建筑材料4混凝土

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,第五节,混凝土,（concrete）,混凝土是由胶凝材料、粗细骨料(又称集料)加水拌和后，经一定时间硬化而成的人造石材。,世界上用量最大的人工建筑材料。,一、混凝土的分类,1.按胶凝材料分类：,水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、碱矿渣混凝土、聚合物混凝土。,2.混凝土按照体积密度大小分为三类：,(1)重混凝土(,0,2500Kg/M,3,),(2)普通混凝土(,0,=19502500Kg/M,3,),(3)轻混凝土(,0,10%）。,矿物外加剂(掺合料、外掺料)：,是指在混凝土拌合物中掺入量超过水泥质量的,5,，在配合比设计时，需要考虑体积或质量变化的外加材料。如粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等。,掺减水剂可以产生以下几个方面的效果,a在原配合比不变的条件下，可增大混凝土拌合物的流动性，且不致降低混凝土的强度。,b在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以减少用水量及水泥用量，节约水泥。,c在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可以减少用水量，从而降低水灰比，使混凝土的强度及耐久性得到提高。,2)减水剂常用品种,(1)普通减水剂（减水率510%）,木质素系减水剂,多元醇系,(2)高效减水剂(减水率10%25%）,萘系减水剂,水溶性树脂减水剂,(3)高性能减水剂（减水率25%）,氨基磺酸盐、多羧酸系接枝类共聚物,(4)复合减水剂,2. 早强剂,多用于加速砼硬化，缩短施工周期，加快施工速度提高模板周转率以及抢修工程,早强剂与其他外加剂的复配：,（,1,）复合早强剂早强效果更好,（,2,）早强减水剂发挥早强、减水,的共同特点,3. 引气剂,使砼在搅拌过程中引入在量的均匀分布的封闭的微小气泡，（,201000um,）。,主要目的：,（,1,）改善砼和易性滚珠作用；,（2,）提高防渗、抗冻性（一定引气量范,围内）；,（,3,）强度一般降低，但可以由减水作用,得到一定的补偿。,松香类：松香热聚物，松香皂,0.0050.02%,；引气量,35%；,木质素类：不是以引气为主要目的，故掺量稍大，且引气量也不大；,烷基苯磺酸盐类：十二烷基苯磺钠等（,0.0050.02%,）,皂素类：,0.0010.01%,常用引气剂品种,4. 缓凝剂,延长混凝土及砂浆的凝结时间,常用缓凝剂类别及掺量范围,无机类：,（1）硼酸盐、磷酸盐、锌盐等（0.10.2%）,有机类：,（2）羟其羧酸及盐类；酒石酸，柠檬酸、葡糖酸等（0.030.1%）,（3）含糖碳水化合物类，糖蜜、葡糖、蔗糖等（0.10.3%）,（4）木质素磺酸类：MCa，MNa等（0.20.8%）,（5）多元醇类：如纤维素，多元醇等（0.010.3%,主要机理：,缓凝剂吸附于水泥颗粒表面，阻碍与水的水化而获得缓凝性。,总之，无论何种外机剂，均应以其中离子对砼性能，特别是强度和耐久性不产生影响。再者要注意,外加剂使用要点：掺量；掺加方法；与水泥的适应性；相互间适应性；有害离子； 品种选择；,（一)、 混凝土拌合物的和易性,和易性的概念,(,流动性,、,粘聚性,和,保水性,),四、 混凝土的技术性质,1、影响和易性的主要因素,1)材料品种与用量的影响,水泥品种和细度：,用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和粘聚性也较好。,水泥浆数量：,水泥浆数量不能太多也不能太少,水灰比(,单位用水量,),砂率,(sand percentage),砂率与坍落度的关系曲线,(,最优砂率,),砂率与水泥浆用量的关系曲线,混凝土砂率选用表,与,砂率的计算公式,外加剂(减水剂、泵送剂)和掺合料(粉煤灰),2)环境的温度与湿度的影响,环境的温度,高，,空气湿度小，拌合物水分蒸发快，坍落度损失大，坍落度小。,3)工艺对和易性(workability)影响,拌合好，塌落度(slump)大。,2. 混凝土和易性的评定,坍塌度试验法 1-4-17,维勃稠度试验法 表1-4-16,混凝土拌合物流动性的分级,四、 硬化混凝土的技术性质,随着水化的进行，混凝土开始凝结、硬化，最后形成具有强度的固体。在此过程中，混凝土的结构不断发生变化，其强度也在不断的增加。,1,强度产生的原因：,胶凝材料水化产物，形成水泥石，水泥石包裹在集料周围。,（一）、混凝土强度,3. 混凝土的抗压强度与强度等级,1),混凝土标准立方体抗压强度,2),混凝土立方体抗压强度标准值,3),强度等级,5. 影响混凝土强度的因素,1)水泥强度等级和水灰比,混凝土强度与灰水比的关系,2),骨料的种类、质量及数量,3)湿度与温度的影响,混凝土强度与保持潮湿日期关系,养护工艺,养护温度对混凝土强度的影响,6.,提高混凝土强度的主要措施,1)选料：水泥、骨料、外加剂、掺合料,2)采用机械搅拌和振捣,捣实方法对混凝土强度的影响,3)养护工艺方面,1.、混凝土耐久性的概念,耐久性的概念：砼抵抗所处环境的作用破坏的能力，如温度、湿度，化学侵蚀介质等。,环境对砼的作用：,物理作用如冻融、渗透以及磨蚀，空蚀等；,化学作用，如各种酸、碱、侵蚀，碳化、碱集料反应以及砼中的钢筋锈蚀等。,（二 ） 混凝土的耐久性,2、耐久性类型,1),混凝土的抗渗,性,2),混凝土的抗冻性,3),混凝土抗侵蚀性,4),混凝土的碳化,5),混凝土的碱,一,骨料反应,6）磨损与气蚀,三、提高混凝土耐久性的主要措施,1,合理选择水泥品种,2,增加砼密实度,W/C,成型方法,集料级配（包括砂率）等,3,质量性能稳定的集料针对碱集料反应尤其注意。,4,掺加矿物掺合料、引合剂、防渗剂等,5,砼表面处理（特别是裂缝防护）,6. 规定最小水泥用量,五、 普通混凝土的配合比设计,（一）、,混凝土配合比的表示方法,以每,1,m,3,混凝土中各项材料的质量比表示。例如,1,m,3,混凝土：水泥,300kg,，水,180kg,，砂,720kg,，石子,1200kg,，每,1,m,3,混凝土总质量为,2400kg,。,以各项材料间的质量比来表示,(,以水泥质量为,1),。例如，将上例换算成质量比为：水泥砂石,shui,=1,2.4,4.0,0.6,，水灰比,为,0.60,。,（二）、混凝土配合比设计的基本要求,满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性；,满足混凝土结构设计的强度等级；,满足耐久性要求；,节约水泥，降低成本。,三、 混凝土配合比设计中的三个基本参数,水与水泥之间的比例关系，用水灰比表示；,砂与石子之间的比例关系，用砂率表示；,水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量来反映(1m,3,混凝土的用水量)。,（四）、 混凝土配合比设计的步骤,(1)初步配合比的计算,(2)基准配合比的确定,(3)实验室配合比的确定,(4)施工配合比,混凝土标准立方体抗压强度,(standard cube compressive strength),以边长为,150mm,的立方体试件为标准试件，标准养护,28d,，测定其抗压强度来确定。,边长为,100mm,的立方体试件，应乘以强度换算系数,0.95,边长为,200mm,的立方体试件，应乘以强度换算系数,1.05,。,混凝土强度等级(strength grading),混凝土强度等级是根据混凝土立方体抗压强度标准值,(MPa),来确定，用符号,C,表示，划分为,C7.5,、,C10,、,C15,、,C20,、,C25,、,C30,、,C35,、,C40,、,C45,、,C50,、,C55,、,C60、C70、C80,等。,轴心(棱柱体)抗压强度,150mm,l50mm,300mm,的棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件。,采用100mm100mm300mm棱柱体试件，最后计算强度值时，乘以相应的尺寸换算系数(0.95)。,棱柱体试件抗压强度与立方体试件抗压强度之比为,0.7-0.8,。一般取0.76。(原因),混凝土受力破坏的过程，实际是混凝土裂缝的发生及发展的过程，也是混凝土内部结构从连续到不连续的演变过程。,骨料对强度的影响,骨料强度高，混凝土强度高,骨料与水泥石的粘结强度高，混凝土强度高。在相同水泥强度等级及相同水灰比的条件下，碎石混凝土的强度较卵石混凝土高。,骨料粒径越大，对强度反而不利；,养护工艺,a.,标准养护：温度为，相对湿度为,90%,以上；,b.,水中养护：试件全浸在水中，水温为20，试件与周围介质可以实现水分自由交换。,c.,绝湿养护：温度20 ，试件与周围介质无水分自由交换。,d.,自然养护：周围介质为空气，温度自由变化，表面保湿。,蒸汽养护：,蒸压：温度大于100 ，压力大于1 个大气压的水蒸气,蒸养：温度等于100 ，压力等于1 个大气压的水蒸气,轴心抗拉强度,用“”字形试件或棱柱体试件直接测定,。,试件夹头附近的局部破坏很难避免，而且外力作用线与试件轴心方向不易一致，试验难度较大，试验结果不准确,。,劈裂抗拉强度,水灰比理论,公式中，A、B,为系数，其,值大小与集料种类有关。,AC卸荷应力应变曲线呈直线,有残余变形,初始弹性模量,E,c,=tan,0,割线弹性模量,切线弹性模量,混凝土弹性模量(elasticity modulus),影响Ec的因素：,集料与水泥石的,Ec,，主要是骨料,Ec,（集料,Ec,，则砼,Ec,）；,W/C,；,龄期；,强度,，则,Ec；,砼试件的含水率,，则,Ec；,集灰比,混凝土的抗渗性,抗渗性指的是砼抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能，它直接影响砼的抗冻性及抗化学侵蚀性及钢筋锈蚀等。,抗渗性主要与砼内部的孔隙大小及孔隙（开放的孔隙及毛细管通路）特征以及砼密（蜂窝、孔洞等）实行有关。,混凝土的抗渗性用抗渗标号表示。抗渗标号是以,28d,龄期的标准试件，按规定方法进行试验，以所能承受的最大水压力确定，分为,P,2,、,P,4,、,P,6,、,P,8,、,P,10,、,P,12,等，它们分别表示试件出现渗水时的最大压力为,0.2,、,0.4,、,0.6,、,0.8,、,1.0,、,1.2MPa,。,影响砼抗渗性的因素：,W/C,骨料的最大粒径,养护条件,水泥品种及细度过外加剂,掺合料,龄期,混凝土的抗冻性,砼抗冻性是指砼在水饱和状态下，经多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。,在寒冷地区，砼在接触水又受冻的环境下，由于砼孔隙中的水结冰、膨胀；同时因为冰与水的蒸气压不同造成的渗透压力，这两种作用若超过砼（砼是脆性材）的抗拉强度，砼就会产生裂缝。,裂缝一经产生，待水融化后更多水渗入砼内部，造成的裂缝就更多。,混凝土的抗冻性，常用抗冻标号来表示。抗冻标号是以,28d,龄期的混凝土试件，在水饱和状态下所能承受的冻融循环次数而确定的。混凝土的抗冻标号分为：,F10,、,F15,、,F25,、,F50,、,F100,、,F150,、,F200,、,F250,、,F300,等九个等级。分别表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为：,10,、,15,、,25,、,50,、,100,、,150,、,200,、,250,、,300,。例如，混凝土试件经,50,次冻融循环后，强度降低不超过,25,，质量损失率不超过,5,时，它的抗冻标号就达到,F50,。,决定砼抗冻性的因素：,砼的密实度,孔隙结构特征,砼龄期,砼强度,引气剂,混凝土抗侵蚀性,混凝土可能因化学介质的作用而遭受腐蚀。一般来说，化学腐蚀破坏的形式不外乎：水泥石中某些组分被介质溶解；介质与水泥石发生化学反应后的生成物是溶于水的；化学反应后生成物体积与反应前比显著增大，即体积膨胀。化学腐蚀介质主要指流动的淡水、某些盐类、酸类、碱类的溶液、海水等。混凝土受这些介质作用后是如何遭受破坏的，已在水泥一章中叙述。,影响因素：,砼密实度,a.,水灰比,b.,成型方法,；,孔隙特征；,砼强度,混凝土的碳化(carbonation),又叫混凝土的中性化。,混凝土的碳化作用是空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙在有水存在的条件下发生化学作用，生成碳酸钙和水。,碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。,碳化对混凝土最主要的影响是使混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀。,碳化还会引起混凝土收缩,(,碳化收缩,),，容易使混凝土的表面产生微细裂缝。,混凝土的碱一骨料反应,骨料中的活性氧化硅（,SiO,2,）与水泥中的碱（并非,Ca(OH),2,等）性氧化物之间发生反应，碱性氧化物水斛，生成,NaOH,，,KOH,，与,SiO,2,反应生成碱硅酸凝胶，吸水可以无限膨胀，由于此反应发生在集料,水泥石界面，被水泥石包裹，碱硅酸凝胶膨胀使水泥石胀裂。,除此之外，还有碱碳酸凝胶反应等；,这一反应发生的条件：,集料中的活性,SiO,2,，,水泥中的含碱量；这一反应很慢，一般等待几条后才有可能出现。只有当,K=Na,2,O%+0.658K,2,O%0.6%,时，,水是其充分条件,影响碱集料反应的因素：,集料活性，水泥中的碱含量，水份，集料粒径，粒径越小，则反应膨胀越大，砼密实度，所采取的措施,抑制碱集料反应的措施：,断绝三条件中的任何一条件，包括外加剂中的碱含量；,掺用活性混合材，（掺合料）,机理：,a.,混合材与碱起反应，同时混合材粒径小，比表面积大，因此反应快；,b.,降低了作用于集料表面的碱含量，使碱组分的发挥分散于整个砼体系中；,c.,形成了石灰碱氧化硅络合物，此物不膨胀,增加砼密实度，减小水份的渗透,加入引气剂,曲线窄而高，说明强度比较集中，波动小，混凝土的均匀性好，施工水平较高,。,曲线矮而宽，表示强度数据的离散程度大，说明施工控制水平差,混凝土强度平均值,标准差,变异系数,不同t值的保证率P,生产长期稳定时强度的检验评定,当混凝土强度等级,C20,时,mf,cu,f,cu,k,+0.7,0,f,cu,min,f,cu,k,0.7,0,f,cu,min,0.85f,cu,k,当混凝土强度等级,C20,时,mf,cu,f,cu,k,+0.7,0,f,cu,min,f,cu,k,0.7,0,f,cu,min,0.90f,cu,k,式中：,mf,cu,同一验收批试块的平均强度，,MPa,；,f,cu,k,混凝土设计强度等级，,MPa,；,0,同一验收批试块强度的标准差，,MPa,；,f,cu,min,同一验收批强度的最小值，,MPa,用合格判定系数进行强度的评定,mf,cu,-,1,0,0.9f,cu,k,f,cu,min,2,f,cu,k,式中：,0,同一验收批试块强度的标准差，,MPa,；当,0,计算值小于,0.06f,cu,k,时，取,0,=0.06f,cu,k,；,1,、,2,合格判定系数,(,表,5.28),。,零星混凝土的非统计法评定,mf,cu,1.15f,cu,k,f,cu,min,0.95f,cu,k,混凝土配合比设计实例,某工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为,C25,，施工要求坍落度为,50-70mm,。不受风雪等作用。施工单位的强度标准差为,4.0MPa,。所用材料：,42.5,普通硅酸盐水泥，实测,28d,强度,48MPa,，,c,=3.15g,cm,3,；中砂，符合区级配，,0s,=2.6g,cm,3,；碎石，粒级,5-40mm,，,0g,=2.65g,cm,3,；自来水。现场砂含水率,3,，石含水率,1,，求施工配合比。,初步配合比的计算,1),确定配制强度,2),初步确定水灰比值（W/C）,3),选择每1m,3,混凝土的用水量(W,0,),4),计算混凝土的单位水泥用量(C,0,),5),选取合理砂率S,p,6),计算1m,3,混凝土中砂、石骨料的用量,7),书写初步配合比,确定配制强度,计算混凝土试配强度,(f,cu,0,),f,cu,0,=f,cu,k,+t,=25+1.645,4,=31.58MPa,确定水灰比（W/C）,选择每1m,3,混凝土的用水量(W,0,),查,表,5.15,，取,W,0,=190kg,(按新规范应为185kg)。,计算混凝土的单位水泥用量(C,0,),选取合理砂率S,p,参照本章5.3,查,表,5.16,，取,S,p,=33,。,计算1m,3,混凝土中砂、石骨料的用量,绝对体积法,假定表观密度法,绝对体积法,绝对体积法是基于这样考虑：即捣实后，混凝土拌合物的体积等于各组成材料体积及少量空气体积之总和。,式中混凝土含气量系数，在不使用含气型外加剂时，可为1（即含气量为1%）。,假定表观密度法,一般强度等级为C7.5C15的混凝土，其表观密度为2360kgm,3,左右；强度等级C20C30的为2400kgm,3,左右；强度等级C40，为2450kgm,3,。,W,0,C,0,S,0,G,0,oh,190284S,0,G,0,2400,式中,oh,为捣实后混凝土的表现密度。,S,0,=636kg, G,0,=1290kg,书写初步配合比,绝对体积法结果：,C,0,S,0,G,0,=2846141254,W,0,C,0,=190284,C,0,S,0,G,0,=1,2.16,4.42,W,0,C,0,=0.67,假定表观密度法结果：,C,0,S,0,G,0,=284,636,1290=1,2.24,4.54,W,0,C,0,=0.67,基准配合比的确定,根据骨料最大粒径，配制,30L,混凝土拌合物(在此以绝对体积法的配比为例)。测定其坍落度值为,85mm,，大于设计要求的,50-70mm,，故需进行坍落度调整，其方法如下：保持水灰比不变，增加砂用量,1,和碎石用量,1,后，测得坍落度为,70mm,，粘聚性、保水性均良好，满足设计要求，同时，测得混凝土表观密度为,2410kg,m,3,。由此得到基准配合比为：,C,1,S,1,G,1,W,1,=290,633,1293,194,=1,2.18,4.46,0.67,轻骨料混凝土,用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制的，干表观密度不大于1950kgm,3,的混凝土，称轻骨料混凝土。,轻骨料混凝土的强度等级用CL表示，如CL5.0-CL50。,轻质、保温隔热,（,1,）轻集料来源：,工业废弃物，粉煤灰陶粒，自燃煤矸石，煤渣等；,天然轻集料：浮石、火山渣、及其他轻砂；,人造轻集料，以地方材料加工而成，如页岩陶粒、粘土陶粒。,以集料不同而可将轻集料砼分为以上三类。,（,2）轻集料砼施工中应注意的问题,轻集料由于孔隙率大，吸水性强，在施工时一般先将集料润湿，再拌制砼；,轻集料润湿，易上浮，注意砼的均匀性；,外加剂应在轻集料吸水后再加入；,注意流动性损失；,注意早期养护，因为轻集料砼表面失水更快，表面起网状裂纹。,（,1,）加气砼：钙质材料（水泥、石灰）、硅质材料（石英砂、,FA,、,Slag,等）和加气剂（,AL,粉为多）作为原材料，经磨细、配料、搅拌、浇注、切割和压蒸养护而成。,（,2,）泡沫砼：水泥也可掺入掺和料，水泥浆与泡沫剂搅拌，硬化而成。,特细砂混凝土,凡砂的细度模数在1.6以下或平均粒径在0.25mm以下的称为特细砂。使用这种砂配制的混凝土称为特细砂混凝土。,有关技术规程：,特细砂混凝土配制及应用规程,(BJG19-65)；,特细砂混凝土应用技术规程,(,DB51/5002),离析,混凝土各组成材料密度大小不一，在自重作用下，使得集料与浆体分布不均匀。,离析的测试方法通常在测塌落度时肉眼观察离析情况。,离析对混凝土性能影响（1,）施工性能；（2）强度（3）耐久性。,促使离析加重的因素,（1）粗、细集料粒径相差过大；（2）砂率过小；（3）水灰比过大；,加入引齐剂和掺和料、提高砂率、降低水胶比可以尽力避免离析。,泌水,混凝土在凝结之间，水中最轻的水从其余混合料中分离。通常也是通过肉眼观察。,泌浆,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。,降低泌水的技术措施：,1. 引气剂,2. 超细掺和料,3. 提高水泥细度,4. 降低水灰比,原材料影响：,水泥细度,，引气量；,水泥掺量,，引气量；,最大集料粒径,，引气量；,Sp，引气量；,天然砂引气量大于人造砂，卵石大于碎石；,温度,，含气量；,搅拌时间；,W/C，含气量；,水泥颗粒,水泥颗粒,水泥颗粒,填充效应,掺和料,颗粒,微集料效应模型,水化产物（CSH、CH等）,水泥,熟料颗粒,矿物掺和料,气泡,液相,掺和料的形貌效应包括掺和料的粒形、表面光滑度及颗粒质地是否致密、坚硬。,分析掺和料的形貌效应大小，很明显，颗粒呈球形，表面光滑且颗粒坚硬致密的掺和料形貌效应要好。光滑、坚硬的球形颗粒在混凝土中可以起到一种“滚珠”的作用，对混凝土浆体具有润滑性，增加混凝土拌合物的流动性。,同时，若掺和料表面粗燥、多孔，且若质地较软的话，它的表面吸附性也强，吸附大量的水分，减少了浆体中的自由水，而自由水对混凝土的流动性至关重要，所以导致混凝土拌合物流动性不好。表面光滑、质地坚硬的掺和料对水的吸附量少，所以混凝土拌合物的流动性高。,高性能混凝土定义,具有良好的工作性(坍落度大于200mm)，早期强度高而后期强度不倒缩，体积稳定性好，耐久性好，在恶劣的使用环境条件下寿命长和匀质性好。,制备工艺,硅酸盐水泥+超细矿物掺和料+高效减水剂,高性能砼原材料的要求,（,1,）水泥；,（,2,）超细掺和料；,（,3,）高效减水剂；,（,4,）粗集料；,（,5,）细集料等。,高性能混凝土自身存在的问题,（1）高脆性；,（,2,）高粘聚性；,（,3,）收缩；,（,4,）尺寸效应；,（,5,）高温爆裂性；,（,6,）龄期,大孔混凝土,无砂大孔混凝土是由水泥、粗骨料和水拌制而成的一种不含砂、或含少量砂的轻混凝土。,保温性能好，吸湿性小，收缩小。适宜用作墙体材料。,