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共混组分的配比是影响共混物形态的一个重要因素，也是决定那一组份为连续相，哪一相位分散相的重要因素。
下图为采用熔体共混之辈的PVC/PP共混物中，共混体系的形态随两组组分的体积比变化的示意图。
PVC/PP共混物形态随比变化的示意图从改图可以看出。
当PVC/PP体积比为80、20的时候，共混物形态是组分含量较多的PVC为连续相，组分含量较少的PP为分散相的“海-岛”结构两相体系。
在体积比为60/40时该共混物的刑天为连续相的“海-海”结构。
在PVC/PP体积比是40/60的时候。
PP变为连续相，PVC变为分散相。
影响共混物的因素很多，组分配比只是其中之一。
由于影响共混形态的因素复杂性，使得在实际共混物中，组分含量多的一相未必就是连续相组分含量少的一相未必就是分散相。
尽管如此，荣然可以对于组分含量对共混物的形态的影响作出一个基本的界定。
通过理论推导，可以求出连续相（或者分散相）组分的理论临界含量。
假设分散相的颗粒是直径相等的球形，并且这些球形以“紧密填充”的方式排布，在此情况下，其最大填充分数（体积分数）为74%。
由此可见，当两组共混体系的其中一组分不再是分散相。
哪一组非连续相，将不仅取决于组分含量之比，而且还要取决于其他因素没主要是组分的熔体粘度。
上述理论临界含量是建立在一定假设基础之上，因而并不是绝对的界限，在实际的应用中仅具有参考价值。
实际共混物的分散相颗粒，一般都是并非直径相等的球形；另一方面的，对于这些大多数的颗粒实际上并不能达到“紧密填充”的状态。
尽管如此，对于对于大多数共混体系，荣然可以用上理论。
也有额荔湾的情况，如PVC/CPE共混体系，在CPE含量为10%的时候，CPE荣可为连续的网状结构。
如上图的PVC和PP的琐事，在共混制备的两组共混体系中，随着组分含量的变化，在某一组分形态有分散相转变为连续相的时候，会出现一个两相连续“海-海”结构的过渡形态。
而产生这“海-海”结构形态的组分含量，则与共混体系组分的特性有关，并且与共混体系的熔体粘度有关。
超高韧性水泥基复合材料试验研究摘要：本文主要研究了超高韧性水泥基复合材料的试验制备及其性能表征。
通过优化材料选择和工艺流程，成功制备出具有优异韧性的水泥基复合材料。
本文的研究成果对于推动水泥基复合材料的发展具有一定的理论和实践意义。
关键词：超高韧性，水泥基复合材料，材料选择，工艺流程，性能测试。
引言：水泥基复合材料是一种由水泥、增强体和外加剂等组成的新型复合材料。
由于其具有高强度、高韧性、抗腐蚀、耐久性强等特点，被广泛应用于桥梁、道路、建筑等领域。
随着科学技术的发展，人们对水泥基复合材料的要求越来越高，尤其是对其韧性的要求。
因此，开展超高韧性水泥基复合材料的试验研究具有重要的现实意义。
材料选择：在本次研究中，我们选择了高强度水泥、纤维增强体、减水剂等为主要原材料。
其中，高强度水泥提供了优异的强度和耐久性；纤维增强体（如钢纤维、聚丙烯纤维等）可以有效地提高材料的韧性；减水剂则有助于改善材料的可加工性和力学性能。
工艺流程：制备超高韧性水泥基复合材料的工艺流程如下：首先将原材料按照一定比例混合均匀，然后加入适量的水进行搅拌，最后在压力机中压制成型并养护。
其中，搅拌时间的控制、压力机的压制压力和养护条件的设定等因素都会对材料的性能产生影响。
性能测试：为了表征超高韧性水泥基复合材料的性能，我们对其进行了抗压强度、抗折强度、韧性等指标的测试。
测试结果表明，该材料具有优异的力学性能，其抗压强度和抗折强度均高于普通水泥基复合材料，同时，其韧性也得到了显著提高。
通过本次试验研究，我们成功地制备出了具有优异韧性的超高韧性水泥基复合材料。
通过对材料选择和工艺流程的优化，实现了对该材料的力学性能的有效提升。
本文还对制备过程中的影响因素进行了分析，为进一步优化制备工艺提供了理论依据。
然而，本研究仍存在一定的局限性。
例如，对于材料韧性的提高机制以及制备工艺与材料性能之间的内在尚需深入探讨。
未来研究方向可以包括：进一步优化纤维增强体的分散和拌合工艺，探究不同纤维对材料韧性的影响机制，以及开展针对不同应用场景的超高韧性水泥基复合材料的优化设计和制备技术研究。
自修复混凝土的现状及发展原创摘要：自修复是生物的重要特征之一;自修复的核心是物质补给和能量补给,其过程由生长活性因子来完成5;自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生,恢复机理,采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法,对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能,恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料;1 自修复混凝土的基本特征自修复是生物的重要特征之一4;自修复的核心是物质补给和能量补给,其过程由生长活性因子来完成5;自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生,恢复机理,采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法,对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能,恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料;据此,学者们设想具有自修复行为的智能材料模型为,在材料的基体中布有许多细小纤维的管道;管中装有可流动的物质——修复剂;在外界环境作用下,一旦材料基体开裂,则纤维随即裂开,其内装的修复剂流淌到开裂处,由化学作用自动实现粘合,从而抑制开裂修复材料;这可以提高开裂部分的强度,增强延性弯曲的能力,从而提高整个结构的性能6;若采用低模量的胶粘剂修复混凝土,则可以改善建筑结构的阻尼特性,以减轻地震的大风对建筑物的破坏；如果胶粘剂弹性模量较大,则可以恢复结构的刚度和强度；不同凝固时间的胶粘剂可以用于对结构的弯曲进行控制;自修复混凝土,从严格意义上来说,应该是一种机敏混凝土;机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土,是智能混凝土的初级阶段,是混凝土材料发展的高级阶段7;由这种材料构建的混凝上结构出现裂纹和损伤后,如何利用自身的材料特性达到自修复、自钝化,对混凝土结构起到自防护的作用,是我们关注的主要问题;近年来,损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的相继出现为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础;未来,可在自修复混凝土的基础上,进一步融入信息科学的内容,如感知、识别和驱动控制等;从而达到适应环境、调节环境、材料结构和健康状况的自诊断和自修复等目的;使其具有多种完善的仿生功能,包括骨骼系统基材提供的承载能力,神经系统传感网络提供的检测和感知能力,肌肉系统驱动元件提供的康复能力,真正达到混凝土材料的结构——智能一体化的境界82 国内外的研究状况与存在的问题智能混凝土是材料学的一个研究分支,其起源可追溯到上世纪六十年代,当时的苏联科学家采用碳墨为导电组分制备了水泥基导电复合材料;八十年代末期,日本土木工程界的研究人员设想并着手开发构筑高智能结构的所谓“对混进变化具有感知和控制功能”的智能建筑材料;美国在1993年,由于有国家科学基金的资助,开办了与土木建筑有关的智能材料与智能结构的工厂;然而,正如前面所说,智能混凝土材料是具有若干个S行为的材料9,即具有自我诊断功能self-diagnosis、自我调节功能self-tuning、自我恢复功能self-recovery、自我修复功能self-repair等多种功能的综合,缺一不可,以目前的科技水平,制备完善的智能混凝土材料是相当困难的,也是不现实的;国外的研究现状近年来,国内外虽然先后开展了智能仿生混凝土的研究,并取得了一些有价值的成果;如相继出现的水泥基导电复合材料、水泥基磁性复合材料、具有屏蔽磁场和电磁波的水泥基复合材料、损伤自诊断水泥基复合材料、自动调节环境温度、湿度的水泥基复合材料等;但是如何对混凝土结构的裂纹和损伤进行及时、有效、快速的修复和愈合,还未形成比较完善的理论和成熟的工艺技术,目前只有美国、日本等少数国家处于实验室探索阶段,尚未取得实质性的进展;研究混凝土裂纹的自防护最早可以追溯到1925年10,Abram发现混凝上试件在抗拉强度测试开裂后,将其放在户外8年,裂纹竟然愈合了,而且强度比先前提高了两倍;后来挪威学者Stefan Jaco bsen的研究也表明,混凝土在冻融循环损伤后,将其放置在水中2～3个月,混凝土的抗压强度有了4～5％的恢复;在混凝土裂纹自防护问题上,国内外的研究者提出了各种方法;研究者受生物界的启示,模仿动物的骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理,采用粘接材料和基材相复合的方法,使材料损伤破坏后具有自行修复和再生功能;在混凝土传统组分中复合特殊组分或者在混凝土内部形成智能型仿生自愈合网络系统,当混凝土材料出现裂纹时,部分胶粘剂流出并深入裂缝,使混凝土裂缝重新愈合;美国加州大学伯克利分校的日本学者和东京理工大学的Nobu aki Otsuki教授应用电化学技术对钢筋混凝土裂缝实施愈合作了一些研究11,并取得了一定实验性成果;首先,他们在100×100×20 0mm混凝土试件上预制裂纹,可以是表面裂纹也可以是穿透裂纹,然后将带有预制裂纹的试件浸泡在L的MgC12或MgNO32溶液中,施加电流密度为～m2的直流电源;由于裂纹尖端附近存在更高的电流密度,电沉积先在裂纹尖端形成,裂纹尖端的曲率半径逐渐增大,最后可以达到完全钝化；然后,在混凝土表面覆盖约~2mm的电沉积物;在通电的前两个星期内,裂纹闭合速度最快,4～8个星期后,裂缝几乎完全闭合,而且渗透率降低了;还有学者在混凝土中掺入特殊的活性无机料和有机化合物,依靠自身的进一步水化反应和有机物在碱性条件下缓慢硬化的特性,使混凝土裂纹达到自修复、自钝化的目的;九十年代初期,日本东北大学学者三桥博三12教授将内含胶粘剂的空心胶囊或玻璃纤维掺入混凝土材料中,分别用水玻璃、稀释水玻璃和环氧树脂作为修复剂,将其注入空心胶囊或空心玻璃纤维中,一旦混凝土在外力作用下发生开裂,部分胶囊或空心纤维破裂,胶粘剂流出深入裂缝,胶粘剂可使混凝土裂缝重新愈合;他们的试验方法是：通过制作龄期为7天和28天的混凝土试件,来测试经不同修复剂修复开裂后,混凝土试件的强度恢复率;日本学者沼尾达弥13还研究了自修复混凝土中的不同的纤维掺量、尺寸和不同的水灰比等因素对混凝土自修复产生的影响,直径为3mm～5mm,掺量 3％～5％的玻璃纤维对混凝土抗压强度的影响差别不大;但是过多的掺入玻璃纤维,将会导致混凝土强度的下降;不同水灰比对修复混凝土抗压强度也有较大的影响,水灰比越大,混凝土的抗压强度越低;1994年,美国Illinois大学的Carolyn Dry教授将缩醛高分子溶液作为胶粘剂注入到玻璃空心纤维或者空心玻璃短管中并埋入到混凝土中,从而形成了智能型仿生自愈合神经网络系统;当混凝土结构在使用过程中出现损伤和裂纹时,管内或短管内装的修复剂流出渗入裂缝,由于化学作用使修复胶粘剂固结,从而抑制开裂,修复裂缝;修复后的混凝土试件经过三点弯曲实验发现,其强度比先前还有了较大提高,并且材料的延性也得到了较大的改善3,6;1995年,美国国家科学基金会和Illinois大学合作,提出了用充满修复胶粘剂的具有传感功能的装置来感知混凝土构件的开裂,并使其愈合的可能性,实现混凝土的自诊断、自修复14;1996年,美国Illinois大学的ATRE实验室在混凝土桥面内预装有低模量的内含修复胶粘剂的修复管,混凝土产生横向收缩时,横向收缩应变使管破裂,修复胶粘剂从管中留出,填充愈合桥面的裂缝15;实验证明,这种方法用来修复桥面横向收缩引起的裂缝是可行的;由于修复胶粘剂弹性模量低,裂缝愈合区比未开裂前有更大的承受变形的能力;在此基础上, Carolyn Dry教授还根据动物骨骼的结构和形成机理,尝试制备仿生混凝土材料16;其基本原理是采用磷酸钙水泥含有单聚物为基体材料并在其中加入多孔的编织纤维网,在水泥水化和硬化过程中,多孔纤维释放出聚合反应引发剂,与单聚物聚合成高聚物,聚合反应留下的水分参与水泥水化;由此,在纤维网的表面形成大量有机及无机物质,它们互相穿插粘接,最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机有机相结合的复合材料,其性能具有优异的强度及延性;而且,在材料使用过程中,如果发生裂纹或损伤,多孔有机纤维会释放高聚物,愈合裂纹或损伤;日本学者H．Hil alshi17和英国学者S．M．Bleay18分别在1998、2001年采用类似的方法研究了混凝上裂纹的自防护问题;国内的研究现状目前,国内对智能材料结构的研究一般都集中在对它的自诊断、自适应功能的研究上,对于自修复的研究尚处于起步阶段;南京航空航天大学的智能材料与结构航空科技重点实验室,在我国的智能复合材料研究领域处于领先地位;在1997年,他们研究了利用形状记忆合金SMA丝和液芯光纤对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法;对总体方案进行了分析,采用E44和E 51的环氧树脂,做了初步的试验：在混凝土中埋入形状记忆合金和液芯光纤,光纤的出射光由光敏管接受,当损伤发生时,由液芯光纤组成的自诊断、自修复网络使胶液流入损伤处,同时局部激励损伤处的SMA短纤维,产生局部压应力,使损伤处的液芯光纤断裂,胶液流出,对损伤处进行自修复19,而且当液芯光纤内所含的胶粘剂流到损伤处后,SMA激励时所产生得热量,将大大提高固化的质量,使得自修复完成得更好;2001年,南京航空航天大学的杨红20提出了利用空心光纤来实现智能结构的自诊断、自修复;该文首创了用于智能结构的空心光纤研究方法,并对其进行了应用基础研究;此外,还设计了埋入空心光纤的复合材料诊断与修复系统用于检测复合材料损伤程度与位置以及对损伤处进行自修复等;在复合材料中,还埋入了形状记忆合金SMA丝以提高复合材料的强度、安全和可靠性;研究的对象是纸蜂窝和树脂基两种复合材料,利用空心光纤注胶的方法进行了复合材料自修复的研究;实验表明,修复后的纸蜂窝复合材料完全达到正常材料的使用性能,树脂基复合材料在完全破坏的情况下,经修复后,材料的拉伸和压缩性能得到很大的恢复;同济大学混凝土材料研究国家重点实验室等研究的仿生自诊断和自修复智能混凝土是模仿生物对创伤的感知和生物组织对创伤部位愈合的机能,在混凝土传统组分中复合特殊组分即所谓的第六组分,如仿生传感器、含胶粘剂的液芯纤维等,使混凝土内部形成智能型仿生自诊断、自愈合网络系统;当混凝土材料内部出现损伤时,仿生传感器可以及时诊断预警,当内部出现微裂纹时,部分液芯纤维破裂,胶粘剂流出深入裂缝,使混凝土裂缝重新愈合,恢复并提高混凝土材料的性能;该智能复合材料的研究可实现对混凝土材料的能动诊断、实时监测和及时修复,以超前意识确保混凝土结构的安全性,延长混凝土构筑物的使用寿命8;存在的问题从上述研究的内容来看,目前大部分研究集中在空心修复纤维如何在基体中的分布和随后的化学制品的释放,通过这些化学制品密封基体的微裂缝以及使损伤界面重新愈合,达到控制开裂的目的;虽然国外一些专家对自修复混凝上作了一些工作,但是从自修复混凝上的发展来看,目前尚有许多问题需要解决;例如,结构耐久性、短管及短管空穴对强度的影响、多次可愈合性、胶液的时效、以及愈合的可靠性和可行性等一系列问题,另外有关修复胶粘剂的选择、封入的方法、流出量的调整、释放机理的研究、纤维或短管的选择、分布特性、其与混凝土的断裂匹配的相容性、愈合后混凝土耐久性能的改善等问题,研究尚不完全,还有大量的工作需要做;特别是对自修复混凝土在实际生产中的制备和应用上所存在的问题,解决好这些问题无疑将对自修复混凝土今后的发展产生深远的影响;在修复过程中,以下因素对混凝土材料的修复过程及效果非常重要20：1 纤维管与基体材料的性能匹配是很重要的,如采用塑料纤维管装入修复剂嵌入,可发现基体完全裂开而纤维管并未破损的现象,无法实现自修复功能;2 纤维管的数量也影响材料的修复,太少不能形成完全修复,多了又可能对材料的宏观性能有影响;3 修复后的强度与原始强度的比值是评价修复的重要依据,它与修复剂的粘接强度有很大关系;4 混凝土的裂缝开裂机制;5 粘接质量、胶粘剂的渗透效果、管内压力也对自钝化作用产生很大的影响;6 胶粘剂是有机材料,耐久性能很难保证;受这些因素的影响,目前研究的很多方法还只是一种设想,从实验室中已经展开的研究方法来看,其效果也并不理想;3 本文的研究内容和意义本文的研究内容本文针对自修复混凝土材料主要进行了下述几个方面的工作：1. 根据自修复混凝土的工作原理,确定选取具有单组分特质的氯丁橡胶胶粘剂、聚氨酯胶粘剂以及-氰基丙烯酸脂胶粘剂作为修复胶粘剂;2. 分析了修复胶囊和修复纤维对混凝土自修复的影响因素;由于玻璃管与混凝土之间有良好的协调工作性,化学性质稳定,选择玻璃短管作为内置空心胶囊自修复混凝土的修复胶囊,长空心玻璃管作为内置纤维胶液管裂缝自修复混凝土的修复纤维;3. 用复合材料力学的理论和纤维间距理论建立了描述玻璃修复短管在混凝土中的分布和取向的函数,用以统计各个方向的修复短管数量;并根据修复空心玻璃长管微分单元的平衡状态,从钢筋混凝土裂缝计算的原理出发,研究了修复玻璃管在混凝土中的工作原理,推导出了混凝土一旦开裂,修复空心玻璃长管及时发挥作用的合理尺寸;4. 修复短管的长度、管径和掺量对混凝土的力学性能和修复效果有重要的影响,通过对掺入不同长度,不同管径,不同掺量玻璃短管的自密实混凝土标准试块进行力学性能测试,来对比不掺玻璃短管试块的力学性能,从中对其进行了详细的分析和研究,得出合宜的玻璃短管几何参数和合理的短管掺量;5. 用大型有限元软件ABAQUS建立模型,对内置于混凝土中的修复玻璃短管进行了有限元数值分析,以确定其合理壁厚;6. 分别采用了氯丁橡胶胶粘剂、聚氨酯胶粘剂以及-氰基丙烯酸脂胶粘剂作为修复胶粘剂进行了自密实混凝土简支梁三分点纯弯试验,验证了这三种胶粘剂的修复效能;本文研究的意义自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键,在重大土木基础设施的及时修复以及减轻台风、地震的冲击等诸多方面有很大的潜力,对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性,也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战;总之,为了迎合21世纪人类对建筑材料和结构提出的功能——智能一体化要求,对存在潜在损坏危险的混凝土表面进行有效保护、对造成裂纹和损伤的混凝土结构进行自修复,使混凝土结构具备自防护功能,是具有很大经济和社会效益的事情；自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键,它对确保高层建筑、桥梁、核电站等重大土木基础设施的安全和长期的耐久性,以及减轻台风、地震冲击等诸多破坏因素方面有很大的应用潜力,对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性,也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战;本文旨在研究混凝土在产生裂纹和局部损伤后如何进行自我修复的问题,防止裂纹继续扩展,以期能对如何提高混凝土结构的使用寿命提供参考;。
摘要: 本文分析了水泥化学和物理特性、外加剂本身、掺合料的种类和掺量及集料对相容性的影响；并从外加剂的作用机理出发总结了外加剂对浆体流变性（流动性与稳定性）的影响；同时分析了相容性与混凝土耐久性之间的关系；提出良好的相容性是制备高性能混凝土的基础，对建立相容性定量评价方法做了初步探讨。
1 前言外加剂的使用降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土的工作性和控制混凝土的坍落度损失，并赋予混凝土优良的施工性能及高密实性[1]。
外加剂己成为混凝土的第五组分，其品种日益增多，性能不断提高。
新品种外加剂的研究开发，外加剂应用技术的不断完善与提高，是21世纪混凝土新技术向前发展的关键。
尽管混凝土外加剂的研究不断深入、外加剂的品种也在不断增加，在提高新拌和硬化混凝土的性能中起着越来越重要的作用，但外加剂与水泥的相容性问题一直是一个难以解决的问题，制约了混凝土高性能化的发展 [2]。
因此，充分认识外加剂的相容性问题，对更好的使用外加剂，充分发挥混凝土的性能是十分重要的。
外加剂的相容性问题涉及到水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识，是一个极其复杂的问题，有待于进一步研究。
2 相容性的影响因素 2.1 水泥的化学及物理特性的影响通过对水泥熟料四大矿物成分C2S、 C3S、C3A和C4AF对减水剂分子等温吸附的研究证明，其吸附程度的大小顺序为：C3A>C4AF>C3S>C2S,可见铝酸盐相对减水剂分子的吸附程度大于硅酸盐相。
其原因是C3A和C4AF在水化初期其动电电位呈正值，因而较强的吸附减水剂（大多数减水剂为阴离子表面活性剂），且C3A含量对相容性的影响要远远大于C4AF，这是由于C3A水化速度比C4AF快，减水剂优先吸附于C3A。
C3S和C2S在水化初期动电电位呈负值，因而吸附减水剂的能力较弱。
因此水泥中的C3A和C4AF的比例越大，减水剂与水泥的相容性越差。
所以当商品混凝土中使用铝酸盐含量较高的水泥时，容易造成需水量增加，混凝土坍落度损失加快。
C50自密实混凝土配合比设计及性能研究摘要：我国对高性能混凝土的研究和应用较晚, 20 世纪 80 年代初高性能混凝土首先在预应力混凝土桥梁中得到应用。
到 21 世纪,随着高性能混凝土技术和大跨径桥梁建设的发展, C50 ～ C80 超高强度的自密实型高性能混凝土的应用也将越来越广。
对于某些重载、大跨径特殊建筑物，其结构复杂、配筋稠密，普通混凝土很难满足其使用要求。
所以，为了满足建筑物个性化外形和复杂内部结构要求，一种高流动度、高稳定性的自密实混凝土被开发出来。
关键词：C50 自密实混凝土；配合比设计；强度性能自密实高性能混凝土是具有典型自密性和填充性的特种混凝土, 其组成材料比例对技术性能和应用效果影响显著。
混凝土每年的需求量巨大。
自密实混凝土拥有众多优点，在工程中得到了广泛应用，目前国内很多学者都对其进行了研究，自密实混凝土对原材料有着较高的要求。
配合比设计时要考虑原材料检验结果，不同地区在原材料上存在一定程度的差异，所以应该根据本地区材料性能，通过在原材料的选择和优化设计参数上配制出了 C50 自密实混凝土，并对其主要性能进行分析。
一、自密实高性能混凝土配合比设计原则自密实高性能混凝土是一种新型高性能混凝土,其新拌混凝土具有很高的流动性, 不泌水、不离析,流动性经时损失小,可不振捣而达到自流平的效果,并能充满模板和包裹钢筋。
与普通混凝土相比 ,自密实高性能混凝土原材料组分多 ,均匀性与致密性高 ,技术性能明显改善。
大量研究表明,采用多功能复合型外加剂、超细矿质掺合料及合理比例的组成材料,是获得自密实高性能混凝土的重要技术途径。
因此 ,自密实高性能混凝土配合比设计显得更为复杂和重要。
通常自密实高性能混凝土配合比设计应遵守以下原则:(1)选择优质的原材料, 包括水泥品种和性能,砂石材料规格和级配等。
(2)满足工作性的条件下 ,采用尽可能小的水胶比、最优的砂率及适量外加剂。
(3)满足强度的前提下 ,使水泥或胶凝材料的用量尽量小 ,即混凝土浆体体积率应尽可能小(全部胶凝材料与水的体积占混凝土总体积的百分比),最好不超过 35 %。
混凝土中外加剂的相容性原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料，其性能直接影响到建筑物的质量和使用寿命。
为了改善混凝土的性能，人们发明了许多外加剂，并将其加入到混凝土中。
然而，不同的外加剂之间可能存在相容性问题，会影响混凝土的性能。
因此，研究混凝土中外加剂的相容性原理具有重要的理论和应用价值。
二、混凝土中外加剂的种类混凝土中常见的外加剂有以下几种：1. 减水剂：减少混凝土的水泥用量，提高混凝土的流动性和坍落度。
2. 塑化剂：提高混凝土的流动性和坍落度，减少混凝土的水泥用量。
3. 膨胀剂：增加混凝土的体积，提高混凝土的抗冻性和耐久性。
4. 缩略剂：缩短混凝土的凝固时间，提高混凝土的早期强度。
5. 强化剂：提高混凝土的强度和耐久性。
6. 防水剂：提高混凝土的防水性能。
7. 颜料：改变混凝土的颜色。
三、混凝土中外加剂的相容性问题混凝土中的不同外加剂之间可能存在相容性问题，主要表现为以下两种情况：1. 相互作用导致性能下降：有些外加剂之间相互作用会导致混凝土的性能下降。
例如，减水剂和膨胀剂之间可能会发生反应，导致混凝土的强度和耐久性下降。
2. 相互作用导致性能提高：有些外加剂之间相互作用可以提高混凝土的性能。
例如，使用膨胀剂和缩略剂可以提高混凝土的抗裂性能。
四、混凝土中外加剂相容性的影响因素混凝土中外加剂相容性的影响因素主要包括以下几点：1. 混凝土的配合比：混凝土的配合比直接影响到混凝土中外加剂的使用量和作用效果。
2. 外加剂的类型和用量：不同类型和用量的外加剂之间可能存在相互作用。
3. 外加剂的性质：外加剂的性质直接影响到其与混凝土中其他物质的相互作用。
4. 环境条件：环境条件如温度、湿度、氧气浓度等都可能影响到混凝土中外加剂的相容性。
五、混凝土中外加剂相容性的解决方法为了解决混凝土中外加剂的相容性问题，可以采取以下几种方法：1. 选择相容性好的外加剂：选择相容性好的外加剂可以避免相互作用导致的性能下降问题。
普通混凝土的基本组成材料：水泥浆（水泥、水）、骨料（砂子、石子）适量的掺合剂和外加剂。
1.水泥浆：1.润滑作用——与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性 3.胶结作用——包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体2砂：砂按其产源可分天然砂、人工砂。
由自然条件作用而形成的，粒径在5mm 以下的岩石颗粒，称为天然砂。
天然砂可为河砂、湖砂、海砂和山砂。
人工砂又分机制砂、混合砂。
人工砂为经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。
混合砂是由机制砂和天然砂混合制成的砂。
按砂的粒径可分为粗砂、中砂和细砂，目前是以细度模数来划分粗砂、中砂和细砂，习惯上仍用平均粒径来区分3骨料：普通混凝土所用的石子可分为碎石和卵石。
由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的粒径大于5mm的岩石颗粒，称为碎石；由自然条件作用而形成的粒径大于5mm的岩石颗粒，称为卵石作用：1.廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架 2.减小收缩，抑制裂缝的扩展3.传力作用4.降低水化热5.提供耐磨性4水：一般符合国家标准的生活饮用水，可直接用于拌制各种混凝土。
地表水和地下水首次使用前，应按有关标准进行检验后方可使用。
海水可用于拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。
有饰面要求的混凝土也不应用海水拌制。
作用：1.混凝土中的拌和水有两个作用:2.供水泥的水化反应3.赋予混凝土的和易性5.剩余水留在混凝土的孔（空）隙中5.使混凝土中产生孔隙6.对防止塑性收缩裂缝与和易性有利7.对渗透性、强度和耐久性不利5.矿物掺合料，指以氧化硅、氧化铝为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土性能，且掺量不小于5%的具有火山灰活性的粉体材料。
矿物掺合料是混凝土的主要组成材料，它起着根本改变传统混凝土性能的作用。
在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺合料，可以起到降低温升，改善工作性，增进后期强度，改善混凝土内部结构，提高耐久性，节约资源等作用。
3国家自然科学基金资助项目混凝土组分的复合与相容性3覃维祖[摘要] 配制高强与高性能混凝土的关键是选用适合的水泥、化学外加剂与矿物掺合料,这几种组分的相容性如何则应该是选择与复合的主要依据。
[关键词] 混凝土 高性能混凝土 高强混凝土 相容性 复合效应1 水泥高强与高性能混凝土通常用于重要的大型工程,在选用水泥时除配制普通混凝土要考虑的因素外,更需注意水泥质量的稳定性和与高效减水剂的相容性。
相容性好坏集中反映在用其拌制工作度满足要求的混凝土时,水灰比的大小与工作度损失率两方面。
水泥的矿物成份影响它与高效减水剂相容性的因素,主要包括:①水泥的C 3A 含量与总碱含量;②水泥的细度;③硫酸钙的形态(二水石膏、半水石膏、可溶性硬石膏与不溶性硬石膏)与其掺量。
众所周知,C 3A 、C 4A F 的含量越低,水泥—高效减水剂的相容性越好,且C 3A 含量对相容性的影响远比C 4A F 大。
这是由于高效减水剂优先吸附于C 3A 或其初期水化物的表面,C 3A 的水化速度比C 4A F 快,且随水泥细度增大而更加明显。
含碱量也是一个重要的促进因素,但不少水泥厂的产品含碱量明显偏高。
对硫酸钙的含量与形态(影响其溶解性能),以及水泥中常含有一些远比硫酸钙溶解迅速的硫酸盐(如N a 2SO 4・3K 2SO 4、K 2SO 4和N a 2SO 4),给水泥—高效减水剂相容性带来的影响,还没有引起足够的重视。
不同水泥与高效减水剂相容性上的差别,这是其中一个重要原因。
目前水泥生产与使用中,大致存在以下影响相容性的因素:(1)由于原材料及其它原因,不少水泥的C 3A 与碱含量偏高,前者对相容性的影响如上所述;高含碱量则会加速水泥的早期水化速率,导致需水量增大并且加快工作度损失。
(2)根据我国标准,水泥的石膏掺量(三氧化硫≤315%)与其铝酸盐含量无关。
与美国和法国相比,当水泥中铝酸盐含量偏高时,石膏含量就明显不足。
在低水胶比的高强和高性能混凝土里,液相石膏的溶解度更低,使矛盾尤为突出。
(3)一些水泥厂常粉磨未经充分冷却的熟料及有些球磨机的冷却设施不完善,致使机内温度过高,大量二水石膏分解为半水石膏,过量半水石膏在水泥加水搅拌时迅速生成二水石膏结晶,甚至产生假凝(注意:假凝只是一个极端,而由于该原因带来工作度损失,这种常见现象的严重性却被忽视了)。
(4)由于施工对混凝土早期强度发展迅速的需求(以加快施工速度缩短工期、提前拆模以提高模板周转率),水泥粉磨细度增大。
(5)在这类水泥用于较大尺寸构件高强混凝土浇筑时,特别是高温季节,由于水化温升的作用(可达80～90℃),上述问题进一步加剧。
另外还有一些原因,所有这些影响相容性的因素,集中体现在水泥的需水量大,即水灰比(或水胶比)难以降低。
1995年我们曾用存放了近5年的某厂熟料,加5%二水石膏,以实验室小球磨机粉磨出的水泥,加高效减水剂115%,与常用的砂石骨料配制出水灰比不到0126、坍落度20c m 左右、28d 强度接近100M Pa 的混凝土;但是同样的原材料和配合比,仅仅因为水泥是市售的,就从未配出过水灰比低于0130、工作度也相当的混凝土;而用某大水泥厂生产的水泥,最低水灰比更高达0136。
水灰比降不下来,自然也就制约了混凝土强度的发展。
以上实例表明:(1)水泥中石膏的含量与形态,对其与高效减水剂的相容性,表现为混凝土初始水灰比,并从而对强度发展的影响十分显著。
(2)以水灰比0144的水泥砂浆来检测和评价水泥的标号和其他技术性能,反映不出低水灰比条件下,即配制高强与高性能混凝土时的表现。
修订或补充现行水泥标准,看来已经势在必行。
2 高效减水剂211 高效减水剂与水泥之间的相互作用近年的研究表明:高效减水剂是一类能与水泥颗粒产生物理与化学相互作用的聚合物。
当它用于分散无胶凝性的微细粉状材料时,仅发生物理性相互作用,・1・施工技术1998.N o .5包括:①其分子由于范德华力和静电力吸附在颗粒上;②由于带相反电荷颗粒间引力的减小(反絮凝作用)和高负电荷被吸附的高效减水剂传递到颗粒上,这些颗粒间斥力的感应;③所吸附的聚合物分子与周围颗粒间的空间位阻。
当高效减水剂用于分散水泥时,则除上述物理作用外,与水泥颗粒间还可能产生化学作用。
根据U ch ikaw a等人的研究证明:萘系高效减水剂可以和水泥中最活跃的组份,特别是C3A发生反应并显著减小其初期的表面水化率。
与硅酸钙相比,萘系高效减水剂更易为间质相和游离石灰所吸附。
另有研究报告指出:高效减水剂的加入会延缓C3S矿物的水化,从而显著延缓水泥浆的凝结与降低其早期力学性能。
高效减水剂的这种延缓作用大致与其浓度成正比,在使用低C3A水泥时尤其显著,因为只有较少量的高效减水剂和C3A发生反应,剩余较多的高效减水剂吸附在其它矿物上(C3S),减小了它们的表面反应率。
根据以上研究结果和分析表明:(1)高效减水剂和水泥之间的相互作用,远比早期的认识更为深入,过去主要认为是前两种物理作用所产生的效果,而第三种物理作用才能解释应用新型高效减水剂时,为什么Zeta电位变化不如萘系减水剂大,而减水效果却明显增大的原因。
(2)高效减水剂和水泥间的化学作用,尤其是会延缓C3S矿物的水化,从而显著延缓水泥浆的凝结与降低其早期力学性能,是由于配制高强与高性能混凝土的需要,把高效减水剂的掺量明显增大才表现出来。
212 大剂量高效减水剂对新拌混凝土稳定性的影响随着高强混凝土和泵送工艺日益广泛的应用,以上述建议掺量不仅减水率达不到要求,而且由于水灰比减小、浇筑时工作度要求增大,新拌混凝土的工作度损失加剧,不能满足较长距离运输的施工要求,因此高效减水剂的掺量逐渐增大。
研究与应用的实践表明:大掺量高效减水剂使混凝土在水胶比很低的条件下,仍能具有较大的流动性,可以成型密实,生产强度与耐久性良好的高强和高性能混凝土。
另一方面,在大掺量高效减水剂条件下,新拌混凝土的工作度损失率也减小。
但是,每一种高效减水剂—水泥之间的搭配,都有一相应的饱和浓度。
所谓饱和浓度,是指当高效减水剂超过此剂量时,水泥浆体或者混凝土的工作度不再呈现出明显地改善。
饱和浓度通常以高效减水剂干粉用量与胶凝材料总量之比来表示,对于大多数高效减水剂—水泥体系,其饱和浓度约为018%～112%(由于低浓度高效减水剂产品含相当量的硫酸钠,其饱和浓度可能要有所增大)。
饱和浓度不仅受高效减水剂的质量、水泥细度、石膏类型与含量等因素影响,而且还受搅拌机类型及其参数(旋转速度、叶片的剪切作用)影响。
在配制高强与高性能混凝土时,高效减水剂的掺量通常要接近或等于其饱和掺量。
特别是在配制工作度大于20c m的新拌混凝土时,继续增大剂量不仅未能改善工作度或增大减水率,还容易出现明显的泌水、离析现象。
产生这种现象的原因,是过量减水剂的缓凝作用使被分散的水泥颗粒不稳定性增大,产生的沉降导致内泌水,使浆体和骨料间的界面粘结力减小乃至破坏,从而影响混凝土的物理力学性能,并大幅度降低耐久性。
以上问题说明:配制高强和高性能混凝土时,需要特别注意控制高效减水剂的适宜剂量,需要与其他类型外加剂和矿物掺合料复合作用,才能获得预期的效果。
对于不同的高效减水剂品种,产生这种现象的敏感性不一样,有时掺量在增减011%～012%范围内变动,就会从减水率不够理想,跃变为稳定性不佳的另一极端,这种情况给混凝土配制和施工质量控制都带来不便,或者说更高的要求。
在这里,还需要强调指出的是:有时由于掺用了能够减少用水量的掺合料,例如粉煤灰,新拌混凝土出现泌水、离析现象,这是因为新体系(水泥—粉煤灰—高效减水剂)的高效减水剂饱和浓度减小了的缘故。
换句话说:在选择高强与高性能混凝土原材料及配合比时,必须以保持拌合物具有良好的稳定性为前提。
3 普通型减水剂普通型减水剂,主要包括木质磺酸盐、羟基羧酸及其衍生物和多元醇,它们都有显著的缓凝作用。
木质磺酸盐与水泥有明显的相容性问题,木质磺酸盐对水泥的塑化效果与其C3A含量有关,当水泥中的C3A含量超过6%时,木质磺酸盐就不再有减水效果。
木质磺酸盐可用于和高效减水剂复合,制备广泛应用的各类混凝土,但要注意它所含单糖类(包括五碳糖和六碳糖)物质的稳定性,这种低碳链的糖类(主要是六碳糖)在高碱性的水泥浆中不稳定,特别是当环境与混凝土温度较高时,反应加速,导致其变质,不但会降低混凝土的品质,而且将带来性质波动。
羟基羧酸系,如柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、草酸及其衍生物,已单独或混合后与高效减水剂复合后广泛使用。
由于它们有较强烈地抑制水泥早期水化的作用,特别适用于环境或混凝土温度高的情况增强高效减水剂的使用效果,减小其所需剂量(注意:在这种条件下它们十分稳定,因此便于运输、储存和使用等)。
但是,・2・施工技术1998.N o.5要注意这类外加剂对水泥凝结时间的影响和温度关系密切。
当温度降低,它们的饱和浓度迅速减小,混凝土表面和内部容易出现泌水离析现象,需要尽量避免。
4 粉煤灰经研究发现:粉煤灰对水泥—高效减水剂相容性的影响,可以归结为多个物理、化学方面的因素。
首先,粉煤灰颗粒的表面部分为蒸发沉淀的碱性硫酸盐所覆盖,这种硫酸盐易溶并能延缓铝酸盐水化,这比相同量的石膏对C3A的缓凝作用更有效。
当石膏的溶解度小时,进入液相的硫酸根离子就有限了,而粉煤灰所含的硫酸盐能长时间地发挥作用;此外,混凝土拌合时间延长,常会导致流动度损失加速,而掺有粉煤灰时,凝聚的粉煤灰颗粒被打碎并吸附在水泥表面,使其彼此产生斥力,从而避免水泥骨架结构过早地形成,有利于浆体流动性改善。
因此,从宏观效果看,掺粉煤灰比掺缓凝剂常常更有效(缓凝剂有时还会出现加速流动度损失的副作用)。
掺粉煤灰混凝土还在更广泛得多的意义上,存在着相容性。
如我国北方生产的水泥普遍含碱量偏高,同时如北京地区、山东省部分地区所用骨料有不少是有碱活性的,几年来由于发现一些机场、桥梁、轨枕等工程因碱—骨料及其他原因而产生破坏的事例,使混凝土材料的耐久性问题受到广泛的关注。
另外,高层建筑需要浇筑大体积混凝土的底板、高强混凝土的柱子,都需要尽量降低水泥水化时的温升。
因此,利用粉煤灰与含碱量高的水泥之间的相容性——后者对于粉煤灰活性有良好的激发作用,可以配制出性能好而又十分经济的高掺量粉煤灰混凝土。
但是,要特别强调指出:掺粉煤灰混凝土由于表面泌水大大减少,加之北方的天气干燥而多风,如果没有及时覆盖养护,就会因为表面迅速失水,而在很短时间里出现塑性收缩开裂(如30m in以内)。
塑性收缩裂缝常常因不能被肉眼所发现而忽视,但在泌水速度小于蒸发速度的混凝土表面,它是普遍存在的。
由于它的产生与发展会给面层以下结构物混凝土的强度和耐久性能带来显著的影响,所以在浇筑这类混凝土,无论怎样强调注重初期养护的重要性都不过分。
