混凝土(三).ppt

第五章混凝土 三 一 轻骨料混凝土用轻粗骨料 轻细骨料 或普通砂 和水泥配制而成的混凝土 其干表观密度 1950kg m3 称为轻骨料混凝土 当粗细骨料均为轻骨料时 称为全轻混凝土 当细骨料为普通砂时 称砂轻混凝土 第五节其它品种混凝土 1 轻骨料的种类粒径凡是骨料粒径为5mm以上 堆积密度小于1000kg m3的轻质骨料 称为轻粗骨料 粒径小于5mm 堆积密度小于1200kg m3的轻质骨料 称为轻细骨料 来源 天然轻骨料 如浮石 火山渣及轻砂等 工业废料轻骨料 如粉煤灰陶粒 膨胀矿渣 自燃煤矸石等 人造轻骨料 如膨胀珍珠岩 页岩陶粒 粘土陶粒等 2 轻骨料混凝土的强度等级按表观密度分为12个等级 强度等级按立方体抗压强度标准值分CL5 0 CL7 5 CL10 CL15 CL20 CL25 CL30 CL35 CL40 CL45 CL50等11个等级 按用途不同 分为三类 相应的强度等级和表观密度要求见表5 8 1 3 轻骨料混凝土的制作与使用特点 1 轻骨料本身吸水率较天然砂 石为大 若不进行预湿 则拌合物在运输或浇注过程中的坍落度损失较大 在设计混凝土配合比时须考虑轻骨料附加水量 2 拌合物中粗骨料容易上浮 也不易搅拌均匀 应选用强制式搅拌机作较长时间的搅拌 轻骨料混凝土成型时振捣时间不宜过长 以免造成分层 最好采用加压振捣 3 轻骨料吸水能力较强 要加强浇水养护 防止早期干缩开裂 4 弹性模量与变形弹性模量小 构件受力后挠度大 但极限应变大 有利于改善构件抗震或抵抗动荷载的能力 4 应用范围由于质轻 比强度高 保温隔热好 抗震性能好 常用于 高层大跨度节能建筑 二 多孔混凝土多孔混凝土中无粗 细骨料 内部充满大量细小封闭的孔 孔隙率高达60 以上 多孔混凝土质轻 表观密度不超过1000kg m3 通常在300 800kg m3之间 保温性能优良 导热系数随其表观度降低而减小 一般为0 09 0 17W m k 可加工性好 可锯 可刨 可钉 可钻 并可用胶粘剂粘结 1 加气混凝土蒸压加气混凝土是用钙质材料 水泥 石灰 硅质材料 石英砂 尾矿粉 粉煤灰 粒状高炉矿渣 页岩等 和适量加气剂为原料 经过磨细 配料 搅拌 浇注 切割和蒸压养护 在压力为0 8MPa 1 5MPa下养护6 8h 等工序生产而成 加气剂一般采用铝粉膏 它能迅速与钙质材料中的氢氧化钙发生化学反应产生氢气 形成气泡 使料浆形成多孔结构 其化学反应过程如下 2 泡沫混凝土泡沫混凝土是将由水泥等拌制的料浆与由泡沫剂搅拌造成的泡沫混合搅拌 再经浇注 养护硬化而成的多孔混凝土 泡沫混凝土的技术性质和应用 与相同表观密度的加气混凝土大体相同 也可在现场直接浇注 用作屋面保温层 配制自然养护的泡沫混凝土时 水泥强度等级不宜低于32 5 否则强度太低 加气 泡沫混凝土的特性 1 轻质2 保温隔热性能好3 隔音耐火性能好在建筑物的楼层和高速公路的隔音板 地下建筑物的顶层等可采用该材料作为隔音层 加气 泡沫混凝土是无机材料 不会燃烧 从而具有良好的耐火性 在建筑物上使用 可提高建筑物的防火性能 4 其它性能泡沫混凝土还具有施工过程中可泵性好 防水能力强 冲击能量吸收性能好 价格低廉等优点 加气 泡沫混凝土的应用现状 1 混凝土砌块 混凝土砌块作为框架结构的填充墙 主要是利用该砌块隔热性能好和轻质高强的特点 尤以广东省应用最多 在北方 泡沫混凝土砌块主要用作墙体保温层 2 修建运动场和田径跑道使用排水能力强的泡沫或加气混凝土作为轻质基础 上面覆以砾石或人造草皮 作为运动场用 此类运动场可进行曲棍球 足球及网球活动 或者在泡沫混凝土上盖上一层0 05m厚的多孔沥青层及塑料层 则可作田径跑道用 3 管线回填地下废弃的油柜 管线 内装粗油 化学品 污水管 水电管线填充及其它空穴容易导致火灾或塌方 采用泡沫 加气混凝土回填可解决这些后患 费用也少 4 屋面边坡泡沫混凝土用于屋面边坡 具有重量轻 施工速度快 价格低廉等优点 坡度一般为10mm m 厚度为0 03 0 2m 采用密度为800 1200kg m3的泡沫混凝土 3 大孔混凝土大孔混凝土指无细骨料的混凝土 按其粗骨料的种类 可分为普通无砂大孔混凝土和轻骨料大孔混凝土两类 普通大孔混凝土是用碎石 卵石 重矿渣等配制而成 轻骨料大孔混凝土则是用陶粒 浮石 碎砖 煤渣等配制而成 有时为了提高大孔混凝土的强度 也可掺入少量细骨料 这种混凝土称为少砂混凝土 大孔混凝土的导热系数小 保温性能好 收缩一般较普通混凝土小30 50 抗冻性优良 三 高性能混凝土我国著名的混凝土科学家 中国工程院院士吴中伟教授对高性能混凝土的定义为 高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土 是在大幅度提高普通混凝土能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土 是以耐久性作为设计的主要指标 针对不同用的要求 对下列性能有重点地予以保证 即耐久性 施工性 适用性 强度 体积稳定性和经济性 高性能混凝土的主要技术性质 1 高性能混凝土由于非常致密 故抗渗 抗冻 抗碳化 抗腐蚀等耐久性指标均十分优异 可极大地提高混凝土结构物的使用年限2 由于混凝土强度高 因此构件截面尺寸可大大减小 从而改变 肥梁胖柱 的现状 减轻建筑物自重 简化地基处理 并使高强钢筋的应用和效能得以充分利用 3 混凝土的弹性模量高 徐变小 可大大提高构筑物的结构刚度 特别是对预应力混凝土结构 可大大减小预应力损失 4 混凝土的抗拉强度增长幅度往往小于抗压强度 随着强度等级提高 脆性增大 韧性下降 高性能混凝土应用中存在的问题 混凝土早期裂缝问题高性能混凝土 尤其是高强度的高性能泥凝土 混凝土早期收缩较大 易造成泥凝土的早期开裂 使渗透性降低 严重危害混凝土的耐久性 目前 有效地抑制泥凝土早期干缩微裂及离折裂纹产生的主要途径包括 降低泥凝土的单方用水量 增加矿物超细粉用量 减小水泥胶凝材料用量 在泥凝土中引入微小气孔 减小混凝土总收缩值 在混凝土中掺入纤维 避免连通毛细孔的形成 加强混凝土的早期湿养护等 四 自密实混凝土 1 流动性 2 良好的稳定性 不离析 3 钢筋和模板中的任何间隙 具有良好的通过能力 不产生阻塞 自密实混凝土流动性试验 自密实混凝土 普通混凝土 混凝土浇筑方向 梁 斜柱 斜柱 地坪 自密实混凝土 普通混凝土 自密实混凝土的匀质性情况 大流动性混凝土的匀质性情况 五 泵送混凝土保证混凝土良好可泵性的基本要求是 1 水泥应选用硅酸盐 普通硅酸盐 矿渣硅酸盐 粉煤灰硅酸盐水泥 不宜采用火山灰质硅酸盐水泥 2 掺合料与外加剂应掺用泵送剂或减水剂 并宜掺用粉煤灰或其他活性掺合料 3 骨料最大粒径一般不宜超过40mm或需要控制40mm以上的含量 粗 细骨料含量应较高 碎石不应大于输送管道内径的1 3 卵石的最大粒径不应大于输送管道内径的2 5 六 大体积混凝土 大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于2m或预定会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土 在建筑工程中常见的高层建筑的基础 大型整体浇筑的模块 水利 海工工程中的坝体 港口堤坝及市政工程中的大型桥 挡土墙等都属于大体积混凝土 七 预拌混凝土 又称商品混凝土 商品混凝土是将生产合格的混凝土拌合物 以商品的形式出售给施工单位并运到灌注地点 注入模板内 采用预拌混凝土 有利于实现建筑工业化 对提高温凝土质量 节约材料 实现现场文明施工和改善环境 因工地不需要混凝土原料堆放场地和搅拌设备 都具有突出的优点 并能取得明显的社会经济效益 八 防水混凝土 防水混凝土系指有较高抗渗能力的混凝土 通常其抗渗等级等于或大于 级 又称抗渗混凝土 防水混凝土的配制原理是 采取多种措施 使普通混凝土中原先存在的渗水毛细管通路尽量减少或被堵塞 从而大大降低混凝土的渗水 根据采取的防渗措施不同 防水混凝土可分为普通防水混凝土 外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土 九 纤维混凝土1 定义 以普通混凝土为基材掺入各种纤维材料用以改善抗拉性能的混凝土2 应用 公路路面 桥面 机场跑道护面等3 缺点 和易性差 施工时易成团和折断价格较高 十 再生混凝土定义 将废弃混凝土块经破碎 分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料 将利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土 称为再生骨料混凝土 简称再生混凝土 再生混凝土的基本性能 1 抗压强度与天然骨料混凝土相比 同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗压强度约低15 但其相差的幅度会随着龄期的增长而慢慢缩小 再生混凝土的强度和所使用的废弃混凝土的强度有着紧密的联系 在同一水灰比的条件下 再生骨料强度越高再生混凝土的强度也就越高 2 坍落度再生混凝土的坍落度和起再生骨料所取代的比例有关 由于再生骨料比天然骨料的吸水率大 空隙多 表面粗糙度高 用浆量多 所以在相同水灰比的条件下再生混凝土中再生骨料所取代的比例越高其坍落度就越小 3 干缩性由于再生混凝土使用的是吸水率大 空隙率高的再生骨料 所以它的干缩性比天然骨料混凝土要大且其干缩的程度和干缩持续的时间随其再生骨料取代比例的增大而增大和加长 4 用水量再生骨料内部缺陷多 用水量大 5 表观密度再生骨料表面粗糙 摩擦阻力大 其混凝土难以振捣密实 再者再生骨料内部缺陷多 空隙率大 表观密度小 第六节 普通混凝土配合比设计 混凝土的配合比是指1m3混凝土各组成材料用量之比 一 配合比及其表示方法 配合比主要有 质量比 和 体积比 两种表示方法 工程中常用 质量比 表示 质量配合比的表示方法 1 以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示 例如水泥mc 295kg 砂ms 648kg 石子mg 1330kg 水mw 165kg 2 以各组成材料用量之比表示 例如上例也可表示为 mc ms mg 1 2 20 4 51 mw mc 0 56 二 配合比设计的要求 满足结构设计的强度等级要求 满足混凝土施工所要求的和易性 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求 符合经济原则 即节约水泥以降低混凝土成本 三 配合比设计基本参数 水灰比 mw mc 单位用水量 mw 和砂率 s 是混凝土配合比设计的三个基本参数 水泥 水 砂 石子 水泥浆 骨料 混凝土 单位用水量mw 砂率 w 水灰比mw mc 与强度 耐久性有关 与流动性有关 与粘聚性 保水性有关 四 配合比设计的步骤与方法 1 确定基本满足强度和耐久性要求的初步配合比2 在实验室实配 检测 进行工作性调整确定混凝土基准配合比 3 通过对水灰比的微调 确定水泥用量最少但强度能满足要求的实验室配合比 设计配合比 4 考虑砂石的含水率计算施工配合比 实际配合比 1 混凝土设计强度等级 fcu k 和标准差 2 材料的基本情况3 混凝土的工作性要求 如坍落度指标 4 与耐久性有关的环境条件5 工程特点及施工工艺 五 配合比设计的基本资料 一 初步计算配合比 1 计算混凝土配制强度fcu 0式中 fcu 0 混凝土配制强度 MPa fcu k 混凝土立方体抗压强度标准值 即混凝土强度等级值 MPa 混凝土强度标准差 MPa 混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定 并应符合以下规定 当无统计资料计算混凝土强度标准差时 其值按现行国家标准 混凝土结构工程施工及验收规范 GB50204 的规定取用 一 初步计算配合比 混凝土强度标准差p93表 一 初步计算配合比 2 确定水灰比mw mc 1 按混凝土强度要求计算水灰比 fce 水泥28d抗压强度实测值 Mpa 一 初步计算配合比 2 复核耐久性为了使混凝土耐久性符合要求 按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值 否则混凝土耐久性不合格 此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值 查表5 19 P86 一 初步计算配合比 3 确定单位用水量mw 1 水灰比在0 40 0 80范围内时 根据粗集料的品种 粒径及施工要求的坍落度 按下表选取 塑性混凝土的单位用水量 kgp95表5 24 2 水灰比小于0 40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定 3 掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算 mwa mw0 1 式中 mwa 掺外加剂时混凝土的单位用水量 kg mw0 未掺外加剂时混凝土的单位用水量 kg 外加剂的减水率 应经试验确定 干硬性混凝土的单位用水量 kgp95表5 23 4 计算水泥用量mc 1 计算 2 复核耐久性将计算出的水泥用量与规定的最小水泥用量比较 如计算水泥用量不低于规定的最小水泥用量 则耐久性合格 否则耐久性不合格 此时应取规定的最小水泥用量 查表5 19 P86 5 确定砂率 s 主要从满足工作性和节约水泥考虑 1 坍落度为10 60mm的混凝土砂率 可根据粗骨料品种 粒径及水灰比按下表选取 2 坍落度大于60mm的混凝土砂率 可经试验确定 也可在下表基础上 坍落度每增大20mm 砂率增大1 确定 3 坍落度小于10mm的混凝土 其砂率应经试验确定 混凝土砂率 P96表5 25 6 计算砂 石子用量ms0 mg0 1 体积法又称绝对体积法 1m3混凝土中的组成材料 水泥 砂 石子 水经过拌合均匀 成型密实后 混凝土的体积为1m3 即 Vc Vs Vg Vw Va 1 解方程组 可得ms0 mg0 式中 c s g w 分别为水泥的密度 砂的表观密度 石子的表观密度 水的密度 kg m3 水泥的密度可取2900 3100kg m3 混凝土的含气量百分数 在不使用引气型外加剂时 可取 1 2 质量法质量法又称为假定体积密度法 假定混凝土拌合物的质量为mcpkg 解方程组可得ms0 mg0 式中 mc0 ms0 mg0 mw0 分别为1m3混凝中水泥 砂 石子 水的用量 kg mcp 1m3混凝土拌合物的假定质量 kg 可取2350 2450kg m3 s 混凝土砂率 7 计算基准配合比 1 以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示 2 以组成材料用量之比表示 mc0 ms0 mg0 1 x y mw mc 例题 例题某工程现浇室内钢筋混凝土梁 混凝土设计强度等级为C30 施工采用机械拌合和振捣 选择的混凝土拌合物坍落度为35 50mm 施工单位无混凝土强度统计资料 所用原材料如下 水泥 普通水泥 强度等级42 5MPa 实测28d抗压强度48 0MPa 密度 c 3 1g cm3 砂 中砂 级配2区合格 表观密度 s 2 65g cm3 石子 卵石 5 40mm 表观密度 g 2 60g cm3 水 自来水 密度 w 1 00g cm3 试用体积法和质量法计算该混凝土的初步配合比 解 1 计算混凝土的施工配制强度fcu 0 根据题意可得 fcu k 30 0MPa 查表3 24取 5 0MPa 则fcu 0 fcu k 1 645 30 0 1 645 5 0 38 2MPa2 确定混凝土水灰比mw mc 1 按强度要求计算根据题意可得 fce 48 0MPa a 0 48 b 0 33 则 2 复核耐久性 经复核 耐久性合格 3 确定用水量mw根据题意 骨料为中砂 卵石 最大粒径为40mm 查表取mw0 160kg 4 计算水泥用量mc0 1 计算 2 复核耐久性经复核 耐久性合格5 确定砂率 s 根据题意 采用中砂 卵石 最大粒径40mm 水灰比0 50 查表 s 28 33 取 s 30 6 计算砂 石子用量ms0 mg0 1 体积法将数据代入体积法的计算公式 取 1 可得 解方程组 可得ms0 570kg mg0 1330kg 2 质量法假定混凝土拌合物的质量为mcp 2400kg 将数据代入质量法计算公式ms0 mg0 2400 320 160解方程组 可得ms0 576kg mg0 1344kg 6 计算基准配合比 1 体积法mc0 ms0 mg0 320 570 1330 1 1 78 4 16 mw mc 0 50 2 质量法mc0 ms0 mg0 320 576 1344 1 1 80 4 20 mw mc 0 50 二 确定混凝土基准配合比 1 试配按初步计算配合比称取一定质量的组成材料 拌制15L或25L混凝土 分别测定其和易性 强度 最大粒径小于等于31 5mm时为15L最大粒径小于等于40mm时为25L2 调整 调整和易性 确定基准配合比测拌合物坍落度 并检查其粘聚性和保水性能 如实测坍落度小于或大于设计要求 可保持水灰比不变 增加或减少适量水泥浆 如出现含砂不足 粘聚性和保水性不良 可适当提高砂率 每次调整后再试拌 直到符合要求为止 记录好各种材料调整后用量 并测定混凝土拌合物的实际体积密度 o h 计算调整后混凝土试样总质量 mcb msb mgb mwb mQb