混凝土知识(牛) PPT课件

牛长信 混凝土知识 1 主要内容 一 混凝土的定义及结构二 普通混凝土的主要技术指标混凝土拌合物 新拌混凝土 的性能混凝土的强度混凝土的变形性能混凝土的耐久性能三 混凝土配合比设计 2 第一节 定义 混凝土及钢筋混凝土 混凝土是由水泥 砂子 石子和水按一定的比例拌和而成 凝固后坚硬如石 受压能力好 但受拉能力差 容易因受拉而断裂 图a 为了解决这个矛盾 充分发挥混凝土的受压能力 常在混凝土受拉区域内或相应部位加入一定数量的钢筋 使两种材料粘结成一个整体 共同承受外力 这种配有钢筋的混凝土 称为钢筋混凝土 钢筋混凝土粘结锚固能力可以由四种途径得到 钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力 也称胶结力 混凝土收缩 将钢筋紧紧握固而产生摩擦力 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用 也称咬合力 钢筋端部加弯钩 弯折或在锚固区焊短钢筋 焊角钢来提供锚固能力 3 混凝土组成材料 4 混凝土内部结构示意图 5 第二节 普通混凝土的主要技术性质 混凝土的主要技术性质包括混凝土拌合物的和易性 硬化混凝土的强度 混凝土的变形性能及耐久性 混凝土在未凝结硬化以前 称为混凝土拌合物或称新拌混凝土 相对 硬化混凝土 而言 混凝土拌合物 新拌混凝土 的性能 混凝土的强度 混凝土的变形性能 混凝土的耐久性 6 一 混凝土拌合物 新拌混凝土 的性能 一 新拌混凝土的和易性1 和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于各工序 搅拌 运输 浇注 捣实 施工操作 并获得质量均匀 成型密实的混凝土性能 和易性是一项综合的技术指标 包括流动性 粘聚性和保水性等三方面的含义 7 流动性 混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下能产生流动 并均匀密实地填满模板的性能 粘聚性 混凝土各组成材料间具有一定粘聚力 在运输和浇注过程中不致产生分层和离析现象 使混凝土保持整体均匀的性能 保水性 混凝土拌和物具有一定的保持内部水分的能力 在施工过程中不致产生严重泌水现象 混凝土拌合物的流动性 粘聚性 保水性之间互相联系又存在矛盾 所谓拌合物的和易性良好 就是要使这三方面的性能在某种具体条件下 达到均为良好 即使矛盾得到统一 8 2 和易性的测定方法目前 尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法 根据我国现行标准 普通混凝土拌合物性能试验方法 GB T50080 2002 用坍落度和维勃稠度测定混凝土拌合物的流动性 并辅以直观经验评定粘聚性和保水性 评定和易性好坏 主要以测定流动性指标为主 辅以观察其粘聚性 保水性 9 1 坍落度试验 将混凝土拌合物分三层装入标准坍落度筒中 每层插捣25次并装满刮平 垂直向上将筒提起 混凝土拌合物由于自重将会向下坍落 量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差 以mm计 即为坍落度 坍落度越大 表示混凝土拌合物的流动性越大 在进行坍落度试验的同时 应观察混凝土拌合物的粘聚性 保水性 以便全面地评定混凝土拌合物的和易性 10 实测图例 坍落度筒 测定 11 实验步骤 按比例配出拌和材料 将它们倒在拌板上并用铁锹拌匀 再将中间扒一凹洼 边加水边进行拌和 直至拌和均匀 用湿布将拌板及坍落度筒内外擦净 润滑 并将筒顶部加上漏斗 放在拌板上 用双脚踩紧踏板 使其位置固定 用小铲将拌好的拌和物分三层均匀的装入筒内 每层装入高度在插捣后大致为筒高的三分之一 顶层装料时 应使拌和物高出筒顶 插捣过程中 如试样沉落到低于筒口 则应随时添加 以便自始至终保持高于筒顶 每装一层分别用捣棒插捣25次 插捣应在全部面积上进行 沿螺旋线由边缘渐向中心 在筒边插捣时 捣棒应稍有倾斜 然后垂直插捣中心部分 每层插捣时应捣至下层表面止 插捣完毕后卸下漏斗 将多余的拌和物用镘刀刮去 使之与筒顶面齐平 筒周围拌板上的杂物必须刮净 清除 将坍落度筒小心平稳地垂直向上提起 不得歪斜 提离过程约5 10s内完成 将筒放在拌和物试体一旁 量出坍落后拌和物试体最高点与筒的高度差 以mm为单位 读数精确至5mm 即为该拌和物的坍落度 从开始装料到提起坍落度筒的整个过程在150s内完成 当坍落度筒提离后 如试件发生崩坍或一边剪坏现象 则应重新取样进行试验 如第二次仍然出现这种现象 则表示该拌和物和易性不好 应予记录备案 测定坍落度后 观察拌和物的下述性质 并记录 12 注意 坍落度越大 一般表示其流动性越大 但也许因其粘聚性差 粘聚性的评定方法 用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打 若锥体逐渐下沉 则表示粘聚性良好 如果锥体倒塌 部分崩裂或出现离析现象 则表示粘聚性不好 保水性的评定方法 坍落度筒提起后 如有较多稀浆从底部析出 淌浆 锥体部分混凝土拌合物也因失浆而骨料外露 则表明混凝土拌合物保水性能不好 无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出 则表示保水性良好 13 2 维勃稠度试验对坍落度值小于10 的干硬性混凝土 采用维勃稠度试验 在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物 提起坍落度筒 在拌合物试体顶面放一透明圆盘 开启振动台 同时用秒表计时 当水泥浆完全布满透明圆盘底面的瞬间 记下秒表的秒数 称为维勃稠度 混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小 可分为四级 超干硬性 31s特干硬性 30 21s干硬性 20 11s半干硬性 10 5s 14 3 流动性 坍落度 的选择 根据坍落度的不同 可将混凝土拌合物分为 低塑性混凝土 坍落度值为10 40mm 塑性混凝土 坍落度值为40 90mm 流动性混凝土 坍落度值为90 150mm 大流动性混凝土 坍落度值 150mm 坍落度试验适用于骨料最大粒径不大于37 5mm 坍落度值不小于10mm的塑性混凝土拌和物 坍落度值小于10mm的干硬性混凝土拌和物应采用维勃稠度法测定 当构件截面较小或钢筋较密 或采用人工插捣时 坍落度可选大些 反之 如构件截面尺寸较大 或钢筋较疏 或采用机械振捣时 坍落度可选择小些 15 根据 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 2002 的规定 混凝土浇筑时的坍落度宜按下表选用 混凝土浇筑时的坍落度结构种类坍落度 mm 基础或地面等的垫层 无配筋的大体积结构 挡土墙 基础等 或配筋稀疏的结构10 30板 梁和大型及中型截面的柱子等30 50配筋密列的结构 薄壁 斗仓 筒仓 细柱等 50 70配筋特密的结构70 90注意 该表是采用机械振捣的坍落度 采用人工捣实时可适当增大 当施工工艺采用混凝土泵送混凝土拌合物时 则要求混凝土拌合物具有高流动性 其坍落度通常在80 180mm 16 4 影响和易性的主要因素 1 水泥浆的用量 2 水泥浆的稠度 3 砂率 4 组成材料的品种及性质 5 外加剂 6 时间及温度 17 4 1水泥浆的数量 在混凝土拌合物中 水泥浆包裹骨料表面 填充骨料空隙 使骨料润滑 提高混合料的流动性 在水灰比不变的情况下 单位体积混合物内 随水泥浆的增多 混合物的流动性增大 若水泥浆过多 超过骨料表面的包裹限度 就会出现流浆现象 这既浪费水泥又降低混凝土的性能 如水泥浆过少 达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的 使粘聚性变差 流动性低 不仅产生崩塌现象 还会使混凝土的强度和耐久性降低 混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜 18 4 2水泥浆的稠度 有时写作 水灰比W C或灰水比C W 水灰比 是指单位砼用水量与水泥用量的质量比 以W C表示 水泥浆的稀稠 取决于水灰比的大小 水灰比小 水泥浆稠 拌合物流动性就小 会使施工困难 混凝土拌合物难以保证密实成型 若水灰比过大 又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良 而产生流浆 离析现象 并严重影响混凝土的强度 水灰比不能过大或过小 依据混凝土强度和耐久性要求合理地选用 19 无论是水泥浆的多少或是水泥浆的稀稠 实际上都反映了用水量是对混凝土拌合物流动性起决定性作用的因素 因为在一定条件下 要使混凝土拌合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 单纯加大用水量会降低混凝土的强度和耐久性 因此 对混凝土拌合物流动性的调整 应在保持水灰比不变的条件下 以改变水泥浆量的方法来调整 使其满足施工要求 20 4 3砂率 定义 混凝土中砂的质量占砂 石总质量的百分率 砂率的变动会使骨料的总表面积及空隙率都会发生变化 水泥砂浆在砼拌和物中起润滑作用 可以减少粗集料颗粒之间的摩阻力 所以在一定砂率范围内 随着砂率的增加 润滑作用也明显增加 提高了混凝土拌和物的流动性 但砂率过大 即石子用量过少 砂子用量过多 此时集料的总表面积过大 在水泥浆量不变的情况下 水泥浆量相对少了 减弱了水泥浆的润滑作用 导致混凝土拌和物的流动性降低 如果砂率过小 即石子用量过大 砂子用量过少时 水泥砂浆的数量不足以包裹石子表面 在石子之间没有足够的砂浆层 减弱了水泥砂浆的润滑作用 不但会降低混凝土拌和物的流动性 而且会严重影响其粘聚性和保水性 容易产生离析现象 21 因此 砂率既不能过大 也不能过小 应有一个合理砂率值 当砂率适宜时 砂不但填满石子间的空隙 而且还能保证粗骨料间有一定厚度的砂浆层以减小粗骨料间的摩擦阻力 使混凝土拌和物有较好的流动性且能保持粘聚性和保水性良好 这个适宜的砂率称为合理砂率 合理砂率可通过试验 计算 查表等方法确定 22 4 4组成材料的品种及性质 水泥品种 集料种类 形状和级配等 都对混凝土拌合物的和易性有一定影响 需水量大的水泥拌合物 其物流动性小 如普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰的和易性好 在相同用水量条件下 集料表面光滑 少棱角 形状较圆的卵石所拌制的拌合物流动性较碎石的大 23 4 5外加剂 在拌制混凝土时 加入少量的外加剂能使混凝土拌和物在不增加水泥用量的条件下 获得良好的和易性 不仅流动性显著增加 而且有效地改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性 24 4 6时间及温度 拌合后的混凝土拌合物 随时间延长而逐渐变得干稠 流动性减小 原因是一部分水供水泥水化 一部分水被骨料吸收 一部分水蒸发以及混凝土凝聚结构的逐渐形成 致使混凝土拌合物的流动性变差 拌合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 并采取相应的措施 25 5 改善和易性的主要措施 1 改善砂 石的级配 特别是石子的级配 也有利于砼质量的提高 但要增加备料工作 2 尽量采用较粗大的砂 石 3 尽可能降低砂率 通过试验采用合理砂率 有利于提高砼质量和节约水泥 4 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 5 混凝土拌合物坍落度太小时 保持水灰比不变 适当增加水泥浆用量 当坍落度太大 但粘聚性良好时 可保持砂率不变 适当增加砂 石用量 6 掺外加剂或掺合料 26 二 新拌砼的凝结时间 了解 新拌混凝土的凝结时间通常是用贯入阻力法进行测定的 仪器 贯入阻力仪方法 先用5mm筛孔的筛从拌合物中筛取砂浆 按一定方法装入规定的容器中 然后每隔一定时间测定砂浆贯入到一定深度时的贯入阻力 贯入阻力达到3 5MPa和28 0MPa的时间 分别是新拌混凝土的初凝和终凝时间 这是从实用角度人为划分的 实际上 贯入阻力达到3 5MPa时 混凝土还没有抗压强度 初凝时间表示的是新拌混凝土正常地搅拌 浇注和捣实的极限 贯入阻力达到8 0MPa时 抗压强度约为0 7MPa 终凝时间表示混凝土力学强度开始快速发展 27 二混凝土的强度 混凝土的力学性质是判断硬化后混凝土质量的重要标准 包括强度和变形 强度是混凝土最重要的力学性质 混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切 通常混凝土的强度越大 其刚度 不透水性 抗风化及耐蚀性也越高 通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量 混凝土的强度包括 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 抗剪强度及与钢筋的粘结强度等 但我们一般最关注的主要是抗压强度 28 一 混凝土立方体抗压强度 按照 普通混凝土力学性能试验方法标准 GB T50081 2002 制作150mm l50mm l50mm的标准立方体试件 在标准条件 温度20 2 相对湿度95 以上 下 养护到28d龄期 所测得抗压强度值为混凝土立方体抗压强度 以fcu表示 可按下式计算 当采用非标准试件时 须乘以换算系数 见右表 29 二 混凝土立方体抗压强度标准值及强度等级 按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件 在28天龄期 用标准试验方法测定的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 保证率的抗压强度 以N mm2 即Mpa 计 以fcu k表示 立方体抗压强度标准值是划分混凝土强度等级的依据 采用符号C 英文concrete 表示 分为 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75和C80等14个强度等级 30 方法 随机取样 具代表性 a以3个试件为一组 连续抽n组 n 25组 每组3块 作成标准试件 在标准条件下养护 b测每组 3块 的抗压强度fcu 取其代表值 比如3块强度 18 16 15 若最大 最小值与中间值之差不大于中间值的0 15倍 则取三值平均值 若有一值超出 则取中间值 若二值均超出 视为无效 C得到n个代表值 按从大到小排序 若100个强度代表值 当n 95 代表值为20 1Mpa 则fcu k 20 1Mpa 其强度等级C20 31 图 混凝土受压试验 32 三 混凝土轴心抗压强度 混凝土的立方体抗压强度fcu用来评定强度等级 但它不能直接用来作为设计的依据 因为实际工程中钢筋混凝土构件形式大部分是棱柱形或圆柱形 在钢筋混凝土结构计算中 采用混凝土轴心抗压强度fck作为设计的依据 轴心抗压强度fck 立方体抗压强度fcu 试验表明 在立方体抗压强度fcu 10 55Mpa的范围内 fck 0 7 0 8fcu 现行国家标准 GB T50081 2002 规定 采用150mm 150mm 300mm的棱柱体作为标准试件 测定其轴心抗压强度 33 影响混凝土抗压强度的主要因素 a组成材料骨料强度 粒形 含泥量 胶材质量 外加剂质量 拌和水质量等b配合比 设计 有了合格的原材料 还得有正确的配合比 各材料组分配比必须满足要求 某一组分过多或过少都会影响砼的强度c养护条件气温高 湿度高 砼强度增长快 反之则增长慢 气温过低时可能受冻害影响导致强度不增长 d试验条件试验环境 加荷速度等e其它施工工艺 试件尺寸 试件形状等 34 三 混凝土的变形性能 1 化学收缩由于水泥水化生成物的体积 比反应前物质的总体积小 而使混凝土收缩 这种收缩称为化学收缩 2 干湿变形干湿变形取决于周围环境的湿度变化 3 温度变形混凝土与其他材料一样 也具有热胀冷缩的性质 4 在荷载作用下的变形 1 混凝土的弹塑性变形 2 混凝土的变形模量 35 四 混凝土的耐久性能 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性 从而维持混凝土结构的安全 正常使用的能力称为耐久性 混凝土除应具有设计要求的强度 以保证其能安全地承受设计荷载外 还应根据其周围的自然环境以及在使用上的特殊要求 而具有各种特殊性能 例如 承受压力水作用的混凝土 需要具有一定的抗渗性能 遭受反复冰冻作用的混凝土 需要有一定的抗冻性能 遭受环境水侵蚀作用的混凝土 需要具有与之相适应的抗侵蚀性能 处于高温环境中的混凝土 则需要具有较好的耐热性能等等 而且要求混凝土在使用环境条件下性能要稳定 36 第三节 普通混凝土配合比设计 一 普通混凝土配合比设计的表示方法二 配合比设计基本要求三 混凝土配合比设计的资料准备四 配合比设计当中三大参数五 混凝土配合比设计的步骤砼配制强度的确定计算水胶比确定用水量和外加剂用量确定胶凝材料 矿物掺合料和水泥用量确定砂率计算粗细骨料的用量得出初步的配合比试配试配调整 确定基准配合比校核水胶比 确定试验室配合比施工配合比换算 37 一 普通混凝土配合比设计的表示方法 1 配合比设计的定义 确定混凝土各组成材料之间的数量比例关系的过程叫配合比设计 2 表示方法 1 单位体积混凝土内各项材料的质量用量 如 mc 270 0 ms 706 1kg mg 1255 3 mw 180 2 单位体积内各项材料用量的比值 如 水泥 砂子 石子 1 2 3 4 0 W C 0 63 38 二 配合比设计基本要求 39 三 混凝土配合比设计的资料准备 1 了解混凝土的设计强度等级fcu k 坍落度要求2 了解耐久性要求 3 了解钢筋配筋间距和结构的断面尺寸 确定骨料的最大粒径Dmax 40 四 配合比设计当中三大参数 1 水胶比水与胶凝材料的比例称为水胶比 水胶比是影响混凝土和易性 强度和耐久性的主要因素 水胶比的大小是根据强度和耐久性确定 在满足强度和耐久性要求的前提下 选用较大水胶比 这有利于节约水泥 2 砂率砂子占砂 石总量的百分率称为砂率 砂率对混合料和易性影响较大 如选择不恰当 对混凝土强度和耐久性都有影响 应采用合理砂率 在保证和易性要求的条件下 取较小值 同样有利于节约水泥 3 用水量用水量是指1m3混凝土拌合物中水的用量 kg m3 在水灰比确定后 混凝土中单位用水量也表示水泥浆与集料之间的比例关系 为节约水泥 单位用水量在满足流动性条件下 取较小值 41 五 混凝土配合比设计的步骤 根据 普通混凝土配合比设计规程 JGJ55 2011 所规定的步骤进行设计 和易性调整 强度调整 42 建筑的使用寿命要根据具体情况来看 首先是设计标准 一般民用建筑是50年 钢筋混凝土结构大型或者比较重要的建筑为80年或以上 当然其使用寿命肯定会大于设计年限的 如果说自然寿命 与混凝土材料特性 结构设计 还有自然条件的影响都密切相关 其寿命相对而言不是很长 主要是由于建筑时间长了会出现缺陷 比如混凝土开裂对钢筋的保护降低 导致破坏加速 从而寿命大大降低 还有自然的侵蚀风化作用 但其使用寿命肯定大于设计年限 如果有后期维护的话 那些缺陷可以得到弥补 其使用寿命会大大地提高的 建筑都会有人定期的检查的 发现隐患肯定要进行一定的技术处理 早发现早处理 这样建筑物的寿命会大大提高的 住宅的使用年限是指住宅在有形磨损下能维持正常使用的年限 是由住宅的结构 质量决定的自然寿命 住宅的折旧年限是指住宅价值转移的年限 是由使用过程中社会经济条件决定的社会必要平均使用寿命 也叫经济寿命 住宅的使用年限一般大于折旧年限 不同建筑结构的折旧年限国家的规定是 钢筋混凝土结构60年 砖