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混凝土 一 第一节概述 混凝土是由胶凝材料 水和粗 细骨料按适当比例配合 拌制成拌合物 经一定时间硬化而成的人造石材 工程对混凝土质量的基本要求是 具有符合设计要求的强度 具有与施工条件相适应的和易性 具有与工程环境相适应的耐久性材料组成经济合理 生产制作节约能源 一 混凝土的分类 1 按其表观密度普通混凝土 表观密度为2000 2800kg m3重混凝土 表观密度2800kg m3以上轻混凝土 表观密度小于1950kg m3 可用作结构混凝土 保温用混凝土以及结构兼保温混凝土 2 按照胶凝材料种类分沥青混凝土树脂混凝土石膏混凝土水玻璃混凝土硅酸盐混凝土 3 按照生产和施工方法商品混凝土 又称预拌混凝土 泵送混凝土喷射混凝土压力灌浆混凝土碾压混凝土热拌混凝土离心混凝土 4 按强度分 普通混凝土 C60 高强混凝土 C60 超高强混凝土 C100 5 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 二 混凝土的特点 优点 1 混凝土中占80 的砂 石骨料资源丰富 价格便宜 2 可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件 3 调整混凝土材料组成 可获得不同的性能和要求 4 混凝土抗压强度高 且与钢筋具有良好的工作性 5 混凝土具有很好的耐久性 缺点 自重大抗拉强度低脆性大导热性强等生产周期长受施工过程影响较大 第二节普通混凝土的组成材料 砂子 水泥浆 石子 普通混凝土的四种基本组成材料 一 水泥二 水三 砂子四 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 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 品种根据工程特点 所处环境条件及施工条件 进行合理选择 一 水泥 强度等级原则 高强度等级的水泥配制高强度等级的混凝土 C60 C30 说明 随着混凝土技术的不断发展 高强 高性能混凝土不受此比例限制 一 定义 粒径在0 15 4 75mm之间的岩石颗粒 细骨料主要采用天然砂和人工砂 二 细骨料 二 分类 河砂 湖砂 山砂 和淡化海砂等 颗粒表面光滑洁净 但海砂中常含有碎贝壳 可溶性盐等有害物质 颗粒多具棱角 表面粗糙 含泥量及有机杂质多 天然岩石用机械轧碎 筛分后制成 砂按技术要求分为 类 类 类 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类宜用于强度等级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 砂子技术性能 含泥量 石粉含量和泥块含量 有害物质含量 粗细程度和颗粒级配 坚固性 二 技术要求 1 含泥量 石粉含量和泥块含量含泥量是指天然砂中粒径小于75 m的颗粒含量 石粉含量是指人工砂中粒径小于75 m的颗粒含量 泥块含量是指砂中原粒径大于1 18mm 经水浸洗 手捏后小于600 m的颗粒含量 天然砂的含泥量和泥块含量 GB T14684 2001 人工砂的石粉含量和泥块含量 GB T14684 2001 砂中有害物质含量 GB T14684 2001 结论 砂中有害物含量过多时 应进行清洗或过筛 符合要求后方可使用 2 有害物质含量 3 砂的粗细程度及颗粒级配 1 颗粒级配 定义 讨论与分析 是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况 结论 颗粒级配不良 空隙率较大 则需较多的水泥浆填充 颗粒级配良好 空隙率较小 需较少的水泥浆填充 2 粗细程度 定义 讨论与分析 是指不同粒径的砂粒 混合在一起后的平均粗细程度 3 砂的粗细程度及颗粒级配 综上所述 在拌制混凝土时 砂的粗细程度和颗粒级配应同时考虑的问题 当砂中含有较多的粗颗粒 以适当的中颗粒及少量的细颗粒填充 则既有较小的空隙率又具有较小的总表面积 不仅水泥用量少 而且可提高混凝土的密实度与强度 150 m 300 m 600 m 1 18mm 2 36mm 4 75mm 3 筛分析试验 评定砂的颗粒级配和粗细程度 主要仪器 标准套筛 摇筛机 天平 3 砂的粗细程度及颗粒级配 试验步骤 3 筛分析试验 评定砂的粗细程度和颗粒级配 称取500g干砂 放于最上一只筛子 将套筛装于摇筛机上 筛析10min 取下套筛 逐个进行手筛 称取各筛的筛余量 进行计算 粗细程度的评定 3 筛分析试验 评定砂的粗细程度和颗粒级配 计算细度模数注意 Ai在计算时不带 评定标准 颗粒级配的评定 方法一 用级配区评定 方法二 用级配曲线评定 3 筛分析试验 评定砂的粗细程度和颗粒级配 方法一 用级配区评定 建筑用砂的颗粒级配 GB T14684 2001 评定标准 当砂的累计筛余均处于表中的任何一个级配区中 则颗粒级配合格 否则级配不合格 级配曲线 方法二用级配曲线评定 级配曲线 级配曲线 筛孔尺寸 mm 累计筛余百分率 0 30 0 60 1 18 2 36 4 75 9 50 0 15 80 60 40 20 0 100 坚固性指标 GB T14684 2001 4 砂的坚固性 天然砂的坚固性是将试样在饱和硫酸钠溶液经5次浸渍后 检验其质量损失 以此判定砂的坚固性 1 天然砂 4 砂的坚固性 2 人工砂 人工砂采用压碎指标试验法进行检测 各粒级试样质量损失百分率Pi式中 Pi 各粒级试样质量损失百分率 G1 各粒级试样试验前的质量 g G2 各粒级试样试验后的筛余量 g 压碎指标 GB T14684 2001 2 人工砂 一 定义 粒径在 4 75mm的岩石颗粒 粗骨料常用碎石和卵石两种 三 粗骨料 三 粗骨料 卵石 碎石按技术要求分为 类 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类宜用于强度等级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混凝土 二 技术要求 1 含泥量 泥块含量及有害物含量含泥量是指粒径小于75 m的颗粒含量 泥块含量是指粒径大于4 75mm 经水洗 手捏后小于2 36mm的颗粒含量 有害物含量指有机物 硫化物 硫酸盐等 且不得混有草根 树叶等杂物 道理同砂子 2 强度 1 岩石立方体抗压强度 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 2 压碎指标值 式中 Qc 压碎指标值 G1 试样的质量 g G2 压碎后的筛余量 g 碎石 卵石的压碎指标 3 颗粒形状及表面特征 颗粒形状以三维长度相等 接近立方体或球形 为好 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 1 颗粒形状 针片状颗粒易折断 且会增大骨料的空隙率和总表面积 使混凝土拌合物的和易性 强度 耐久性降低 针片状颗粒含量 GB T14685 2001 2 表面特征 碎石表面粗糙且多棱角 与水泥浆粘结力强 卵石表面光滑少棱角 与水泥浆粘结能力差 4 粗骨料的最大粒径与颗粒级配 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粒级与单粒级两种 连续级配是石子由小到大连续分级 且相邻粒径比值小于2 单粒级是从1 2最大粒径到最大粒径 粒径大小差别小 一般不单独使用 1 颗粒级配 粗骨料的颗粒级配 2 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 b为结构截面最小尺寸 L为钢筋最小净间距 H为实心板厚 从施工上考虑 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 卵石 碎石 高层建筑 超高层建筑 从经济上考虑 工程实例分析 四 拌合用水 凡符合国家标准的生活饮用水 均可拌制各种混凝土海水可拌制素混凝土 但不宜拌制有饰面要求的素混凝土某些污染严重的河道或池塘水 一般不得用于拌制混凝土 第三节混凝土拌合物的技术性质 一 和易性 工作性 的概念 和易性是指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 保证混凝土硬化后的质量 流动性 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 粘聚性 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 保水性 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 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 和易性 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 塑性 流动性大混凝土 粘聚性通过观察坍落度测试后混凝土所保持的形状 或侧面用捣棒敲击后的形状判定 如图所示 当坍落度筒一提起即出现图中 c 或 d 形状 表示粘聚性不良 敲击后出现 b 状 则粘聚性好 敲击后出现 c 状 则粘聚性欠佳 敲击后出现 d 状 则粘聚性不良 保水性是以水或稀浆从底部析出的量大小评定 见图b 析出量大 保水性差 严重时粗骨料表面稀浆流失而裸露 析出量小则保水性好 2 维勃稠度法维勃稠度法在坍落度筒提起后 施加一个振动外力 测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间 秒 代表混凝土流动性 时间越短 流动性越好 时间越长 流动性越差 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 三 混凝土施工时坍落度的选择 构件截面尺寸大小截面尺寸大 易于振捣成型 坍落度适当选小些 反之亦然 钢筋疏密钢筋较密 则坍落度选大些 捣实方式人工捣实 则坍落度选大些 机械振捣则选小些 运输距离从搅拌机出口至浇捣现场运输距离较远时 途中坍落度损失 坍落度宜适当选大些 气候条件气温高 空气相对湿度小时 因水泥水化速度加快及水份挥发加速 坍落度损失大 宜选大些 四 影响和易性的因素 1单位用水量2水灰比3砂率4水泥品种及细度5骨料的品种和粗细程度6外加剂7时间 气候条件 1单位用水量单位用水量是混凝土流动性的决定因素 用水量增大 流动性随之增大 但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差 易产生泌水分层离析 从而影响混凝土的匀质性 强度和耐久性 大量的实验研究证明在原材料品质一定的条件下 单位用水量一旦选定 单位水泥用量增减50 100kg m3 混凝土的流动性基本保持不变 这一规律称为固定用水量定则 2水灰比水灰比即水用量与水泥用量之比 水灰比增大 用水量增大带来的是严重降低混凝土的保水性 增大泌水 同时使粘聚性也下降 但水灰比也不宜太小 否则因流动性过低影响混凝土振捣密实 易产生麻面和空洞 合理的水灰比是混凝土拌合物流动性 保水性和粘聚性的良好保证 3砂率砂率是指砂子占砂石总重量的百分率 表达式为 砂率 S 砂子用量 kg G 石子用量 kg 砂率对和易性的影响非常显著主要表现在以下几个方面 1 对流动性的影响 2 对粘聚性和保水性的影响 3 合理砂率的确定 4水泥品种及细度水泥品种不同时 达到相同流动性的需水量往往不同 从而影响混凝土流动性 另一方面 不同水泥品种对水的吸附作用往往不等 从而影响混凝土的保水性和粘聚性 如火山灰水泥 比普通水泥小 在流动性相同的情况下 矿渣水泥的保水性能较差 粘聚性也较差 同品种水泥越细 流动性越差 但粘聚性和保水性越好 6骨料的品种和粗细程度卵石表面光滑 碎石粗糙且多棱角 因此卵石配制的混凝土流动性较好 但粘聚性和保水性则相对较差 河砂与山砂的差异与上述相似 对级配符合要求的砂石料来说 粗骨料粒径越大 砂子的细度模数越大 则流动性越大 但粘聚性和保水性有所下降 特别是砂的粗细 在砂率不变的情况下 影响更加显著 7外