《土木工程材料》PPT課件.ppt
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土木工程材料同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建筑材料研究所張晏清,緒論,基本性能水泥及膠凝材料混凝土材料,性能,施工工藝鋼材,性能,,第一章材料的基本性質(zhì),1.密度性質(zhì)定義:材料在----------狀態(tài)下,單位體積質(zhì)量1.1密度(比重):ρ=m/V;材料屬于絕對(duì)密實(shí)狀態(tài):顆粒內(nèi)無(wú)孔、外無(wú)孔測(cè)定:磨細(xì),排水法測(cè)定,1.2表觀密度:ρ=m/V;定義:材料在近似絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下,單位體積質(zhì)量。材料內(nèi)有微孔、表面無(wú)孔測(cè)定方法:單塊材料,排水法求體積:不涂蠟,1.3容積密度(體積密度、容重):ρ0=m/V0;定義:材料在自然狀態(tài)下,單位體積質(zhì)量。自然狀態(tài):?jiǎn)我徊牧蟽?nèi)有孔、表面有孔體積密度與含水率有關(guān)。一般指干燥狀態(tài)。V0:量尺寸排水法:表面須涂蠟,1.4堆積密度(松散容重):ρ0=m/V0;定義:材料在自然堆積狀態(tài)下,單位體積質(zhì)量。自然堆積狀態(tài):顆粒群體材料:?jiǎn)我活w粒內(nèi)有孔、表面有孔、顆粒之間存在空隙??障?,孔隙、、、、語(yǔ)意差別單位體積:1m3,2.孔隙與孔隙率,(總)孔隙率公式:(總體積-固體體積)/總體積P=(1-ρ0/ρ)密實(shí)度D=1-P,空隙率公式:Pˊ=(1-ρˊ0/ρˊ)一堆石子、砂,V0體積求算,規(guī)則物體:量尺寸、計(jì)算求之不規(guī)則物體:排水法求之涂蠟:體積密度。不涂蠟:表觀密度,,堆積密度(松散容重):ρ0=m/V0;定義:材料在自然堆積狀態(tài)下,單位體積質(zhì)量。自然堆積狀態(tài):顆粒群體材料:?jiǎn)我活w粒內(nèi)有孔、表面有孔、顆粒之間存在空隙。,比較,密度:材料內(nèi)無(wú)孔、表面無(wú)孔表觀密度:材料內(nèi)有孔、表面無(wú)孔體積密度:材料內(nèi)有孔、表面有孔堆積密度:材料內(nèi)有孔、表面有孔;顆粒之間有空隙。,用途,密度(比重):科研、混凝土配料計(jì)算;表觀密度:可近似取代密度或體積密度體積密度(容重):荷載計(jì)算;堆積密度:筒倉(cāng)等體積計(jì)算,,研究材料孔隙率:保溫材料;吸聲材料;高強(qiáng)混凝土抗凍性習(xí)題:某材料,已知其密度為2.7,在水飽和狀態(tài)下,體積密度為1.862,體積吸水率為46.2%。求:材料孔隙率。,3.材料與水有關(guān)的性質(zhì),表面物理化學(xué)討論的重點(diǎn)之一3.1親水性:混凝土要求質(zhì)量?jī)?yōu)化,親水性應(yīng)好。親水性:潤(rùn)濕角θ≤90潤(rùn)濕角:液氣固三相交界處,液體表面切線與固體表面夾角。憎水性:潤(rùn)濕角θ>90,材料的親水性質(zhì),無(wú)機(jī)材料多為親水性玻璃、混凝土、磚瓦、鋼鐵、、、有機(jī)物:憎水材料有機(jī)硅科密水,憎水性:潤(rùn)濕角θ>90石蠟、瀝青、有機(jī)硅、硬脂酸(鹽)。保溫材料:現(xiàn)代保溫砂漿為了提高抗?jié)B性,配方中加入硬脂酸(鹽):硬脂酸鈉、鈣新型防化服;防水材料潤(rùn)濕角θ=90納米TiO2:自清潔作用,3.2吸水性,定義:材料在水中吸收水分的能力。用吸水率表示。2個(gè)指標(biāo):質(zhì)量吸水率:g/g體積吸水率g/cm3;兩者關(guān)系:Wv=Wmρ0;開口孔隙率Wv=W0,1.體積吸水率=開口孔隙率。2.體積吸水率<100%3.質(zhì)量吸水率可大于、等于、小于100%。4.材料總孔隙率=開口孔隙率+閉口孔隙率。,3.3吸濕性,定義:材料在空氣中吸收水分的能力。用含水率表示。與環(huán)境濕度有關(guān),變量!平衡含水率!材料吸水后,性能的變化,3.4水飽和度KB=W0/P開口孔體積在總孔隙中所占比例水飽和度大,材料耐久性差,3.5耐水性,定義:飽水材料與干燥材料強(qiáng)度之比原土建筑:黃土;石膏制品:不可用于潮濕環(huán)境。耐水性差軟化系數(shù):KR飽水材料與干燥材料強(qiáng)度之比KR=K軟,3.6抗?jié)B性,定義:材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。用2個(gè)指標(biāo)表示:1.滲透系數(shù):適于結(jié)構(gòu)疏松材料:土、砂、磚;流沙現(xiàn)象:2)抗?jié)B等級(jí)P:適于結(jié)構(gòu)密實(shí)材料:混凝土;砂漿通?;炷粒篜6~P10;C30、、、,3.7抗凍性,定義:飽水試件承受多次凍-融循環(huán)而不破壞的性質(zhì)。-20~20;8h飽、循、正常用抗凍等級(jí)F--表示。F100F100抗凍性一般。通常F300,材料受凍破壞原因:材料中水結(jié)冰,體積膨脹導(dǎo)致破壞。靜水壓破壞抗凍性影響因素:閉口的小孔,孔隙率高,材料抗凍性好。水飽和度大于0.8的材料抗凍性差。,四、與熱有關(guān)的性質(zhì),1.導(dǎo)熱性:材料傳遞熱量的能力。(保溫/絕熱性)用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示。材料導(dǎo)熱系數(shù)λ影響因素:化、孔、水?;夯瘜W(xué)組成;孔:孔隙率、孔隙形狀:閉口小孔,孔隙率高,材料保溫性好。λ小。水:含水率高,材料保溫性差。λ大。,2.熱阻:導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù)。計(jì)算房屋保溫性能時(shí),累計(jì)計(jì)算即可3.熱容c:反映溫度的穩(wěn)定性:用比熱表示。水的比熱最大。砂石比熱小。單位時(shí)間、質(zhì)量材料升高1度所吸收的熱量理想建筑材料,應(yīng)當(dāng)是:導(dǎo)熱系數(shù)λ應(yīng)小、熱容c大;實(shí)際不存在,耐火性:等級(jí);鋼材耐火原理,例題:理想建筑材料,應(yīng)當(dāng)是:CA.λ大、c大;B.λ小、c小C.λ小、c大D.λ大、c小,五、與聲有關(guān)性質(zhì),吸聲性:吸聲系數(shù)表示;吸聲系數(shù)大,吸聲性好;0.2以上吸聲材料。開口、連通孔,孔隙率大,吸聲性好:稻草板。隔聲性:材料的質(zhì)量有關(guān)(重量)注意隔聲與吸聲材料區(qū)別!,思考題,1.試述材料孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的影響.2.試述含水率對(duì)材料性能的綜合影響.,第二節(jié)材料的力學(xué)性質(zhì),所有材料,結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)包括:強(qiáng)度、變形,均可以用應(yīng)力-應(yīng)變曲線或荷載-變形曲線表征1.強(qiáng)度:材料抵抗荷載破壞的能力。強(qiáng)度分類:抗拉強(qiáng)度;抗壓強(qiáng)度;抗剪強(qiáng)度;彎曲抗壓強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度)=抗折強(qiáng)度三點(diǎn)彎曲與四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)荷載:load;加載:loading、、、,強(qiáng)度影響因素:孔隙率大,強(qiáng)度低體積密度小,強(qiáng)度低晶粒細(xì)度大,強(qiáng)度高含水率高,強(qiáng)度低鋼:抗拉強(qiáng)度;混凝土:抗壓強(qiáng)度;巖石:抗壓強(qiáng)度,抗剪強(qiáng)度;混凝土:彎曲抗壓強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度)水泥膠砂:抗壓強(qiáng)度,抗折強(qiáng)度,f拉>f壓:韌性材料:木材f拉=f壓:鋼材,韌性材料f拉<f壓:玻璃、混凝土:脆性材料;在鋼筋混凝土理論中,混凝土為彈塑性材料,強(qiáng)度vs強(qiáng)度等級(jí):比強(qiáng)度=強(qiáng)度/體積密度比強(qiáng)度大,表示材料輕質(zhì)高強(qiáng)。鈦合金;硼、碳纖維增強(qiáng)樹脂、芳綸增強(qiáng)樹脂-凱芙拉碳纖維布增強(qiáng)-樹脂加固結(jié)構(gòu)建筑材料中比強(qiáng)度大者:木材、玻璃鋼(玻璃纖維增強(qiáng)樹脂),,比強(qiáng)度大:鈦合金:玻璃鋼:玻璃(碳、硼)纖維增強(qiáng)樹脂;,二、變形,1.彈性:材料在荷載作用下產(chǎn)生變形,荷載與變形呈線性關(guān)系;除去荷載,變形完全消失。(胡克定律)2.塑性:材料在荷載作用下產(chǎn)生變形,兩者無(wú)線性關(guān)系;除去荷載,變形不能完全消失對(duì)于防水材料,良好塑性極為重要。,3.脆性:材料在破壞(尤其指沖擊性的荷載)前無(wú)顯著塑性變形的現(xiàn)象。玻璃:在荷載作用下產(chǎn)生變形至破壞,兩者為線性關(guān)系。4.韌性:材料/結(jié)構(gòu)抵抗(沖擊)荷載破壞的能力。,(二)影響材料強(qiáng)度試驗(yàn)的因素:,1.試件尺寸大,測(cè)得的強(qiáng)度低;(可能的缺陷尺寸大)2.試件高寬比大,測(cè)得的強(qiáng)度低;軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c小于立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu3.試件加載面光滑,測(cè)得的強(qiáng)度低(界面約束小)4.加荷速度快,測(cè)得的強(qiáng)度高;5.含水率高、溫度高,測(cè)得的強(qiáng)度低。溫度高:木材、鋼、瀝青強(qiáng)度低,第三節(jié)耐久性,要素:1.在規(guī)定使用期限內(nèi)(時(shí)間),2.在所處工作環(huán)境條件下,3.材料/結(jié)構(gòu)正常發(fā)揮使用功能的性質(zhì)。習(xí)題:1-1,1-2,1-3,第四節(jié)材料組成與結(jié)構(gòu),1.材料組成:化學(xué)組成;礦物組成:石墨,金剛石,石墨烯,碳納米管2.材料結(jié)構(gòu):宏觀:目視細(xì)觀:顯微鏡;偏光顯微鏡微觀:掃描電鏡、XRD晶體;玻璃體;膠體,第二章氣硬性無(wú)機(jī)膠凝材料,膠凝材料:“膠水”:能將固體材料粘結(jié)形成整體的材料。無(wú)機(jī)膠凝材料:氣硬性(4);水硬性:水泥(1)有機(jī)膠凝材料:樹脂。氣硬性膠凝材料:只能在空氣中硬化并在空氣中保持強(qiáng)度的膠凝材料:石灰、石膏、水玻璃、菱苦土水硬性膠凝材料:既可以在空氣中硬化、也可以在水中硬化并保持強(qiáng)度的膠凝材料。,第二節(jié)石灰(傳統(tǒng)、價(jià)廉),生產(chǎn)石灰石CaCO3煅燒CaCO3→CaO+CO2溫度:900~1100℃CaO:生石灰過(guò)火石灰:焙燒溫度過(guò)高所制得的石灰;欠火石灰:焙燒溫度過(guò)低所制得的石灰。,石灰的消化(熟化),CaO+H2O→Ca(OH)2+QCa(OH)2:熟石灰、石灰膏(乳)、石灰漿體。1.體積膨脹過(guò)程(很重要)2.放熱反應(yīng)3.Ca(OH)2保水性好!熟化反應(yīng)(消化反應(yīng))。,過(guò)火石灰與水反應(yīng)速度極慢,使用時(shí)在空氣中吸收水分,逐漸水化反應(yīng)生成Ca(OH)2。體積膨脹導(dǎo)致石灰表面爆裂石灰爆裂,名詞:石灰爆裂,磚的性能指標(biāo)之一反應(yīng)一般在硬化1年以上出現(xiàn)。,為防止過(guò)火石灰危害,采用陳伏工藝解決陳伏:為防止過(guò)火石灰危害,石灰使用前在水中浸泡一段時(shí)間使之充分水化。此工藝稱為~;此段時(shí)間稱為陳伏期。重點(diǎn)!,石灰的硬化,分為兩步:1.干燥結(jié)晶:→Ca(OH)2結(jié)晶析出;2.碳化硬化Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO3CaCO3→CaO+CO2CaO+H2O→Ca(OH)2+QCa(OH)2+CO2+H2O→CaCO3,石灰特點(diǎn),1、凝結(jié)硬化速度慢;石灰硬化速度極慢,表面結(jié)硬一般2~3月完成。2、硬化后體積收縮大、開裂嚴(yán)重;必須加入紙筋、麻纖維、砂3、保水性好;(水泥砂漿加入石灰即利用此特性)4、耐水性差,用途:砌墻砂漿、三合土、加氣混凝土砌塊;灰砂磚;必須加入:砂(石灰砂漿);紙筋(紙筋灰);麻纖維產(chǎn)品:原狀灰;磨細(xì)生石灰;石灰膏,,,,第一節(jié)石膏(傳統(tǒng)、時(shí)尚),生產(chǎn):天然二水石膏焙燒(炒石膏)、磨細(xì)即可質(zhì)量與溫度、壓力、水分有關(guān)Ca(SO)42H2O→Ca(SO)40.5H2O+1.5H2O溫度:107~170℃β-Ca(SO)40.5H2O(β-半水石膏=建筑石膏),溫度124℃、1.3atm蒸汽+催化劑:Ca(SO)42H2O→α-Ca(SO)40.5H2O(α-半水石膏=高強(qiáng)石膏);15~25Mpa左右;溫度800℃:生成Ca(SO)4;無(wú)水石膏、硬石膏,代替水泥制備地板。,二、水化反應(yīng),半水石膏與水混合,重新生成二水石膏Ca(SO)40.5H2O+H2O→Ca(SO)42H2O反應(yīng)特點(diǎn):凝結(jié)速度快:5~30min硬化原因:Ca(SO)40.5H2O溶解度大,生成的Ca(SO)42H2O溶解度小,結(jié)晶析出導(dǎo)致反應(yīng)快速、完成。緩凝劑:檸檬酸、硼砂、、二、半、二,名詞解釋:適用于石膏、水泥、混凝土,初凝(時(shí)間):漿體從加水拌合開始,至漿體初步失去流動(dòng)性所經(jīng)歷的時(shí)間;終凝(時(shí)間):漿體從加水拌合開始,至漿體完全失去流動(dòng)性所經(jīng)歷的時(shí)間。何謂初步失去流動(dòng)性?用擴(kuò)展度表示,三、石膏特點(diǎn)(/石灰),1.凝結(jié)硬化速度快(/慢);2.硬化后體積略膨脹,不開裂(/收縮大);3.防火性好(/保水性好);4.耐水性差(/相同)(不宜用于潮濕環(huán)境)5.孔隙率高:吸濕性好;吸聲性可產(chǎn)品石膏板:紙面石膏板,吊頂、吸聲板石膏粉:膩?zhàn)印⒎鬯{料石膏條板,化學(xué)石膏、脫硫石膏屬于工業(yè)廢渣用于建筑,減少污染,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,第四節(jié)水玻璃,硅酸鈉:Na2OnSiO2鈉水玻璃(泡花堿)硅酸鉀、硅酸鋰(質(zhì)優(yōu)、價(jià)高、少用)n:水玻璃模數(shù),重要!n大,水玻璃溶液粘度大,粘結(jié)力強(qiáng),耐酸性、耐熱性好、強(qiáng)度高;不易溶解,施工略困難。,水玻璃密度(濃度)大,粘結(jié)力強(qiáng),耐酸性、耐熱性好、強(qiáng)度高;施工略困難。水玻璃在空氣中生成SiO2SiO2緊密聚集,形成無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)機(jī)高分子具有強(qiáng)度、耐酸、耐高溫;不耐堿。水玻璃硬化緩慢,加入氟硅酸鈉可以加速硬化。氟硅酸鈉是促硬劑。單氟磷酸鈉,水玻璃特點(diǎn):,1.耐酸:制備耐酸混凝土(有施工規(guī)范)2.耐高溫:耐受1000℃。耐高溫混凝土;砌筑窯爐3.可作為無(wú)機(jī)涂料。墻面,價(jià)廉,性能一般。耐水性差。工業(yè)地坪中有一種液體硬化劑:硅酸鋰為主。加固土壤水玻璃耐水性差、不耐堿,第三節(jié)菱苦土,MgCO3→MgO+CO2燒成溫度:600℃比較:CaCO3MgO與水反應(yīng)更慢,采用MgCl2溶液拌合,凝結(jié)快,強(qiáng)度也提高,也可通過(guò)提高溫度來(lái)促凝。亦稱為氯氧鎂水泥。菱鎂礦,菱苦土特點(diǎn):,菱苦土特點(diǎn):1.價(jià)廉2.強(qiáng)度高3.耐水性差:受潮后,體積扭曲、變形。導(dǎo)致其使用用途受限??墒褂迷魉畡?、聚合物乳液改性。改性產(chǎn)品使用時(shí)宜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。很少用。,第三章水泥,最基本建筑材料之一,水泥三大系列:硅酸鹽水泥(為主,數(shù)以億噸級(jí));硫鋁酸鹽水泥;高鋁水泥(鋁酸鹽水泥、礬土水泥)。鐵酸鹽水泥,硅酸鹽系列水泥分類:,6種硅酸鹽水泥:PⅠ、PⅡ;普通硅酸鹽水泥:PO;礦渣硅酸鹽水泥:PS;火山灰硅酸鹽水泥:PP;粉煤灰硅酸鹽水泥:PF;復(fù)合硅酸鹽水泥:PC(compound);,第一節(jié)硅酸鹽水泥,水泥原料、生產(chǎn)與定義生產(chǎn):2磨1燒;粘土、石灰石、鐵礦粉三者混合、球磨(生料)→焙燒(1450℃)→熟料、加入石膏→球磨(純硅酸鹽水泥)回轉(zhuǎn)窯;立窯(能耗大、質(zhì)量差。已淘汰)膨脹劑,硅酸鹽系列水泥定義,以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏及0~5%的混合材共同磨細(xì)所制得的產(chǎn)品。以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融,所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽熟料,加入適量石膏。其他水泥定義:以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏及特定品種與摻量的混合材共同磨細(xì)所制得的產(chǎn)品。熟料+石膏+X→磨細(xì)→X水泥X:混合材名稱:粉煤灰、礦渣、火山灰,特定品種與摻量,PⅠ:混合材摻量=0PⅡ:0~5%普通硅酸鹽水泥:6~15%混合材礦渣ps水泥:水淬高爐礦渣:20~70%粉煤灰pf水泥:粉煤灰20~40%;火山灰pp水泥:火山灰20~50%;復(fù)合pc水泥:20~50%混合材,2.水泥熟料的礦物組成與水化特性,水泥化學(xué)礦物簡(jiǎn)寫,C:CaO;S:SiO2;H:H2O;A:Al2O3;F:Fe2O3;Henqiguai:SO3;d:天;,水泥組成:4+14:水泥熟料:C3S3CaOSiO2、C2S2CaOSiO2、C3A3CaOAl2O3、C4AF1:石膏,2.1水泥熟料的礦物組成:,4種礦物:C3S、C2S、C3A、C4AF1.C3S:3CaOSiO2硅酸三鈣:水泥強(qiáng)度主要來(lái)源;水化快:遇水即產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行至28d以上;凝結(jié)快、硬化快;放熱量大;強(qiáng)度高:早期、后期。,,水泥與水反應(yīng)系放熱反應(yīng)。放熱速率、放熱量反映了水泥的水化進(jìn)程。,,2.C2S:2CaOSiO2硅酸二鈣:水化慢:與水反應(yīng)緩慢、反應(yīng)至1a以上強(qiáng)度較為可觀;凝結(jié)慢、硬化慢;放熱速率低、放熱量小。3.C3A:3CaOAl2O3鋁酸三鈣:水化速度最快:與水即反應(yīng)、反應(yīng)至3d(天)以上可不計(jì);凝結(jié)快、硬化快;放熱速率大、(短時(shí)間內(nèi))放熱量大。,,4.C4AF4CaOAl2O3Fe2O3鐵鋁酸四鈣(中):水化中等速率:凝結(jié)硬化較快;放熱量小。,總結(jié):,C3S、C2S、C3A、C4AFC3S:早高后高;(強(qiáng)度)C2S:早低后高;C3A:早高后低;,要求水泥早強(qiáng)、凝結(jié)快:C3A高;要求水泥早強(qiáng)、高強(qiáng):C3A、C3S高;要求水泥水化熱?。篊3A、C3S低,C2S高(大壩水泥),砼=混凝土,tong砼仝混凝土,水泥熟料的水化反應(yīng)(重點(diǎn)),1.C3S+H2O→C3S2H3+CH;反應(yīng)速度快C3S2H3簡(jiǎn)寫為C-S-H、CSH水化硅酸鈣;凝膠①C3S2H3:C3,S2下標(biāo)3,2是一個(gè)變量,C/S鈣硅比,與溶液的堿度有關(guān);②C-S-H為凝膠體,在很小范圍內(nèi)有一定結(jié)晶度,尺寸,形狀變化大.③CH:Ca(OH)2,六角形片狀晶體,2.C2S+H2O→C3S2H3+CH;產(chǎn)物與C3S相同,但反應(yīng)速度極慢;3.C3A+H2O→C3AH6;反應(yīng)速度最快、1s即反應(yīng)C3AH6:水化鋁酸鈣;晶體4.C4AF+H2O→C3AH6+CFHCFH:水化鐵酸鈣;凝膠,,水泥礦物組成:4+1C3S、C2S、C3A、AFC4+CaSO4石膏水泥水化反應(yīng):除以上反應(yīng)外,還有一個(gè)極重要反應(yīng):C3A+H2O→C3AH6;CaSO4+C3AH6→3CaOAl2O33CaSO431H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O,,3CaOAl2O33CaSO431H2O:(高硫型)水化硫鋁酸鈣簡(jiǎn)寫為:Aft;鈣礬石C3AH6:水化鋁酸鈣Aft高硫型水化硫鋁酸鈣鈣礬石,石膏作用,1.防止水泥速凝;不加石膏,水泥遇水即凝結(jié):閃凝2.、、、3.、、、C/S:鈣硅比,變量。,小結(jié):水化產(chǎn)物,CSH(C3S2H3):水化硅酸鈣;凝膠體;CH:Ca(OH)2:六角晶體、呈片狀C3AH6:水化鋁酸鈣、晶體;CFH;水化鐵酸鈣;凝膠體AFt:水化硫鋁酸鈣;針狀晶體,水泥的水化反應(yīng)小結(jié),C3S+H2O→C3S2H3+CH;反應(yīng)速度快C2S+H2O→C3S2H3+CH;反應(yīng)速度慢C3A+H2O→C3AH6;反應(yīng)速度極快C4AF+H2O→C3AH6+CFH;CaSO4+C3AH6→3CaOAl2O33CaSO431H2O(高硫型、三硫型)水化硫鋁酸鈣;鈣礬石;AFT;針狀,小結(jié):,水泥礦物:5個(gè):4+1水泥水化產(chǎn)物5個(gè):3晶、2凝CSH凝膠體;60%強(qiáng)度Ca(OH)2:六角晶體;20%強(qiáng)度C3AH6:晶體;CFH:凝膠體;AFT:晶體10%強(qiáng)度,硅酸鹽水泥水化機(jī)理,水泥水化熱曲線:4階段(或5階段)Ⅰ:初始反應(yīng)期:1s~10m水泥快速水化、C3A+H2O→C3AH6;反應(yīng)速度極快C3S+H2O→CSH;反應(yīng)較快C3S早期產(chǎn)物包覆于水泥顆粒表面,減緩水化過(guò)程C3A與石膏反應(yīng)生成AFt,減緩水化過(guò)程Ⅱ:潛伏期;CaSO4+C3AH6→AFt水泥顆粒表面包覆令水化減緩。2~3h,Ⅲ:快速反應(yīng)期;凝結(jié)期內(nèi)部產(chǎn)物壓力足夠大,包覆層破裂,快速水化標(biāo)志:Ca(OH)2大量析出。10~15h初凝;終凝Ⅳ:擴(kuò)散期;硬化期強(qiáng)度不斷增長(zhǎng),可持續(xù)數(shù)年。,水泥石組成,1.水化產(chǎn)物:3晶2凝2.未水化水泥顆粒;3.孔;毛細(xì)孔、凝膠孔4.水:毛細(xì)水、凝膠,水化動(dòng)力學(xué):水化硅酸鈣CSH有4種形態(tài):Ⅰ型;針狀;很短Ⅱ型;針狀、有分叉;Ⅲ:等大粒子;Ⅳ型:內(nèi)部水化產(chǎn)物。,水泥石的孔隙尺寸、數(shù)量決定強(qiáng)度,MDF水泥:無(wú)宏觀缺陷水泥,水泥彈簧Roy教授采用粉末冶金法制備了高強(qiáng)度水泥膠空比理論:膠體固體體積/(凝膠孔隙體積)決定水泥石強(qiáng)度,水泥的技術(shù)性質(zhì),1.密度:3.1g/cm3;(巖石、砂密度:2.7~2.6g/cm3)2.細(xì)度:顆粒粗細(xì)程度。硅酸鹽水泥細(xì)度用比表面積方法表示;其余所有水泥細(xì)度用篩分析方法表示。(0.08mm方孔篩);3種方法。以負(fù)壓法為準(zhǔn)。,,細(xì)度大、水泥強(qiáng)度高;細(xì)度過(guò)大、水泥需水量增大,強(qiáng)度反下降。增加水泥細(xì)度是目前提高水泥強(qiáng)度的主要技術(shù)措施,3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量稠度:漿體流動(dòng)性的大小。paste石膏、水泥、砂漿、混凝土均有此概念標(biāo)準(zhǔn)稠度:標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)性:水泥漿體沉入深度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大,水泥質(zhì)量差。,4.凝結(jié)時(shí)間初凝(時(shí)間):從漿體加水拌合開始,至初步失去流動(dòng)性所經(jīng)歷的時(shí)間;終凝(時(shí)間):從漿體加水拌合開始,至完全失去流動(dòng)性所經(jīng)歷的時(shí)間。(石膏、水泥、混凝土及所有建筑材料意義相同)硅酸鹽水泥初凝時(shí)間≥45min;不滿足者為廢品;硅酸鹽水泥終凝時(shí)間≤390min;不滿足者為不合格品。,,5.安定性!與混凝土的和易性做對(duì)比1)水泥漿體在凝結(jié)硬化過(guò)程中,體積變化的整體均勻性。是否膨脹、開裂?水泥漿體在凝結(jié)硬化過(guò)程中,體積均勻收縮,屬正常現(xiàn)象。水泥漿體在凝結(jié)硬化過(guò)程中,局部產(chǎn)生膨脹、開裂—體積安定性不良。,,2)原因:水泥中三種成分(之一)超量將導(dǎo)致體積安定性不良:鐵礦粉,石膏,粘土f-CaO:游離氧化鈣;相當(dāng)于過(guò)火石灰(石灰燒成溫度:900~1000℃;水泥燒成溫度:1450℃),燒成溫度高,晶體密實(shí),與水反應(yīng)速度極慢,1年以上水化、產(chǎn)生體積膨脹令混凝土局部破壞。,f-MgO:游離氧化鎂;與水反應(yīng)速度更慢,若干年以上水化、體積膨脹令混凝土局部破壞。SO3:三氧化硫;SO2—與水泥水化產(chǎn)物C3AH6反應(yīng)、生成鈣礬石Aft,體積膨脹。CaSO4+C3AH6→Aft周五班2010.10.15,SO3過(guò)多導(dǎo)致水泥石腐蝕作用。Aft特點(diǎn):防止水泥速凝;膨脹性;早強(qiáng)。CaSO4作用4;水化減緩、過(guò)多導(dǎo)致水泥石腐蝕;Ca(OH)2—3,3)水泥安定性檢驗(yàn)方法:,f-CaO:采用沸煮法:試餅法:目視觀察其是否開裂、變形;雷氏夾:測(cè)量針尖張開幅度。5mm2者均可評(píng)價(jià)安定性;若有爭(zhēng)議,以雷氏夾試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。沸煮法原理:100℃下f-CaO水化速度加速,其危害可測(cè)。,,f-MgO:結(jié)晶密實(shí)度高于f-CaO,100℃下水化速度不加速。在高溫下(蒸壓)可能加速?;瘜W(xué)分析方法控制MgO含量。SO3:采用化學(xué)分析方法。,4)處理:體積安定性不良水泥為廢品。?。?!硅酸鹽水泥初凝時(shí)間≥45min;不滿足者為廢品;,,6.強(qiáng)度水泥強(qiáng)度等級(jí)用水泥膠砂強(qiáng)度表示。如PO42.5等水泥:ISO標(biāo)準(zhǔn)石英砂:水=1:3:0.5;600號(hào)≈525≈42.5試件尺寸:4040160mm;3條/組;養(yǎng)護(hù)條件:20℃1℃,水中養(yǎng)護(hù)3d、28d,分別測(cè)試抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。共4組強(qiáng)度值,按4組強(qiáng)度值確定水泥強(qiáng)度等級(jí)。,,7.水泥水化熱很重要,但一般不測(cè)試。對(duì)于大體積混凝土重要!,7.水泥石的腐蝕,水泥漿體中有Ca(OH)2、C3AH6;在外界環(huán)境下,可能產(chǎn)生腐蝕。7.1溶出性侵蝕:(軟水、淡水腐蝕):水泥漿體中Ca(OH)2在流動(dòng)淡水作用下,持續(xù)溶解,導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)松散、破壞。時(shí)間長(zhǎng)。,7.2鎂鹽腐蝕:Mg2++Ca(OH)2→Mg(OH)2;Mg(OH)2松散、無(wú)膠結(jié)作用。例:海水含Mg2+,7.3硫酸鹽腐蝕SO2—與水泥水化產(chǎn)物C3AH6反應(yīng),生成鈣礬石,AFt(水泥桿菌),體積膨脹。導(dǎo)致水泥混凝土破壞。MgSO4:雙重腐蝕;海工混凝土耐久性:工程上,裂縫周邊應(yīng)進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的確定:XRD分析、化學(xué)分析,7.4碳酸鹽腐蝕:CO2+Ca(OH)2→CaCO3CO2+CaCO3→Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2易溶于水,,7.5一般酸的腐蝕所有的酸?(除了草酸)對(duì)水泥石均有腐蝕破壞作用。水磨石打磨可以加草酸施工乳酸:牛奶,堿的腐蝕:濃度過(guò)大,結(jié)晶析出,將導(dǎo)致破壞,水泥的腐蝕防止措施,水泥石產(chǎn)生腐蝕的內(nèi)因:一、Ca(OH)2,水化鋁酸鈣C3AH6;二、水泥石具有滲透性。防止水泥石產(chǎn)生腐蝕的措施:1.適當(dāng)減少Ca(OH)2;2.增加水泥石(混凝土)密實(shí)度??!3.表面防護(hù)涂層。(極少使用)瀝青、、,思考:1.Ca(OH)2在混凝土中作用:強(qiáng)度來(lái)源;腐蝕內(nèi)因;鋼筋混凝土:防止碳化(防銹);堿性激發(fā)劑堿度大,與活性骨料產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)。,,2.CaSO4在混凝土中作用:水泥調(diào)凝;硫酸鹽激發(fā)劑作用;腐蝕。早強(qiáng),第二節(jié)摻混合材的硅酸鹽水泥,為了節(jié)約熟料,在水泥中摻入部分工業(yè)或人工制作混合材料(廢渣)。環(huán)保、綠色建材、節(jié)約。試述摻混合材對(duì)水泥性質(zhì)的影響1.節(jié)約水泥熟料;2.調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度;3.改善混凝土某些性質(zhì)。,混合材,包括:活性混合材;非活性混合材。活性混合材:常溫下,可以與CaO在水中發(fā)生反應(yīng)并生成硬化石狀物的材料?;钚曰旌喜?種:1.礦渣slag(磨細(xì)礦渣、?;郀t礦渣、礦粉):煉鐵副品;(又:鋼渣性能不穩(wěn)定、安定性不良。)2.火山灰:品種相當(dāng)多。多為地方性材料:如火山灰、沸石、燒高嶺土、、,,3.粉煤灰:火電廠燃煤廢渣??招奈⒅楦呒?jí)混合材:硅灰:鐵合金冶煉廢渣,極輕。比表面積極大。水化性能好。強(qiáng)度高!增稠!價(jià)錢高?;钚曰旌喜墓餐攸c(diǎn):含有活性氧化鈣、活性氧化硅。,,!?。交钚曰旌喜墓杷猁}水泥的水化特點(diǎn)摻活性混合材硅酸鹽水泥水化反應(yīng)為二次水化反應(yīng),摻活性混合材硅酸鹽水泥水化步驟,分為2階段:1.硅酸鹽水泥水化,生成CSH與Ca(OH)2(已述)2.活性混合材中的活性氧化鈣、活性二氧化硅在CaSO4存在條件下,與Ca(OH)2反應(yīng),生成新的水化產(chǎn)物:二次水化產(chǎn)物。Ca(OH)2稱為堿性激發(fā)劑;CaSO4稱為硫酸鹽激發(fā)劑。,,二次水化反應(yīng)特點(diǎn):須牢記!1、前期強(qiáng)度較低;后期強(qiáng)度逐漸提高;2、混凝土堿度較低。pH值低。原因:硅酸鹽熟料含量少:原本含量低,加之被吸收一部分。(Ca(OH)2少?。?摻加混合材水泥共同特點(diǎn),由于硅酸鹽熟料含量少:原本含量低,加之被吸收一部分,令Ca(OH)2少!1、水泥早期強(qiáng)度低,后期強(qiáng)度提高;2、水化熱低;3、耐腐蝕性好。4、抗凍性差:早期強(qiáng)度低!(冬季施工,早期強(qiáng)度低導(dǎo)致。注意與混凝土的抗凍性區(qū)別:后者具有耐久性概念)。,將6種水泥分為2個(gè)群、硅酸鹽水泥:PⅠ、PⅡ;普通硅酸鹽水泥:PO;礦渣硅酸鹽水泥:PS;火山灰硅酸鹽水泥:PP;粉煤灰硅酸鹽水泥:PF;復(fù)合硅酸鹽水泥:PC;,水泥的選擇(必考!),A群:性質(zhì)相同,普通硅酸鹽水泥加“較”。硅酸鹽水泥:PⅠ、PⅡ;普通硅酸鹽水泥:PO;早期強(qiáng)度高,后期強(qiáng)度高;水化熱大;耐腐蝕性差??箖鲂院?。熟料多!,B群:摻加混合材水泥,礦渣硅酸鹽水泥:PS;火山灰硅酸鹽水泥:PP;粉煤灰硅酸鹽水泥:PF;熟料少,摻有活性混合材。共性:早期強(qiáng)度低,后期強(qiáng)度高;水化熱低;耐腐蝕性好??箖鲂圆睢T颍篊a(OH)2少。原料中就少,加之二次水化反應(yīng)又消耗一部分。,,B群特點(diǎn)共性:早期強(qiáng)度低,后期強(qiáng)度高;水化熱低;耐腐蝕性好??箖鲂圆睢群水泥適于蒸養(yǎng)(蒸汽養(yǎng)護(hù);工廠化生產(chǎn)):活性混合材可充分發(fā)揮作用。,B群個(gè)性:優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn),1.礦渣硅酸鹽水泥:耐熱性好/抗?jié)B性差。礦渣磨碎玻璃相、多棱角。(不是耐高溫!200℃)2.火山灰硅酸鹽水泥:抗?jié)B性好:水化充分(潮濕環(huán)境中);干縮大:一般需水量大(干燥環(huán)境中易于開裂)。3.粉煤灰硅酸鹽水泥:干縮?。侯w粒呈球狀、需水量小;早期強(qiáng)度最低;碳化嚴(yán)重;泌水大不耐磨.,小結(jié):,A/B:1.早強(qiáng)高/低,后期強(qiáng)度高;2.水化熱高/低;3.耐腐蝕差/好。4.抗凍好/差。5.B群水泥適于蒸養(yǎng)(B內(nèi)部:礦渣:耐熱好;抗?jié)B差。火山灰:抗?jié)B好;干縮大。粉煤灰:干縮??;早強(qiáng)最低;碳化嚴(yán)重,水泥選擇典型問(wèn)題:思考,早期強(qiáng)度高;冬季施工;高強(qiáng)混凝土;耐熱;抗?jié)B;耐腐蝕;水化熱低;干燥環(huán)境;蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土、復(fù)合硅酸鹽水泥:混合材品種不限制。1.早強(qiáng)低,后期強(qiáng)度高;2.水化熱低;3.耐腐蝕好。4.抗凍差。,高性能混凝土,必須摻加混合材對(duì)于混合材有較高要求,第三節(jié)其他品種水泥(特種水泥),高鋁水泥硫鋁酸鹽水泥低熱水泥,,,,高鋁水泥、鋁酸鹽水泥、礬土水泥,以鋁酸鹽礦物為主。CA系列特點(diǎn)明顯:1.凝結(jié)、硬化快、強(qiáng)度增長(zhǎng)快。緊急搶修用。2h凝結(jié)硬化2.水化熱集中釋放、短期內(nèi)水化熱最大;總量不大3.可以冬季施工4.耐高溫:1200℃;5.強(qiáng)度下降,溫度20~100度高時(shí)尤甚。下降達(dá)50%,,結(jié)構(gòu)工程、大體積混凝土不可用鋁酸鹽礦物遇水生成水化鋁酸鈣,水化鋁酸鈣系列相多為亞穩(wěn)定態(tài),溫度不同,產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變,強(qiáng)度逐漸降低。注意:高鋁水泥/或C3AH6經(jīng)過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度=0。,二、硫鋁酸鹽水泥,礦物組成主要為Aft(鈣礬石)。特點(diǎn):早強(qiáng)、凝結(jié)快:早強(qiáng)水泥堿度低(PH低):制備低堿水泥耐堿玻璃纖維板,TK板微膨脹:微膨脹水泥可負(fù)溫下施工。強(qiáng)度不會(huì)倒縮。,堿度:制作玻璃纖維水泥制品(代石棉瓦)時(shí),要求水泥堿度應(yīng)當(dāng)盡量低堿度:水泥水化產(chǎn)生氫氧化鈣,pH=11~13。堿度高,可以阻止鋼筋銹蝕與水泥的堿含量不同!Na2O、K2O:與混凝土堿骨料反應(yīng)相關(guān)。,水泥中的堿包括2層含義:1.Ca(OH)2:提供水泥混凝土堿度,防止碳化;2.Na2O:引起堿骨料反應(yīng);,水泥強(qiáng)度計(jì)算與評(píng)定方法!!!,抗折強(qiáng)度的測(cè)定與計(jì)算3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為抗折強(qiáng)度條件:3個(gè)數(shù)據(jù),最大值/最小值與平均值的差不大于10%若1個(gè)數(shù)據(jù)(最大值/最小值)與平均值的差大于10%,剔除此值,取余下2值平均作為抗折強(qiáng)度若2個(gè)數(shù)據(jù)大于10%,此次試驗(yàn)作廢。與混凝土的做比較,混凝土取中值,,抗壓強(qiáng)度的測(cè)定與計(jì)算6個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為抗折強(qiáng)度條件:6個(gè)數(shù)據(jù),最大值/最小值與平均值的差不大于10%若1個(gè)數(shù)據(jù)(最大值/最小值)與平均值的差大于10%,剔除此值,取余下2值平均作為抗折強(qiáng)度若2個(gè)數(shù)據(jù)大于10%,此次試驗(yàn)作廢,復(fù)習(xí)思考題:,水泥基本性能水泥安定性、原因、檢測(cè)、處理。水泥腐蝕分類、危害,防止腐蝕措施混合材分類、作用,水化機(jī)理水泥選擇水泥強(qiáng)度、評(píng)定方法。,第四章混凝土,定義:膠凝材料膠結(jié)骨料所形成的固體材料廣義:瀝青混凝土;環(huán)氧樹脂混凝土;水泥混凝土;水玻璃混凝土狹義:水泥混凝土礦渣+堿→固體石材;凝石,混凝土分類,1.按膠凝材料:瀝青混凝土;環(huán)氧樹脂混凝土;水泥混凝土;水玻璃混凝土、、、2.按體積密度分類:輕混凝土:小于2000kg/m3。承重、不承重。保溫建筑;結(jié)構(gòu)上層部分。普通混凝土:2000~2500kg/m3重混凝土:大于2500。防輻射、自重大。采用鐵礦石,3.按施工方法:泵送混凝土;噴射混凝土;碾壓混凝土;真空混凝土(較少);水下混凝土、、、4.按材料性能:纖維混凝土(鋼纖維、聚丙烯纖維混凝土、、);聚合物混凝土、、,混凝土性能特點(diǎn),1.強(qiáng)度較高:C30~C80。對(duì)比:磚10~30MPa;石灰:0.1MPa?2.價(jià)格低廉:砂、石易于獲得3.與鋼筋粘結(jié)牢固、熱膨脹系數(shù)接近;聚合物纖維、竹抗拉強(qiáng)度高,但不可代替鋼筋4.耐久性較好:優(yōu)于鋼材、塑料5.耐火性好6.可加工性好。表現(xiàn)形式多元化:清水混凝土,雕塑,缺點(diǎn):1.自重大:2.5t/m3;2.抗拉強(qiáng)度低,易于開裂。(抗拉強(qiáng)度/抗壓強(qiáng)度比大:韌性材料),目前對(duì)策、發(fā)展方向,混凝土高強(qiáng)化→解決自重大;預(yù)應(yīng)力混凝土→解決易于開裂、撓度大的問(wèn)題C30:混凝土42.5:水泥Q235:鋼材MU20:磚、石M10:砂漿,第一節(jié)普通混凝土材料組成與作用,混凝土原材料:水泥、水、細(xì)骨料、粗骨料,和易性各材料在混凝土中作用:1.水泥+水→水泥漿體,作用為:新拌混凝土:決定流動(dòng)性主要因素硬化混凝土:強(qiáng)度來(lái)源新拌混凝土:從加水?dāng)嚢栝_始到凝結(jié)硬化之前的混凝土;Freshconcrete,2.粗骨料(石):構(gòu)建混凝土的骨架;骨料=骨架材料,集料;骨料=集料3.細(xì)骨料(砂):與水泥漿體均勻混合組成砂漿。砂漿作用:填充粗骨料顆粒間空隙;減少粗骨料機(jī)械摩擦。5mm分界4.摻合料:礦渣,粉煤灰,摻合料與細(xì)骨料關(guān)系,原材料性能要求,5.水泥水泥的選擇:水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)與混凝土強(qiáng)度等級(jí)匹配,一般為1。5-2倍32.5水泥→C20、C3042.5水泥→C20、C30、C40、C50;52.5水泥:C40、C50、C60、C80、、、62.5水泥極少使用→C80、、、馬與車關(guān)系,第一節(jié)骨料的性質(zhì),粒徑在0.15~4.75mm范圍內(nèi)的巖石顆?!?。(原標(biāo)準(zhǔn):0.16~5.0mm)石的定義:粒徑大于4.75mm的巖石顆粒小于0.15mm的顆粒稱為粉。石粉,一.細(xì)骨料(砂),砂分類:天然砂,機(jī)制砂/人工砂天然砂分類:河砂:顆粒圓潤(rùn)、較為潔凈、含泥量較低;海砂:顆粒圓潤(rùn)、潔凈、含泥量低;缺點(diǎn):含鹽分;使用時(shí)需水洗。含有貝殼、海螺。山砂:顆粒粗糙、級(jí)配差、含泥量高。質(zhì)量差。黃山工程上河砂最佳。隨著自然資源的日益減少,河砂較少使用。,機(jī)制砂:巖石破碎制得制砂機(jī),技術(shù)指標(biāo),骨料中有害雜質(zhì):1.含泥量、泥塊含量降低混凝土強(qiáng)度:粉塵包覆于骨料表面,令水泥石與骨料粘結(jié)強(qiáng)度降低;降低界面強(qiáng)度低等級(jí)混凝土影響小。C20~C30增大混凝土干縮、開裂:粘土呈層狀、吸水膨脹、干燥收縮大。導(dǎo)致混凝土易于開裂。提高混凝土生產(chǎn)成本:商品混凝土加入減水劑。砂含泥量大將降低減水效果。需多加減水劑。提高成本。,,2.云母含量:解理性、層片狀,憎水。與水泥粘結(jié)強(qiáng)度差。降低混凝土強(qiáng)度!3.SO3含量:危害與石膏過(guò)量相同!對(duì)水泥石產(chǎn)生腐蝕生成Aft(水化硫鋁酸鈣、鈣礬石)水泥、骨料、外加劑中所有SO3含量合計(jì);4.輕物質(zhì):影響混凝土強(qiáng)度;5.有機(jī)物:影響混凝土強(qiáng)度;4、5、由水泥強(qiáng)度試驗(yàn)決定。6.堿活性:防止堿骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng):水泥中的堿與骨料中的活性SiO2反應(yīng)生成產(chǎn)物體積膨脹。Na2O+0.658K2O+H2O+活性SiO2------后果嚴(yán)重,預(yù)防為主,極少發(fā)生。堿度:一分為二,(二)砂的細(xì)度模數(shù)和顆粒級(jí)配:,2個(gè)概念。1.顆粒細(xì)度:砂的平均粗細(xì)程度;細(xì)度大,顆粒細(xì)小。2.級(jí)配:各粒徑顆粒在體系中的分布。(大小顆粒的搭配)。級(jí)配決定/影響顆粒體系的空隙率。評(píng)價(jià)固體顆粒粒度及分布的方法有許多:激光粒度、沉降法、、、篩分法篩分法評(píng)價(jià)細(xì)度簡(jiǎn)便、迅捷、骨料的篩分析,評(píng)價(jià)骨料粗細(xì)及粒徑分布的方法,篩分過(guò)程:稱500g干砂,依次過(guò)篩,各號(hào)篩上的殘留砂:各號(hào)篩的篩余;篩余/500=各篩的分計(jì)篩余.例1#篩:5/4.75mm:5g(殘留)2#篩:2.5/2.36mm:100g1.18mm:150g0.600mm、、0.300mm、、0.15mm、、,,1#篩的分計(jì)篩余aia1=5/500=1%2#篩的分計(jì)篩余a2=100/500=20%、、、3#篩的分計(jì)篩余:30%累計(jì)篩余概念2#篩的累計(jì)篩余A2a1+a2=21、、、3#篩的累計(jì)篩余A3:51%、、,累計(jì)篩余作用,1.計(jì)算細(xì)度模數(shù)Mx=(A2+、、、+A6-5A1)/(100-A1)Mx=3.7~3.1:粗砂;Mx=2.3~3.0中砂;Mx大,表示砂顆粒較粗級(jí)配:顆粒體系中,各粒徑顆粒的分布情況。2.按累計(jì)篩余,砂分為3個(gè)級(jí)配區(qū)域:p65土木工程中,混凝土用砂宜采用Ⅱ區(qū)、中砂?。ū乜迹┥暗募?jí)配區(qū)域劃分按0.63mm/0.60mm篩的累積篩余確定。,粗骨料(石),有害雜質(zhì):1.含泥量、泥塊含量降低混凝土強(qiáng)度;增大混凝土干縮;提高混凝土生產(chǎn)成本注意:石子的含泥量限制嚴(yán)于砂。原因:石子較砂潔凈;易于沖洗;骨料尺寸大,對(duì)混凝土強(qiáng)度影響大。2.硫化物含量,3.粗骨料的幾何特征(4點(diǎn)),3.1最大粒徑Dm:公稱粒級(jí)的上限。公稱粒級(jí)=規(guī)格:5~25;5~40;5~801/4,3/4:目的:令混凝土均勻性好。,最大粒徑對(duì)混凝土影響:,1)Dm增大,混凝土強(qiáng)度提高;但Dm過(guò)大,混凝土強(qiáng)度反降低。混凝土均(勻)質(zhì)性差。Dm↑,f↑;Dm↑↑,f↓;2)Dm增大,混凝土流動(dòng)性提高;但Dm過(guò)大,混凝土易于離析。Dm以40mm為界。,2.顆粒級(jí)配3,連續(xù)級(jí)配:顆粒粒徑分布連續(xù)的顆粒體系;間斷級(jí)配:缺少若干粒徑分布的顆粒體系;單粒級(jí):瓜子片,拌制細(xì)石混凝土;綠豆砂,“蒼蠅頭”,,級(jí)配對(duì)混凝土影響1.連續(xù)級(jí)配不易離析,但理論空隙率大;離析:粒徑較大的顆粒脫離顆粒體系的現(xiàn)象:滾出間斷級(jí)配易于離析,但理論空隙率??;2.關(guān)鍵在于施工的管理水平、設(shè)備間斷級(jí)配應(yīng)當(dāng)設(shè)置專用運(yùn)輸、儲(chǔ)存設(shè)施混凝土級(jí)配應(yīng)良好。,3.顆粒形態(tài):,針片狀顆粒差針片狀顆粒多,混凝土強(qiáng)度、動(dòng)流性均降低。,4.表面形貌:,碎石表面粗糙:強(qiáng)度提高(水泥與骨料粘結(jié)較好)、流動(dòng)性降低。卵石表面光滑:強(qiáng)度降低(水泥與骨料粘結(jié)較差)、流動(dòng)性提高。過(guò)去時(shí)態(tài),小結(jié):粗骨料4大要素:,1.最大粒徑Dm:Dm↑,f↑;Dm↑↑,f↓;2.Dm增大,混凝土流動(dòng)性提高;但Dm過(guò)大,混凝土易于離析;2.顆粒級(jí)配混凝土級(jí)配應(yīng)良好3.顆粒形態(tài):針片狀顆粒多,強(qiáng)度、流動(dòng)性均降低。4.表面形貌:碎石強(qiáng)度提高、流動(dòng)性降低。,其他概念,1.骨料的堅(jiān)固性=抗風(fēng)化性能):骨料抵抗物理因素破壞的性質(zhì)。風(fēng)、冰凍、熱造成的破壞堅(jiān)固性≠?gòu)?qiáng)度強(qiáng)度:骨料抵抗荷載作用破壞的性質(zhì)。堅(jiān)固性用硫酸鈉溶液浸泡-干燥測(cè)試。2.骨料含水狀態(tài):4種全干狀態(tài):烘干氣干狀態(tài):自然干燥:含有少量水分飽和面干狀態(tài):內(nèi)部水飽和、表面干燥狀態(tài)!濕潤(rùn)狀態(tài),3.骨料的強(qiáng)度,2種表示方法:1.立方體抗壓強(qiáng)度:50*50*50mm(采石場(chǎng));2.壓碎指標(biāo)(混凝土生產(chǎn)商)壓碎指標(biāo)=碎石的數(shù)量分?jǐn)?shù),骨料強(qiáng)度低。,拌和水,可飲用水,第三節(jié)混凝土拌和物,從加水開始到硬化為止的混凝土均為混凝土拌和物(料)、新拌混凝土。Freshconcrete混凝土拌和物性質(zhì)用和易性表示。流動(dòng)性,粘聚性,保水性和易性亦稱為工作性:workbility工作性含義極為廣泛:包括攪拌是否容易?運(yùn)輸是否離析?澆注后混凝土是否密實(shí)?混凝土的施工質(zhì)量主要取決于工作性泵送混凝土、水下混凝土、噴射混凝土、自流平混凝土,學(xué)習(xí)角度定義,從學(xué)習(xí)角度,工作性用三點(diǎn)表示:流動(dòng)性;粘聚性;保水性從物性角度:工作性:流動(dòng)性;各物相在體系空間位置的穩(wěn)定性工作性=流動(dòng)性;粘聚性;保水性,,流動(dòng)性指混凝土拌和料易于流動(dòng)、易于成型的性質(zhì)。混凝土最重要性質(zhì)之一流動(dòng)性好,混凝土易于密實(shí)。曾經(jīng)采用干硬性混凝土:強(qiáng)力震動(dòng),碾壓、、科技昌明,采用減水劑,混凝土流動(dòng)性大幅提高例如:自流平混凝土,流動(dòng)性表示方法,2種:坍落度:適于流動(dòng)性比較大的混凝土;維勃稠度:適于干硬性混凝土。坍落度檢測(cè)值=0,采用維勃稠度。工程上已不用。坍落度大,混凝土流動(dòng)性大;維勃稠度大,混凝土干硬度大。,流動(dòng)性的其他表示方法,Kelly球K型坍落度計(jì)密實(shí)度法、、,粘聚性與保水性,粘聚性:混凝土保持一定的內(nèi)聚力而不分散。保水性:混凝土保持水分的性質(zhì)。兩者有相關(guān)性:粘聚性差,保水性差。粘聚性用離析表示:外離析、內(nèi)離析保水性用泌水表示。,粘聚性差:混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生麻面、蜂窩、構(gòu)洞保水性差,混凝土泌水大,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面疏松、起灰、起砂;耐磨性差,施工中常見問(wèn)題,粘聚性檢測(cè)方法:坍落度測(cè)定后,目視觀察混凝土的粘聚性與保水性。,影響混凝土工作性的主要因素,1.用水量W:W增大,混凝土流動(dòng)性提高;但W過(guò)大,混凝土易于離析用水量W是流動(dòng)性第一影響因素,影響混凝土工作性的主要因素,2.合理砂率:砂率Sp=砂/(砂+石)Sp過(guò)大,混凝土坍落度低;原因:砂的含量多,砂的總表面積、吸水量增大,導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低。Sp過(guò)小,砂的含量少,粗骨料顆粒之間的阻隔物質(zhì)少,粗骨料顆粒機(jī)械摩擦阻力大,導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低,令混凝土干澀、易于離析。不大不小正好,謂之為合理砂率?。?!,,合理砂率定義:在相同條件下,使混凝土拌合物具有最大流動(dòng)性的砂率亦稱為最佳砂率實(shí)際工程中,合理砂率的確定還應(yīng)當(dāng)與混合材的用量?jī)?yōu)化配置:混合材/摻合料,影響混凝土工作性的主要因素,3.粗骨料對(duì)和易性影響:1)最大粒徑Dm:Dm增大,混凝土流動(dòng)性提高;但Dm過(guò)大,混凝土易于離析以40mm為限度比較用水量W,影響混凝土工作性的主要因素,2)顆粒級(jí)配混凝土骨料級(jí)配應(yīng)良好。3)顆粒形態(tài):針片狀顆粒多,混凝土流動(dòng)性低。4)表面形貌:碎石混凝土流動(dòng)性低。,影響混凝土工作性的主要因素,4.其它:4.1溫度高:坍落度損失大,隨著溫度的上升,坍落度減小。既流動(dòng)性降低4.2時(shí)間延長(zhǎng):坍落度損失大坍落度損失:隨時(shí)間延長(zhǎng),新拌混凝土坍落度逐漸降低的現(xiàn)象。,,5.外加劑:減水劑:摻加減水劑可大幅度提高混凝土的流動(dòng)性引氣劑:摻加引氣劑可適度提高混凝土的流動(dòng)性,可有效提高粘聚性、保水性。,,思考:夏季商品混凝土長(zhǎng)途運(yùn)輸后,混凝土的流動(dòng)性降低,不利于現(xiàn)場(chǎng)施工,需認(rèn)真對(duì)待。,,降低混凝土坍落度損失的技術(shù)措施:1.摻加一定的緩凝劑;國(guó)外多用;價(jià)高、2.摻加適量引氣劑;3.采用外加劑緩釋技術(shù):顆粒中吸附減水劑,通過(guò)緩釋技術(shù)釋放之。工地多為加水,不可取。,第四節(jié)硬化混凝土性質(zhì),力學(xué)性質(zhì)包括:強(qiáng)度與變形一.混凝土強(qiáng)度1.混凝土抗壓強(qiáng)度:2種立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu:混凝土材料科學(xué)采用fcu;棱柱體(軸心)抗壓強(qiáng)度f(wàn)c混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),采用此值。fc=0.6~0.7fcu,2.抗拉強(qiáng)度f(wàn)t:決定混凝土的抗裂性能。誤差大:荷載軸線可能偏離線性;骨料的界面缺陷尺寸大、無(wú)規(guī)律通常不直接測(cè)定。3.劈裂抗拉強(qiáng)度:通常用于表征混凝土抗拉性能。誤差小、常用。劈裂磚:裝飾用。4.彎曲抗壓強(qiáng)度f(wàn)cm:抗折(彎)強(qiáng)度;有假設(shè);材料學(xué)少用、工程設(shè)計(jì)重要指標(biāo)。重要者:,立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,1.標(biāo)準(zhǔn)尺寸:150mm立方體2.養(yǎng)護(hù)條件:溫度20℃2/3℃、相對(duì)濕度RH大于90%以上,養(yǎng)護(hù)28d。比較:水泥養(yǎng)護(hù)條件:20℃1℃,水中養(yǎng)護(hù)3d、28d,分別測(cè)試抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。,fcu,k,混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值!混凝土強(qiáng)度等級(jí):C30:C-混凝土強(qiáng)度等級(jí)代號(hào);fcu,k=30.0MPa;42.5:水泥;Q235fcu,k:混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。意義:一組混凝土試件,其抗壓強(qiáng)度中的一個(gè)值:所有抗壓強(qiáng)度低于此值的概率小于5%。(保證率)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方法:概率-極限設(shè)計(jì)法,二.單軸壓應(yīng)力作用下混凝土的破壞模型,混凝土在壓應(yīng)力作用下,經(jīng)歷了4階段:1.加載初始階段:30(~50)%應(yīng)力水平,混凝土內(nèi)部無(wú)裂縫生成;2.水泥-骨料界面裂縫產(chǎn)生:30~60%應(yīng)力水平時(shí),骨料界面產(chǎn)生裂縫;3.砂漿基相產(chǎn)生裂縫:60~80%應(yīng)力水平時(shí);4.裂縫貫通階段:80%應(yīng)力水平以上,混凝土裂縫逐漸匯集,貫通,導(dǎo)致混凝土破壞。由于微裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展導(dǎo)致混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離線性的現(xiàn)象,稱為假塑性,擬塑性,混凝土的全應(yīng)力應(yīng)變曲線,在電液伺服式試驗(yàn)機(jī)上完成普通試驗(yàn)機(jī)由于實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),機(jī)器的彈性應(yīng)變能釋放,令混凝土產(chǎn)生加速破壞。,三、影響混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素,鮑羅米公式1.水泥強(qiáng)度等級(jí)、灰水比f(wàn)cu=Aνcfce,k(C/W-B)νc:水泥強(qiáng)度富裕系數(shù):1.08~1.13之間A、B:骨料系數(shù):碎石與砂無(wú)關(guān)灰水比與強(qiáng)度線性、正比(唯一應(yīng)用灰水比概念處),,通??梢匀。篈=0.46;B=0.07{P=(1-ρ0/ρ)}水泥強(qiáng)度等級(jí)fce,k:42.5、52.5;或者水泥實(shí)際強(qiáng)度f(wàn)cefce=νcfce,kA、B:骨料系數(shù):碎石C/W:灰水比。,混凝土質(zhì)量控制之要訣,坍落度水灰比水與水泥的質(zhì)量比,一般均用水灰比描述混凝土性質(zhì)。但是在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)用灰水比。fcu,o=Aνcfce,k(C/W-B)此公式表明:1.水泥強(qiáng)度高,混凝土強(qiáng)度高;2.灰水比大即水灰比小,混凝土強(qiáng)度高;3.碎石混凝土強(qiáng)度高。,,3.骨料:最大粒徑:Dm增大,混凝土強(qiáng)度提高;但Dm過(guò)大,混凝土強(qiáng)度降低:應(yīng)力集中所致高強(qiáng)混凝土Dm一般不大于15mm針片狀骨料多:強(qiáng)度低:應(yīng)力集中所致碎石:強(qiáng)度高;界面粘結(jié)強(qiáng)度高,4.施工條件:溫度、濕度、成型密實(shí)性,4.1溫度:(1)0℃以下,硅酸鹽水泥停止水化抗凍劑,(2)溫度提高,混凝土水化加速、早期強(qiáng)度提高:100℃蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土,8h即可脫模使用,其強(qiáng)度約為80%標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度加快生產(chǎn)速度,但強(qiáng)度略低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度。摻加活性混合材水泥混凝土100℃蒸汽養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度反而更高。,,(3)蒸汽溫度大于100℃,蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土,混凝土強(qiáng)度大幅度提高!高強(qiáng)度混凝土管樁C80:磨細(xì)砂與水泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),具有強(qiáng)度!加氣混凝土砌塊:,,4.4濕度:影響混凝土是否開裂,對(duì)強(qiáng)度影響比較難以量化。充分濕度養(yǎng)護(hù)有好處4.5養(yǎng)護(hù)時(shí)間:時(shí)間延長(zhǎng),強(qiáng)度提高。,,混凝土質(zhì)量控制關(guān)鍵新拌混凝土:坍落度=流動(dòng)性硬化混凝土:水灰比與強(qiáng)度有關(guān)含泥量計(jì)量裝置,思考:提高混凝土強(qiáng)度的技術(shù)措施,,,混凝土強(qiáng)度影響因素:1.水泥強(qiáng)度高,混凝土強(qiáng)度高;2.水比小灰,混凝土強(qiáng)度高;3.碎石混凝土強(qiáng)度高4.骨料5.施工質(zhì)量:溫度、濕度、成型密實(shí)性。時(shí)間延長(zhǎng),強(qiáng)度提高;溫度提高,混凝土水化加速:如何提高混凝土抗壓強(qiáng)度:,四.混凝土變形,混凝土變形分為:荷載作用下的變形與無(wú)荷載作用下的變形,1.荷載作用下的變形,包括:1)短期荷載變形:性質(zhì)用σ-ε曲線(應(yīng)力-應(yīng)變曲線)σ-ε曲線(應(yīng)力應(yīng)變曲線):混凝土彈性模量初始切線模量;割線模量;任意點(diǎn)切線模量,,初始切線模量測(cè)定方法彈性模量:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極重要參數(shù)預(yù)應(yīng)力混凝土:預(yù)應(yīng)力損失中,彈性模量有用,總結(jié),1.混凝土和易性影響因素W;砂率;骨料(4);時(shí)間、溫度2.混凝土強(qiáng)度:意義;保羅米公式;混凝土強(qiáng)度影響因素2010.11.9,2)長(zhǎng)期荷載作用下的變形:徐變混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形水工混凝土中重要徐變將引起混凝土變形、收縮是混凝土預(yù)應(yīng)力損失中最大項(xiàng)(工程中重要)有觀點(diǎn)認(rèn)為徐變可降低大體積混凝土裂縫的危險(xiǎn),,混凝土彈性模量的測(cè)試方法,2無(wú)荷載作用下的變形,3.混凝土的收縮、開裂;3.1水泥化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生體積收縮:水泥+水→水泥石(水泥+水)體積>水泥石體積。從本質(zhì)上,水泥是收縮的。摻加骨料將減少化學(xué)收縮影響,,3.2塑性收縮新制備混凝土表面產(chǎn)生龜裂。原理:混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中,表面水分喪失較快、較多,引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生毛細(xì)管,表面張力令混凝土產(chǎn)生收縮。太陽(yáng)暴曬、風(fēng)力大;混凝土含水率高;工人缺乏養(yǎng)護(hù),令塑性收縮嚴(yán)重!,,對(duì)策:1.混凝土配合比注意粘聚性、保水性良好;2.注意養(yǎng)護(hù):表面覆蓋薄膜、摻加保水劑;二次抹面技術(shù)。摻粉煤灰混凝土二次抹面重要。,,3.3沉降收縮混凝土中水分上升聚集于鋼筋、粗骨料下部,硬化后,表面混凝土下沉、為鋼筋阻滯,在鋼筋表面產(chǎn)生裂紋。,,3.4干縮裂縫:混凝土主要發(fā)生問(wèn)題之一。不可避免。原理:混凝土在硬化后,由于水分的喪失,混凝土內(nèi)部表面張力令混凝土產(chǎn)生收縮。水分損失包括:凝膠水損失、毛細(xì)水損失水泥CSH凝膠層含有大量水分,干燥狀態(tài)下,水分有一定損失毛細(xì)孔中水損失是主要原因。主要特征:長(zhǎng)大結(jié)構(gòu),每隔3~5m,產(chǎn)生一條裂縫。,干縮裂縫的防治對(duì)策,切割縫/平縫。長(zhǎng)大結(jié)構(gòu),混凝土澆筑后1~3d內(nèi),每隔3~5m,人工切割縫、并用密封膠填充縫隙。大面積混凝土施工:采用跳倉(cāng)打。后澆帶,,3.5混凝土碳化:產(chǎn)生3效應(yīng):碳化:在有水分條件下,水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成碳酸鈣。思考:試述碳化對(duì),混凝土性能的影響。碳化:產(chǎn)生3效應(yīng):碳化收縮1.收縮:氫氧化鈣生成碳酸鈣,將引起的體積收縮。石灰收縮大易于開裂。2.堿度降低:令混凝土中鋼筋易于銹蝕;碳化將導(dǎo)致混凝土耐久性降低。3.碳化:混凝土表面密實(shí)化。混凝土無(wú)損檢測(cè)中回彈測(cè)試的主要影響因素之一。預(yù)應(yīng)力混凝土禁止使用粉煤灰水泥:粉煤灰水泥易于碳化。,,5.6溫度裂縫:2層含義:溫差裂縫;熱脹冷縮1)溫差裂縫:混凝土水化后內(nèi)部溫度升高(50~70℃),表面溫度低(20~15℃),形成內(nèi)外溫差⊿T。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:⊿T不得大于20℃。大于20℃,混凝土極可能產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土的主要技術(shù)攻關(guān)對(duì)象與難點(diǎn)。干縮裂縫與溫度裂縫比較:兩者有諸多相似之處。3~5m一條裂縫。難以綜合解決。2)熱脹冷縮:物理現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)伸縮縫措施解決。每隔60~100m,設(shè)置結(jié)構(gòu)伸縮縫即可。混凝土裂縫控制措施盡量降低水灰比;降低水泥用量,用水量;,,骨料:3.1含泥量:大,收縮大3.2摻量小,收縮大3.3最大粒徑:適當(dāng)增大、收縮?。?.4彈性模量:彈性模量大,收縮?。狠p骨料混凝土收縮大;4.混凝土成型質(zhì)量,養(yǎng)護(hù)質(zhì)量:濕度是否充分?4.大體積混凝土溫度控制技術(shù):4.1原材料冷藏,遮蓋;制冰攪拌混凝土;攪拌車降溫;結(jié)構(gòu)中設(shè)置降溫管道。4.2緩凝劑;4.3大摻量粉煤灰;4.4設(shè)計(jì)強(qiáng)度可考慮采用60d或90d強(qiáng)度(應(yīng)與設(shè)計(jì)院溝通)。盡量降低水泥用量。為降低1℃而努力!,,2.無(wú)荷載作用下的變形:混凝土的收縮、開裂?;炷恋氖湛s裂縫分類2.1水泥水化化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生體積收縮:化學(xué)收縮水泥+水→水泥石(水泥+水)體積>水泥石體積。從本質(zhì)上,水泥混凝土是收縮的。減縮約8%左右。2.2塑性收縮裂縫混凝土常見裂縫例:干旱的水稻田表面:龜裂。殼體。塑性收縮裂縫產(chǎn)生原因:混凝土中的水分蒸發(fā),蒸發(fā)速度快,內(nèi)部水分部分蒸發(fā)而混凝土未能同步變形,毛細(xì)管張力導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生大量裂縫。反映:施工質(zhì)量差。1.混凝土水灰比大、表面水分多;2.混凝土未進(jìn)行有效的良好養(yǎng)護(hù);與溫度、濕度、風(fēng)力有關(guān)。后果:混凝土易于磨損、易于起灰、強(qiáng)度低。2.3沉降收縮與塑性收縮裂縫有關(guān):2.4干縮裂縫:主要問(wèn)題之一由于混凝土內(nèi)部水分喪失,毛細(xì)管張力作用導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。特點(diǎn):時(shí)間:混凝土澆筑若干周后開始產(chǎn)生。形態(tài)上:長(zhǎng)、大結(jié)構(gòu),每隔3~5m出現(xiàn)一條。對(duì)策:無(wú)法避免;用切割縫技術(shù)解決。切割縫用膠封閉。嵌縫膠。2.5混凝土碳化:在有水分條件下,水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成碳酸鈣,由此引起的體積收縮。石灰收縮大易于開裂?;炷撂蓟a(chǎn)生3效應(yīng):1收縮:與干縮合并發(fā)生;2堿度降低:氫氧化鈣→碳酸鈣,PH值降低,令混凝土中鋼筋易于銹蝕;碳化將導(dǎo)致混凝土耐久性降低。3碳化使混凝土表面密實(shí)化。無(wú)損檢測(cè):回彈法測(cè)試的主要影響因素之一。預(yù)應(yīng)力混凝土禁止使用粉煤灰水泥:粉煤灰水泥易于碳化、導(dǎo)致鋼筋銹蝕。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土摻加粉煤灰限制較嚴(yán)。2.6溫度裂縫:2層含義:1溫差裂縫;2熱脹冷縮1溫差裂縫:由于水泥水化放熱,混凝土內(nèi)部溫度高(50~70℃),表面溫度低(20~15℃),由此形成混凝土內(nèi)外溫差⊿T。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:⊿T不得大于20℃- 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