六章节混凝土与砂浆concrete.ppt
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1、第六章 混凝土与砂浆 concrete,概 述 水泥混凝土的定义 水泥混凝土是由水泥、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物,经一定时间硬化而成的人造石材。,水泥混凝土的优缺点 优点: 使用方便:在凝结前具有良好的塑性,因此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物; 匹配性好:它与钢筋有牢固的粘结力,能制作钢筋混凝土结构和构件; 高强耐久:经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特性; 价格低廉:其组成材料中砂、石等地方材料占80%以上,符合就地取材和经济的原则; 性能易调:可根据工程要求改变材料的组成配合来满足要求。,缺点: 抗拉强度低; 由于干缩容易产生裂缝; 自重较大; 施工日期长; 结构物
2、拆除较困难。 改性: 采用轻质骨料可以降低混凝土的自重; 掺入纤维或聚合物,可提高抗拉强度,大大降低混凝土的脆性; 掺入减水剂、早强剂等外加剂,可显著缩短硬化周期,改善力学性能。,水泥混凝土的分类 按表观密度,水泥混凝土可分为: 普通混凝土:干表观密度约为2400kg/m3,是道路路面和桥梁结构中最常用的混凝土。 轻混凝土:干表观密度可以轻达1900 kg/m3,现代大跨度钢筋混凝土桥梁为减轻结构自重,往往采用各种轻集料配制成轻集料结构混凝土,达到轻质高强,以增大桥梁的跨度。 重混凝土:干表密度可达3200 kg/m3 ,为了屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度集料配制的混凝土。,按抗压强度,水泥
3、混凝土可分为4大类: 低强度混凝土 抗压强度小于30MPa; 中强度混凝土 抗压强度3060MPa; 高强度混凝土 抗压强度大于60MPa; 超高强混凝土 抗压强度大于100MPa。 此外,可根据工程的特殊要求,配制各种特种混凝土,如:加气混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、道路混凝土、水工混凝土、纤维混凝土、补偿收缩混凝土等。,对混凝土质量的基本要求 具有符合设计要求的强度; 具有与施工条件相适应的和易性; 具有与工程环境相适应的耐久性; 材料组成经济合理、生产制作节约能源。,第一节 普通水泥混凝土 一、普通水泥混凝土的组成材料 普通混凝土(简称为混凝土)是由水泥、砂、石和水所组成,另外还常加入
4、适量的掺合料和外加剂。 在混凝土中,砂、石起骨架作用,称为骨料;水泥与水形成水泥浆,水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前,水泥浆起润滑作用,赋予拌合物一定的和易性,便于施工。水泥浆硬化后,则将骨料胶结为一个坚实的整体。,普通混凝土的四种基本组成材料: 水泥 砂子 石子 水,(一)水泥 水泥品种的选择 应当根据混凝土工程性质与特点,工程的环境条件及施工条件,结合各种水泥特性进行合理的选择。 例:路面抢修工程硅酸盐水泥 高温车间路面和抗硫酸盐矿渣水泥 水库大坝火山灰水泥,水泥强度等级的选择 应当与混凝土的设计强度等级相适应。 当水泥强度等级过高:水泥用量过低,和易性和耐久性差; 当水泥强度等
5、级过低水泥用量太多,降低水泥混凝土品质,收缩率加大。 经验证明,配制C30以下的混凝土,水泥强度等级为混凝土强度等级的1.11.8倍,配制40以上的混凝土,水泥强度等级为混凝土强度等级的1.01.5倍,同时宜掺入高效减水剂。,(二)细集料 混凝土用细集料一般应采用粒径小于4.75mm的级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的天然砂,也可使用加工的机制砂。 砂按技术要求分为三类: I类宜用于强度等级C60的混凝土; II类宜用于强度等级C30C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土; III类宜用于强度等级C30的混凝土和建筑砂浆。,有害杂质的含量 粘土、淤泥粘附在砂粒表面妨碍水泥与砂的粘结,增大用水
6、量,降低混凝土的强度和耐久性,并增大混凝土的干缩; 云母表面光滑的层、片状物质,与水泥粘结性差,影响混凝土的强度和耐久性; 硫化物及硫酸盐对水泥有侵蚀作用; 有机质影响水泥的水化硬化; 海砂含的氯化钠等氯化物对钢筋有锈蚀作用,因此对使用海砂配制混凝土时,其氯盐含量(折算成NaCl)不应大于0.1%,对预应力钢筋混凝土结构,不宜采用海砂。 为保证混凝土的质量,砂中有害杂质的含量,应符合国家技术规范的规定。见下表。,砂中有害物质含量(GB/T 146842001),坚固性和压碎值 坚固性是指砂在气候、环境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。天然砂采用硫酸钠溶液进行坚固性试验,经5次循环后测其质量损
7、失。 人工砂应进行压碎值测定。 具体规定见下表。,坚固性指标(GB/T 146842001),压碎指标(GB/T 146842001),砂的粗细程度和颗粒级配 砂的粗细程度,是指不同粒径的砂粒,混合在一起后的总体的粗细程度,通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同用量条件下,细砂的总表面积较大,而粗砂的总表面积较小。在混凝土中,砂子的表面需要由水泥浆包裹,砂子的总表面积愈大,则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此,一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。,砂的颗粒级配,即表示砂中大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充,为达到节约水泥和提高强度的目的,就应尽量减小砂粒之间
8、的空隙。要减小砂粒间的空隙,就必须有大小不同的颗粒搭配。,砂的颗粒级配和粗细程度,常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配,用细度模数表示砂的粗细。 筛分试验:称量500g砂样过筛,称量筛子上残余的砂,计算出分计筛余、累计筛余、通过百分率。,分计筛余ai(%):某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率。 累计筛余Ai(%):某号筛的分计筛余和大于某号筛的各筛分计筛余的总和。 通过百分率Pi(%):通过某号筛的质量占试样总质量的百分率,即100与某号筛的累计筛余之差。,细度模数 细度模数是用于评价细集料粗细程度的指标(以水泥混凝土用细集料为例):,粗砂:Mx=3.73.1; 中砂:Mx=3
9、.02.3; 细砂:Mx =2.21.6。 细度模数越大,砂越粗。,国家规范将细度模数为3.7 1.6的普通混凝土用砂,以0.60mm筛孔(控制粒级)的累计筛余百分率,划分成为区、区、区三个级配区。,(三)粗集料 粒径大于4.75的集料为粗集料(卵石和碎石)。 卵石和碎石按技术要求分为三类: I类宜用于强度等级C60的混凝土; II类宜用于强度等级C30C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土; III类宜用于强度等级C30的混凝土。,强度 岩石抗压强度 将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50mm的圆柱体试件,在水中浸泡48h以后,取出擦干表面水分,测得其在饱和水状态
10、下的抗压强度值。,压碎指标值 将一定质量气干状态下1020mm的石子装入一标准圆筒内,在压力机上经160300s内均匀地加荷到200kN;卸荷后称出试样质量G0,然后用孔径为2.5mm的筛筛除被压碎的碎粒,称取试样的筛余量G1,则压碎指标值按下式计算: 压碎指标值越小,骨料的强度越高。,坚固性 集料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用(如冻融循环作用)下集料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验,试样经五次干湿循环后,其质量损失应不超过规范的规定。,最大粒径 石子最大粒径增大,则相同质量石子的总表面积减小,混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少,即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在
11、一定的范围内,石子最大粒径增大,可因用水量的减少提高混凝土的强度。然而石子最大粒径过大时,则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。,条件允许时应尽可能把石子选得大一些,以节约水泥。 从结构的角度规定,混凝土用粗骨料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的14;同时不得超过钢筋间最小净距的34。对混凝土实心板,骨料的最大粒径不宜超过板厚的12,且不得超过50mm。,颗粒级配 粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。 石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石和卵石的颗粒级配范围见课本。,有害杂质 粗骨料中的有害杂质主要有:粘土、淤泥及细屑;硫酸盐及
12、硫化物;有机物质;蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒等。它们的危害作用与在细骨料中相同。各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定。 粗骨料中的针状(颗粒长轴长度大于平均粒径的倍)和片状(厚度小于平均粒径的0.4倍)颗粒,不仅影响混凝土的和易性,而且会使混凝土的强度降低。骨料中针状颗粒含量,应符合规范中的规定。 水泥混凝土用粗骨料中有害杂质的含量,应符合GB/T14685-2001的规定.,二、水泥混凝土的技术性质 混凝土在未凝结硬化以前,称为混凝土拌合物(也叫新拌混凝土)。它必须具有良好的和易性,便于施工,以保证能获得良好的浇灌质量;混凝土拌合物凝结硬化以后,应具有足够的强度,以保证建筑物能安
13、全地承受设计荷载;并应具有必要的耐久性。,(一)新拌混凝土的工作性(和易性) 和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇灌、捣实)并能获致质量均匀、成型密实的性能。 和易性是一项综合的技术性质,包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。,流动性 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下,能产生流动,并均匀密实地填满模板的性能。 流动性的大小,反映混凝土拌合物的稀稠,直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。,粘聚性 粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力,不致产生分层和离析的现象,使混凝土保持整体均匀的性能。 分层指混凝土浇注后由于重
14、力沉降产生的不均匀分布现象。 离析指混凝土拌合物各组分分离,造成不均匀和失去连续性的现象。,保水性 保水性是指混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保持内部水分的能力,不致产生严重的泌水现象。 泌水从水泥浆中泌出部分拌合水的现象。 保水性差的混凝土拌合物,由于水分泌出会形成容易透水的孔隙,使混凝土的密实性变差,降低其的强度和耐久性。,泌水的危害 (1)当泌水层出现混凝土表面时,使表面水灰比过大,表面疏松出现裂缝; (2)泌水发生在钢筋底部,形成泌水区域,水分蒸发后留下孔隙,使钢筋与混凝土粘结强度下降,钢筋也容易被锈蚀; (3)泌水发生在混凝土中集料下部,也引起混凝土强度与耐久性下降; (4)泌水过
15、程中形成泌水通道,导致强度与耐久性降低; (5)在混凝土泵送施工中,容易泌水的混凝土也容易发生泵送管道堵塞的情况。,混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性之间互相联系又存在矛盾。 如粘聚性好则保水性往往也好,但当流动性增大时,粘聚性和保水性往往变差,反之亦然。 所谓拌合物的和易性良好,就是要使这三方面的性能在某种具体条件下,达到均为良好,即使矛盾得到统一。,和易性的测定方法 目前,尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。根据我国现行标准普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T50080-2002),用坍落度和维勃稠度测定混凝土拌合物的流动性,并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。,坍落度试验
16、方法 将混凝土拌合物分三层装入标准坍落度筒中,每层插捣25次并装满刮平。垂直向上将筒提起,混凝土拌合物由于自重将会向下坍落。量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差(以mm计),即为坍落度。,坍落度越大,表示混凝土拌合物的流动性越大。 在进行坍落度试验的同时,应观察混凝土拌合物的粘聚性、保水性,以便全面地评定混凝土拌合物的和易性。,粘聚性的评定方法:用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打,若锥体逐渐下沉,则表示粘聚性良好;如果锥体倒塌,部分崩裂或出现离析现象,则表示粘聚性不好。 保水性的评定方法:坍落度筒提起后,如有较多稀浆从底部析出,锥体部分混凝土拌合物也因失浆而骨料外露,则表明混凝土拌
17、合物的保水性能不好;无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出,则表示保水性良好。,适用范围 坍落度试验只适用于骨料最大粒径不大于40,坍落度值不小于10的混凝土拌合物。 对坍落度值小于10的干硬性混凝土,采用维勃稠度试验。,维勃稠度试验 方法 在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物,提起坍落度筒,在拌合物试体顶面放一透明圆盘,开启振动台,同时用秒表计时,当水泥浆完全布满透明圆盘底面的瞬间,记下秒表的秒数,称为维勃稠度。,适用范围 该法适用于粗骨料最大粒径不超过31.5mm,维勃稠度在30之间的干硬性混凝土拌合物。,影响和易性的因素 水泥浆的数量 在混凝土拌合物中,水泥浆包裹骨料表面,填充骨料空隙
18、,使骨料润滑,提高混合料的流动性;在水灰比不变的情况下,单位体积混合物内,随水泥浆的增多,混合物的流动性增大。 若水泥浆过多,超过骨料表面的包裹限度,就会出现流浆现象,这既浪费水泥又降低混凝土的性能;如水泥浆过少,达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的,使粘聚性变差,流动性低,不仅产生崩塌现象,还会使混凝土的强度和耐久性降低。 混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜。,水泥浆的稠度 水泥浆的稀稠,取决于水灰比的大小。 水灰比小,水泥浆稠,拌合物流动性就小,会使施工困难,混凝土拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大,又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良,而产生流浆、离析现象,并严重影响混凝土的强
19、度。 水灰比不能过大或过小,依据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。,单位用水量 水泥浆的数量和稠度取决于用水量和水灰比。实际上用水量是影响混凝土流动性最大的因素。 当用水量一定时,水泥用量适当变化(增减50100/3 )时,基本上不影响混凝土拌合物的流动性,即流动性基本上保持不变。由此可知,在用水量相同的情况下,采用不同的水灰比可配制出流动性相同而强度不同的混凝土。 对混凝土拌和物流动性的调整,应在保证水灰比不变的条件下,用调整水泥浆量的方法来调整。决不能以单纯改变用水量的方法来调整。,砂率 砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。 在混合料中,砂是填充石子间空隙,并以砂浆包裹在石子外
20、表面减少粗骨料颗粒间的摩擦阻力,赋予混凝土拌和物一定的流动性。 砂率过大时,骨料的总表面积及空隙率都会增大,在水泥浆含量不变的情况下,相对地水泥浆显得少了,减弱了水泥浆的润滑作用,导致混凝土拌和物流动性降低。 如果砂率过小,又不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层,也会降低混凝土拌和物的流动性,而且会严重影响其粘聚性和保水性,容易造成离析、流浆。,因此,砂率既不能过大,也不能过小,应有一个合理砂率值。 当砂率适宜时,砂不但填满石子间的空隙,而且还能保证粗骨料间有一定厚度的砂浆层以减小粗骨料间的摩擦阻力,使混凝土拌和物有较好的流动性且能保持粘聚性和保水性良好,这个适宜的砂率称为合理砂率。 合理砂率可通
21、过试验、计算、查表等方法确定。,外加剂 在拌制混凝土时,加入少量的外加剂能使混凝土拌和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,而且有效地改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性。,影响混凝土强度的因素 水泥强度等级与水灰比 水泥强度等级和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素。 水灰比不变时,水泥强度等级越高,则硬化水泥石强度越大,对骨料的胶结力也就越强,配制成的混凝土强度也就愈高。 水泥强度等级相同的情况下,水灰比愈小,水泥石的强度愈高,与骨料粘结力愈大,混凝土强度愈高。 但水灰比过小,拌和物过于干稠,在一定的施工振捣条件下,混凝土不能被振捣密实,出现较多的蜂窝、孔洞,反将导致
22、混凝土强度严重下降。,混凝土强度经验公式: 式中:f cu混凝土28d抗压强度, Mpa ; C每立方米混凝土中水泥用量,Kg; W每立方米混凝土中水的用量,Kg; C/W灰水比; f ce水泥28d抗压强度实测值, Mpa ;在无法取得水泥实际强度时,可用下式计算: 式中:f cu,.k水泥强度等级标准值, Mpa ; c 水泥强度等级的富余系数,一般为1.13。, a 、 b回归系数,与骨料品种及水泥品种等因素有关,其数值通过试验求得。若无试验统计资料,则可按普通混凝土配合比设计规程(JGJ552000)提供的回归系数取用: 采用碎石 a 0.46 b 0.07 采用卵石 a 0.48 b
23、 0.33,公式的适用范围 只适用于流动性混凝土及低流动性混凝土,对于干硬性混凝土则不适用。 混凝土强度公式的应用 (1)可根据所用的水泥强度等级和水灰比来估计所配制混凝土的强度; (2)可根据水泥强度等级和要求的混凝土强度等级来计算应采用的水灰比; (3)可根据混凝土强度等级和采用的水灰比确定所用水泥的强度等级。,集料的特征 集料的强度 集料的种类 集料的级配 集料的表面状态 集料的粒形 集料的有害杂质和弱颗粒含量,养护温度和湿度 混凝土强度是一个渐进发展的过程,其发展的程度和速度取决于水泥的水化,而混凝土成型后的温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。 因此,混凝土浇捣成型后,必须在
24、一定时间内保持适当的温度和足够的湿度以使水泥充分水化,保证混凝土强度不断增长,以获得质量良好的混凝土。,养护温度 养护温度高,水泥水化速度加快,混凝土强度的发展也快; 在低温下混凝土强度发展迟缓。当温度降至冰点以下时,则由于混凝土中水分大部分结冰,不但水泥停止水化,混凝土强度停止发展,而且由于混凝土孔隙中的水结冰产生体积膨胀(约9),而对孔壁产生相当大的压应力(可达100MPa),从而使硬化中的混凝土结构遭受破坏,导致混凝土已获得的强度受到损失。 混凝土早期强度低,更容易冻坏。冬季施工时,要特别注意保温养护,以免混凝土早期受冻破坏。,湿度 水泥水化必须在有水的条件下进行,湿度适当,水泥水化反应
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