第3章水泥混凝土和砂浆

1,第一章复习题,1.材料密度的种类及其区别，孔隙率和空隙率的概念及其表达式。2.粗集料的主要力学性质有哪些？各有何意义？3.连续级配、间断级配的概念。4.何谓分号筛余量、累计筛余量、通过百分率？5.矿质混合料组成设计的目的是什么？,2,1.石灰熟化的特点、欠火石灰和过火石灰的特点，陈伏的目的以及方法。2.石灰的性质与应用。3.水泥熟料的矿物成分有那些，最终水化产物有那些？4.何谓凝结时间（初凝、终凝时间）、体积安定性的定义、引起的原因有那些？,第二章复习题,3,5.何谓废品、不合格品？6.水泥石腐蚀的类型及其原因7.活性混合材料的定义及其作用。8.常用六种水泥（包括道路水泥）的特点与应用。9.稳定土的组成是什么？10.影响稳定土强度的因素有哪些？,4,混凝土是由胶凝材料，水和粗细集料按适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。,第3章 混凝土和砂浆,5,低强度混凝土 20MPa中强度混凝土 2060MPa高强度混凝土 60MPa,按密度分,按抗压强度标准值分（fcu,k）,重砼 2600kg/m3普通砼 19502500kg/m3轻砼 1950kg/m3,6,通过学习，应掌握普通水泥混凝土应具备的技术性质及其影响因素。掌握其主要技术性能的检测方法和评价指标。掌握普通水泥混凝土组成材料品种及其组成配合比设计。了解和认识其他混凝土的特性。了解水泥混凝土常用外加剂的主要品种及功能。了解砂浆的技术性质及检测方法和评价指标。,教学目标,7,3.1.1普通砼组成材料 (一)水泥 1.品种五大品种水泥、特种水泥 2.强度等级原则：高对高，低对低 3.用量混凝土配合比设计计算确定,3.1 普通砼,8,(二).细集料,1 .有害杂质的含量 1）含泥量和泥块含量 2）云母含量 3）轻物质含量 4）有机质含量 5）硫化物和硫酸盐含量2 .压碎值和坚固性,还需要测定表观密度,9,1）粗细程度： 反映砂的比表面积的大小2）颗粒级配 反映砂的空隙率的大小混凝土用砂的原则：具有较小的比表面积具有较小的空隙率,3 .粗细程度和颗粒级配,10,(三).粗集料,（1）强度（2）坚固性（3）有害杂质的含量（4）最大粒径的选择（5）级配（6）表面特征和形状 （7）碱活性检验,11,根据混凝土结构工程施工质量验收规范（）,12,连续级配定义：石子的粒径从大到小连续分级，每一级都占适当的比例优点：和易性好，不易离析缺点：粒径较大时,不均匀,易离析间断级配定义：石子的粒级不连续，剔除某些粒径优点：空隙率小，节约水泥缺点：和易性差，易离析,13,1.拌和用水水质不纯最常见的危害 影响混凝土的和易性和凝结； 有损于混凝土强度发展； 降低混凝土耐久性,加快钢筋腐蚀,导致预应力钢筋脆断； 使混凝土表面出现污斑等。2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。 要求：能饮用的水均能用于制备砼。,四、砼拌和用水,14,混凝土拌合物 混凝土在未凝结硬化以前，称作新拌混凝土 混凝土拌合物必须具有良好的工作性（和易性），以便于施工，保证能获得良好的浇灌质量。,3.1.2 混凝土拌合物的技术性质,15,16,（一）.和易性1.概念 是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括三方面的含义。,3.2.1 混凝土拌合物的和易性,流动性粘聚性保水性,和易性的三个方面,17,2.和易性测定方法 以测定流动性为主，对粘聚性和保水性进行观察的方法。 主要的试验方法有：（）坍落度法（）维勃稠度法,18,如图，混凝土拌和物分三层装入坍落度筒；坍落度：筒高与坍落后试体 最高点之间的高差。 单位：mm(精确至5mm)。 观察：粘聚性、保水性。全面地评价混凝土拌和物的工作性。,（1）坍落度,19,20,混凝土按坍落度的分类,根据坍落度不同，可将混凝土分为： 1.大流动性混凝土： 坍落度大于160mm； 2.流动性混凝土： 坍落度为100150mm； 3.塑性混凝土： 坍落度为1090mm； 4.干硬性混凝土： 坍落度小于10mm。,适用条件：骨料最大粒径不大于31.5mm、坍落度不小于10mm的新拌混凝土。,21,（2）维勃稠度试验,如图，将新拌混凝土装入坍落度筒内后再拔去坍落度筒，并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间。维勃稠度值：从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止，所经历的时间。单位：以s计，( 精确至1s )注意：适用于骨料D不大于31.5mm，维勃稠度在530s之间的干硬性混凝土。,22,3.影响和易性的因素（1）水泥浆的数量（2）水灰比（水泥浆的稠度）（3）单位用水量（4）砂率（5）水泥品种、集料的性质（6）外加剂（7）时间和温度（外因）,23,2）水灰比的影响过大：可使水泥浆变稀，但易产生流浆、离析，甚 至影响强度。过小：可使水泥浆变稠，但拌和物流动性小。,24,4）砂率砂率对坍落度的影响见下图,25,4、改善工作性的措施1）调节材料组成设计合理的配合比，使之有较好的工作性。2）掺加外加剂合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性。3）提高振捣的效能,26,1 .强度 1). 抗压强度和强度等级（1）立方体抗压强度（fcu）试件:边长为150的立方体，在标准养护条件下，养护至28龄期，测定其抗压强度值.,(二)硬化后混凝土的力学性质,27,（2）立方体试件抗压强度标准值（fcu,k） 立方体抗压强度标准值是按数理统计方法确定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。,28,（3）强度等级 -是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。 如：C30，其中C表示混凝土的代号， 30表示立方体抗压强度标准值，即fcu,k=30MPa。我国现行GB50010-2002混凝土结构设计规范规定,普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。,29,2). 抗折强度( fcf ) 道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯拉强度（或称抗折强度）为主要设计指标。 150mm150mm550mm的试件，在标准条件下养护 后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf ）。 计算公式：,30,3).轴心抗压强度（ fcp）(1)目的:在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据(2) 采用150mm150m300mm棱柱体作为标准试件，轴心抗压强度以fcp表示，以MPa计。,31,4).劈裂抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标试件:立方体计算公式：,32,1).原材料的因素 （1）水泥强度 （2）水灰比,2. 影响混凝土强度的因素,（3）集料的种类、质量和数量（4）浆集比 (5)外加剂,碎石：a=0.46，b=0.07卵石：a=0.48，b=0.33,33,2).生产工艺因素 （1）施工条件 搅拌与振捣 （2）养护条件 （3）龄期,34,(3)龄期：混凝土在正常养护条件下，强度随龄期的增长而增长，它们之间的关系可用下式表示：,35,3).试验因素 （1）试件形状尺寸 （2）表面状态 （3）试件湿度,（4）加荷速度（5）支承条件（6）加载方式,36,3、提高混凝土强度的措施1）采用高强度水泥2）增加混凝土密实度3）蒸气养护、蒸压养护4）掺外加剂,37,4. 混凝土的变形性能 1.混凝土在非荷载作用下的变形 （1）化学收缩 （2）干湿变形收缩值膨胀值 约3060% （3）温度变形,38,2、混凝土在荷载作用下的变形 （1）弹塑性变形与弹性模量 （）徐变:定义：随时间增加的变形因素：利弊：利能消除一部分应力弊使预应力损失,39,(三)耐久性,1、抗冻性 100mm100mm400mm的棱柱体-175 冻融循环，测定试件所能承受的循环次数，有确定其抗冻能力：抗冻标号等级：D25 D50 D100 D150 D200 D300.,40,2、耐磨性测定150mm150mm150mm试件，养护27d 在60烘干后，在200N负荷下磨50转，测其单位面积质量损失.3、碱集料反应 特点是:反应慢，潜在危害相当大。,41,4.提高混凝土耐久性的主要措施 （1）合理选择水泥品种 （2）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量 （3）选用质量良好的砂石骨料 （4）掺入引气剂或减水剂 （5）加强混凝土的施工质量控制,42,一、概述1.混凝土配合比：是指单位体积的混凝土中各组成材料的 质量比例。混凝土配合比的表示方法: （1）相对用量表示法 （2）绝对（单位）用量表示法,3.1.3 普通混凝土配合比设计,43,2、配合比设计的基本要求（1）满足强度等级要求；（2）满足和易性；（3）满足耐久性的要求；（4）符合经济原则,44,3.混凝土配合比设计基本参数配合比设计的三参数：水灰比、单位用水量、砂率。,混凝土中水与水泥的比,砂子占砂石总量的百分率,用水量是指1m3混凝土拌和物中水的用量（kg/m3）,单位用水量,砂率,水灰比,45,四个步骤,4.混凝土配合比设计步骤 ,1.初步配合比设计2.基准配合比3.实验室配合比设计4.施工配合比设计,46,（1）确定试配强度（fcu,0）,1. 初步配合比设计计算,二、 混凝土配合比设计方法,查表,47,（2）计算水灰比 （W/C）,同时进行耐久性复核（表）,二、 混凝土配合比设计方法,其中：fce = c fce,kc水泥的富余系数fce,k水泥强度等级的标准值,二者取较小值,48,（3）选定单位用水量（w0）,注： 本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，每立方米混凝土 用水量可增加510，采用粗砂则可减少510。 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。,49,（4）计算水泥用量（c0）,（5）选择合理的砂率 合理砂率可通过试验、计算或查表（）求得。,同时进行耐久性复核（表）,二者取较大值,50,混凝土砂率选用表 （%）,51,（6）计算粗、细骨料用量 质量法（假定表现密度法）计算公式： c0g0s0w0 cp,52,式中：c0每立方米混凝土的水泥用量（kg）； g0每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）； s0每立方米混凝土的细骨料用量（kg）； w0每立方米混凝土的用水量（kg）； s 砂率（）； cP每立方米混凝土拌合物的假定重量（kg）；可取202450kg（表）。,53, 采用体积法（绝对体积法）,计算公式：,54,式中：c水泥密度（kg/3）,可取29003100 kg/3； g 粗骨料的表观密度（kg/3）； s细骨料的表观密度（kg/3）； w水的密度（kg/3），可取1000 kg/3； s砂率（）； 混凝土的含气量百分数。 在不使用引气型外加剂时，可取。,55,（7）得出初步配合比得出每立方米混凝土各种材料用量。 表示为：,56,（1）试配,按计算出的初步配合比进行试拌数量：或搅拌方法,2.试配、调整得出基准配合比,57,（）检验工作性，确定基准配合比,如拌和物的和易性不好时，措施：保证水灰比不变的条件下，相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。 得到“基准配合比”， 表示为 mca：mwa：msa：mga。,58,（） 检验强度,拟定三个不同的配合比，以得出的基准配合比，将水灰比分别增加及减少0.05（或0.10）。每种配合比至少制作一组（3块）试件，在标准养护28d条件下进行抗压强度测试。 确定满足强度要求的配合比，表示为mcb：mwb：msb：mgb。,59,3. 确定实验室配合比,计算混凝土湿表观密度：,确定校正系数：,确定试验室配合比：,60,. 施工配合比的换算,施工配合比为：,实测施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则施工配合比的各种材料单位用量为：,61,例3-1某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁（干燥环境下）混凝土设计强度等级为30，施工要求混凝土坍落度为，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差5MPa。所用原材料情况如下： 水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08；,62,砂：中砂，级配合格， 砂子表观密度os=2.60cm； 石：530mm碎石，级配合格， 石子表观密度og=2.65/cm3；试求： 混凝土计算配合比； 2若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，试计算混凝土施工配合比。,63,解求混凝土计算配合比,(1)确定混凝土配制强度（fcu,0）fcu,0= fcu,k + 1.645= 30 + 1.6455 =38.2 MPa,(2)确定水灰比（W/C）,fce = c fce,k = 1.08 42.5=45.9MPa,fce,k = 1.08 42.5=45.9MPa,64,由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由表3-, 干燥环境容许最大水灰比为0.65，故可确定水灰比为0.53。,65,66,67,（3）确定用水量（mw0） 查表513，对于最大粒径为30的碎石混凝土，当所需坍落度为时,1m3混凝土的用水量可选用185kg。,(4) 计算水泥用量（mc0）,按表 1，对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 3493。,68,（5）确定砂率（s） 查表1，对于采用最大粒径为0的碎石制的混凝土，当水灰比为0.53时，其砂率值可选取32%37%，采用插入法选定，现取s= 。,69,）计算砂、石用量（s0、g0） 用体积法计算,解此联立方程，则得：s0=641，g0=1192,70,（7）该混凝土计算配合比为： m3混凝土中各材料用量为水泥： 349，水 ：185，砂：641，碎石：1192。 以质量比表示即为： 水泥：砂：石=：1.84 ：3.42，0.53,71,2确定施工配合比因砂子含水率为 ，石子含水率为1，则施工配合比为：水泥 mc施 = mc0=349砂子 s施 = s0（1+3%）=641（1+3%）=660 石子 g施 = g0（1+1%） =1192（1+1%） =1204 水w施 = mw0s03%g01% =1856413%11921% =154,72,所以：施工配合比： mc ；s g ；w ,73,例3-2某混凝土拌合物经试拌调整满足和易性要求后，各组成材料用量为水泥3.15，水1.89，砂6.24, 卵石12.48，实测混凝土拌合物表观密度为2450；试计算每m3 混凝土的各种材料用量。,74,解该混凝土拌合物各组成材料用量的比例为：C:S:G:W=3.15:6.24:12.48:1.89 =1:1.98:3.96:0.60,75,由实测混凝土拌合物表观密度为2450C+S+G+W=2450 C+1.98C+3.96C+0.60C=7.54C=2450则每m3 混凝土的各种材料用量为：水泥：C=325 砂：S=1.98C=644 卵石： G=3.96C=1287 kg水： W=0.6C=195 kg,76,例3-3现场质量检测取样一组边长为的混凝土立方体试件，将它们在标准养护条件下养护至天，测得混凝土试件的破坏荷载分别为 306、 286、 270。试确定该组混凝土的标准立方体抗压强度、立方体抗压强度标准值，并确定其强度等级（假定抗压强度的标准差为3.0a）。解100mm混凝土立方体试件的平均强度为：,77,78,例3-4配制混凝土时，制作10cm10cm10cm立方体试件块，在标准条件下养护7d后，测得破坏荷载分别为140kN、135kN、 140kN,试估算该混凝土28d的标准立方体抗压强度。解 7龄期时： 混凝土立方体的平均强度为：,79,80,一、概述1.外加剂的定义 在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5%。（砼第五组分） 2.功能: （1）改善流变性能 （2）调节凝结时间 硬化性能 （3）改善耐久性 （4）改善其他性能 3.掺加方法：先掺法、后掺法、同掺法。,3.1. 砼外加剂,81,二、常用外加剂 1.减水剂）作用机理 ）技术经济效益 工作性、水泥用量不变,可以减少用水量, 提高混凝土强度 用水量、水泥用量不变,可增大混凝土的流动性 工作性、强度不变,可节约水泥用量,82,1）机理：2）常用种类：有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等阴离子表面活性剂。3）适宜掺加量：为水泥用量的0.005%0.01%,混凝土中含气量为3%6%4）作用：改善和易性和耐久性5）缺点：混凝土强度有些降低。,2.引气剂,83,1）机理2）种类常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。 3）作用 掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（2d强度）40%以上，使砼达到28d强度的养护时间缩短1/2。常用于混凝土快速低温施工。,3.早强剂,84,1）机理 2）常用种类 3）应用 缓凝剂用于桥梁大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，延长放热时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性。,4 缓凝剂,85,1）机理2）常用种类3）应用水工结构、地下室、隧道等对抗渗有要求的混凝土工程中。,5 防水剂,86,1.轻集料混凝土 ）以轻粗集料、轻细集料（或普通细集料）、水泥和水配制而成的，干表观密度不大于1950 /3的水泥混凝土为轻集料混凝土。）等级：强度等级：CL5.0CL50十一强度等级。密度等级：800 kg/m31900 kg/m3十二级）用途：保温、结构保温,3.2 其他种类混凝土,87,2.高强混凝土1).定义：指强度等级达到C60和超过C60的混凝土。2）.特点：优点：强度高、耐久性好、变形小的特点，缺点：混凝土随着强度等级的提高，其拉压比降低，脆性增大；混凝土早期的自缩和冷缩也增大，容易出现早期开裂，,88,3).配合比设计要求：（1）采用低水灰比（2）掺高效减水剂（3）掺入优质或超细掺合料（4）使用优质高强骨料,89,3.流态混凝土1)定义: 加入流化剂后T值160mm，能自流填满模具2)特点.泵送混凝土1.定义：是指坍落度为80mm以上适于用泵输送的混凝土。2.特点：有良好的可泵性（是指新拌混凝土具有在管道中顺利输送，输送阻力小、不离析、不泌水、不阻塞的性质）。,90,.防水混凝土系指有较高抗渗能力的混凝土，通常其抗渗等级等于或大于级，又称抗渗混凝土。.耐热混凝土指能长期在高温（200900）作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。,91,.耐酸混凝土能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。 .纤维混凝土以普通混凝土为基材，外掺各种纤维材料而组成的复合材料，称为纤维混凝土。 .聚合物混凝土由聚合物、无机胶凝材料和骨料配制而成。,92,）.定义：碾压混凝土是一种干硬性贫水泥的混凝土，其主要施工过程为混凝土入仓，薄层铺筑、振动碾碾压。）特点坍落度几乎为零优 点 （1）可进行流水化、大面积连续浇筑，提高混凝土的施工强度。 （）可最大限度地使用机械，提高机械化程度，减轻劳动强度，减少劳动力，提高施工质量。 （）大量使用掺合料，节约水泥，降低成本。 （）可缩短工期（1213），提高投资收益。 缺 点 （1）施工工艺过程增多，对模板的要求趋向易拆、装，单块面积大、强度高、宜调适的大模板。 （2）施工节奏快，对整个系统要求较高，施工中不能轻易延缓。 （3）出现了层间结合强度、抗渗等新问题。,.碾压混凝土,93,3.3.1：概述1、定义：砂浆是由胶结料、细骨料、掺加料和水按照适当比例配制而成的建筑材料。2、砂浆的分类 1.按用途分：砌筑砂浆、抹面砂浆； 2.按所用的胶结材料分：水泥砂浆、石灰砂浆、 水泥石灰混合砂浆。,3.建筑砂浆,94,一.砂浆的组成材料1、胶结材料五大品种水泥，强度等级不宜大于42.5。 2、细集料砂，砌筑砂浆宜选中砂，毛石砌体宜选粗砂。 3、掺加料石灰、粘土和粉煤灰，配制成各种混合砂浆。 目的：以达到提高质量、降低成本的目的。 4、水拌制砂浆用水与混凝土用水相同。5、外加剂最常用微沫剂，是一种松香热聚物，掺量为 水泥质量的0.005%0.010%。 目的：提高和易性，节约结合料的用量。,3.3.2 砌筑砂浆,95,（一）和易性1、砂浆的流动性（稠度）1）测定：用稠度仪测定。以沉入度（单位为mm）表示，沉入度大的砂浆，流动性好。,二.砌筑砂浆的主要技术性质,2）影响因素：,96,2、砂浆的保水性1）测定；用分层度表示。2）影响因素：,二.砌筑砂浆的主要技术性质,97,（二）、抗压强度与强度等级 1、测定 制备标准试件：边长70.7mm正方体，标准养护（温度203）、规定湿度：水泥混合砂浆为60%80%，水泥砂浆为90%以上）28d龄期的抗压强度平均值，确定强度等级。 2、强度等级M20、M15、M10、M7.5、M5、M2.5等。,二.砌筑砂浆的主要技术性质,98,（三）黏结力影响因素：(四)耐久性影响因素：,99,三.砌筑砂浆的配合比设计（1）计算砌筑砂浆配制强度（fm，0） fm，0=f2 + 0.645式中：fm，0砂浆的配制强度，精确至0.1MPa； f2砂浆设计强度等级（即砂浆抗压强度平均值）； 砂浆现场强度标准差，精确至0.01MPa。,100,式中：c每立方米砂浆中水泥用量, 精确至1； fm，0砂浆的配制强度，精确至0.1MPa； 、砂浆的特征系数，A=3.03，B=-15.09；注意： 当水泥砂浆中的计算用量不足200kgm3时， 应按200 kgm3采用。,() 计算每立方米砂浆中水泥用量,101,（3）计算每立方米砂浆掺加料用量水泥混合砂浆，掺加料用量的计算公式： D- Qc式中：每立方米砂浆的水泥用量，精确至； 每立方米砂浆中水泥和掺加料的总量， 精确至1；宜在300350之间。 D每立方米砂浆的掺加料用量，精确至； 石灰、粘土膏使用时的稠度为120士5； 对于不同稠度的石灰膏，按下表进行换算。,102,不同稠度（）的石灰膏换算系数,103,() 确定每立方米砂浆砂用量 Qs（kg） 每立方米砂浆砂用量，应按砂干燥状（含水率小于0.5）的堆积密度值作为计算值。 () 确定用水量 Qw （kg） 根据砂浆稠度等要求用水量可选用240310kg/m3 (混合砂浆)、270 330 kg/m3（水泥砂浆）。,104,() 配合比的试配、调整与确定 试配时至少应采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水泥用量按基准配合比分别