建筑材料之混凝土和砂浆.ppt

第六章混凝土和砂浆6 1概述 学习要点 掌握混凝土的定义及分类 掌握普通混凝土的优缺点 1概述 正在施工的秦山核电站 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 表观密度为1950 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 二 混凝土的分类 按表观密度分重混凝土 0 2800kg m3 普通混凝土 0 1950 2800kg 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 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 现浇混凝土 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 C100 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 三 混凝土的特点 优点1 抗压强度高 耐久 维修费用低 2 原材料丰富 成本低 3 混凝土拌合物具有良好的可塑性 4 混凝土与钢筋粘结良好 一般不会锈蚀钢筋 5 节约资源 三 混凝土的特点 缺点1 抗拉强度低 约为抗压强度的1 10 1 20 变形性能差 2 导热系数大 约为1 8W m K 3 体积密度大 约为2400kg m3左右 4 硬化较缓慢 四 混凝土的发展方向 随着现代科学的发展 砼的不足之处正在被克服 如采用轻质砼可显著降低砼的自重 提高比强度 掺入纤维或聚合物 可提高抗拉强度 降低砼的脆性 掺入减水剂 早强剂等外加剂 可显著缩短硬化周期 由于砼具有以上优点 广泛用于工民建 铁路 公路等工程 发展方向 快硬 高强 轻质 高耐久性 多功能 节能等 五 混凝土应用的基本要求 满足工程所需的强度要求 满足施工所需的和易性要求 满足工程环境所需的耐久性要求 满足节约水泥 降低成本的经济要求 6 2普通混凝土组成材料 学习要点 掌握的混凝土的组成材料的主要技术性质 质量标准及检验方法 掌握组成材料的选用原则 6 2普通混凝土组成材料 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及作用 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 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1 原则上 配制高强度等级的混凝土 选择高强度等级的水泥 2 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 3 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倍左右一般为0 9 1 5倍 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 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 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 二 砂的技术质量要求 4 砂的粗细程度 1 定义 不同粒级的砂粒混合在一起的总体砂的粗细程度 颗粒大 比表面积小 水泥浆用量少 但空隙率大 密实度差颗粒小 比表面积大 水泥浆用量多 但空隙率小 密实度高 二 砂的技术质量要求 2 衡量砂的粗细程度的指标 细度模数MX用六个标准方孔筛测定砂的各号筛的累计筛余百分率之和即为细度模数MX由于砂是指粒径小于4 75mm的岩石颗粒 故细度模数MX的公式可表示为 二 砂的技术质量要求 3 细度模数MX的测定方法 筛分法 二 砂的技术质量要求 4 砂按细度模数的分类 根据细度模数的计算公式可知 细度模数值越大 表示砂越粗 普通砼用砂细度模数的范围一般为3 7 1 6 根据 建筑用砂 GB T14684 2001 的技术规范要求 砂的粗细程度分为 粗砂 MX 3 7 3 1中砂 MX 3 0 2 3细砂 MX 2 2 1 6 二 砂的技术质量要求 5 颗粒级配 1 定义 颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况 2 意义 级配良好的砂 不同粒径颗粒搭配比例适当 其空隙率小 可使颗粒达到理想堆积状态 密实度高且总表面积小 综合考虑砂的粗细程度及颗粒级配 应选择空隙率小 级配好 且尽可能粗的砂 可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性 二 砂的技术质量要求 3 颗粒级配采用筛分法确定 4 颗粒级配的指标级配区 国家标准GB T14684 2001规定 对细度模数为3 7 1 6的普通砼用砂 根据600 m方孔筛的累计筛余百分率A4 划分为1区 2区 3区三个级配区 详见P61表6 4 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 5 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 二 砂的技术质量要求 砂的颗粒级配区 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 三 石子的技术质量要求 技术要求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 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 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 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 压碎指标值越大 石子强度越差 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 筛分分级 12个标准筛 2 36mm4 75mm9 5mm16mm19mm26 5mm31 5mm37 5mm53 0mm63 0mm及90mm共十二个筛粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种 三 石子的技术质量要求 碎石 卵石的压碎指标 三 石子的技术质量要求 1 连续级配 石子的粒径从大到小连续分级 每一级都占适当比例A 六个连续粒级 5 10mm 5 16mm 5 20mm 5 25mm 5 31 5mm 5 40mm 适合于现浇塑性混凝土 B 优点 拌和物工作性好 不易发生离析 C 缺点 粒径较大时在运输 存放时易发生离析 影响级配 2 间断级配 石子粒级不连续 人为剔去某些中间粒级A 五个间断级配 10 20mm 16 31 5mm 20 40mm 31 5 63mm 40 80mm 适合于采用机械拌合和振捣的干硬性混凝土 B 优点 能有效降低颗粒间空隙 节约水泥 C 缺点 易发生离析 三 石子的技术质量要求 7 最大粒径最大粒径 1 粗骨料公称粒径的上限 反映平均粗细程度 2 如 5 20mmDmax 20mm5 40mmDmax 40mm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 小结 学习要求 拌合混凝土用骨料是混凝土中使用量最大的材料 能正确判断它们的质量状况是本次课程需掌握的重点内容 1 轻混凝土通常干表观密度轻达 kg m3以下 A 900B 1900C 2500D 2900 正确答案是 B 练习题 2 普通混凝土是由 砂 石 水以及必要时加入的外加剂或掺合料组成的 A 水泥B 石灰C 水玻璃D 沥青 正确答案是 A 练习题 3 普通混凝土的细集料是指粒径在 mm以下的岩石颗粒 A 2 36B 4 75C 9 5D 1 18 正确答案是 B 练习题 4 水泥混凝土用砂的细度模数最好是 A 1 6 3 7B 1 6 2 2C 2 3 3 0D 3 0 3 7 正确答案是 C 练习题 5 水泥混凝土用砂根据 可分为粗砂 中砂和细砂 A 分计筛余率B 累计筛余率C 通过百分率D 细度模数 正确答案是 D 练习题 6 普通混凝土用砂的细度模数范围为 A 3 7 3 1B 3 7 2 3C 3 7 1 6D 3 7 0 7 正确答案是 B 练习题 7 普通混凝土用砂应选择 较好 A 空隙率小B 尽可能粗C 越粗越好D 在空隙率小的条件下尽可能粗 正确答案是 D 练习题 8 普通混凝土的细集料是指粒径在 mm以下的岩石颗粒 A 2 36B 4 75C 9 5D 1 18 正确答案是 B 练习题 6 3新拌混凝土的性质 6 3新拌混凝土的性质 混凝土拌合物是指由水泥 砂 石及水拌制的混合料 水泥砼在尚未凝结硬化以前 称为砼拌合物 又称新拌砼 Freshconcrete 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 二 和易性的评定 评定原则 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 评定方法 坍落度法 维勃稠度法 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 T 单位 mm 适用范围 1 集料最大粒径不大于37 5mm 2 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土 塑性混凝土 二 和易性的评定 测定方法 1 配料确定混凝土的配合比 计算材料用量并准确称量 2 拌和人工拌合 先拌匀砂 水泥 再放入石子 混合均匀后加入拌和用水 在10分钟内拌和均匀 机械拌和 先清理干净搅拌机 并预拌一次同配合比混凝土 再加入石子 砂 水泥等干拌均匀 最后加入水 将混凝土拌和均匀 3 装料将拌好的混凝土装入润湿的坍落度筒内 分三层均匀装入 每层用捣棒沿螺旋方向由外向中心均匀插捣25次 插捣时底层应穿透 上层应插到下层表面以下约10 20mm 三层装完后抹平表面 二 和易性的评定 测量坍落度值混凝土拌和物装料完毕 沿垂直方向缓慢提起坍落度筒 5 10S内完成 装料到提起过程应连续并在150S内完成 测量试样顶部中心与坍落度筒的高度之差 二 和易性的评定 试验结果确定 1 定量 坍落度值 所测筒高与混凝土试样最高点之差 精确至5mm 若出现拌和物崩塌或剪切破坏 应重做 若依然如此 则为和易性不好 2 定性 粘聚性 用捣棒轻敲已坍落的混凝土试样 若试样逐渐下沉 表示粘聚性良好 若崩裂或离析 则不好 保水性 若试样底部有较多的稀浆析出 则保水性差 无稀浆或少量稀浆析出 则保水性良好 3 坍落度值大 流动性好 二 和易性的评定 2 维勃稠度法定义 测定砼拌合物密实所需要的时间 S 维勃稠度 V 适用范围 适用于骨料粒径不超过37 5mm 维勃稠度值在5 30S内的干硬性混凝土 二 和易性的评定 测定方法 混凝土配料 拌和 装料入坍落度筒 提起坍落度筒 启动震动台振动 测定维勃稠度维勃稠度值大 流动性差 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 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 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 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 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 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 粘聚性 保水性差时 可以在合理砂率范围内适当提高砂率 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 小结 学习要求熟练掌握混凝土拌和物和易性性质 能熟练进行混凝土拌和物和易性实验 能采取正确措施提高混凝土拌和物和易性 6 3普通混凝土和易性试验 普通砼拌合物和易性试验 混凝土拌合物和易性的评定 通常采用测定混凝土拌合物的流动性 辅以直观经验评定粘聚性和保水性 流动性 坍落度 维勃稠度 主要试验设备 试验步骤 1 用水润湿坍落度筒及其用具 把坍落度筒放在3 5 的刚性铁板上 2 将砼试样用小铲分三层均匀地装入坍落度筒内 捣实后使每层的高度为筒高的三分之一左右 每层用捣棒沿螺旋形方向从外向中心插捣25次 捣棒应插透本层 插捣顶层时 若砼沉落到低于筒口 则应随时添加 捣完后刮去多余的砼并用抹刀抹平 3 清除筒边砼 垂直平稳地在5 10s内提起坍落度筒 从开始装料到到提坍落度筒的整个过程应不间断地进行 并应在150s内完成 测量筒高与坍落后砼试体最高点之间的高度差 即为拌合物的坍落度值 坍落度 崩溃型 剪切型 正常情况 粘聚性和保水性均不好 粘聚性较差 4 观察坍落后的砼拌合物试体的粘聚性与保水性 粘聚性 用捣棒在已坍落的砼拌合物试体侧面轻轻敲打 此时若试体逐渐下沉 则表示粘聚性良好 若倒塌 部分崩裂则表示粘聚性不好 保水性 以砼拌合物中水泥浆析出的程度来评定 若有较多水泥浆从底部析出 试体部分的砼拌合物也因失浆而集料外露 则表明保水性不好 若无水泥浆或仅有少量水泥浆自底部析出 则表明保水性能良好 练习题 1 混凝土的和易性不包括 A 强度B 流动性C 粘聚性D 保水性 正确答案是 A 练习题 2 塑性混凝土的流动性采用 法来测定 A 坍落度B 维勃稠度C 沉入度D 分层度 正确答案是 A 练习题 3 混凝土的粘聚性和保水性采用 来评定 A 坍落度B 维勃稠度C 沉入度D 经验判断 正确答案是 D 练习题 4 混凝土的强度等级用符号 来表示 A CB MC MUD Q 正确答案是 A 练习题 5 某砂的细度模数为2 5 则该砂应为 A 粗砂B 中砂C 细砂D 特细砂 正确答案是 B 练习题 6 大流动性混凝土是指坍落度不小于 mm的混凝土 A 90B 120C 140D 150 正确答案是 D 练习题 7 下列不是混凝土特点的是 A 原材料丰富B 抗压强度高C 施工周期短D 自重大 正确答案是 C 练习题 8 提高混凝土拌合物的流动性 可采取的措施是 A 增加单位用水量B 提高砂率C 增大水灰比D 在保持水灰比一定的条件下 同时增加水泥用量和水量 正确答案是 D 练习题 9 混凝土的水灰比值在一定范围内越大 则其强度 A 越低B 越高C 不变D 无影响 正确答案是 A 练习题 10 坍落度小于 mm的新拌混凝土 采用维勃稠度仪测定其工作性 A 20B 15C 10D 5 正确答案是 C 作业 1 什么是混凝土拌合物的和易性 它有哪些含义 2 影响混凝土和易性的因素有哪些 如何影响 6 4混凝土的力学性质 学习要点 掌握硬化混凝土的主要技术性质 强度主要指标 测定方法 影响混凝土强度因素 提高强度措施 会制作混凝土立方体试件 会采用力学试验方法检测混凝土的强度 能根据实测立方体抗压强度判断混凝土是否达到设计强度等级要求 能在实际工程中采取正确的方法 措施 对混凝土的强度进行提高 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 一 混凝土的强度 一 立方体抗压强度1 概念 以边长为150mm的标准立方体试件 在温度为20 3 相对湿度为90 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 2 作用 确定混凝土强度等级 判断混凝土质量 一 混凝土的强度 3 当采用非标准试件时 须乘以换算系数 见下表 一 混凝土的强度 4 标准试验方法 1 标准试件 150mm 150mm 150mm非标准件 100mm 100mm 100mm 200mm 200mm 200mm 2 标准养护温度 20 3 相对湿度 90 或Ca OH 2饱和溶液中 3 标准龄期 28d 4 标准试验方法 取样 采用 随机取样 方法 在同一盘混凝土中取样 制作一组试件 三个 取样频率 每100盘但不超过100m3至少取样一次 每一个工作班不足100盘时至少取样一次 一 混凝土的强度 强度代表值确定测定试件破坏荷载 F1 F2 F3计算强度值 fCU1 F1 AfCU2 F2 AfCU3 F3 A数据处理 取三个试件抗压强度值fCU1 fCU2 fCU3的算术平均值 精确到0 1Mpa 即fCU fCU1 fCU2 fCU3 3 若三个测试值fCU1 fCU2 fCU3中的最大值或最小值中有一个与中间值之差超过中间值的15 则取中间值为抗压强度值 若最大值 最小值均与中间值之差超过中间值的15 则无代表值 若试件为非标准件 则按换算系数进行处理 一 混凝土的强度 5 混凝土立方体抗压强度标准值及强度等级 1 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 共有C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80等十二个强度等级 2 立方体抗压强度标准值 fcu k 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 即具有95 的强度保证率 3 强度等级表示的含义 强度的范围 某混凝土C30 其fcu 30 0 34 9MPa 某混凝土C30 其fcu 30 0MPa的保证率为95 C30 C 代表 混凝土 30 代表fcu k 30 0MPa 6 砼强度等级的实用意义 C7 5 C15 用于垫层 基础 地坪及受力不大的结构 C15 C25 用于普通砼结构的梁 板 柱 楼梯及屋架 C25 C30 用于大跨度结构 耐久性要求较高的结构 预制构件等 C30以上 用于预应力钢筋混凝土结构 吊车梁及特种构件等 一 混凝土的强度 二 轴心抗压强度1 采用150mm 150mm 300mm的棱柱体试件 在立方体抗压强度为10 55MPa范围内fcp 0 7 0 8 fcu 在结构设计计算时 一般取fcp 0 67fcu 2 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm 100mm 200mm 200mm 测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0 95和1 05 3 混凝土结构设计时的强度取值依据 一 混凝土的强度 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 四 砼与钢筋的粘结强度 强度主要来源 混凝土与钢筋间的摩擦力 钢筋与水泥石间的粘结力 变形钢筋的表面机械咬合力 影响因素 混凝土质量 强度 钢筋尺寸及种类 钢筋在混凝土中的位置 加载类型 干湿变化和温度变化等 一 混凝土的强度 五 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 一 混凝土的强度 2 粗集料的品种 1 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 2 卵石呈圆形或卵圆形 表面光滑 与水泥石的粘结强度较低 3 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 1 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 2 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 3 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 为了使混凝土正常硬化 必须保证混凝土成型后的一定时间内保持一定的温度和湿度 在自然环境中 利用自然气温进行的养护称为自然养护 混凝土结构工程施工及验收规范 GB50204 2002 规定 对已浇注完毕的混凝土 应在12h内加以覆盖和浇水 覆盖可采用锯末 塑料薄膜 麻袋片等 浇水养护时间 对于硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土 浇水养护时间不得少于7昼夜 对掺缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土不得少于14昼夜 浇水次数应能保持混凝土表面长期处于潮湿状态 当环境温度低于4 时 不得浇水养护 养护的温度和湿度 图5 8养护温度与抗压强度关系 一 混凝土的强度 4 龄期 1 龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间 2 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 3 由于水泥水化的原因 混凝土的强度发展可持续数十年 4 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 龄期 混凝土强度与冻结日期的关系 混凝土强度与保持潮湿日期的关系1 长期保持潮湿2 保持潮湿14d3 保持潮湿7d4 保持潮湿3d5 保持潮湿1d 5 试验条件对混凝土强度的影响 试验条件包括试件形状与尺寸 试件湿度 温度 表面状态 加载方式等 试件尺寸 相同混凝土试件的尺寸越小 测得的混凝土的强度就越高 我国标准规定 采用边长为150mm的立方体试件作为标准试件 当采用非标准试件时 所测得的抗压强度应乘以表6 16 P76 所列的换算系数 5 试验条件对混凝土强度的影响 试件的形状 当试件受压面积相同 而高度不同时 高宽比越大 抗压强度越小 这是由于环箍效应所致 当试件受压时时 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 这种约束作用就越大 在距端面大约a的范围以外 约束作用才消失 试件破坏后 其上下部分各呈现一个较完整的棱锥体 这就是这种约束作用的结果 称为环箍效应 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 当试件受压面有润滑剂时 试件受压时的环箍效应大大减小 测出的强度值较低 5 试验条件对混凝土强度的影响 加荷速度加荷速度越大 测得的强度值也越大 6 施工方法的影响 尽量采用机械搅拌和振捣 一 混凝土的强度 六 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 小结 学习要求 混凝土的质量状况如何主要是从硬化混凝土的强度指标上来反映 因此应掌握混凝土强度指标的测定方法 能理解影响因素对混凝土强度的作用 能够采取正确的方法来提高混凝土的强度 练习题 1 混凝土立方体试件的标准养护条件是温度 相对湿度 以上 A 20 1 90B 20 2 95C 20 2 90D 20 3 95 正确答案是 D 练习题 2 混凝土的强度等级是按其 来划分的 A 立方体抗压强度B 抗折强度C 压碎值D 立方体抗压强度标准值 正确答案是 D 练习题 3 测定混凝土立方体抗压强度时采用的标准试件尺寸为 A 100mm 100mm 100mmB 150mm 150mm 150mmC 200mm 200mm 200mmD 70 7mm 70 7mm 70 7mm 正确答案是 B 练习题 4 提高混凝土强度的措施有哪些 1 采用高强度等级水泥或早强型水泥 2 降低砼的水灰比 3 采用湿热处理养护砼 4 改进施工工艺 5 掺入外加剂 练习题 5 影响混凝土抗压强度的主要因素有 1 水泥的强度等级与水灰比 2 养护条件 3 龄期 4 施工质量 6 5普通混凝土的耐久性 学习要点 掌握硬化混凝土主要技术性能 耐久性抗渗性抗冻性抗侵蚀性抗碳化性碱集料反应掌握提高混凝土耐久性的措施了解外加剂及其分类 6 5普通混凝土的耐久性 一 耐久性的主要内容混凝土的耐久性是指混凝土在长期使用过程中 能抵抗各种外界因素的作用 而保持其强度和外观完整性的能力 混凝土的耐久性主要包括抗冻性 抗渗性 抗侵蚀性 碳化及碱集料反应等 二 混凝土的耐久性 1 抗渗性 1 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力 2 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 提高砼抗渗性的主要措施是选用较低的水灰比 选择好的骨料级配 充分振捣和养护 掺入引气体剂等 二 混凝土的耐久性 2 抗冻性 1 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 2 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 二 混凝土的耐久性 3 抗侵蚀性 1 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性 2 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 中化性 1 混凝土的碳化主要指水泥石的碳化 2 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 1 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 2 应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量 二 提高混凝土耐久性的措施 1 合理选择混凝土的组成材料 1 根据混凝土工程特点或所处环境条件 选择水泥品种 2 选择质量良好 技术要求合格的骨料 2 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 二 提高混凝土耐久性的措施 3 提高混凝土制品的密实度 1 严格控制混凝土的水灰比和水泥用量 见下页表 2 选择级配良好的骨料及合理砂率 保证混凝土的密实度 3 掺入适量减水剂 提高混凝土的密实度 4 严格按操作规程进行施工操作 二 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 5混凝土外加剂 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 防水剂等 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 具有减水和增强强度作用的外加剂 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 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 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10 15 普通型5 15 高效型10 15 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10 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 改善混凝土的耐久性 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 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 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 一 减水剂 减水剂的掺法减水剂的掺法主要有先掺法 同掺法 后掺法等 其中以 后掺法 为最佳 后掺法是指减水剂加入混凝土中时 不是在搅拌时加入 而是在运输途中或在施工现场分一次加入或几次加入 再经二次或多次搅拌 成为混凝土拌合物 后掺法可减少 抑制混凝土拌合物在长距离运输过程中的分层离析和坍落度损失 可提高混凝土拌合物的流动性 减水率 强度和降低减水剂掺量 节约水泥等 并可提高减水剂对水泥的适应性等 特别适合于采用泵送法施工的商品混凝土 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 早强剂可在不同温度下加速混凝土强度发展 多用于要求早拆模 抢修工程及冬季施工的工程 工程中常用早强剂的品种主要有无机盐类 有机物类和复合早强剂 二 早强剂 常用早强剂的品种 掺量及作用效果 三 引气剂 引气剂是指加入混凝土中能引入微小气泡的外加剂 引气剂具有降低固 液 气三相表面张力 提高气泡强度 并使气泡排开水分而吸附于固相表面的能力 在搅拌过程中使混凝土内部的空气形成大量孔径约为0 05 2mm的微小气泡 均匀分布于混凝土拌合物中 可改善混凝土拌合物的流动性 同时也改善了混凝土内部孔的特征 显著提高混凝土的抗冻性和抗渗性 但混凝土含气量的增加 会降低混凝土的强度 一般引入体积百分数为1 的气体 可使混凝土的强度下降4 6 工程中常用的引气剂为松香热聚物 其掺量为水泥用量的0 01 0 02 四 缓凝剂 延缓混凝土凝结时间而对后期强度无明显影响的外加剂 主要成分为多羟基化合物 羟基羧酸盐及其衍生物 高糖木质素磺酸盐 因其兼有减水作用 也称缓凝减水剂 此外 一些无机盐如氯化锌 硼酸盐 各种磷酸盐也有缓凝作用 缓凝剂适用于高温条件下连续灌筑混凝土 大体积混凝土 预拌混凝土和泵送混凝土 五 防冻剂 防冻剂是指在规定温度下 能显著降低冰点 并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂 防冻剂的作用是降低冰点不受冻 目前冬季普遍采用由减水剂 引气剂 早强剂和防冻剂4种外加剂复合而成的防冻剂 五 防冻剂 常用的防冻剂有氯盐类 氯化钙 氯化钠 氯盐阻锈类 以氯盐与亚硝酸钠复合而成 无氯盐类 以硝酸盐 亚硝酸盐 碳酸盐 乙酸钠或尿素复合而成 防冻剂 氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土 氯盐阻锈类防冻剂可用于钢筋混凝土 无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土工程和预应力钢筋混凝土工程防冻剂用于负温条件下施工的混凝土 六 速凝剂 速凝剂是能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂 速凝剂的主要种类有无机盐类和有机物类 我国常用的速凝剂是无机盐类 无机盐类速凝剂按其主要成分大致可分为三类 以铝酸钠为主要成分的速凝剂 以铝酸钙 氟铝酸钙等为主要成分的速凝剂 以硅酸盐 NaSiO2 为主要成分的速凝剂 主要型号有红星1型 711型 782型 8604型 WJ l J85型等等 六 速凝剂 速凝剂掺入混凝土后 能使混凝土在5min内初凝 10min内终凝 1h就可产生强度 ld强度提高2 3倍 但后期强度会下降 28d强度约为不掺时的80 90 温度升高 提高速凝效果 混凝土水灰比增大则降低速凝效果 故掺用速凝剂的混凝土水灰比一般为O 4左右 掺加速凝剂后 混凝土的干缩率有增加趋势 弹性模量 抗剪强度 粘结力等有所降低 适用于矿山井巷 铁路隧道 饮水涵洞 地下工程 七 其他外加剂 1 膨胀剂 细铁粉或粒状铁粉与氧化促进剂 石灰系 硫铝酸盐2 粘结剂 合成乳胶 天然橡胶乳胶 3 泵送剂 合成或天然水溶性聚合物增加剂的粘度 有机絮凝剂 高比表面无机材料 膨润土 二氧化硅 石棉粉 石棉短纤维等 水泥外掺料 粉煤灰 水硬石灰 石粉等 4 絮凝剂 聚合物电解质 5 着色剂 灰到黑 氧化铁黑 矿物黑 碳黑 群青 酞青蓝 浅红到深红 氧化铁红 棕 氧化铁棕 富锰棕土 烧褐土 绿 氧化铬绿 酞商姆 白 二氧化钛 等6 防潮剂 皂类 丁基硬脂酸 某些石油产品 外加剂的选择及使用 1 外加剂品种的选择 2 外加剂掺量的确定 3 外加剂的质量控制 4 外加剂的掺加方法 小结 学习要求 掌握混凝土的耐久性了解混凝土常用外加剂 1 混凝土的耐久性主要是通过控制 来满足的 A 最大水泥用量和最小水灰比B 最大水泥用量和最大水灰比C 最小水泥用量和最小水灰比D 最小水泥用量和最大水灰比 正确答案是 D 练习题 2 对减水剂描述不正确的是 A 减少了用水量 混凝土流动性降低B 保持混凝土流动性不变 可以减少用水量C 减少了用水量 混凝土强度提高D 保持混凝土强度不变 可以节约水泥 正确答案是 A 练习题 3 对引气剂描述不正确的是 A 可以提高混凝土的流动性B 可以提高混凝土的强度C 可以提高混凝土的保温隔热性D 可以提高混凝土的保水性 正确答案是 B 练习题 思考题 1 增强混凝土耐久性的措施有哪些 一 掺入高效减水剂 在保证混凝土拌和物所需流动性的同时 尽可能降低用水量 减少水灰比 使混凝土的总孔隙 特别是毛细管孔隙率大幅度降低 二 掺入高效活性矿物掺料 普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足 是混凝土不能超耐久的另一主要因素 三 消除混凝土自身的结构破坏因素 除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外 混凝土本身的一些物理化学因素 也可能引起混凝土结构的严重破坏 致使混凝土失效 四 保证混凝土的强度 尽管强度与耐久性是不同概念 但又密切相关 它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构 都与水灰比这个因素直接相关 预习 6 7普通混凝土的质量控制和验收规则 6 7普通混凝土的质量控制和验收规则 普通砼的质量控制主要从以下三个方面入手 首先是对砼用材料的质量控制 其次是控制好砼拌合物的质量 另外 就是控制砼的强度 混凝土用材料的质量检验 1 水泥 一般情况下 检验水泥的安定性和强度 当水泥质量有疑问时 还应继续检验其他性能指标 2 骨料 一般情况下 应按检验批次检验级配 含泥量 粗骨料的针片状含量 必要时应检验氯盐含量 二 砼拌合物的质量检验和控制 1 原材料的计量允许偏差不超过规定2 砼在搅拌 运输和浇筑的过程中 应按照如下规定进行检验1 砼组成材料的质量和用量 每个工作班不少于2次2 砼浇的地点的稠度检验 每个工作班不少于2次3 砼的拌合时间随时检查 应符合规定4 砼以搅拌机中卸出到浇筑完毕的时间应符合规定 三 砼的强度检验 主要是检验砼的抗压强度按规定的时间和数量在搅拌地点或浇筑地点抽取有代表性的试样 测得的砼抗压强度值 低于强度标准值的不超过5 取样规定1 100盘但不超过100立方米的同配合比的砼 取样次数不少于1次2 每一个小时拌制的同配合比的砼不是100盘时 取样次数不少于1次3 取样组数视具体情况确定 四 砼强度的合格评定 混凝土的质量统计评定混凝土的质量统计就是根据混凝土强度的算术平均值 fcu 标准差 变异系数 强度保证率 P 等参数综合评定混凝土的质量 此外还应根据 钢筋混凝土工程及验收规范 中有关要求进行评定 四 砼强度的合格评定 1 强度平均值 fcu 强度平均值与生产该批混凝土时的配制强度基本相等 它只代表混凝土的总体平均值 不能反应混凝土强度的波动情况 2 强度标准差 二 提高混凝土耐久性的措施 强度标准差是评定混凝土质量均匀性的指标 在数值上等于曲线上的拐点距强度平均值的距离 标准差愈大 说明强度的离散程度愈大 混凝土的质量愈不稳定 反之 愈稳定 3 变异系数 计算结果表明 如果变异系数愈小 说明混凝土的质量愈稳定 混凝土生产质量水平愈高 4 强度保证率 P 四 砼强度的合格评定 强度保证率即在统计周期内混凝土强度大于或等于规定强度等级的百分率 N为统计周期内同批混凝土试件总组 N 25 五 混凝土强度的检验评定根据 混凝土强度检验评定标准 GBJ107 1987 规定 混凝土强度评定可分为统计方法及非统计方法2种 统计方法适用于预拌混凝土厂 预制混凝土构件厂和采用集中搅拌混凝土的施工单位 非统计法适用于零星生产的预制构件厂或现场搅拌批量不大的混凝土 1 统计方法评定 1 标准差已知方案混凝土能在较长时间内保持一致 且同一品种混凝土的强度变异性保持稳定 则每批强度值可按常数考虑 强度评定应由连续的3组试件组成一个验收批 其强度应满足下列要求 当混凝土强度等级不高于C20时 其强度的最小值应满足式要求 当混凝土强度等级高于C20时 其强度的最小值应满足式要求 验收批混凝土立方体抗压强度的标准差 0 应根据前一个检验期内同一品种混凝土试件的强度数据 按式计算 2 标准差未知方案当混凝土在较长时间内不能保持一致 且混凝土强度变异性不能保持稳定时 则只能直接根据每一验收批抽样的强度数据进行评定 强度评定时 应由不少于10组的试件组成一个验收批 其强度应满足下列要求 验收批混凝土强度的标准差sfcu按式计算 2 非统计方法评定强度应同时满足下列要求 3 混凝土强度的合格判定 小结 1 砼侧成材料的检验和质量控制2 砼拌合物的质量控制3 砼的强度检验 预习 6 8普通混凝土配合比设计 6 8普通混凝土配合比设计 一 学习要点 掌握普通混凝土配合比概念表示方法基本要求设计方法 掌握实验室配合比的确定方法 掌握施工配合比的换算 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 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 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 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 四 配合比设计的步骤与方法 一 确定混凝土初步配合比 二 试配 调整和易性 确定基准配合比 三 试配 调整强度 确定实验室配合比 四 计算施工配合比 一 确定混凝土初步配合比 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 1 计算施工配制强度fcu 0 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