混凝土组成、性能及其质量控制培训2011.9.15

混凝土的组成 性能及其质量控制 杜兆金南京市政公用工程质量检测中心站2011年9月 主要内容 混凝土概述 混凝土概述 混凝土的含义混凝土的分类 普通混凝土轻混凝土重混凝土 膨胀混凝土防水混凝土大体积混凝土 碾压混凝土泵送混凝土预拌混凝土 混凝土概述 混凝土的特点 生产能耗低 拌合物具良好的可塑性 配制灵活 适应性好 抗压强度高 与钢筋有牢固的粘结力 耐久性好 原材料丰富 造价低廉 自重大 比强度小 抗拉强度低 导热系数大 硬化较慢 生产周期长 利大于弊 优点 缺点 混凝土概述 混凝土在工民建中得到了广泛的应用 混凝土组成 混凝土组成 组成材料 水泥矿物掺合料粗集料细集料拌合水外加剂 拌合 成型 养护 混凝土组成 组成材料技术参数 混凝土组成 水泥 水泥的分类 混凝土组成 矿物掺合料 矿物掺合料定义矿物掺合料是在混凝土搅拌过程中加入的 具有一定细度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能 特别是耐久性能 的某些矿物类产品 分类粉煤灰 矿渣 硅灰 沸石灰和偏高岭土 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 物理特性来源 燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出 被收尘器收集到的物质 主要成分为SiO2 Al2O3和Fe2O3 有些时候还含有比较高的CaO 密度 粉煤灰中各种颗粒密度差异非常大 我国粉煤灰的密度范围在1 77 2 43g cm3 平均值为2 08g cm3 细度 粉煤灰的颗粒粒径主要分布在0 5 300 m的范围内 其中玻璃微珠的粒径范围在0 5 100 m 但大部分在45 m以下 平均粒径在10 30 m 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 颗粒形貌 漂珠 复珠 沉珠 磁珠 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 三大效应形态效应粉煤灰中的球状玻璃体可在水泥浆体中起滚珠轴承的作用 使颗粒间的摩擦减小 使浆体流动性增加 火山灰效应粉煤灰玻璃体中的SiO2和Al2O3能与水泥水化生成的Ca OH 2发生反应 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙 起到细化孔的作用 使水泥石更加密实 微集料效应粉煤灰水泥浆体中有相当数量的未反应的粉煤灰颗粒 这些坚固的颗粒一旦共同参与承受外力 就能起到很好的 内核 作用 即产生 微集料效应 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 品质要求 火山灰活性对粉煤灰作为混凝土掺合料品质的影响 试验结果显示 当粉煤灰可溶性SiO2从30 变化到50 时 强度的变化幅度达到20 很显然 粉煤灰活性对混凝土强度影响是非常大的 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 品质要求 细度对粉煤灰作为混凝土掺合料品质的影响 粉煤灰越细 比表面积越大 粉煤灰的活性就越容易激发 因此 粉煤灰越细将越有利于混凝土性能 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 品质要求 烧失量对粉煤灰作为混凝土掺合料的流动度影响 结果表明 随烧失量增加 粉煤灰水泥砂浆的相对流动扩展度迅速降低 当烧失量超过10 时 粉煤灰对流动扩展度已无有利的作用 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 粉煤灰混凝土早期性能 工作性凝结性能 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 工作性 减少混凝土需水量改善混凝土泵送性能提高混凝土密实性 流动性和塑性减少泌水与离析减少坍落度损失 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 凝结时间通常在一定范围内 粉煤灰的加入要延长混凝土的凝结时间 其影响程度与粉煤灰的掺量 细度以及化学组成有很大关系 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 凝结时间 掺量的影响 粉煤灰掺量对混凝土凝结时间的影响 采用的粉煤灰为高钙灰 CaO含量为26 88 从图中可以看出 随粉煤灰掺量的增加 混凝土凝结时间延长 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 凝结时间 烧失量的影响 粉煤灰烧失量比较小时 对凝结时间影响不大 而烧失量增加时对凝结时间的影响非常明显 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 凝结时间 养护温度的影响 养护温度对掺加粉煤灰的水泥砂浆凝结时间的影响 胶砂比1 2 5 试验采用的是高钙灰 结果表明 当养护温度较高时 粉煤灰的掺入对凝结时间影响不大 但养护温度较低时则影响非常明显 而粉煤灰掺量达到100 时 凝结时间反而缩短 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 硬化粉煤灰混凝土性能 力学性能变形性能耐久性能其他性能 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 硬化粉煤灰混凝土性能 通常随粉煤灰掺量增加 粉煤灰混凝土强度特别是早期强度降低比较明显 在混凝土胶凝材料总量比较高且粉煤灰掺量比较小的情况下 混凝土早期强度降低的幅度要小一些 粉煤灰的水化黄金期是28 90天 所以后期强度高 力学性能 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 硬化粉煤灰混凝土性能 粉煤灰混凝土强度随掺量 龄期变化情况 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 硬化粉煤灰混凝土性能 如果粉煤灰用于取代混凝土中集料 那么各龄期粉煤灰混凝土强度则随粉煤灰掺量增加而提高 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 变形性能徐变 由于粉煤灰混凝土早期强度比较低 在加荷初期各种因素影响粉煤灰混凝土徐变的程度可能高于普通混凝土 收缩 粉煤灰替代水泥后 对混凝土的干燥收缩有较好的抑制作用 随掺量的增大 干缩减小 对于自收缩而言 在0 30 范围内随掺量的增大自收缩增大 当超过30 范围后自收缩开始减小 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 耐久性能 抗渗透性 绝大部分研究结果都表明 随粉煤灰掺量增加 粉煤灰混凝土的抗渗性也将提高 抗化学侵蚀 掺入25 30 粉煤灰取代水泥 可提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能 抗碳化性能 目前绝大多数的试验结果都显示 粉煤灰混凝土的碳化深度都要高于普通混凝土 随粉煤灰掺量增加 粉煤灰混凝土的碳化速度将增加 钢筋锈蚀 从目前有限的研究结果来看还未发现粉煤灰混凝土的抗钢筋锈蚀性能明显低于普通混凝土 混凝土组成 矿物掺合料 粉煤灰 其他性能 耐热性粉煤灰混凝土与普通混凝土以及矿渣混凝土相比 耐热性没有明显差异耐磨蚀性能粉煤灰混凝土早期耐磨蚀性能因抗压强度的降低可能有一定的影响 但是对于等强度的粉煤灰混凝土 其耐磨蚀性能与普通混凝上相比至少没有明显差异 混凝土组成 矿物掺合料 总结粉煤灰用于混凝土的优点主要为 改善新拌混凝土的工作性 改善混凝土的长期性能或极限强度 改善混凝土抗硫酸盐侵蚀 碱集料反应等耐久性能 提高混凝土自身体积的稳定性 节省费用 粉煤灰用于混凝土存在的不足 由于混凝土碱度降低可能引起钢筋锈蚀的保护性能降低 由于用水量的降低 要求更为严格的养护制度 掺量高时影响早期强度 混凝土组成 矿物掺合料 矿渣来源 高炉矿渣是冶炼生铁时的副产品 其主要化学成分为SiO2 Al2O3和CaO 经水淬急冷的粒化高炉矿渣含有大量的玻璃体 具有较大的潜在活性 矿渣质量评定方法化学分析法 粒化高炉矿渣的质量可用质量系数K的大小来表示 K CaO Al2O3 MgO SiO2 MnO TiO2 强度试验法 按照标准规定 测定试样同龄期的抗压强度之比 混凝土组成 矿物掺合料 矿渣 活性影响因素化学组成玻璃体矿渣细度 混凝土组成 矿物掺合料 矿渣 早期性能工作性 相同坍落度时 可降低用水量 降低坍落度损失 降低泌水量 凝结性能 矿渣微粉掺量越大 凝结时间越长 但初 终凝时间间隔基本不变 水化 随矿渣比表面积的提高 水化程度也相应提高 养护 提高养护温度 湿度有利于其强度的发展 混凝土组成 矿物掺合料 矿渣 力学性能一般认为 在相同的混凝土配合比 强度等级与自然养护的条件下 普通细度矿渣微粉 比表面积400m2 kg左右 混凝土的早期强度比普通混凝土略低 但28d以及90d与180d的强度增长显著地高于普通混凝土 矿渣 耐久性能抗渗透性 矿渣粉混凝土抗渗性能高于普通混凝土 抗化学侵蚀 矿渣粉混凝土抗化学侵蚀强于普通混凝土 抗碳化性能 不利于其抗碳化性能 钢筋锈蚀 提高了抗钢筋锈蚀性能 抗冻性 抗冻性能优于普通混凝土 混凝土组成 矿物掺合料 硅灰 来源硅灰也称硅粉 微硅粉 是生产硅铁 硅钢或其他硅金属时 高纯度石英和煤在电弧炉中还原成以无定形为主要成分的球形玻璃体颗粒粉尘是冶炼炉排放废气回收的工业副产品 硅灰 指标主要成分 SiO2 国家标准要求大于等于85 烧失量 小于等于6 含水率 小于等于3 比表面积 大于等于15000m2 Kg 混凝土组成 矿物掺合料 硅灰 应用水利工程 具有良好的防水 抗渗 耐冲磨和抗空侵蚀 广泛用于水电站 大坝 河道等 如二滩电站 紫坪铺水利枢纽等 建筑工程 具有早强 高强特性 用于厂房建设 高层建筑等 公路建设 充分利用其高强 耐冲磨性能 用于高等级公路 机场跑道 公路隧道等 港口 桥梁 具有较高的密实度和电阻率 可抗侵蚀 如重庆大佛寺长江大桥 香港青马大桥等 喷射混凝土 改善塑性混凝土粘附性和粘聚性 增大喷射混凝土一次成型厚度 在欧美 挪威和瑞典得到广泛应用 混凝土组成 矿物掺合料 工程应用 科学利用矿物掺合料 技术要求 电通量 1000库仑 氯离子扩散系数 1 5 10 12m2 s 技术要求 流动度小 坍落度损失小 孔结构良好 外观好 混凝土组成 外加剂 外加剂的定义及分类定义 一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的 用以改善新拌混凝土和 或 硬化混凝土性能的材料 分类 按主要功能划分 改善流变性能 减水剂 泵送剂调节凝结时间 硬化性能 速凝剂 缓凝剂改善耐久性 引气剂 防水剂 阻锈剂改善其它性能 膨胀剂 防冻剂 着色剂 混凝土组成 外加剂 第一代 木质素类减水剂主要性能性能特点 减水率 5 12 缓凝 2 4h引气 2 4 优点 掺量小 价格低 符合环保的绿色产品 混凝土和易性好 泌水较小 适用于强度指标小于C35混凝土 不足 减水率不高 不适于高强混凝土 掺量不可过大 应控制在0 30 以下 否则严重缓凝及大量引气 影响强度 遇调凝剂为硬石膏及其它工业石膏的水泥产生异常凝结 假凝 速凝 混凝土组成 外加剂 第二代 高效减水剂 萘系 性能特点 减水率 12 25 早强 高强 非引气 掺量范围 0 5 1 5 最佳掺量0 75 不足 高掺量时容易出现泌水现象 坍损较快 需与缓凝保塑剂复合使用 收缩大 与基准混凝土的收缩率比为120 135 混凝土组成 外加剂 外加剂均质性 混凝土组成 外加剂 受检 掺外加剂 混凝土 混凝土配合比 配合比设计配制强度的确定JGJ55 2011 普通混凝土配合比设计规程 于2011年12月1日实施设计强度小于C60 按下式计算 fcu 0 fcu k 1 645 设计强度大于等于C60 按下式计算 fcu 0 1 15fcu k标准差 由近1 3个月的同一品种 同一强度等级混凝土计算确定 当fcu k C30 取 3 0 C30 fcu k C60 取 4 0 如无近期数据 根据设计强度等级 确定 混凝土配合比 配合比计算确定水胶比 W B aa fb fcu 0 aa ab fb fb 胶凝材料 水泥与矿物掺合料按使用比例混合 28d胶砂强度 MPa 如无实测值 可按下式推算fb fb 1 1 f s fce gaa ab 回归系数确定用水量和外加剂 混凝土水胶比在0 40 0 80时 可参考规范 小于0 40时 由试验确定 以90mm坍落度用水量为基础 每增大20mm坍落度相应增加5Kg水 外加剂用量 每方混凝土中胶凝材料用量 外加剂掺量 混凝土配合比 配合比计算胶凝材料 矿物掺合料和水泥用量砂率 坍落度小于10mm的砼 由试验确定 坍落度为10 60mm的砼 由粗骨料品种 最大公称粒径及水灰比来确定 坍落度大于60mm的砼可由试验确定 也可按坍落度每增大20mm 砂率增加1 粗细骨料用量 根据假定容重 确定粗细集料的用量试配 调整 确定 混凝土和易性 混凝土和易性 和易性的内容及指标 矛盾统一体 指标 坍落度测定 维勃稠度测定 混凝土和易性 影响和易性的因素水泥浆数量与稠度的影响砂率的影响组成材料的影响 骨料性质 外加剂 拌合物存放时间与环境温度的影响 混凝土和易性 改善和易性的措施 混凝土强度 混凝土强度 抗压强度的测定 混凝土试件越小 测得的抗压强度值越大 优选标准尺寸试件 混凝土的强度 早期推定混凝土强度 混凝土的强度 强度检验 GB T50107 2010 混凝土强度检验评定标准 每100盘 但不超100m3同配比混凝土 取样次数不少于一次 每一工作班拌制同配比混凝土 不足100盘和100m3 取样不少于一次 当一次连续浇筑的同配比混凝土超1000m3 每200m3取样不少于一次 对房屋建筑 每层楼 同配比的混凝土 取样不少于一次 每次取样至少制作一组标准养护试件 每组3个试件材料来自同一盘或同一车 采用蒸养构件 试件应随构件同条件养护 再置入标准养护下根据GB T50081混凝土强度不低于C60时 宜采用标准试件 使用非标准试件时 折算系数由试验确定 试件数量不少于30对组 取样 制作养护 试验 普通混凝土力学性能试验方法标准 执行 混凝土的强度 评定方法统计方法长时间连续的 且同一品种 同一强度等级变异性稳定的混凝土一个检验批 连续3组试件 强度应同时符合以下规定 其他情况时 当样本容量不少于10组时 强度同时满足以下要求 混凝土的强度 评定方法非统计方法当样本容量小于10组时 应采用非统计方法采用非统计方法 强度应同时符合下列规定 mfcu 3 fcu k 5式 fcu min 4 fcu k 6式 混凝土的强度 混凝土强度影响因素及解决措施 水泥强度等级和水灰比的影响骨料的影响养护温度及湿度的影响龄期与强度的关系施工方法的影响试验条件的影响 采用高强度等级水泥或早强型水泥采用低水灰比的干硬性混凝土采用机器拌振采用湿热处理掺加外加剂和掺合料 解决措施 检测 监管 混凝土的强度 工程例举 强度变化 根据施工环境和要求 采取相应措施 控制施工质量 混凝土的强度 工程例举 三氧化硫 过多的SO3导致混凝土缓凝严重 降低混凝土强度SO3与硫铝酸钙反应 生成多硫型水化硫铝酸钙 产生膨胀实例 路基路面隆起 引起开裂 强度降低 拌制混凝土用粉煤灰规定其SO3 3 0 水泥用混合材规定粉煤灰中SO3 3 5 道路用粉煤灰可参考拌制混凝土用粉煤灰的技术指标 混凝土的强度 工程例举 冬季施工质量问题 冬期同条件养护强度增长缓慢 规律性不强 离散度很大初冬 严冬 冬末同条件养护强度增长趋势稍有差别表面回弹比取芯强度低约15 20 结构实体强度同条件养护的试验时间不能取标养28d或某一固定龄期0 以下 水结冰 混合物难凝结 产生膨胀 强度受到严重影响 混凝土的强度 工程例举 冬季施工解决措施 原材选择和贮存 减少水泥用量 低热水泥 保持在5 以上 避免冰块 控制混凝土出磨温度在15 以上 现场材料保温 注重运输的过程 时间 拌和次数 浇筑后的保温养护 覆盖 洒水 保温 混凝土的强度 工程例举 回弹与取芯的关系 取芯强度比回弹更准确冬季浇筑的混凝土回弹与取芯强度相差较大回弹与取芯强度存在线性关系 建立测强曲线 提高检测准确性 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 JGJ T23 2011将于2011年12月1号实施 混凝土的强度 工程例举 控制预制梁板质量主要措施 原材料质量控制 粗 细集料 胶材 配合比 拌合过程控制 加料方式 拌合时间 运输 浇筑过程控制 浇筑方法 振捣方式 养护 控制温度 湿度 混凝土变形性能 混凝土变形性能 混凝土变形 干燥收缩化学收缩自收缩塑性收缩碳化收缩 裂缝 荷载作用下的裂缝 约5 10 变形作用下的裂缝 约80 以上 耦合作用下的裂缝 5 10 碱骨料