混凝土质与水泥品质的关系.ppt

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1、水泥品质和现代混凝土 质量的关系 思想方法和观念的转变比技术更重要 产品如何面对市场的竞争 水泥和混凝土供求矛盾的出现是相互误导的 结果 盲目追求强度的误区 创新才有发展 什么是混凝土 ? 现代混凝土技术和特点 水泥现状对混凝土质量的影响 水泥生产发展的问题 矿物掺和料由谁掺好？ 如何面对市场？ 赢得市场的有效路线 品牌效应 ， 优质优价 产品质量 （ ?） ：提供产品匀质性和无害性的 保证； 售后服务：了解用户的实际需要；提供有效 的使用说明和咨询服务； 有效地利用自己的混凝土实验室 ， 负责产品 的售后服务 ， 对水泥的使用进行指导 ， 提供 使用指南或说明 正确认识和执行产品标准：严格执

2、行国标是控 制产品匀质性和无害性的保证 ， 但国标规定的 只是最低要求 ， 高质量产品需要有更高的技术 含量 树立正确的合同意识 合同的目的不仅是保证交钱、交货，而首先是 甲乙双方相互信任和支持的法律行为，是双方 沟通和交流的过程 明确双方的责、权、利 甲方（用户）：对乙方提出要求和 配合的承 诺 乙方（供货、服务方）：对甲方提供服务内容 和保证质量的承诺以及对甲方配合的要求 契约双方共同遵照的相应规范和特殊技术措施 任何合同以外的变更都要经过洽商，并记录， 作为合同的补充内容 水泥 工 程 结 构 研 究 混凝土 甲方 管理 监理 结构设计 提高比表面积 , 增加 C3A、 C3S 流 变

3、性 能 下 降 收 缩 增 加 水 化 热 增 大 抗 化 学 腐 蚀 性 下 降 后 期 强 度 增 长 小 骨料 级 配 变 差 针 片 状 颗 粒 增 多 混 凝 土 流 变 性 能 下 降 混凝土耐久性下降 当前行业隔离现状的实例 混凝土是什么？ 混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂 的体系 工艺必须简单 否则不能 成为最大宗的土木 工程材料： 原材料来源广泛 制作工艺简单 混合 、 搅拌 、 成型 比其他结构材料 （ 钢材 、 木材 ） 耐久 体系必然复杂： 原材料不能提炼 ， 成分波动 微结构形成的环境和时间的依赖性 对温 度 、 湿度的敏感性；水化不断进行造成动态 的微结构 。 因

4、此造成性能的不确定性 性能随微结构的发展而发展 ,而微结构具有 不同层次 (宏观层次 、 亚微观层次 、 微观层 次 )的多相 (固相 、 液相 、 气相 )， 非均值性 (依配合比不同而离散 ) 微结构的不确知性 水泥水化形成复杂的 凝胶 ， 在目前技术水平下难以测定； 因此： 混凝土属于混沌体系 （ 非线性体系 ） ， 具 有 “ 蝴蝶效应 ” 事物发展的结果对初 始条件具有极为敏感的依赖性 .初始条件极 小的偏差将会引起结果的巨大差异 。 越是简单的工艺 ， 越有管理和控制的难度； 工业化 、 集约化是社会生产发展的趋势 ， 促使 了现代混凝土的发展 。 现代混凝土技术是时代的产物 现代

5、混凝土特点及其产生的原因 生产建设的需要推动材料和技术的发展 科学技术的发展提供条件 混凝土结构发展史上的里程碑 相邻学科的发展 人类对自然界认识过程的曲折会使产品和用 户相关行业相互误导；不断学习，才能与时 俱进 混凝土结构发展史上的里程碑 1850年法国人取得钢筋混凝土专利 ， 1928 年法国的 E.Freyssinet发明预应力锚具是混 凝土结构技术的两次飞跃 就混凝土材料来说 ， 1918年美国的 D.Abrams 提出著名的水灰比定则 ， 使混凝土的配置有 了依据； 1962年和 1963年日本和联邦德国分 别合成出萘磺酸盐系和三聚氰胺系的高效减 水剂 ， 改变了混凝土传统配制技术

6、 。 这堪称 混凝土材料技术的两个里程碑 什么是现代混凝土？ 工业化生产 预拌混凝土是现代混凝土 的特征： 减小了强度对水泥的依赖性 流变性能更加突出 保证结构耐久性的要求日益增强 现代混凝土的特点 现代混凝土是以高效减水剂大规模使用和 矿物掺和料的使用为特征，与时代特点有 关。 实用混凝土强度范围很宽，从 C20(极少量 C15)到 C80 混凝土和水泥强度之间不再有线性关系， 32.5的水泥可以配制 C60的混凝土，却配 不出 C20混凝土 严酷环境的工程增加，使耐久性要求日 益突现 以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的 流变性能成为重要问题 在水泥水化热增大、强度提高的同时结 构尺度增大，

7、改变了大体积混凝土的概 念 劳动力素质、管理水平与质量要求的矛 盾 现代混凝土技术和性能特点 原材料： 高强度的水泥 细度细、水化热大、含碱 量大、抗裂性差、维持长期性能的能力差 高活性的掺和料 自收缩和水化热大 多种多样的外加剂 配合比： 较低的水胶比 较大的水泥用量 (浆骨比较大） 性能：强度水平提高，流动性大 生产：预拌，泵送 水泥什么品质对混凝土最重要？ 应当改变强度第一 ， 甚至强度第一的传统观 念； 第一重要的是匀质性和性能和体积的稳定性 混凝土结构的耐久性比强度更重要 ， 而与混 凝土结构耐久性关系最密切的就是水泥 ， 只 保证高强度的水泥并不一定利于混凝土结构 耐久性 现代混凝

8、土需要开裂敏感性低的水泥 现代混凝土对水泥的要求 具有 低的开裂敏感性 、 良好的匀质性 、 有利 于混凝土结构长期性能的发展 ， 无损害混凝 土结构耐久性的成分 尽可能低的需水量 最重要的是产品的匀质性 ， 因此希望控制指 标的上下限 水泥强度和混凝土强度的关系 什么是水泥和混凝土的强度 任何水泥基材料的强度主要取决于水灰比 按现有标准的水泥强度检验水灰比： 0.5 当前用量最大的混凝土水灰比： 0.5 不仅相同强度的水泥能配出不同强度的混凝 土，而且不同强度的水泥能配出相同强度的 混凝土 不必盲目追求水泥的高强， 32.5的水泥能配 制出 C60混凝土 在相同水灰比下 ， 混凝土强度和水泥

9、强度仍 然有关 ， 高强度水泥可用于象 C80、 C100这样 的高强的混凝土 ， 但是用量很少； 但是高强混凝土不一定耐久；高强混凝土需 求量很少；高强水泥稳定性差； 目前配制 C80、 C100的混凝土并不困难 ， 难的 却是是配不出合格的 C20混凝土 矿物掺和料对混凝土强度的贡献随水灰比的 减小而增大的幅度大于水泥 对强度的贡献随 水灰比减小而增大的幅度 外加剂与掺和料使用技术发展 改变了 对 水泥 强度和混凝土强度的关系 的认识 粉煤灰体积比为 1 1 的不同水胶比浆体中 粉煤灰和水泥在不同龄期时对强度的贡献 0 5 1 0 15 20 25 30 0.8 1.2 1.6 2 体积水

10、灰比 抗压强度（ MP a ) 7天粉煤灰 7天水泥 28天粉煤灰 28天水泥 0 10 20 30 40 0 . 8 1 . 2 1 . 6 2 体积水胶比 抗压强度（ MP a ） 90天粉煤灰 90天水泥 365天水泥 365天粉煤灰 强度 粉煤灰掺量 水胶比关系 不同厂家生产的相 同品种 、 相同强度 硅酸盐水泥在混凝 土中的不同表现 7天开裂 14天开裂 两个大厂的 52.5硅酸盐水泥， w/c 0.3 成型温度 18 ； 24h后拆模并在室外负温下放置 混凝土高强的 利和弊 利 ： 在相同荷载作用下 ， 减小构件断面 、 减少用钢 量 ， 适用于高耸 、 大跨 、 重载等结构 增加

11、构件刚度 弊 ：高强不一定耐久 : 强度越高 ， 抗拉与抗压强 度比越小 ， 构件延性比小；水灰比低 ， 收缩大； 水泥用量大 ， 温升大；早期弹性模量大 ， 徐变小 ， 收缩应力大；因此早期开裂倾向大 ； 由于稳定的要求 ， 结构物对强度的需要是有限的 强度和开裂的关系 混凝土抗拉强度和抗压强度比值 随抗压强度的提高而下降 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0 10 20 30 40 50 60 70 抗压强度（M P a ) 直接抗拉强度/ 抗压强度 当前混凝土早期开裂的根本原因及其后果 拉应变增加 水灰比 (水胶比 )降低 水泥强度提高 混合材料活性提高

12、 (用水量 )浆骨比增加 水化温升提高 ,温 度收缩应变增加 自收缩增加 早期弹性模量提高 ， 徐变减小 拉应力增加 约束 早期开裂倾向增加 大气环境作用 耐久性下降 早期 强度大幅度提高的要求 超过抗拉强度 什么是好的水泥？ Lemish 和 Elwell 1996年在对依阿 华州劣化的公路 路面钻芯取样的 一项研究中 ,也 发现 10 14年强 度倒缩而得出结 论：混凝土性能 良好和强度增长 慢有关。 采用快硬水泥的混凝土 10年后强度倒缩； 1937年按特快硬水泥生产的水泥与现今水 泥的平均水平很相似 。 水泥的现状对混凝土质量影响 几十年来水泥工业的发展方向主要是降低能耗 和提高强度

13、， 但如今却在增加粉磨的能耗 Bolomy公式 ： R28 A Rc(w/c - B)， 造成误导 1920年代 ， 欧美国家水泥中 C3S约为 35%， 如今 达 50 70%；水泥细度从 220m2/kg到现今的 340 600m2/kg 我国 1970年代水泥 (GB175-63)最高标号是硬练 强度 500 ， 相当于 GB175-77的 425 、 现行标 准 32.5的强度等级 检测的水灰比增大 ， 对 3天强度的规定未变 ， 实际提高了早期强度 ， 而高早期强度并不是普 适必要的； 单纯追求强度 ， 使水泥厂采取使用助磨剂磨细 、 掺用 “ 增强剂 ” 等 ， 增加了开裂敏感性和

14、不 利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分； 有的厂家缺乏诚信第一的市场经济观念 ， 造成 混凝土配合比设计的困难； 购销双方缺少合同观念 水泥现状对现代混凝土的不适应问题 片面追求强度而使比表面积太大 、 早期强度太高 而长期增长率低甚至倒缩 、 实际强度浮动幅度太 大； 太细的水泥降低与外加剂的相容性 、 增加混凝土 需水量 ， 不利于混凝土 长期性能 的发展 不控制含碱量 、 氯离子含量 ， 不检测开裂敏感性 、 无法提供在现代混凝土中与外加剂的相容性 水泥出厂温度太高 ， 造成混凝土浇筑温度过高 ， 温度应力增大 ， 早期开裂问题普遍 水泥影响混凝土结构质量的主要因素 水化热及其释放速

15、率 矿物组成和细度 、 水 泥温度 需水量 细度 、 含碱量 开裂敏感性 矿物组成 、 细度 、 水泥温度 、 含碱量 水泥与外加剂的相容性 矿物组成 、 细度 、 石膏形态和含量 、 含碱量 性能稳定性和耐久性 细度 、 含碱量 、 氯 离 子含量 产品匀质性 生产控制和原材料剂产品均 化 水泥主要矿物水化热发展 0 400 800 1200 1600 0 50 100 150 200 250 300 350 400 龄期（天） 发热量（J/g） C3S C2S C3A C4AF 3 3 2 4 熟料矿物的收缩率 矿物 收缩率 C3A C2S C3S C4AF 0.00234 0.00010

16、0 0.00079 0.000036 0.00077 0.000036 0.00049 0.000114 碱和 C4AF对收缩的影响 水泥含碱量和 C3A对收缩的影响 水泥与减水剂的相容性问题 C3A 含量和 SO3 的匹配 一般水泥中石膏的优化条件： W/C=0.5, 现代 混凝土使用高效减水剂 , W/C 0.40， SO3不 足 ； 混凝土中掺入矿物掺和料， SO3被稀释。 细度和颗粒级配 最佳组成 : 5 30m 90%, 10m 10% ； 只考虑细度的结果：水泥越细，细颗粒越多， 需水量越大，混凝土坍落度损失越大 。 熟料中 SO3与含碱量的匹配 不同水泥试样流变性能的测定： No

17、 比表面积 (m2/kg) 流动时间（秒） 熟料硫酸盐化 程度 SD 搅拌 5分钟 搅拌 60分钟 4 5 6 7 8 9 377 372 383 386 371 353 53 53 54 50 53 50 63 63 61 77 99 139 71 69 103 71 68 66 OKONa SOSD 22 3 85.0292.1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 50 60 70 80 90 100 110 SD 流动时间减少（秒） SD与水泥流变性能关系的验证实例 琉璃河水泥，熟料中 SO3=1.2% Na2O=0.4% K2O=1.5% 计算 SD= 混凝土 W

18、/C=0.305，掺入高效减水剂 1.5%， 坍落度初始为 200mm，半小时后为 160mm， 1 小时后为 7.5mm，损失达 60% %675.185.04.0292.1 2.1 C3A含量不同的水泥配制高强混凝土的实例 水水 泥泥 熟熟 料料 中中 CC 33 AA 含含 量量 ( % ) 水水 泥泥 强强 度度 ( MM PP aa ) WW / CC 坍坍 落落 度度 ( mm mm ) 混混 凝凝 土土 22 88 天天 抗抗 压压 强强 度度 ( MM pp aa ) 柳柳 州州 55 22 55 5 .62 5 9 .8 0 .24 8 210 9 2 .1 冀冀 东东 55

19、 22 55 RR 8 .90 5 6 .2 0 .33 191 7 3 .1 其他，如石膏的形态、 C3A 的形态 o不同形态的石膏溶解速率和溶解度不同： 石膏形态 溶解度 （ g/L ） 生石膏 2 .08 - 半水石膏 6.2 0 - 半水石膏 8.1 5 可溶性硬石膏 6.3 0 天然硬石膏 2.7 0 生石膏和硬石膏溶解速率对比 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 1 100 10000 浸水振荡时间（分钟） 溶出量（以CaSO 4 计g/L） 二水石膏 无水石膏 石膏对坍落度损失的影响 o不同结晶度的 C3A溶解速率不同 德国的 R.Rance关于不同形态石膏对水泥 流

20、变性能的影响实验 (G-二水石膏， A-无 水石膏， H-半水石膏 )： 有改善 随时间而好 差 掺超塑化剂浆体 的流变性 差 好 好 无超塑化剂的浆 体流变性 G + H(过量 ) H + G(过量 ) G+A 石膏形态 3 2 1 水泥编号 C3A、 R2O、 SO3的关系 C3A（ %） R2O（ %） SO3（ %） 6 6 10 10 0.5 1.0 0.5 1.0 2 3 4 2.5 3 3.5 4 S=3014cm 2 /g 0 50 100 150 200 250 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 高效减水剂掺量（%） 净浆流动度（mm） 5min 60min 比表面

21、积为 3014cm2,饱和点为 0.8%, 坍落度不损失掺量为 1.6% 雍阳外加剂厂试验 水泥细度为 3982cm2,饱和点为 1.2%, 坍落度无损失掺量为 1.82% S=3982cm 2 /g 0 50 100 150 200 250 300 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 高效减水剂掺量（% ） 净浆流动度（m m ） 5min 60min 雍阳外加剂厂试验 比表面积为 4445cm2,饱和点为 1.6%, 找不到坍落度无损失点 S=4445cm 2 /g 0 50 100 150 200 250 300 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 高效减水剂掺量（%）

22、净浆流动度（mm） 5min 60min 雍阳外加剂厂试验 水泥细度对砂浆抗拉强度的影响 水泥细度和开裂敏感性的关系 用收缩开裂环检测水泥的开裂敏感性 , 从 成型到开裂经过的时间越短，抗裂性越差 抗冻性随水泥比表面积增大而下降 水泥细度对水泥浆土和混凝土开裂的影响 Blaine 的收缩开裂实验环 收缩环的构造 半径：内 41.3mm， 外 66.7mm（ 即壁厚 25.4mm） ， 高度 25.4mm。 矿物掺和料由谁来掺好？ 由混凝土掺对混凝土的利弊 当前商品混凝土存在的问题 掺用矿物掺和料不是假冒伪劣 ， 而是为提高在 严酷环境混凝土结构耐久性必须的措施；即使 粉煤灰价格比水泥价格高 ，

23、 为了耐久性也要用 混和材水泥销售不好的原因 用提高高强矿物的比例和水泥比表面积来提高 水泥强度的路线已经走到头 ， 水泥厂不要放弃 混合材水泥 ， 要各自己留有发展的空间 。 当前商品混凝土存在什么问题？ 掺入组分太多 ， 管理水平对现代混凝土技术适应 性较差 ， 上错料的问题时有发生； 搅拌机搅拌时间太短 ， 混凝土的多组分无预均化 工序 ， 存在拌和物匀质性的问题 使用大掺量矿物掺和料的混凝土 SO3不足 ， 致使 混凝土早期强度 、 凝结慢 、 收缩大 ， 与减水剂相 容性差 。 采取提高比表面积的措施以提高矿渣活 性 ， 使混凝土降低温升的效果差 ， 自收缩增大 ， 开裂敏感性增加

24、， 早期强度低； 难以改变外加剂掺入方式 ， 影响外加剂效率和 拌 和物质量； SO3对水泥浆体变形的影响 -0 . 1 6 -0 . 1 4 -0 . 1 2 -0 . 1 -0 . 0 8 -0 . 0 6 -0 . 0 4 -0 . 0 2 0 0 1 2 3 4 5 6 SO 3 含量（ % ） 收缩（ % ） 4 . 4 8 2 2 . 7 8 4 0 . 5 6 2 2 . 7 8 时的 石膏最佳掺量 SO3对砂浆变形性能的影响 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0 20 40 60 80 龄期（d） 膨胀率 SO3 1.3

25、% SO3 1.79% SO3 2.24% SO3 2.69% SO3 3.13% SO3对砂浆抗压强度的影响 30 35 40 45 50 55 60 65 70 1 1.5 2 2.5 3 3.5 SO 3 ( % ) 抗压强度（ M P a ） 3d 7d 28d SO3对砂浆抗折强度的影响 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 SO 3 ( %) 抗折强度（M P a ） 3d 7d 28d 石膏掺量对掺减水剂的浆体需水量的影响 15 20 25 30 3 4 5 6 7 石膏掺量（%） 标准稠度用水量（%） WRA0 WRA0.5

26、% WRA1% WRA1.5% WRA2% 胶凝材料中矿物掺和料占 50 矿渣细度对 W/C=0.45浆体水化热 高效减水剂掺入方式对浆体流变性能的影响 SPC 在工厂中生产水泥时加入超塑化剂 SpAD 在使用水泥加水前先加入超塑化剂 AD将超塑化剂溶于拌和水中 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 时间（秒） 微型坍落度（ cm ） S P C S p A D AD 0 20 40 60 80 100 0 100 200 300 时间（秒） 溶液 中聚 合物 量 （ % ） SPC S p A D AD 萘系减水剂掺法与坍落度经时损失的

27、关系 距美国西部大陆约 4000km的太平洋小岛上一座用 手工雕凿成美观的大理岩石材建造的庙宇 粉煤 灰掺量 60%， 价格为 200 吨 ， 水泥价格是 $75 吨 所用硅酸盐水泥的参数 参数 数值 (%) C2S 62 C3S 14 C3A 1 C4AF 7 细度 400 m2/ kg 价格 $75 新加坡海底隧道混凝土水泥中矿渣掺量是 70 %， 欧洲标准规定矿渣掺量不低于 65%，最大可到 90% 欧洲大陆国家（比利时、荷兰、法国和德国）已 在严酷冻融环境包括海洋环境中成功地使用高炉 矿渣水泥超过一个世纪 英国在机场停机坪使用大掺量粉煤灰至今已观测 了 20多年 影响混凝土质量的不是掺和料 为什么不能 换一种思维方法来生产水泥？ 资本主义国家市场的特点 优质优价 产品多样化，能满足各种特殊要求 由用户订货来生产和供应 按混凝土的需要生产，既解决混凝土原材料 预均化问题，又免除混凝土配料工序，提高管 理效率 按混凝土的规律进行产品性能检测。国家标准 是最低要求，只控制产品对国家与社会的安全 性和产品匀质性 谢谢！