普通混凝土组成及各组分作用

第五章 26 普通混凝土组成及各组分作用 混凝土按照表现密度大小分为三类 轻混凝土 p0 2000kg m3 普通混凝土 p0 为 2000 2800kg m3 重混凝土 p0 2800kg m3 普通混凝土 简称混凝土 由水泥 砂 石和水组成 在混凝土中 砂 石起骨架作 用 硬化前 水泥浆起润滑作用 赋予混凝土拌合物一定流动性 便于施工操作 水泥浆 硬化后 则将砂 石骨料胶结成一个坚实的整体 起胶结作用 砂 石一般不参与水泥和 水的化学反应 主要作用是节约水泥 承担荷载 限制硬化水泥的收缩 外加剂 掺和料 起节约水泥和改善混凝土性能的作用 27 砂的质量评定 级配 1 颗粒形状及表面特性 河砂 海砂颗粒多呈圆形 与水泥胶结较山砂差 山砂颗粒多具有棱角 与水泥胶 结较好 因此 山砂拌制的混凝土较河沙 海沙差 但张度较高 2 砂的粗细程度和颗粒级配 砂越细 砂的总表面积越大 则在混凝土中需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多 砂的颗粒级配即表示砂大小颗粒的搭配情况 混凝土中砂粒空隙由水泥填充 为达到 节约水泥和提高强度的目的 尤应尽量减小砂粒之间的空隙 砂的粗细程度指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度 评定砂的质量应同时考虑砂的粗细程度和颗粒级配 当砂中含有较多的粗糙径砂 并 以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙 则可达空隙率及总表面均较小 这样可节 约水泥用量 提高混凝土的密实性与强度 砂的粗细程度及颗粒级配 常采用筛分析法进行测定 用细度模数 Mx 判断砂的 粗细 用级配区表示砂的颗粒级配 Mx A2 A3 A4 A5 A6 5A1 100 A1 细度模数越大 表示砂越粗 3 7 3 1 为粗砂 3 0 2 3 为中砂 2 2 1 6 为细砂 1 5 0 7 特细砂 砂的级配好 空隙率越低 28 粗骨料 石子及相关性质 5mm 课本 59 题 1 碱骨料反应 危害 当骨料中有活性 SiO2 时 可能引起碱骨料反应 必须进行专门的检验 碱骨料反应 指水泥中的碱与混凝土中的活性骨料 活性 SiO2 发生化学反应 这 种反应生成碱 硅酸凝胶 吸水后产生较大的体积膨胀 引起混凝土裂缝 甚至破坏 引起碱骨料反应的必要条件 水泥超过安全含碱量 0 6 使用了活性骨料 有水 存在 2 强度 碎石或卵石的强度 可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示 3 最大粒径与颗粒级配 最大粒径 国标规定 粗骨料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的 4 分之 1 同时不得超过 钢筋间最小净距的 4 分之 3 颗粒级配 石子的颗粒级配 是指石子各级粒径大小颗粒分布情况 石子的级配有两种类型 即连续级配和间断级配 问题 尽量用大的 节约水泥 好的级配 使其表面积小 对于石子的级配应当作一个问 题 29 混凝土拌合物的和易性 1 和易性的概念 和易性 工作性 是指混凝土拌合物易于施工操作 拌和 运输 浇灌 捣实 并能 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 包括流动性 粘聚性和保水性 3 方面含义 2 和易性的检测 通常在工地和实验室测定的是混凝土拌合物的流动性 并辅认真观经验评定粘聚性和 保水性 流动性测定方法常用的有塌落度 塌落度 10mm 的拌合物 试验和维勃稠度试验 塌落度小于 10mm 的混凝土拌合物 3 影响和易性的主要因素 材料品种与用量 水泥品种和细度 水泥浆数量 水灰比 砂率 外加剂 环境温度 与湿度 的影响 工艺对和易性影响 30 砂率及合理砂率的概念 1 砂率 指混凝土中砂的质量占砂 石总质量的百分率 2 合理砂率 指用水量及水泥用量一定时 能使混凝土拌合物获得最大流动性 且 粘聚性及保水性良好的砂率值 砂率过大或过小对混凝土拌合物的影响 题 P43 砂率过大时 骨料的总表面积及空隙率都会增大 在水泥浆含量不变的情况下 相对 地水泥浆显得少了 减弱了水泥浆的润滑作用 而使混凝土拌合物的流动性减小 砂率过 小 又不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层 也会降低混凝土拌合物的流动性 而且会 严重影响其粘聚性和保水性 容易造成离析 流浆等现象 可见 当采用合理砂率时 能使混凝土拌合物获得最大的流动性且能保持良好的粘聚 性和保水性 而水泥用量最少 31 混凝土的强度 1 混凝土标准立方体抗压强度 以边长为 150mm 的立方体试件为标准试件 标准养护 20 加减 1 摄氏度 相对湿度 90 28d 测定其抗压强度来确定 若采用非标准尺寸的试件 则将测定结果乘以换算系数 对于 100mm 立方体试件 乘以换算系数 0 95 对于边长 200mm 的立方体试件 换算系数为 1 05 2 混凝土立方体抗压强度标准值与强度等级 指具有 95 强度保证率的标准立方体抗压强度值 混凝土强度等级按混凝土立方体抗压标准强度来划分 普通混凝土划分为十二个等级 用符号 C 表示 32 影响混凝土强度的因素 水灰比和水泥强度等级 骨料的种类 质量及数量 湿度与温度的影响 龄期 养护 时间 试件尺寸 形状及加荷速度 1 水泥强度等级和水灰比 主要因素 混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力 而水泥石的强度及其 与骨料的粘结力又取决于水泥强度等级及水灰比的大小 因此水泥强度等级和水灰比是影 响混凝土强度最主要因素 强度不够时 应调整水灰比 流动性不够时 应调整砂率 保罗米 混凝土强度关系式 Fcu28 Afce c w B 式中 fcu28 28d 龄期立方体抗压强度 MPa Fce 水泥实际强度 可测或按 fce 1 13 fcb 取 kc 1 13 计算 Fcb 水泥强度等级 Mpa c w 水灰比 AB 经验系数 碎石 A 0 46 B 0 07 卵石 A 0 48 B 0 33 2 湿度 混凝土常用的养护方式有 自然养护 标准养护 20 加减 1 摄氏度 相对湿度为 90 蒸汽养护 80 100 摄氏度 相对湿度 90 蒸压养护 大于 100 摄氏度 90 压力大 于一个大气压 3 试件尺寸 形状及加荷速度 试件尺寸越小 侧得强偏高 尺寸越大 测得的强度偏低 棱柱体试件低于同截面的 立方体强度 加荷速度快 测得强度值偏大 33 混凝土变形性能 化学收缩 不能恢复 湿胀干缩变形 可部分恢复 温度变形 荷载作用下的变 形 弹性变形 塑性变形 前三者为非荷载作用下的变形 34 混凝土的徐变 P86 混凝土是一种强塑性体 受力后可弹性变形 又可塑形变形 1 徐变的概念 混凝土在长期荷载作用下随时间的延长而增加变形称为徐变 混凝土承受长期荷载作用 其变形会随着时间不断增长 即荷载不变 变形仍随时间延长 而增大 一般要延续 2 3 年才逐渐稳定 2 徐变对不同混凝土的影响 题 P46 对钢筋混凝土构件 能消除钢筋混凝土内的应力集中 使应力较均匀地重新分布 对于 大体积混凝土 可消除一部分由于温度变形所产生的破坏力 但对于预应力钢筋混凝土 结构 徐变使钢筋的预应力受到损失 从而降低结构的承载能力 35 混凝土的耐久性 1 耐久性概念 把混凝土抵抗环境介质作用并长期保持良好的使用性能和外观完全整性 从而维持混 凝土结构安全 正常使用的能力称为耐久性 混凝土的耐久性主要包括抗修 抗冻 抗化学腐蚀及预防碱骨科反映等 其中 混凝 土的抗修 抗冻 抗侵蚀性与其内部孔隙特征密切相关 如掺入引气剂 使封闭孔数量 增加 可增高混凝土的抗冻性 2 混凝土的碳化 由表及里 即空气中 CO2 与水泥石中 Ca OH 2 在有水条件下发生化学作用 生成 CaCO3 和水 碳化作用对混凝土的影响 碳化作用使混凝土的碳度降低 减弱了对钢筋的保护作用 碳化作用还会引起混凝土收缩 碳化收缩 容易使混凝土表面产生微细裂缝 36 混凝土外加剂 掺量小于等于 5 1 减水剂 混凝土减水剂是指保持混凝土稠度不变的条件下 具有减水增强作用的添加剂 常 用的是阴离子表面活性剂 1 减水剂作用机理 减水剂提高混凝土 拌合物和易性的原因 吸附 分散作用和润滑塑化作用 1 混凝土的定义 混凝土是由水泥 石灰 石膏等无机胶结材料合水 或沥青 树脂等有机 胶结料的胶状物与集料按一定比例配合 搅拌 并在一定温度下养护硬化而成 的一种复合材料 土木工程所用的混凝土一般是指以水泥为胶结料配制成的混凝土 即以水 泥 水及砂 石 适当掺和料 外加剂或轻集料配制成的混凝土 在这种混凝 土中水泥与水起胶凝作用 集料起骨架填充作用 水泥与水反应后形成坚固的 水泥石 将集料颗粒牢固的粘结成整体 使混凝土具有一定的物理力学性能 由此看出水泥净浆的质量对混凝土的性能起决定性的作用 但由于集料占据混 凝土中的大部分体积 集料的质量对水泥混凝土的性能也有很大影响 2 混凝土中各级组成材料的作用 1 水泥净浆胶凝材料 混凝土的质量主要取决于水泥净浆 它的主要作 用是 a 包裹集料表面并填充集料的空隙 b 水泥净浆在混凝土凝结硬化前起润滑作用 使混凝土拌和物具有适于施工 的工作性 作为集料之间的润滑材料 c 使混镜土具有所需要的强度 耐久性等重要技能 硬化水泥浆的性能主要 取决于水泥的性能 水灰比 水泥水化的程度等 2 集料 集料是混凝土的主要组成材料 它占据混凝土总体的 3 4 以上 集料在混凝土中既有技术上的作用 又有经济上的意义 它的主要作用是 a 在经济上 它比水泥便宜的多 作为廉价的填充材料 降低混凝土的成本 b 在技术上 集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和 更好的耐久性 c 集料可以作为调节材料 减少水泥浆的发热 干缩等不良现象 3 掺合料的作用 掺入混凝土的掺合料一般是指掺量大于 5 的具有火 山灰活性的掺合料 它适量掺入混凝土中的部分取代水泥不仅能节省水泥 降 低混凝土成本 还能改善混凝土拌和物的和易性 提高混凝土的密实性 抗渗 性及耐化学腐蚀性等 当前使用最多的火山灰质掺合料是工业废料粉煤灰 粉 煤灰是从燃煤热电厂