土木工程材料第4章溷凝土.ppt

,第四章,混凝土(砼),ConcreteandMortar,4.1混凝土概述,混凝土Concrete,要点：1.普通混凝土的组成及各个组成材料的质量要求和砂石级配的概念、作用及评定方法；2.普通混凝土的主要技术性质-和易性、强度、变形性质及耐久性；3.普通混凝土质量控制的方法和意义；4.普通混凝土配合比设计的原理方法和步骤；,由胶凝材料、水（或不加水）和骨料按适当的比例配合，拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，叫做混凝土。混凝土一词源自于拉丁文术语“Concretus”“共同生长”,混凝土的概念,concrete,混凝土,它有哪些用途？,CONCRETEinLosAngeles,CONCRETEinLosAngeles,BahaITempleInChicago,BEAUTYandDURABILITY,威远炮台和正在施工中的虎门大桥,正在建设中的三峡大坝,挪威的海上石油钻井平台,输水管线,外径,7.5m,内径,6.6m,COLOURPAVER,混凝土的特点？,耐水性能好，用途广泛；组成材料来源丰富，可就地取材，经济；易成型形状与尺寸变化范围很大的构件；生产耗能比钢低，可大量利用工业废料；可与钢材复合为钢筋混凝土、预应力混凝土使用；抗压强度高；耐久性良好。,优点,混凝土的特点？,缺点,抗拉强度低，易开裂；自重大，比强度小；（肥梁、胖柱、厚基础、对大跨、高层不利）导热系数大，保温隔热差；硬化慢，施工周期长。,水泥混凝土的由来,东欧（B.C.5000y)、古埃及、古希腊的石灰混凝土；中国（B.C.3000y）低温煅烧礓石混凝土；古罗马（B.C.2000y）石灰和凝灰岩、火山灰混凝土英国（1824）硅酸盐水泥混凝土,最古老的水泥混凝土在中国,甘肃省秦安县大地湾（黄河支流渭水之畔，西安以西约600公里）发掘出两个大型住宅遗址，其地坪用混凝土建造，距今5千年。该混凝土用水硬性水泥制成。以礓石（富含碳酸钙的粘土）为原料在低于900煅烧而成，没有发现硅酸钙水化物存在。该混凝土中所用的骨料，与现代的人工轻骨料成分基本相同。,混凝土的分类,1.按所用胶凝材料分,水泥混凝土沥青混凝土硅酸盐混凝土聚合物胶结混凝土聚合物浸渍混凝土,聚合物水泥混凝土水玻璃混凝土石膏混凝土硫磺混凝土,2.按表观密度大小分,重砼,普通砼,。2600kg/m,。=20002500kg/m,轻砼,。1.5倍（1.21.7）混凝土强度,返回,压碎指标测定：,200KN,石子d=1020mm，加压后用孔径为2.5mm的筛子筛析,碎石用抗压强度和压碎指标值表示，卵石用压碎指标值表示。,颗粒级配与最大粒径,粗骨料颗粒级配粗骨料的颗粒级配按供应情况分连续粒级和单粒级。,评定方法同砂子颗粒级配的评定方法。,（2）石子的颗粒级配和最大粒径,石子的级配分为连续粒级和单粒级两种。具体见表6.4。石子的级配通过筛分析试验确定，计算与砂相同。,最大粒径：,骨料筛析后，骨料中公称粒级的上限称为该骨料的最大粒径Dmax,最大粒径的选择主要根据构件截面尺寸和施工条件,b,板,梁,c,a,最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4；不得超过钢筋最小净距的3/4；对于实心板，不得超过板厚的1/2且不得超过50mm；对于泵送混凝土，最大粒径与输送管道内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。,骨料最大粒径(Dmax),混凝土类型Dmax(mm),大坝混凝土150普通混凝土40高强混凝土25（碎石）15（卵石）活性粉末混凝土0.6,返回,4.2.2.6骨料的形状和表面特征,骨料颗粒形状近似球状或立方体形且表面光滑时,对混凝土流动性有利,但表面光滑时与水泥石粘结较差.对配制流动性要求高的混凝土宜选用卵石,对强度要求高的混凝土宜选用碎石。石子必须限制其针、片状颗粒含量。针状颗粒：长度大于该颗粒所属粒级平均粒径（该粒级上、下限粒径的平均值）的2.4倍者。片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍者。,含水状态：完全干燥气干饱和面干含水湿润,含水量：不含水有效含水量有效含水量有效含水量,完全干燥气干饱和面干含水湿润,骨料的含水状态,返回,4.2.3混凝土用水,能饮用的水和清洁的天然水。酸碱度、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物等都有一定的含量限值。海水不得拌制钢筋混凝土、预应力混凝土和有饰面要求的混凝土。,4.2.4.1概述1、定义混凝土外加剂，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。除特殊情况外，掺量一般不超过水泥用量的5。外加剂的掺量虽小，但其技术经济效果却显著，因此，外加剂已成为混凝土的重要组成部分，被称为第五组分，获得愈来愈广泛的应用。,4.2.4外加剂,2、意义外加剂的使用是混凝土技术的重大突破。随着混凝土工程技术的发展，对混凝土性能提出了许多新的要求。如：泵送混凝土要求高的流动性；冬季施工要求高的早期强度；高层建筑、海洋结构要求高强、高耐久性。,4.2.4.2外加剂的分类混凝土外加剂种类繁多，根据混凝土外加剂的定义、分类、命名与术语(GB8075-2005)的规定，混凝土外加剂按其主要功能分为四类：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、减缩剂等。4)改善混凝土其他性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。目前，在工程中常用的外加剂主要有减水剂引气剂早强剂缓凝剂防冻剂等。,一、减水剂定义：减水剂是指在保持混凝土稠度不变的条件下，具有减水增强作用的外加剂。1减水剂的作用原理常用减水剂均属表面活性物质，其分子是由亲水基团和憎水基团两个部分组成，见图6-1。,图6.1表面活性剂分子结构模型,图6.2水泥浆的絮凝结构和减水剂作用示意图,当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构,由于减水剂的表面活性作用，致使憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，在电斥力作用下，水泥颗粒互相分开,当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜层，它阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用，也改善了混凝土拌合物的和易性。此外，由于水泥颗粒被有效分散，颗粒表面被水分充分润湿，增大了水泥颗粒的水化面积，使水化比较充分，从而提高了混凝土的强度。,可见，减水剂作用原理可由吸咐分散作用、润滑作用、湿润作用三部分组成,2减水剂的技术经济效果根据使用目的不同，在混凝土中加入减水后，一般可取得以下效果：(1)增加流动性在用水量及水泥用量不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，明显提高混凝土流动性，且不影响混凝土的强度。泵送混凝土或其他大流动性混凝土均需掺入高效减水剂。(2)提高混凝土强度在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌合水量1015，从而降低了水灰比，使混凝土强度提高1520。特别是早期强度提高更为显著。掺入高效减水剂是制备早强、高强、高性能混凝土的技术措施之一。,(3)节约水泥在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量1015，且有利于降低工程成本。(4)改善混凝土的耐久性由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性降低，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及防锈蚀等能力。此外，掺用减水剂后，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度。防止因内外温差而引起的裂缝。,减水剂效果用水量、强度一定时：流动性、水泥用量一定时：流动性、强度一定时：,流动性,Ww/c强度,W(w/c不变)水泥用量,常用减水剂木质素磺酸盐系减水1015%或提高强度1020%或提高坍落度80100mm萘系减水剂减水率1525%树脂系减水剂减水率2030%,3.常用的减水剂按减水剂的作用效果及功能情况，可分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂及引气减水剂等。按凝结时间可分为标准型、早强型、缓凝型三种；按是否引气可分为引气型和非引气型两种：按其主要化学成分为：木质素磺酸盐系；多环芳香族磺酸盐系；水溶性树脂磺酸盐系；糖蜜类、腐植酸盐和复合型减水剂等。,(1)木质素磺酸盐系减水剂分类：根据其所带阳离子的不同，有木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)、木质素磺酸镁(木镁等)。其中木钙减水剂(又称M型减水剂)使用较多。木钙减水剂的掺量，一般为水泥质量的0.20.3。作用：当保持水泥用量和混凝土坍落度不变时，其减水率为1015，混凝土28d抗压强度提高1020；若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，则可节省水泥用量10左右；若保持混凝土的配合比不变，则可提高混凝土坍落度80一100mm。注意：但是木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，掺量过多或在低温下缓凝作用更为显著，而且还可能使混凝土强度降低，使用时应注意。木钙减水剂是引气型减水剂，掺用后可改善混凝土的抗渗性、抗冻性、降低泌水性。,使用范围：木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于大模板、大体积浇注、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。木钙减水剂不宜单独用于冬季施工，在日最低气温低于5时，应与早强剂或早强剂、防冻剂等复合使用。木钙减水剂也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,组成：多环芳香族磺酸盐系减水剂的主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物，故又称萘系减水剂。萘系减水剂的结构特点是憎水性的主链为亚甲基连接的双环或多环的芳烃，亲水性的官能团则是连在芳环上的-SO3M等。用量：萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的0.51.0。,(2)多环芳香族磺酸盐系减水剂,性能：混凝土28d强度提高20以上。在保持混凝土强度和坍落度相近时，则可节约水泥用量1020。应用：萘系减水剂对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制早强、高强、流态、防水、蒸养等混凝土。也适用于日最低气温0以上施工的混凝土，低于此温度则宜与早强剂复合使用。,组成：水溶性树脂系减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水剂，如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等，我国生产的SM减水剂即是将三聚氰胺与甲醛反应生成三羟甲基三聚氰胺，再经硫酸氢钠磺化而得的以三聚氰胺树脂磺酸钠为主要成分的减水剂。CRS减水剂则是以古玛隆一苟树脂磺酸钠为主要成分的减水剂。用量及性能：SM减水剂掺量为水泥质量的0.52.0，其减水率为1527，混凝土3d提高30100，28d强度提高20一30。CRS减水剂掺量为水泥质量的0.752.0，其减水率为1830，混凝土3d强度提高40130，28d强度可提高20一30。,(3)水溶性树脂系减水剂,特点：这二种减水剂除具有显著的减水、增强效果外，还能提高混凝土的其他力学性能和混凝土的抗渗、抗冻性，对混凝土的蒸养适应性也优于其他外加剂。应用：水溶性树脂系减水剂为高效减水剂，适用于早强、高强、蒸养及流态混凝土等。,适宜掺量是否伴有缓凝、引气、早强等作用与水泥的适应性对钢筋的锈蚀作用,减水剂使用注意事项,二、早强剂定义：早强剂，是加速混凝土早期强度发展，并对后期强度无显著影响的外加剂。作用：早强剂能加速水泥的水化和硬化，缩短养护期，从而达到尽早拆模、提高模板周转率，加快施工速度的目的。早强剂可以在常温、低温和负温(不低于一5C)条件下加速混凝土的硬化过程，多用于冬季施工和抢修工程。分类：早强剂主要有无机盐类(氯盐类、硫酸盐类)和有机类及有机一无机的复合物三大类。,氯盐早强剂组成：氯盐早强剂主要包括氯化钙、氯化钠、氯化铝等。合理掺加氯盐类早强剂，会对混凝土的早期强度发展有利。注意：不过氯盐类的早强剂只准在不配筋的素混凝土中掺加，对于钢筋混凝土，特别是预应力钢筋混凝上，以及有金属预埋件的混凝土中，要慎重使用这类外加剂，限制Cl-含量的引入量，甚至要禁止使用。,作用机理：第一，氯化物与水泥中的c3A形成更难溶于水的水化氯铝酸盐，加速了水泥中的c3A水化，从而使水泥水化加速；第二，氯化物与水泥水化所得的氢氧化钙生成难溶于水的氧氯化钙，降低液相中氢氧化钙的浓度，加速c3s的水化。另外，由于氯化物多为易溶盐类，具有盐效应，可加大硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度，加快水化反应进程，从而加速水泥及混凝土的硬化。,2)硫酸盐早强剂常用的硫酸盐早强剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙。注意：掺硫酸盐早强剂的混凝土要注意预防泛碱和白华现象。硫酸盐的掺量应通过实验确定，以免引起碱集料反应破坏或硫酸盐过量产生的侵蚀破坏。,3)硝酸盐和亚硝酸盐早强剂硝酸盐和亚硝酸盐均对水泥水化过程起促进作用。这些盐类不仅能作为混凝土的早强剂组分，而且可以作为混凝土防冻剂组分使用。其主要品种有：亚硝酸钙一硝酸钙，硝酸钙一尿素、亚硝酸钙一硝酸钙一尿素、亚硝酸钙一硝酸钙一氯化钙，以及亚硝酸钙一硝酸钙一氯化钙一尿酸等。亚硝酸钠的掺入还可以防止混凝土内部钢筋的锈蚀，其原因是可以促使钢筋表面形成致密的保护膜。所以氯盐早强剂或氯盐防冻剂中常复合有亚硝酸钠组分。,4)有机化合物早强剂最常用的有机化合物早强剂为三乙醇胺。三乙醇胺是一种表面活性剂，掺入水泥混凝土中，在水泥水化过程中起催化剂的作用，它能够加速C3A的水化和钙矾石的形成。三乙醇胺常与氯盐早强剂复合使用，早强效果更佳。常用的有机化合物早强剂还有甲酸钙、乙酸和乙酸盐等。,5)复合型早强剂和早强减水剂通过对各种早强剂组分之间的复合，以及早强剂组分与减水剂组分之间的复合，可以收到比单一早强剂更好的改性效果。如：大幅度提高混凝土的早期强度发展速率；既能较好地提高混凝土的早期强度，又对混凝土后期强度发展带来好处；既具有一定减水作用，又能大幅度加速混凝土早期强度发展；既能起到良好的早强效果，又能避免有些早强组分引起混凝土内部钢筋锈蚀等。,早强剂的发展方向1)非氯盐、非硫酸盐类早强剂及复配外加剂的生产和应用；2)低氯离子、低硫酸根离子、低碱金属离子含量的早强剂及复配外加剂的生产和应用；3)大掺量矿渣粉或粉煤灰混凝土早强型外加剂的研制；4)开展早强剂与水泥/掺合料适应性的研究，以更科学地选择早强剂，收到最佳和最经济的应用效果。,三、缓凝剂1、定义：缓凝剂，是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。2、分类：缓凝剂主要有四类：糖类，如糖蜜：木质素磺酸盐类，如木钙、木钠：羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸：无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。,3、缓凝剂的作用原理缓凝剂的作用原理十分复杂，至今尚没有一个比较完满的分析理论。常有以下几种解释：吸附理论认为缓凝剂被吸附在未水化水泥颗粒表面上，这是通过离子键、氢键或偶极间作用，由于屏蔽而防止水分子靠近，阻碍了水化反应。沉淀理论认为是缓凝剂与水泥中某些组分生成了不溶性物质，它包围了水泥颗粒从而阻碍了水化反应进行。又有的理论认为是Ca(OH)2晶核上吸附了缓凝剂，妨碍了它的进一步生成、长大，这须使溶相中达到一定过饱和以后，Ca(OH)2才能继续生长。由于Ca(0H)2不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步水化。,总之，水泥水化反应延缓，以及凝结的推迟，是由于缓凝剂吸附于水泥颗粒表面或水化产物表面所引起的。但目前还很难指出哪些化合物能有缓凝作用。作用：缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强作用，对钢筋也无锈蚀作用。应用：主要适用于大体积混凝土和炎热气候下施工的混凝土，泵送混凝土及滑模施工的混凝土，以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。注意：缓凝剂不宜用于日最低气温5C以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。,四、引气剂定义：引气剂指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌合物的泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻性、抗渗性的外加剂。分类：目前，应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。,引气剂Airentrainingagent作用：,能在砼拌合物中产生一定量均匀分布、稳定、微细、独立气泡,作用机理：引气剂大部分是阴离子表面活性剂，在水气界面上，憎水基向空气一面定向吸附，在水泥水外面上，水泥或其水化粒子与亲水基相吸附，憎水基背离水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附层，并力图靠近空气表面，由于这种粒子向空气表面靠近和引气剂分子在空气水界面上的吸附作用，将显著降低水的表面张力，使混凝上在拌合过程中产生大量微细气泡，这些气泡有带相同电荷的定向吸附层，所以相互排斥并能均匀分布；另一方面，许多阴离子引气剂在含钙量高的水泥水溶液中有钙盐沉淀，吸附于气泡膜上，能有效防止气泡破灭，引入的细小均匀的气泡能在一定时间内稳定存在。,从上述机理可以看出引气剂的界面活性作用与减水剂相似：区别在于减水剂的界面活性作用主要发生在液一固界面，而引气剂的界面活性作用主要在气一液界面上。由于能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径多在50250m。同时，因引气剂定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不破裂。按混凝土含气量35计(不加引气剂的混凝土含气量为1)，1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡。由于大量微小、封闭并均匀分布的气泡的存在，使混凝土的某些性能得到明显改善或改变。,作用：(1)改善混凝土拌合物的和易性。由于大量微小封闭球状气泡在混凝土拌合物内形成，如同滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物流动性增加。同时，由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使能自由移动的水量减少，混凝土拌合物的保水性、粘聚性也随之提高。(2)显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。大量均匀分布的封闭气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高。大量微小气泡占据于混凝土的孔隙，切断毛细管通道，使抗渗性得到改善。,(3)降低混凝土强度由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。应用及注意：引气剂可用于抗渗混凝土、抗冻混凝土、抗硫酸盐侵蚀混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻混凝土，以及对饰面有要求的混凝土等，但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,五、防冻剂1、定义：防冻剂，是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期足够防冻强度的外加剂。2、分类：按负温养护温度可分为-5、-10、-15三类；按成分可分为：无机盐类、有机盐类、有机化合物与无机盐复合类、复合型防冻剂。常用的防冻剂为复合型，由防冻、早强、减水、引气等多组分组成各尽其能，完成预定抗冻性能。,六、速凝剂1、定义：速凝剂，是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类。2、功能：速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就可产生强度，1d强度提高23倍，但后期强度会下降，28d强度约为不掺时的8090。3、应用：速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程。,七、减缩剂1、意义：混凝土很大的一个缺点是在干燥条件下产生收缩，这种收缩导致了硬化混凝土的开裂和其他缺陷的形成和发展，使混凝土的使用寿命大大下降。在混凝土中加入减缩剂能大大降低混凝土的干燥收缩，典型性的能使混凝土的28d收缩值减少5080，最终收缩值减少2550。2、机理：主要是能降低混凝土中的毛细管张力，从本质上讲，减缩剂是表面活性物质，有些种类的减缩剂还是表面活性剂。当混凝土由于干燥而在毛细孔中形成毛细管张力使混凝土收缩时，减缩剂的存在使毛细管张力下降，从而使得混凝土的宏观收缩值降低，所以混凝土减缩剂对减少混凝土的干缩和自缩有较大作用。,6.3外加剂的选择和使用在混凝土中掺用外加剂，若选择和使用不当，会造成质量事故。因此，应注意以下几点：1外加剂品种的选择外加剂品种、品牌很多，效果各异，特别是对不同品种水泥效果不同。在选择外加剂时，应根据工程需要，现场的材料条件，参考有关资料，通过试验确定。2外加剂掺量的确定混凝土外加剂均有适宜掺量。掺量过小，往往达不到预期效果；掺量过大，则会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，应通过试验试配，确定最佳掺量。,3外加剂的掺加方法外加剂的掺量很少，必须保证其均匀分散，一般不能直接加入混凝土搅拌机内。掺入方法会因外加剂不同而异，其效果也会因掺人方法不同而存在差异。故应严格按产品技术说明操作。如：减水剂有同掺法、后渗法、分掺法等三种方法。a.同掺法，是减水剂在混凝土搅拌时一起掺入；b.后掺法，是搅拌好混凝土后间隔一定时间，然后再掺入；c.分掺法，是一部分减水剂在混凝土搅拌时掺入，另一部分在间隔一段时间后再掺入。而实践证明，后掺法最好，能充分发挥减水剂的功能。,4外加剂的储运保管混凝土外加剂大多为表面活性物质或电解质盐类，具有较强的反应能力，敏感性较高，对混凝土性能影响很大，所以在储存和运输中应加强管理。失效的、不合格的、长期存放、质量未经明确的禁止使用；不同品种类别的外加剂应分别储存运输；应注意防潮、防水、避免受潮后影响功效；有毒的外加剂必须单独存放，专人管理；有强氧化性外加剂必须进行密封储存；同时还必须注意储存期不得超过外加剂的有效期。,本章小结掌握减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂等外加剂的定义、分类及其作用；熟悉混凝土外加剂的定义、分类及其意义；熟悉混凝土外加剂的选择和使用；了解减水剂的作用效果及其常用品种；了解其他混凝土外加剂的常见品种及其作用机理。,4.2.5掺和料,混凝土掺和料是在配制混凝土拌和物过程中，直接加入的具有一定活性的矿物细粉料。主要成分为SiO2和AI2O3，绝大多数来自工业固体废渣。在碱性或兼有硫酸盐成分存在的液相条件下发生水化反应，生成具有固化特性的胶凝物质。混凝土掺和料被称为混凝土“第二胶凝材料”或辅助胶凝材料。掺和料用于混凝土中可取代水泥，节约成本，改善混凝土拌和物和硬化混凝土各项性能。可改善环境，减少二次污染，推动可持续发展的绿色混凝土。,4.2.5.1粉煤灰,又称飞灰，煤燃烧排放出的一种粘土类火山灰质材料。绝大多数来自火电厂。按获取工艺分：多电场收尘灰，选分机选灰，机械磨细灰。按其中氧化钙含量分：低钙灰，高钙灰。用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB159691规定了低钙粉煤灰的技术指标和分级。粉煤灰掺和料可改善混凝土拌和物和易性、可泵性和抹面性；能降低混凝土水化热；能提高混凝土抗渗性、抗化学侵蚀性，抑制碱骨料反应。广泛应用于土木、水利建筑工程以及预制混凝土制品和构件。粉煤灰混凝土早期强度有所下降，长期强度可赶上或超过不掺粉煤灰的混凝土。,4.2.5.2矿渣微粉,矿渣微粉是水淬粒化高炉矿渣磨细加工后形成的微粉材料。上海市地方标准规定了矿渣微粉的技术指标和分级。矿渣微粉可取代水泥，显著改善和提高混凝土的综合性能如改善和易性，降低水化热，提高抗腐蚀能力，提高后期强度。用于配制高强、高性能混凝土，也适用于中强混凝土、大体积混凝土、地下和水下混凝土。,4.2.5.3硅灰,硅灰是电弧冶炼硅金属或硅铁合金时的副产品，极细的球形颗粒，主要成分为无定形二氧化硅。可取代水泥节约成本，能改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性，降低水化热，提高混凝土抗渗、抗冻和抗侵蚀能力，能大幅度提高早期和后期强度。常用硅灰配制100MPa以上的特高强混凝土。,矿物外加剂(掺合料),问题？混凝土中为什么要使用矿物外加剂或掺合料？代替水泥，所以也称水泥代用材料改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构改善混凝土性能，尤其是耐久性保护生态环境，节约资源和能源,4.3新拌混凝土的和易性,4.3.1和易性的概念,和易性定义：混凝土硬化前在拌合、运输、浇筑、振捣过程中，不发生分层、离析、泌水等现象，获得质量均匀、成型密实混凝土的性质。和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性三方面含义。,新拌混凝土：将水泥、砂、石加水拌和的尚未凝固时的拌和物。,流动性：混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性：混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间有一定粘聚力，不发生分层和离析的现象。保水性：混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。,4.3.2和易性的测定方法,和易性的测定方法：测定混凝土拌合物的流动性，结合直观观察评定其和易性。混凝土流动性用坍落度和维勃稠度来表示。,4.3.2.1坍落度试验,在进行坍落度试验的同时检查混凝土拌和物的粘聚性。坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40mm，坍落度不小于10mm的混凝土拌和物。,测定方法：,混凝土拌合物坍落度的测定,坍落度法,坍落度与坍扩度测定,粘聚性观察轻敲已坍落的拌合物若整体缓慢下沉则粘聚性良好，若整体倒塌或部分倒塌或产生离析，则粘聚性不良。,保水性观察提起坍落度筒后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则保水性良好。,普通混凝土高强混凝土,级别,名称,坍落度(mm),低塑性混凝土,塑性混凝土,流动性混凝土,大流动性混凝土,T1,1040,5090,100150,160,T2,T3,T,混凝土按坍落度的分级,流动性指标的选择：塑性混凝土施工时要根据施工工艺、构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。,考虑施工工艺选择拌合物的工作度,施工工艺坍落度(mm),碾压混凝土0滑模摊铺混凝土3050泵送混凝土100200自密实混凝土240,混凝土灌筑时的坍落度,7090,项次,结构种类,坍落度(mm),基础或地面等的垫层无配筋的大体积结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构,板、梁和大型及中型截面的柱子等,配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等),配筋特密的结构,1,2,3,4,1030,3050,5070,现象分析,混凝土中的蜂窝观察图4-16中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30mm。请分析混凝土不密实的原因。,【分析】该混凝土未采用振动器振捣，仅人工振捣，而混凝土的坍落度偏低，流动性较差，故易产生蜂窝，应增大混凝土的坍落度，具体按GB50204-2001混凝土结构工程施工质量验收规范规定进行。实际施工时，混凝土拌和物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺筋较密，或采用人工捣实时，坍落度可选择大一些。,工程实例分析,【分析】泵送混凝土要求的坍落度较大，不仅要有较大的流动性，而且还要有较好的保水性及粘聚性，才可保证工程质量。,【概况】某高架桥桥台采用泵送混凝土。因该混凝土保水性较差，泌水量大，大量水泥稀浆从模板缝中流出，拆模板后可见桥台混凝土集料裸露。,4.3.2.2维勃稠度试验,坍落度小于10mm的干硬混凝土拌和物的流动性用维勃稠度表示，单位为s维勃稠度试验适用于骨料最大粒径不超过40mm，维勃稠度在530s之间的混凝土拌和物。根据维勃稠度混凝土分四级：超干硬性（31s）特干硬性（3021s）干硬性（2011s）半干硬性（105s）,维勃稠度法,维勃稠度仪,4.3.3.影响和易性的主要因素,单位用水量水泥浆量水灰比（水泥浆稠度）砂率组成材料品种、规格、质量外加剂和掺合料时间和温度,4.3.3.影响和易性的主要因素,水灰比：混凝土中用水量与水泥用量的比例。无论是水泥浆数量影响还是水灰比影响，实际上都是用水量影响，影响新拌混凝土和易性的决定因素是单位体积混凝土用水量多少。固定用水量定则：骨料一定，单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50100kg，坍落度基本保持不变。固定单位用水量，变化水灰比，既满足和易性要求，又满足强度要求。,4.3.3.1单位用水量、水泥浆的数量和水灰比的影响,干硬性和塑性混凝土的用水量(kg/m),碎石最大粒径(mm),拌合物稠度,卵石最大粒径(mm),坍落度(mm),项目,指标,10,20,40,16,20,40,维勃稠度(s),1520,1015,510,1030,3050,5070,7090,175,160,145,180,170,155,180,165,150,185,175,160,185,170,155,190,180,165,190,170,150,200,185,165,200,180,160,210,195,175,210,190,170,220,205,185,215,195,175,230,215,195,180,工程实例分析,【概况】某混凝土搅拌站用的集料含水量波动较大，其混凝土强度不仅离散程度较大，而且有时会出现卸料及泵送困难，有时又易出现离析现象。请分析原因。,【分析】由于集料，特别是砂的含水量波动较大，使实际配比中的加水量随之波动，以致加水量不足时混凝土坍落度不足，水量过多时则坍落度过大，混凝土强度的离散程度亦就较大。当坍落度过大时，易出现离析。若振捣时间过长坍落度过大，还会造成“过振”。,含砂率,(mm),坍落度，,(合理),4.3.3.2砂率的影响,砂率:细骨料含量占骨料总量的百分率。,合理（最佳）砂率指用水量、水泥用量一定的情况下能使砼拌合物获得最大流动性，同时粘聚性、保水性良好的砂率，或者说在坍落度一定时，使拌合物水泥用量最少的砂率。,（3）外加剂加入减水剂和引气剂可明显提高拌和物流动性，引气剂可有效改善粘聚性和保水性。,(1)水泥主要是水泥品种和水泥细度的影响。,(2)骨料级配好、表面光滑的骨料和易性好；粒径大的骨料流动性好。,4.3.3.3组成材料性质的影响,4.3.3.4温度和时间的影响,拌和物流动性随温度升高而降低；拌和物流动性随时间延长而降低。,4.3.4.改善和易性的措施,1、改善流动性措施：1）选用粗大的砂石及杂质少及级配好的砂石；2）降低砂率；3）上述基础上，保持水灰比不变适当增加水泥浆量；4）掺减水剂或引气剂。,2、改善粘聚性、保水性措施：1）限制石子最大粒径，选用中砂；2）改善砂石级配，选用连续级配；3）适当增加砂率4）掺减水剂或引气剂或掺适量细混合材料。,工程实例分析,【概况】某混凝土搅拌站原混凝土配方均可生产出性能良好的泵送混凝土。后因供应的问题进了一批针片状多的碎石。当班技术人员未引起重视，仍按原配方配制混凝土，后发觉混凝土坍落度明显下降，难以泵送，临时现场加水泵送。请对此过程予以分析。,【分析】混凝土坍落度下降的原因。因碎石针片状增多，表面积增大，在其它材料及配方不变的条件下，其坍落度必然下降。当坍落度下降难以泵送，简单地现场加水虽可解决泵送问题，但对混凝土的强度及耐久性都有不利影响，且还会引起泌水等问题。,4.3.5.新拌混凝土的凝结时间,（思考：与水泥的凝结时间不同？）,与水泥的凝结时间含义不同，新拌混凝土的凝结时间属于工程性质：1）所用水灰比不同；2）要受到新拌混凝土的温度影响；3）要受到搅拌时间影响；4）要受到外加剂影响。,新拌混凝土凝结时间测定方法,用贯入阻力试验测定：1）初凝时间35Kg/cm2（3.5MPa）2）终凝时间280Kg/cm2（28MPa）,P,4.3.6.塑性收缩和塑性沉降,问题：1）为什么会产生塑性收缩和塑性沉降？2）哪些因素加剧泌水与塑性沉降？3）泌水与塑性沉降对硬化混凝土性能有什么影响？,骨料,水,可见泌水,内泌水,泌水与塑性沉降,钢筋,沉降裂缝,水囊,混凝土表面,塑性收缩裂缝,变截面处因沉降引起开裂的示意图,沉降裂缝,不同养护方式,1）覆盖塑料膜、塑料垫、矿棉毡；2）覆盖湿麻袋、湿草袋；3）喷洒养护剂；4）围水浸泡；5）洒水或布管喷水；6）埋设冷却水管；7）蒸汽养护；,养护,蒸汽养护,4.4硬化混凝土的强度,1）作为一种结构工程材料，混凝土的承载力备受关注，因此强度通常总是首先要评价的性质；2）易于评价；3）与其它性能有密切关系。,混凝土的强度包括:压、拉、弯、剪强度（抗压高、抗拉低）,抗压强度(150150150mm)几个重要概念立方体抗压强度标准值强度等级,其它强度:轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）（150150300mm)抗拉强度（确定抗裂度重要指标）,我国以立方体抗压强度为混凝土强度的特征值。,标准的普通混凝土抗压强度试验条件：,立方体试件：,非标准尺寸应进行修正：,R200200200mm1.05,R100100100mm0.95,尺寸：150150150mm,4.4.1混凝土的抗压强度与强度等级,养护：标准养护(202相对湿度95以上),试验龄期：28d（在标准养护条件下养护28天）以标准方法测试、计算得到的抗压强度称为混凝土立方体抗压强度。混凝土立方体强度取值：1.每组三个试块；2.以三个试块的算术平均值作为该组试件的抗压强度代表值；3.三个测值中最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，取中间值为代表值。4.两个测值与中间值之差均超过中间值的15%，该组试件试验结果无效。,立方体抗压强度标准值,按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。,强度，fcu,Q%,P%,t,fcu,k,fcu,概率密度，,(fcu),混凝土的强度等级,混凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。我国现行规范（GB/T500812002）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、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。,不同的建筑工程，不同的部位常采用不同强度等级的混凝土，在我国混凝土工程目前水平情况下，一般选用范围如下：C10C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。C20C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；C25C30用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；C40C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于2530层；C50C60用于30层至60层以上高层建筑；C60C80用于高层建筑，采用高性能混凝土；C80C120采用超高强混凝土于高层建筑。将来可能推广使用高达C130以上的混凝土。,混凝土强度等级选用范围,棱柱体抗压强度fcp(轴心抗压强度),fcp=（0.70.8）fcc,为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。我国现行标准（/T500812002）规定，测定轴心抗压强度采用棱柱体作为标准试件。试验证明，棱柱体强度与立方体强度的比值为0.70.8。,砼劈拉强度fts,压应力,拉应力,劈裂试验时垂直于受力面的应力分布,劈裂抗拉强度（fts）我国现行标准规定，采用标准试件立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts,fts劈裂抗拉强度MPa,P破坏荷载，N；,A试件劈裂面面积，mm2。,混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：,P,P,fd=P/A,横截面积为A,直拉试验TensionTesting,直拉试验,4.4.2影响混凝土抗压强度的主要因素,分析混凝土受力破坏主要发生于水泥石与骨料的界面f砼取决于f水泥石和f界面粘结,裂缝扩展的路径和方向,骨料,水泥石,骨料周围的过渡区,普通混凝土的微结构,组成材料和配合比影响因素主要有养护条件试验条件施工方法与施工质量控制,影响混凝土抗压强度的主要因素,4.4.2影响混凝土抗压强度的主要因素,4.4.2.1水泥强度等级和水灰比的影响,水泥强度等级和水灰比是影响混凝土抗压强度的主要因素,也是决定因素.在水泥强度等级相同的条件下,水灰比越小,水泥石的强度越高,从而使混凝土的强度也越高.在原材料一定的情况下,混凝土28天龄期抗压强度与水泥实际强度及水灰比之间存在下列关系(经验公式):,图411混凝土强度与水灰比及灰水比的关系（）强度与水灰比的关系；（）强度与灰水比的关系,C每立方米混凝土中的水泥用量，kg；,W每立方米混凝土中有水量，kg；,fcu砼28天抗压强度，MPa；,fce水泥的实际强度，Mpa。,灰水比(水泥与水质量比)；,（该公式用途？）,fcefce，krc,水泥标号的强度富裕系数一般可取1.13,水泥标号的强度标准值,A、B经验系数(与混凝土粗骨料有关)：,碎石A0.46B=0.07,卵石A0.48B=0.33,4.4.2.2骨料的影响,颗粒强度；级配（颗粒分布）；粒形（骨料表面粗糙度）；最大粒径。,图3-5骨料粒径与水灰比对混凝土强度的影响,由于混凝土技术的发展，在20多年里：水灰比（水胶比）从0.5降低到0.150.30；混凝土抗压强度从30MPa提高到200800MPa！高强混凝土（HSC）,4.4.2.3化学外加剂(ChemacalAdmixture)和矿物掺合料(MineralAdmixture),4.4.2.4龄期与强度的关系,强度随龄期增长而增长，强度发展与龄期的对数大致成正比关系。,f,lgn,fn,f28,lg28,lgn,4.4.2.5养护湿度及温度的影响,混凝土成型后必须进行适当养护,养护过程需要控制的参数为湿度和温度。一般情况下,使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥浇水养护时间不少于7天，火山灰水泥和粉煤灰水泥不少于14天。养护温度对混凝土强度发展也有很大影响，养护温度高，可提高混凝土早期强度。混凝土受冻前龄期越长对强度发展影响越小。,养护的温度和湿度,28,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,1,3,7,4,13,23,32,41,49,试验龄期，d,抗压强度，23养护28d混凝土的百分率,40,0,4,8,12,16,20,24,28,10,20,30,混凝土强度与冻结日期的关系,抗压强度，Mpa,龄期，d,增长1d后冻结,增长10d后冻结,增长7d后冻结,增长5d后冻结,增长3d后冻结,没有冻结,365,20,40,60,80,100,120,140,160,3,7,14,28,90,长期保持潮湿1d,养护28d强度，,龄期，d,长期保持潮湿,长期保持潮湿14d,长期保持潮湿7d,长期保持潮湿3d,混凝土强度与保持潮湿日期的关系,实际工程中利用混凝土的成熟度来估算混凝土强度也是一种有效的方法。混凝土的成熟度是指混凝土所经历的时间和温度的乘积的总和，单位为h。当混凝土的初始温度在某一范围内，并且在所经历的时间内不发生干燥失水的情况下，混凝土强度和成熟度的对数成线性关系。,1）试件形状；2）试件尺寸；3）表面处理；4）加载速度；,影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！,4.4.2.6试验参数,a,2a,a,a,圆柱体（美、法、日）,立方体（英、德、中）,1)试件形状,f圆柱1.25=f立方,2)试件尺寸(mm),100,100,150,150,200,200,P,P,压力机压板对试件的约束,a,压板,环箍效应,试验破坏后残存的棱锥体,不受压板约束时试件破坏情况,涂油,摩擦力,压板表面约束,混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状,机械搅拌与振捣比人工拌和振捣，有利砼强度提高；采用施工新工艺：如分次投料搅拌新工艺（如造壳混凝土），有利砼强度提高。施工质量控制：计量搅拌输送浇注振捣养护等工序严格控制。,4.4.2.6施工方法与施工质量控制,提高水泥标号，fce；,掺入外加剂及掺合料,降低水灰比；,改善养护条件(蒸汽或蒸压养护),提高振实度,4.4.3提高混凝土强度的措施,4.4.3提高混凝土强度的措施,（1）选用高强度水泥和低水灰比水泥是混凝土中的活性组分，在相同的配合比情况下，所用水泥的强度等级越高，混凝土的强度越高。水灰比是影响混凝土程度的重要因素，试验证明，水灰比增加，则混凝土强度将下降，在满足施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，尽可能降低水灰比和提高水泥强度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。,4.4.3提高混凝土强度的措施,（2）掺用混凝土外加剂在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混凝土强度；掺入早强剂，可提高混凝土的早期强度。在混凝土中掺入矿物外加剂（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以节约水泥，降低成本；减少环境污染，改善混凝土诸多性能。,4.4.3提高混凝土强度的措施,（3）采用机械搅拌和机械振动成型。采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使混凝土混合料的颗粒产生振动，降低水泥浆的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物转入液体状态，在满足施工和易性要求条件下，可减少拌合用水量，降低水灰比。同时，混凝土混合物被振捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部孔隙大大减少，从而使混凝土的密实度和强度大大提高。,4.4.3提