《普通混凝土选》PPT课件.ppt

混 凝 土 Concrete,第 五 章,本章主要内容,介绍了各种水泥混凝土的组成、结构与性能，以及混凝土的配合比设计方法和应用。 普通混凝土 普通混凝土组成材料及其基本要求 混凝土外加剂 普通混凝土拌和物的性质 普通混凝土结构及性质 混凝土的质量评定 普通混凝土配合比设计 其他混凝土,学习方法指导,牢记基本概念混凝土是由胶凝材料(水泥)胶结各种粗、细颗粒状骨料，形成的一种颗粒堆聚材料。 理解混凝土中各组分材料的要求与作用； 熟悉混凝土的各种性质及其影响因素； 掌握混凝土的配合比设计方法和质量控制措施； 了解各种混凝土的应用技术。,概 述,1、定义： 混凝土是由胶结料和骨料混合、通过一定的工艺成型后、硬化而成的复合材料。 胶结料是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合。 水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材砼，,2、混凝土的种类,根据表观密度0： 普通混凝土 (2400kg/m3)； 轻混凝土 (1950kg/m3)； 重混凝土 (2600kg/m3)。,根据用途(功能)： 普通混凝土； 道路混凝土； 防水混凝土； 耐热混凝土； 耐酸混凝土； 防辐射混凝土； 膨胀混凝土； 装饰混凝土等。,根据生产与施工方法： 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 挤压混凝土 压力灌浆混凝土 预应力混凝土 离心混凝土等。,混 凝 土,3、混凝土的特点,耐久性能好； 组分材料来源丰富，经济性好； 容易成型为任意形状和尺寸的构件； 可大量利用工业废料； 可与钢材复合使用； 性脆易裂，抗拉强度低； 混凝土生产能耗较低，维护费用少。,混凝土是复杂的、随机性的材料 Concrete is a Complex and Random Material。,4、混凝土理论与技术的历史,1867年，钢筋混凝土理论； 1916年，混凝土强度的水灰比理论； 1925年，水灰比学说和恒定用水量法则； 1928年，混凝土的收缩与徐变理论，预应力技术； 20世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术； 20世纪90年代，高性能混凝土的概念与技术。,5、工程对混凝土的基本要求,满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载； 满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土； 具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命； 满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低、环境负荷少等。,混凝土材料工业的可持续发展 Sustainable Development of Concrete Industry,原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量，多利用工业废料绿色化； 推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的耐久性。,第 一 节,普 通 混 凝 土,三 问 ？,混凝土的组成与结构是什么(What) ？ 混凝土具有哪些性能(Which)？ 如何制备和使用混凝土(How)?,混凝土的宏观结构,粗骨料,细骨料,水泥石,过渡区,一、混凝土的组成与结构,（一） 普通混凝土的组成,水泥,水,水泥浆,石子,砂子,骨 料,新拌混凝土,100%体积,6075%,715%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,混凝土外加剂,为了改善或提高混凝土的性能,各组成材料的作用,骨 料 廉价的填充材料，节省水泥用量 混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展 传力作用 降低水化热 提供耐磨性,水泥浆 润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性 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,各组成材料的作用,水 混凝土中的拌和水有两个作用: 供水泥的水化反应 赋予混凝土的和易性 剩余水留在混凝土的孔（空）隙中 使混凝土中产生孔隙 对防止塑性收缩裂缝与和易性有利 对渗透性、强度和耐久性不利,各组成材料的作用,外加剂 化学外加剂：改善混凝土的性能 缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢； 促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度加快； 减水剂 减少拌和需水量； 引气剂 在混凝土中引起封闭气孔； 矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 矿渣,（二） 硬化混凝土的结构,宏观上，混凝土是一个砂、石颗粒状骨料分布在水泥石中形成的复合结构，主要由三相构成： 砂、石骨料是混凝土的骨架分散相； 水泥石是混凝土的基体相连续相； 骨料与水泥石间的过渡区界面相。,1) 骨料相的结构要素,骨料种类 来源不同：碎石、卵石(砾石) 岩石种类：花岗岩、石灰石等； 骨料的粒形 等径多面体 针片状多面体 骨料表面状态 表面光滑 表面粗糙 骨料颗粒尺寸与级配 骨料的分布,背散射扫描电镜照片,未水化水泥颗粒,C-S-H,氢氧化钙,单硫型硫铝酸盐,3) 过渡区相的结构要素,过渡区厚度； 过渡区固体颗粒尺寸与形状； 过渡区的孔隙率。,骨料,氢氧化钙,混凝土中骨料与水泥石间的过渡区,混凝土过渡区结构,骨 料,过渡区,水泥石本体,C-S-H,钙矾石,CH,骨 料,裂缝扩展的路径和方向,骨 料,水泥石,骨料周围的过渡区,过渡区相 ITZ Phase,1. 混凝土的结构特点,多物相、多孔性复合体 水泥石与砂石骨料均是多物相、多孔性材料 固体颗粒堆聚体 混凝土结构是一个各种尺寸的颗粒堆聚体，砂石颗粒堆积成骨架，水化物与水泥颗粒堆积成水泥石 复杂与非匀质性 骨料种类不一，形状与尺寸不等，分布不均； 水泥石组成与结构不均； 薄弱过渡区(厚度约1050m)的存在 非固定与可变性 水泥石和过渡区的组成与结构是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。,2. 混凝土的结构要素,各种尺寸固体颗粒分布的均匀性； 各种固体颗粒堆积的密实性； 固体颗粒的总表面积; 总孔隙率与界面孔隙率； 孔隙特征与孔径分布,3. 混凝土结构的影响因素,骨料的种类与体积含量 碎石：表面粗糙、针片状多，需浆量大，界面粘结好； 卵石(砾石)：表面光滑、针片状少，需浆量小，但界面粘结差。 骨料的粒径与级配 水泥用量 水灰比 施工工艺 养护条件,4. 理想的混凝土结构,密实 较大颗粒堆聚所留下的孔隙由较细颗粒填充，较细颗粒堆聚所留下的孔隙由更细颗粒所填充; 密实度最大或总孔隙率最小时，固体颗粒的总比表面积最小; 界面致密。 均匀 各种物相分布均匀,均匀、密实的多物相堆积体,Summary,普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加化学外加剂与矿物掺合料； 砂石构成混凝土的骨架，传递应力，限制变形； 水泥与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土流动性，硬化后将骨料颗粒胶结成整体； 混凝土微结构是由骨料相、水泥石相和界面过渡区相构成的复杂结构； 结构特点有 多物相、多孔性的堆积体 复杂而不均匀 非固定而多变 混凝土的理想结构均匀、密实的堆积体,二、普通混凝土的组成材料,骨 料 水 水 泥 外加剂,（一） 骨 料 Aggregate,1. 骨料的定义与用途,骨料是岩石类材料 骨料在工程中的应用： 水泥混凝土 沥青混凝土 道路基础 铁路道渣 砂浆 每年用量约为20亿吨 骨料的生产,混凝土中的骨料,经济上：在不影响混凝土性能的条件下，在混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝土的成本； 骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。,混凝土中骨料的基本要求,具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量； 骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力； 含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分； 具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。,2、骨料的种类,按照骨料粒径 粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎石 细骨料：粒径小于4.75mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、海砂 按照骨料的密度 普通骨料：堆积密度在15201680kg/m3的骨料 密度在25002700kg/m3 轻骨料： 堆积密度1120kg/m3的骨料 密度在1000kg/m3 重骨料： 堆积密度2080kg/m3的骨料 密度在35004000kg/m3,如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。,如铁矿石、重晶石等。,碎 石,卵 石,骨料的种类,普通骨料,轻骨料,重骨料,骨料的分类,骨料的种类,按照骨料来源分为： 天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、卵石、碎石等。 按照岩石的主要成分分为：氧化硅矿物、碳酸盐矿物、氧化铁矿物、硫化物矿物、粘土矿物等。 人工骨料： 热加工骨料：膨胀页岩、膨胀蛭石等； 工业副产物：矿渣、铁渣、粉渣等； 再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖等。,3、骨料的特性及其影响,骨料的含水状态 骨料的密度 骨料的粒径与级配 骨料的孔隙率 骨料的形状 骨料的表面特征 骨料的弹性模量 骨料的强度 骨料的坚固性 骨料的硬度,混凝土配合比设计所要求,影响新拌混凝土性能,影响硬化混凝土性能,(1) 骨料的密度、表观密度与堆积密度,密度 测量 可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密度。 直接测得的密度实际是骨料的表观密度，但由于砂、石的孔隙率小，将此法测得的密度为视密度密度。 大多数天然骨料的视密度为2.43.0。 堆积密度 测量 砂、石的堆积密度一般用固定体积法测量； 砂用5升的体积的质量确定； 石用10升体积的质量确定。 骨料堆积密度取决于颗粒粒径与级配,天然岩石的密度,(2) 骨料的粒径及其分布,骨料粒径及其分布 粗骨料：最大粒径与颗粒级配； 细骨料：细度模数与颗粒级配。 骨料粒径与颗粒级配影响骨料堆积孔隙 颗粒级配合理可减少堆积孔隙； 单一粒径越大，堆积孔隙越多。 粒径及其分布影响的混凝土性能 混凝土的用水量； 混凝土的水泥用量； 新拌混凝土的和易性 混凝土的微裂缝,骨料粒径越大，堆积的空隙越多，所需水泥浆用量越大,关于骨料粒径及其分布的几个基本概念,颗粒级配 指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况不同粒径颗粒的分布。 粗细程度 指的是不同粒径细骨料混合在一起的总体粗细程度平均粒径大小。 最大粒径 指的是粗骨料公称粒级的上限允许最大值。,1）砂子的颗粒级配与粗细程度,细度模数Mx 细度模数表征砂的粗细程度，可以理解为质均粒径，由筛分法测定。 细度模数越大，骨料越粗，根据细度模数将砂分为： 细砂（2.21.6）； 中砂（3.02.3）； 粗砂（3.73.1）。 级配曲线 级配曲线表示不同粒径砂的颗粒搭配情况； 根据级配曲线分为三个区：、； 级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。,颗粒级配与细度模数的测定,筛分法 ： 砂子标准筛：5.00 2.50 1.25 0.630 0.315 0.160mm共七个孔径的筛。 方法：将500g烘干的砂子试样由粗到细依次过筛，然后称出余留在各个筛上的砂子质量。 计算：各个筛上的余量为分计筛余ai，各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余Ai。 则：累计筛余Ai = ai （i = 1i） 然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线。 并用下式计算细度模数： Mx = (A2+A3+A4+A5+A6)-5A1 /(100A1),砂的级配曲线,问题？,砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什么？ 答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程度的差别。 细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细度模数相同吗？ 答：细度模数相同，级配不一定相同；但级配相同，细度模数一定相同。,2）石子的颗粒级配,石子的级配有连续级配和间断级配两种： 连续级配 要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有适当比例，这种级配较好； 间断级配 是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成粒级的间断，大粒径骨料间的空隙由比其小几倍的小粒径颗粒填充，从而降低堆积空隙率。 石子的颗粒级配也用筛分法测定。,细骨料,粗骨料,55%粗+45%细,空隙率24%,空隙率35%,空隙率44%,通过率,筛孔,（3）骨料的形状与表面特征,骨料的形状 骨料颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有： 等径颗粒 球形体颗粒：没有菱角和边； 多面体颗粒：有菱角和边。 针状颗粒 长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍； 片状颗粒 厚度小于平均粒径的0.4倍。 骨料的表面特征 表面粗糙程度； 是否有菱角； 干净程度等。,等径颗粒骨料,针片状骨料颗粒,针片状,球状,表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？,表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响混凝土的成本。 影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动。 影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大。 影响混凝土的强度 骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高； 针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料； 大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料,骨料对混凝土强度的影响,抗压强度（MPa),骨料最大粒径（mm）,对于富水泥浆的混凝土： 小粒径骨料可使混凝土强度较高； 大粒径可使混凝土强度较低。,对于贫水泥浆的混凝土： 大粒径骨料使混凝土强度较高； 小粒径骨料使混凝土强度较低；,骨料对混凝土强度的影响,抗压强度（psi),骨料最大粒径（in）,水灰比越小，骨料粒径对混凝土强度的影响越明显： 混凝土强度随骨料粒径的增大而降低,（4）骨料的含水状态,骨料含水有四种状态： 完全干燥 骨料表面及内部完全不含水； 气干 骨料表面完全不含水，而内部可能含小量水； 饱和面干 骨料的表面干燥而颗粒内部的孔隙含水饱和，此时的含水率为饱和面干吸水率。 含水湿润 骨料表面吸附水且湿润 对应的含水量： 吸水量； 有效吸水量； 表面含水量。,含水状态：完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水量： 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,（4）骨料的含水状态,骨料含水量的影响,骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。 计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。 骨料在饱和面干状态时，既不会从混凝土中吸水，也不会给出水。所含的水对混凝土无有害作用。 湿润状态下的自由水将成为混凝土拌和水的一部分，影响混凝土的和易性、强度和耐磨性。,（5）骨料的有害杂质,有害杂质的种类： 粘土、泥块、云母； 硫酸盐、硫化物、有机质； 活性SiO2； 针片状颗粒等。 有害杂质的危害： 影响水泥的水化、腐蚀水泥石； 影响混凝土的和易性 影响混凝土的强度与耐磨性； 增大混凝土的收缩； 引起碱骨料反应等。,含泥量很大的骨料,碱骨料反应,定义： 骨料中的活性SiO2与水泥中的Na、K等碱金属离子间的形成碱硅酸盐凝胶的化学反应； 危害： 在骨料与水泥石的界面产生的碱硅酸盐凝胶吸水后体积膨胀，导致水泥石开裂； 原因： 水泥中的含碱(Na2O、K2O)量0.6% 骨料中含有活性SiO2 ； 检验方法： 砂浆棒法，膨胀率0.10%。,（6）骨料的坚固性与强度,骨料的坚固性 骨料不因干/湿循环或冻/融循环等气候变化而产生体积变化导致混凝土的劣化。 骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。 粗骨料的强度对混凝土强度有一定影响，要求骨料强度是混凝土配制强度的1.5倍。,1）砂子的坚固性,定义： 砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力。 测试方法： 用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经5次循环后其质量损失率作为其评价指标。 测试原理： 硫酸钠(NaSO410H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。,2）石子的强度与坚固性,强度 一般以碎石或卵石的立方体强度或压碎指标来表示。 立方体强度 用505050mm3的立方体(或 5050 mm的圆柱体)岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。 压碎指标 将气干状态下1020mm的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在160300s内加荷至200kN，卸荷后称取试样质量（G），然后用孔径为2.5mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（G1）。 压碎指标 = (G-G1 )/G 100% 坚固性 可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固性。,P,P,骨料颗粒压碎强度试验示意图, 1.5倍 （ 1.2 1.7） 混凝土强度,一些岩石的弹性模量与泊松比,岩石种类 弹性模量(GPa) 泊松比(),花岗岩 6.0 60.0 0.11 0.23 闪长岩 60.080.0 0.25 辉绿岩 70.0110.0 砂 岩 6.0 25.0 0.07 0.22 凝灰岩 2.0 20.0 0.11 石灰岩 30.040.0 0.19 0.27 大理岩 50.080.0 0.25 0.58,一些岩石的线膨胀系数,岩石种类 线膨胀系数(106/C),花岗岩 5 11.9 闪长岩 4.110.3 辉绿岩