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中铁八局2008年铁路试验员培训混凝土基础知识 二 八年十一月 目录 一 几个基本概念二 混凝土的分类三 混凝土原材料四 混凝土性质五 混凝土质量初步控制六 混凝土质量生产控制 一 几个基本概念 混凝土由胶结材料 有机的 无机的或有机无机复合的 颗粒状集料 粗骨料和细骨料 外加剂 矿物掺合料和水合理组成拌和并在一定条件下凝结 硬化而成的复合材料 总称为混凝土 水泥混凝土以水泥为胶结材料 加入粗 细集料 外加剂及水等按一定的比例配制 并经搅拌 成型 凝结 硬化后形成的水泥基复合材料 没有硬化的混合料称之为新拌混凝土 已硬化的混凝土称之为硬化混凝土 预拌混凝土水泥 集料 水以及根据需要掺入的外加剂 矿物掺合料等组分按一定比例 在拌和站经计量 拌制后采用运输车在规定时间内运至使用地点的混凝土 水灰比 水胶比 混凝土中水用量与水泥 胶凝材料 用量的比值 二 混凝土的分类 按胶结材料分类无机胶结材料混凝土 水泥混凝土 石灰 硅质胶结材料混凝土 石膏混凝土 铝酸盐混凝土 有机胶结材料混凝土 沥青混凝土 聚合物胶结混凝土 无机有机复合胶结材料混凝土 聚合物水泥混凝土 聚合物混凝土 按容重分类 特重混凝土 其容重大于2700kg m3 主要用作防射线的屏蔽混凝土 重混凝土 又称普通混凝土 容重为1900 2500kg m3 在建筑工程中应用最广 轻混凝土 容重在600 1900kg m3 它包括轻骨料混凝土 无砂大孔混凝土和容重在600kg m3以上的多孔混凝土 主要用于减少结构自重 改善热工性能 以降低工程造价 特轻混凝土 容重小于600kg m3的多孔混凝土 包括加气混凝土 泡沫混凝土等 它是用专门的方法使胶凝材料 磨细混合料和水的混合物发泡或膨胀而得 主要用作保温隔热材料或用于建筑物的非承重隔墙 按混凝土的性能和用途分类 普通结构混凝土 普通混凝土 耐热混凝土 防水混凝土 地下室 有防水要求的结构 耐酸 耐碱混凝土 有酸碱侵蚀介质作用的混凝土 通常采用粉煤灰 矿渣复合水泥 按混凝土混合物流动性分类 干硬性混凝土 坍落度一般小于10mm 需用维勃稠度表示其稠度的混凝土 塑性混凝土 坍落度为10 90mm的混凝土拌合物 流动性 流态 混凝土 坍落度一般为100 150mm的混凝土 大流动性混凝土 坍落度大于160mm的混凝土 按混凝土的强度分类 普通混凝土 抗压强度在10 50MPa之间 高强混凝土 抗压强度大于60MPa 超高强混凝土 抗压强度大于等于100MPa 此外 还可以施工方法 制造工艺等方法进行分类 泵送混凝土 喷射混凝土 离心混凝土 真空混凝土 水下混凝土等 总之 混凝土的种类很多 性能各异 混凝土拌合物的和易性 混凝土拌合物必须具有与施工条件相适应的和易性 强度 混凝土经养护至规定天数 应达到设计要求的强度 耐久性 硬化后的混凝土 应具有适应所处环境条件下的耐久性 如抗冻性 抗渗性 耐腐蚀性等 使混凝土经久耐用 经济性 在保证上述三种要求的前提下 混凝土中各种材料的组成应经济合理 尽量节省水泥 降低成本 混凝土的基本要求 三 混凝土原材料 水泥混凝土的强度和耐久性 主要取决于水泥的性质 因此 水泥的选用非常关键 必须根据混凝土的设计强度和耐久性要求来选用水泥强度等级和品种 选用的水泥强度等级必须使混凝土中加入水泥量较少 且能满足和易性要求 不仅节约水泥 也减少混凝土收缩 细骨料 混凝土建筑用砂分为天然砂和人工砂两种 天然砂是由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的大小不等 由不同矿物颗粒组成的混合物 按其产源可分为河砂 海砂和山砂等几种 一般具有颗粒表面比较圆滑而清洁的特点 人工砂是采用机械的方法将天然岩石破碎 磨制而成 具有颗粒表面棱角多 比较清洁 砂中片状颗粒及细粉含量较多的特点 粗骨料 普通混凝土的粗骨料的有碎石和卵石两种 碎石大多由天然岩石经破碎 筛分而成 也可将大卵石轧碎 筛分而得 因而碎石具有表面粗糙 多棱角 较洁净 与水泥浆粘结比较牢固的特点 是建筑工程中用量最大的粗骨料 卵石是由天然岩石经自然条件长期作用而形成的粒径大于5mm的颗粒 卵石中有机杂质含量较多 与碎石相比 卵石具有表面光滑 拌制混凝土时需水量小 拌合物的和易性较好特点 但卵石与水泥石的胶结力较差 在相同条件下 卵石混凝土的强度较碎石混凝土的低 粉煤灰 粉煤灰是燃煤电厂采用静电除尘的方法从锅炉烟气中收集到的废弃物 是混凝土工程中使用最多的活性矿物掺合料 粉煤灰的活性主要与SiO2 Al2O3 Fe2O3有关 三者总量在70 以上 粉煤灰烧失量主要与含碳量有关 是重点控制指标 粉煤灰的效应作用及使用方法 粉煤灰 四大效应 活性效应形态效应微集料效应稳定效应混凝土中粉煤灰的掺用方法等量取代法超量取代法外掺法 外加剂 混凝土外加剂是指在混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质 其掺量一般不大于水泥质量的5 特殊情况除外 按用途可分为减水剂 泵送剂 缓凝剂 引气剂 膨胀剂等 按化学组分可分为无机外加剂 有机外加剂 复合外加剂 混凝土外加剂产品繁多 但大多是复合产品 其主要组分有 增塑组分 减水剂 高效减水剂 引气组分 主要改善混凝土的抗冻性 调凝组分 主要用来控制混凝土的凝结时间和早期硬化能力 四 混凝土性质 混凝土的主要技术性能包括混凝土拌合物的性能和硬化混凝土的性能 而硬化混凝土的性能又分为混凝土的力学性能 长期性能和耐久性能 混凝土拌合物的性质 工作性 稠度 坍落度采用坍落度筒法对新拌混凝土按照 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行检测 测试新拌混凝土在重力作用下的变形 和易性指混凝土拌合物易于施工操作 拌合 运输 浇筑 捣实 并获得质量均匀 成型密实的性能 和易性是一项综合的技术性质 包括有流动性 粘聚性和保水性等三方面的含义 有时亦称为工作性 和易性常用坍落度 坍落扩展度 法 维勃稠度法等来测试表示 坍落度 坍落扩展度 法适用于骨料最大粒径不大于40mm 坍落度不小于10mm的混凝土拌合物稠度测定 维勃稠度法适用于骨料最大粒径大于40mm 维勃稠度在5 30s之间的混凝土拌合物稠度测定 凝结时间泌水与压力泌水表观密度含气量 用水量 影响混凝土拌合物和易性的因素 混凝土拌合物中 水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙 并在颗粒表面形成润滑层 以降低摩擦 可见 为了获得要求的流动性 必须要有足够的水泥浆 当增加水泥浆中的用水量时 流动性增大 否则 则减小 增加用水量虽然可提高流动性 但用水量过多 使拌合物的粘聚性和保水性变差 产生分层 离析现象 影响混凝土的强度和耐久性 所以 在增加用水量的同时 增加水泥的用量 保持水灰比不变 水灰比 水灰比决定着水泥浆的稠稀 为获得密实的混凝土 水灰比不宜过小 为获得要求的粘聚性和保水性 水灰比值不宜过大 砂率 合理砂率实际就是保持混凝土拌合物具有良好黏聚性和保水性的最小砂率 合理砂率的选择 要根据所选材料及施工条件是否有利于保持混凝土拌合物的黏聚系和保水性而定 如有利于保持黏聚性和保水性 则采用较小砂率 否则 采用较大砂率 如施工要求的流动性较大 则须采用较大砂率 其他影响因素 包括水泥品种 骨料条件 时间和温度 外加剂等 硬化混凝土的性质 混凝土力学性能 抗压强度轴心抗压强度静力受压弹性模量劈裂抗拉强度抗折强度 混凝土长期性能和耐久性能 抗冻性能动弹性模量抗渗性能收缩受压徐变碳化混凝土中钢筋锈蚀抗压疲劳强度 普通混凝土受压破坏特点 影响混凝土强度的因素 混凝土受压破坏主要发生在水泥石与骨料的界面上 混凝土受荷载之前 粗骨料与水泥石界面上实际已存在细小裂缝 随着荷载的增加 裂缝的长度 宽度和数量也不断增加 若荷载是继续的 随时间延长即发生破坏 决定混凝土强度的应该是水泥石与粗骨料界面的黏结强度 水泥强度和水灰比 从普通混凝土受压破坏特点得知 混凝土强度主要决定于水泥石与粗骨料界面的黏结强度 而黏结强度又取决于水泥石强度 水泥石强度愈高 水泥石与粗骨料界面强度也愈高 至于水泥石强度 则取决于水泥强度和水灰比 这是因为 水泥强度愈高 水泥石强度愈高 黏结力愈强 混凝土强度愈高 在水泥强度相同的情况下 混凝土强度则随水灰比的增大有规律的降低 但水灰比也不是愈小愈好 当水灰比过小时 水泥浆过于干稠 混凝土不易被振密实 反而导致混凝土强度降低 龄期 混凝土在正常情况下 强度随着龄期的增加而增长 最初的7 14天内较快 以后增长逐渐缓慢 28天后强度增长更慢 但可持续几十年 养护温度和湿度 混凝土浇捣后 必须保持适当的温度和足够的湿度 使水泥充分水化 以保证混凝土强度的不断发展 一般规定 在自然养护时 对硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥配制的混凝土 浇水保湿养护日期不少于7天 火山灰水泥 粉煤灰水泥 掺有缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土 则不得少于14天 施工质量 施工质量是影响混凝土强度的基本因素 若发生计量不准 搅拌不均匀 运输方式不当造成离析 振捣不密实等现象时 均会降低混凝土强度 因此必须严把施工质量关 混凝土的变形 混凝土在硬化后和使用过程中 受各种因素影响而产生变形 主要有化学收缩 干湿变形 温度变形和荷载作用下的变形等 这些都是使混凝土产生裂缝的重要原因 直接影响混凝土的强度和耐久性 混凝土质量的初步控制应包括组成材料的质量检验与控制和混凝土配合比的合理确定 五 混凝土质量初步控制 水泥 组成材料的质量控制 配制混凝土用的水泥应符合现行国家水泥产品标准 应根据工程特点 所处环境以及设计 施工的要求 选用适当品种和强度等级的水泥 对所用水泥应检验其安定性和强度 有要求时 尚应检验其他性能 水泥应按不同品种 强度等级及牌号按批分别存储在专用的仓罐或水泥库内 骨料 普通混凝土所用的骨料应符合国家现行标准的规定 粗骨料最大粒径应符合下列要求 不得大于混凝土结构截面最小尺寸的1 4 并不得大于钢筋最小净距的3 4 对于混凝土实心板 其最大粒径不宜大于板厚的1 2 并不得超过50mm 泵送混凝土用的碎石 不应大于输送管内径的1 3 卵石不应大于输送管内径的2 5 泵送混凝土用的细骨料 0 315mm筛孔的通过量不应少于15 对0 16mm筛孔的通过量不应少于5 泵送混凝土宜采用中砂 其通过0 315mm筛孔的颗粒含量不应少于15 泵送混凝土用的骨粒还应符合泵车技术条件的要求 水 拌制各种混凝土的用水应符合国家现行标准 混凝土拌合用水标准 的规定 不得使用海水拌制钢筋混凝土和预应力混凝土 不宜用海水拌制有饰面要求的素混凝土 掺合料 用于混凝土中的掺合料 应符合现行国家标准 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 GB T1596 2005 和GB T18046 2008 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉 的规定 选用的掺合料 应使混凝土达到预定改善性能的要求或在满足性能要求的前提下取代水泥 其掺量应通过试验确定 其取代水泥的最大取代量应符合有关标准的规定 掺合料在运输与存储中 应有明显标志 严禁与水泥等其他粉状材料混淆 外加剂 用于混凝土的外加剂的质量应符合现行国家标准 混凝土外加剂 GB8076 2000 的规定 选用外加剂时 应根据混凝土的性能要求 施工工艺及气候条件 结合混凝土的原材料性能 配合比以及对水泥的适应性因素 通过试验确定其品种和掺量 选用的外加剂应具有质量证明书 需要时还应检验其氯化物 硫酸盐等有害物质的含量 经验证确认对混凝土无有害影响时方可使用 不同品种外加剂应分别存储 做好标记 在运输与存储时不得混入杂物和遭受污染 混凝土配合比应按国家现行规定进行 在施工过程中 不得随意改变配合比 泵送混凝土配合比应考虑泵送的垂直和水平距离 弯头设置 泵送设备的技术条件等因素 按有关规定进行设计 并应符合现行国家标准 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 的规定 混凝土配合比使用过程中 应根据混凝土质量的动态信息 及时进行调整 混凝土配合比的确定与控制 六 混凝土质量生产控制 混凝土质量的生产控制包括以下几个方面 混凝土质量的生产控制应包括混凝土组成材料的计量 混凝土拌合物的搅拌 运输 浇筑和养护等工序的控制 施工 生产 单位应根据设计要求 提出混凝土质量控制目标 建立混凝土质量保证体系 制订必要的混凝土生产质量管理制度 在生产过程中应对在各工序中取得的质量数据 定期 每月 季 年 进行统计分析 并应采用各种质量统计管理图表 根据生产过程的质量动态 及时采取措施和对策 施工 生产 单位必须积累完整的混凝土生产全过程的技术资料和质量检测资料 并应分类整理存档 计量 每盘混凝土各种原材料计量允许偏差应符合下表混凝土各种原材料计量允许偏差单位 每班称量前对计量设备零点调零 每班对骨料不少于一次含水量测试 计量器具应定期检定 搅拌时间 混凝土搅拌的最短时间应符合下列规定 当采用搅拌运输车运送混凝土时 其搅拌的最短时间应符合设备说明书的规定 并且每盘搅拌时间 从全部材料投完算起 不得低于30s 在制备C50以上强度等级的混凝土或采用引气剂 膨胀剂 防水剂时应相应增加搅拌时间 当采用翻斗车运送混凝土时 应适当延长搅拌时间 搅拌 搅拌完后其拌和物的均匀性应符合规定 稠度应在搅拌地点和浇注地点分别取样检测 每一工作班不应少于一次 按评定时以浇注地点的测值为准 在检测坍落度时 还应观察混凝土拌合物的黏聚性和保水性 根据需要 尚应检测混凝土拌合物的其他质量指标 检测结果应符合规定 在运输工序中 应控制混凝土运至浇筑地点后 不离析 不分层 组成成分不发生变化 并能保证施工所必需的稠度 运送混凝土的容器和管道 应不吸水 不漏浆 并保证卸料及输送通畅 容器和管道在冬期应有保温措施 夏季最高气温超过40 时 应有隔热措施 混凝土从搅拌机卸出后到浇筑完毕的延缓时间不宜超过下表的规定 运输 混凝土从搅拌机卸出到浇筑完毕的延续时间 混凝土运送至浇筑地点 如混凝土拌合物出现离析或分层现象 应对混凝土拌合物进行二次搅拌 混凝土运至指定卸料地点时 应检测其稠度 所测稠度值应符合设计和施工要求 混凝土拌合物运至浇筑地点时的温度 最高不宜超过35 最低不宜低于5 采用泵送混凝土时 应保证混凝土泵的连续工作 受料半内应有足够的混凝土 泵送间歇时间不宜超过15min 浇筑混凝土前 应检查和控制模板 钢筋 保护层和预埋件等的尺寸 规格 数量和位置 其偏差值应符合现行国家标准 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 的规定 此外 还应检查模板支撑的稳定性以及接缝的密合情况 模板和隐蔽项目应分别进行预检的隐检验收 符合要求时 方可进行浇筑 浇筑前的检