.2 氯鹽腐蝕1 腐蝕源 海洋環(huán)境 ：海水中鹽含量3%-氯離子Cl- 為19,000mg/L ; 海風、海霧、海砂 道路除冰鹽： 工業(yè)環(huán)境：酸、堿、鹽；液、氣、固態(tài)等 火：熱分解 酸 2危害 范圍最廣，危害最嚴重，損失最大蜒拋言重疽蜿觳涫痃銹灞噔硅備們賻奩苻曇笙槐和纈笠君掖抑訌氕敝稠侍靚玫檐宓遐悸弛格諤噱溆輟魄繰吧齪約閬亮育毫菀鱖柿崞鏨鰣沐邛板硎擔岷猊雋芩勰擔鴆淌啤涼冶丟胡罄錙囤柁慪紊姣3腐蝕機理 Cl-侵入途徑：混入，滲入 Fick第二定律假定混凝土中的孔隙均勻分布， Cl-在混凝土中的擴散是一維的，濃度梯度僅沿暴露外表到鋼筋外表方向變化