16-第三章-主要建筑材料五

第三章-主要建筑材料（五）第二节 主要建筑材料六、矿物掺和料掺和料是指在混凝土搅拌前或在搅拌过程中，直接掺入的人造或天然的矿物材料以及工业废料，其掺量一般大于水泥重量的5%，目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量等。混凝土掺和料主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉以及其他工业废渣。（一）粉煤灰从煤粉炉排出的烟气中收集到的颗粒粉末，称为粉煤灰。粉煤灰的化学成分主要有SiO3、Al2O3、CaO、MgO和SO3等。煤粉燃烧时，其中较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融成水滴状，到了炉膛外面，受到骤冷，就将熔融时由于表面张力作用形成的圆珠的形态保持下来，成为玻璃微珠，因此粉煤灰的颗粒形貌主要是玻璃微珠，其矿物组成主要为铝硅玻璃体。细度是评定粉煤灰品质的重要指标之一，一般来说，粉煤灰较细，品质较好。粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征，掺入混凝土中可产生以下三种效应，总称为粉煤灰效应。1.活性效应粉煤灰中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性，在水泥水化产生的Ca（OH）2和水泥中所掺石膏的激发下，能发生二次水化生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等产物，可作为胶凝材料起增强作用。2.形态效应粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃微珠，在混凝土拌和物中起“滚珠轴承”的作用，能减小内摩阻力，使掺有粉煤灰的混凝土拌和物比基准混凝土流动性好，便于施工，具有减水作用。3.微骨料效应粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大了混凝土的密实度。粉煤灰掺入混凝土中，可以改善混凝土拌和物的和易性、可泵性和可塑性，能降低混凝土的水化热，使混凝土的弹性模量提高，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗渗、抑制碱骨料反应等耐久性。粉煤灰取代混凝土中部分水泥后，混凝土的早期强度有所降低，但后期强度可以赶上甚至超过未掺粉煤灰的混凝土。（二）硅灰硅灰是在生产硅铁、硅钢或其他硅金属时，高纯度石英和煤在电弧炉中还原所得到的以无定形SiO2为主要成分的球状玻璃体颗粒粉尘。硅灰中无定形SiO2的含量在90%以上，硅灰颗粒极细，平均粒径为0.10.2m。比表面积为2000-2500m2/kg。硅灰活性极高，火山灰活性指标高达110%。其中的SiO2在水化早期就可与Ca（OH）2发生反应，可配制出100MPa以上的高强混凝土。硅灰取代水泥后，其作用与粉煤灰类似，可改善棍凝土拌和物的和易性，降低水化热，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗冻、抗渗，抑制碱骨料反应，且效果比粉煤灰好得多。另外，硅灰掺入混凝土中，可使混凝土的早期强度提高。硅灰需水量比为134%左右，若掺量过大，将会使水泥浆变得十分黏稠。在土建工程中，硅灰取代水泥量常为5%15%，且必须同时掺入高效减水剂。（三）磨细矿渣粉磨细矿渣粉是将粒化高炉矿渣经磨细而成的粉状掺和料。其主要化学成分为CaO、SiO2，A12O3，三者的总量占90%以上，另外含有Fe2O3和MgO等氧化物及少量SO3。其活性较粉煤灰高，掺量也可比粉煤灰大。磨细矿渣粉可以等量取代水泥，使混凝土的多项性能得以显著改善，如大幅度提高混凝土强度、提高混凝土耐久性和降低水泥水化热等。除了上述三种外，混凝土的掺和料还有沸石粉、磨细自燃煤煤矸石粉、浮石粉、火山渣粉等。此外，碾压混凝土中还可以掺入适量的非活性掺和料如石灰石粉、尾矿粉等，以改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实性以及硬化混凝土的某些性能。七、混凝土（一）概述混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水（或不加水）按适当的比例配合、拌和制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏混凝土和硅酸盐混凝土等。按于表观密度分为三类：重混凝土，其干表观密度大于2600kg/m3，采用重骨料和水泥配制而成，主要用于防辐射工程，又称为防辐射混凝土；普通混凝土，其干表观密度为20002500kg/m3，一般为2400kg/m3左右，用水泥、水与普通砂、石配制而成，是目前土木工程中应用最多的混凝土，广泛用于工业与民用建筑、道路与桥梁、海工与大坝、军事工程等工程，主要用作承重结构材料；轻混凝土，其干表观密度小于1950kg/m3，包括轻骨料混凝土、大孔混凝土和多孔混凝土，可用作承重结构、保温结构和承重兼保温结构。【例-单选题】密度为2.5t/m的混凝土属于（ ）。A.重B.普通C.轻D.一般网校答案：B按施工工艺可分为泵送混凝土、预拌混凝土（商品混凝土）、喷射混凝土、自密实混凝土、堆石混凝土、热拌混凝土和太阳能养护混凝土等多种。按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土和水下不分散混凝土等多种。本节提到的混凝土，如无特别说明，均指普通混凝土。（二）基本组成材料及技术要求普通混凝土由水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺入适量的外加剂和掺和料。一般来说，在混凝土中，水泥约占总重的10%15%，其余为砂、石骨料，砂石比例为1：2左右，孔隙的体积含量为1%5%。水泥是混凝土中最重要的组分，同时也是混凝土组成材料中造价最高的材料。1.水泥品种的选择配制混凝土一般可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，必要时也可采用快硬硅酸盐水泥或其他水泥。2.水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上配制高强度等级的混凝土，选用高强度等级的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用低强度等级的水泥。3.骨料的选择细骨料质量的优劣，直接影响到混凝土质量的好坏，因此配制混凝土时对细骨料有一些要求：颗粒形状及表面特征的要求；有害杂质含量的要求；粗细程度和颗粒级配的要求及坚固性的要求等。4.混凝土拌和及养护用水混凝土拌和及养护用水应不影响混凝土的凝结硬化，无损于混凝土强度发展及耐久性，不加快钢筋锈蚀，不引起预应力钢筋脆断，不污染混凝土表面。混凝土用水中的物质含量限值应符合混凝土用水标准（JGJ63-2006）中的规定值。一般来说，凡可饮用的水，均可以用于拌制和养护混凝土；未经处理的工业废水、污水及沼泽水，不能使用。（三）混凝土拌和物的和易性及影响因素1.混凝土拌和物的和易性和易性包括流动性、黏聚性和保水性三个方面。通常是测定混凝土拌和物的流动性，观察评定黏聚性和保水性。流动性测定方法有坍落度筒法和维勃稠度法。根据坍落度的不同，可将混凝土拌和物分为流态的（明落度大于80mm）、流动性的（明落度为3080mm）、低流动性的（坍落度为1030mm）及干硬性的（坍落度小于10mm）。坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土拌和物。对于干硬性混凝土，通常采用维勃稠度仪来测定混凝土拌和物的流动性。维勃稠度试验适用于骨料最大粒径不小于40mm，维勃稠度为530s的混凝土。维勃稠度代表拌和物振实所需要的能量，时间越短，表明拌和物越容易被振实。2.影响混凝土拌和物和易性的因素（1）水泥浆含量。（2）砂率。砂率是指细骨料含量占骨料总量的百分数。（3）水灰比。（4）水泥特性。水泥对拌和物和易性的影响主要是水泥品种和水泥细度的影响。（5）骨料特性。级配好的骨料，其拌和物流动性较大，黏聚性与保水性较好；表面光滑的骨料，如河砂、卵石，其拌和物流动性较大；骨料的粒径增大，总、表面积减小，拌和物流动性就增大。（6）外加剂。混凝土拌和物中掺入减水剂或引气剂，拌和物的流动性明显增大。引气剂还可有效改善混凝土拌和物的茹聚性和保水性。（7）温度、时间。（四）凝结硬化后混凝土的强度性能（1）混凝土立方体抗压强度（fcu）。根据普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2016）中规定，混凝土立方体抗压强度是指按标准方法测试的，标准尺寸为150mmX150mmX150mm的立方体试件，在标准养护条件下（20士2），相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值。混凝土强度等级【混凝土结构设计规范（GB50010-2010）中规定】以立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80共14个等级。“C”代表混凝土，C后面的数字为立方体抗压强度标准值（MPa），混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值、混凝土施工质量控制和工程验收的依据。对于非标准尺寸的试件的抗压强度，可采用折算系数折算成标准试件的强度值。如边长为100mm的立方体试件，折算系数为0.95，边长为200mm的立方体试件，折算系数为1.05。这是因为试件尺寸不同，会影响试件的抗压强度值，试件尺寸越小，测得的抗压强度值越大。（2）混凝土轴心抗压强度（fcp）。在实际结构中，钢筋混凝土受压构件多为棱柱体或圆柱体。为了使测得的混凝土强度与实际情况接近，在进行钢筋混凝土受压构件（如柱子、桁架的腹杆等）计算时，都是采用混凝土的轴心抗压强度。混凝土轴心抗压强度是指按标准方法制作的，标准尺寸为150mm150mm300mm的棱柱体试件，在标准养护条件下养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值。轴心抗压强度比同截面面积的立方体抗压强度要小，当标准立方体抗压强度在1050MPa范围内时，两者之间的比值近似为0.70.8。（3）混凝土抗拉强度（ft），混凝土抗拉强度比其抗压强度小得多，一般只有抗压强度的1/131/10，且拉压比随抗压强度的增高而减小。混凝土抗拉强度测定应采用轴拉试件，但这种方法由于夹具附近局部破坏较难避免，而且外力作用线与试件轴心方向很难调成一致而较少采用目前我国采用劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度，该方法的原理是在标准150mm150mm150mm立方体试件两个相对的表面轴线上，作用着均匀分布的压力，这样就能使在此外力作用下的试件竖向平面内，产生均布拉应力，该拉应力可以根据弹性理论计算得出，计算公式为：fts=2p/A=0.637p/A式中fts指混凝土劈裂抗拉强度，MPaP破坏荷载，N；A一一试件劈裂面积mm2。混凝土劈裂抗拉强度较轴心抗拉强度略低，试验证明两者的比值为0.9左右。（4）混凝土抗折强度（fcf）。混凝土道路工程和桥梁工程的结构设计、质量控制与验收等环节，须要检测混凝土的抗折强度。混凝土抗折强度是指按标准方法制作的，标准尺寸为150mmX150mmX600mm（或550mm）的长方体试件，在标准养护条件下养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗折强度值。按三分点加荷，试件的支座一端为铰支，另一端为滚动支座。抗折强度计算公式为fcf=PL/bh式中：fcf混凝土抗折强度，MPa；P一一破坏荷载，N；L一一支座之间的距离，mm；b，h试件截面的宽度和高度mm。2.影响混凝土强度的因素（1）水泥强度等级和水灰比。水泥强度越高，混凝土强度越高；水灰比越大，混凝土强度越低。（2）骨料。骨料的强度一般都比水泥石的强度高（轻骨料除外），所以对混凝土的强度影响很小。但若骨料经风化等作用而强度降低时，则用其配制的混凝土强度也较低；骨料表面粗糙，则与水泥石带结力较大，故用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度较高。（3）养护温度、湿度。温度及湿度对混凝土强度的影响，本质上是对水泥水化的影响。养护温度高，可以增大初期水化速度，混凝土早期强度也高。但混凝土早期养护温度过高（40以上），因水泥水化产物来不及扩散而使混凝土后期强度反而降低。当温度在0以下时，水泥水化反应停止，混凝土强度停止发展。这时还会因为混凝土中的水结冰产生体积膨胀，对混凝土产生相当大的膨胀压力，使混凝土结构破坏，强度降低，因此也要控制一个合适的养护温度。（4）龄期。棍凝土在正常养护条件下，其强度将随龄期的增加而增长，最初714d发展较快，28d后强度发展趋于平缓。因而混凝土常以28d龄期强度作为质量评定依据。（五）混凝土的耐久性混凝土的耐久性是指混凝土能抵抗环境介质的长期作用，保持正常使用性能和外观完整性的能力，包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性以及碳化等。1.抗渗性混凝土的抗渗性是指其抵抗压力水渗透作用的能力。混凝土抗渗性可用渗透系数或抗渗等级表示。我国目前沿用的表示方法是抗渗等级。混凝土抗渗等级，是以28d龄期的标准试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定的。混凝土抗渗等级【见混凝土质量控制标准（GB50164-2011）】分为P4、P6、P8、P10、P12等，即表示混凝土在标准试验条件下能抵抗0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa的压力水而不渗水。2.抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土抗冻性常以抗冻等级表示。抗冻等级采用快速冻融法确定，取28d龄期100mmX100mmX400mm的混凝土试件，在水饱和状态下经n次标准条件下的快速冻融后，若其相对动弹性模量下降至60%或质量损失达5%，则该混凝土抗冻等级即为Fn。抗冻等级分为F50、F100、F150、F200、F250、F300、F35