特种水泥混凝土.ppt

第04章混凝土3,张洪青,4.8特种水泥混凝土,普通水泥混凝土在土木工程建设中具有许多优点，但在某些环境或使用条件下仍难以满足要求。为克服普通水泥混凝土的不足，以满足土木工程建设对混凝土性能更高的要求，必须采取相应的措施来改善其性能。土木工程中较常使用的特种混凝土有多种类别。,4.8.1纤维增强混凝土,纤维增强混凝土简称纤维混凝土。是由水泥混凝土为基材与不连续而分散的纤维为增强材料所组成的一种复合材料。常作为增强材料的纤维有钢纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维等。,1.钢纤维的构造与性能,钢纤维混凝土用钢纤维，主要是采用碳钢加工制成的纤维，对长期处于受潮条件的混凝土，亦有采用不锈钢加工制成的纤维。钢纤维的尺寸主要由强化效果和施工难易性决定。钢纤维太粗或太短，其强化效果较差；如过长或过细，施工时不易拌和、易结团。为了增加钢纤维和混凝土之间的粘结力，可用增加纤维表面积的方法，将其加工为异形纤维，如波形、哑铃形、端部带弯钩等形状。钢纤维的几何特征，通常用长径比表示，即纤维的长度与截面当量直径之比。一般纤维的长径比约在30150的范围内。钢纤维一般直径为0.250.75mm，长度约为2060mm。,2.钢纤维混凝土的性能,钢纤维的掺量以纤维体积率表示。当钢纤维的形状和尺寸在适合范围内，钢纤维混凝土的强度，随纤维体积率和长细比增加而增加。钢纤维体积率通常为0.52.0。例如圆形截面钢纤维，其直径为0.30.6mm，长度为2040mm，掺量为2的钢纤维混凝土与普通混凝土比较，见表436。,4.8.2高性能混凝土,高性能混凝土(HighPerformanceConcrete，简写HPC)。对高性能混凝土有以下几点共识：（1）混凝土的使用寿命要长；（2）混凝土应具有较高的体积稳定性；（3）高性能混凝土应具有良好的施工性能；（4）具有一定的强度和密实度，但不一定是高强，亦可以是中、低强度高性能。混凝土达到高性能最重要的技术手段是：使用新型外加剂和超细矿物质掺合料（超细粉）降低水灰比、增大坍落度和控制坍落度损失给予混凝土高的密实度和优异的施工性能,4.8.3高强混凝土,强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土（high-strengthconcrete）。高强混凝土的特点是强度高、变形小、耐久性好，能适应现代工程结构向高耸、大跨和重载方向发展。能承受恶劣环境的条件，应用中有较好的综合经济效益。现代高强混凝土不仅具有高的强度，还具有独特的耐久性，因此高强混凝土应属高性能混凝土。,为使混凝土高强主要可采用的方法,（1）改善水泥的水化条件增加水泥中早强和高强的矿物成分的含量。提高水泥的磨细度。（2）掺加各种高聚物（3）增强集料和水泥的粘附性（4）掺加高效外加剂（5）增加混凝土的密实度（6）采用纤维增强,4.8.4水泥粉煤灰混凝土,水泥粉煤灰混凝土是在普通水泥混凝土中掺加粉煤灰以取代部分水泥或细集料的混凝土。1.粉煤灰的物理性质和质量要求粉煤灰特有的球形玻璃微珠（图）有些粉煤灰的CaO含量高于10，通常将其称为高钙粉煤灰(C级灰)。有些粉煤灰的氧化钙含量较低，被称为低钙粉煤灰(F级灰)。我国大部分电厂的粉煤灰为低钙粉煤灰，其密度一般为1.952.40g/cm3，干松堆积密度为550800kg/m3。,根据粉煤灰品质的不同划分为级、级和级质量等级，不同等级的粉煤灰可满足配制不同类别的水泥混凝土。通常级灰可用于后张预应力钢筋混凝土构件及跨度小于6m的先张预应力钢筋混凝土构件；级灰主要用于普通钢筋混凝土和无筋混凝土；由于级灰的颗粒较粗，且烧失量较大，在混凝土的性能表现不佳，因此主要用于低强度的无筋混凝土。对于设计强度等级C30及以上的无筋粉煤灰混凝土，宜采用，级粉煤灰。对于具有较高抗冻性要求的混凝土，若掺加粉煤灰时必须掺入引气剂。,粉煤灰质量指标要求,2.粉煤灰在混凝土中的应用,利用粉煤灰水泥混凝土可配制多种具有特殊性能的混凝土，如高性能混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、蒸养或蒸压混凝土、碾压混凝土、水下混凝土、抗软水和抗硫酸盐侵蚀混凝土等。粉煤灰取代水泥的最大限量,3.水泥粉煤灰混凝土配合比设计的基本要求,在配合比设计中必须以满足强度等级、和易性与耐久性要求为基本前提，并适当考虑对施工工艺和施工成本的影响。水泥粉煤灰混凝土的配合比设计通常采用绝对体积法计算。掺粉煤灰混凝土的配比设计应以不掺粉煤灰时的混凝土配合比为基准，再根据不同使用的情况，采用等量取代法、超量取代法或外加法选择粉煤灰的掺量。等量取代法是指利用所掺加粉煤灰取代等数量的水泥；外加法是指所加粉煤灰全部用来取代等体积的细集料；超量取代法是以所掺加的部分粉煤灰取代等体积水泥，而剩余部分则取代等体积的细集料。,粉煤灰超量系数,粉煤灰在混凝土中超量取代水泥的原则，就是掺加粉煤灰后混凝土应达到相应基准混凝土的强度等级及流动性指标。其中所掺入粉煤灰量与所取代水泥量的质量之比称为粉煤灰超量系数。,4.等量取代法配合比计算,(1)根据基准混凝土中各材料的用量C0、W0、S0、G0选定与基准混凝土相同或稍低的水灰比；(2)根据确定的粉煤灰等量取代水泥率(f）和基准混凝土水泥用量(CO)，按下式计算粉煤灰用量(F)和水泥用量（C）：FC0f()CC0一F(3)粉煤灰混凝土的用水量(W)：(4)水泥和粉煤灰的浆体体积(VP)：,(5)砂和石子的总体积(VA)：VA1000（1）VP式中混凝土含气量百分数（）(6)选用与基准混凝土相同或稍低的砂率（SP），则粉煤灰混凝土的砂(S)和石子(G)的用量可解下列方程求得：式中砂的近似密度；石子的近似密度。(7)lm3粉煤灰混凝土中各材料用量为：C、F、W、S、G。然后再通过试验对其配比进行调整，以满足工程设计要求。,5.超量取代法配合比计算,(1)根据基准混凝土计算出的各种材料用量(C0、W0、S0、G0），选取粉煤灰取代水泥率(f）和超量系数(K)，对各种材料进行计算调整。(2)粉煤灰取代水泥量(F)、总掺量(Ft)及超量部分质量(Fe)：FC0f()FtKFFe（K一1）F(3)水泥的质量(C)：CC0一F(4)调整后砂的质量(Se)：(5)1m3粉煤灰混凝土中各种材料用量为：C、Ft、W0、Se、G0。,3.外加法配合比计算,(1)根据基准混凝土计算出的各种材料用量(C0、W0、S0、G0)，选定外加粉煤灰掺入率(），对各种材料进行计算调整。(2)外加粉煤灰的质量(Fm)，按下式计算：(3)调整后砂的质量(Sm)：(4)lm3粉煤灰混凝土中各种材料用量为：C0、Fm,Sm,W0、G0。,4.8.5轻集料混凝土,轻集料混凝土是指用轻粗集料、轻砂（或普通砂）等为集料配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3的水泥混凝土。全部由轻（粗、细）集料配制而成的混凝土称为全轻混凝土；由普通砂（或部分轻砂）及轻粗集料配制而成的混凝土称为砂轻混凝土。用轻粗集料、水泥和水配制而成的混凝土称为无砂大孔轻集料混凝土。,1.轻集料的种类和技术性质,轻集料是指堆积密度不大于1100kg/m3的轻粗集料或堆积密度不大于1200kg/m3的轻细集料。按照轻集料的强度可分为普通轻集料和高强轻集料。其中高强轻集料是指强度不低于25MPa的轻粗集料。按照轻集料的堆积密度还可分为普通轻集料和超轻集料。其中，普通轻集料是指堆积密度为5101100kg/m3的轻粗集料；超轻集料是指堆积密度不大于500kg/m3的轻粗集料。轻集料的技术性主要包括颗粒级配、堆积密度、筒压强度与强度等级、吸水率、软化系数、粒型系数和有害物质含量等。,（1）轻集料的颗粒级配,（2）轻集料的颗粒强度,其测定方法主要有两种：一种是筒压强度法，即将1020mm的轻集料装入标准承压筒中，以集料被压入20mm深时的平均抵抗应力作为筒压强度值。另一种方法是强度等级法，它是按规定的配合比制成混凝土（或砂浆）试件，以所检验轻集料混凝土强度来确定的轻集料强度等级。在工程实际中进行配比设计时，多采用以筒压强度法为主，以强度等级法为辅的方法来确定或检验轻集料的颗粒强度。,（3）轻集料的吸水率,混凝土用轻集料的吸水率一般是指其1h吸水率。施工中必须对轻集料进行饱和预湿尤其是采用泵送混凝土时。,（4）轻集料的粒型系数,粒型系数是表征轻粒集料外观几何特征的技术指标。它可用轻粗集料颗粒的长向最大尺寸与中间截面最小尺寸的比值来表示。常用轻粗集料的粒型有三类：圆球型。如粉煤灰陶粒、粘土陶粒和页岩陶粒等；普通型。如页岩陶粒、大颗粒膨胀珍珠岩等；碎石型。如破碎浮石、自燃煤研石、煤渣或页岩陶粒。,2.轻集料混凝土的强度等级与密度等级,依据轻集料混凝土的立方体抗压强度标准值可划分为不同的强度等级，且分别表示为LC5.0,LC7.5,LC10，LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40，LC45，LC50，LC55和LC60等13个级别。根据硬化混凝土的干表观密度又可划分为14个不同的密度等级（表7-10）。不同强度等级或密度等级轻集料混凝土的主要用途也有所不同（表7-11）。,3.轻集料混凝土的特性及其应用,（1）轻集料混凝土具有较高的比强度。与普通混凝土相比，轻集料混凝土的表观密度明显较小，但其强度却比较接近。当其他因素控制较好的情况下，利用高强轻集料可以配制出强度等级为LC30以上的轻集料混凝土。（2）轻集料混凝土的收缩和徐变较大。轻集料混凝土的收缩变形要比普通混凝土大2050，徐变变形要比普通混凝土大3069，热膨胀系数比普通混凝土小20左右。（3）轻集料混凝土具有优良的保温性能。当其表观密度为1860kg/m3时，相应的导热系数约为0.87W/(mK)；当表观密度为1409kg/m3时，相应的导热系数约为0.49W/(mK)；当其表观密度为l000kg/m3时，相应的导热系数下降为约0.28W（mK）。（4）轻集料混凝土的力学变形性较大。（5）轻集料混凝土具有更好的抗渗性、杭冻性和耐火性。,陶粒取代碎石配制轻集料混凝土,请观察等量的水倒入等体积陶粒与普通碎石中有何区别。若以陶粒取代碎石配制轻集料混凝土需注意什么问题。,图4-29等量的水倒入等体积陶粒与普通碎石,放碎石杯,放陶粒杯,4.8.6泵送混凝土,泵送混凝土（pumpedconcrete）是指混凝土拌合物的坍落度不低于100mm并用泵送施工的混凝土。其所采用的原材料应符合下列要求：（1）泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥；（2）泵送混凝土宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应小于15；（3）泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂，并宜掺用粉煤灰或其他活性矿物掺合料，其质量应符合国家现行有关标准的规定；（4）粗集料宜采用连续级配，其针片状颗粒含量不宜大于10；粗集料的最大粒径与输送管径之比宜符合表430规定。,表4-30粗集料的最大粒径与输送管径之比,泵送混凝土配合比的计算和试配步骤除应遵照普通混凝土的配制规范外，尚应符合下列规定：泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺合料的总量之比不宜大于0.60；泵送混凝土的水泥和矿物掺合料的总量不宜小于300kg/m3；泵送混凝土的砂率宜为3545；掺用引气型外加剂时，其混凝土含气量不宜大于4。,4.8.7聚合物混凝土,聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液（和水分散体）拌合水泥，并掺入砂或其他集料而制成的。聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土是以混凝土为基材，而将有机单体渗入混凝土中，然后再用加热或放射线照射的方法使其聚合，使混凝土与聚合物形成一个整体。聚合物胶结混凝土聚合物胶结混凝土是一种完全没有矿物胶凝材料而以合成树脂为胶结材料的混凝土，也称树脂混凝土。,4.9砂浆,砂浆是由胶凝材料、细集料、混合材料及水等配制而成的材料，在土木工程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。与混凝土相比，砂浆又可视为细集料混凝土。根据砂浆的用途不同可分为砌筑砂浆与抹面砂浆。抹面砂浆包括普通抹面砂浆、装饰抹面砂浆、特种砂浆（如防水砂浆、保温砂浆等）。根据胶凝材料种类的不同可分为水泥砂浆、石膏砂浆、石灰砂浆、混合砂浆（包括水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆、石灰粉煤灰砂浆、石灰粘土砂浆）等。,4.9.1砌筑砂浆,1.砌筑砂浆对组成材料的要求（1）水泥。要尽量选用低强度等级水泥或砌筑水泥。砌筑用水泥砂浆通常采用强度等级不大于32.5的水泥。砂浆对于水泥的技术指标要求与混凝土相同。（2）细集料。对于细集料的要求主要有级配、杂质含量等指标。通常，毛石砌体宜选用粗砂，料石或砖的砌体多采用中、细砂。所用砂子的含泥量应符合规定。（3）混合材料。水泥混合砂浆中掺加的石灰膏、粘土膏、电石膏、粉煤灰或炉灰应以不影响其稳定性及耐久性为前提。（4）外加剂。可在砂浆中掺入适当的外加剂。如有机塑化剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂等。（5）拌和用水。砂浆用水的水质应符合混凝土拌合用水标准(JGJ63)的各项技术指标要求。,2.砌筑砂浆的技术性质,（1）新拌砂浆的表观密度。为保证砂浆的质量，通常要求水泥砂浆拌合物的表观密度不小于1900kg/m3，水泥混合砂浆拌合物的表观密度不小于1800kg/m3。（2）新拌砂装的和易性。砂浆的和易性主要包括流动性和保水性。它们是反映新拌砂浆施工操作难易程度及质量稳定性的重要技术指标。和易性良好的砂浆易在粗糙的砖、石表面铺成均匀的薄层，且能与基层紧密粘结，从而既便于施工操作，提高劳动生产率，又能保证施工质量。,流动性,砂浆流动性是指砂浆在自重或外力作用下产生流动的性质，也称稠度。它通常用砂浆稠度测定仪所测定的锥体贯入深度（单位为mm）来表示，又称沉入度。表491砌筑砂浆的稠度（JGJ98-2000）,保水性,新拌砂浆保持其内部水分不泌出流失的能力称为保水性。砂浆的保水性常用砂浆分层度筒测定，并以分层度表示（单位为mm）。砌筑砂浆的分层度一般不得大于30mm。,图4-30砂浆分层度测量仪,（3）硬化砂浆的强度和强度等级,砂浆强度试件的标准尺寸为70.7mm70.7mm70.7mm，应采用无底（通常以普通粘土砖为底模）试模制作一组试件6块，以标养（水泥混合砂浆203，相对湿度6080，水泥砂浆和微沫砂浆202，相对湿度90以上）28d后测定砂浆的抗压强度代表值来确定其强度值。根据砌筑砂浆的抗压强度可划分为M20,M15，M10,M7.5，M5.O,M2.5等6个强度等级。强度等级为M10及其以下时宜采用水泥混合砂浆。,砌筑砂浆强度等级的选择,砌筑砂浆的强度等级应根据规范规定或设计要求确定。一般的砖混多层住宅采用M5或M10的砂浆；办公楼、教学楼及多层商店常采用M2.5M10砂浆；平房宿舍、商店常采用M2.5M5砂浆；食堂、仓库、锅炉房、变电站、地下室、工业厂房及烟囱等常采用M2.5M10砂浆；检查井、雨水井、化粪池等可用M5砂浆。特别重要的砌体，可采用M15M20砂浆。高层混凝土空心砌块建筑，应采用M20及以上强度等级的砂浆。,把相同配比的砂浆分别抹在加气混凝土砌块及陶瓷玻化砖表面，从下图中可见，经半分钟后，于加气混凝土砌块表面的砂浆已变得相当干硬；于陶瓷玻化砖表面的砂浆则仍相当润湿。陶瓷玻化砖表面的砂浆加气混凝土砌块表面的砂浆,不吸水基层砂浆强度,因基材基本不吸水，砂浆水灰比亦基本不变，故其强度主要取决于水泥强度和水灰比。砂浆强度可以用经验公式表示为：式中砂浆28d抗压强度，N/mm2或MPa；水泥28d实测抗压强度，N/mm2或MPa；A，B系数，可根据试验资料统计确定；通常可采用：A0.29，B0.40；水灰比。,吸水基层砂浆强度,经底层吸水后，保留在砂浆中的水大致相同，而与初始水灰比关系不大。对不同地区、不同品种、不同水泥的试验结果进行统计分析表明，砂浆强度与水泥强度和水泥用量有如下关系：每立方米砂浆的水泥用量，kg/m3；A、B砂浆的特征系数，可参照统计数据。,3.砌筑砂浆的配合比设计,（1）水泥混合砂浆的配合比计算确定砂浆试配强度式中砂浆的试配强度，精确至0.1MPa；砂浆的设计强度标准值，精确至0.1MPa；砂浆设计强度（即砂浆抗压强度平均值），精确至0.1MPa；砂浆现场强度标准差，精确至0.1MPa；,确定应符合下列规定：,A当有历史统计资料时，应按下式计算：式中统计周期内同一品种砂浆第i组试件的强度(MPa)；统计周期内同一品种砂浆n组试件强度的平均值(MPa)；n统计周期内同一品种砂浆试件的总组数，n25。,B当不具备近期统计资料时，砂浆现场强度标准差。可参考表4-92选用。表492不同施工水平的砂浆强度标准差（MPa）,水泥用量的计算,式中每立方米砂浆的水泥用量，精确至lkg；水泥的实测强度，精确至0.1MPa；A，B砂浆的特征系数，其中A3.03，B15.09。当无法取得水泥的实测强度值时，可按下式计算：式中水泥强度等级对应的强度值；水泥强度等级值的富余系数，应按实际统计资料确定。无统计资料时可取1.0。,掺加料的确定,掺加料的确定式中每立方米砂浆的掺加料用量，kg；每立方米砂浆的水泥用量，kg；每立方米砂浆中胶凝材料的总量，kg,一般在300350之间。砂用量的确定每立方米砂浆中砂子的用量，应按干燥状态（含水率小于0.5）砂的堆积密度作为计算值(kg)。用水量的确定每立方米砂浆用水量，根据稠度等要求可选用240310kg。,（2）水泥砂浆配合比的选用,注：此表以水泥强度等级32.5为基准，当大于32.5级时水泥用量应取下限；还可根据施工水平合理调整水泥用量；当采用细砂或粗砂时，用水量分别取上限或下限；稠度小于70mm时，用水量可小于下限；对于气候炎热或干燥季节，可酌量增加用水量。,（3）砂浆配合比的试配、调整与确定,砂浆在经计算或选取初步配合比后，应采用实际工程使用的材料进行试拌，测定拌合物的稠度和分层度，当和易性不满足要求时，应调整至符合要求。将其确定为试配时砂浆的基准配合比。采用稠度和分层度符合要求，水泥用量比基准配合比增加及减少10的另两个配合比，按建筑砂浆基本性能试验方法CJGJ-70）的规定拌合和成型试件，养护至规定的龄期，测定砂浆的强度；从中选定符合试配强度要求，且水泥用量较小的配合比作为砂浆配合比。,4.9.2抹面砂浆,抹面砂浆是指粘结于建筑物或构件的表面，起保护基层、增加美观作用的砂浆。1.抹面砂浆的组成材料通常抹面砂浆比砌筑砂浆所用的胶凝材料较多。有时还需要加入有机聚合物(108胶等）。可掺加入一些纤维材料来限制其收缩影响。砂浆常用的纤维材料有麻刀、纸筋、稻草、玻璃纤维等。2.抹面砂浆的种类和作用通常分底层、中层和面层抹面施工。底层抹灰的作用是使砂浆与基面能牢固地粘结。中层抹灰主要是为了找平，有时可省略。面层抹灰是为了获得平整光洁的表面效果。砖墙的底层抹灰多为石灰砂浆；有防水、防潮要求时用水泥砂浆。混凝土基层的底层抹灰多为水泥混合砂浆。中层抹灰多用水泥混合砂浆或石灰砂浆。面层抹灰多用水泥混合砂浆、麻刀灰或纸筋灰，水泥砂浆不得涂抹在石灰砂浆层上。,3.抹面砂浆的配合比确定,确定抹面砂浆组成材料及配合比的主要依据是工程使用部位及基层材料的性质。对于地面水泥砂浆面层，其集灰比一般不宜大于1：2，水灰比应为0.300.50，稠度不应大于40mm。,抹面砂浆裂缝,请观察图4-33。图中地面的抹面砂浆有众多裂纹，其所使用的水泥砂浆配合比为：水泥:砂:水1:1:0.65，请讨论砂浆配合比的影响。,图4-33抹面砂浆出现裂纹,4.9.3特种砂浆,1.防水砂浆用作防水层的砂浆，称为防水砂浆。这种防水层也叫刚性防水层。其施工方法有两种：一是喷浆法另一种是人工多层抹压法防水砂浆的配合比：水泥与砂一般不宜大于1：2.5，水灰比应为0.500.60，稠度不应大于80mm。水泥宜选用32.5以上的普通水泥，砂子应选用洁净的中砂。