第4章 混凝土2.ppt

第4-10节普通混凝土配合比设计,一、混凝土配合比设计的基本要求(1)满足施工要求的和易性；(2)满足设计要求的强度等级；(3)满足与使用条件相适应的耐久性；(4)满足经济上合理，即水泥用量要少二、混凝土配合比设计的过程(1)按已知条件和要求进行初步配合比设计(2)经试拌调整和易性进行基准配合比设计(3)经强度复核进行满足设计经济合理的实验室配合比设计(4)按施工现场条件进行施工配合比设计三、混凝土配合比的表示方法(1)以1m3混凝土中各材料的用量(kg)来表示(2)W/C?C:S:G=1:S/C:G/C,四、混凝土配合比设计实例例1.处于严寒地区受冻部位的钢筋混凝土，其设计强度等级为C25，施工要求坍落度为3550mm，采用机械搅拌和机械振动成型。施工单位无历史统计资料，确定混凝土的配合比。原材料条件：强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，强度富余系数为1.13，密度为3.1g/cm3；级配合格的中砂(细度模数为2.3)，表观密度为2.65g/cm3，含水率为3%；级配合格的碎石，最大粒径为31.5mm，表观密度为2.70g/cm3，含水率为l%，饮用水。(一)初步配合比1.配制强度：fcu,0fcu,ktfcu,k+1.64525+1.6455.0=33.2(MPa)其中5.0MPa查表6-38，P139,W/C=0.49(W/C)max,查表6-26(P133)3.确定W查表6-20(P116):W185kgSL=3550mm，碎石Dmax=31.5mm4.计算C,2.计算W/C,C=378kgCmin,查表6-26(P133),5.确定Sp由W/C0.49，Dmax=31.5mm碎石，中砂偏细，查表6-21(P118)：Sp33。6.计算S、G(1)体积法,因未掺引气型外加剂，含气量取1。,解此方程组得S605kg、G01228kg。,(2)体积密度法,假定混凝土体积密度0h2400kg/m3,解此方程组得S0606kg、G01231kg。,两种方法的结果接近，这里取体积法的结果C=378kgW=185kgS=605kgG=1228kg,(二)试拌调整和易性，校核强度，确定实验室配合比1.计算15L混凝土拌合物各材料用量C15=5.67kgW15=2.78kgS15=9.01kgG15=18.42kg2.拌均后，测坍落度，观察粘聚性和保水性。(1)测SL=20mm,粘聚性和保水性合格调整原则：W/C不变，加C和W(增加5%)，再拌测SL=35mm，且粘、保性合格。C拌5.67(1+5%)5.95kgS拌9.01kgW拌2.78(1+5%)2.92kgG拌=18.42kg。(2)如果SL50mm,SP不变，增加S和G，至合格。(3)如果SL(3550)mm,且粘、保性合格,则往下进行。3.强度校核,3.强度校核,绘制C/W-f28关系图。由图可得fcu.o33.2MPa对应C/W=1.98。所以，最佳水泥用量：C佳1.98*2.925.78(kg)并测得拌合物的体积密度0h2390kg/m3,5.78+9.01+18.42+2.9236.13(kg),(三)施工配合比C施=C实=382kgS施=S实(1+a%)=596(13%)=614kgG施=G实(1+b%)=1213(1+1%)=1225kgW施=W实-S实a-G实b=193-596*3%-1213*1%=163kg,实验室配合比：,第4-11节轻混凝土,定义：干体积密度od1950kg/m3的混凝土。分类：(1)轻集料混凝土：轻粗+轻砂(或普砂)+水泥+水,od1950kg/m3的混凝土包括：全轻混凝土细集料为轻砂砂轻混凝土细集料全部或部分普砂(2)多孔混凝土：混凝土内均布大量细小气孔而不含集料的混凝土。孔隙率可达85%。(3)大孔混凝土：粒径相近轻粗+水泥+水包括：无砂大孔混凝土(不用砂)少砂大孔混凝土(加入少量砂),轻集料混凝土的按用途分类（JGJ51-2002）,一、轻集料混凝土。,(一)轻集料轻粗集料：粒径5mm，1000kg/m3轻细集料：粒径5mm，1200kg/m31.轻集料的分类按来源分类(1)天然轻集料:天然形成的多孔岩石经加工而成。如浮石、火山渣及其砂。(2)工业废料轻集料:以工业废料为原料经加工而成。如粉煤灰陶粒、自然煤矸石、炉渣及其轻砂。(3)人工轻集料:以地方材料或为原料，经加工而成。如页岩陶粒、粘土陶粒、胀珍珠岩及其轻砂。按粒型分类：(1)圆球型:原材料经造粒工艺加工而成呈球状的。如粉煤灰陶粒。(2)普通型:原材料经破碎加工而成的呈非圆球状的。如页岩陶粒、膨胀珍珠岩。(3)碎石型:天然轻集料经破碎加工而成的呈碎石状的轻集料。如浮石、自然煤矸石和炉渣。,2.轻集料技术要求(1)最大粒径与级配a.粒径，强度，因此：保温及结构保温轻集料混凝土：Dmax40mm；结构轻集料混凝土：Dmax20mm。b.级配:自然级配的空隙率50%，轻砂细度模数4(2)密度等级：根据轻集料的绝干堆积密度分轻粗集料：2001000九个密度等级，轻细集料：5001200八个密度等级。(3)强度,a.筒压强度将粒径1020mm干轻集料装入115100mm承压筒内，压入20mm时的压力值/承压面积(100cm2)，即为轻集料的筒压强度值。筒压强度不能反映轻集料在混凝土中的真实强度。在技术规程中用强度等级表示。,b.粗集料的强度等级将轻粗集料按规定试验方法配制的轻集料混凝土的合理强度值。(4)吸水率：吸水快，1h可达24h吸水率的62%94%，显著影响和易性、水灰比、强度。,(二)轻集料混凝土的性质1.和易性:影响因素与普混相似，但轻集料对和易性有很大的影响。(1)用水量=附加用水量(1h吸水量)+净用水量(决定和易性)(2)砂率(砂率用体积砂率表示)一般高于普通混凝土砂率；砂率，和易性有改善。(3)流动性的选择过大，使集料上浮，产生分层离析；过小，成型困难；所以，流动性选择范围较窄2.强度(1)强度特点轻集料表面粗糙多孔，界面不再是最薄弱环节，轻集料混凝土破坏时，裂纹首先在水泥石或轻粗集料中产生。,(2)影响强度主要因素：a.水泥强度水泥强度，轻集料混凝土强度，但提高到某一强度值即轻粗集料的强度等级，即使再提高水泥强度，由于受轻粗集料强度的限制，轻集料混凝土的强度提高甚微。b.净水灰比c.轻集料强度轻集料混凝土强度随着轻集料强度的降低而降低。3.轻集料混凝土的密度等级按绝干体积密度：6001900十四个等级4.其它性质a.轻集料混凝土的E，为同强度等级普通混凝土的(5070)%，具较高的抗震性或抗动载的能力。b.轻集料混凝土的。od=8001900kg/m3时，=0.231.01W/(mK)。,(三)轻集料混凝土的配合比设计（自学）(四)轻集料混凝土施工中应注意的问题1.轻集料混凝土宜采用强制式搅拌机搅拌，且搅拌时间应较普通混凝土略长。2.由于轻集料轻质、表面粗糙，故轻集料混凝土拌合料在外观上较为干稠，且坍落度也较小。但在振动条件下，流动性较好，施工时应防止因外观判断错误而随意增加净用水量。3.轻集料混凝土的坍落度损失较大，拌合料应在搅拌后的45min内成型完毕。4.成型时为防止轻集科上浮造成分层、离析，宜采用加压振捣，且振动时间不宜过长，否则会引起拌合物产生分层、离析。,二、多孔混凝土(一)加气混凝土磨细的硅质材料(石英砂、粉煤灰、矿渣、尾矿粉、页岩等)和钙质材料(水泥、石灰等)+发气剂(铝粉)+水等经搅拌、浇注、发泡、静停、切割和压蒸养护而得。1.加气原理,2.物理性质od=3001200kg/m3fcu=0.515MPa=0.0810.29W/(mK)。用量最大的500级(od=500kg/m3),其=0.12W/(mK)fcu=2.53.5MPa，,3.应用(1)加气混凝土主要用于保温、结构保温、结构工程。(2)加气混凝土吸水率大、强度低；抗冻性较差，需防水处理.(二)泡沫混凝土水泥浆和泡沫拌合后，经硬化而成的多孔混凝土。常用泡沫剂：松香皂泡沫剂和水解血泡沫剂。泡沫混凝土性能及应用：基本与加气混凝土相同。常用泡沫混凝土：干体积密度为400600kg/m3。,三、大孔混凝土粒径相近粗集料+水泥+水等配制而成的混凝土。包括无砂大孔混凝土和少砂大孔混凝土。大孔混凝土水泥用量少(150200kg/m3),水泥浆只起包裹和胶结粗集料的作用，而不是填充粗集料空隙。大孔混凝土导热系数较小，吸湿性较小，收缩较普通混凝土小(3050)%，抗冻性可达F15F25，大孔混凝土常预制成小型空心砌块和板材，用于承重或非承重墙。,第十二节其它混凝土,一、防水混凝土防水混凝土又称抗渗性混凝土，是指具有较高抗渗,性的混凝土，其抗渗性标号不小于S6。防水混凝土的配制原则为减少混凝土的孔隙率，特别是开口孔隙率；堵塞连通的毛细孔隙或切断连通的毛细孔，并减少混凝土的开裂：使毛细孔隙表面具有憎水性。配制防水混凝土的常用方法有：普通防水混凝土、级配法防水混凝土、外加剂法防水混凝土。目前，常用外加剂法防水混凝土，主要掺加减水剂、引气剂、防水剂、憎水剂、膨胀剂等。二、耐火混凝土与耐热混土能长期经受高温(高于1300)作用，并能保持所要求的物理力学性质的混凝土称为耐火混凝土。通常将在900以下使用的混凝土称为耐热混凝土。普通混凝土不耐火或不耐热，是因为水泥石中的氢氧化钙含量较多，且在500以上时，分解为氧化钙引起体积收缩，当再遇水或吸湿时又成为氢氧化钙体积膨胀,，从而使混凝土开裂。水化产物的脱水分解会引起强度下降，如水泥石与骨料的热膨胀系数相差太大，也会造成混凝土开裂、破坏。石灰岩类骨料在750以上会分解，石英在573时发生晶型转变体积明显膨胀，这些均会造成混凝上开裂破坏。耐火混凝土和耐热混凝上是由耐火胶凝材料（普通水泥、矿渣水泥、铝酸盐水泥、水玻璃、磷酸盐）、耐火粗、细骨料（安山岩、玄武岩、重矿渣、粘上砖、铝矾土熟料、铬铁矿、烧结镁砂等）、耐火粉料、水等组成。按胶凝材料的不同，分为以下几种。硅酸盐水泥耐火混凝土与耐热混凝土：极限使用温度为9001200。铝酸盐水泥耐火混凝土与耐热混凝土：极限使用温度为1300。水玻璃耐火混凝土与耐热混凝土：极限使用温度为,1200。磷酸盐耐火混凝土与磷酸盐耐热混凝土：极限使用温度为15001700。三、耐酸混凝土常用的耐酸混凝土为水玻璃耐酸混凝土。水玻璃耐酸混凝土是由水玻璃、氟硅酸钠促硬剂、耐酸粉料、耐酸粗、细骨料等配制而成。常用的耐酸粉料为石英粉、安山岩粉、辉绿岩粉、铸石粉、耐酸陶瓷粉等；常用的耐酸粗、细骨料为石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。水玻璃耐酸混凝土可抵抗除氢氟酸、300以上的磷酸、高级脂肪酸以外的所有无机酸和有机酸以及绝大多数的酸性气体。耐酸混凝土也可使用沥青、硫磺、合成树脂等来配制。,四、硅酸盐混凝土硅酸盐混凝土是由磨细硅质材料、石灰、石膏、水等材料，有时还加入适量的细骨料，经蒸汽养护或压蒸养护而得的人造石材。硅质材料中的氧化硅及少量的氧化铝在高温下与石灰和石膏发生水化，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙及水化硫铝酸钙等，因而具有一定的强度。常用的硅质材料为粉煤灰、矿渣、硅质砂等。硅酸盐混凝土制品一般以所用的硅质材料来命名，如粉煤灰硅酸盐混凝土砖(简称粉煤灰砖)、矿渣硅酸盐混凝土砖(简称矿渣砖、灰砂硅酸盐混凝土砖(简称灰砂砖)等。密实硅酸盐混凝土的体积密度约为17001900kg/m3，强度为1020MPa，导热系数约为0.62W/(mK)，软化系数为0.600.85，抗冻性为F15。,灰砂砖的颜色较浅，呈白灰色，掺入耐碱矿物颜料后可制成彩色砖。硅酸盐混凝土砖及砌块的用途与烧结普通砖基本相同，但不宜用于有化学侵蚀或有流水作用的环境，也不宜用于受高温作用的环境。硅酸盐混凝土制品与砂浆的粘结力较低，只有烧结普通砖的l/41/2。五、流态混凝上与泵送混凝土流态混凝土是指坍落度为180220mm，同时还具有良好的粘聚性和保水性的混凝土。流态混凝土一般是在坍落度为80120mm的基准混凝土(未掺流化剂的混凝土)中掺入流化剂而获得，流化剂可采用同掺法或后掺法加入。泵送混凝土是指可用混凝土泵输送的混凝土。泵送混凝土的坍落度一般为90220mm。配制流态混凝土时，水泥用量不宜小于270kg/m3，,且应掺加适量的混凝土掺合料；最大粒径一般不宜超过37.5mm，粗、细骨料的级配必须合格，同时宜采用中砂，且小于0.30mm的细骨料含量应较高，一般情况下水泥与小于0.30mm的细骨料的总和不宜少于400450kg/m3(对应于最大粒径37.519mm)；混凝土的砂率应较一般混凝土高5%l0%。流态混凝土所用的流化剂属于高效减水剂。泵送混凝土应具有良好的粘聚性和保水性，在泵压力作用下也不应产生离析和泌水，否则将会堵塞混凝土输送管道。配制泵送混凝土时，须加入泵送剂。泵送剂属于减水剂或高效减水剂，为提高粘聚性和保水性，常掺入适量的引气剂或其它化学物质。流态混凝上的主要特点是流动性大，具有自流密实性，成型时不需振捣或只需很小的振捣力，可大大改善施工条件，减少劳动量，且施工效率高、工期短。,流态混凝土与泵送混凝土主要用于高层建筑、大型建筑等的基础、楼板、墙板及地下工程等。流态混凝土还特别适合用于配筋密列、混凝土浇注或振捣困难的部位。六、高强混凝土(HSC)C60以上的混凝土为高强混凝土。配制高强混凝土时，应选用质地坚实的粗、细骨料。粗骨料的最大粒径一般不宜大于19mm，当混凝土强度相对较低时，也可放宽到26.531.5mm，但当强度高于C70以上时，最大粒径必须小于19mrn，同时粗骨料的压碎指标必须小于10%。细骨料宜使用细度模数大于2.7的中砂。此外粗、细骨料的级配应合格，泥及其它杂质的含量应少，必要时须进行清洗。应使用不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，同时应掺加高效减水剂，且水泥用量不宜超过,550kg/m3。高于C70以上的高强混凝土或大流动性的高强混凝土，须掺加硅灰或其它掺合料。高强混凝土的水灰比须小于0.35，砂率应为30%35%，但泵送高强混凝土的砂率应适当增大。高强混凝土在成型后应立即覆盖或采取保湿措施。高强混凝土的拉压强比低，脆性大。高强混凝土的密实度很高，因而高强混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等耐久性均很高，其使用寿命大大超过一般的混凝土。高强混凝土主要用于高层、大跨、桥梁等建筑的混凝土结构以及薄壁混凝土结构、预制构件等。七、高性能混凝土(HPC)高性能混凝土目前还没有统一的定义，但高性能混凝土必须具有优良的尺寸稳定性（即混凝土在凝结硬化,过程中的沉降与塑性开裂要小，硬化后的干缩裂缝要少)、抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、气密性。高性能混凝土还应具有优良的和易性，其坍落度值一般应达到流态混凝土的要求，且不应产生离析、分层和泌水等现象，能保证或基本保证混凝土实现自密实。高性能混凝土的强度也应较高，一般认为应大于C30。高性能混凝土在配制时，必须掺加适当细度的掺合料，使其能填充于水泥颗粒间的细小空隙，以取得最大的密实度。高性能混凝土具有相当高的耐久性，其使用寿命可达100150年以上。高性能混凝土特别适合用于大型基础建设，如高速公路、桥梁、隧道、核电站以及诲洋工程与军事工程等。八、喷射混凝土喷射混凝土是利用压缩空气，将配制好的混凝土拌,合物通过管道高速喷射到受喷面(模板、旧建筑物等)上凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土一般须掺加速凝剂。喷射混凝土按喷射方式分为干喷法和湿喷法。干喷法是将混凝土干拌合物(水泥、砂、石)利用压缩空气输送至喷嘴处，在喷嘴处加水后喷出。速凝剂可干掺入干拌合物中或掺入水中。干喷法的设备简单，但喷射时空气中粉尘含量高，施工条件恶劣，且混凝土的喷射回弹率高。湿喷法是将混凝土拌合物利用压缩空气输送至喷嘴处，在喷嘴处加入掺有速凝剂的水后喷出。湿喷法的设备较为复杂，但喷射时空气中粉尘含量少，回弹率较小(5%10%)。喷射混凝土宜选用普通硅酸盐水泥，并选用级配好的粗、细骨料，粗骨料的最大粒径不应超过19mm(且应与喷射机管道内径相匹配)，细骨料应为中砂。为改善,工程、地下工程混凝土的性能还可掺加减水剂、引气剂等。喷射混凝土的抗压强度为2540MPa，抗拉强度为2.02.5MPa，与基层材料的粘结强度高，抗渗性高(0.7MPa以上)、抗冻性高(D200以上)。喷射混凝土主要用于隧道等的支护，坡边、坝堤等岩体工程的护面，薄壁与薄壳工程，修补与加固工程等。九、纤维混混凝土(FRC)纤维混凝土是指掺有纤维材料的混凝土，也称水泥基纤维复合材料。纤维均匀分布于混凝土中或按一定方式分布于混凝土中，从而起到提高混凝土的抗拉强度或冲击韧性的作用。常用的高弹性模量纤维有钢纤维、玻璃纤维、石棉等，高弹性模量纤维在混凝土中可起到提高混凝土抗拉强度、刚度及承担动荷载能力的作用。常用的低弹性模量纤维有尼龙纤维、聚丙烯纤维以及其它,合成纤维或植物纤维，低弹性模量纤维在混凝土中只起到提高混凝土韧性的作用和早期抗裂的作用。纤维的直径越小，与水泥石的粘结力越强，增强效果越好，故玻璃纤维和石棉(直径小于l0m)的增强效果远远高于钢纤维(直径约0.350.75mm)。玻璃纤维和钢纤维是最常用的两种纤维。短切纤维的长径比(纤维的长度与直径的比值)是一项重要参数，长径比太大不利于搅拌和成型，太小则不能充分发挥纤维的增强作用(易将纤维拔出)。玻璃纤维通常制成玻璃纤维网、布，使用时采则人工或机械铺设；或将玻璃纤维制成连续无捻纤维，使用时采用喷射法施工。玻璃纤维主要用于配制玻璃纤维水泥、砂浆(GFRC或GRC)，而较少用于配制玻璃纤维混凝土(GRC)。普通玻璃纤维的抗碱腐蚀能力差，因而在玻璃纤维水,泥中须使用抗碱玻璃纤维和低碱度的硫铝酸盐水泥。玻璃纤维水泥中纤维的体积掺量一般为4.5%5.0%，水灰比为0.50.6。玻璃纤维水泥的抗折破坏强度可达20MPa。玻璃纤维水泥主要用于护墙板、复合墙板的面板、波形瓦等。钢纤维混凝土(SFRC或SRC)，有时也使用钢纤维砂浆。长径比一般为6080，其体积掺量一般为1.0%2.0%。钢纤维混凝土的水泥用量一般为400500kg/m3，砂率般为45%60%，水灰比为0.400.55，为节约水泥和改善和易性应掺加减水剂和混凝土掺合料。钢纤维可使抗拉强度提高10%15%，抗压强度略有提高，使韧性大幅度提高，同时使混凝土的抗裂性、抗冻性等也有所