混凝土材料学简洁版期末重点

第一章第一章 混凝土混凝土 定义定义 混凝土是指由水泥 石灰 石膏等无机胶凝材料和水或沥青 树脂等有机胶凝材料 的胶状物与集料 必要时加入化学外加剂和矿物外加剂 按一定比例拌合 并在一定条件 下硬化而成的人造石材 分类分类 胶凝材料 表观密度 强度等级 用途 施工工艺 配筋方式 组成材料及作用组成材料及作用 水泥 砂 石 水 外加剂 水泥浆 水泥 水 包裹物料 填充空隙 润滑作用 胶结作用 填充作用 填充集料间空隙 密实性好 润滑作用 包裹表面 降低集料间摩擦力 提高拌合物流动性 胶结作用 把散粒的砂石胶结为整体 砂浆 水泥浆 砂 填充作用 填充石子间空隙 粘聚作用 使粗集料在施工过程中不离析 保水 骨架作用 砂起骨架和抑制体积变形作用 石子还有降低混凝土成本的经济作用 优点优点 7 经济 可塑性好 性能可设计 耐久性好 耐火性好 复合能力强 利用废弃物 能力强 缺点缺点 抗拉强度低 抗裂性差 自重大 比强度低 质量波动大 施工期长 第二章第二章 胶凝材料胶凝材料 定义定义 能在物理 化学作用下 由可塑性浆体变为坚固的石状体 并能胶结其他物料 且 有一定机械强度的物质 分类分类 有机 沥青 树脂 无机 气硬性 水硬性 水泥 拌水后既能在空气中硬化 又能在水中硬化 保持并继 续提高其强度 通用水泥通用水泥 6 硅酸盐水泥 普通 矿渣 火山灰质 粉煤灰 复合硅酸盐水泥 GB175 2007 标准与标准与 99 标准的不同标准的不同 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料 5 以下的石灰石或粒化高炉矿渣 适量石 膏磨细制成的水硬性胶凝材料 类型类型 型硅酸盐水泥 P 不掺混合材料 型硅酸盐水泥 掺加不超水泥重量 5 石灰石或粒化高炉矿渣混合材料 原材料原材料 石灰石 提供 CaO 黏土 提供 SiO2 Al2O3 少量 Fe2O3 铁矿粉 校正某些氧 化物不足 生产过程生产过程 两磨一烧 生料的配合与磨细 生料煅烧成熟料 熟料与适量石膏共同磨细成 水泥 记反应式 硅酸盐水泥熟料化学组成硅酸盐水泥熟料化学组成 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 微量成分 硅酸盐水泥熟料矿物组成 特性硅酸盐水泥熟料矿物组成 特性 P24 C3S C2S C3A C4AF f CaO 会膨胀 与水泥凝固时产生的收缩相抵消 安定性不良 方镁石 同 SO3 调节水泥凝结时间 不快凝闪凝 最佳掺量可提高水泥强度 碱分 与活性集料作用 产生碱集料反应 率值率值 质量百分数 硅率 1 7 2 7 SM 或 n SiO2 Al2O3 Fe2O3 表熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物含量比例 铝率 0 9 1 7 IM 或 p Al2O3 Fe2O3 表 C3A 与 C4AF 的比例 反映水泥煅烧时高温液 相量的粘度 理论极限含量理论极限含量 由每 1 酸性氧化物所需石灰量 相应酸性氧化物含量 CaO KH 2 80 SiO2 1 65 Al2O3 0 35 Fe2O3 石灰饱和系数石灰饱和系数 KH 0 82 0 94 熟料中全部 SiO2生成 C3S C2S 所需的 CaO 含量与 SiO2全 部生成 C3S 所需 CaO 最大含量的比值 即表示熟料中 SiO2被 CaO 饱和形成 C3S 的程度 IM 0 64 KH C 1 65A 0 35F 2 8 S IM 0 64 KH C 1 1 A 0 7 F 2 8 S 水化产物水化产物 5 水化硅酸钙 C S H 凝胶 水化铁酸钙凝胶 Ca OH 2 水化铝酸钙 水化硫铝 酸钙晶体 完全水化的硬化水泥浆体 70 水化硅酸钙 20 Ca OH 2 7 钙矾石 包裹水泥颗粒周围 形成保护膜延缓水化 单硫型水化硫铝酸钙 AFm 凝结凝结 水泥浆体随时间推移 塑性不断降低至失去的过程 硬化硬化 随水化进行 水泥浆体转变为具有一定强度的固体的过程 硬化后的水泥浆体由胶 凝体 结晶体 未水化的水泥颗粒 水和孔隙组成 凝结硬化原因凝结硬化原因 化学过程 P30 自己看化学式吧 物理化学过程 水化反应由颗粒表面逐渐深入内部发生 水化产物不断增加并从饱和溶液 析出 堆积在水泥颗粒周围形成水化物膜层 使颗粒间空隙不断减少 膜层长大并相互连 接 凝结 水化物进一步发展填充毛细孔 硬化 影响凝结硬化的因素影响凝结硬化的因素 石膏掺量 可调节水泥凝结硬化速度 多 不缓凝且安定性不良 少 瞬凝 养护时间 环 境温度湿度 熟料矿物组成和细度 水灰比 为什么水泥强度随时间增长而增长为什么水泥强度随时间增长而增长 水泥水化从颗粒表面逐步向内部进行 随养护时间增 加水化程度增大 水化产物增多 为什么要加强早期养护为什么要加强早期养护 温度越高 湿度越大越利于水化 温度的影响主要表现在水化早 期阶段 确保水泥水化正常进行可使强度不断增长 主要技术性质主要技术性质 1 密度和堆积密度 2 细度 细 表面积大 水化快 凝结硬化快 早期强度高 但需水量大 反应不完全空隙多 成本高收缩大 保存困难 3 标准稠度用水量 大 用水量大 硬化收缩大 强度密实性差 4 凝结时间 控制时间 初凝不可过快以有足够时间搅拌 运输 浇筑混凝土 终凝不可 过慢以产生强度利于下一步施工工作 5 体积安定性 原因 过多游离氧化钙 游离氧化镁或粉磨时石膏掺入过多 为何不能用 构件产生膨胀性裂缝 降低工程质量引起事故 6 强度 7 水化热 主要与矿物组成 细度有关 内外温差引起局部温度应力产生裂缝 降低方法 原材料选低发热量水泥 降低起始温度 夜间施工 砂石不日晒地下水冰水拌合 冷却水 管 腐蚀腐蚀 原因 原因 内 氢氧化钙及其它成分能一定程度溶于水 外 氢氧化钙 水化铝酸钙等碱性物质 与环境中的酸类盐类发生化学反应生成易溶于水 无胶结能力 结晶膨胀的化合物 导致水 泥浆体结构破坏 类型类型 溶出性侵蚀 酸类腐蚀 碳酸性腐蚀 一般酸性腐蚀 盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀 镁 盐腐蚀 防治措施防治措施 选择合适品种水泥 提高硬化水泥浆体密实程度 设置防护层 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥 混合材料混合材料 生产水泥时为节约水泥熟料 提高水泥质量 扩大水泥品种 改善水泥性能 调节水泥强度等级而加入水泥中的人造或天然矿物质材料 活性混合材料活性混合材料 粒化高炉矿渣 火山灰质混合材料 粉煤灰 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 P O 硅酸盐水泥熟料 6 20 混合材料 适量石膏磨细制成的水硬性胶 凝材料 基本性能与硅酸盐水泥差不多 矿渣矿渣 P S 火山灰质 火山灰质 P P 粉煤灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 P F 1 水化特点 水化分两步进行 先是水泥熟料的水化 后水化产生的 Ca OH 2与混合材料活 性成分 SiO2和 Al2O3作用 反应生成水化硅酸锆 水化铝酸钙 使水泥强度增长 2 水泥性能差异 以 P S 为例 早期强度低 后期强度高 具有较强的抗溶出性侵蚀及 抗硫酸盐侵蚀能力 水化热低 环境温度对凝结硬化影响较大 耐热性好 保水性较差 泌水性较大 抗碳化能力差 干缩性较大 抗冻性较差 耐磨性较差 3 适用范围 大体积混凝土 水工建筑 地下工程 蒸汽养护的混凝土预制构件 混凝土的应用混凝土的应用 根据工程部位 使用环境选品种 水泥需运输保管好 防止失效 采购时 间根据工期来 密封隔离保管 水泥强度与混凝土强度合理匹配 特种水泥特种水泥 快硬硅酸盐水泥 快硬硫铝酸盐水泥 抗硫酸盐硅酸盐水泥 中热 低热 低热 矿渣硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 低热微膨胀水泥 膨胀水泥和自应力水泥 白色 彩色硅酸 盐水泥 砌筑水泥 油井水泥 第三章第三章 集料集料 细骨料细骨料 粒径粒径 5mm 1 含水状态含水状态 烘干 干燥 全干 气干 风干 饱和面干 湿润状态 工业和民用建筑及 道路工程常按干燥状态集料设计配合比 水利工程中常以饱和面干状态的砂 石设计混凝 土配合比 因此状态的砂既不会从混凝土拌合物中吸取水分 也不会往拌合物中带入水分 可准确控制用水量 便于施工控制 2 杂质杂质 云母 黏土 淤泥 硫酸盐 有机轻物质 3 颗粒级配颗粒级配 定义 不同粒径的砂粒之间的组合情况 判断指标 空隙率 比表面积小 控制粒级 0 630mm 意义 有足够的水泥浆包裹砂粒并填满空隙 混凝土拌合物流动 性才好 级配好 减少泥浆用量 节约水泥 使砂的空隙率和比表面积尽可能小 4 细度模数细度模数 f f 混 定义 不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度 为啥 宜选用中砂 过粗 混凝土 粘聚性 保水性差 不易捣实成型 过细 流动性差 需增加水泥浆用量 强度降低 粗骨料粗骨料 卵石 碎石 1 杂质杂质 黏土 淤泥 硫酸盐 2 最大粒径最大粒径 DM 咋选 在条件许可范围下 空隙率 比表面积越小 水泥用量越少 密 实性提高 发热量减少 收缩降低 因此选用最大粒径较大的粗集料对大体积混凝土有利 过大会降低抗冻性 抗渗性 抗气蚀性 考虑结构断面尺寸 钢筋布置间距 混凝土性能 要求等因素 3 颗粒级配颗粒级配 原理 同细骨料 意义 获得密实性好 强度高的混凝土 节约水泥用 量 间断级配 优 减少空隙率 节约水泥 缺 拌合物易离析 4 压碎指标压碎指标 集料抵抗压碎的能力 反映集料的坚硬程度 压碎指标值越小 石抵抗压碎 能力越大 强度越高 第四章第四章 化学外加剂化学外加剂 化学外加剂化学外加剂 在混凝土 砂浆和净浆制备过程中掺入不超过水泥用量 5 能使混凝土 砂 浆或净浆的正常性能按要求而改性的产品 减水剂减水剂 机理 水化产物包裹水泥颗粒形成絮凝结构降低流动性 减水剂分子吸附在水 泥颗粒表面 其亲水集团携带大量水分子 在水泥颗粒周围形成一定厚度的吸附水层 增 大水泥颗粒间可滑动性 当减水剂为离子型表面活性剂时 还能使水泥颗粒表面带同性电 荷 在电性斥力作用下相互分散 作用效果 在配合比不变的情况下 改善混凝土拌合物 和易性 提高流动度和工作度且不值降低混凝土强度 在保持相同流动度及水灰比不变情 况下 减少用水量和水泥用量 提高混凝土强度 在保持流动度及水泥用量不变的条件下 可减少用水量从而降低水灰比 提高强度和耐久性 引气剂引气剂 对性能的影响 优 改善混凝土拌合物和易性 提高耐久性 降低弹性模量 提 高抗裂性 缺 降低强度和耐磨性 缓凝剂缓凝剂 应用 消除高温引起的混凝土凝结时间缩短 或搅拌与浇筑之间的延时对混凝 土施工性能产生不良影响 速凝剂速凝剂 用于喷射混凝土及补漏抢修工程 早强剂早强剂 预应力混凝土 缩短蒸养混凝土养护时间 冬季 低温施工 第五章第五章 矿物外加剂矿物外加剂 粉煤灰 基本效应 形态 活性 微集料效应 矿渣 多用于海工 配置高 强混凝土 提高耐久性 配置大流动度泵送混凝土 火山灰 微集料 微晶核效应 硅灰 沸石粉 第七章第七章 混凝土拌合物的性能混凝土拌合物的性能 和易性和易性 拌合物施工操作难易程度和抵抗离析作用程度的性质 1 流动性流动性 混凝土拌合物在自身质量或施工机械振捣作用下产生流动 并均匀 密实地填 满模板的性能 反映拌合物稀稠 稠 难振捣密实 稀 易分层离析 质量差 2 粘聚性粘聚性 抗离析性抗离析性 混凝土拌合物各组成材料间具有一定粘聚力 在施工操作中不致出现 分层 离析现象 保持整体均匀的性能 3 保水性保水性 混凝土拌合物具有一定保持水分的能力 在施工操作过程中不致出现泌水现象 测定方法测定方法 常态 塑性混凝土 坍落度法 干硬性混凝土 维勃稠度法 V B 法 碾压混凝土 V C 法 大硬度混凝土 扩展度 和易性影响因素和易性影响因素 单位用水量 水泥品种 集料性质 水泥浆的数量 浆级比 水泥浆的稠度 水灰比 砂率 掺合料和外加剂 环境条件 搅拌工艺 放置时间 改善和易性的措施改善和易性的措施 1 调整原材料的组成和配比 尽量采用粒径较大砂 石 降低集料比表面积 改善集料的颗粒级配 提高拌合物流动性 改善粘聚性和保水性 尽可能降低砂率 提高混凝土质量 减少水泥用量 当混凝土拌合物流动性小于设计要求时 应保持水灰比不变 适当增加水泥和水的用量 当流动性大了 但粘聚性良好时 可保持砂率不变 适当增加砂 石用量 掺加各种外加剂 2 改进拌合物施工工艺和振捣工艺 采用高效强制式搅拌机 提高水的润滑程度 曹勇高 效振捣设备使较低流动性拌合物获得较高密实性 3 加快施工速度 减少运输距离 加快施工速度 降低坍落度损失 第九章第九章 混凝土强度混凝土强度 抗压强度抗压强度 标准立方体抗压强度标准立方体抗压强度 以边长 150mm 的立方体试件为标准试件 按标准方法成型 在标 准养护条件 20 3 相对湿度 95 下 养护到 28d 龄期 用标准试验方法测得的极 限抗压强度 称为混凝土标准立方体抗压强度 立方体抗压强度标准值 立方体抗压强度标准值 MPa 在混凝土立方体抗压强度总体分布中 具有 95 保证率 的抗压强度 称为立方体抗压强度标准值 混凝土强度等级混凝土强度等级 C7 5 C10 15 20 25 60 C20 立方体抗压强度标准值为 20MPa 影响强度等级的影响因素影响强度等级的影响因素 1 混凝土组成各相特性和比例 水灰比 小点好 化学外加剂 胶凝材料 水泥 化学成 分 细度 矿物掺合料 集料 拌合水 水泥强度与水灰比的影响 A B A B 经验常数 表示混凝土拌合物的水灰比 fce 28 天抗压强度实测值 2 养护 时间 湿度 温度 高温养护 3 试验参数 抗拉强度抗拉强度 抗压强度的 1 7 1 14 测定方法 轴向拉伸试验 劈裂实验 第十一章第十一章 耐久性耐久性 耐久性耐久性 混凝土在自然环境和使用条件下保持其原有性能 抵抗受破坏作用的能力 提高耐久性的措施提高耐久性的措施 严格控制 水灰比和水泥用量 W C 比最大容许值 最小水泥用量 根 据环境和使用条件 合理选择水泥品种及强度等级 合理选择粗细骨料 严格控制骨料中 有害杂质含量 选择级配合理的砂石骨料 在保证混凝土和易性条件下减少水泥用量 有 较好的密实性 抗渗性抗渗性 混凝土抵抗压力水渗透作用的能力 抗渗等级 S2468 相对渗透系数越小 抗渗 等级越高 抗渗性越强 测定 钻孔压水法 影响因素 水灰比 集料品种 水泥品种 施工质量 养护条件 抗冻性抗冻性 混凝土在保水状态下因为冻融循环而产生的破坏作用称为冻融破坏 抗冻性表示 抵抗冻融循环作用的能力 抗冻等级测定 慢冻法 D50 100 200 快冻法 F50 影响因素 空气气泡间距 保水程度 水泥品种 集料 水灰比 外加剂 掺入引气剂最有效 碱骨料反应碱骨料反应 AAR 混凝土中的碱与集料中的活性组分发生的膨胀性反应 三个必要条件 骨料中含有活性成分并超过一定数量 混凝土中含碱量较高 有水分 含有一定数量的碱 碱活性集料及环境潮湿 影响因素 水灰比 活性集料粒度和孔隙率 混凝土孔隙率 环 境温度 抑制措施 选用非活性骨料 用低碱水泥并控制碱含量 掺入活性掺合料和引气 剂 防止外界水分渗入 碳化碳化 大气环境中的 CO2 引起的混凝土中性化过程 利 碳酸盐填充于毛细孔隙中 一定程 度上加强强度 提高抗渗性 弊 孔