第六章 当代混凝土存在的问题

主要介绍混凝土存在的一些问题

现代混凝土存在的问题 及对策分析侯云芬

主要介绍混凝土存在的一些问题

当前行业隔离现状的实例水泥 提高比表面积, 增加C3A、C3S 流收水抗 变缩化化 性增热学 能加增腐 下 大蚀 降 性 下 降 后 期 强 度 增 长 小 骨料结构设计

混凝土

级 配 变 差

针 片 状 颗 粒 增 多

混 凝 土 流 变 性 能 下 降

甲方 管理 监理

工 程 结 构 研 究

混凝土耐久性下降

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一、混凝土是一个复杂的整体

混凝土是用最简单的工艺制作出的最复杂的 体系。 多组分，原材料不能提炼，且品质波动大 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 性能的不确定性：微结构的形成对环境温

度、湿度的敏感性强，对时间的依赖性大。 水化的不断进行造成动态的微结构。

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1、 混沌理论 洛伦茨于1963年提出，一只南美热带雨林中的蝴

蝶扇扇翅膀，可能引起美国得克萨斯州一场龙卷 风，即著名的“蝴蝶效应”,意为初始条件下的 微小变化可能带动系统中长期的巨大连锁反应， 并由此衍生出混沌理论。

美国麻省理工学院说，最初提出 “蝴蝶效应”并创立混沌理论的美 国气象学家爱德华· 洛伦茨2008年4 月16日因癌症在马萨诸塞州的家中 去世，享年90岁。

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一次洛伦兹将5.06127输入为5.06,万分之 一的省略，提供了两份截然不同的天气预报。 经典动力学认为，初始条件的微小变化，对 未来状态所造成的差别也微小。但混沌理论认 为，初始条件的十分微小的变化经过不断放大， 对其未来状态会造成极其巨大的差别。

“醉了一个农夫，丢了一颗铁钉；丢了一颗 铁钉，少安一付马掌；少了一付马掌，跛了一 匹战马；跛了一匹战马，摔坏一位将军；死了 一个将军，输了一场战争；输了一场战争，亡 了一个国家！”

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混沌理论要点之一

对初始条件的极端敏感依赖性 布莱克在《混沌开创新科学》写到： “相对论排除了对绝对空间和时间的牛顿 迷梦；混沌则排除了决定论可预见性的狂 想。”更有人说：“20世纪的科学家只 有三件事将被记住：相对论、量子力学和 混沌”。“上世纪初人们经历了相对论和 量子力学两次科学革命。混沌革命，却是 我们正在经历的革命。”

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2、混凝土材料的蝴蝶效应

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。

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非线性的混凝土世界

绝不要忘记：像人类世界一样，混凝土 世界是非线性的，而且在非线性里还有 着不连续性。非线性系统的非因果性导 致相同的初始力，令人瞠目的结果，是

所有混沌系统的基本特征。

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3、神秘的能量法则该法则是不同国度的学者们，耗时巨大的独立研 究后，最终共同发现的一项新的重要自然法则，已被 证实是一个适用于上千种的模板的、普遍存在于万事 万物的法则。举例简述： ◎ 人类在不同的地区依不同的人口理论建造了 数以万计的城市，但人口每减半，城市数必多16倍 (柏林学院数据) ◎ 地震震级每减1,发生机率增4倍；而两次地 震相隔时间每增1倍，不发生机率增2.7倍； ◎ 人类历史上每当战争规模扩大1倍，发生机率 降为1/2.62;战争死亡人数每增1倍，发生次数降为 1/4(英国物理学家莱斯利)

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这些数字的意义仍在强烈提示人类：世 界是按内在规律运行的，造物主只要求 严格的符合一个简单数，其它的秘密， 人们再也无从知晓。神秘的大自然面前， 人类正如一个围棋新手，仅知游戏规则 是分黑白两色，其它更多的，尚未入门。

是不是会有这样的推演：如果混凝土中 水泥用量每增加XX,内能提高YY,建筑 物的寿命减少ZZ。

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二、现代混凝土的特点1、现代混凝土是以高效减水剂和矿物掺 和料的大规模使用为特征，与时代特点 有关。

2、使用混凝土强度范围很宽，从C20(极 少量C15)到C80(极少)。 3、混凝土和水泥强度之间不再有线性关 系。

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4、严酷环境的工程增加，使耐久性要求日益 突现。 5、以预拌混凝土、泵送混凝土为主流。拌和 物的流变性能成为重要问题。 6、在水泥水化热增大、强度提高的同时结构 尺度增大，改变了大体积混凝土的概念。 7、人员素质、管理水平与质量要求的矛盾突 出。

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三、水泥现状对现代混凝土的 不适应问题

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1、对现代混凝土的认识：改变混凝土强度第一，甚至强度唯一的传 统观。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。 混凝土最重要的是匀质性和体积的稳定性。 所以需要开裂敏感性低的水泥。

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2、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。最重要的是产品的匀 质性，因此希望控制指标的上下限。 尽可能低的需水量。 质检合格的水泥未必能满足混凝土的需要， 相同品种和强度的水泥可能会在混凝土中有 不同的表现。

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3、水泥影响混凝土结构质量的主要因素水化热及其释放速率：矿物组成和细度、水 化温度 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

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4、水泥强度和混凝土强度的关系

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，却配不出C20混凝土

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■ 在相同水灰比下，混凝土强度和水泥强度仍

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。■ 高强混凝土不一定耐久；像任何事物一样，

高强混凝土也是有利也有弊。■工程对混凝土强度的要求是有限的。

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■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。■如何看待混合材料水泥、复合水泥的强度。 ■矿物掺和料对混凝土强度的贡献随水胶比的

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，因此掺用掺和料

的混凝土必须降低水胶比。

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5、水泥的现状对混凝土质量影响(1)片面追求提高水泥的强度。 Bolomy公式

:R28=ARc(c/w-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。 增加了磨机的能耗我国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；常用水泥是400#,按 现行标准只有27.5。

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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。

追求高强度，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不

利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分。