混凝土复习资料

北 4A224 西南科技大学西南科技大学 混凝土章节复习混凝土章节复习 一 绪论 混凝土使用广泛的原因 1 混凝土具有良好的抗水性 2 采用混凝土容易制得各式各样 尺寸大小不同的混凝土构件 3 它是在工程中最易获得的 也是最便宜的材料 配制混凝土的主要成分 骨料 水和硅酸盐水泥 的成本都比较低 并且在世界大部分地区都能获得 混凝土比钢材的优点 所需维护少 抗火性能强 抵抗循环荷载性能强 混凝土的组成 混凝土是主要有胶结介质和埋在其中的骨料颗粒或碎片所组成的复合材料 混凝土的分类 普通混凝土 以天然砂和砾石或碎石作为骨料的混凝土 表观密度约 2400kg m3 轻混凝土 表观密度小于 1800 kg m3 重混凝土 表观密度在 3200 kg m3 以上 硬化混凝土的性能 1 强度 是破坏一种材料所需应力大小的计量 2 韧性 材料被破坏所需的能量为量度 3 干缩 4 热收缩 5 徐变 二 骨料 意义 影响混凝土强度 弹性模量 影响混凝土的体积稳定性 影响混凝土的耐 久性 如耐磨等 降低成本 分类和命名 1 粒径分类 粗骨料 粒径大于 4 75mm 4 号筛筛余 的颗粒 细骨料 粒径小于 4 75mm 的颗粒 2 按松散容重分 轻骨料 1120 kg m3 重骨料 2080 kg m3 3 骨料组分对混凝土性能的影响 强度 尺寸稳定性 耐久性 4 细度模数的理解及计算 密度与视比重 密度 不包含孔隙 北 4A224 视比重 0 包含孔隙在内 孔隙率 1 0 松散容重 堆积密度 填满单位体积之所需骨料之质量 空隙率 1 堆积 0 砂子的细度模数 粗砂 3 7 3 1 中砂 3 0 2 3 细砂 2 2 1 6 5 四种含水状态 烘干 OD 气干 AD 饱和面干 SSD 潮湿 DW 吸水能力 使骨料从烘干到饱和面干状态所需的水分总量 有效吸水量 使骨料从气干到饱和面干状态所需的水量 三 外加剂 一 分类 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 包括各种减水剂和泵送剂 调节混凝土凝结时间 硬化性能的外加剂 包括缓凝剂 促凝剂和速凝剂等 改善混凝土耐久性的外加剂 包括引气剂 防水剂 阻锈剂和矿物外加剂 改善混凝土其他性能的外加剂 包括膨胀剂 防冻剂和着色剂等 二 化学外加剂 1 表面活性剂的作用机理 引气性表面活性剂 在空气 水界面上 极性基团定向向水中伸展 降低水的表 面张力 有利于气泡生成并阻止气泡的长大 在固 液界面上 由于水泥颗粒表面的电 性 使极性端在水泥颗粒表面定向吸附 非极性基团伸向水中 使水泥颗粒表面憎水 致使空气能够代替水并以气泡的形式保持与固体界面的接触 主要用于需要有抗冻性要求的混凝土中 此外 引气剂还可改善新拌混凝土的工作 性 超量掺加会使水泥混凝土缓凝 掺加引气剂会影响强度 减水性表面活性剂 定向吸附 改变了水泥颗粒表面的电性 静电斥力促使水泥 颗粒分散 吸附层的空间位阻阻碍了水泥颗粒的团聚 使其分散释放出被包裹的水 加入目的 增加稠度 提高强度 节约水泥 2 高效减水剂的作用机理 减水率 20 30 静电斥力效应 空间位阻效应 100 ssdod od WW A W 100 ssdad ssd WW EA W 北 4A224 润滑效应 三 矿物外加剂 辅助性胶凝材料 意义 降低成本 改善混凝土拌合物的性能 提高硬化混凝土的强度及耐久性 降低 混凝土的环境负荷 使之更具有可持续性 1 作用机理 火山灰效应 微集料效应 填充效应 滚珠效应 2 混凝土中使用矿物外加剂的原因 降低水化热提高抗温差开裂性能 细化空隙 改善界面过渡区从而提高混凝土强度 提高耐碱 骨料膨胀和抗硫酸盐侵蚀 3 应用 改善工作性 减小泌水 离析 降低水化放热 对大体积混凝土而言 尤其重要 提高抗化学侵蚀的耐久性 高性能混凝土的制备 四 调凝剂 用于调节混凝土的凝结时间或改善其早期强度的外加剂 机理 将硅酸盐水泥的水化设想成是由无水化合物先电离出离子 然后在溶液中形成 水化产物 因此 在硅酸盐水泥 水体系中加入一定量的可溶性化学助剂 就有可能 影响水泥组分的电离速率或水化产物的形成速率 从而影响水泥的凝结硬化行为 1 缓凝剂 阻碍水泥中的阳离子或阴离子的溶解 2 促凝剂 促进水泥中的阳离子或阴离子的溶解 3 溶液中的一价金属阳离子可以降低钙离子的溶解性 但会加速硅酸盐和铝酸盐离子 的溶解 在低浓度时 前者起主要作用 高浓度时 后者起主要作用 4 溶液中的一价阴离子或硫酸根离子可以降低硅酸盐和铝酸盐离子的溶解性 但会加 速钙离子的溶解 在低浓度时 前者起主要作用 高浓度时 后者起主要作用 5 高效缓凝剂 其作用机理和前面讲述的不同 主要是延缓水化产物间键的形成或在 水泥颗粒表面形成不溶性物质和难渗透性物质来降低无水矿物的溶解性 6 甲酸 盐 和三乙醇胺 低分子量有机酸和具有弱酸性的可溶性盐 由于其具有提 高水泥中钙离子的溶解性的能力 因此都有可能被用作促凝剂 四 微观结构 一 水泥浆体 水泥石 1 水化水泥浆体中的主要固相 水化硅酸钙 C S H 氢氧化钙 Ca OH 2 硫铝酸钙水化 物 未水化的水泥颗粒 2 水化水泥浆体的强度主要来源于 范德华引力的存在 北 4A224 3 水泥浆体中水的类型 它们失去时对水泥浆体体积的影响 1 毛细孔水 存在于大于 50 5nm 以上孔隙里的水 性能和体相水相同 可分 为两类 自由水 在毛细孔大于 50nm 中的 失去不会引起任何体积变化 较小毛细 孔 5 50nm 里的水受毛细张力作用 失水时会引起系统收缩 2 吸附水 层厚约 1 5nm 在相对湿度小于 30 时可以失去 会影响浆体的体积稳 定性 3 层间水 一种与 C S H 相关联的水 单分子层 只有在强烈的干燥条件下才能失 去 相对湿度小于 11 产生较大体积变化 4 化学结合水 是构成各种水泥水化产物微结构的一部分 干燥时不会失去 只有 受热使水化物分解时才失去 二 骨料相 粒径以及形状的影响 混凝土中骨料的粒径越大 针片状颗粒所占比例越大 骨料表面集聚水膜的趋势 就越强 因此削弱了界面过渡区 即泌水 三 界面过渡区 界面过渡区的重要性 五 强度 1 定义 抵抗外力作用而不破坏的能力 2 重要性 为什么一般以混凝土的强度作为指标 原因是 测试相对容易 混凝土的其他性能 如弹性模量 抗渗性及耐风化 作用等与强度密切相关 有的甚至可以从强度数据中得到 3 强度与孔隙率的关系 4 影响混凝土强度的因素 组成相的强度 骨料 水泥石 界面过渡区 实验参数和加载条件 试件参数 尺寸 几何形状 潮湿状态 应力类型 应力加 载速度 养护温度 时间 温度 湿度 5 不同应力状态下混凝土的行为 单轴压缩 30 50 70 抗拉强度与抗压强度的关系 北 4A224 六 尺寸稳定性 1 弹性模量 影响因素 试验参数 2 干缩 3 徐变 混凝土在长期荷载作用下 沿着作用力方向的变形会随时间不断增长 即荷 载不变而变形仍随时间增大 这种在长期荷载作用下随时间增加而产生的变形 原因 除了水分迁移导致徐变外 发生徐变的原因比较复杂 界面过渡区的微裂纹 会增加徐变 当应力和干燥同时存在时 徐变会进一步增大 4 热收缩 热胀冷缩是固体材料的共性 但与温度变化相关的应变的大小则取决于温 度变化的幅度和材料的热膨胀系数 5 延展性与开裂 七 耐久性 1 定义 混凝土对大气侵蚀 化学侵蚀 磨耗或其他劣化过程的抵抗能力 2 重要性 运行成本 降低混凝土的环境负荷 3 水的破坏性 反应的必需 物理劣化的起因 化学劣化过程的传输介质 4 渗透性 定义 控制流体在多孔材料里流速的性能 5 混凝土劣化的原因分类 物理原因 由磨耗 冲蚀和气蚀引起的表面磨损或失重 由正常温度和湿度梯 度 孔隙中盐的结晶压 结构承载以及暴露于极端温度环境 如冰冻和火灾 而引起 的混凝土开裂 化学原因 水泥浆体被软水水解溶蚀 在侵蚀性液体和水泥浆体之间发生阳离 子交换 导致膨胀产物形成的化学反应 如混凝土中的硫酸盐侵蚀 碱 骨料反应及 钢筋锈蚀 6 物理劣化 抗冻融循环 空隙中盐类的结晶 7 化学劣化 硫酸盐侵蚀 碱 骨料反应定义 表现结果 膨胀和开裂 粘稠性硅酸液体从混凝土裂纹处渗出 北 4A224 控制措施 混凝土体系中的总碱量 不超过 3Kg m3 骨料的活性及粒径大小 有充 足的水分供应 环境温度 钢筋锈蚀 钢筋的锈蚀是个电化学过程 电化学电池 腐蚀电池 的形成有下述二 种形式 化学活性不同的两种金属 或由于钢筋成分不均匀 在混凝土中存在时 钢 筋表面附近存在离子的浓度差时 可形成浓差电池 电化学过程 金属铁变成铁锈时 体积会变成原来的 600 由此产生膨胀和开裂 另外 结晶度差的氢氧化铁吸水会膨胀 也是原因之一 钢筋锈蚀控制的办法 氧气 水分 渗透性 氯离子 其他方法 钢筋表面涂层 阴极保护 牺牲阳极 其他增强筋 阻锈剂 八 配合比设计 1 依据标准 普通混凝土配合比设计规程 JGJ55 2011 2 步骤 配制强度的测定 参数的选择 配合比的计算 试配及调整 确定 九 早龄期混凝土 1 工作性 是混凝土的一项综合性能 稠度 流动性 表征新拌混凝土流动能力或流动性的指标 实验室测试方法 常 用坍落度试验或维勃稠度试验测得 稳定性 黏聚性 表征混凝土拌合物的保水能力以及保持粗骨料的能力 泌水和离析 越小 稳定性越好 影响工作性的因素 用水量 水泥用量 骨料特征 外加剂 2 坍落度损失 定义 是指新拌混凝土的稠度会随时间流失而逐渐减小 原因 使用凝结不正常的水泥 搅拌 输送 浇灌 捣实或者抹面等工序所耗 费的时间太多 水化热过大或使用高温天气露天堆放的混凝土用材造成混凝土的温 度过高 控制 在混凝土施工操作中要减少任何可能产生的耽搁 尽量将混凝土的温度保持 在 10 21 的范围内 同时在试验室对水泥的稠化和凝结特征加以检测 在掺或不掺 所选用的外加剂时 都是控制坍落度损失的必要预防措施 3 养护 北 4A224 定义 混凝土浇筑后 在一定时间内采取措施对外露面保持适当温度和湿度 使混 凝土有良好硬化条件 目的 防止水分蒸发 控制混凝土的温度 措施 当大气温度高出冰点很多时 炎热气候 对于路面或者地面可筑后灌水或 用水淹没进行养护 其他结构可喷水或喷雾 或者用水将麻袋或棉布湿透 然后覆盖 混凝土保湿养护