知識資料土木工程材料(九)(新版)知識資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或三、混凝土外加劑在混凝土拌合時或拌合前摻入的、摻量不大于水泥分量5%(異常情況下除外)并對混凝土的正常性能按要求而改善的物質(zhì)稱為混凝土外加劑。(一)外加劑的分類與定義1.外加劑的分類外加劑按其主要功能,普通分為五類:(1)改善新拌混凝土流變性能的外加劑,包括:減水劑、泵送劑、引氣劑等。(2)調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)硬化性能的外加劑,包括:早強(qiáng)劑、緩凝劑、速凝劑等。(3)調(diào)節(jié)混凝土氣體含量的外加劑,包括:引氣劑、加氣劑、泡沫劑等。(4)改善混凝土耐久性的外加劑,包括:引氣劑、抗凍劑、阻銹劑等。(5)為混凝土提供異常性能的外加劑,包括:引氣劑、膨脹劑、防水劑等。2.外加劑命名及定義:混凝土外加劑按其主要功能,詳細(xì)命名及定義如下:(1)減水劑(塑化劑):在不影響混凝土工作性的條件下,能使單位用水量減少;或在不改變單位用水量的條件下,可改善混凝土的工作性;或同時具有以上兩種效果,又不顯著改變含氣量的外加劑。(2)高效減水劑:在不改變混凝土工作性能的條件下,能大幅度地減少單位用水量,顯著提高混凝土強(qiáng)度;或不改變單位用水量的條件下,可顯著改善工作性的減水劑。(3)早強(qiáng)減水劑:兼有早強(qiáng)作用的減水劑。(4)緩凝減水劑:兼有緩凝作用的減水劑。(5)引氣減水劑:兼有引氣作用的減水劑。(6)引氣劑:能使混凝土中產(chǎn)生勻稱分布的微氣泡,并在硬化后仍能保留其氣泡的外加劑(7)加氣劑:在混凝土拌合時和澆注后能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),放出氫、氧、氮等氣體并形成氣孔的外加劑。(8)泡沫劑:因物理作用而引入大量空氣于混凝土中,從而能用以生產(chǎn)泡沫混凝土的外加劑。(9)早強(qiáng)劑:能提高混凝土早期強(qiáng)度并對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑。(10)緩凝劑:能延緩混凝土凝結(jié)時光并對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑。(11)阻銹劑:能阻止或減小混凝土中鋼筋或金屬預(yù)埋件發(fā)生銹蝕作用的外加劑。(12)膨脹劑:能使混凝土在硬化過程中產(chǎn)生微量體積膨脹以補償收縮,或少量剩余膨脹使體積更為致密的外加劑。(13)速凝劑:使混凝土急速凝結(jié)、硬化的外加劑。(14)防水劑(抗?jié)B劑):能降低混凝土在靜水壓力下透水性的外加劑。(15)泵送劑:改善混凝土拌合物泵送性能的外加劑。(16)防凍劑:能使混凝土在負(fù)溫下硬化,并在規(guī)定時光內(nèi)達(dá)到充足強(qiáng)度的外加劑。(17)灌漿劑:能改善漿料的澆筑特性,對流動性、膨脹性、體積穩(wěn)定性、泌水、離析等一種或多種性能有影響的外加劑。(二)常用外加劑的組成與特性1.減水劑:喊水劑種類無數(shù),按化學(xué)成分主要有以下幾類:(I)木質(zhì)素系減水劑木質(zhì)素系減水劑的主要品種是木質(zhì)素磺酸鈣(又稱M型減水劑),它是由生產(chǎn)紙漿或纖維漿的木質(zhì)廢液,經(jīng)發(fā)酵處理、脫糖、濃縮、干燥、噴霧而制成的粉狀物質(zhì)。M型減水劑的摻量,普通為水泥分量的0.2%~0.3%,在保持配合比不變的條件下可提高混凝土塌落度一倍以上;保持混凝土的抗壓強(qiáng)度和塌落度不變,普通可節(jié)約水泥8-10%;保持混凝土塌落度和水泥用量不變,其減水率為10%~15%,抗壓強(qiáng)度提高10-20%。M型減水劑對混凝土有緩凝作用,摻量過多除增強(qiáng)緩凝外,還能使強(qiáng)度下降。M型減水劑是引氣型減水劑M型減水劑可改善混凝土的抗?jié)B性及抗凍性,改善混凝土拌合物的工作性,減小泌水性，故適用于大模板、大體積澆注滑模施工,泵送混凝土及夏季施工等,但摻用M型減水劑不利于冬季施工,也不宜蒸汽養(yǎng)護(hù)。2)多環(huán)芬芳族磺酸鹽系減水齊。此類減水劑大多是通過合成途徑制取,主要成分為芬芳族磺酸鹽甲醒縮合物,原料是煤焦油中各館份、茶、惠、甲基茶等,經(jīng)磺化、縮合而成,這類減水劑大都使用工業(yè)下料,又因生產(chǎn)工藝多樣,故品種較多,多數(shù)為茶系的。茶系減水劑在減水、增強(qiáng)、改善耐久性等方面效果均優(yōu)于木質(zhì)素系,屬于高效減水劑。普通減水率在15%以上,早強(qiáng)顯著,混凝土28d增強(qiáng)20%以上,相宜摻量為0.2~0.5%左右,pH值7~9,大部分品種屬于非引氣型,或引氣量小于2%。荼系減水劑普通為棕色粉末狀固體,也有制成棕色粘稠液體的,在使用液體減水劑時,應(yīng)注重其有效成分含量。茶系減水劑對不同品種水泥的適應(yīng)性都較強(qiáng)。普通主要用于配制要求早強(qiáng)、高強(qiáng)的混凝土及流態(tài)混凝土。(3)水溶性樹脂系減水劑:這是世界上普遍應(yīng)用的另一種高效減水劑。它是將三聚氨膠與甲醒反應(yīng)制成三資甲三聚氨膠,然后用亞硫酸氫納磺化,反應(yīng)生成以三聚氨膠甲自主樹脂磺酸鹽為主要成分的類減水劑。樹脂系減水劑屬早強(qiáng)、非引氣型高效減水劑,其減水及增強(qiáng)效果比茶系減水劑更好。摻量為0.5%~1.0%,減水率為10~24%,1d強(qiáng)度提高30~100%,7d強(qiáng)度提高到70%,28d強(qiáng)度提高30%~50%,其他性能也有所改善。該減水劑對混凝土蒸養(yǎng)工藝性好,蒸養(yǎng)出池強(qiáng)度可提高20%~30%,可縮短蒸養(yǎng)時光。樹脂系減水劑適用于高強(qiáng)混凝土、早強(qiáng)混凝土,蒸養(yǎng)混凝土及流態(tài)混凝土等。2.引氣劑:(1)引氣劑主要類型:1)松香樹脂類:國外最常用文沙爾樹脂,國內(nèi)常用松香熱聚物為引氣劑。2)皖基苯磺酸鹽類:各種合成洗滌劑有皖基苯磺酸納(ABS)、:皖基磺酸鈾(AS)3)脂肪醇類:有脂肪醇硫酸納(FS)、高級脂肪醇衍生物(801-2)。4)非離子型表面活性劑:有燒基盼環(huán)氧乙:院縮合物(OP)5)木質(zhì)素磺酸鹽類,有木質(zhì)磺酸鈣等。(2)引氣劑主要特性:1)增強(qiáng)混凝土的含氣量。摻引氣劑能使混凝土的含氣量增強(qiáng)至3%~6%。引氣劑所引人的氣泡的直徑為0.025~0.25mm。這種微氣泡孔能改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土的抗凍性。2)減少泌水性。因為引氣劑所產(chǎn)惱怒泡的球承及彈性緩沖作用,改善了混凝土的和易性,當(dāng)混凝土塌落度固定時就可以減少用水量。同時使用減水劑可以減少骨料的分離，并使泌水量減少30%~40%?；炷烈蛎谒ǖ赖拿?xì)管減少,其抗?jié)B性改善。3)引氣劑對混凝土強(qiáng)度的影響。普通地說當(dāng)水灰比固定時,空氣量增強(qiáng)1%體積時，混凝土的抗壓強(qiáng)度要降低4%~5%,抗折強(qiáng)度降低2%~3%。因此為保持混凝土的力學(xué)性能,引人的氣泡應(yīng)適量。因此摻入引氣劑會使混凝土彈性變形增大,彈性模量略有降低。4)引氣劑對混凝土抗凍性能的影響?；炷林械挠坞x水在凍結(jié)時體積膨脹對周圍的混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,在凍融過程中產(chǎn)生的反復(fù)應(yīng)力,會使混凝土發(fā)生破壞。在混凝土中引入適量的空氣就可以緩沖由游離水凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹力。3.早強(qiáng)劑(I)早強(qiáng)劑的種類:早強(qiáng)劑按化學(xué)成分可分為無機(jī)物及有機(jī)物兩大類。1)無機(jī)早強(qiáng)劑類:屬于這一類的主要是一些無機(jī)鹽類,其中又可分為氯化物系、硫酸鹽系,此外還有鋁酸鹽等。氯化物系有氯化鐵、氯化鈣、氯化鐵、氯化鋁;硫酸鹽系有制(又稱無明粉)、硫代硫酸納、硫酸鈣、硫酸鋁鉀(又稱明釩)等。2)有機(jī)早強(qiáng)劑類:常用的有機(jī)早強(qiáng)劑有三乙醇膠(簡稱TEA)、三異丙醇膠(簡稱)、乙酸納、甲酸鈣等。3)復(fù)合早強(qiáng)劑:是有機(jī)無機(jī)早強(qiáng)劑復(fù)合或早強(qiáng)劑與其他外加劑復(fù)合使用。(2)早強(qiáng)劑主要特性:1)提高早期強(qiáng)度。早強(qiáng)劑能顯然改善混凝土的早期強(qiáng)度而對后期強(qiáng)度無不利影響。2)改變混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性。氯化鈣會降低混凝土抗硫酸鹽性,而硫酸納則能提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性。3)含氯鹽早強(qiáng)劑會加速混凝土中鋼筋的銹蝕,因此摻量不宜過大。氯化鈣的摻量普通為水泥質(zhì)量的1%~2%,摻量超過4%會引起快凝。為了阻止氯鹽對鋼筋的銹蝕,除了跟據(jù)不同場合限制混凝土氯鹽摻量外,普通將氯鹽與阻銹劑復(fù)合使用。4)含硫酸納的早強(qiáng)劑摻入到含有活性骨料(蛋白石等)的混凝土中,會加速堿骨料反應(yīng),導(dǎo)致混凝土破壞。硫酸納對鋼筋無銹蝕作用。其相宜摻量為0.5%~2%,早強(qiáng)劑可加速混凝土硬化過程,多用于冬季施工和搶修工程。使用早強(qiáng)劑可使混凝土在短期內(nèi)具有拆模強(qiáng)度,加快了模板的周轉(zhuǎn)率。4.緩凝劑:(I)緩凝劑主要種類:1)短基竣酸鹽;酒石酸、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、水楊酸等。2)多起基碳水化合物:糖蜜、淀粉。3)無機(jī)化合物:磷酸鹽、硼酸鹽、停鹽。(2)緩凝劑基本特性:1)延緩凝結(jié)時光。緩凝劑主要作用是延緩混凝土凝結(jié)時光,但摻量不宜過大,否則會引起強(qiáng)度降低。2)增強(qiáng)泌水性。是基竣酸鹽緩凝劑會增強(qiáng)混凝土的泌水率,在水泥用量低或水灰比大的混凝土中尤為突出。3)延緩水泥水化熱釋放的速度。4)緩凝劑對水泥品種適應(yīng)性十分顯然,不同水泥品種緩凝效果不相同,甚至?xí)∩舷喾葱Ч?。因此使用前?yīng)舉行試拌,檢驗它的效果。緩凝劑主要用:高溫炎熱氣候下的大體積混凝土,泵送及滑?；炷潦┕?以及遠(yuǎn)距運輸?shù)纳唐坊炷痢Ｎ覈Ｓ玫木從齽┯心举|(zhì)磺酸鈣及糖蜜。(三)外加劑應(yīng)用技術(shù)外加劑的應(yīng)用技術(shù)有以下幾個環(huán)節(jié)。1．外加劑品種的挑選：外加劑品種繁多，功能效果各異，挑選外加劑時，應(yīng)按照工程需要、現(xiàn)場的材料和施工條件，并參考外加劑產(chǎn)品說明書及有關(guān)資料舉行全面考慮。如有條件應(yīng)舉行實驗驗證。2.外加劑摻量的決定:外加劑品種選定后,還需仔細(xì)決定外加劑的摻量,摻量太小,將達(dá)不到所期待的效果;反之摻量過大,不僅造成材料奢侈,甚至可能影響混凝土質(zhì)量,造成事故。普通外劑產(chǎn)品說明書都列出推薦的摻量范圍,可參照選定外加劑摻量。3.外加劑摻入主意外加劑的摻入主意對其作用效果偶爾影響頗大。因此應(yīng)按照外加劑的種類和形態(tài)及詳細(xì)情況選用摻入主意。四、混凝土配合比設(shè)計(一)混凝土配合比設(shè)計的基本要求配合比設(shè)計的基本要求,是使所配制的混凝土在比較經(jīng)濟(jì)的情況下具有所期待的和易性、強(qiáng)度和耐久性。經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)有兩個方面:一方面是節(jié)約水泥用量、降低混凝土的成本(包括材料、勞動力、能源的節(jié)約);另一方面是長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和整體的經(jīng)濟(jì)效益好(如耐久性好,維護(hù)費用少,導(dǎo)熱性小等)。對異常工程中使用的混凝土配合比,除有以上要求外,還應(yīng)滿意異常要求(如耐火性、防輻射等)。(二)混凝土配合比設(shè)計的任務(wù)混凝土配合比設(shè)計,實質(zhì)上就是決定水泥、水、砂子與石子這四項基本組成材料用量之間的三個比例關(guān)系。即:水與水泥之間的比例關(guān)系,常用水灰比表示;砂與石子之間的比例關(guān)系,常用砂率表示;水泥漿與骨料之間的比例關(guān)系,常用單位用水量來反映。水灰比、砂率、單位用水量是混凝土配合比的三個重要參數(shù),因為這三個參數(shù)與混凝土的各項性能之間有著密切的關(guān)系,在配合比設(shè)計中準(zhǔn)確地決定這三個參數(shù),就能使混凝土滿意上述設(shè)計要求。(三)混凝土配合比設(shè)計的步驟舉行配合比設(shè)計時首先要準(zhǔn)確選定原材料品種、檢驗原材料質(zhì)量,然后按對混凝土技術(shù)要求舉行初步計算,得出"初步計算配合比"。經(jīng)實驗室試拌調(diào)節(jié),得出"基準(zhǔn)配合比"。經(jīng)強(qiáng)度復(fù)核(如有其他性能要求,則須作相應(yīng)的檢驗項目)定出"實驗室配合比，最后按照現(xiàn)場原材料實際情況(如砂、石含水等)修正"實驗室配合比"從而得出"施工配合比"。例：1下列外加劑中,不用于提高混凝土抗?jié)B性的是(C)。(A)膨脹劑;(B)減水劑;(C)緩凝劑;(D)引氣劑。2下列各項措施中,不可以提高混凝土抗凍性的是(A)。(A)采用大水灰比;(B)延伸凍結(jié)前的養(yǎng)護(hù)時光;(C)摻引氣劑;(D)摻減水劑。3.設(shè)計混凝土強(qiáng)度為C20,經(jīng)計算水灰比為0.46,用水量為190kg,其水泥用量為(C)。(A)87kg; (B)162kg;(C)413kg;(D)223kg。水灰比＝用水量/水泥用量，水泥用量＝用水量/水灰比＝190/0.46=413kg第六節(jié)瀝青一、瀝青材料瀝青是多種碳?xì)浠衔锱c氧、硫、氮等非金屬衍生物的混合物,在常溫下呈固體、半固體或粘性液體,色彩為黑色或黑褐色,具有不透水、不吸水、不導(dǎo)電、耐腐蝕、良好的韌性和抗沖擊性等一系列優(yōu)點,并具有熱軟冷硬的特性,廣泛用作防水、防潮和防腐材料。瀝青材料包括天然瀝青和煤焦油瀝青等等,其中以石油瀝青最為普遍。(一)石油瀝青石油瀝青是石油原油經(jīng)過提煉后的殘留物,可分為建造石油瀝青、道路石油瀝青和普通石油瀝青三種。建造工程中主要使用建造石油瀝青和道路石油瀝青制成各種防水材料或在施工現(xiàn)場直接配制使用。1.石油瀝青的組分石油漸青的主要組分是油分、樹脂和地瀝青質(zhì)。(1)油分油分為淡黃色至紅褐色的油狀液體,是瀝青中分子量最小和密度最小的組分,密度介于0.7g/cm3~19/cm3之間。油分賦予瀝青以流動性。(2)樹脂(瀝青脂膠)瀝青脂膠為黃色至黑褐色粘稠狀物質(zhì)(半固體),分子量比油分大(600~1000),密度為1.0g/cm3~1.1g/cm3。瀝青脂膠中絕大部分屬于中性樹脂。它賦予瀝青以良好的粘結(jié)性、塑性和可流動性。中性樹脂含量增強(qiáng),石油瀝青的延度和粘結(jié)力等品質(zhì)愈好。(3)地瀝青質(zhì)(瀝青質(zhì))地瀝青質(zhì)為深褐色至黑色固態(tài)無定形物質(zhì)(固體粉末)分子量比樹脂更大(1000以上),密度大于19/cm3,地瀝青質(zhì)是決定石油瀝青溫度敏感性、粘性的重要組成部分,其含量愈多,則軟化點愈高,粘性愈大,即愈硬脆。另外,石油瀝青中還含2%~3%的瀝青碳和似碳物,為無定形的黑色固體粉末,是在高溫裂化、過度加熱或深度氧化過程中脫氫而生成的,是石油瀝青中分子量最大的。它降低石油瀝青的粘結(jié)力。石油瀝青中還含有蠟,它會降低石油瀝青的粘結(jié)性和塑性,同時對溫度異常敏感(溫度穩(wěn)定性差)。所以蠟是石油瀝青的有害成分。蠟存在于石油瀝青的油分中,它們都是烷烴。油和蠟的區(qū)別在于物理狀態(tài)不同,普通講,油是液體烷烴,蠟為固態(tài)烷烴(片狀、帶狀或針狀晶體)。瀝青中的油分和樹脂能浸潤瀝青質(zhì)。瀝青的結(jié)構(gòu)是以地瀝青質(zhì)為核心,周圍吸附部分樹脂和油分,構(gòu)成膠團(tuán),無數(shù)膠團(tuán)凝聚在油分中形成膠體結(jié)構(gòu)。2.技術(shù)性能(1)黏滯性(黏性)石油瀝青的黏滯性是反映材料內(nèi)部妨礙其相對流動的一種特性,是劃分瀝青牌號的主要性能指標(biāo)。瀝青的黏滯性與其組分及所處的溫度有關(guān)。當(dāng)?shù)貫r青質(zhì)含量較高、又有適量的樹脂、且油分含量較少時,黏滯性較大。在一定的溫度范圍內(nèi),當(dāng)溫度升高,黏滯性隨之降低，反之則增大。建造工程中多采用針入度來表示石油瀝青的黏滯性,其數(shù)值越小,表明黏度越大,瀝青越硬。針入度是以250C時(2)塑性塑性是指石油瀝青受外力作用時產(chǎn)生變形而不破壞,除去外力后仍保持變形后形狀性質(zhì),它是石油瀝青的主要性能之一。石油瀝青的塑性用延度表示。延度越大,塑性越好,柔性和抗斷裂性越好。延度是將瀝青試樣制成∞字形標(biāo)準(zhǔn)試件,在25t水中以5cm/min的速度拉伸,直至試件斷裂時的伸長值,以"cm"為單位。(3)溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性是指石油瀝青的黏滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能,是瀝青的重要指標(biāo)之一。在工程中使用的瀝青,要求有較好的溫度穩(wěn)定性,否則容易發(fā)生瀝青材料夏季流動或冬季變脆甚至開裂等現(xiàn)象,使防水層失效。通常用軟化點來表示石油瀝青的溫度穩(wěn)定性,即瀝青受熱由固態(tài)改變?yōu)榫哂幸欢鲃討B(tài)時的溫度。軟化點越高,表明瀝青的耐熱性越好,即溫度穩(wěn)定性越好。瀝青的軟化點不能太低,不然夏季易融化發(fā)軟;但也不能太高,否則不易施工,品質(zhì)太硬，冬季易發(fā)生脆裂現(xiàn)象。(4)大氣穩(wěn)定性大氣穩(wěn)定性是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和濕潤等因素的持久綜合作用下抵御老化性能:在陽光、空氣和熱的綜合作用下,瀝青各組分會不斷遞變。低分子化合物將逐步改變成高分子物質(zhì),即油分和樹脂逐漸減少,而地瀝青質(zhì)逐漸增多。實驗發(fā)現(xiàn),樹脂改變?yōu)榈貫r青質(zhì)比油分變?yōu)闃渲乃俣瓤鞜o數(shù)(約50%)。因此,使石油瀝青隨著時光的發(fā)展而流動性和塑性逐漸減小,硬脆性逐漸增大,直至脆裂。這個過程稱為石油瀝青的"老化"。所以，大氣穩(wěn)定性可以抗"老化"性能來說明。石油瀝青的大氣穩(wěn)定性常以蒸發(fā)損失和蒸發(fā)后針入度比來評定。其測定主意是:先測定青試樣的分量及其針入度,然后將試樣置于加熱損失實驗專用的烘箱中,在l600C此外,為評定瀝青的品質(zhì)和保證施工安全,還應(yīng)該了解石油瀝青的溶解度、閃點和燃點。溶解度是指石油瀝青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率,它表示石油瀝青中有效物質(zhì)的含量,即純凈程度。那些不溶解的物質(zhì)會降低瀝青的性能(如粘性等),應(yīng)把物視為有害物質(zhì)(如瀝青碳或似碳物)而加以限制。閃點(也稱閃火點)是指加熱瀝青至揮發(fā)出的可燃?xì)怏w和空氣的混合物,在規(guī)定條件下與火焰接觸,初次閃火(有藍(lán)色閃光)時的瀝青溫度('C)。燃點或稱著火點,指加熱瀝青產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物,與火焰接觸能持續(xù)燃燒5s以上時,此時瀝青的溫度即為燃點('C)。燃點溫度比閃點溫度約高l0'C。瀝青質(zhì)組分多的瀝青燃點與閃點相差愈多,液體瀝青因為輕質(zhì)成分較多,閃點和燃點的溫度相差很小。閃點和燃點的高低表明瀝青引起火災(zāi)或爆炸的可能性的大小,它關(guān)系到運輸、儲藏和加熱使用等方面的安全。例如建造石油瀝青閃點約2300C,在熬制時普通溫度為l85~3.分類標(biāo)準(zhǔn)和選用石油瀝青可分為建造石油瀝青、道路石油瀝青和普通石油瀝青,其技術(shù)指標(biāo)見表10－6－1.（可見教材）。Q2=100–Q1式中Q1——較軟瀝青用量,%;Q2——較硬瀝青用量,%;T——摻配后的瀝青軟化點,0CT1——較軟瀝青軟化點,0CT2——較硬瀝青軟化點,0例如:某工程需要用軟化點為85"C的石油瀝青,現(xiàn)有10號及60號兩種,應(yīng)如何摻配以滿意工程需要?由實驗測得,10號石油瀝青軟化點為95"C;60號石油瀝青軟化點為45"C。估算摻配用量:60號石油瀝青用量(%)=（95°C-85°C）/(95°C-45°C)