水泥混凝土及砂浆

第四章水泥混凝土和砂浆 知识教学点和学习要求 知识教学点普通水泥混凝土 组成材料 技术性质 配合比设计 质量控制等 其他功能混凝土 高强混凝土 流态混凝土 纤维增强混凝土 碾压式水泥混凝土 仿生裂缝自愈合混凝土等 建筑砂浆 砌筑砂浆 抹面砂浆及防水砂浆 学习要求了解普通水泥混凝土的组成材料 掌握新拌混凝土工作性的内涵及评价方法 重点掌握硬化混凝土的强度 变形 耐久性能的评价指标及方法了解常用功能混凝土的概念 制备方法及性能特点等了解常用建筑砂浆的组成 性能及配制方法等 概述 一 混凝土的定义 混凝土由胶凝材料 细骨料 粗骨料 水以及必要时掺入的化学外加剂组成 经过胶凝材料凝结硬化后 形成具有一定强度和耐久性的人造石材 普通混凝土由水泥 砂 石子 水以及必要时掺入的化学外加剂组成 经过水泥凝结硬化后形成的 干体积密度为2000 2800kg m3 具有一定强度和耐久性的人造石材 又称为水泥混凝土 简称为 混凝土 三峡工程钢筋混凝土重力坝 二 混凝土的分类 按体积密度分重混凝土 0 2800kg m3 普通混凝土 0 2000 2800kg m3 轻混凝土 0 2000kg m3 按胶凝材料分水泥混凝土 硅酸盐混凝土 沥青混凝土 聚合物水泥混凝土 聚合物浸渍混凝土等 按用途分结构混凝土 防水混凝土 道路混凝土 耐酸混凝土 大体积混凝土 防辐射混凝土等 二 混凝土的分类 按生产和施工工艺分预拌混凝土 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 离心混凝土 等 按强度分普通混凝土 C60 高强混凝土 C60 超高强混凝土 100MPa 按配筋情况分素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 钢纤维混凝土等 喷射混凝土施工 三 混凝土的特点 优点抗压强度高 耐久 耐火 维修费用低 原材料丰富 成本低 混凝土拌合物具有良好的可塑性 混凝土与钢筋粘结良好 一般不会锈蚀钢筋 缺点抗拉强度低 约为抗压强度的1 10 1 20 变形性能差 导热系数大 约为1 8W m K 体积密度大 约为2400kg m3左右 硬化较缓慢 第一节普通水泥混凝土 混凝土的组成材料及作用 组成材料的作用 水泥 水 水泥浆水泥 水 细骨料 砂浆水泥 水 细骨料 粗骨料 混凝土 一 水泥 品种的选择配制普通混凝土的水泥品种 应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件 结合水泥性能 且考虑当地生产的水泥品种情况等 进行合理地选择 强度等级的选择选用水泥强度等级应与要求配制的混凝土等级相适应 原则上 配制高强度等级的混凝土 选择高强度等级的水泥 一般情况下 水泥强度等级为混凝土强度等级的1 1 1 6倍 配制强度等级较高的混凝土时 可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0 7 1 2倍左右 水泥混凝土路面可以根据路面的交通等级所要求的设计抗弯拉强度来选择水泥的强度等级 二 细集料 定义细集料是指粒径在4 75mm以下的颗粒 分类按产源分技术质量要求砂的颗粒级配和细度模数有害杂质含量压碎值和坚固性 砂 天然砂 人工砂 机制砂 混合砂 河砂 湖砂 山砂 和淡化海砂等 1 有害杂质含量 有害杂质 集料中含有妨碍水泥水化或降低集料与水泥石粘附性 以及能与水泥水化物产生不良化学反应的各种物质 含泥量 石粉含量和泥块含量云母含量轻物质和有机质含量硫化物和硫酸盐含量 云母 2 压碎值和坚固性 按技术要求分 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类用于强度等级为C30 C60及抗冻 抗渗或其他要求的混凝土 类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆 硫酸钠溶液 3 砂的颗粒级配和细度模数 颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况 级配良好的砂 不同粒径颗粒搭配比例适当 其空隙率小 可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性 颗粒级配采用筛分法确定 按600 m筛的累计筛余率的大小 可分为1区 2区 3区共三个级配区 颗粒级配 砂的颗粒级配区 细度模数按下式计算 级配的选择宜优先选择级配在2区的砂 当采用1区砂时 应适当提高砂率 当采用3区砂时 应适当减小砂率 3 砂的颗粒级配和细度模数 三 粗集料 定义粒径大于4 75mm的卵石和碎石称为粗骨料 技术要求强度和坚固性有害杂质含量最大粒径及颗粒级配表面特征及颗粒形状碱活性检验 1 强度和坚固性 1 强度为保证混凝土的强度要求 粗集料必须具有足够的强度 对于碎石和卵石的强度 采用岩石立方体强度和压碎值两种表示方式 2 坚固性为保证混凝土的耐久性 用做混凝土的粗集料应具有足够的坚固性 以抵抗冻融和自然因素的风化作用 实验方法硫酸钠溶液进行坚固性实验 颗粒级配 最大粒径及颗粒级配 最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径 指集料的100 都要通过的最小的标准筛筛孔尺寸 从结构上考虑混凝土用粗骨料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1 4 且不得超过钢筋最小净间距的3 4 对混凝土实心板 不宜超过板厚的1 3 且不得超过50mm 从施工上考虑对泵送混凝土 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 从经济上考虑当最大粒径小于80mm时 水泥用量随最大粒径减小而增加 但当大于150mm后 节约水泥的效果却不明显 最大粒径及颗粒级配 针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2 4倍 片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0 4倍 针片状颗粒不仅本身容易折断 而且会增加骨料的空隙率 使拌合物和易性变差 强度降低 表面特征及颗粒形状 骨料碱活性检测 四 混凝土拌合用水 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 的规定 五 外加剂及其分类 定义 混凝土外加剂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 按主要功能的分类改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 包括各种减水剂 引气剂和泵送剂等 调节混凝土凝结时间 硬化性能的外加剂 包括缓凝剂 早强剂和速凝剂等 改善混凝土耐久性的外加剂 包括引气剂 防水剂和阻锈剂等 改善混凝土其它性能的外加剂 包括膨胀剂 防冻剂 着色剂和防水剂等 谢谢 二 普通水泥混凝土的技术性质 混凝土在未凝结硬化以前 称为混凝土拌合物 它必须具有良好的和易性 便于施工 以保证能获得良好的浇灌质量 混凝土拌合物凝结硬化以后 应具有足够的强度 以保证建筑物能安全地承受设计荷载 并应具有必要的耐久性 一 新拌混凝土的工作性 混凝土的组成材料及作用 组成材料的作用 水泥 水 水泥浆水泥 水 细骨料 砂浆水泥 水 细骨料 粗骨料 混凝土 1 工作性 和易性 的概念 混凝土拌合物易于施工操作 搅拌 运输 浇筑 振捣 且成型后质量均匀 密实的性能 和易性 粘聚性 保水性 流动性 易达结构均匀 易成型密实 好 好 在本身自重或施工机械振捣作用下 能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能 各组成材料之间具有一定的内聚力 在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质 具有一定的保持内部水分的能力 在施工过程中不致发生严重的泌水现象 保证混凝土硬化后的质量 捣实性 新拌水泥混凝土的密实 离析和泌水 2 和易性的评定 坍落度试验 2 和易性的评定 维勃稠度法试验 测试方法 在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物 垂直提起坍落度筒 在拌合物试体顶面放一透明圆盘 开启振动台 同时用秒表计时 在透明圆盘的底面完全为水泥浆所布满的瞬间 停止秒表 关闭振动台 读出秒表的秒数 称为维勃稠度 适用范围 粗骨料最大粒径不大31 5mm 坍落度小于10mm 维勃稠度在5 30s之间的干硬性混凝土 混凝土拌合物按流动性的分类 按 混凝土质量控制标准 GB50164 的规定 塑性混凝土 干硬性混凝土分别按坍落度 维勃稠度分为四级 混凝土施工时坍落度的选择 混凝土拌合物坍落度的选择 应根据施工条件 构件截面尺寸 配筋情况 施工方法等来确定 3 影响和易性的因素 内因和外因 1 组成材料及其用量之间的关系 水泥浆数量 单位用水量 水灰比 砂率 水泥的品种和骨料的性质 外加剂2 施工环境的温度 湿度 风速和搅拌制度等 水泥 水 砂 石子 外加剂 水泥浆 骨料 混凝土拌合物 3 影响和易性的因素 合理砂率的确定合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下 能使拌合物的流动性 坍落度T 达到最大 且粘聚性和保水性良好时的砂率 或者是在流动性 坍落度T 强度一定 粘聚性良好时 水泥用量最小的砂率 4 改善和易性的措施 采用合理砂率 改善砂石的级配 掺外加剂或掺合料 根据环境条件 注意坍落度的现场控制 在水灰比不变的条件下 适当增加水泥浆的用量 可增大拌合物的流动性 在砂率不变的条件下 适当增加砂石的用量 可减小拌合物的流动性 掺外加剂的混凝土 二 硬化后混凝土的强度特性 1 强度 混凝土强度的种类 混凝土强度 劈裂抗拉强度 抗剪强度 抗压强度 抗弯拉强度 轴心抗压强度 立方体抗压强度 1 立方体抗压强度以边长为150mm的标准立方体试件 在温度为20 2 相对湿度为95 以上的潮湿条件下或者在Ca OH 2饱和溶液中养护 经28d龄期 采用标准试验方法测得的抗压极限强度 用fcu表示 当采用非标准试件时 须乘以换算系数 见下表 标准试验方法是指 普通混凝土力学性能试验方法 GB T50081 2002 1 强度 2 立方体试件抗压强度标准值 fcu k 立方体抗压强度 fcu 只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值 并未涉及数理统计和保证率的概念 而立方体抗压强度标准值 fcu k 是按数理统计方法确定 具有不低于95 保证率的立方体抗压强度 1 强度 混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别 以 C 和混凝土立方体抗压强度标准值 fcu k 表示 主要有C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80等十五个强度等级 立方体抗压强度标准值 fcu k 是立方体抗压强度总体分布中的一个值 强度低于该值的百分率不超过5 强度等级表示的含义 强度的范围 某混凝土 其fcu 30 0 34 9MPa 某混凝土 其fcu 30 0MPa的保证率为95 C30 C 代表 混凝土 30 代表fcu k 30 0MPa 1 强度 3 轴心抗压强度fcp采用150mm 150mm 300mm的棱柱体试件 在立方体抗压强度为0 55MPa范围内 fcp 0 7 0 8 fcu 在结构设计计算时 一般取fcp 0 67fcu 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm 100mm和200mm 200mm 测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0 95和1 05 1 强度 4 混凝土抗弯拉强度 fcf 道路路面或机场跑道用混凝土 是以抗弯拉强度 或称抗折强度 为主要设计指标 水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成150mm 150mm 550mm的梁形试件 在标准条件下养护28 后 按三分点加荷 测定其抗弯强度 fcf 按下式计算 如为跨中单点加荷得到的抗折强度 按断裂力学推导应乘以折算系数0 85 1 强度 5 劈裂抗拉强度 fts 现行标准规定 采用标准试件150mm立方体 按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度 简称劈拉强度fts 按下式计算 1 强度 混凝土中界面过渡区的示意图 2 影响混凝土强度的因素 1 水泥的强度和水灰比 当混凝土水灰比值在0 40 0 80之间时越大 则混凝土的强度越低 水泥强度越高 则混凝土强度越高 2 影响混凝土强度的因素 2 粗集料的品种碎石形状不规则 表面粗糙 多棱角 与水泥石的粘结强度较高 卵石呈圆形或卵圆形 表面光滑 与水泥石的粘结强度较低 在水泥石强度及其它条件相同时 碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度 3 养护条件在保证足够湿度情况下 温度越高 水泥凝结硬化速度越快 早期强度越高 低温时水泥混凝土硬化比较缓慢 当温度低至0 以下时 硬化不但停止 且具有冰冻破坏的危险 混凝土浇筑完毕后 必须加强养护 保持适当的温度和湿度 以保证混凝土不断地凝结硬化 2 影响混凝土强度的因素 粗骨料形态对混凝土强度的影响 4 龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间 在正常的养护条件下 混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展 在3 7d内强度发展较快 以后逐渐减慢 28d后强度发展更慢 由于水泥水化的原因 混凝土的强度发展可持续数十年 当采用普通水泥拌制的中等强度等级的混凝土 在标准养护条件下 混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比 式中 fn f28 分别为n 28天龄期的抗压强度 MPa 5 外加剂 n 3 2 影响混凝土强度的因素 采用高强度等级水泥 采用单位用水量较小 水灰比较小的干硬性混凝土 采用合理砂率 以及级配合格 强度较高 质量良好的碎石 掺外加剂 例如在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂 加强养护改进施工工艺 采用机械搅拌和振捣 3 提高混凝土强度的技术措施 三 硬化后混凝土的变形性能 三 硬化后混凝土的变形性能 变形性能 荷载作用下 非荷载作用下 徐变 弹 塑性变形 化学变形 干湿变形 塑性收缩 温度变形 1 非菏载作用变形 化学收缩 1 混凝土表面出现泌水现象 2 表面失水速率超过泌水的上升速率 产生毛细管负压 3 新拌混凝土表面会迅速干燥而产生塑性收缩 Concrete Base 4 混凝土不足以抵抗因收缩而产生的拉应力时 混凝土表面就会开裂 水化产物的固体体积要比反应前水泥和水的总体积小 称为化学收缩 1 非菏载作用变形 干湿变形 湿胀干缩 1 非菏载作用变形 温度变形 热胀冷缩 水泥水化热 1 非菏载作用变形 温度变形 热胀冷缩 上表面暖 正温度梯度 tensilestressesattheBOTTOMofthepavementslab 上表面冷 负温度梯度 tensilestressesattheTOPofthepavementslab 环境温度变化 2 荷载作用变形 弹 塑性变形与弹性模量 弹 塑性变形和弹性模量 徐变 混凝土在持续荷载的作用下 随时间增长的变形 影响因素 水灰比 龄期 湿度 荷载应力及水泥用量等 缺点 损失预应力钢筋混凝土中钢筋的预加应力 2 荷载作用变形 徐变 四 混凝土的耐久性 概念 混凝土耐久性混凝土材料在长期使用过程中 抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏 而保持其原有性能不变的能力 混凝土构筑物的服役寿命混凝土构筑物受到其服役环境因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏 导致其使用性能下降到最低设计值时 所经历的时间 年 图影响水泥混凝土耐久性的因素 设计寿命 使用寿命 钢筋混凝土桥梁的侵蚀损毁 一座桥何以只有二十年寿命 拆除前的西直门桥 盐冻 冰冻和钢筋锈蚀 冰岛一港口 混凝土路面受盐冻剥落 硫酸盐侵蚀引起的大坝破坏 碱 骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝 碱 骨料反应引起的错位 混凝土耐久性的内容 抗渗性抗冻性耐侵蚀性抗碳化性碱 集料反应耐火性耐磨性与抗冲刷性 1 混凝土抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗液体渗透的能力 它是决定混凝土耐久性的最重要因素 因为环境中各种侵蚀介质均要通过渗透才能进入混凝土内部 混凝土的抗渗性主要与混凝土的密实度和孔隙率及孔隙结构有关 抗渗等级分为p4 p6 p8 p10 p12 分别表示混凝土能抵抗0 4mpa 0 6mpa 0 8mpa 1 0mpa 1 2mpa的水压力而不渗水 2 混凝土抗冻性 4W 混凝土抗冻性的含义是什么 混凝土冻融破坏机理和劣化模式有哪些 如何改善混凝土抗冻性 混凝土抗冻性的测试方法 什么是混凝土的抗冻性 定义 在吸水饱和状态下 混凝土能够经受多次冻融循环而不破坏 也不显著降低其强度的性能 称为混凝土的抗冻性 混凝土的冻融破坏原因与模式 原因 混凝土中大毛细孔里的水结冰时 体积大约要膨胀9 如果体内没有足够的空间容纳 就会产生可能引起开裂的压力作用于孔缝的壁上 导致孔缝扩展和连接 反复的冻融循环使危害扩大和积累 孔缝不断增多 并扩展和连通 造成强度下降 破坏模式 表面出现缺棱 掉角 脱皮和开裂等现象质量损失强度 弹性模量下降 毛细孔结冰的示意图 混凝土冻融破坏类型 冻害造成D 型裂缝 水压很高 可使毛细孔间的水泥石破坏 引入的气孔可以释放水压 避免高压水的产生 大量的空气泡减小了水释放的平均距离 引起的气孔有利于混凝土抗冻害性能的改善 提高混凝土抗冻性的方法 水泥石抗冻性 低水灰比保证混凝土良好的养护引气剂骨料的抗冻性选用抗冻骨料改善骨料 水泥石的界面结构 未掺引气剂的混凝土 掺引气剂的混凝土 混凝土抗冻性的测试方法 测试方法 以100 100 400棱柱体混凝土试件 经过28d龄期的养护 于17 和5 条件下快速冻结和融化循环 每25次冻融循环 对试件进行一次横向基频的测试并称质量 评价指标 抗冻标号相对动弹性模量质量损失 混凝土抗冻性的测试方法 3 混凝土耐磨性 作为高级道面的水泥混凝土 必须具有抵抗车辆轮胎磨耗和磨光的性能 作为大型桥梁的墩台用混凝土 也需要具有抵抗湍流冲蚀的能力 混凝土耐磨性的评价 单位面积磨损量 花轮磨头 耐磨前 耐磨后 最常见 最重要的反应是碱 硅反应 简称ASR 它是骨料中所含的无定形硅与孔隙里含碱 钠 钾 钙的氢氧化物 的溶液反应 生成易于吸水膨胀的碱 硅凝胶 当结构物暴露在潮湿环境中 混凝土体内相对湿度超过85 时 就会出现膨胀 直到引起混凝土开裂与破坏 4 碱 集料反应 AAR AAR破坏实例 AAR破坏的铁路轨枕 AAR破坏的桥梁 AAR破坏的防护板 并导致钢筋锈蚀破坏 碱集料反应必须具备的三个条件 混凝土中的集料具有活性混凝土中含有一定量可溶性碱有一定湿度 混凝土的癌症 常见的碱 骨料反应破坏形式 碱骨料反应的破坏形式 膨胀与开裂损失强度粘性碱 硅物质的溢出或渗出 抑制碱集料反应的措施 抑制碱 集料反应的措施选择含碱量 0 6 的水泥 掺加活性混合材 如 硅灰 粉煤灰等 选择非活性骨料 提高混凝土的密实性或阻止水分渗入 5 混凝土的抗碳化性 定义 碳化是指环境中的CO2与混凝土水泥石中的Ca OH 2作用生成碳酸钙和水 从而降低混凝土中碱度的现象 危害 由于碱度的降低 混凝土中的钢筋失去保护膜 引起钢筋锈蚀 混凝土表面出现碳化收缩 导致微裂缝的产生 降低混凝土的强度和耐久性 影响因素 CO2浓度相对湿度混凝土的密实度水泥品种和掺和料等 6 混凝土中钢材的锈蚀 由于混凝土内的强碱性使得钢筋表面形成钝化膜 从而钢筋在混凝土中不会锈蚀 如果钢筋表面钝化膜被破坏 则钢筋就会发生电化学腐蚀 锈蚀破坏 混凝土中钢筋锈蚀 引起体积膨胀2 7倍 导致混凝土保护层开裂破坏 混凝土中钢材的钝化会由于下列原因被破坏 混凝土中的Ca OH 2被空气里的SO2 NO2 CO2等酸性氧化物中和而失去碱性 道路除冰盐或海水带进来的氯离子的作用 钢筋锈蚀导致混凝土构件破坏的几种形式 提高混凝土耐久性的主要措施 根据工程所处环境及使用条件 合理选择水泥品种 选用较小的水灰比 尽量减少拌和用水量 以减少多余水 23 的水泥质量以外的水 造成的各种孔隙和因泌水所形成的渗水通道 混凝土中应有适量的水泥用量 以保护钢筋不致生锈 且粘结牢固 掺用引气剂或减水剂 改善施工方法 提高施工质量 做到搅拌透澈 灌注均匀 振捣密实 加强养护 表面处理 提高混凝土表面层的密实度 如采用真空抽水 二次振捣 表面浸绩处理等 混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定 JGJ55 2000 三 水泥混凝土的配合比设计 一 配合比及其表示方法 混凝土的配合比是指混凝土各组成材料用量之比 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 配合比设计的基本要求 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 最大水灰比和最小水泥用量 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 混凝土设计强度等级 fcu k 和标准差 原材料的基本情况 水泥 砂和石等材料 混凝土的工作性要求 如坍落度指标 耐久性要求工程特点及施工工艺 四 配合比设计的基本资料 五 配合比设计的步骤与方法 根据经验公式和试验参数计算各组成材料的比例 确定基本满足强度和耐久性要求的初步配合比 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 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 在施工现场 需考虑砂石的含水率计算施工配合比 实际配合比 初步配合比的计算步骤 计算步骤 第一步 确定配制混凝土强度第二步 确定水灰比 考虑耐久性要求 第三步 确定用水量第四步 确定水泥用量 考虑耐久性要求 第五步 确定砂率第六步 确定砂石用量第七步 确定初步配合比 普通水泥混凝土以抗压强度为指标的配合比设计 1 计算初步配合比 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 即设计要求的混凝土强度等级值 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 计算时 强度试件组数不应少于25组 当混凝土强度等级为C20和C25级 其强度标准差计算值 2 5MPa时 取 2 5MPa 当混凝土强度等级等于或大于C30级 其强度标准差计算值 3 0MPa时 取 3 0MPa 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 规定取用 混凝土强度标准差 1 计算初步配合比 一 计算初步配合比 2 确定水灰比mw mc 1 按混凝土强度要求计算水灰比式中 a b 回归系数 应根据工程所用的水泥 集料 通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定 当不具备上述试验统计资料时 可取碎石混凝土 a 0 46 b 0 07 卵石混凝土 a 0 48 b 0 33 fce 水泥28d抗压强度实测值 MPa 一 计算初步配合比 2 按耐久性校核水灰比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 JGJ55 2000 一 计算初步配合比 3 确定单位用水量mwo 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 kg 一 计算初步配合比 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 kg 一 计算初步配合比 4 计算水泥用量mco 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 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 一 计算初步配合比 混凝土砂率 一 计算初步配合比 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 一 计算初步配合比 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 一 计算初步配合比 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 2 调整 1 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 3 记录好各种材料调整后用量 mcb msb mgb mwb 即可得出混凝土强度试验用的基准配合比 并测定混凝土拌合物的实际体积密度 o h 二 确定混凝土基准配合比 三 确定实验室配合比 1 强度试验检验 基准配合比工作性已满足 还需以强度试验检验 一般采用三个不同的配合比 其中一个为基准配合比 另外两个配合比的水灰比值 应较基准配合比分别增加及减少0 05 其用水量应该与基准配合比相同 但砂率值可做适当调整并测定体积密度 各种配比制作一组强度试块 标准养护28d进行强度测定 2 根据试验得出的混凝土强度与其相应的灰水比 mc mw 关系 用作图法或计算法求出与混凝土配制强度 fcu 0 相对应的灰水比 确定1m3混凝土中的组成材料用量 单位用水量 mw 应在基准配合比用水量的基础上 根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定 水泥用量 mc 应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定 粗集料和细集料用量 ms mg 应在基准配合比的用量基础上 按选定的灰水比进行调整后确定 3 经试配确定配合比后 按下列步骤进行校正 按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算混凝土的体积密度计算值 c c c c mc ms mg mw 二 确定实验室配合比 应按下式计算混凝土配合比校正系数 式中 c t 混凝土体积密度实测值 kg m3 c c 混凝土体积密度计算值 kg m3 当体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2 时 按 1 条确定的配合比即为设计配合比 当二者之差超过2 时 应将配合比中各组成材料用量均乘以校正系数 得到实验室配合比 四 计算施工配合比 假定现场砂 石子的含水率分别为a 和b 则施工配合比中1m3混凝土的各组成材料用量分别为 mc ms 1 a mg 1 b mw ms a mg b 施工配合比可表示为 配合比计算例题 0 55 0 55 0 55 280 336 336 0 55 一 计算初步配合比 336 336 一 计算初步配合比 620 1259 336 620 1258 185 1 1 85 3 74 0 55 336 一 计算初步配合比 336 617 1253 185 617 1253 1 1 84 3 73 0 55 二 调整工作性 提出基准配合比 336 617 1253 5 04 18 80 9 26 18 80 9 26 5 04 5 29 5 29 9 26 18 80 1 1 75 3 55 0 55 三 检验确定 测定试验室配合比 三 检验确定 测定试验室配合比 四 确定施工配合比 路面水泥混凝土配合比设计 以抗弯拉强度为指标 自学 四 普通水泥混凝土的质量控制 一 质量控制的原因 保证结构安全可靠的使用 二 混凝土生产的质量控制的内容 1 原材料的质量控制 水泥 砂 石要严格按技术要求标准进行检验 2 配合比设计的质量控制 生产前应检验配合比设计资料 试件强度试验报告 骨料含水率测试结果和施工配合比通知单 3 施工工艺的质量控制 运输 浇筑及间歇的全部时间不应超过初凝时间 运输过程中防止离析 泌水 流浆等 三 合格性的评定 1 合格性评定的数理统计方法 以抗压强度进行评定随机抽样进行强度试验 用抽样样本值进行数理统计计算 得出反映质量水平的统计指标来评定混凝土的质量及合格性 2 混凝土强度波动规律 正态分布 四 普通水泥混凝土的质量控制 3 数理统计常用的正态分布统计值 1 强度的平均值 cu cu 1 N cu I 2 标准差 说明强度的离散程度 值大 说明强度分布集中程度差 质量不均匀 不稳定 3 变异系数 说明强度的相对离散程度 cu4 强度保证率P 在总体分布中大于设计强度的概率 以正态分布曲线上大于设计强度值的曲线下面积表示 4 混凝土强度的检验评定 一 混凝土生产质量控制的必要性1 原材料的影响1 水泥2 水3 骨料4 外加剂 2 施工操作的影响1 计量误差2 W C波动3 搅拌时间的控制4 浇捣条件变化5 养护温 湿度的变化 3 试验条件的影响1 取样方法不同2 试件成型 养护条件差异3 试验时测定条件的变化4 试验者本身的素质 误差 二 混凝土质量控制的内容1 生产前初步控制1 原材料质量2 配合比设计与调整3 施工机具的调试 运行情况4 人员素质的培训2 施工过程中的控制1 计量的准确性 W C波动2 搅拌 浇筑 振实及养护3 运输3 检测评估 五 混凝土外加剂 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 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 1 减水剂 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 絮凝状结构 减水剂的作用效果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 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 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 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 2 引气剂引气剂 是指在混凝土搅拌过程中 能引入大量分布均匀的微小气泡 以减少混凝土拌合物的泌水 离析 改善和易性 并能显著提高硬化混凝土抗冻性 耐久性的外加剂 目前 应用较多的引气剂为松香热聚物 松香皂 烷基苯磺酸盐等 松香热聚物是松香与苯酚 硫酸 氢氧化钠以一定配比经加热缩聚而成 松香皂是由松香经氢氧化钠皂化而成 松香热聚物的适宜掺量为水泥质量的l0 005 0 02 混凝土的含气量为3 5 减水率为8 左右 引气剂属憎水性表面活性剂 表面活性作用类似减水剂 区别在于减水剂的I界面活性作用主要发生在液一固界面 而引气剂的界面活性作用主要在气一液界I面上 由于能显著降低水的表面张力和界面能 使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡 气泡直径多在50 250 m 同时 因引气剂定向吸附在气泡表面 形成较为牢固的液膜 使气泡稳定而不破裂 按混凝土含气量3 5 计 不加引气剂的混凝土含气量为1 1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡 由于大量微小 封闭并均匀分布的气泡的存在 使混凝土的某些性能得到明l显改善或改变 1 改善混凝土拌合物的和易性由于大量微小封闭球状气泡在混凝土拌合物内形成 如同滚珠一样 减少了颗粒间的摩擦阻力 使混凝土拌合物流动性增l加 同时 由于水分均匀分布在大量气泡的表面 使能自由移动的水量减少 混l凝土拌合物的保水性 粘聚性也随之提高 2 显著提高混凝土的抗渗性 抗冻性大量均匀分布的封闭气泡有较大的l弹性变形能力 对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用 因而混凝土的抗冻性得到提高 大量微小气泡占据于混凝土的孔隙 切断毛细管通道 使抗渗 性得到改善 3 降低混凝土强度由于大量气泡的存在 减少了混凝土的有效受力面 积 使混凝土强度有所降低 4 一般混凝土的含气量每增加1 时 其抗压强度将 降低4 6 抗折强度降低2 3 引气剂可用于抗渗混凝土 抗冻混凝土 抗硫酸盐侵蚀混凝土 泌水严重的j混凝土 贫混凝土 轻混凝土 以及对饰面有要求的混凝土等 但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土 1 定义 缓凝剂 是指能延缓混凝土凝结时间 并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂 2 分类 缓凝剂主要有四类 糖类 如糖蜜 木质素磺酸盐类 如木钙 木钠 羟基羧酸及其盐类 如柠檬酸 酒石酸 无机盐类 如锌盐 硼酸盐等 常用的缓凝剂是木钙和糖蜜 基中糖蜜的缓凝效果最好 3 缓凝剂的作用原理缓凝剂的作用原理十分复杂 至今尚没有一个比较完满的分析理论 常有以下几种解释 吸附理论认为缓凝剂被吸附在未水化水泥颗粒表面上 这是通过离子键 氢键或偶极间作用 由于屏蔽而防止水分子靠近 阻碍了水化反应 沉淀理论认为是缓凝剂与水泥中某些组分生成了不溶性物质 它包围了水泥颗粒从而阻碍了水化反应进行 又有的理论认为是Ca OH 2晶核上吸附了缓凝剂 妨碍了它的进一步生成 长大 这须使溶相中达到一定过饱和以后 Ca OH 2才能继续生长 由于Ca 0H 2不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步水化 3 缓凝剂 总之 水泥水化反应延缓 以及凝结的推迟 据信是由于缓凝剂吸附于水泥颗粒表面或水化产物表面所引起的 但目前还很难指出哪些化合物能有缓凝作用 一般讲 具有几个氧原子的物质 常常是比较有效的缓凝剂 这与这些氧原子有比较强的极化效应有关 在含有羟基 羰基及羟基的化合物中 有较多氧原子 因而它们常可作为缓凝剂使用 常用的缓凝剂中 糖蜜缓凝剂是制糖下脚料经石灰处理而成 也是表面活性剂 掺人混凝土拌合物中 能吸附在水泥颗粒表面 形成同种电荷的亲水膜 使水泥颗粒相互排斥 并阻碍水泥水化 从而起缓凝作用 糖蜜的适宜掺量为0 1 0 3 混凝土凝结时间可延长2 4h 掺量每增加0 1 可延长1h 掺量如大于1 会使混凝土长期酥松不硬 强度严重下降 缓凝剂具有缓凝 减水 降低水化热和增强作用 对钢筋也无锈蚀作用 主要适用于大体积混凝土和炎热气候下施工的混凝土 泵送混凝土及滑模施工的混凝土 以及需长时间停放或长距离运输的混凝土 缓凝剂不宜用于日最低气温5 C以下施工的混凝土 也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土 4 早强剂 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 1 定义 速凝剂 是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂 速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类 我国常用的速凝剂是无机盐类 主要有红星I型 711型 728型 8604型等 在满足施工要求的前提下 以最小掺量为宜 2 速凝剂掺入混凝土后 能使混凝土在5min内初凝 10min内终凝 1h就可产生强度 1d强度提高2 3倍 但后期强度会下降 28d强度约为不掺时的80 90 3 应用 速凝剂主要用于矿山井巷 铁路隧道 引水涵洞 地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程 5 速凝剂 1 定义 防冻剂 是能使混凝土在负温下硬化 并在规定养护条件下达到预期足够防冻强度的外加剂 2 分类 常用的防冻剂为复合型 由防冻 早强 减小 引气等多组分组成各尽其能 完成预定抗冻性能 3 应用 不同类别的防冻剂 性能具有差异的 合理的选用十分重要 氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土 氯盐阻锈类防冻剂可用于钢筋混凝土 无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土工程和预应力钢筋混凝土工程 硝酸盐 亚硝酸盐 碳酸盐易引起钢筋的应力腐蚀 故此类防冻剂不适用于预应力混凝土以及与镀锌钢材相接触部位的钢筋混凝土结构 另外 含有六价铬盐 亚硝酸盐等有毒成分的防冻剂 严禁用于饮水工程及与仪器接触的部位 防冻剂用于负温条件下施工的混凝土 目前 国产防冻剂品种适用于0 一20 C的气温 当在更低气温下施工时 应增加其他混凝土冬季施工措施 如暖棚法 原料 砂 石 水 预热法等 6 防冻剂 作业 习题2 3 5 7 第二节其他功能混凝土简介 水下混凝土施工 水库大坝 水下混凝土施工 一 轻混凝土 体积密度 2000kg m 3 轻骨料混凝土大孔混凝土多孔混凝土 分类 特点 轻质 热工性能良好 力学性能良好 耐火 抗渗 抗冻 易于加工 1 轻骨料混凝土 工业废料轻骨料 粉煤灰 煤渣 天然轻骨料 火山渣 浮石 人工轻骨料 页岩陶粒 粘土陶粒 1 轻骨料种类 2 轻骨料混凝土分类及强度等级 全轻混凝土 粗细骨料均为轻骨料 砂轻混凝土 细骨料全部或部分为普通砂 所用细骨料 保温轻骨料混凝土结构保温轻骨料混凝土结构轻骨料混凝土 用途 强度等级 CL5 0 CL7 5 CL10 CL15 CL20 CL25 CL30 CL35 CL40 CL45 CL50 密度 800 190012个等级 轻骨料的分类 按原材料来源分为 天然轻骨料 如浮石 火山渣及其轻砂 工业废料轻骨料 如粉煤灰 陶粒 矿渣珠 自燃煤矸石及其轻砂 人造轻骨料 如粘土陶粒 页岩陶粒 沸石岩轻骨料 膨胀珍珠岩等 按骨料粒型分为 圆球型 呈圆球状 如粉煤灰陶粒 磨细成球的页岩陶粒 普通型 呈非圆球状如膨胀珍珠岩 页岩陶粒 碎石型 呈碎石状 如浮石 自燃煤矸石 煤渣 轻骨料 陶粒 陶粒混凝土 3 轻骨料混凝土的应用 优点 体积密度比普通混凝土减小1 4 1 3 绝热性能改善 结构尺寸减小 增加使用面积 降低基础费用和材料运输费用 综合效益良好 用途 多层和高层建筑 软土地基 大跨度结构 抗震结构 耐火等级要求高的结构 要求节能以及旧建筑加层等 2 大孔混凝土 1 粗骨料水泥水 成分 无砂混凝土 分类 普通大孔混凝土轻骨料大孔混凝土 少砂混凝土 2 大孔混凝土的特性和应用 普通大孔混凝土 密度1500 1950强度3 5 10MPa轻骨料大孔混凝土 密度500 1500强度1 5 1 75MPa 特点 导热率小 保温性能好 吸湿性小 收缩小 抗冻性15 25次冻融循环 水泥用量低 用途 用于制作墙体用的小型空心砌块和各种板材 也可用于浇注墙体 3 多孔混凝土 定义 不用粗骨料 内部分布着大量小气孔的轻质混凝土 特点 p可达85 体积密度300 1000 导热率0 081 0 17W mk 兼具有结构及保温的功能 容易切割 易于施工 用途 制成砌块 墙体 屋面板及保温制品 广泛应用于工业与民用建筑及保温工程中 气孔产生方法 加气混凝土泡沫混凝土 加气混凝土 含钙材料含硅材料加气剂 磨细 配料 搅拌 浇注 成形 切割 压蒸养护 加气混凝土 原理 铝粉 加气剂 氢氧化钙 氢气 强度 1 0MPa2 5MPa3 5MPa5 0MPa7 5MPa密度 300400500600700800 kg m 3 砌块分类 砌块条板 预制成 加气混凝土 泡沫混凝土 加气混凝土砌块适用于承重和非承重的内墙和外墙 加气混凝土条板可用于工业与民用建筑中 做承重和保温合一的屋面板和墙板 条板均配有钢筋 钢筋必须先经防锈处理 另外还可用加气混凝土和普通混凝土预制成复合墙板 用作外墙板 注 蒸压加气混凝土的吸水率高 且强度较低 所以其所用砌筑砂浆及抹面砂浆与砌筑砖墙湿不同 需专门配置 墙体外表必须做饰面处理 定义 由水泥等拌制的浆料与引气剂搅拌造成的泡沫混合 再经浇注 养护硬化而成的多孔混凝土常用松香胶和解水牲血做引气剂 用法 与同体积密度的加气混凝土基本相同 可在现场直接浇注 用作屋面保温层 泡沫混凝土 泡沫混凝土 定义 通过各种方法提高混凝土抗渗性 当其抗渗等级 p6时又称抗渗混凝土 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 普通防水混凝土外加剂防水混凝土膨胀水泥防水混凝土 防渗措施 3 防水混凝土 1 普通防水混凝土 富水泥浆混凝土 原理 通过调整配合比来提高混凝土自身的密实度 从而提高混凝土的抗渗性配合比设计规定见表3 27特点 抗渗等级一般可达P6 P12施工简便 性能稳定但施工质量要求比普通混凝土严格 用途 地上 地下要求防水抗渗的工程 2 外加剂防水混凝土 定义 利用外加剂的功能 使混凝土显著提高密实性或改变孔结构 从而达到抗渗的目的 常用外加剂 引气剂 松香热聚物等 含气量3 5 密实剂 氢氧化铁 氢氧化铝 堵塞内部渗水通路 造价高 防水剂 氯化铁 与氢氧化钙作用生成氢氧化铁胶体 填充孔隙 3 膨胀水泥防水混凝土 定义 采用膨胀水泥配置而成的 原理 在水化过程中 能形成大量的钙矾石 产生一定的体积膨胀 在有约束的条件下能改变孔结构 使毛细孔径减小 提高密实度 抗渗性 使用温度应小于60度 抗渗混凝土 抗渗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 抗渗混凝土的配制原理是 混凝土抗渗剂 防水 抗渗混凝土的施工 严格控制质量 采用机拌机振浇注时应一次完成 尽量不留施工缝加强保湿养护 至少14d不得过早脱模 脱模后更要即使充分浇水养护 以免出现干缩裂缝 5 耐热混凝土 普通混凝土不耐高温 若在高温下使用 其强度会下降 甚至崩溃 耐热混凝土是指长期再高温作用下保持其所要求的物理和力学性能的特种混凝土 采用原因 组成 胶凝材料耐热粗细骨料水 或不加水 不同 硅酸盐水泥耐热混凝土铝酸盐水泥耐热混凝土水玻璃耐热混凝土磷酸盐耐热混凝土 耐热混凝土 1 硅酸盐水泥耐热混凝土 组成 胶凝材料耐热粗 细骨料掺合料适量水 普通水泥或矿渣水泥 粘土 碎砖 玄武岩 铬铁矿 重矿渣等 粘土 砖粉 磨细石英砂 骨料不同 耐热度不同 粘土 碎砖铬铁 耐900度高温 用于热工设备基础和墙 耐1600度高温 用于高炉基础和隧道窑等 2 铝酸盐水泥耐热混凝土 组成 高铝水泥或低钙硅酸盐水泥耐热粗 细骨料 碎镁砖 烧结镁砂 钒土 镁铁矿 烧结土 高耐火度磨细掺合料水 极限使用温度为1300度 碾压混凝土 碾压混凝土 6 纤维混凝土 定义 在普通混凝土的基础上外掺各种纤维材料而制成的复合材料 纤维材料 钢纤维