混凝土组成材料.ppt

第4章混凝土,基本要求,教学目标掌握混凝土的组成材料、主要技术性质及其影响因素；掌握普通混凝土的配合比设计方法；了解其它品种混凝土的性能与应用。教学重点普通混凝土的组成材料、主要技术性能、配合比设计,第7讲混凝土组成材料,概述,一、混凝土的概念：,广义上，凡是由胶凝材料、水、粗细骨料，按适当配合比拌制成拌合物，经一定时间的凝结硬化而成的人造石材统称为混凝土。,水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥与粗细骨料构架而成的人造石材。,优点:原材料来源广、制作工艺简单、成本低，强度高、耐久性好、适合各种环境,二、混凝土分类,按密度分,重混凝土02800kg/m3普通混凝土020002800kg/m3轻混凝土02000kg/m3,概述,二、混凝土分类,按用途,结构混凝土装饰混凝土防水混凝土防辐射混凝土耐酸混凝土道路混凝土,概述,常规施工混凝土,泵送混凝土,碾压混凝土,概述,按生产以及施工工艺,喷射混凝土,三、混凝土优点与不足,混凝土在土建工程中能够得到广泛应用，是由于它具有优越的技术性能及良好的经济效益。具有如下优点：。,具有如下缺点：,原材料来源丰富性能可调塑性良好可用钢筋增强久性良好经济性好工艺简单利于环保,自重大脆性抗拉强度低，变形小收缩及裂缝现象破损修复难度大,概述,各组成材料的作用组成材料的技术要求水泥骨料水外加剂掺合料,4.1混凝土的组成材料及技术要求,4.1普通混凝土的组成材料及技术要求,定义：普通混凝土是指采用水泥、砂、石和水配制而成的表观密度为20002800kg/m3的人造石材。,4.1普通混凝土的组成及作用,水泥,水,水泥浆,石子,砂子,骨料,新拌混凝土,100%体积,6075%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,为了改善或提高混凝土的性能,715%,4.1各组成材料的作用：,水泥浆：,与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。,包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体；填充骨料堆积体空隙，形成固体。,骨料：骨架,廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用降低水化热提供耐磨性,强度等级选择？应当与混凝土的设计强度等级相适应原则：高对高，低对低约为混凝土强度等级的1.01.5倍品种选择？(1)一般建筑结构及预制构件的普通混凝土,通用硅酸盐水泥;(2)高强混凝土和有抗冻要求的混凝土：硅酸盐或普通硅酸盐水泥;(3)有预防混凝土碱-骨料反应要求的混凝土工程：碱含量低于0.6%的水泥;(4)大体积混凝土宜采用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。,4.1.1混凝土的组成材料-水泥,水泥质量主要控制项目应包括?凝结时间、安定性、胶砂强度、氧化镁和氯离子含量,碱含量低于0.6%的水泥主要控制项目还应包括碱含量;中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥主要控制项目还应包括水化热。,定义：粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。,(1)细骨料的种类及其特性：,碎石经机械轧碎筛选而成，富棱角，杂质少，但细粉多。同时加工成本较高。,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,1.细骨料,(2)细骨料的技术性质：,国家标准GB/T146842011建筑用砂,主要内容,2）颗粒形状和表面特征,3)颗粒级配及粗细程度,4)强度、坚固性,5)碱活性集料,1）有害杂质的含量,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,含泥量和泥块含量云母含量轻物质含量有机质含量硫化物和硫酸盐含量,1)有害杂质的含量：妨碍水泥水化、凝结、消弱水泥石与骨料黏结，或与水化产物发生化学反应,(2)细骨料的技术性质：,2)骨料形状及表面特征:影响与水泥的黏结及拌合物流动性山砂:多棱角、粗糙黏结好强度高河和海砂:呈圆形光滑黏结差强度高流动性好,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,3)颗粒级配及粗细程度,1.颗粒粗细程度及级配的概念：,颗粒级配(Sizegrading)是指粒径大小不同的颗粒相互搭配的比例情况或散粒材料中不同粒径的颗粒相互搭配情况,2.级配的意义,(2)细骨料的技术性质-颗粒级配：,砂的粗细程度：是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？,(2)细骨料的技术性质-颗粒级配,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,编号1234567,筛孔尺寸4.752.361.180.600.300.15,筛余(g)m1m2m6m7,分计筛余(%)a1a2a6,累计筛余(%)A1=a1A2=a1+a2A6=a1+a6,粗细程度表征:筛分析法,(2)细骨料的技术性质：,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,A：砂的粗细程度的表征参数：细度模数(Finenessmodulus)Mf,B：砂的颗粒级配的表征参数：,级配区,级配曲线,注意：有两个,(2)细骨料的技术性质：,Mx=3.73.1粗砂Mx=3.02.3中砂Mx=2.21.6细砂Mx=1.50.7特细,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,级配的评价-筛分析方法,实际工程中，尽可能选择级配良好的中砂拌制混凝土,(2)细骨料的技术性质：,级配合格判定:砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和0.60mm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,3).坚固性4）物理性质,砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力,砂的表观密度堆积密度空隙率含水量等,(2)细骨料的技术性质：,4.1.2混凝土的组成材料-细骨料,概念:混凝土组成材料中，粒径大于4.75mm的颗粒。,(3)粗骨料(石子),4.1.3混凝土的组成材料-粗骨料,粗骨料的分类,2.根据表面状态,碎石,卵石,3.根据堆积密度,普通粗骨料,轻粗骨料,4.1.3混凝土的组成材料-粗骨料,有害杂质含量颗粒形状与表面特征坚固性和强度碱活性颗粒级配最大粒径,粗骨料技术要求,4.1.3混凝土的组成材料-粗骨料,1)有害物质含量,泥：粒径小于0.075mm的颗粒;泥块：粒径大于4.75mm经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒。,2)颗粒形状与表面特征,3)强度：骨料重要作用是减少因荷载、干缩或引起的变形，用刚性骨架提高混凝土强度和变形模量,压碎指标(间接法),立方体(圆柱体)抗压强度(直接法),粗骨料技术性质,针状颗粒：是指颗粒长度大于该颗粒所在粒级平均粒径2.4倍的颗粒。片状颗粒：是指颗粒厚度小于该颗粒所在粒级平均粒径0.4倍的颗粒。,压碎指标：,直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm的立方体(或直径与高均为50mm的圆柱体)试件，浸水48h后，测定其极限抗压强度值。,强度配制原则：,骨料强度混凝土强度,碎石强度指标：母岩立方体抗压强度压碎指标。,卵石强度指标：压碎指标,粗骨料技术性质,坚固性：采用硫酸钠饱和溶液浸泡检验，5次循环后不超过表6的规定。碱活性（碱骨料反应）：当水泥中含碱量（Na2O或K2O较高，大于水泥质量的0.6%)，又使用了活性骨料（主要是活性SiO2）,二者发生反应在骨料表面生成复杂的碱硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时体积膨胀,使混凝土开裂，最终破坏的现象。,粗骨料技术性质,表6碎石或卵石的坚固性指标,5)颗粒级配,(筛分析检验),标准筛的孔径为2.36、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75及90mm等共12个筛。,粗骨料技术性质,级配类型,间断级配：,石子用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配,中间为不连续的级配。,工程中不宜采用单一的单粒级配制混凝土,连续级配粗骨料,粗骨料技术性质,单粒级石子级配,粗骨料的最大粒径限制,粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4,不得大于钢筋间最小净距的3/4,对于混凝土实心板,骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2,且不得超过50mm,同时满足,粗骨料技术性质,粗骨料技术性质,粗集料,（1）颗粒级配与最大粒径（2）颗粒形状和表面特征（3）强度（4）坚固性（5）碱活性（6）有害杂质的含量1）针片状颗粒含量其他同细集料。,（1）颗粒级配和粗细程度（2）颗粒形状和表面特征（3）坚固性（4）碱活性（5）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,细集料,小结：骨料的技术要求,4.1.4混凝土外加剂,概述减水剂早强剂引气剂缓凝剂速凝剂膨胀剂防冻剂,混凝土外加剂：是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或硬化混凝土性能的材料。其掺量一般不大于5%。,4.1.4混凝土外加剂,外加剂的分类：,(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。,1.减水剂,减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。(1)减水剂的减水作用水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来。,水泥浆结构,1水泥颗粒；2游离水,(a)未掺减水剂时的水泥浆体中絮状结构；(b)掺减水剂的水泥浆结构,常用外加剂,吸附分散作用润滑作用,憎水基团,亲水基团,机理,（2）减水剂的种类：,减水剂,普通减水剂：,木质素系：,木质素磺酸钙,木质素磺酸钠,木质素磺酸镁,糖蜜系：,糖化钙,低聚糖,萘系：萘磺酸盐甲醛缩合物,树脂系：三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物,高效减水剂：,奈系减水剂,奈系减水剂,聚羧酸减水剂,常用外加剂,常用减水剂特点与掺量木质素系减水剂：主要成分为木质素磺酸盐类，如木钙，适宜掺量为水泥质量0.20.3%，减水率为10%左右，属引气缓凝型。萘系减水剂：由磺酸盐与甲醛缩合而成。适宜掺量为水泥质量0.21%，减水率为10%25%，属高效型减水剂。水溶性树脂减水剂（SM)：掺量为0.52%，减水率为10%27%，属高效型减水剂。糖蜜类减水剂：适宜掺量为水泥质量0.2%，缓凝作用较显著，不能多掺，否则会影响混凝土的凝结性能。聚羧酸系减水剂：属于高性能减水剂，用于配制高性能混凝土。,减水剂,减水剂,聚羧酸系高性能减水剂的性能特点,掺量低、减水率高一般掺量为胶凝材料的0.15%0.25%，减水率为25%35%，最高可达40%。混凝土拌合物的流动性好，坍落度损失低2h基本不损失，其高工作性可保持68h。对混凝土增强效果潜力大。早期强度比提高显著。3d、7d抗压强度比柰系一般在130%左右，而聚羧酸系高性能减水剂抗压强度比一般在180%以上。混凝土收缩率低。总碱含量极低降低了发生碱-骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。,(3)使用减水剂的技术经济效果1.在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌和水量5%-25%或更多。2.在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100-200mm)。3.若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%-20%。4.提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。,2.早强剂,1)早强剂的定义,早强剂是指能提高混凝土早期强度，并对后期无影响,主要品种有：,氯盐类；,硫酸盐类；,有机胺类。,2)氯盐类早强剂,常用种类：,氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝、三氯化铁等，氯化钙应用最广；,适宜掺量：,水泥质量的0.5%1.0%；,使用效果：,3d强度提高50100，7d强度提高2040；,能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻。,应用缺点：,含有Cl-，易使钢筋锈蚀，导致混凝土开裂。常用防锈措施是氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠(NaNO2)复合用,氯化钙早强作用原理：,氯化钙能与水泥中的C3A作用生成不溶性水化氯铝酸钙并与C3S水化析出的氢氧化钙作用，生成不溶性氧氯化钙复盐的形成，增加了水泥浆中固相的比例，有助于水泥石结构的形成。同时，氯化钙与氢氧化钙的迅速反应，降低了液相中的碱度，使C3S水化反应加快，有利于提高水泥石早期强度。,在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.05-1.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。,3.引气剂,思考：引气剂改善耐久性的机理？,3)常用种类：,松香热聚物、松香皂及烷基苯磺酸盐等。,4)适宜掺加量：,水泥用量的0.005%0.015%,混凝土中含气量为3%6%,5)引气剂的应用范围：,6）引气剂的作用效果,固态,液态,显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性；,改善拌和物的和易性；,混凝土强度有所降低。,一般含气量每增加1，抗压强度将降低45，抗折强度将降低23。,延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂。,4.缓凝剂,思考：缓凝剂的适用范围。,能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂称为防冻剂。,5.防冻剂,在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。,定义,特点,案例在丹东某项工程由商品混凝土公司供应混凝土浇筑梁板，混凝土等级C25，由泵车泵送，于2000年5月7日上午9点开始浇筑到12点结束，共发10车60m3混凝土。第二天早晨发现混凝土未凝结，工人无法上去放线。施工部门随即告诉商品混凝土公司要求前来处理。商品混凝土公司接到通知，立即组织有关单位人员，前往施工现场调查处理。,思考,外加剂水水泥的适应性,1.适应性的概念高效减水剂：降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土工作性，控制坍落度损失，赋予混凝土优良施工性能和高密实度。适应性的问题成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂的应用效果和推广应用。适应性的问题是一个极其错综复杂的问题：涉及到水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。,外加剂水水泥的适应性,水泥与减水剂适应时：减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；没有离析和泌水现象；坍落度随时间变化损失相应较小；对混凝土的强度等性能无负面影响。不适应时：初始坍落度小，坍落度损失快，离析，泌水，外加剂用量增加。,掺合料品种：粉煤灰：火力发电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末超细矿渣粉：是指符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。硅粉：在冶炼铁合金或工业硅时，由烟道排出的硅蒸气经收尘装置收集而得的粉尘沸石粉：天然的沸石岩磨细而成的一种火山灰质铝硅酸矿物掺合料作用：合理使用掺合料可以利用工业废弃物、节省水泥；具有很高的火山灰活性，可以改善混凝土的性能；掺合料已成为有发展前途的混凝土的一种组分。,4.1.5掺合料,掺合料,案例：某工程使用等量的42.5