影响混凝土质量的因素

影响混凝土质量的因素
铁路混凝土工程施工技术指南TZ210—2005 长期以来,混凝土的质量常以28天强度作为衡量指标,并在工程界逐渐形成那单纯追求强度的倾向,以为加大水泥用量和采用早强水泥总有利于质量,并排斥使用粉煤灰等矿物掺和料和引气剂,这些斗对混凝土结构的耐久性带来极为不利的影响。对于现代混凝土来说,提高强度比较容易可,而耐久性则急待改善。为此,施工人员应该深入了解耐久性混凝土的特点,并在混凝土结构施工过程中对混凝土原材料的选用与混凝土配合比参数严加控制。
选择水泥不能以强度作为唯一指标,不能认为强度高的水泥就一定好。发达国家的水泥标准中,对于水泥的强度要求,不仅规定了最低值,而且也规定了最高值的限制,强度超过了规定的也不合格。而我国水泥标准中则没有最高值的限制,客观山起到了误导作用。硅酸盐水泥由原材料烧制的熟料与石膏(硫酸钙)磨细而成,熟料中的主要成分有硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF)等。C3S是水泥早期强度的主要来源,水化速度较快,水化发热量较大。C2S是水泥后期强度的主要来源,水化速度很慢,水化发热量最小。C3S的水化最快,水化放热量最大,水化物强度最低,干缩最大。在我国目前的生产工艺条件下,提高水泥强度(尤其是早期强度)的主要措施,实际上只是增加水泥中的C3A和C3S含量并提高水泥的比表面积,导致水化速率过快、水化热大、混凝土收缩大、抗裂性下降、混凝土的微结构不良、抗腐蚀性差。实践经验也普遍表明,早期强度很高的混凝土在14B以后的强度几乎就不再增长,长期强度甚至还有可能倒缩。水泥中C3A的3D水化热量约为C3S
的3.7倍和C2S 的17.7倍,7D水化热量则分别约为C3S的7倍和C2S的37倍C3A的收缩率大约是C3S和C2S的3倍;而环境中的化学腐蚀介质对混凝土的侵蚀对象主要就是C3A和硅酸盐矿物水化物
中的C a(OH)2。
电子签名设备对水泥含碱量的控制,以往主要从控制碱----骨料反应的角度提出要求。但工程实践发现,不管是否有活性骨料存在,碱的影响首先表现在增加混凝土的开裂倾向。美国垦务局的R.B URROWS对此做过大量的工程调查和试验研究,并发现在有的露天混凝土开裂板中,尽管有活性骨料且水泥具有高含碱量,但开裂处却没有碱----骨料反应产物,混凝土也并没有膨胀,说明这种开裂首先是由于水泥的高含碱量所引起的收缩而不是碱--骨料反应。为防止碱促进混凝土的开裂,水泥中的碱含量应部超过0.6%NO2O当量。但是碱含量太低时候会使大坍落度混凝土(如大于160mm)混凝土的泌水性增加。单使用较大掺量的矿物掺和料,或水泥中的C3A 含量或同时C3S含量也低时,水泥中的含碱量上限可适当放宽。(0.8%)尽可能降低胶凝材料中硅酸盐水泥用量的目的是提倡加大矿物掺和料的用量,减少水泥用量大所带来的负面影响。强度和组分相同但配比不同的混凝土,其中性能最优的一般应是硅酸盐水泥用量最少的一种。混凝土的早期强度越高,对混凝土长期性能越不利,在早期越易开裂,所有要慎用早强水泥。由于过分强调混凝土强度或为了保险而多用水泥,会对耐久性带来不良的后果。为了便于控制混凝土中矿物掺合料的质量和数量,以选用纯硅酸盐水泥和自选的矿物掺合料混合作为胶凝材料,这是由于普通水泥中一般已经掺入了矿物混合料,而且掺量和品种不明。如果是矿渣水泥,
因矿渣比表面积只有约250m2/kg,既不能发挥矿渣的潜在活性,又是水泥容易泌水,不利于混凝土的抗渗和抗冻。如果能却只水泥中已经掺入的矿物混合料的品种和产量,就有利于混凝土配合比的设计,可将水泥中已有的混合料一并计入混凝土掺合料的总量。未来山混凝土的抗烈性,要控制硅酸盐水泥的C3A 含量,而且C3S的含量也不能过高。有文献报道,C3A能与氯化物生成水化氯铝酸钙(C3A.CaCl2.10H2O),可消耗一部分引起钢筋锈蚀的自由氯离子,故对氯盐
环境下的混凝土有利.但有SO2-4存在时,这种水化产物是不稳定的,会转化成膨胀性的水化硫铝酸钙,所以不能指望C3A会减缓氯离子对钢筋的侵蚀。对于C3A 含量高的水泥能否用于海水环境有不同的见解。我国海港混凝土结构防腐蚀规范规定,C3A含量为6%~12%,并对此有详细说明。美国ACl规范规定海水中C3A应小于10%。
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使用矿物掺合料首先是为了混凝土的耐久性需要,而不是单纯的出于降低混凝土成本。认为强度高的混凝土需要减少其矿物掺合料的用量,这其实是一种误解。列入美国加州大学曾在一幢6层楼的剪力墙和基础的加固工程中,分别用160kg/m3水泥、195kg/m3粉煤灰(粉煤灰掺量67%)和195 kg/m3水泥、195kg/m3(粉煤灰掺量50%)配制混凝土,用水量质优118 kg/m3,28天抗压强度分别达到相当于我国立方体抗压强度37.6MPa和45.9MPa,清华大学在深圳地铁足尺模型试验中,用45%粉煤灰、10%矿渣和45%硅酸盐水泥配制的混凝土,胶凝材料总量400kg,各组试件28天强度均在54MPa以上。
低水胶比的矿物掺合料混凝土,其优良性能往往受到现行标准试验方法的掩盖而不能体现。例如粉煤灰混凝土的强度发展较慢,对温度和湿度比较敏感,对它采用与普通混凝土相同的标准实验方法成型、养护并检测其强度、抗冻和抗盐冻的性能往往得出不符合实际的结果。在实际工程中,普通硅酸盐水泥混凝土在养护时的温度较高,其28天强度实际要低于室内标准养护得出的强度,而掺粉煤灰的混凝土正好相反。大量工程现场调查均表明,粉煤灰混凝土的室内标准试验结果和现场条件下的实际表现缺乏一致性,比如室内快速抗冻标准试验结果认为不良的粉煤灰混凝土,在现场的严酷冻融环境条件下却表现良好。但是大掺量矿物掺合料混凝土的水胶比必须要低。
研究表明,为有效改善混凝土康化学侵蚀性能,粉煤灰最佳替代量一般应在
20%以上。现行粉煤灰分级标准的缺点是同使用细度、需水量和烧失量作为分级的主要标准,而将烧失量很小、需水量比稍小于100%而只是细度不符合一级标准的粉煤灰降到二级,这样并不有利于发挥粉煤灰的效用。粉煤灰的品质,应首先注重烧失量和需水量,而不必过于苛刻。一般说来,粉煤灰的烧失量越大,含碳量越高,混凝土的需水量就大;用电收尘方法收取的灰越细,所含玻璃微珠越多,含碳量低,需水量也小,但产量很少。实际工程选用粉煤灰时,因条件限制不得不采用烧失量较大的粉煤灰时,必须经过混凝土拌合物性能和耐久性试验证明可行,且C50级以下混凝土用粉煤灰的烧失量不得大于8%,C50级级以上混凝土用粉煤灰的烧失量不得大于5%。发电厂的三、四级灰的产量很大,但收取的灰因团聚颗粒和多孔玻璃体含量较多而比表面积较大,需水量较大。国内单位研究
采用磨细粉煤灰,打开团聚颗粒,在实际应用中取得很好的效果。粉煤灰的最大掺量可到50%或更多,以不超过胶凝材料总量60%为宜。用表面积来表征粉煤灰的细度并不能完全反映粉煤灰的颗粒细度,后者还可用筛析法表示。
单独粉磨矿渣用于配制混凝土,可使磨细矿渣的细度至少达到和熟料相同。矿渣越细,活性越高。对于高细度的磨细矿渣,在一定掺量范围内,混凝土的强度虽掺量的增大而提高,但是混凝土的温升、化学收缩和自收缩也随着矿渣的掺量的增加而增加;从减少混凝土收缩开裂的角度考虑,这时的磨细矿渣比表面积以不超过450m2/kg为宜。矿渣的活性和火山灰质材料不同,具有自身水硬性,但需要水泥水化产物中Ca(OH)2和石膏的激发,在矿渣掺量增大到一定数量后,由于混凝土中的水泥量减少,矿渣水化的速度因缺少足够的激发物而降低,相应的水化热和自收缩就减小。所以当掺量超过75%以后,可以采用高细度的矿渣。空气热源泵
在水灰比不便的情况下,掺入硅灰可明显提高混凝土的强度,但需水量随硅灰掺量而增加。硅灰对提高混凝土抗化学腐蚀性有显著效果。但其高活性不仅不会降真空抽气机组
低混凝土的温升,反而使温升提前,不利于建校温度变形,并且增大混凝土自收缩。硅灰的价格也比较贵,最好和其它需水量小的矿物掺合料复合使用。
根据现行矿物掺合料的品质水平情况,粉煤灰、磨细矿渣分的氯离子含量均不应大于0.02%.考虑到混
凝土的总氯离子含量还有限制,当工程上不得不采用氯离子含量大于0.02%的粉煤灰、磨细矿渣分时,必须严格控制混凝土的总氯离子含量满足要求。
纯铝酸钙水泥
我国混凝土质量不如发达国家的重要原因之一在于对骨料粒型和级配的不够重视和骨料的质量较差。虽然我国也有关于骨料产品质量的强制性指标,但目前生产供应的骨料很少有真正符合标准的。和水泥一样,在骨料的质量中,我国工程界比较看重的也只是与混凝土强度有关的骨料强度和含泥量等指标,而忽视了骨料粒型和级配的重要性,以为后者不过是多费点水泥的问题,甚少从耐久性的角度去重视骨料的质量。一般天然骨料的强度,对于目前常用的混凝土强度等级(C70以下)来说其实是足够的,而骨料的其他性能如吸水性、热膨胀系数等对混凝土耐久性则有重要影响。吸水率大的骨料,配制的混凝土会有较大的长期收缩影响混凝土的抗裂性。砂岩骨料的吸水率可为石灰岩和石英岩的20倍左右,配制的混凝土1年收缩率约为后者的4倍和3倍。与卵石相比,碎石混凝土的骨料与浆体的界面有较好的结合,,抗裂性也好些。粗骨料的最大粒径较小时,混凝土的抗渗性提高。当耐久性作为主要因素考虑时,骨料的最大粒径宜取小一些。基于单片机的信号发生器
粗骨料的级配和粒型不好,必然要加大混凝土的胶凝材料总量和用水量,不仅增加混凝土的收缩,而且会增加混凝土的渗透性和有害介质在混凝土中的扩散系数。为了提高耐久性,便要同时采用吸水胶比和低用水量。发达国家混凝土的用水量都较少,先进的混凝土技术可将用水量减少到130Kg/m3以下并依然有很好的泵送行,其中的一个关键就是骨料的级配和粒型好,不存在粗骨料的针、片状颗粒问

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