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混凝土与砂浆基础知识教程第一节 概述 第二节普通混凝土的组成材料 第三节混凝土拌合物的和易性 第四节硬化混凝土的强度 第五节混凝土的变形性能 第六节混凝土的耐久性 第七节混凝土的外加剂 第八节普通混凝土的配合比设计 第九节小结 第十节复习思考题 混凝土与砂浆是建筑材料课程的重点之一主要介绍普通混凝土的组成材料,新拌混凝土的工作性及评定指标,混凝土外加剂及其作用原理和应用,硬化混凝土的力学性能、耐久性及其影响因素,混凝土配合比设计方法及混凝土质量控制等此外,还简要介绍了其它品种混凝土及建筑砂浆的特性和用途第一节 概述
一、混凝土(Concrete)的含义 凡由胶凝材料(胶结料)、粗细骨料和水及其它材料,按适当的比例配合、拌合配制并硬化而成的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材,叫做砼,如水泥混凝土、沥青混凝土等即胶凝材料+粒状材料+水+其它外加材料(外加剂、混合材料)→硬化得人工石材 水泥砼(CementConcrete)简称混凝土,是以水泥为胶凝材料,砂石为骨料拌制而成的混凝土,即水泥+砂+石+水+外加剂(混合材料) → 砼(混凝土)水泥混凝土是现代土木工程最主要的结构材料,本章主要介绍水泥混凝土
二、混凝土的分类最常用普通水泥混凝土(OrdinaryCementConcrete)
(一)按表观密度分类
1.重混凝土为了屏蔽各种射线的辐射,采用各种高密度骨料配制的混凝土,表观密度2800kg/m3骨料为钢屑、重晶石、铁矿石等重骨料,水泥为钡水泥、锶水泥等重水泥又称防辐射混凝土,用于核能工厂的屏障结构材料
2.普通混凝土表观密度2000~2800kg/m3,骨料为天然砂、石,密度一般多在2500kg/m3左右,简称砼,用于各种建筑的承重结构材料
3.轻混凝土表观密度1950kg/m3,骨料为多孔轻质骨料,或无砂的大孔混凝土或不采用骨料而掺入加气剂或泡沫剂形成的多孔结构混凝土主要用作轻质结构(大跨度)材料和隔热保温材料
(二)按用途分类 可分为结构砼(普通砼)、防水砼、耐热砼、耐酸砼、大体积砼、道路砼等
(三)按所用胶凝材料分类 可分为水泥砼、石膏砼、沥青砼、聚合物砼、水玻璃混凝土等
(四)按强度等级分 可分为低强度砼(fcu≤30MPa)、中强度砼(fcu=30~60MPa)、高强度砼(fcu=60~100MPa);超高强度砼(fcu>100MPa)
(五)按生产和施工方法分类 可分为普通浇筑砼、预拌砼、泵送砼、喷射砼、压力灌浆砼等
三、混凝土的特点
(一)优点
1.原材料丰富,造价低廉;
2.砼拌和物具有良好的可塑性和浇注性,易加工成型;
3.可调整性强,可根据使用性能的要求与设计来配制相应的混凝土;
4.抗压强度高;
5.匹配性好,与钢筋及钢纤维等有牢固的粘结力;
6.耐久性良好;
7.耐火性好,维修费少;
8.生产能耗低
(二)缺点
1.自重大,比强度小;
2.抗拉强度低;
3.变形能力差,易开裂;
4.导热系数大,保温隔热性能较差;
5.硬化较慢,生产周期长,
四、砼的发展趋向
1.高性能混凝土(HPC) 要求有高强度等级(fcu≥60Mpa)和良好的工作性、体积稳定性和耐久性 发展途径
(1)采用高性能的原料以及与之相适应的工艺;
(2)采用多元复合途径提高混凝土的综合性能如掺入高效减水剂,缓凝剂、引气剂、硅灰、优质粉煤灰、稻壳灰及沸石粉等
2.绿色高性能混凝土(GHPC) 从节约能源、资源,减少工业废料排放和保护自然环境角度考虑,要求混凝土及其原材料的开发、生产、建筑施工作业等既能满足建设需要,又不危及后代人的延续生存环境
3.其它新技术混凝土 灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等第二节普通混凝土的组成材料 普通混凝土组成材料是水泥、天然砂、石、水、掺合剂和外加剂 其组成过程为水+水泥→ 水泥浆+砂 → 水泥砂浆+粗骨料 → 砼 各成分的作用
1.水泥浆能充填砂的空隙,起润滑作用,赋予混凝土拌合物一定的流动性
2.水泥砂浆能充填石子的空隙,起润滑作用,也能流动
3.水泥浆在砼硬化后起胶结作用,将砂石胶结成整体,产生强度,成为坚硬的水泥石 由上可知,在混凝土硬化前,水泥浆起润滑作用,赋予混凝土拌合物一定的流动,便于施工水泥浆硬化后起胶结作用,将砂石骨料胶结成整体,产生强度,成为坚硬的水泥石 图
2.1 硬化混凝土的结构
一、水泥
1.水泥品种的选择 水泥品种应根据工程性质及特点、工程所处环境及施工条件,依据各种水泥的特性,合理选择常用水泥品种的选用见通用水泥的选用
2.水泥强度等级的选择 选用原则选择与砼的设计强度等级相适应的水泥标号 普通砼水泥强度等级为砼强度等级的
1.5~
2.0倍; 高强度砼(C30)水泥标号为砼强度等级的
0.9~
1.5倍
二、骨料(Aggregate) 细骨料(Fineaggregate)粒径为
0.15~
4.75mm 粗骨料(Coarse-aggregate)粒径
4.75mm 通常细、粗骨料的总体积占砼总体积的70%~80% 骨料性能要求有害杂质含量少;具有良好的颗粒形状,适宜的颗粒级配和细度,表面粗糙,与水泥粘结牢固;性能稳定,坚固耐久
(一)细骨料(砂)
(1)种类及特性 河砂洁净、质地坚硬,为配制混凝土的理想材料; 海砂质地坚硬,但夹有贝壳碎片及可溶性盐类 山砂含有粘土及有机杂质,坚固性差; 人工砂富有棱角,比较洁净,但细粉、片状颗较多,成本高
(2)砼用砂质量要求 一般要求质地坚实、清洁、有害杂质含量少
①含泥量、石粉含量和泥块含量 天然砂含泥量和泥块含量及人工砂石粉含量和泥块含量应分别符合表
6.
2.1和表
6.
2.2的规定 表
2.1 天然砂含泥量和泥块含量项 目 指 标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量(按质量计)(%)
1.
03.
05.0泥块含量(按质量计)(%)
01.
02.0 表
2.2 人工砂石粉含量和泥块含量项 目指 标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝试验MB值
1.40或合格含泥量(按质量计)(%)
3.
05.
07.0泥块含量(按质量计)(%)
01.
02.0MB值≥
1.40或不合格含泥量(按质量计)(%)
1.
03.
05.0泥块含量(按质量计)(%)
01.
02.0
②有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物,如含有云母、有机物及硫酸盐等,其含量应符合表
6.
2.3的规定 表
2.3 砂中有害物质含量项 目 指 标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(按质量计)(%),<
1.
02.
02.0轻物质(按质量计)(%),<
1.
01.
01.0有机物(比色法)合格合格合格硫化物及硫酸盐(按SO3质量计)(%),<
0.
50.
50.5氯化物(以氯离子质量计)(%),<
0.
010.
020.06 有害物质产生危害的原因
①泥块阻碍水泥浆与砂粒结合,使强度降低;含泥量过大,会增加混凝土用水量,从而增大混凝土收缩;
②云母表面光滑,为层状、片状物质,与水泥浆粘结力差,易风化,影响混凝土强度及耐久性;
③泥块阻碍水泥浆与砂粒结合,使强度降低;
④硫化物及硫酸盐对水泥起腐蚀作用,降低混凝土的耐久性;
⑤有机质可腐蚀水泥,影响水泥的水化和硬化氯盐会腐蚀钢筋
(3)砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒,混合在一起后的总体砂的粗细程度通常分为粗砂、中砂、细砂等几种在相同砂用量条件峡,粗砂的总表面积比细砂小,则所需要包裹砂粒表面的水泥浆少因此,用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥量要省 砂的颗粒级配是指不同粒径砂颗粒的分布情况在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充,为节省水泥和提高混凝土的强度,就应尽量减少砂粒之间的空隙要减少砂粒之间的空隙就必须有大小不同的颗粒合理搭配如图
6.
2.2 图
2.2 骨料的颗粒级配 砂的粗细程度及颗粒级配常用筛分析的方法进行测定砂的粗细程度用细度模数表示,颗粒级配用级配区表示 筛分析用一套方孔孔径为
9.50mm、
4.75mm、
2.36mm、
1.18mm、
0.6mm、
0.3mm、
0.15mm的七个标准筛,将500g干砂试样由粗到细依次过筛,然后称量余留在各筛上的砂量,并计算出各筛上的分计筛余百分率(各筛上的筛余量占砂子总量的百分率)a
1、a
2、 a
3、 a
4、 a
5、a6 及累计筛余百分率(各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和)A
1、A
2、 A
3、 A
4、 A
5、A6计算而得,即 Ai=a1+a2+···+ai 如对于
2.36mm孔径,其分计筛余百分率为a2,累计筛余百分率为(a1+a2) 其中a1=m1/500,a2=m2/500,a3=m3/500,以此类推m1,m2,m3等分别为对应各筛的筛余量分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系见表
6.
2.4 表
2.4 分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系筛孔尺寸分计筛余(%)累计筛余(%)
4.75a1 A1=a
12.36a2 A2=a1+a
21.18a3 A3=a1+a2+a
30.6a4 A4=a1+a2+a3+a
40.3a5 A5=a1+a2+a3+a4+a
50.15a6 A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6 其中
0.6mm为控制粒径,它使任一砂样只能处于某一级配区内,不会同时属于两个级配区
①砂的粗细程度(Coarseness) 砂的粗细程度用细度模数(FinenessModulus)(Mx)表示 细度模数(Mx)通过累计筛余百分率(Cumulativepercentageretained)计算而得 按Mx 将砂分为 粗砂Mx=
3.7~
3.1;中砂Mx =
3.0~
2.3; 细砂Mx =
2.2~
1.6;特细砂Mx =
1.5~
0.7 普通砼用砂得细度模数Mx =
3.7~
1.6
②砂的颗粒级配(Gradation) 砂的颗粒级配骨料各级粒径颗粒的分布情况,以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性a级配区 砂按
0.6mm孔径筛的累计筛余百分率,划分成三个级配区即Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区,如表
6.
2.5普通砼用砂的颗粒级配应处于任何一个区内,否则不合格 表
2.5 砂的颗粒级配区 级配区累计筛余方孔筛径Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区
9.50mm
0004.75mm10~010~010~
02.36mm35~525~015~
01.18mm65~3550~1025~
00.6mm85~7170~4140~
160.3mm95~8092~7085~
550.15mm100~90100~90100~90b筛分曲线 以累计筛余百分率为纵坐标,以筛孔尺寸为横坐标,作出三个级配区的筛分曲线观察所计算的砂的筛分曲线是否完全落在三个级配区的任一区内,即可判断该砂级配的合格性 图
2.3筛分曲线
(4)砂的选用原则 一般配制砼时,宜优先选用Ⅱ区砂 若选用Ⅰ区砂,应该适当提高砂率,保证水泥用量 若选用Ⅲ区砂,应该适当降低砂率,保证强度 若某一地区砂料过细,可采用人工级配 图
6.
2.3和图
6.
2.4均为级配较差的砂HYPERLINKhttp://course.cug.edu.cn/jianzhucailiao/pages/images/
6.
2.ht
5.jpg\t_blankINCLUDEPICTUREhttp://course.cug.edu.cn/jianzhucailiao/pages/images/
6.
2.ht
5.jpg\*MERGEFORMAT 图
2.3 级配较差的砂HYPERLINKhttp://course.cug.edu.cn/jianzhucailiao/pages/images/
6.
2.ht
6.jpg\t_blankINCLUDEPICTUREhttp://course.cug.edu.cn/jianzhucailiao/pages/images/
6.
2.ht
6.jpg\*MERGEFORMAT 图
2.4 级配较差的砂 例题特制砼采用河砂,取砂样烘干,特取500g,按规定步骤进行了筛分,称得各筛号上的筛余量如下表筛孔尺寸(mm)
4.
752.
361.
180.
60.
30.15〈
0.15筛 编 号1234567筛余量(g)15757010012010020 求
(1)该砂的细度模数;
(2)判断该砂的级配合格否?
(3)绘制筛分曲线图 解
(1)求分计筛余百分率
(2)求累计筛余百分率A
(3)计算砂的细度模数
(4)判断用各筛号的A值与表
6.5对比,该砂的累计筛余百分率落在Ⅱ区,该砂级配合格 因Mx =
2.67,所以是中砂
(5)绘制筛分曲线图如图
6.
2.4 图
2.4筛分曲线
(二)粗骨料 粗骨料为粒径>
4.75mm的岩石颗粒分为卵石和碎石两类 卵石(砾石)包括河卵石、海卵石和山卵石等,其中河卵石应用较多碎石大多由天然岩石径破碎筛分而成碎石和卵石按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土;Ⅱ类宜用于强度等级为C30~C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土;Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土
(1)质量及技术要求a)含泥量及泥块含量,其含量应分别符合表
6.
2.6的规定b)有害物质含量,其含量应分别符合表
6.
2.7的规定 表
2.6 卵石、碎石含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量(按质量计)(%)
0.
51.
01.5泥块含量(按质量计)(%)
00.
50.7 表
2.7 卵石、碎石中有害物质含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐(按SO3质量计)(%),
0.
51.
01.0
(2)强度 碎石强度采用岩石立方体抗压强度和碎石的压碎指标两种方法检验
①岩石立方体抗压强度检验,是将碎石的母岩制成直径余高均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体,在水饱和状态峡,测定其极限抗压强度值一般要求碎石母岩岩石的抗压强度不小于混凝土抗压强度的
1.5倍,还要考虑母岩的风化程度
②压碎指标Aggregatecrusingvalue是指将一定质量气干状态的
9.0~
9.5mm的石子,按一定的方法装入压碎指标值测定仪(内径152mm的圆筒)内,上面加压头后放在试验机上,在3~5min内均匀加荷到200KN,卸荷后称取试样质量(G0 再用孔径为
2.36mm的筛进行筛分,称取试样的筛余量(G1)压碎指标Qc如下计算
(3)颗粒形状及表面特征 粗骨料比较理想的颗粒形状为三维长度相等或相近的立方体或球形颗粒而三维长度相差较大的针、片状颗粒粒形较差颗粒长度大于平均粒径
2.4倍为针状颗粒,颗粒厚度小于平均粒径
0.4倍的为片状颗粒平均粒径为一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值 骨料表面的粗糙程度及孔隙特征影响混凝土的强度 卵石光滑少棱角,孔隙率及总表面积小,工作性好,水泥用量少,但粘结力差,强度低 碎石多棱角,孔隙率及总表面积大,工作性差,水泥用量多,但粘结力强,强度高在相同条件下,碎石混凝土比卵石混凝土的强度约高10%左右
(4)最大粒径和颗粒级配
①最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称该粒级的最大粒径 最大粒径的选用原则质量相同的石子,粒径越大,总表面积越小,越节约水泥,故尽量选用大粒径石子同时应综合考虑以下几点a.结构上考虑建筑构件的截面尺寸及配筋疏密 钢筋砼粗骨料最大粒径1/4结构截面最小尺寸且3/4钢筋间最小净距; 砼实心板粗骨料最大粒径不宜超过/2板厚且不超过50mm;b.从施工方面考虑根据搅拌、运输、振捣方式,选择合适的粒径对泵送混凝土,碎石最大粒径与输送管内径之比,宜小于或等于13,卵石宜小于或等于
12.5;c.从经济上考虑粒径越大,水泥用量越小 当最大粒径小于80mm时,节约效果显著,粒径再大,节约效果不明显故一般取粒径小于80mm
②颗粒级配 良好的级配可减小孔隙率,节约水泥,提高密实度及良好的工作性 粗骨料的级配也是1通过筛分试验来确定,其方孔标准筛为孔径
2.
36、
4.
75、
9.
50、
16、
19、
26.
5、
31.
5、
37.
5、
53.
0、
63.
0、
75.0及90mm共12个筛孔普通混凝土用卵石及碎石的颗粒级配应符合国家标准的规定 粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种a)连续级配石子颗粒尺寸由小到大连续分级,每级骨料都占有一定比例,如天然卵石通常工程中多采用连续级配的石子b)间断级配人为剔除某些中间粒级颗粒,用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配,颗粒级差大,空隙率的降低比连续继配快得多,可最大限度地发挥骨料的骨架作用,减少水泥用量但混凝土拌和物易产生离析现象,工程应用较少c)单粒级预先分级筛分的粗骨料,用来改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级 应用分别堆放,需要时按要求的比例配合思考题
1.混凝土的组成材料有哪几种?在混凝土凝固硬化前各起什么作用?
2.何谓骨料级配?骨料级配良好的标准是什么?
三、砼拌合及养护用水
1.宜采用水饮用水
2.不宜采用水海水、生活污水
3.需检验方可使用水地表水和地下水须按有关《规范》检验合格后才能使用第三节混凝土拌合物的和易性 混凝土拌合物是指由水泥、砂、石及水拌制的混合料(水泥砼在尚未凝结硬化以前)称为砼拌合物,又称新拌砼(Freshconcrete)如图
6.
3.1 HYPERLINKhttp://course.cug.edu.cn/jianzhucailiao/pages/images/banhewu.gif\t_blankINCLUDEPICTUREhttp://course.cug.edu.cn/jianzhucailiao/pages/images/banhewu.gif\*MERGEFORMAT 图
3.1 混凝土拌合物
一、和易性的概念 和易性是指砼拌合物能保持其组成成分均匀,不发生分层离析、泌水等现象,适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业,并能获得质量均匀、密实的砼的性能 和易性是一项综合技术性能,包括流动性、粘聚性和保水性三个方面
1.流动性指砼拌合物在自重或机械振捣力的作用下,能产生流动并均匀密实地充满模型的性能反应拌合物的稀稠程度
(1)拌合物太稠,砼难以振捣,易造成内部孔隙;
(2)拌合物过稀,会分层离析,影响砼的均匀性
2、粘聚性指砼拌合物内部组分间具有一定的粘聚力,在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象,而使砼能保持整体均匀的性能
3、保水性指砼拌合物具有一定的保持内部水分的能力,在施工过程中不致产生严重的泌水现象
4、关系互相关联,又互相矛盾 如流动性很大时,往往粘聚性和保水性差反之亦然粘聚性好,一般保水性较好 因此,所谓的拌合物和易性良好,就是使这三方面的性能,在某种具体条件下得到统一,达到均为良好的状况
二、和易性的测定方法 混凝土拌合物的和易性内涵比较复杂,难以用一种简单的测定方法和指标来全面恰当得表达根据我国现行标准《普通混凝土拌合物性能试验方法》规定,用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性,并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性
1、坍落度试验(SlumpTest) 坍落度试验是用标准坍落圆锥筒(如图
6.
3.1)测定,该筒为钢皮制成,高度H=300mm,上口直径d=100mm,下底直径D=200mm,试验时,将圆锥置于平台上,然后将混凝土拌合物分三层装入标准圆锥筒内,每层用弹头棒均匀地捣插25次多余试样用镘刀刮平,然后垂直提取圆锥筒,将圆锥筒与混合料排放于平板上,测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高差,即为新拌混凝土的坍落度,以mm为单位(精确至5mm)如图
6.
3.2 图
3.1 坍落度筒 图
3.2 混凝土拌合物的坍落度 坍落度越大,流动性越好根据混凝土拌合物坍落度S大小,可将混凝土进行如下分级 T1低塑性砼 S=10~40mm T2塑性砼 S=50~90mm T3流动性砼 S=100~150mm T4大流动性砼 S≥160mm 若S≤10mm则为干硬性砼 测定坍落度后,观察拌合物的下述性质 粘聚性用捣棒在已坍落的拌合物锥体侧面轻轻敲打,如果锥体逐步下沉,表示粘聚性良好;如果突然倒塌,部分崩裂或石子离析,则为粘聚性不好的表现 保水性当提起坍落度筒后如有较多的稀浆从底部析出,锥体部分的拌合物也因失浆而骨料外露,则表明保水性不好如无这种现象,则表明保水性良好
2、维勃稠度试验(VebeConsistometerTest) 维勃稠度试验方法使将坍落度筒放在直径位40mm、高度为200mm圆筒中,圆筒安装在专用的振动台上,如图
6.
3.3按坍落度试验的方法将新拌砼装入坍落度筒内后再拔去坍落筒,并在新拌砼顶上置一透明圆盘开动振动台并记录时间,从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止,所经历的实践,以s计(精确至1s),即为新拌砼的维勃稠度值 图
3.3 维勃稠度仪 根据混凝土拌合物维勃稠度t值大小,可将混凝土进行如下分级 V0超干硬性砼 t≥31s V1特干硬性砼 t=30~21s V2干硬性砼 t=20~11s V3半干硬性砼 t=10~5s
三、流动性(坍落度)的选择
1.原则
(1)结构构件类型及截面尺寸大小构件截面尺寸较大时,选用较小的坍落度
(2)结构构件的配筋疏密钢筋较疏时,选用较小的坍落度
(3)输送方式及施工捣实方法机械振捣时,选用较小的坍落度;人工振捣时,选用较大的坍落度
2.选用 根据《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204)规定,混凝土浇注的坍落度宜按表
6.
3.1选用 表
3.1 混凝土浇注时的坍落度项目结构种类坍落度(mm)1基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构 10~302板、梁或大型及中型截面的柱子等30~503配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等50~704配筋特密的结构 70~90
四、影响新拌混凝土的和易性的因素
1.水泥浆数量的影响 水泥浆作用为填充骨料空隙,包裹骨料形成润滑层,增加流动性 砼拌合物保持水灰比不变的情况下,水泥浆用量越多,流动性越大,反之越小但水泥浆用量过多,粘聚性及保水性变差,对强度及耐久性产生不利影响水泥浆用量过小,粘聚性差 因此,水泥浆不能用量太少,但也不能太多,应以满足拌合物流动性、粘聚性、保水性要求为宜
2.水泥浆的稠度 当水泥浆用量一定时,水泥浆的稠度决定于水灰比大小,水灰比(W/C)为用水量与水泥质量之比 但W/C过小时,水泥浆干稠,拌合物流动性过低,给施工造成困难W/C过大,水泥浆稀使拌合物的粘聚性和、保水性变差,产生流浆及离析现象,并严重影响混凝土的强度 故水灰比大小应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用,取值范围为
0.40~
0.75之间 无论是水泥浆的数量还是水泥浆的稠度,实际上对混凝土拌合物流动性起决定作用的是单位体积用水量的多少,即恒定用水量法则在配制混凝土时,若所用粗、细骨料种类及比例一定,水灰比在一定范围内(
0.4~
0.8)变动时,为获得要求的流动性,所需拌合用水量基本是一定的即骨料一定时,混凝土的坍落度只与单位用水量有关
3.砂率的影响
(1)砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率
(2)砂率对和易性的影响 砂率过大,孔隙率及总表面积大,拌合物干稠流动性小; 砂率过小,砂浆数量不足,流动性降低,且影响粘聚性和保水性 故砂率大小影响拌合物的工作性及水泥用量
(3)合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下,能使砼拌合物获得最大的流动性,且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值或指混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性及保水性,而水泥用量为最少时的砂率值如图
6.
3.4和图
6.
3.5 图
3.4 砂率与坍落度的关系 图
3.5 砂率与水泥用量的关系 (水与水泥用量一定) (达到相同的坍落度)
4、组成材料性质的影响
(1)水泥品种的影响 水泥对和易性的影响主要表现在水泥的需水性上使用不同水泥拌制的混凝土其和易性由好至坏粉煤灰水泥——普通水泥、硅酸盐水泥——矿渣水泥(流动性大,但粘聚性差)——火山灰水泥(流动性差,但粘聚性和保水性好)
(2)骨料性质的影响 最大粒径粒径越大,总比表面积越小,拌合物流动性大; 品种卵石拌制的砼拌合物优于碎石; 级配具有优良级配的砼拌合物具有较好的和易性和保水性
5、外加剂的影响 外加剂(如减水剂、引气剂等)对混凝土的和易性有很大的影响少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下,获得良好的和易性不仅流动性显著增加,而且还有效地改善拌合物的粘聚性和保水性
6、拌合物存放时间及环境温度的影响
(1)温度环境温度升高,水分蒸发及水化反应加快,相应坍落度下降
(2)时间时间延长,水分蒸发,坍落度下降
7、施工工艺 同样的配合比设计机械拌和时S人工拌和时S,且搅拌时间长,则S大
五、改善新拌混凝土和易性的措施
1、调节混凝土的材料组成:
①采用合理砂率并尽可能使用较低的砂率;
②改善砂、石的级配;
③在可能的条件下,尽量采用较粗的砂、石;
④当拌和物坍落度太小时,保持水灰比不变,增加适量的水泥浆;当拌和物坍落度太大时,保持砂率不变,增加适量的砂石
2、掺加各种外加剂(如减水剂、引气剂等)
3、提高振捣机械的效能思考题
1.什么是混凝土拌合物的和易性?它有哪些含义?
2.影响混凝土和易性的因素有哪些?如何影响?
3.什么是合理砂率?采用合理砂率有何技术及经济意义?第四节硬化混凝土的强度 硬化后混凝土(Hardenedconcrete)的强度(Strength)包括立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等 抗压强度抗弯强度抗剪强度抗拉强度
一、混凝土的抗压强度与强度等级 混凝土的抗压强度是指其标准试件在压力作用下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力常作为评定混凝土质量的指标,并作为确定强度等级的依据
1、立方体抗压强度(fcu) 按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件,在标准养护条件(温度20±3℃,相对湿度90%以上)下,养护至28d龄期,按照标准的测定方法测定其抗压强度值,称为“混凝土立方体试件抗压强度”(简称“立方抗压强度”以fcu表示),以MPa计
2、立方体抗压强度标准值(fcu,k ) 按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期,用标准试验测定的抗压强度总体分布中的一个值,强度低于该值的百分率不超过5%(即具有95%保证率的抗压强度),以N/mm2即MPa计
3、强度等级(GradingStrength) 混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的它的表示方法是用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示,如“C30”即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k =30MPa 我国现行规范(GBJ10—89)规定,普通混凝土按立方抗压强度标准值划分为C
7.
5、C
10、C
15、C
20、C
25、C
30、C
35、C
40、C
45、C
50、C
55、C
60、C
65、C
70、C
75、C80等16个强度等级 立方体强度强度等级
4、砼强度等级的实用意义 C
7.5~C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构; C15~C25用于普通砼结构的梁、板、柱、楼梯及屋架; C25~C30用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等; C30以上用于预应力钢筋混凝土结构、吊车梁及特种构件等
5、砼的轴心抗压强度(fcp) 轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件,如有必要,也可采用非标准尺寸的棱柱体试件,但其高宽比(h/a)应在2~3的范围在钢筋混凝土结构计算中,计算轴心受压构件时,都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设计依据fcp比同截面的fcu小,且h/a越大,fcp越小在立方体抗压强度为10~55Mpa范围内时,fcp≈(
0.70~
0.80)fcu
二、砼的抗拉强度 劈裂试验测得劈裂抗拉强度(Splittingtensionstrength)混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20,故在结构设计中,不考虑混凝土承受拉力,而是在混凝土中配以钢筋,由钢筋来承受拉力但确定抗裂度时,须考虑抗拉强度,它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标 试验方法劈裂法,测出强度为劈裂抗拉强度fts 混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系,可用经验公式表达如下
三、砼与钢筋的粘结强度 强度主要来源混凝土与钢筋间的摩擦力、钢筋与水泥石间的粘结力、变形钢筋的表面机械咬合力 影响因素混凝土质量(强度)、钢筋尺寸及种类、钢筋在混凝土中的位置、加载类型、干湿变化和温度变化等
四、影响硬化后水泥砼强度的因素 砼破坏: a)硬化水泥石与骨料间破坏(与水泥强度、水灰比、骨料性质有关) b)硬化水泥石的破坏(水泥石强度有关) c)骨料本身的破坏(与骨料强度有关) 主要影响因素有材料组成、制备方法、养护条件、试验条件等
1、材料组成对混凝土强度的影响
(1)水泥的强度和水灰比 fcu——混凝土28d龄期的立方体抗压强度(MPa);fce——水泥实际强度(MPa),可取fce =
1.13×fcek,fcek为水泥强度的标准值;C/W——灰水比;αa、αb——回归系数,碎石αa=
0.46;αb=
0.07 卵石αa=
0.48;αb=
0.33 以上经验公式一般只适用于流动性混凝土、低流动性混凝土,不适于干硬性混凝土
(2)骨料的影响 当骨料级配良好、砂率适当时,由于组成了坚强密实的骨架,有利于混凝土强度的提高如果混凝土骨料中有害杂质较多,品质低,级配不好时,会降低混凝土的强度
2、养护条件对混凝土强度的影响
(1)温度及湿度 养护温度高,水泥水化速度快,混凝土强度的发展也快;反之,在低温下混凝土强度发展迟缓当温度降到冰点以下时,水泥将停止水化,强度停止发展,而且易使硬化的混凝土结构遭到破坏因此,冬季施工时,混凝土应特别注意保温养护,防止早期受冻破坏温度对强度发展的影响如图
6.
4.1 水是水泥水化的必要条件如果湿度不够,水泥水化反应不能正常进行,甚至停止水化,会严重降低混凝土强度因此在混凝土浇筑完毕后,应在12h内进行覆盖;在夏季施工的混凝土,要特别注意浇水保湿湿度对强度发展的影响如图
6.
4.2 图
4.1 温度对强度发展的影响 图
4.2 湿度对强度发展的影响 1-空气养护 2-九个月后水中养护 3-三个月后水中养护 4-标准湿度条件下养护
(3)龄期(Age) 龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间砼的强度随龄期的增长而提高,早期显著,后期缓慢普通水泥配制的滹沱那,在标准养护条件下,其强度发展大致与龄期的常用对数成正比关系,其经验公式如下 式中 fn----混凝土nd龄期的抗压强度(MPa); f28--混凝土28d龄期的抗压强度(MPa); n---养护龄期(d),n≥3 根据上式,可估算混凝土28d的强度,或推算28d前混凝土达到某一强度需要养护的天数,如确定生产施工进度砼的拆模、构件的起吊、放松预应力钢筋、制品堆放、出厂等的日期
3、试验条件对混凝土强度的影响 试验条件包括试件形状与尺寸、试件湿度、温度、表面状态、加载方式等
①试件尺寸相同混凝土试件的尺寸越小,测得的混凝土的强度就越高我国标准规定,采用边长为150mm的立方体试件作为标准试件,当采用非标准试件时,所测得的抗压强度应乘以表
6.
4.1所列的换算系数 表
4.1 混凝土试件不同尺寸的强度换算系数骨料最大粒径(mm)试件尺寸(mm)换算系数30100×100×
1000.9540150×150×150160200×200×
2001.05
②试件的形状当试件受压面积相同,而高度不同时,高宽比越大,抗压强度越小这是由于环箍效应所致当试件受压时时,试件受压面与试件承压板之间的摩擦力,对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用,该约束有利于强度的提高愈接近试件的端面,这种约束作用就越大,在距端面大约a的范围以外,约束作用才消失试件破坏后,其上下部分各呈现一个较完整的棱锥体,这就是这种约束作用的结果,称为环箍效应
③表面状态 混凝土试件承压面的状态,也是影响混凝土强度的重要因素当试件受压面有润滑剂时,试件受压时的环箍效应大大减小,测出的强度值较低 图
4.3 压力机压板 图
4.4 试件破坏后 图
4.5 不受压板约束时 对试件的约束作用 残存的棱锥体 试件的破坏情况
④加荷速度 加荷速度越大,测得的强度值也越大
4、施工方法的影响: 尽量采用机械搅拌和振捣
五、提高混凝土强度的措施
1、选用高强度水泥和早强型水泥
2、采用低水灰比的干硬性混凝土
3、掺加混凝土外加剂和掺合料
4、采用湿热处理——蒸汽养护和蒸压养护
5、采用机械搅拌和振捣第五节混凝土的变形性能 混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形非荷载下的变形,分为混凝土的化学收缩、干湿变形及温度变形;荷载作用下的变形,分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形——徐变
一、非荷载作用下的变形
(一)化学收缩(自生体积变形) 在混凝土硬化过程中,由于水泥水化物的固体体积,比反应前物质的总体积小,从而引起混凝土的收缩,称为化学收缩特点不能恢复,收缩值较小,对混凝土结构没有破坏作用,但在混凝土内部可能产生微细裂缝而影响承载状态和耐久性
(二)干湿变形(物理收缩) 干湿变形是指由于混凝土周围环境湿度的变化,会引起混凝土的干湿变形,表现为干缩湿胀
1.产生原因 混凝土在干燥过程中,由于毛细孔水的蒸发,使毛细孔中形成负压,随着空气湿度的降低,负压逐渐增大,产生收缩力,导致混凝土收缩同时,水泥凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发,凝胶体因失水而产生紧缩当混凝土在水中硬化时,体积产生轻微膨胀,这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚,胶体粒子间的距离增大所致
2.危害性 混凝土的干湿变形量很小,一般无破坏作用但干缩变形对混凝土危害较大,干缩能使砼表面产生较大的拉应力而导致开裂,降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能
3.影响因素
(1)水泥的用量、细度及品种 水灰比不变水泥用量愈多,砼干缩率越大;水泥颗粒愈细,砼干缩率越大
(2)水灰比的影响 水泥用量不变水灰比越大,干缩率越大
(3)施工质量的影响 延长养护时间能推迟干缩变形的发生和发展,但影响甚微;采用湿热法处理养护砼,可有效减小砼的干缩率
(4)骨料的影响 骨料含量多的混凝土,干缩率较小
(三)温度变形 温度变形是指混凝土随着温度的变化而产生热胀冷缩变形混凝土的温度变形系数α为(1~
1.5)×10-5/℃,即温度每升高1℃,每1m胀缩
0.01~
0.015mm温度变形对大体积混凝土、纵长的砼结构、大面积砼工程极为不利,易使这些混凝土造成温度裂缝可采取的措施为采用低热水泥,减少水泥用量,掺加缓凝剂,采用人工降温,设温度伸缩缝,以及在结构内配置温度钢筋等,以减少因温度变形而引起的混凝土质量问题
二、荷载作用下的变形
(一)混凝土在短期作用下的变形 混凝土是一种由水泥石、砂、石、游离水、气泡等组成的不匀质的多组分三相复合材料,为弹塑性体受力时既产生弹性变形,又产生塑性变形,其应力应变关系呈曲线,如图卸荷后能恢复的应变ε弹是由混凝土的弹性应变引起的,称为弹性应变;剩余的不能恢复的应变ε塑,则是由混凝土的塑性应变引起的,称为塑性应变 混凝土的弹性模量在应力-应变曲线上任一点的应力σ与其应变ε的比值,称为混凝土在该应力下的变形模量影响混凝土弹性模量的主要因素有混凝土的强度、骨料的含量及其弹性模量以及养护条件等 图
5.1 混凝土在压力作用下的应力-应变曲线
(二)砼在长期荷载作用下的变形——徐变(Creep) 混凝土在持续荷载作用下,除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外,还会产生随时间增长的变形,称为徐变如图
6.
5.2 图
5.2 徐变变形与徐变恢复
1.徐变特点 在加荷瞬间产生瞬时变形,随着时间的延长,又产生徐变变形荷载初期,徐变变形增长较快,以后逐渐变慢并温度下来卸荷后,一部分变形瞬时恢复,其值小于在加荷瞬间产生的瞬时变形在卸荷后的一段时间内变形还会继续恢复,称为徐变恢复最后残存的不能恢复的变形,称为残余变形
2.徐变对结构物的影响 有利影响可消除钢筋混凝土内的应力集中,使应力重新分配,从而使混凝土构件中局部应力得到缓和对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力 不利影响使钢筋的预加应力受到损失(预应力减小),使构件强度减小
3.影响徐变因素 混凝土的徐变是由于在长期荷载作用下,水泥石中的凝胶体产生粘性流动,向毛细孔内迁移所致影响混凝土徐变的因素有水灰比、水泥用量、骨料种类、应力等砼内毛细孔数量越多,徐变越大;加荷龄期越长,徐变越小;水泥用量和水灰比越小,徐变越小;所用骨料弹性模量越大,徐变越小;所受应力越大,徐变越大 第六节混凝土的耐久性 耐久性(Durability)混凝土抵抗介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性,从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力为混凝土的耐久性 耐久性是一个综合性的指标,包括抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱—骨料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能
1、抗渗性指砼在有压水、油等液体作用下,抵抗渗透的能力用抗渗标号(S)表示,有S
4、S
6、S
8、S
10、S12等五个等级砼产生渗透是由于其内部存在贯穿孔隙、毛细管和孔洞、蜂窝等提高混凝土抗渗性的措施有降低水灰比、采用减水剂,选用致密、干净、级配良好骨料
2、抗冻性(Frostresistance)抗冻性用抗冻等级表示,抗冻等级是按规范规定的试验进行反复冻融循环,以同时满足强度损失率不超过25%,质量损失率不超过5%时的循环次数它分为D
10、D
15、D
25、D
50、D
100、D
150、D
200、D
250、D300等九个抗冻等级提高混凝土抗冻性的关键是提高密实度措施是减小水灰比,掺加引气剂等
3.耐磨性(Wearingcapacity)指混凝土抵抗机械磨损的能力影响混凝土耐磨性的主要因素是砼的表面光滑程度、水泥品种、石子硬度等
4.抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于其所用水泥的品种及混凝土的密实度故提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是合理选用水泥品种、降低水灰比、提高混凝土的密实度及尽量减少混凝土中的开口孔隙
5.混凝土的碳化 混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中Ca(OH)2与空气中的CO2时发生化学反应,生成CaCO3和H2O 不利影响减弱了对钢筋的保护作用 增加混凝土的收缩,降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力 有利影响提高混凝土的密实度,对提高抗压强度有利 影响因素二氧化碳的浓度、环境湿度、水泥品种、水灰比等 二氧化碳的浓度高,碳化速度快 环境中湿度在50%~75%时,碳化速度最快;湿度小于25%或大于100%时,碳化作用将停止进行 采取措施a.合理选用水泥品种; b.使用减水剂,提高混凝土的密实度; c.采用水灰比小,单位水泥用量较大的混凝土配合比 d.在混凝土表面涂刷保护层,防止二氧化碳侵入等; e.加强施工质量控制,加强养护,保证振捣质量
6.混凝土的碱—骨料反应 碱—骨料反应是指水泥中的碱(Na2O、K2O)与骨料中的活性二氧化硅发生反应,在骨料表面生成复杂的碱—硅酸凝胶,吸水,体积膨胀(可增加3倍以上),从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏,这种现象称为碱—骨料反应 碱—骨料反应必须具备的三个条件 a.水泥中碱含量高,Na2O+
0.658K2O%大于
0.6%; b.骨料中含有活性二氧化硅成分,此类岩石有流纹岩、玉髓等; c.有水的存在 碱—骨料反应速度极慢,但造成的危害极大,而且无法弥补,其危害需几年或几十年才表现出来通常用长度法,如六个月试块的膨胀率超过
0.05%或一年中超过
0.1%,这种骨料认为具有活性
7.提高混凝土耐久性的措施
1、合理选择水泥品种 ;
2、适当控制砼的水灰比和水泥用量;
3、选用品种良好,级配合格的骨料;
4、掺外加剂;
5、保证砼的施工质量 表
6.1 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量 环境条件结构物类型最大水灰比最小水泥用量素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土 干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件不作规定
0.
650.60200 260300潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土和(或)水中的部件
0.
700.
600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件在非侵蚀性土和(或)水中且经受冻害的部件高湿度且经受冻害的室内部件
0.
550.
550.55250280300有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和有除冰剂作用的室内和室外部件
0.
500.
500.50300300300第七节混凝土的外加剂混凝土的外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的能显著改善砼的性能的物质其掺量一般不大于水泥质量的5%由于外加剂对混凝土性能的改善,它在工程中应用的比例越来越大,不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的60%~90%因此,外加剂逐渐成为混凝土占的第五种成分
一、外加剂分类混凝土外加剂种类繁多,根据《混凝土外加剂的分类、命名与定义》规定,混凝土外加剂按其主要功能分为四类
1.改善工作性的外加剂减水性、泵送剂、引气剂
2.调节凝结硬化时间的外加剂缓凝剂、早强剂、速凝剂
3.改善耐久性的外加剂阻锈剂、防水剂、引气剂
4.改善其它性能的外加剂加气剂、着色剂、膨胀剂、防冻剂
二、减水剂 减水剂是指在砼坍落度基本相同条件下,加入能显著减少拌和用水量的外加剂一减水剂的作用机理 减水剂为表面活性物质,其分子由亲水基团和憎水基团两个部分组成水泥加水拌和,水泥浆成絮凝结构,包裹一部分拌和水,降低了流动性减水剂的作用机理表现在以下三个方面
(1)其疏水基团定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基团指向水溶液,使水泥颗粒表面带有相同电荷,斥力作用使水泥颗粒分开,放出絮凝结构游离水,增加流动性;
(2)亲水基吸附大量极性水分子,增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度,起润滑作用,改善工作性;
(3)减水剂降低表面张力,水泥颗粒更易湿润,使水化比较充分,从而提高混凝土的强度 图
7.1 水泥浆的絮凝结构和减水剂作用示意图二减水剂的技术经济效果
1.增大流动性在用水量及水灰比不变时,混凝土坍落度可增大100~200mm,且不影响混凝土的强度
2.提高混凝土的强度在保持流动性及水泥用量不变的条件下,可减少拌和用水量10%~15%,从而降低水灰比,使混凝土强度提高15%~20%
3.节约水泥在保持流动性及水灰比不变的条件下,可以在减少拌和水量的同时,相应减少水泥用量
4.改善混凝土的耐久性三减水剂的种类 按化学成分主要有木质素系、萘系、水溶性树脂类、糖蜜类和复合型减水剂等
1.木质素系减水剂 包括木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)、木质素磺酸镁(木镁)等其中木钙减水剂应用较多 木钙减水剂是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料,采用石灰乳中和,经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末 木钙减水剂的适宜掺量,一般为水泥质量的
0.2%~
0.3%其减水率为10%~15%,混凝土28d抗压强度提高10%~20%;若不减水,混凝土坍落度可增大80~100mm;若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变,可节约水泥用量10%左右木钙减水剂对混凝土有缓凝作用,掺量过多或在低温下,其缓凝作用更为显著,而且还可能使混凝土强度降低,使用时应注意 木钙减水剂可用于一般混凝土工程,尤其适用于大体积浇筑、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等木钙减水剂不宜单独用于冬季施工,在日最低气温低于5℃,应与早强剂或防冻剂复合使用木钙减水剂也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土,以免蒸养后混凝土表面出现疏松现象
2.萘磺酸盐系减水剂 萘系减水剂,是用萘或萘的同系物经磺化与甲醇缩回而成目前,我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建I型等减水剂,其中大部分品牌为非引气型减水剂 萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的
0.5%~
1.0%,减水率为10%~25%,混凝土28d强度提高20%以上萘系减水剂的减水增强效果好,对不同品种水泥的适应性较强适用于配制早强、高强、流态、蒸养混凝土
3.水溶性树脂减水剂 这类减水剂时以一些水溶性树脂为主要原料制成的减水剂,如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等该类减水剂增强效果显著,为高效减水剂,我国产品有SM树脂减水剂等 SM减水剂掺量为水泥质量的
0.5%~
2.0%,其减水率为15%~27%,混凝土3d强度提高30%~100%,28d强度可提高20%~30%SM减水剂适于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土及蒸养混凝土等
三、早强剂 早强剂是加速混凝土早期强度发展,并对后期强度无显著影响的外加剂早强剂可以在常温、低温荷负温(不低于—5℃)条件下加速混凝土的硬化过程,多用于冬季施工和抢修工程早强剂主要有无机盐类(氯盐类、磷酸盐类)和有机胺及有机-无机的复合物三大类
1.氯盐类早强剂 氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等,其中以氯化钙应用最广氯化钙为白色粉末状物,其适宜掺量为水泥质量的
0.5%~
1.0%,能使混凝土3d强度提高50%~10%,7d强度提高20%~40%,同时能降低混凝土中水的冰点,防止混凝土早期受冻 采用氯化钙作早强剂,最大的缺点使含有Cl-离子,会使钢筋锈蚀,并导致混凝土开裂为了抑制氯化钙对钢筋的锈蚀作用,常将氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠(NaNO2复合作用
2.硫酸盐类早强剂 硫酸盐类早强剂,主要有硫酸钠、硫代硫酸钙、硫酸铝、硫酸铝钾等,其中硫酸钠应用较多硫酸钠为白色粉状物,一般掺量为
0.5%~
2.0%,当掺量为1%~
1.5%时,达到混凝土设计强度70%的时间可缩短一半左右 硫酸钠对钢筋无锈蚀作用,适用于不允许掺用氯盐的混凝土但由于它与氢氧化钙作用生成强碱NaOH为防止碱骨料反应,硫酸钠严禁用于含有活性骨料的混凝土,同时应注意不能超量掺加,以免导致混凝土产生后期膨胀开裂破坏,并防止混凝土表面产生“白霜”
3.有机胺类早强剂 有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等,其中早强效果以三乙醇胺为佳 三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体,呈碱性,能溶于水掺量为水泥质量的
0.02%~
0.05%,能使混凝土早期强度提高三乙醇胺对混凝土稍有缓凝作用,掺量过多会造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降,故应严格控制掺量
四、缓凝剂 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间,并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂缓凝剂主要有四类糖类,如糖蜜;木质素磺酸盐类,如木钙、木钠常用的缓凝剂是木钙和糖蜜,其中糖蜜的缓凝效果最好 缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强作用,对钢筋也无锈蚀作用主要使适用于大体积混凝土和炎热气候下施工的混凝土,以及需长时间停放或长距离运输的混凝土
五、引气剂 引气剂是指在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀的微小气泡,以减少混凝土拌和物的泌水、离析,改善和易性,并能显著提高硬化混凝土抗冻性、耐久性的外加剂目前,应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等由于大量微小、封闭并均匀分布的气泡的存在,使混凝土的某些性能得到明显改善或改变
1.改善混凝土拌和物的和易性
2.显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性
3.降低混凝土强度一般混凝土的含气量每增加1%时,其抗压强度将降低4%~6%,抗折强度降低2%~3% 引气剂可用于抗渗混凝土、抗冻混凝土、抗硫酸盐侵蚀混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻混凝土,以及对饰面有要求的混凝土等,但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土
六、防冻剂 防冻剂是能使混凝土在负温下硬化,并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂常用的防冻剂有氯盐类、氯盐阻锈类、物氯盐类 防冻剂用于负温条件下施工的混凝土目前,国产防冻剂品种适用于0~-15℃的气温,当在更低气温下施工时,应增加其它混凝土冬季施工措施
七、速凝剂 速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂速凝剂主要有无机盐和有机物类两类我国常用的速凝剂使无机盐类,主要有红星I型、711型、728型、8604型等 速凝剂掺入混凝土后,能使混凝土在5min内初凝,1h就可产生强度,1d强度提高2~3倍,但后期强度会下降,28d强度约为不掺时的80%~90%速凝剂的速凝早强作用机理,是使水泥中的石膏变成Na2SO4,失去缓凝作用,从而促使C3A迅速水化,并在溶液中析出其水化产物晶体,导致水泥浆迅速凝固速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、饮水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中
八、外加剂的选择和使用 在混凝土中掺用外加剂,若选择和使用不当,会造成质量事故因此应注意以下几点
1.外加剂品种的选择 在选择外加剂时,应根据工程需要,现场的材料条件,参考有关资料,通过试验确定
2.外加剂掺量的确定 混凝土外加剂均有适宜掺量,掺量过小,往往达不到预期效果;掺量过大,则会影响混凝土质量,甚至造成质量事故因此,应通过试验试配,确定最佳掺量
九、外加剂的掺加方法 外加剂的掺量很少,必须保证其均匀分散,一般不能直接加入混凝土搅拌机内对于可溶于水的外加剂,应先配成一定浓度的溶液,随水加入搅拌机对于不溶于水的外加剂,应与适量水泥或砂混合均匀后,再加入搅拌机内另外,根据外加剂的掺入时间,减水剂有同掺法、后掺法、分掺法等三种方法实践证明,后掺法最好,能充分发挥减水剂的功能第八节普通混凝土的配合比设计砼配合比是指砼各组成材料数量间的关系这种关系常用两种方法表示 1)单位用量表示法以每1m3混凝土种各种材料的用量表示(例如水泥水砂石子=330kg150kg706kg1264kg) 2)相对用量表示以水泥的质量为1,并按“水泥砂石子;水灰比水”的顺序排列表示(例如
12.
143.82;W/C=
0.45)•砼配合比设计确定这种数量比例关系的工作叫砼配合比设计
一、混凝土配合比设计的基本要求 配合比设计的任务根据原材料的技术性能及施工条件,确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量基本要求满足结构物设计强度的要求满足施工工作性的要求满足环境耐久性的要求满足经济的要求
二、混凝土配合比设计的资料准备 下列基本资料
(1)了解工程设计要求的混凝土强度等级,以备确定混凝土配制强度
(2)了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求,以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量
(3)了解结构构件断面尺寸及钢筋配置情况,以便确定混凝土骨料的最大粒径
(4)了解混凝土施工方法及管理水平,以便选择混凝土拌合物坍落度及骨料最大粒径
(5)掌握原材料的性能指标,包括1水泥的品种、标号、密度; 2砂、石骨料的种类、表观密度、级配、石子、最大粒径;3拌和用水的水质情况; 4外加剂的品种、性能、适宜掺量
三、砼配合比设计的方法与原理
1.体积法 假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气体积之和 式中ρc—水泥密度,可取2900~3100(kg/m3);ρs—细骨料的表观密度(kg/m3);ρw—水的密度,可取1000(kg/m3); α—混凝土的含气率(%),在不使用引气型外加剂时,可取
12.质量法 (假定表观密度法) 该法假定混凝土拌合物的表现密度为一固定值,混凝土拌和物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度因此可列出以下两式 式中mc
0、mc
0、ms0和mw0——每立方米混凝土的水泥、粗骨料、细骨料和水的用量(kg);βs——砂率(%); ρcp——1m3混凝土拌合物的假定湿表观密度(kg/m3),在2260~2450kg范围内选定 一般C
7.5~C15取2300~2350kg/m3,C20~C30取2350~2400kg/m3,C40取2450kg/m3
四、砼配合比设计的依据
1.混凝土配合比设计基本参数的确定 砼4个基本变量(材料参数)水泥、水、砂子、石子三个关系:
(1)水和水泥的关系(水灰比)
(2)砂和石子的关系(砂率)
(3)水泥浆与骨料的关系(单位用水量) 基本原则是
(1)在满足混凝土强度和耐久性的基础上,确定混凝土的水灰比——取大值(省水泥)
(2)在满足混凝土施工要求的和易性基础上,根据粗骨料的种类和规格,确定混凝土的单位用水量——越小越好
(3)砂在细骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定——砂率越小越好
2.砼配合比设计的算料基准1m3砼种各材料用量为基准计算时骨料以干燥状态为基准
五、砼配合比设计计算步骤
(一)确定计算配合比
1.确定砼配制强度(fcuo) fcuo= fcuk+
1.645σ式中 fcuo—混凝土配制强度(MPa); fcuk —混凝土立方体抗压强度标准值(MPa); σ—混凝土强度标准差(MPa) 混凝土σ可按表
6.
8.1取值 表
8.1 混凝土σ取值混凝土强度等级C20C20~C35C35σ(MPa)
4.
05.
06.
02.确定水灰比(W/C) αa、αb----回归系数,可按表
6.
8.2采用 表
8.2 回归系数αa和αb选用表石子品种αaαb碎石
0.
460.07卵石
0.
480.33 为了保证混凝土的耐久性,水灰比还不得大于表
6.18中规定的最大水灰比值,如计算所得的水灰比大于规定的最大水灰比值时,应取规定的最大水灰比值
3.选定砼单位拌和用水量(mw0)
(1)干硬性和塑性混凝土用水量的确定根据所用骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值,查表
6.
8.
3、
6.
8.4选取1m3混凝土的用水量 表
8.3 干硬性混凝土的用水量拌和物稠度卵石最大粒径(mm碎石最大粒径(mm项目指标102040162040维勃稠度(s16~2017516014518017015511~151801651501851751605~10185170155190180165 表
8.4 塑性混凝土的用水量 拌和物稠度卵石最大粒径(mm碎石最大粒径(mm项目指标
102031.
540162031.540坍落度(mm10~3019017016015020018517516535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~90215195185175230215205195
(2)流动性和大流动性混凝土的用水量计算 a.以表
6.
8.4中坍落度90mm的用水量为基础,按坍落度每增大20mm,用水量增加5kg,计算出未掺外加剂时混凝土的用水量 b.掺外加剂时的混凝土用水量按下式计算 mwa=mw01-β式中mwa——掺外加剂时,每1m3混凝土的用水量kg/m3; mw0——未掺外加剂时,每1m3混凝土的用水量kg/m3; β——外加剂的减水率(%),应经试验确定
4.确定单位水泥用量(mc0 ) 未保证混凝土的耐久性,由上式计算求得的mc0还应满足表
6.
6.1规定的最小水泥用量,如计算所得的水泥用量小于规定的最小水泥用量时,应取规定的最小水泥用量值
5.确定砂率(ßs)
(1)查表法—根据骨料的种类、最大粒径、水灰比按表
6.
8.5选用 表
8.5 混凝土的砂率(%)水灰比(w/c)卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)
1020401620400.4026~3225~3124~3030~3529~3427~
320.5030~3529~3428~3333~3832~3730~
350.6033~3832~3731~3636~4135~4033~
380.7036~4135~4034~3939~4438~4336~41
(2)计算法 α 拨开系数机械拌和取
1.1~
1.2;人工拌和
1.2~
1.
46.计算单位砂、石用量
(1)体积法
(2)质量法 根据以上公式可计算出单位砂、石用量mg
0、ms
08.写出砼计算配合比 1m3砼材料用量水泥砂石水=1x:y:z,W/C = z
(二)配合比的试配、调整与确定
1.基准配合比的计算 按混凝土初步计算配合比称取实际工程中使用的材料进行试拌当试拌出的拌和物坍落度或维勃稠度不能满足要求,或粘聚性和保水性不良时,应在保持水灰比不变的条件下相应调整用水量和砂率,直到符合要求为止,然后提出供检验强度用的基准配合比
1.砼拌和物和易性调整方法有 1)若坍落度不满足S过小——应保持W/C不变,增加水泥浆量;S过大——保持砂率不变,增加骨料用量 2)若粘聚性、保水性不满足要求时,应保持骨料总量不变,调整砂率•调整时间不超过20min,直到符合要求根据调整后的材料用量计算砼拌和物的基准配合比
2.强度复核 采用3个水灰比不同的配合比
(1)基准配合比的水灰比
(2)基准配合比的水灰比+
0.05
(3)基准配合比的水灰比-
0.05 用水量与基准配合比相同,砂率可作适当调整(增、减1%)每个配合比做1组试件,进行标准养护28d,测出混凝土的抗压强度
3.试验室配合比确定 根据强度检验结果、湿表观密度进一步修正配合比,可得到试验室配合比设计值 可按下列原则确定单位混凝土的材料用量
① 确定用水量(mw) 取基准配合比中的用水量(mw),并根据制作强度检验试件时测得的坍落度(或维勃稠度)值加以适当调整
②确定水泥用量(mc)取用水量乘以由“强度—水灰比”关系定出的,为达到配制强度(fcu0)所必须的水灰比确定粗、细骨料用量(msb、mGb)
③取基准配合比中砂、石用量,并按定出的水灰比做适当调整 根据实测拌和物湿表观密度修正配合比
①根据强度检验结果修正后定出的混凝土配合比,计算出砼的“计算湿表观密度”(ρ’cp )
②将混凝土的实测表观密度(ρcp )除以“计算湿表观密度”(ρ’cp )得出“校正系数”(δ)
③将砼配合比中各项材料用量乘以校正系数(δ),得到最终确定得试验室配合比设计值
(三)施工配合比确定 设计配合比是以干燥状态骨料为基准,而工地存放的砂、石都含有一定的水分所以,现场材料的实际称量应按工地砂石的含水情况进行修正,修正后的配合比为施工配合比 根据砂、石的实际含水率,将试验室配合比换算为施工配合比 设施工现场实测砂、石含水率分别为a%、b%,则 第九节小结 本章以普通混凝土为学习重点,通过较为详尽的讨论,可以获知有关混凝土的品种、组织结构、技术性能和影响性能诸多因素的知识对新拌混凝土的和易性、硬化混凝土的力学性能和耐久性等基本原理必须十分清楚,这样才能设计配制出完全满足建筑工程要求的符合标准的优质混凝土 在混凝土组成材料中,水泥胶结材是关键的、最重要的成分,应将已学过的水泥知识运用到混凝土中来砂和石子是同一性状而只是粒径不同的骨料,而所起的作用基本相同,应掌握它们在配制混凝土时的技术要求 混凝土配合比设计,要求掌握水灰比、砂率、用水量及其它一些因素对混凝土全历程性能的影响正确处理三者之间的关系及其定量的原则,熟练的掌握配合比计算及调整方法应当明确,配合比设计正确与否必须通过试验的检验确定 外加剂已成为改善混凝土性能的极有效措施之一,在国内外已得到广泛应用,被视为组成混凝土的第五种原材料应着重了解它们的类别、性质和使用条件,同时也应知道它们的作用机理 掌握了普通混凝土的基本原理,则对其它品种混凝土的学习就比较容易融会贯通了通过对比普通混凝土与其它混凝土的异同之处,掌握其它混凝土所独具的特性及配制、施工特点和方法 砂浆实质上也是一种混凝土它在工程中用量也很大它与混凝土有很多的共性,注意了解各种砂浆的配制方法及用途 第十节复习思考题
1、普通混凝土的组成材料有哪几种?在混凝土凝固硬化前后各起什么作用?
2、何谓骨料级配?混凝土的骨料为什么要级配?骨料级配良好的标准是什么?
3、什么是混凝土拌和物的和易性?它有哪些含义?
4、影响混凝土拌和物和易性的因素有哪些?如何影响?
5、什么是合理砂率?合理砂率有何技术及经济意义?
6、影响混凝土强度的因素有哪些?采用哪些措施可提高混凝土强度?
7、采用矿渣水泥、卵石和天然砂配制混凝土,水灰比为
0.5,制作10cm×10cm×10cm试件三块,在标准养护条件下养护7d后,测得破坏荷载分别为140kN、135kN、142kN试估算
(1)该混凝土28d的标准立方体抗压强度?
(2)该混凝土采用的矿渣水泥的强度等级?
8、引起混凝土产生变形的因素有哪些?采用什么措施可减小混凝土的变形?
9、采用哪些措施可提高混凝土的抗渗性?抗渗性大小对混凝土耐久性的其它方面有何影响?
10、什么是减水剂?简述减水剂的作用机理和掺入减水剂的技术经济效果
11、常用的早强剂有哪些?试评价其优缺点
12、混凝土配合比设计的任务是什么?需要确定的三个参数是什么?怎样确定?
13、简述混凝土质量控制的方法
14、轻骨料混凝土的物理力学性能与普通混凝土相比,有何特点?
15、现浇框架结构梁,混凝土设计强度等级C25,施工要求坍落度30~50mm,施工单位无历史统计资料采用原材料为普通水泥强度等级为
42.5,ρc =3000kg/m3 ,Mx=
2.6;卵石Dmax=20mm,ρg=2650kg/m3 ;自来水试求初步计算配合比
16、某混凝土试拌调整后,各材料用量分别为水泥
3.1kg、水
1.86kg、砂
6.24kg、碎石
12.84kg,并测得拌和物表观密度为2450kg/m3 试求1m3 混凝土的各材料实际用量
17、砌筑砂浆的主要技术性质包括哪几个方面?
18、新拌砂浆的和易性如何测定?和易性不良的砂浆对工程质量会有哪些影响?
19、计算用于砌筑粉煤灰砌块的强度等级为M
2.5的水泥混合砂浆的试配比例采用强度等级为
32.5的普通硅酸盐水泥,其28d抗压强度实测值为
34.5MPa;石灰膏的稠度为120mm;中砂(含水率为
2.5%),堆积密度为1450kg/m3 ;施工水平一般。