项目四 混凝土(上).ppt

项目四混凝土 教学目的与要求 了解水泥混凝土的地位 基本组成材料及作用 混凝土的分类 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 掌握混凝土拌和物和易性的概念及测定方法 掌握混凝土强度等级的评定及影响因素 了解混凝土变形性能及耐久性能 了解外加剂的种类 作用 熟练掌握混凝土配合比的设计 了解其他品种的混凝土性能及应用 重点 难点 普通混凝土配合比的设计 讲授课时安排 6课时 试验课时安排 2课时 任务1概述 当今世界上用量最大的人工建筑材料 混凝土的定义 混凝土是由胶凝材料 状粒材料 水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的 在土木工程中 应用最广泛的是水泥混凝土 以水泥为胶凝材料 以砂 石为骨料 加水拌制成的混合物 经过一定时间硬化而成的水泥混凝土 1 按表观密度分类 特重混凝土 2600kg m3 普通混凝土 1900 2600kg m3 轻混凝土 600 1900kg m3 特轻混凝土 600kg m3 一 混凝土分类 2 按用途分类 结构用混凝土 道路混凝土 特种混凝土 耐热混凝土耐酸混凝土等 二混凝土的特点 原材料丰富 成本低 混凝土中80 以上的是砂 石子 资源十分丰富 良好的可塑性 利用模板可以制成任何形状 尺寸的构件 高强度 混凝土的抗压强度为20 55MPa 良好的耐久性 有抗冻 抗渗 抗风化 抗腐蚀等性能 比钢材 木材更耐久 可用钢筋增强 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 三普通混凝土的组成 一 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 按项目三P55表3 10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 任务2混凝土组成材料 二 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5mm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5mm的颗粒 细骨料一般有河砂 海砂和山砂三类 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5 0 2 5 圆孔 1 25 0 63 0 315和0 16 方孔 的六个筛子 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 P67表4 5标准规定 按0 63mm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 2 石子的最大粒径Dmax与颗粒级配评定 石子粒径D的一般范围 4 75mm D Dmax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40mm 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 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P69表4 7 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 5mm Dmax 每一级粗骨料都有适量的比例 单粒级 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 三 混凝土用水 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 五 混凝土外加剂 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 在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下 加入减水剂可以减少用水量 并提高混凝土强度 我国常用的减水剂 M型减水剂 木质磺酸盐类减水剂 减水剂在混凝土中使用最普遍 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 我国应用较多的有NaCl等 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 任务3普通混凝土的主要技术性质 普通混凝土的主要技术要求是 1 与施工条件相适应的和易性 工作性 2 符合设计要求的强度 3 与使用环境相适应的耐久性 5 3 1新拌混凝土的和易性 1和易性的概念 是指由水泥浆和骨料拌和而成的混凝土拌和物 在一定的施工条件下 便于各种施工工序 拌合 运输 浇灌和振捣 的操作 以保证获得均匀密实的混凝土的性能 和易性的内容 和易性包含流动性 粘聚性和保水性三方面的内容 流动性 粘聚性和保水性的定义 流动性 是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下 能产生流动 并均匀密实地填充到模板的各个角落的性能 粘聚性 是新拌混凝土在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力 使得混凝土不致发生分层和离析的性能 保水性 新拌混凝土在施工过程中 保持水分不易析出的能力 2和易性测定方法 和易性的测定 一般以测定混凝土拌和物的流动性为主 辅以对粘聚性和保水性的观察 以判断新拌混凝土的和易性是否满足工程的需要 流动性的测定方法 主要有坍落度法和维勃稠度法两种 1 测定流动性的第一种方法 坍落度法 坍落度法 将混凝土拌和物按规定的实验方法装入标准的圆锥形筒 坍落筒 内 均匀捣平后 再将筒垂直向上快速 5 10s 提起 测量筒高与坍落后的混凝土试件最高点之间的高度差 即为该混凝土拌和物的坍落度值 以mm为单位 精确到5mm 通常用T表示 坍落度法适用的条件 仅适用于骨料最大粒径不大于40mm 且坍落度不小于10mm的混凝土拌和物 坍落度反映的是混凝土拌合物流动性的好坏 表5 10混凝土浇灌时的坍落度 mm 思考题 坍落度的设计主要考虑哪些因素 混凝土拌和物的流动性通过坍落度法测定以后 再观察混凝土拌和物的粘聚性和保水性 以判断其和易性 粘聚性的观察方法 将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打 如果混凝土锥体逐渐下降 表示粘聚性良好 如果锥体倒塌或崩裂 说明粘聚性不好 保水性观察办法 若提起坍落筒后发现较多浆体从筒底流出 说明保水性不好 2 测定流动性的第二种方法 维勃稠度法 适用范围 仅适用于骨料最大粒径不超过40mm 且坍落度小于10mm的混凝土拌合物流动性的测定 测定方法 试验五普通混凝土主要技术性能试验 坍落度法的优点 坍落度法简单易行 且指标明确 故至今仍为世界各国广泛采用 坍落度法的缺点 1 测定结果受操作技术的影响较大 2 观察粘聚性与保水性时有主观因素的影响 3 该方法仅适用于骨料粒径小于40mm 且坍落度大于10mm的混凝土拌合物流动性的测定 3影响和易性的主要因素 1 水泥浆的数量和水灰比的影响 在水灰比 W C 一定的情况下 对同一体积的混凝土拌合物而言 水泥浆越多 流动性越好 但水泥浆数量过多时 会出现流浆现象 过少时 会导致粘性不良 在水泥浆数量一定的情况下 水灰比 W C 越大 拌合物的流动性越好 但W C过大时 混凝土的粘聚性与保水性降低 2 砂率的影响 3 组成材料的性质对和易性的影响 水泥对混凝土拌合物和易性的影响 主要是水泥品种和水泥水泥细度的影响 使用硅酸盐水泥以及普通水泥 流动性大 保水性好 水泥越细 流动性越小 但保水性和粘聚性越好 骨料的影响 级配越好的骨料 流动性越大 颗粒粒径越大 流动性越大 4 时间和温度对和易性的影响 混凝土拌合物的流动性随温度的升高 时间的延长而降低而变干稠 流动性降低 总结 影响和易性的主要因素 二 混凝土的强度强度包括抗压 抗拉 抗弯和抗剪强度 1混凝土的抗压强度和强度等级 抗压强度fcu的测试 标准试件尺寸 边长为150mm的立方体 标准养护条件 养护时间 28d 计算公式 fcu P 150 150 P指的是混凝土试件受压的破坏载荷 如果实验使用的为非标准试件 则计算结果应乘换算系数 例 边长为200mm的立方体某组混凝土试件 龄期为28d 测得破坏载荷分别为560kN600kN 580kN 试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度 解 计算公式为fcu 1 05 P 200 200 Fcu1 1 05 560 200 200 14 7MPaFcu2 1 05 600 200 200 15 75MPaFcu3 1 05 580 200 200 15 23MPa所求的混凝土立方体抗压强度为 Fcu Fcu1 Fcu2 Fcu3 3 15 23MPa 课堂练习 P99习题5 2 尺寸为100mm 100mm 100mm的某组混凝土试件 龄期为28d 测定破坏荷载分别为392kN 379kN 384kN试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度 解 计算公式为fcu 0 95 P 100 100 Fcu1 0 95 392 100 100 37 24MPaFcu2 0 95 379 100 100 36 01MPaFcu3 0 95 384 100 100 36 48MPa所求的混凝土立方体抗压强度为 Fcu Fcu1 Fcu2 Fcu3 3 36 58MPa 混凝土的强度等级划分的标准 以混凝土立方体抗压强度为标准 混凝土按照立方体抗压强度划分为9级 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55等9级 我国目前建筑中采用的强度等级范围为 2影响混凝土强度的主要因素 为了研究混凝土的强度影响因素 我们首先需了解混凝土的破坏形式 混凝土受压破坏可能有以下三种形式 骨料与水泥石界面的粘结破坏 骨料本身发生劈裂破坏 水泥石本身的破坏 思考题 从混凝土的破坏形式 简述影响混凝土强度的主要因素有哪些 1 水泥强度等级和水灰比的影响 水灰比对混凝土强度的影响示意图 2 骨料的影响 水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外 还与骨料 尤其是粗骨料 的表面状况有关 碎石表面粗糙 粘结力比较大 卵石表面光滑 粘结力比较小 因而在水泥强