第二章 混凝土的制备.ppt

第二章混凝土的制备 教学目的与要求 掌握普通混凝土的组成材料 水泥的合理选用 对骨料的一般质量要求 砂 石颗粒特征及级配 混凝土用水要求掌握混凝土的配合比设计重点 难点 普通混凝土配合比的设计 砂子 水泥浆 石子 水泥水砂子石子 混凝土体积构成水泥石 25 左右 砂和石子 70 以上 孔隙和自由水 1 5 2 1普通混凝土的组成材料 思考题 混凝土中四种组成材料的作用各是什么 骨架作用 包裹 填充 润滑作用 四种组成材料在混凝土中所起的作用 砂 石 骨架作用 抑制混凝土的收缩 水泥 水 水泥浆 水泥浆包裹在砂粒的表面并填充砂粒间的空隙而形成水泥砂浆 水泥砂浆又包裹石子表面并填充石子间的空隙 形成混凝土 凝结硬化前 起填充 润滑 包裹的作用凝结硬化后 起胶结作用 砂子 水泥浆 石子 2 1 1水泥 1水泥品种的选择 水泥的品种主要是根据工程的特点以及环境条件 按第四章P48表4 7选择2水泥强度等级的选择 水泥的强度等级一般以为混凝土强度等级标准值的1 5 2倍 如设计C25强度等级的混凝土 一般选择42 5 42 5R强度等级的水泥 2 1 2骨料 普通混凝土所用的骨料一般按照粒径的大小分为两种 粗骨料和细骨料 1 粗骨料 颗粒粒径大于4 75mm的颗粒 混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石两种 2 细骨料 颗粒粒径小于4 75mm的颗粒 细骨料一般有河砂 海砂和山砂三类 骨料的分类 1 按形成的条件分类天然骨料 砂 石 碎石等人工骨料 工业废料 工业副产品 经破碎后的混凝土 城市垃圾等 2 按容重分类 骨料的主要技术性质 骨料的强度和弹性模量比重和容重骨料的孔隙率 吸水率 含水率砂的容胀骨料体积稳定性颗粒形状和表观状态杂质 骨料的性质对混凝土性质的影响 砂 石的技术质量要求 重点介绍砂 石的级配评定和粗细程度 骨料的级配 指骨料中不同粒径颗粒的搭配分布情况 良好的级配 不但能减少水泥用量 而且提高混凝土的密实度 强度等性能 粗细程度 指不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度 1 砂的颗粒级配评定和粗细程度 砂的颗粒级配的评定和粗细程度一般用筛分析法来测定的 具体操作方法 将500g干砂 依次通过一套孔径为4 75mm 2 36mm 1 18mm 0 60mm 0 30mm和0 15mm的六个标准筛 测量各筛筛余量的质量mi 计算出各筛的分计筛余量和累计筛余量 砂的筛分析法的几个概念 分计筛余量mi 砂子通过六个标准筛时各筛上的筛余量 即mi 其中i 1 2 3 4 5 6 分计筛余率 各筛上的分计筛余量占砂样总质量 500g 的百分率 即 mi 500 累计筛余率 各筛与比该筛粗的所有分计筛余率之和 即 砂的颗粒级配评定标准 砂的颗粒级配评定 标准规定 按0 60mm的筛孔的累计筛余百分率分为三个级配区 I级配区砂 85 71 II级配区砂 41 70 III级配区砂 16 40 砂的粗细程度判断标准 砂的粗细程度用细度模数表示 普通混凝土优先使用中砂MX 3 0 2 3 粗砂 3 7 3 1 中砂 3 0 2 3 细砂 2 2 1 6特细砂 1 5 0 7 例题 评定该砂级配情况和细数 3 14 21 24 18 17 3 17 38 62 80 97 经上面的计算可知 甲砂为II级配区 中砂 课后思考题 请同学们自己评定P99习题5 1中两种砂的级配情况与粗细程度 2 石子的最大粒径Dmax与颗粒级配评定 为减少空隙率 改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度 粗骨料也要求有良好的颗粒级配 石子粒径D的一般范围 4 75mm D Dmax最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径 建筑工程中考虑最大粒径Dmax的意义 1 在石子质量m相同时 当增大颗粒的最大粒径Dmax时 其表面积减小 2 用较大Dmax石子制做混凝土拌和物时 可以节约水泥的用量 因此比较经济 3 故在混凝土设计中 尽可能选用最大粒径Dmax较大的石子 石子最大粒径Dmax选用原则 1 从结构上考虑 石子的最大粒径应该考虑建筑构件的尺寸以及配筋的疏密 最大粒径Dmax不得超过结构截面最小尺寸的1 4 且不得大于钢筋最小净距的3 4对混凝土实心板 石子的最大粒径Dmax不宜超过板厚的1 3 且最大不得超过50mm 2 从施工上考虑 从施工上 对最大粒径也有相应的限制 当最大粒径过粗时 不利于混凝土拌合物的振捣 搅拌和运输 对泵送混凝土 粗骨料最大粒径与输送管内径之比 碎石不宜大于1 3 卵石不宜大于1 2 5 高层建筑宜在1 3 1 4 超高层建筑宜在1 4 1 5 3 从经济上考虑 当Dmax增大时 水泥用量减少 但是从下面曲线可见 当Dmax 150mm时 节约水泥的效果不明显 所以最大粒径不宜超过150mm 建筑工程中混凝土用石子的最大粒径Dmax大致选择范围 一般水利 海港等大型工程中 混凝土用石子最大粒径Dmax采用120mm或150mm 一般房屋建筑工程中 混凝土用石子的最大粒径Dmax一般采用20mm 31 5mm 40mm和60mm 石子的颗粒级配 石子的颗粒级配 是指石子中不同石子粒径的搭配分布情况 石子的颗粒级配与砂子一样 也是采用筛分析法来确定的 其标准筛的孔径为2 36 4 75 9 50 16 0 19 0 26 5 31 5 37 5 53 0 63 0 75 0和90mm共12个筛 粗骨料的颗粒级配应满足下表 粗骨料的颗粒级配 石子的颗粒级配按供应情况分为连续粒级和单粒级两种 连续粒级 是按颗粒尺寸由大到小连续分级 4 75mm Dmax 每一级粗骨料都有适量的比例 单粒级 指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配 中间为不连续的级配 由于易产生离析 应用较少 当粗颗粒最大粒径大于37 5mm时 粗颗粒的级配很不稳定 很不连续 此时的石子搭配很不均匀 一般在混凝土配合比设计中 应优先选用连续级配 一般不宜选用 单一 的单粒级来设计混凝土 2 1 3混凝土用水 混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水 地表水 地下水和经适当处理的工业用水 拌制和养护混凝土宜采用饮用水 当采用其它来源水时 应符合 混凝土拌合用水标准 JGJ63 1989 的规定 混凝土用水的基本质量要求是 不能含影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质 不得影响混凝土强度的发展和耐久性 不得加快混凝土用钢筋的锈蚀和脆断 保证混凝土的表面不受污染 现实生活中 凡是可以饮用的自来水和清洁的天然水 都可以用来拌制和养护混凝土 请同学们思考 海水能否用来拌制钢筋混凝土 为什么 2 1 4混凝土外加剂 混凝土外加剂的定义 是指在拌制混凝土过程中掺入的 用以改善混凝土性能的物质 一般情况掺量不超过水泥质量的5 掺入外加剂的目的 在拌制混凝土的过程中 为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质 其掺量一般不大于水泥质量的5 国外外加剂的发展状况 面前国外60 90 的混凝土和砂浆中使用了外加剂 因此 外加剂在当前已经成为混凝土中除四种基本组成材料 胶凝材料 粗骨料 细骨料和水 以外的第五种重要组成材料 外加剂按使用功能分四大类 第一类外加剂 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 减水剂 混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下 具有减水和增强作用的外加剂 又称为 塑化剂 高效减水剂又称为 超塑化剂 减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂 它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成 掺入减水剂前 当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中 水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构 水的作用不能充分发挥 絮凝状结构 掺入减水剂后 表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷 这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力 使水泥颗粒分散 絮凝状结构中的水分释放出来 混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥 拌合物的流动性明显提高 表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用 使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜 阻止了水泥颗粒之间直接接触 起到润滑作用 改善了拌合物的流动性 减水剂的作用效果 1 减少混凝土拌合物的用水量 提高混凝土的强度 在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下 减少混凝土的单位用水量5 25 普通型5 15 高效型10 30 2 提高混凝土拌合物的流动性 在用水量和强度一定的条件下 坍落度可提高100 200mm 3 节约水泥 在混凝土拌合物坍落度 强度一定的情况下 可节约水泥5 20 4 改善混凝土拌合物的性能 掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水 离析现象 延缓拌合物的凝结时间 减缓水泥水化放热速度 显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性 常用的减水剂 1 木质素系减水剂 M型 木质素系减水剂主要使用木质素磺酸钙 木钙 属于阴离子表面活性剂 为普通减水剂 其适宜掺量为0 2 0 3 减水率10 左右 对混凝土有缓凝作用 一般缓凝 2 萘系减水剂高效减水剂 其主要成分为 一萘磺酸盐甲醛缩合物 属阴离子表面活性剂 这类减水剂品种很多 目前我国生产的主要有NNO NF FDN UNF MF 建 型等 萘系减水剂适宜掺量为0 5 1 0 其减水率较大 为10 25 增强效果显著 缓凝性很小 大多为非引气型 适用于日最低气温 以上的所有混凝土工程 尤其适用于配制高强 早强 流态等混凝土 3 树脂类减水剂为水溶性树脂 主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂 简称密胺树脂减水剂 为阴离子表面活性剂 我国产品有SM树脂减水剂 为非引气型早强高效减水剂 其各项功能与效果均比萘系减水剂还好 SM适宜掺量为0 5 2 0 减水率达20 27 4 糖蜜类减水剂普通减水剂 它是以制糖工业的糖渣 废蜜为原料 采用石灰中和而成 为棕色粉状物或糊状物 其中含糖较多 属非离子表面活性剂 国内产品粉状有TF ST 3FG等 适宜掺量0 2 0 3 减水率10 左右 属缓凝减水剂 引气剂 定义 指在混凝土搅拌过程中 能引入大量分布均匀 稳定而封闭的微小气泡的外加剂 历史背景 引气剂于本世纪30年代出现于美国 被认为是混凝土材料发展进程中的重大发现 现广泛应用于工程中我国常用的引气剂 松香树脂类 引气剂的作用 1 改善混凝土拌和物的和易性 2 能提高混凝土的抗渗性和抗冻性 3 但降低混凝土的强度 第二类外加剂 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂 缓凝剂 我国应用较多的有木质素磺酸钙和糖蜜 速凝剂 我国应用较多的有红星一型 国产711 早强剂 是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度 对后期强度无明显影响的外加剂 常用早强剂的品种 掺量及作用效果 第三类外加剂 改善混凝土耐久性能的外加剂 加气剂 如铝粉等 防水剂 阻锈剂 指能减少混凝土中钢筋的锈蚀 第四类外加剂 改善混凝土其他性能的外加剂 膨胀剂 能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀 防冻剂 能使混凝土在低温下免受冻害 着色剂 2 2普通混凝土的配合比设计 1 配合比的定义 指的是混凝土组成材料中各组成材料 水泥 水 砂子和石子 用量之比 2 配合比的表示方法 通常用1m3混凝土各材料的质量来表示 如1m3混凝土中 水泥 300kg 水 180kg 砂子 720kg 石子 2400kg 或以各种组成材料用量的比例来表示 水泥 砂 石 1 2 4 4 水灰比为0 60 其中水泥为300kg 3 普通混凝土设计的基本要求 a 满足混凝土拌合物和易性的要求 b 满足结构要求的强度等级 c 满足与使用环境相适应的耐久性要求 4 配合比设计的三个重要参数 a 水灰比W C 表示水与水泥的用量之比 b 单位用水量 指的是1m3混凝土中水的用量 c 砂率 配合比设计的三个重要参数 水灰比W C 砂率 单位用水量 以上为普通混凝土配合比设计的一般步骤 2 2 1普通混凝土配合比设计的方法与步骤混凝土配合比设计一般分三步 一 初步配合比的设计 主要是利用经验公式或经验资料而获得的初步配合比 二 实验室配合比的设计 由初步配合比出发 经过实验调整 得出满足和易性 强度等要求的配合比 三 施工配合比的设计 考虑砂 石的含水率 计算出满足施工要求的配合比 一 初步配合比的设计 1 确定水灰比W C 1 定义 水灰比表示混凝土中水的用量与水泥用量之比 2 影响 水灰比的大小直接影响到混凝土的强度和耐久性 3 水灰比越小 强度越高 而且耐久性越好 但水灰比过小 则耗用水泥过多 不但提高了成本 而且在混凝土硬化过程中增大了水化热 4 因此 确定水灰比应分别根据强度和耐久性两方面来考虑 a 求满足强度要求的水灰比 W C 1 混凝土的配置强度公式如下 又由P71公式 5 3 可知 混凝土的配置强度与水灰比 W C 的关系为 由上述公式 1 2 可求得满足强度要求的水灰比 W C 1 b 求满足耐久性要求的水灰比 W C 2 主要是根据结构的类型以及使用环境 查表可求得该环境下结构的最大水灰比 W C 2 即为满足耐久性要求的水灰比 c 确定水灰比 从上述步骤可知 既满足强度要求 又满足耐久性要求的水灰比为 2确定单位用水量mwo 单位用水量 是指1m3混凝土中水的用量 单位用水量主要控制了混凝土拌合物的流动性 而流动性主要以坍落度来表示 单位用水量的确定 应根据混凝土施工要求的坍落度 可查表 和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查表可得 不同结构类型的坍落度 1m3混凝土的用水量 例如 要求设计一混凝土梁 已知粗颗粒为卵石 且最大粒径Dmax 20mm 试求单位用水量 解 思路 应根据混凝土施工要求的坍落度和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax可得 1 查坍落度 可得梁的坍落度T 3 5 2 查用水量表 可得单位用水量 mW0 180kg m3 思考题 如果改为碎石 则单位用水量为多少 为什么两者不同 mW0 195kg m3 3确定混凝土的单位水泥用量mC0 a 首先根据水灰比的定义 b 再根据结构的类型和使用的环境 查表可得混凝土的最小水泥用量 c 比较两者大小 取二者的最大值作为单位水泥用量mC0 例如 要求设计一室内钢筋混凝土梁 已知粗颗粒为卵石 且最大粒径Dmax 20mm 水灰比W C 0 6 试确定单位水泥用量 解 1 确定单位用水量 根据混凝土施工要求的坍落度 和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查表可得 mW0 180kg m3 2 根据定义确定单位水泥用量 3 再根据结构的类型和使用的环境 查表 可得最小水泥用量为260kg m3 4 取 2 3 计算结果的较大值作为我们的单位水泥用量 即mco 300kg m3 4确定混凝土的砂率 砂率是指砂所占的体积与砂 石总体积的百分比 确定砂率的原则是以砂来填充石子的空隙 并稍有富余 主要根据水灰比 骨料的类型 卵石或碎石 以及最大粒径确定 查表确定 例 要求设计一室内钢筋混凝土梁 已知粗颗粒为卵石 且最大粒Dmax 20mm 水灰比W C 0 6 试确定混凝土的砂率 解 查表5 15可得 砂率 32 37 具体计算时 我们可以取 35 5确定1m3混凝土中砂 石的用量mso mgo 两种方法 假定容重法和体积法 1 假定容重法 就是在计算时 先假定所配置的混凝土的假定容重为一定值 然后根据水泥 水 砂和石的总质量等于表观密度乘以总体积的原理来求解砂和石的质量 即 2 体积法原理 假定混凝土拌合物的总体积 1m3 等于各组成材料的绝对体积以及拌合物中所含空气的体积之和 通过上述5步 我们求出了单位体积 1m3 混凝土中水泥 水 砂和石的用量分别为 mco mwo mso和mgo 于是混凝土的初步配合比为 水泥 水 砂和石的用量之比为 mco mwo mso mgo 水灰比W C mwo mco从初步配合比的设计步骤来看 许多参数都是通过查表或经验公式求得 因此 由初步配合比配置而成的混凝土拌合物可能达不到和易性和强度的要求 故必须进一步调整和确定配合比 即进行所谓的实验室配合比设计 二实验室配合比的设计主要对初步配合比进行和易性的调整及强度的校核 1 和易性的调整 调整的目的 a 使和易性满足施工的要求 b 使水灰比满足强度和耐久性的要求 调整的方法及步骤 按初步配合比计算出各组成材料用量 试制15L 或25L 混凝土拌合物 配置成混凝土拌合物 测量该拌合物的流动性 坍落度法 并观察拌合物的粘聚性和保水性 如不满足要求 则需进行调整配合比 在测定混凝土拌和物的和易性时 可能存在以下四种情况 a 流动性比要求的小 调整办法 保持W C不变 增大水 水泥用量 b 流动性比要求的大 调整办法 保持砂率不变 增大砂 石用量 c 砂浆不足引起粘聚性和保水性不良时 调整办法 单独增加砂的用量 适当增大砂率 d 砂浆过多引起粘聚性和保水性不良时 调整办法 单独减少砂的用量 适当降低砂率 通过实验室反复调整 使混凝土拌合物达到和易性的要求后 测量出拌合物的实际表观密度 再校核该拌合物的强度 2 强度的校核 分别用三个水灰比 拌制三个混凝土试样 测量其28d的抗压强度值看是否满足强度的要求 强度的验证公式为 经和易性的调整和强度校核后 可以计算出实验室调整后的1m3中各组成材料的用量如下 1 测量拌合物的实际表观密度 2 计算实验室配合比1m3混凝土中各材料的用量 例如求解水泥用量如下 建议不要用书上介绍的校正系数法 同理 实验室调整后 1m3混凝土中水的用量Wsh 同理 实验室调整后 1m3混凝土中砂的用量Ssh 同理 实验室调整后 1m3混凝土中石的用量Gsh 例 P100习题5 3某混凝土试样试拌调整后 各种材料的用量分别为 水泥3 1kg 水1 86kg 砂6 20kg 石子12 85kg 实测其表观密度为2450kg m3 求1m3混凝土中各种材料的实际用量 解 1m3混凝土中水泥的实际用量Csh为 1m3混凝土中水泥的实际用量Csh为 课堂练习 请同学们自己求解1m3混凝土中水 砂和石的实际用量 三施工配合比的设计 主要考虑到砂 石中含水 设砂的含水率为a 石的含水率为b 则施工配合比为 水泥 C Csh 砂 S Ssh 1 a 石 G Gsh 1 b 水 W Wsh Ssh a Gsh b 总结 混凝土配合比设计的基本步骤 2 单位用水量的确定 查表法 3 确定单位水泥用量 4 确定砂率 查表法 5 确定砂石用量 工程中一般用质量法 三 实验室配合比的设计 1 和易性的调整 取15L 25L混凝土拌合物 2 强度校核 四 施工配合比的设计 主要考虑砂 石的含水率 一 基本设计资料的收集 二 初步配合比的设计 1 水灰比的确定 从强度和耐久性入手 一 基本设计资料的收集包含如下内容 1 混凝土的设计强度 2 混凝土的耐久性设计要求 3 原材料的品种以及物理性质 水泥 水泥品种 实测强度 密度 砂子 级配和粗细情况 表观密度 石子 品种 卵石或碎石 最大粒径 表观密度 水 来源 自然水或天然水 密度103kg m3 5 5 3普通混凝土配合比设计实例 例题 某室内现浇钢筋混凝土梁 混凝土设计强度等级为C25 施工要求坍落度为 35 50 mm 混凝土由机械搅拌 机械振捣 该施工单位无历史统计资料 原材料情况如下 水泥 实测强度45MPa 密度 砂子 II区中砂 表观密度 碎石 最大粒径40mm 表观密度 水 自然水 试求 1 混凝土的初步配合比 2 调整后 加入5 的水泥浆 实测表观密度为2432kg m3 求实验室配合比 3 砂子含水率a 4 石子含水率b 1 求混凝土的施工配合比 一 求初步的配合比 1确定水灰比W C 从强度和耐久性着手 a 求满足强度要求的水灰比 W C 1 b 求满足耐久性要求的水灰比 W C 2 主要是根据结构的类型以及使用环境 查表 可求 室内钢筋混凝土梁的最大水灰比 W C 2 0 65 即为满足耐久性要求的水灰比 c 确定水灰比 则取W C 0 60既满足强度要求 又满足耐久性要求 2单位用水量mwo的确定 单位用水量的确定 应根据混凝土施工要求的坍落度和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查表可得 本题中 坍落度 35 50 mm 碎石 Dmax 40mm 查表可得 Mwo 175kg m3 3确定混凝土的单位水泥用量mC0 a 首先根据水灰比的定义 b 再根据结构的类型 钢筋混凝土梁 和使用的环境 室内 查表可得混凝土的最小水泥用量为260kg m3 c 比较两者大小 取二者的最大值作为单位用水量 mC0 292kg m3 4确定混凝土的砂率 主要根据水灰比 0 60 骨料的类型 碎石 以及最大粒径 40mm 查表确定混凝土砂率选用表 解 查表可得 砂率为 33 38 具体计算时 我们可以取 35 5确定1m3混凝土中砂 石的用量mso mgo 两种方法 质量法和体积法 本题中 混凝土的设计强度为C25 则可以假定1m3混凝土的表观密度为 已求得砂率 35 另外也可通过体积法确定砂 石单位体积用量 下面用体积法确定砂 石的单位体积用量 混凝土的初步配合比为 用1m3混凝土各组成材料的质量来表示 本题中 水泥 292kg 水 175kg 砂子 677kg 石子 1256kg 或以各种组成材料用量的比例来表示 水泥 砂 石 1 2 32 4 30 水灰比为0 60 其中水泥为300kg 问题二 调整后 加入5 的水泥浆 实测表观密度为2432kg m3 求实验室配合比 1 按初步配合比计算出各组成材料用量 试制25L混凝土拌合物 配置成混凝土拌合物 测量拌合物的流动性 坍落度法 并观察拌合物