第五章-砼组成材料PPT课件

土木工程材料 第五章混凝土 砼 主讲教师 何锦云教授 2 混凝土的概念 凡由胶凝材料 骨料和水 或不加水 按适当的比例配合 拌合制成混合物 经一定时间后硬化而成的人造石材 称为混凝土 简写为 砼 3 本章学习的内容 掌握混凝土的组成材料熟练掌握混凝土拌合物的性质及测定熟练掌握硬化混凝土的性质熟练掌握普通混凝土配合比设计方法了解混凝土的质量控制与评定方法了解混凝土技术的新进展及其发展 日本大坂阪神高速公路11号池田线 砼 照片里的路是日本大阪市北区的阪神高速公路11号池田线 池田方向出发从梅田出口下高速就要贯穿这座办公大楼 大楼地下2层 地上16层 电梯在5 7层不停 那里是高速公路 高速公路与建筑是完全独立的 大楼贯通部分加装了防噪防震设备 立体道路制度 以前这块土地的所有者 想1983年建大楼 但当时的城市规划已经确定高速公路会从这儿过 所以他们拿不到建筑许可 土地所有者和高速公路一方交涉了5年 最后达成的协议就是让高速路贯穿大楼 大楼最终于1992年竣工 5 7楼租给了高速公路 当时为了解决法律障碍 日本还专门在1989年修改了一系列法律 制定了建筑可以与道路一体的 立体道路制度 让高速道路可以合法贯穿大楼 GateTowerBuild ing也就成了日本第一栋利用 立体道路制度 建设的大楼 日本大坂阪神高速公路11号池田线 日本大坂阪神高速公路11号池田线 日本大坂阪神高速公路11号池田线 砼工业经历了三次大革命 无筋砼钢筋砼预应力砼现代砼 第五章砼 概述第一节普通砼的组成材料第二节砼拌合物的和易性第三节砼的强度第四节砼的变形性能及耐久性第五节砼的质量控制第六节砼的配合比设计第七节砼的外加剂第八节其他品种砼 11 概述 砼的分类砼的性能特点砼的发展趋势 改善砼性能 扩大应用领域 生产工艺的改进和提高 提高砼的质量控制 加强理论研究 砼与可持续发展 2005年世界人均耗用砼2 5t以上 1t水泥熟料需用1 5t石灰石并排放1t二氧化碳和0 01t粉尘砼的基本要求 强度 和易性 耐久性 成本 12 重混凝土 2800kg m3普通混凝土2000 2800kg m3轻混凝土 2000g m3 按表观密度 结构混凝土防水混凝土大体积混凝土道路混凝土防辐射混凝土装饰混凝土耐热混凝土 按用途 混凝土 按胶凝材料 水泥砼聚合物砼树脂砼沥青砼石膏砼 泵送混凝土喷射混凝土离心混凝土碾压混凝土压力灌浆混凝土 按施工方法 结构混凝土防水混凝土大体积混凝土道路混凝土防辐射混凝土装饰混凝土耐热混凝土 普通砼的特点 优点 1 原料丰富 加工简单 能耗低 2 可浇筑不同形状 大小的制品构件 并可做各种饰面 3 与钢筋收缩膨胀率相近 4 可现浇 可预制 也可加入各种外加剂 5 耐腐蚀性好 耐火性能好 生产能耗低 缺点 抗拉强度低 变形小 自重大 脆性破坏 14 普通混凝土的基本组成材料 砼的结构 16 第一节普通砼的组成材料 一 水泥二 骨料三 拌合及养护用水四 骨料的饱和面干吸水率 四 18 混凝土组成材料的作用 在混凝土组成材料中 水泥和水组成水泥浆 它包裹在所有骨料的表面并填充在骨料空隙中 在混凝土硬化前 水泥浆起润滑作用 赋于混凝土拌合物流动性 便于施工 在混凝土硬化后起胶结作用 把砂 石骨料胶结成为整体 使混凝土产生强度 成为坚硬的人造石材砂 石是骨料 对混凝土起骨架作用 其中小颗粒的骨料填充大颗粒的空隙 粗 细骨料的总体积要占混凝土体积的70 80 因此骨料质量的优劣 对混凝土各项性质的影响很大 混凝土原材料的选择原则 在保证原材料质量的前提下 尽可能节省水泥 提高混凝土的强度和耐久性 方法 减小骨料间空隙 则填充骨料空隙的水泥浆量减少 减小骨料总表面积 则包裹骨料表面的水泥浆量减少 19 一 水泥 1 水泥品种的选择 根据工程特点 环境条件和施工要求等 2 水泥强度等级的选择 与混凝土的强度等级相适应 20 火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当 21 该路面磨损较严重 已出现较多裂纹 可见表面水泥砂浆层干缩较大 耐磨性较差 22 二 骨料 1 细骨料 其作用是填充粗骨料空隙 减少水泥浆干缩 2 粗骨料 起骨架作用 坚固耐久 23 沙漠和海滩细砂 24 挖砂船 砂场 25 2002年6月 从 日晚至 日中午 西安市持续降雨 日下午 时许开始 灞河河水暴涨 陇海铁路线西安市灞桥段铁路桥桥墩被洪水冲击松动 此后 陇海线灞桥铁路桥第 号桥墩 第 号桥墩 第 号 号和 号桥墩相继发生塌陷 造成约 多米的铁路桥完全垮塌断裂 余乘客滞留西安 桥梁年代久远 河道挖砂加剧河床下切及洪水水势浩大 是陇海铁路灞河桥被洪水冲垮的重要原因 按照国家规定 在桥梁等建筑物500米内不得进行挖砂等作业 铁路部门认为 这样的距离 对于一般的小河 小桥 可以保证安全系数 对于灞河这样的大河 大桥 安全系数远远不够 26 西安洪水冲垮灞河铁路桥 汹涌的灞河河水还在继续猛涨 27 由于灞河上游即为秦岭山脉 不时有大量砂石冲入河床 且质地比泾渭等河流的砂石要上乘得多 因此 早在30年前 灞河便成为了采砂人必选之地 年复一年的挖砂已造成灞河上游覆盖河床的砂石日渐采空 挖砂地点也由之往下 居民说 原来陇海线灞河铁路大桥下的砂石与保护大桥桥墩的斜坡几乎平齐 但现在的情况是 砂石已经在斜坡往下2米之处了 疯狂挖砂把桥墩 桥基都掏空了 据记者了解 在垮桥下方有30多个砂站 每个砂站日存砂可达600多立方米 往往一天下来 有超过1万方砂石被挖砂人从距离陇海线不远的灞河铁路大桥屹立的灞河水中掏走 28 三渡水大桥出现塌陷 三渡水大桥新旧大桥中部垮塌 29 日益严重的非法采砂活动将河道搞得支离破碎选砂后丢弃在河道中央的废石已成了一座小山 给河道行洪带来极大隐患 30 满目疮痍的河滩 曾被誉为浙西最美的女人河已千疮百孔 过度采砂将可能断送掉这条曾盛行漂流的柳溪江 一眼望去 平整的河滩上坑坑洼洼 采砂废弃的石头废料也被不断堆向河中央 江面越来越窄 据河桥镇的当地人介绍 原本50多米宽的江面最窄的地方已不到10米 长期下去 就算竹筏能绕过因采砂造成的 小岛 游客看到的不再是秀美的自然风光 而是轰鸣大作的采砂场 且柳溪江也将随时面临着截流 31 广西南宁市中兴大桥下 大量的采砂船在作业 骨料的基本要求 1 表面清洁 含有害成分少 2 有足够的强度 3 骨料的形状 表面特征 4 级配 1 细骨料 粒径0 16 5mm技术要求 1 粗细程度 指不同粒径的砂粒混合在一起后总体粗细程度 用细度模数 Mx 表示 筛分法测定 2 颗粒级配 表示砂大小颗粒搭配情况 用级配区表示 级配区 砂石筛 分计筛余 各筛上的筛余量占砂样总重量的百分数 累计筛余 各筛和比该筛粗的所有分计筛余量相加 或把等于或大于某号筛孔的砂重占砂总重量的百分率 A2 A3 A6 5A1Mx 100 A1 建筑用砂一般是3 7 0 7粗砂3 7 3 1中砂3 0 2 3细砂2 2 1 6特细砂1 5 0 7 砂颗粒级配区 注 除4 75和0 60mm筛号外 其它允许有不大于5 的误差 砂的级配区曲线 各区砂的特点及应用 1区偏粗 适合配制水泥用量多的富砼 及流动性较小的低塑性砼 在应用时应提高砂率 以满足砼和易性的要求 2区适中 较理想 泵送砼宜选用中砂 3区偏细 适合配制水泥用量少的贫砼 在应用时应降低砂率以保证砼的强度 品质良好砂的特点 1 空隙率小 使水泥浆充分用于粘结砂粒 2 总表面积小 节约水泥 级配 空隙细度模数 表面积 细砂的试配 砂的比例 细砂为x粗砂为1 x 级配区 砼用砂中有害物质的限量 注 类宜用于 C60的砼 类宜用于C30 C60及抗冻 抗渗或有其他要求的砼 类宜用于 C30的砼和砂浆 2 粗骨料 骨架作用 坚固耐久 空隙率大 比表面积小 a 颗粒级配 表示石子大小搭配的情况 b 最大粒径 粗骨料中公称粒级的上限 D 碎石与卵石的级配范围 连续粒级 分级尺寸是连续的 即从某一最大粒级以下依次有其它粒级 单粒级 不含较小粒级 大部分集中于某一个粒径或某两个粒径的颗粒 混凝土结构工程施工及验收规范 GB50164 92的规定砼粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1 4 同时不得大于钢筋间最小净距的3 4 对于砼实心板 可允许采用最大粒径达标1 2板厚的骨料 但最大粒径不得超过50mm 对于泵送砼 最大粒经与输送管内径之比应符合规定 石子中有害杂质及针片状颗粒限制值 注 类宜用于 C60的砼 类宜用于C30 C60及抗冻 抗渗或有其他要求的砼 类宜用于 C30的砼和砂浆 压碎仪 三 砼拌和与养护用水 基本要求 不影响砼的和易性和凝结硬化无损于砼强度发展及耐久性不加快钢筋锈蚀不引起预应力钢筋脆断不污染砼表面 D 四 骨料的饱和面干吸水率 51 52 搅拌运输车 砼搅拌站 53 第二节砼拌合物的和易性 一 砼的和易性定义二 和易性的指标三 和易性的选择四 影响和易性的因素五 调整和易性的措施 54 一砼和易性的定义 指砼拌和物易于施工操作 拌和 运输 浇灌 捣实 并能保证质量均匀 成型密实的性能 它包括流动性 粘聚性和保水性三方面的含义 55 和易性包括三个方面 1 流动性指砼拌和物在自重或施工机械振捣的作用下 能够流动并均匀密实地填满模板的性能 2 粘聚性保持整体均匀 不发生分层离析现象 3 保水性保持水分不使之泌出 56 砼拌和物坍落度的测定 57 二 砼拌和物坍落度的测定 58 59 由坍落度的不同可将砼拌和物分为 大流动性砼T 160mm流动性砼100 150mm塑性砼50 90mm低塑性砼10 40mm 60 四 影响和易性的因素 1 水泥浆的数量 水灰比不变 2 水泥浆的稠度 水泥量不变 3 砂率Sp 砂重占砂石总重百分率 4 水泥的品种和骨料的性质5 外加剂6 时间和温度 61 62 Sp 图水泥浆用量一定 Sp C图T相同 63 合理砂率 是指在用水量及水泥用量一定的情况下 能使砼拌和物获得最大流动性 且能保持粘聚性 保水性良好时的砂率值 64 65 五 改善和易性的措施 1 掺加外加剂2 改善骨料的级配3 在级配良好的情况下 尽可能采用较大粒径的骨料 4 选用合理砂率 5 在拌和砼时 当T过小 应保持W C不变 增加水泥浆量 当T过大时 应保持Sp不变 增加砂石用量 66 67 第三节硬化砼性质一 砼的强度二 砼的耐久性三 砼的变形性能 68 一 混凝土强度 1 混凝土变形及破坏的过程2 混凝土立方体抗压强度 fcu 立方体抗压强度标准值 fcu k 强度等级 C7 5 C10 C15 C20 C25 C60 3 轴心抗压强度 fcp 抗拉强度 ft 4 影响强度的因素5 提高强度的措施 69 1 混凝土变形及破坏的过程 70 环箍效应 71 72 1 混凝土立方体抗压强度 fcu 按照国家标准 混凝土强度检验评定标准 GB T50081 2002 制作边长为150mm的立方体试件 在标准条件 温度20 2 C 相对湿度95 以上 下 养护到28d龄期 测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度以fcu表示 采用非标准试件 边长100 200mm 时 应乘以换算系数 0 951 05 73 各种水泥及混凝土试模 74 75 混凝土振动台 76 2 砼立方体抗压标准强 fcu k 按标准方法制作边长为150mm的立方体试件 在28d龄期 用标准方法测得的强度总体分布中具有不低于95 保证率的抗压强度值 以fcu k表示 fcu k fcu 1 645 77 3 砼的强度等级 是按立方体抗压标准强度来划分的 可划分为 C7 5 C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60等十二个等级 C60以上为高强混凝土 C100以上为超高强混凝土 78 三 轴心抗压强度 fcp 采用150 150 300mm棱柱体作为标准试件 也可用非标准试件 但高宽比应在2 3的范围里 Fcp fcu 0 70 0 80 79 四 抗拉强度 ft 混凝土是一种脆性材料 抗拉 tensile 强度与抗压强度为1 10 1 20 混凝土劈裂抗拉强度 2PPfst 0 637 AA 80 五 影响强度的因素 1 水泥强度与水灰比2 骨料的性质3 养护条件4 龄期5 其它因素 fcu Afce C W B 碎石 A 0 46B 0 07卵石 A 0 48B 0 33 81 五 影响强度的因素 1 水泥强度与水灰比2 骨料的性质3 养护条件4 龄期5 其它因素 fcu Afce C W B 碎石 A 0 46B 0 07卵石 A 0 48B 0 33 82 五 影响强度的因素 1 水泥强度与水灰比2 骨料的性质3 养护条件4 龄期5 其它因素 标准养护 温度20 2 相对湿度95 以上 自然养护 自然条件下的养护 温度随气温的变化而变化 应保持湿度 用草袋覆盖 并不断浇水 以防止收缩 83 五 影响强度的因素 1 水泥强度与水灰比2 骨料的性质3 养护条件4 龄期5 其它因素 对数公式 fn f28 lgn lg28 84 六 提高强度的措施 1 材料品种及配合比例 W C SP 2 施工工艺 采用机械搅拌和振捣 真空脱水 3 养护工艺蒸汽养护 将混凝土放在温度低于100 常压蒸汽中进行养护 一般16 20h 蒸压养护 将混凝土构件放在125 及8atm的压蒸锅内进行养护 4 掺外加剂 掺合料 85 二 混凝土的耐久性 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 混凝土耐久性包括 抗渗性 抗冻性 抗侵蚀性 碱骨料反应 混凝土碳化等 86 87 美术馆梁钢筋锈蚀情况 88 山东潍坊公路桥 89 南方某海港码头混凝土被锈蚀 90 91 长年积雪的青藏高原 92 多年冻土地带 厚度30 100m 93 沿线年平均气温为 2 6 极端最高气温为25 极端最低气温为 45 94 部分河水中存在有害离子