新拌混凝土的性能

河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院混凝土材料學(xué)本章主要內(nèi)容第三章新拌混凝土的性能第一節(jié)新拌混凝土流變學(xué)第二節(jié)新拌混凝土工作性第三節(jié)水泥與外加劑之間的適應(yīng)性第四節(jié)影響混凝土工作性的主要因素第五節(jié)離析和泌水研究背景新拌混凝土流動(dòng)性的各種測(cè)試方法都是經(jīng)驗(yàn)方法，都有其局限性，靈敏度也不夠。為了測(cè)得科學(xué)意義上的物理量，學(xué)者們?cè)噲D用流變學(xué)的科學(xué)概念來研究混凝土拌合料的流動(dòng)性。定義在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟?，物質(zhì)能流動(dòng)和變形的性能，即流變性。研究對(duì)象流變學(xué)綜合研究了物質(zhì)的彈性變形，塑性變形和粘性流動(dòng)。對(duì)水泥混凝土而言，流變學(xué)主要研究水泥漿、砂漿和混凝土混合料粘、塑、彈性的演變，以及硬化混凝土的強(qiáng)度、彈性模量和徐變等問題。3.1新拌混凝土流變學(xué)

流變學(xué)根本模型三種理想材料基本模型（或稱流變基元）的基本流變方程：胡克（Hooke）固體模型（H—模型）圣維南（St.Venant）固體模型（STV—模型）牛頓（Newton）液體模型（N—模型）一般用流變方程來表示，建立材料的流變方程研究材料在某一瞬間的應(yīng)力和應(yīng)變的定量關(guān)系研究材料的流變特性胡克模型〔H〕—表示具有完全彈性的理想材料3.1新拌混凝土流變學(xué)

流變學(xué)根本模型圣維南模型〔STV〕—表示超過屈服點(diǎn)后只具有塑性變形的理想材料3.1新拌混凝土流變學(xué)

流變學(xué)根本模型牛頓模型〔N〕—表示具有完全粘性的理想材料3.1新拌混凝土流變學(xué)

流變學(xué)根本模型流變方程的建立最簡(jiǎn)單的流變模型可由流變基元串聯(lián)或并聯(lián)而成。假設(shè)用H、N、StV分別表示上述三種流變基元，用符號(hào)“—〞表示串聯(lián)，用符號(hào)“│〞表示并聯(lián)，那么可用不同的符號(hào)表示出各種流變模型的結(jié)構(gòu)式。3.1新拌混凝土流變學(xué)

流變學(xué)根本模型流變方程的建立實(shí)例一——麥克斯韋〔Maxwell〕模型〔M-模型〕3.1新拌混凝土流變學(xué)

流變學(xué)根本模型

最簡(jiǎn)單的串聯(lián)模型，M=N—H，用于表示恒定變形下的應(yīng)力變化歷程在模型中，各基元所受的應(yīng)力相等，總的變形為各基元變形之和松弛時(shí)間τ隨時(shí)間而減少的現(xiàn)象即應(yīng)力松弛實(shí)例一—麥克斯韋模型〔M-模型〕積分上式，取t=0則γ=0在外力作用的瞬間，τ=0隨著t增加，γ增加當(dāng)t=∞時(shí)，γ=τ

/G

由上可知，彈性形變是隨時(shí)間按指數(shù)關(guān)系推遲完成，這種現(xiàn)象稱為徐變，也稱為滯彈性。實(shí)例二—開爾芬〔Kelvin〕模型〔K-模型〕最簡(jiǎn)單的并聯(lián)模型，k=N|H，用于表示恒定應(yīng)力下的形變過程在模型中，各基元的變形都相等，而總應(yīng)力那么等于各基元應(yīng)力之和在外力除去以后，變形的恢復(fù)也是逐漸的。實(shí)例二—開爾芬〔Kelvin〕模型〔K-模型〕可見，只有當(dāng)t=∞時(shí)，變形才能完全消失，這種現(xiàn)象稱為彈性后效。變形特性混凝土材料在外力作用下發(fā)生彈性變形和流動(dòng)，應(yīng)力小時(shí)作彈性變形，應(yīng)力大于某一限度〔屈服值〕時(shí)發(fā)生流動(dòng)，但由于其屈服值很小，所以由流動(dòng)方面的特征所支配。流變性質(zhì)可用賓漢姆〔Bingham〕模型〔B—模型〕來研究。B—模型的結(jié)構(gòu)式為B=〔N︱StV〕—H。3.1新拌混凝土流變學(xué)

新拌混凝土流變方程當(dāng)τ＜Gγe時(shí)，則并聯(lián)部分不發(fā)生變形當(dāng)τ＞τy時(shí)，在并聯(lián)部分發(fā)生與應(yīng)力成正比的粘性流動(dòng)賓漢姆方程若τy=0，稱為牛頓液體公式3.1新拌混凝土流變學(xué)

新拌混凝土流變方程

牛頓液體和賓漢姆體的流變方程中粘度系數(shù)η為常數(shù)，變形速度D（=dγ/dt）和剪切應(yīng)力τ的關(guān)系曲線（稱流動(dòng)曲線）成直線形狀。

若液體中有分散粒子存在，膠體中凝聚結(jié)構(gòu)比較強(qiáng)，在粘度系數(shù)η將是τ或D的函數(shù)，則流動(dòng)曲線形狀。混合料流變參數(shù)的含義3.1新拌混凝土流變學(xué)

新拌混凝土流變方程τy=τ0+Ptg?

屈服剪切應(yīng)力可用試驗(yàn)方法測(cè)定。如中間裝置，當(dāng)改變垂直壓力時(shí)，可測(cè)得不同的混凝土混合料發(fā)生運(yùn)動(dòng)的最大剪切應(yīng)力τmax。作P-τ直線，延長(zhǎng)此直線交于軸上的數(shù)值便是τ0，與P軸的交角便是摩檫角。3.1新拌混凝土流變學(xué)

新拌混凝土流變方程在穩(wěn)定流動(dòng)下，結(jié)構(gòu)粘性系數(shù)（η），結(jié)構(gòu)破壞程度（a）與剪切應(yīng)力τ的關(guān)系曲線在具有凝聚結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，流動(dòng)速度與剪切應(yīng)力的關(guān)系曲線流變參數(shù)的測(cè)試方法3.1新拌混凝土流變學(xué)

新拌混凝土流變方程我國(guó)學(xué)者陳健中研制的一種混凝土流變儀，使用效果較好，根本原理如右圖所示。它是由一個(gè)直徑為30cm、高為16cm裝料筒8和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的葉片7組成。轉(zhuǎn)速控制器1控制電機(jī)2，電機(jī)2通過鏈齒輪3、斜齒輪4和轉(zhuǎn)速計(jì)等傳動(dòng)裝置使葉片軸6旋轉(zhuǎn)，裝于料筒中的新拌混凝土被葉片7帶動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。作用于拌和料上的扭矩通過傳力件9相平衡并傳遞到傳感器10上，經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀11和單板機(jī)12，最后由打印機(jī)13自動(dòng)將扭矩和轉(zhuǎn)速值打印出來。旋轉(zhuǎn)葉片式流變儀工作簡(jiǎn)圖工作性的定義流動(dòng)性表征拌合料澆筑振實(shí)難易程度的一個(gè)參數(shù)；可塑性在一定外力作用下產(chǎn)生未“脆性〞的塑性變形的能力穩(wěn)定性在分散系統(tǒng)中固體的重力所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力不超過液相的屈服應(yīng)力易密性混合料在進(jìn)行搗實(shí)或振動(dòng)時(shí)，克服內(nèi)部的和外表的〔即與模板之間〕阻力，以到達(dá)完全密實(shí)的能力。3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土工作性的概念

混凝土的工作性=流動(dòng)性+可塑性+穩(wěn)定性+易密性

四者缺一不可3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土工作性的概念

流動(dòng)性決定于分散系統(tǒng)中固、液相的比率。增加用水量，新拌混凝土的流動(dòng)性提高?？伤苄耘c水灰比及水泥漿體或砂漿的含量有關(guān)。穩(wěn)定性好的混合料，集料顆粒不發(fā)生按大小分層和泌水的現(xiàn)象。要求混合料應(yīng)具有較高的內(nèi)聚性。易密性決定于粗集料的密度和漿體的稠度。要求混合料具有較小的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦。

矛盾！根據(jù)不同場(chǎng)合提出不同的要求！工作性的定義3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土工作性的概念

粘聚性流動(dòng)性新拌混凝土坍落度試驗(yàn)被列入各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。試驗(yàn)特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)試簡(jiǎn)單測(cè)試原理：拌合料在其自重作用下，克服拌合料內(nèi)部顆粒間摩擦而流淌。測(cè)試要求：坍落度不小于10mm，骨料最大粒徑不大于40mm。適用范圍：富水泥漿的拌合料。局限性：當(dāng)坍落度為0～20mm時(shí)，拌和料較干，坍落度值難以反映出拌和料流動(dòng)性的差異。由于拌合料自重不同，坍落度不能用于不同容重的集料〔如普通砂石集料與輕集料〕配制的拌合料之間的相互比較。3.2新拌混凝土的工作性

流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法概述

坍落度試驗(yàn)3.2新拌混凝土的工作性

流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法概述

坍落度金屬制水平底板坍落度筒坍落度的測(cè)定坍落度試驗(yàn)過程演示如何更好地反映大流動(dòng)性？拌和料的流動(dòng)性指標(biāo)又成為目前研究的新課題！坍落度試驗(yàn)不能靈敏地反映這種大流動(dòng)性拌和料的差異流態(tài)混凝土，坍落度高達(dá)18～20cm以上高效減水劑的出現(xiàn)3.2新拌混凝土的工作性

年代施工方式坍落度30干硬、插搗0cm50干硬、振搗0-2cm70塑性、高頻振搗5-12cm80泵送、流態(tài)8-20cm90泵送、自密實(shí)10-25cm3.2新拌混凝土的工作性

流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法概述

混凝土工作性的開展

干硬、插搗泵送流態(tài)泵送、自密實(shí)干硬、振搗VB試驗(yàn)試驗(yàn)特點(diǎn)：設(shè)備精密、測(cè)試準(zhǔn)確度高。測(cè)試原理：用標(biāo)準(zhǔn)方法將拌和料填滿坍落筒，開動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，直到玻璃板完全與拌合料外表密貼，混凝土外表氣泡完全消失所需的振動(dòng)時(shí)間用以表征拌和料的流動(dòng)性〔以VB秒表示〕。適用范圍：低流動(dòng)性或干硬性混凝土拌和料，適用于實(shí)驗(yàn)室操作。3.2新拌混凝土的工作性

流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法概述

VB試驗(yàn)儀密實(shí)因素試驗(yàn)試驗(yàn)特點(diǎn)：設(shè)備精密、測(cè)試準(zhǔn)確度高。測(cè)試原理：對(duì)一定數(shù)量的拌合料做標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的功后，測(cè)定拌合料所到達(dá)的密實(shí)程度。適用范圍：低流動(dòng)性混凝土拌合料。局限性：對(duì)坍落度大于10cm的拌合料密實(shí)因素反映不靈敏。3.2新拌混凝土的工作性

流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法概述

英國(guó)人提出的試驗(yàn)方法，列入英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。單位體積拌合料中水的用量當(dāng)外加劑固定后，用水量是影響流動(dòng)性最敏感的因素。外加劑外加劑對(duì)流動(dòng)性的影響極大，特別是減水劑和高效減水劑。膠凝材料性質(zhì)所用水泥品種、生產(chǎn)水泥時(shí)所摻加的混合材料的品種和摻量，以及拌制混凝土?xí)r摻加的混合材的品種和摻量對(duì)拌合料流動(dòng)性也有較大影響。粗細(xì)集料特征和級(jí)配集料的級(jí)配、粒徑和外表狀態(tài)對(duì)新拌混凝土流動(dòng)性也有影響。3.2新拌混凝土的工作性

混凝土流動(dòng)性的影響因素

3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土坍落度的損失定義：新拌混凝土的流動(dòng)性隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低。產(chǎn)生機(jī)理波特蘭水泥水化漿體在形成鈣礬石和水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物的同時(shí)，逐漸變稠、凝聚所致。工程問題坍落度損失過大會(huì)給泵送、振搗等施工過程帶來很大困難，或者造成振搗不密實(shí)，甚至出現(xiàn)蜂窩狀缺陷。3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土坍落度的損失造成混凝土坍落度損失的原因

膠凝材料水化速度較快集料吸水率較大外加劑的影響水分蒸發(fā)氣泡的逃逸水泥熟料組成

3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土坍落度的損失影響混凝土坍落度損失的主要因素水泥對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響

水泥的水化速度越快，新拌混凝土的坍落度損失也就越大。集料對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響

集料對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響與吸水速度有關(guān)?；瘜W(xué)外加劑對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響

摻減水劑比不摻減水劑的坍落度損失明顯增大。礦物摻和料對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響

①影響膠凝材料的水化速度；②影響水泥漿體的保水性能；③影響水泥漿體的黏度。環(huán)境對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響

環(huán)境溫度越高，水泥的水化速度越快；濕度越小，混凝土對(duì)外失水相對(duì)較多。3.2新拌混凝土的工作性

新拌混凝土坍落度的損失減少坍落度損失的主要措施選擇相適應(yīng)的膠凝材料-外加劑體系延緩膠凝材料的水化集料在使用前進(jìn)行預(yù)吸水處理增強(qiáng)混凝土的保水能力控制混凝土中不穩(wěn)定氣泡的含量摻入一定數(shù)量的礦物摻和料在枯燥條件下采取措施防止水分過快蒸發(fā)。在炎熱季節(jié)采取措施降低集料溫度和拌合水溫。3.3水泥與外加劑之間的適應(yīng)性

適應(yīng)性的概念與評(píng)價(jià)適應(yīng)性的概念適應(yīng)性也稱為相容性?？梢赃@樣來定性地理解適應(yīng)性的概念：按照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將經(jīng)檢驗(yàn)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的外加劑摻加到按規(guī)定可以使用該品種外加劑的水泥所配制的混凝土中，假設(shè)能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就說該水泥與這種外加劑是適應(yīng)的；相反，如果不能產(chǎn)生應(yīng)有的效果，就說該水泥與這種外加劑之間不適應(yīng)。3.3水泥與外加劑之間的適應(yīng)性

適應(yīng)性的檢測(cè)方法

混凝土坍落度法評(píng)價(jià)指標(biāo)：混凝土坍落度設(shè)備：坍落度筒。試驗(yàn)方法：保持混凝土的配合比和水灰比不變，將攪拌一定時(shí)間的混凝土，按一定方法灌滿坍落度筒，然后向上豎直提起坍落度筒，靜停后測(cè)定混凝土坍落下來的高度，即為坍落度；混凝土流開的直徑，即為坍落擴(kuò)展度。分別測(cè)定混凝土在加完拌和水后攪拌出機(jī)和攪拌后靜置假設(shè)干時(shí)間的坍落度和坍落擴(kuò)展度。一般來說，坍落度越大，流動(dòng)度值越大；靜置后流動(dòng)度指標(biāo)損失越小，那么混凝土的工作性越好，此水泥與該減水劑間的適應(yīng)性也越好。最直接的方法3.3水泥與外加劑之間的適應(yīng)性

適應(yīng)性的檢測(cè)方法

微坍落度法漏斗法〔包括圓形漏斗和矩形漏斗〕水泥漿體稠度法在試驗(yàn)時(shí)常用錐體在水泥漿體中沉入度的變化來反映高效減水劑的作用效果。在水灰比和減水劑摻量一定時(shí)，水泥漿體的稠度越小，那么說明漿體的流動(dòng)性越好。水泥凈漿流動(dòng)度3.3水泥與外加劑之間的適應(yīng)性

適應(yīng)性的影響因素外加劑的影響不同種類減水劑，對(duì)水泥的適應(yīng)性也不同。水泥的影響水泥的熟料礦物組成對(duì)適應(yīng)性的影響水泥顆粒細(xì)度對(duì)適應(yīng)性的影響水泥顆粒級(jí)配水泥顆粒球形度水泥的新鮮程度、溫度的影響水泥中的堿含量水泥中石膏的形態(tài)和摻量3.3水泥與外加劑之間的適應(yīng)性

適應(yīng)性的影響因素集料級(jí)配對(duì)適應(yīng)性的影響集料級(jí)配越好，外加劑與水泥的適應(yīng)性就越好。環(huán)境條件的影響環(huán)境溫度較高，混凝土外表水分蒸發(fā)和水泥的水化反響速度都將加快，而混凝土內(nèi)部游離水通過毛細(xì)管補(bǔ)充到混凝土外表，并被蒸發(fā)而減少，新拌混凝土坍落度損失加快。3.3水泥與外加劑之間的適應(yīng)性

適應(yīng)性的改善措施

新型高性能減水劑的開發(fā)應(yīng)用外加劑的復(fù)合使用外加劑的摻入方法適當(dāng)調(diào)整混凝土配合比法提高水泥中混合材的比外表積選用適宜的水泥品種，調(diào)整摻合料3.4影響混凝土工作性的主要因素

混凝土單位用水量對(duì)流動(dòng)性的影響

對(duì)于1m3混合料，則

單位加水量為W0，坍落度為y0砂率的影響砂率定義：砂率是指單方混凝土所用材料中，細(xì)集料占集料總量的百分比。保持水泥及用水量不變，存在一最正確砂率值使得坍落度最大。3.4影響混凝土工作性的主要因素

序號(hào)每立方米混凝土混合材料用量/kg含砂率/％坍落度/cm水泥砂礫石水12416641334156.833022417051293156.8353.532417651232156.838542417941203156.839.5352418261178156.8411.562418681135156.8431表3-3砂率對(duì)混合料坍落度的影響(W/C＝0.65，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度為23.6％)

材料組成的影響

組成材料質(zhì)量及其用水量的影響水泥特性的影響普通水泥比礦渣和火山灰水泥拌和物工作性好。集料特性的影響集料的最大粒經(jīng)、形狀、外表紋理、級(jí)配和水性等，均影響新拌混凝土的工作性。集漿比的影響保持W/C不變，水泥漿數(shù)量越多，流動(dòng)性愈大。水灰比的影響集漿比確定后，水灰比即決定水泥漿的稠度。外加劑的影響參加少量的外加劑，在不增加水泥用量的情況下，可改善拌和物的工作性。礦物摻和料的影響環(huán)境條件及時(shí)間的影響3.4影響混凝土工作性的主要因素

離析與泌水產(chǎn)生的原因

粘聚性定義粘聚性是指拌合料保持其組成材料粘集在一起抵抗別離的能力，亦稱穩(wěn)定性。離析性定義拌合料的各種組成材料由于其自身的比重和顆粒大小不同，在重力和外力〔如振動(dòng)〕作用下有相互別離而造成不均勻的自動(dòng)傾向的特性。3.5離析和泌水

反義屬性離析與泌水產(chǎn)生的原因

離析的兩種形式粗集料顆粒從拌合料中別離出去，原因：粗集料比細(xì)集料更易沉降和沿斜面滑動(dòng)；水和水泥漿從拌合料中別離出去，原因：在各種組成材料中水的比重最小。其他原因：由于各種顆粒的下沉速度不同〔有的甚至上浮〕，新拌混合料也會(huì)造成顆粒分布不均現(xiàn)象。這時(shí)作用在顆粒上的力有顆粒的自重，混合料的粘性抵抗力和浮力。3.5離析和泌水3.5離析和泌水通過積分，利用邊界條件：t=0v=0結(jié)論：顆粒的運(yùn)動(dòng)速度v和粒徑的平方成正比，和顆粒與混合料的密實(shí)度成正比，和混合料粘度成反比。如果是輕集料，那么它的運(yùn)動(dòng)方向與重力作用方向相反，輕集料上浮。顆粒的運(yùn)動(dòng)方程離析與泌水產(chǎn)生的危害

離析的危害新拌混凝土的浮漿將導(dǎo)致外表混凝土與下面混凝土的水泥漿含量不一致。外表混凝土含量越多，在枯燥的環(huán)境下干縮變形越大。下面混凝土集料較多，由于集料的彈性模量一般大于硬化水泥石的彈性模量，因此，較多的集料在下面富集，使得下部混凝土具有較高的彈性模量，必將對(duì)外表混凝土的變形產(chǎn)生較大的約束