第四章混凝土与砂浆PPT课件.ppt

西南大学工程技术学院建筑系 第四章普通混凝土及砂浆 1 概述 正在施工的秦山核电站 2 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 3 二 混凝土的分类 按体积密度分重混凝土 0 2600kg m3 普通混凝土 0 1950 2500kg m3 轻混凝土 0 1950kg 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 4 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 5 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 地方材料80 以上 成本低 可根据工程要求配置不同等级的混凝土 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 混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同 两者复合后能很好地共同工作 6 缺点自重大 比强度小 不利于建筑物 构筑物 向高层 大跨度方向发展抗拉强度低 约为抗压强度的1 10 1 20 变形性能差 硬化较缓慢 生产周期长 导热系数大 约为1 8W m K 体积密度大 约为2400kg m3左右 7 4 1普通混凝土组成材料 8 混凝土的结构 混凝土的结构水泥 水 水泥浆 砂 水泥砂浆 石子 混凝土拌合物 硬化混凝土组成材料的作用 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 9 10 一 水泥的选择 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 5 2 0倍 配制高强混凝土时 可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右 11 二 砂的技术质量要求 定义砂是指粒径在4 75mm以下的颗粒 分类按产源分按技术要求分 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 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 12 二 砂的技术质量要求 1 表观密度 堆积密度及空隙率表观密度 s 2500kg m3 松散堆积密度 so 1350kg m3 空隙率P 47 2 含泥量 泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0 075mm的颗粒含量 泥块含量是指粒径大于1 18mm 经水洗 手捏后小于600 m的颗粒含量 石粉含量是指人工砂中粒径小于0 075mm的颗粒含量 具体指标见表 13 二 砂的技术质量要求 天然砂含泥量和泥块含量 人工砂石粉含量和泥块含量 14 二 砂的技术质量要求 3 有害物质含量砂中不应混有草根 树叶 树枝 塑料等杂物 有害物质主要是云母 轻物质 有机物 硫化物及硫酸盐 氯化物等 见下表 15 二 砂的技术质量要求 4 颗粒级配 1 颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况 2 级配良好的砂 不同粒径颗粒搭配比例适当 其空隙率小 且总表面积小 可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性 3 颗粒级配采用筛分法确定 4 颗粒级配的指标级配区按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 详见下页表 级配合格判定砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内 除4 75mm和600 m筛档外 可以略有超出 但超出总量应小于5 16 筛分析法 砂的颗粒级配和粗细程度 常用筛分析的方法进行测定用级配区表示砂的颗粒级配 用细度模数表示砂的粗细 筛分析的方法 是用一套孔径 净尺寸 为9 50 4 75 2 36 1 18 0 60 0 30 0 15 的标准筛 将500g的干砂试样由粗到细依次过筛 然后称得各筛余留在各个筛上的砂的重量 并计算出各筛上的分计筛余百分率ai及累计筛余百分率 i 各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和 17 0 15mm 0 30mm 0 60mm 1 18mm 2 36mm 4 75mm 分计筛余量 各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率 累积筛余量 各筛与比该筛粗的所有筛之分计筛余百分率之和 18 分计筛余和累计筛余的关系 19 二 砂的技术质量要求 砂的颗粒级配区 20 二 砂的技术质量要求 5 级配曲线 6 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 21 5 细度砂按细度模数大小分为粗砂 中砂 细砂 粗砂Mx 3 7 3 1 中砂Mx 3 0 2 3 细砂Mx 2 2 1 6 细度模数按下式计算 式中 Mx 细度模数 A1 A2 A3 A4 A5 A6 分别为4 75mm 2 36mm 1 18mm 600 m 300 m 150 m筛的累计筛余百分率 22 三 石子的技术质量要求 定义粒径大于4 75mm的骨料称为粗骨料 分类按产源分 卵石和碎石按技术要求分 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 23 三 石子的技术质量要求 1 表观密度 堆积密度及空隙率表观密度 g 2500kg m3 松散堆积密度 go 1350kg m3 空隙率P 47 2 含泥量 泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0 075mm的颗粒含量 泥块含量是指卵石 碎石中粒径大于4 75mm经水洗手捏后小于2 36mm的颗粒含量 具体指标见表 24 三 石子的技术质量要求 3 针片状颗粒含量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倍者 片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0 4倍者 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 见表 碎石 卵石含泥量和泥块含量 25 三 石子的技术质量要求 碎石 卵石针片状颗粒含量 4 有害物质含量卵石 碎石中不应混有草根 树叶 树枝 塑料 煤块和炉渣等杂物 见下表 26 三 石子的技术质量要求 5 强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验 岩石抗压强度是将母岩制成50mm 50mm 50mm立方体试件 在水饱和状态下测定其极限抗压强度值 压碎指标是将一定质量风干状态下9 50 19 0mm的颗粒装入标准圆模内 在压力机上按1kN s速度均匀加荷至200kN并稳定 卸荷后用2 36mm的筛筛除被压碎的细粉 称出筛余量 按下式计算 式中 Qc 压碎指标值 G1 试样的质量 g G2 压碎后的筛余量 g 27 6 颗粒级配为减少空隙率 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 粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种 连续级配是石子由小到大连续分级 间断级配是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 三 石子的技术质量要求 碎石 卵石的压碎指标 28 三 石子的技术质量要求 7 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 从结构上考虑根据规定 混凝土用粗骨料的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40mm 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 当大于150mm后 节约水泥的效果却不明显 29 四 拌合用水的技术质量要求 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 30 水中物质含量限值 JGJ63 89 31 对混凝土用水的质量要求是 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 32 对水质怀疑的处理 用待检验水与蒸馏水分别做 水泥凝结时间砂浆或混凝土强度对比试验 对比试验测得的 水泥初凝时间差和终凝时间差 均不得超过30min 且其初凝及终凝时间应符合国家水泥标准的规定 用待检验水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水配制的对比砂浆或混凝土强度的90 33 4 3混凝土拌合物的技术性质 34 一 和易性 工作性 的概念 混凝土拌合物便于施工操作 能够达到结构均匀 成型密实的性能 和易性主要包括流动性 粘聚性和保水性 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泌水现象的性质 保证混凝土硬化后的质量 35 二 和易性的评定 定量测定拌合物的流动性 辅以直观经验评定粘聚性和保水性 1 坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值 坍落度 单位mm 适用范围 集料最大粒径不大于40mm 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土 塑性混凝土 36 37 38 和易性良好的混凝土 39 二 和易性的评定 2 维勃稠度法测定使拌合物密实所需要的时间 s 适用范围粗骨料最大粒径不大于40mm 坍落度小于10mm 维勃稠度在5s 30s之间的干硬性混凝土 40 三 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 见下表 41 四 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 见下表 42 五 影响和易性的因素 1 组成材料及其用量之间的关系 水泥浆数量和单位用水量 骨料的品种 级配和粗细程度 砂率 外加剂 见下图 2 施工环境的温度 时间 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 43 单位体积用水量 kg m3 无论是水泥浆的多少还是水泥浆的稀稠 实际上对混凝土拌和物流动性起决定作用的是用水量的多少 即在一定条件下 使混凝土拌和物获得一定的流动性 所需的单位用水量基本上是一个定值 对混凝土拌和物流动性的调整 应在保证水灰比不变的条件下 用调整水泥浆量的方法来调整 单位体积用水量的选用依据 骨料种类和粒径要求的坍落度值 44 45 五 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 46 时间和温度 坍落度的经时损失SlumpLoss 搅拌完的混凝土拌和物 随着时间的延长而逐渐变得干稠 和易性变差 其原因是一部分水供水泥水化 一部分水被骨料吸收 一部分水蒸发以及凝聚结构的逐渐形成 致使混凝土拌和物的流动性变差 拌和物的和易性也受温度的影响 因为环境温度的升高 水分蒸发及水化反应加快 坍落度损失也变快 因此施工中为保证一定的和易性 必须注意环境温度的变化 采取相应的措施 47 六 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 48 4 4硬化混凝土的技术性质 49 一 混凝土的强度 混凝土强度的种类 混凝土强度 抗拉强度 抗剪强度 抗压强度 握裹强度 轴心抗压强度 立方体抗压强度 钢筋与混凝土的粘结强度 50 一 混凝土的强度 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 详见实验部分 51 一 混凝土的强度 2 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 52 一 混凝土的强度 3 轴心抗压强度采用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 53 一 混凝土的强度 4 劈裂抗拉强度式中 fts 劈裂抗拉强度 MPa P 破坏荷载 N A 试件劈裂面积 mm2 劈裂抗拉强度较低 一般为抗压强度的1 10 1 20 拉应力 压应力 P P 54 砼与钢筋的粘结强度 在钢筋混凝土结构中 混凝土用钢筋来增强 要使钢筋混凝土这类复合材料有效工作 混凝土与钢筋之间必须要有适当的粘结强度 砼与钢筋的粘结强度的产生 混凝土与钢筋之间的摩擦力钢筋与水泥石之间的粘结力变形钢筋的表面机械啮合力 55 粘结强度的评定 美国材料试验学会 ASTMC234 拔出试验方法 混凝土试件为边长150mm的立方体 其中埋入 19mm的标准变形钢筋 试验时以不超过34Mpa min的加荷速度对钢筋施加拉力 直到钢筋发生屈服 混凝土劈开 加荷端钢筋滑移超过2 5mm 记录出现上述三种任一情况时的荷载值P 用下式计算混凝土与钢筋的粘结强度 56 影响钢筋与砼粘结强度的因素 混凝土质量 与混凝土抗压强度成正比 钢筋尺寸及变形钢筋种类 钢筋在砼中的位置 水平钢筋或垂直钢筋 加载类型 受拉钢筋或受压钢筋 干湿变化 温度变化等 57 一 混凝土的强度 影响抗压强度的因素 1 水泥的强度和水灰比式中 fcu 混凝土28d龄期的抗压强度值 MPa fce 水泥28d抗压强度的实测值 MPa 混凝土灰水比 即水灰比的倒数 a b 回归系数 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 58 一 混凝土的强度 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 59 一 混凝土的强度 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7 14d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 60 试验条件 试验条件是指 试件的尺寸试件形状试件表面状态加荷速度等 61 当试件受压面积 a a 相同时 h a越大 测得的抗压强度越小 原因 环箍效应 这是由于试件受压时 试件受压面与试件承压板之间的摩擦力 对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用 该约束有利于强度的提高 愈接近试件的端面 这种约束作用就愈大 在距端面大约的范围以外 约束作才消失 试件破坏后 其上下部分各呈现一个较完整的棱柱体 这就是这种约束作用的结果 通常称这种作用为环箍效应 62 CementConcrete 63 CementConcrete 试件表面状态 混凝土试件承压面的状态也是影响混凝土强度的重要因素 当试件受压面上有油脂类润滑剂时 试件受压时的环箍效应大大减小 试件将出现直裂破坏 测出的强度值也较低 64 65 一 混凝土的强度 提高混凝土抗压强度的措施 1 采用高强度等级水泥 2 采用单位用水量较小 水灰比较小的干硬性混凝土 3 采用合理砂率 以及级配合格 强度较高 质量良好的碎石 4 改进施工工艺 加强搅拌和振捣 5 采用加速硬化措施 提高混凝土的早期强度 6 在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂 66 二 混凝土变形 混凝土变形的类型分类 化学收缩 非荷载作用下的变形干湿变形温度变形 荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形 徐变 67 二 混凝土变形 1 化学收缩定义 在混凝土硬化过程中 由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小 从而引起混凝土的收缩 称为化学收缩 特点 化学收缩是不可恢复的 其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加 一般在混凝土成型后40天左右增长较快 以后逐渐趋于稳定 化学收缩值很小 小于1 对混凝土结构没有破坏作用 但在混凝土内部可能产生微细裂缝 68 2 干湿变形 定义 由于混凝土周围环境湿度的变化 会引起混凝土的干湿变形 表现为干缩湿胀 机理 混凝土在干燥过程中 由于毛细孔水的蒸发 使毛细孔中形成负压 随者空气湿度的降低负压逐渐增大 产生收缩力 导致混凝土收缩 同时 凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发 凝胶体因失水而产生紧缩 69 干湿变形的特点 可恢复性 吸水膨胀 混凝土的湿胀变形量很小 一般无破坏作用 但干缩收缩 DryShrinkage 能使混凝土表面出现拉应力而导致开裂 严重影响混凝土的耐久性 一般条件下混凝土的极限收缩值为 50 90 10 5mm mm左右 在工程设计时 混凝土的线收缩采用 15 20 10 5mm mm 即每m收缩0 15 0 20m 70 3 温度变形 定义 混凝土随着温度的变化产生热胀冷缩的变形 参数 混凝土的温度线膨胀系数为 1 1 5 10 5 即温度升高1 每m膨胀0 01mm 危害 温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利 易使这些混凝土造成温度裂缝 71 在短期荷载作用下的变形 弹塑性变形 混凝土的特点 混凝土是一种由水泥石 砂 石 孔隙等组成的不匀质的三相复合材料 它既不是一个完全弹性体 也不是一个完全塑性体 而是一个弹塑性体 受力时既产生弹性变形 又产生塑性变形 其应力与应变的关系不是直线 而是曲线 如下图 72 硬化水泥浆体 骨料与混凝土的应力应变关系 a 三者的应力 应变曲线 b 混凝土在加 卸载循环时的应力 应变关系 73 二 混凝土变形 混凝土的弹性模量定义 在应力 应变曲线上任一点的应力 与其应变 的比值 称作混凝土在该应力下的变形模量 它反应混凝土所受应力与所产生应变之间的关系 在计算钢筋混凝土结构的变形 裂缝开展及大体积混凝土的温度应力时 均需知道该时混凝土的变形模量 74 二 混凝土变形 根据 普通混凝土力学性能试验方法 GBJ 85 中规定 采用150mm 150mm 150mm的棱柱体作为标准试件 取测定点的应力为试件轴心强度的40 即 0 4fcp 经三次以上反复加荷与卸荷后 测得的变形模量值 即为该混凝土的弹性模量 75 在长期荷载作用下的变形 徐变 定义 这种在长期荷载作用下 随时间而增长的变形称为徐变 而应变一定时 应力随时间逐渐减小的现象则称应力松弛 两者都是粘弹性材料的典型特征 当一混凝土构件受约束时 其粘弹性表现为应力随时间逐渐减小 因此 在有约束的条件下 收缩应变引起的弹性拉应力和粘弹性引起的应力松弛 是大多数结构变形与开裂的实质 76 二 混凝土变形 混凝土徐变原因水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动 并向毛细孔内迁移的结果 在混凝土的较早龄期加荷 水泥尚未充分水化 所含凝胶体较多 且水泥石中毛细孔较多 凝胶体易流动 所以徐变发展较快 在晚龄期 水泥继续硬化 凝胶体含量相对减少 毛细孔亦少 徐变发展愈慢 77 二 混凝土变形 影响混凝土徐变的因素水灰比 混凝土的水灰比较小或在水中养护时 徐变较小 水泥用量 水灰比相同的混凝土 其水泥用量愈多 徐变愈大 骨料的性质 混凝土所用骨料的弹性模量较大时 徐变较小 荷载 所受应力越大 徐变越大 78 二 混凝土变形 79 混凝土的徐变对结构物的影响 有利面 徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中 使应力重分布 从而使局部应力集中得到缓解 对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力 不利面 在预应力钢筋混凝土中 混凝土的徐变将使钢筋的预加应力受到损失 80 三 混凝土的耐久性 1 耐久性的主要内容 1 抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力 混凝土的抗渗性用抗渗等级表示 是以28d龄期的标准试件 按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定 可分为P4 P6 P8 P10和P12等五个等级 分别表示混凝土能抵抗0 4 0 6 0 8 1 0和1 2MPa的静水压力而不发生渗透 2 抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下 能抵抗冻融循环作用而不发生破坏 强度也不显著降低的性质 用抗冻等级表示 抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件 在饱和水状态下 强度损失不超过25 且质量损失不超过5 时 所能承受的最大冻融循环次数来表示 有F10 F15 F25 F50 F100 F200 F250和F300等九个等级 81 三 混凝土的耐久性 3 抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性 合理选择水泥品种 提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性 4 抗碳化性混凝土的碳化主要指水泥石的碳化 混凝土碳化 使其碱度降低 从而使混凝土对钢筋的保护作用降低 钢筋易锈蚀 引起混凝土表面产生收缩而开裂 5 碱集料反应碱集料反应是指水泥 外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应 应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量 82 三 混凝土的耐久性 2 提高混凝土耐久性的措施 1 合理选择混凝土的组成材料根据混凝土工程特点或所处环境条件 选择水泥品种 选择质量良好 技术要求合格的骨料 2 提高混凝土制品的密实度严格控制混凝土的水灰比和水泥用量 见下页表 选择级配良好的骨料及合理砂率 保证混凝土的密实度 掺入适量减水剂 提高混凝土的密实度 严格按操作规程进行施工操作 3 改善混凝土的孔隙结构在混凝土中掺入适量引气剂 可改善混凝土内部的孔结构 封闭孔隙的存在 可以提高混凝土的抗渗性 抗冻性及抗侵蚀性 83 三 混凝土的耐久性 混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定 JGJ55 2000 84 4 5混凝土外加剂 85 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 1 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 2 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 3 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 4 改善混凝土其它性能的外加剂 包括加气剂 膨胀剂 防冻剂 着色剂 防水剂和泵送剂等 86 一 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 1 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 87 一 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 88 一 减水剂 2 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 89 一 减水剂 3 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 90 一 减水剂 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 91 二 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 92 4 6普通混凝土配合比设计 93 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 94 二 配合比设计的要求 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 符合经济原则 即节约水泥以降低混凝土成本 95 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 96 四 配合比设计的步骤与方法 一 确定混凝土基准配合比 二 试配 调整 确定设计配合比 三 计算施工配合比 97 一 确定混凝土基准配合比 1 计算施工配制强度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 的规定取用 98 一 确定混凝土基准配合比 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 混凝土强度标准差 99 一 确定混凝土基准配合比 2 复核耐久性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 3 确定单位用水量mw 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 100 一 确定混凝土基准配合比 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 101 一 确定混凝土基准配合比 4 计算水泥用量mc 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 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 102 一 确定混凝土基准配合比 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 混凝土砂率 103 一 确定混凝土基准配合比 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mcp kg 104 一 确定混凝土基准配合比 解方程组可得ms0 mg0 式中 mc0 ms0 mg0 mw0 分别为1m3混凝土中水泥 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 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 105 二 试配调整 确定设计配合比 1 试配按基准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 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 记录好各种材料调整后用量 并测定混凝土拌合物的实际体积密度 c t 106 二 试配调整 确定设计配合比 2 强度调整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 各种配比制作两组强度试块 标准养护28d进行强度测定 3 设计配合比的确定 1 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 107 二 试配调整 确定设计配合比 2 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 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 得到设计配合比 108 三 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 109 五 配合比计算例题 例题某工程现浇室内钢筋混凝土梁 混凝土设计强度等级为C30 施工采用机械拌合和振捣 选择的混凝土拌合物坍落度为30 50mm 施工单位无混凝土强度统计资料 所用原材料如下 水泥 普通水泥 强度等级42 5MPa 实测28d抗压强度48 0MPa 密度 c 3 1g cm3 砂 中砂 级配2区合格 表观密度 s 2 65g cm3 石子 卵石 5 40mm 表观密度 g 2 60g cm3 水 自来水 密度 w 1 00g cm3 试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比 110 五 配合比计算例题 解 1 计算混凝土的施工配制强度fcu 0 根据题意可得 fcu k 30 0MPa 查表3 24取 5 0MPa 则fcu 0 fcu k 1 645 30 0 1 645 5 0 38 2MPa2 确定混凝土水灰比mw mc 1 按强度要求计算根据题意可得 fce 48 0MPa a 0 48 b 0 33 则 2 复核耐久性 经复核 耐久性合格 111 五 配合比计算例题 3 确定用水量mw0根据题意 骨料为中砂 卵石 最大粒径为40mm 查表取mw0 160kg 4 计算水泥用量mc0 1 计算 2 复核耐久性经复核 耐久性合格 5 确定砂率 s根据题意 采用中砂 卵石 最大粒径40mm 水灰比0 50 查表 s 28 33 取 s 30 6 计算砂 石子用量ms0 mg0 112 五 配合比计算例题 1 体积法将数据代入体积法的计算公式 取 1 可得 解方程组 可得ms0 570kg mg0 1330kg 2 质量法假定混凝土拌合物的质量为mcp 2400kg 将数据代入质量法计算公式 得 ms0 mg0 2400 320 160解方程组 可得ms0 576kg mg0 1344kg 113 6 计算基准配合比 1 体积法mc0 ms0 mg0 320 570 1330 1 1 78 4 16 mw mc 0 50 2 质量法mc0 ms0 mg0 320 576 1344 1 1 80 4 20 mw mc 0 50 114 4 7建筑砂浆 115 定义和分类 定义砂浆是由胶凝材料 细骨料 掺加料和水按一定比例配制而成的建筑工程材料 分类按用途不同分砌筑砂浆 抹面砂浆和特种砂浆 按胶凝材料分水泥砂浆 石灰