混凝土原材料及配合比-文档资料

1,混凝土原材料及施工配合比工程局2008年项目总工程师及项目后备总工程师资格培训材料水电三局勘测设计研究院:谢凯军,2,介绍内容（一）,1混凝土原材料简介1.1水泥1.2掺合料1.3砂石骨料1.4混凝土外加剂1.5水,3,介绍内容（二）,2混凝土配合比设计要点2.1混凝土单位用水量的确定2.2混凝土含砂率2.3混凝土配合计算方法2.4混凝土配合比的应用及调整2.5混凝土的性能试验2.6混凝土配合比设计及试验应注意的问题,4,介绍内容（三）,3高性能混凝土简介3.1何谓高性能混凝土3.2混凝土环境作用类别3.3高性能混凝土主要性能3.4高性能混凝土的施工,5,1混凝土原材料简介,1.1水泥水工混凝土常用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、中热和低热矿渣硅酸盐水泥等，此外还有快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、铝酸盐水泥、膨胀水泥等（P1表3-1）。当混凝土骨料中含有碱活性骨料时，应采用低碱水泥（如中、低热水泥等）。水泥中矿物成份的及其特性见表1-1；水泥熟料的化学成分及特点见表1-2；水工混凝土常用水泥的适用范围见表1-3。为了加快工程施工，防止大体积混凝土产生裂缝，国内工程上采用了硫酸盐型的低热微膨胀水泥和MgO型的的延迟性膨胀水泥。,6,表1-1水泥矿物成份及其特性,7,表1-2水泥熟料的化学成分及作用特点,8,表1-3常用水泥的适用范围,9,水泥选择应注意的问题,水泥中的MgO含量不得超过5.0%，经压蒸合格后可以放宽到6.0%。无论外掺和内含均按此要求限定。水泥中的SO3含量不得超过3.5%，SO3含量对水泥的强度有较大的影响，每种水泥SO3合适的量有一定差异，一般来说中热水泥由于其C3A含量较低(6%)，其SO3合适的量要偏低一些，以三峡中使用的石门中热525#水泥为例，其SO3合适的量在2.5%左右。从水泥成本角度考虑：有特殊要求的水泥售价较高，在同强度等级水泥中，中热硅酸盐水泥价格较普通硅酸盐水泥高，如工程混凝土无其它特殊要求，应尽量选择价格较低的水泥。,10,水泥的等级,（见P3表3-3）。水泥是混凝土中水化热的主要来源，如果没有特殊的原因（如堵漏、抢险等）尽量不选用早强型水泥，避免因早期发热量高而使用混凝土产生过多的裂缝。水工混凝土工程量巨大，技术要求高，水泥用量大且集中，选择水泥时需要从技术、经济和管理上综合进行考虑，要求厂家尽量固定，水泥品种和强度等级尽可能单一。,11,1.2掺和料为了改善混凝土性能、减少水泥用量及降低水化热而掺入混凝土中的活性或惰性材料称为掺合料。掺合料分活性和非活性两大类。活性掺合料以氧化硅、氧化铝为主要活性成份，本身不具有或只有极低的胶凝特性，但在常温下能与水泥水化产物氢氧化钙生成胶凝性水化物，并在空气中或水中硬化。非活性掺合料是不具有活性或活性极低的人工或天然的矿物材料。掺合料品种和掺量选择，应根据当地的资源条件、混凝土技术要求等通过试验论证确定。,12,在我国水工混凝土施工中常用的掺合料有：粉煤灰、矿渣、火山灰质材料、硅粉和岩石粉等。粉煤灰：是从燃煤火电厂锅炉烟道中收集的粉尘，是一种人工火山灰质材料，具有火山灰活性。粉煤灰混凝土的早期强度较低，后期强度增长率高。利用粉煤灰混凝土后期强度可以充分发挥粉煤灰的活性效应。用于水泥和混凝土中的粉煤灰技术要求见表1-4。粒化高炉矿渣粉：凡在高炉冶炼生铁时，所得到硅酸钙与铝酸钙为主要成份的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣，简称矿渣。其主要化学成份是CaO、SiO2和Al2O3，占总量的90%以上。矿渣粉能优化混凝土孔结构，提高抗渗性能，降低氯离子扩散速度，减少体系内的Ca(OH)2，抑制碱骨料,13,反应，提高抗硫酸盐腐蚀能力，使混凝土耐久性得到较大改善。大掺量矿渣粉可降低混凝土水化热峰值延迟温峰发生时间。火山灰质掺合料:凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成份的矿物质材料，本身磨细加水拌和并不硬化，但与气硬性石灰混合后，再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者，称为火山灰质掺合料。硅粉:硅粉亦称硅灰，是从冶炼硅铁和其他硅金属工厂的废烟气中经收尘装置收集而得的粉尘。硅粉的颗粒极细，是水泥粒径的1/501/100，其主要成份是二氧化硅。硅粉掺入混凝土中，能改善新拌混凝土的泌水性和粘聚性，大幅度提高混凝土的强度及抗渗、抗冲磨、抗空蚀等性能。还具有抑制碱骨料反应和防止钢,14,筋锈蚀的作用。硅粉还可以减少混凝土硬化过程中的发热量。硅粉活性很高，与高效减水剂联合使用时，可显著提高混凝土抗压强度。水工混凝土对硅粉的技术要求见表1-5。表1-5水工混凝土用硅粉品质指标,15,表1-4拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求,16,1.3砂石骨料,混凝土中的砂石骨料约占混凝土总体积的80%左右，骨料的物理力学性能、级配组合和成份直接或间接影响着混凝土的性能。在水工混凝土中选择砂石骨料必须质地坚硬、致密、耐久、无裂缝，骨料中不应含有大量的粘土、淤泥、粉屑、碎末及有机物或其他有害杂质。在大体积混凝土工程中，选择骨料时，除考虑软弱颗粒含量外，也要考虑骨料的弹性性质，总之选择水工混凝土砂石骨料时，应选择既能提高抗裂能力又能满足强度、抗冻、耐腐以及抗风化等性能的骨料，需进行技术经济综合考虑。砂的见表1-3.1、颗粒级配见表1-3.2，粗骨料的质量要求见表1-3.3。,17,表1-3.1细骨料（砂）质量要求,18,表1-3.2砂子颗粒级配区,19,表1-3.3粗骨料的质量要求,20,骨料的强度要求,粗骨料的强度要求采用直径与高均为50mm的圆柱体或长、宽、高均为50mm的立方体岩石样品进行试验。在水饱和状态下，其抗压强度不应小于45MPa，与混凝土抗压强度之比不应小于1.5倍。用压碎指标控制时，应符合表3-14要求。,21,碎石或卵石压碎指标与混凝土强度等级的关系,22,骨料的选择,在一般情况下，骨料的强度越高、性模量越高，而骨料的弹性模量越高，则用这种骨料制成的混凝土弹性模量也越高；选择水工混凝土骨料时，不能认为强度越高越好。骨料的选择原则如下：（1）砂石料以就地取材为原则，用人工骨料应进行技术经济比较后选定。（2）应充分利用基坑或地下开挖出来的弃渣加工骨料。天然骨料中的超径部分，也可以破碎后利用。（3）在施工条件许可的情况下，粗骨料的最大粒径应尽量采用较大值，以节约胶凝材料用量。（4）在选择骨料级配时，应尽可能减少弃料。为满足骨料级配要求，卵石亦可破碎后使用。,23,选择骨料应注意的问题,骨料品种对混凝土单位用水量有显著性影响，用水量由低到高依次为：天然骨料-灰岩人工骨料砂岩人工骨料-角砾岩人工骨料-花岗岩人工骨料。碱-碳酸盐反应“ACR”主要是指混凝土中的碱与含白云石的石灰岩的骨料反应，由于白云石含粘土，碱离子通过包裹在细小白云石外的粘土渗入白云石颗粒，使之产生去白云石化反应，反应产物不能通过粘土向外扩散，而使骨料膨胀，导致混凝土开裂。根据水工混凝土试验规程的有关规定，采用“岩石柱法”进行检验。,24,碱-硅反应“ASR”是指混凝土中的碱与骨料中的活性二氧化硅，如微晶质、隐晶质、玻璃质和应变的石英及玉隧等发生反应，生成碱的硅酸盐凝胶，吸水后体积膨胀，导致混凝土开裂。由于ASR和ACR是不同类型的膨胀反应，故检验方法也不同，水工混凝土试验规程中采用“砂浆长度法”和“压蒸快速法”等方法来进行检验碱-活性骨料反应，如碱-硅反应，是活性二氧化硅与碱之间的反应，活性二氧化硅消耗着液相中的碱离子，把分散的能量集中于局部（活性颗粒表面），导致局部混凝土承受了很大的膨胀力，引起局域毁坏和开裂。,25,根据这个原理，将活性二氧化硅粉碎成微粒，均匀散布与整体的各个部位，将有限的局部化解成无限多的活性中心，每一个中心都能参与化学反应而消耗碱，能量只能分布而不能集中于局部，化解了能量，从而拟制碱-活性骨料反应。凡在混凝土中具有二次水化反应的活性混合材，如高炉水淬粉磨矿渣、粉煤灰和天然火山灰材料等，均有很好的拟制碱-活性骨料反应的效能。混凝土外加剂为阴离子表面活性剂，外加剂的拟制效能体现在均匀分散水泥颗粒，使水泥一次水化反应产生的碱离子均匀分布，从而分散了能量。,26,碱-活性骨料反应是化学反应矛盾的两个侧面，当骨料的选择被局限时，控制水泥含碱量和混凝土总碱量就成为防止碱-活性骨料反应是有效的措施之一。采用中热水泥，控制水泥含碱量以Na2O当量（Na2O0.658K2O）0.6%。由于水泥的含碱量不是混凝土总碱量的唯一来源，所以还应控制含钠盐的减水剂和其他来源的碱含量。国际和国内工程对混凝土总碱量控制标准如下：对于一般活性的岩石和一般混凝土工程，混凝土总碱量3.0kg(Na2O当量)m3；对于高活性的岩石和重要混凝土工程，混凝土总碱量2.0kg(Na2O当量)m3。三峡工程对于含有活性骨料的天然骨料，控制混凝土总碱量2.0kg(Na22O当量)m3；对于非活性的花岗岩人工骨料，控制混凝土总碱量2.5kg(Na2O当量)m3。,27,1.4外加剂,在混凝土拌和过程中掺入的，并能按要求改善混凝土性能的，一般掺量不超过水泥重量2%（特殊情况除外）的材料称为混凝土外加剂。在混凝土中合理的掺加一定量的外加剂，可达到提高混凝土早期或各龄期强度，改善施工操作条件，延缓或降低水化热，调节凝结时间，改善泵送性，节约水泥用量和节能等。外加剂按功能与作用可分为：(1)减水剂：它可以改善混凝土拌和物流动性或减少用水量。(2)引气剂：它可调节或增加混凝土含气量。,28,(3)调凝剂：它可调节混凝土凝结时间。(4)增强剂：调节混凝土在不同温度下的硬化速度及强度增长速度。(5)特性剂：调节混凝土某些特定性能。(6)泵送剂：改善混凝土拌和物泵送性能。常用外加剂混凝土性能要求见表1-4.1。外加剂选择结果根据技术经济效益综合比较确定：技术经济效益系数K=（减水率抗压强度比）/（减水剂掺量掺量）同类减水剂K系数值越大，说明技术经济效益越好。,29,表1-4.1常用外加剂混凝土性能要求,30,外加剂的匀质性指标外加剂的匀质性指标要求表,31,1.5水,凡符合国家标准的生活饮用水，均可以拌制和养护混凝土。未经处理的工业污水和生活污水不得用于拌制和养护混凝土。地表水、地下水和其他类型的水，在首次用于拌制和养护混凝土时，须经检验合格方可使用。拌和用水对混凝土（砂浆）的物理力学性能的影响及水中有害物质的含量控制见表1-5.1。,32,表1-5.1物质含量限值,33,根据骨料品种、粒径、砂率、外加剂的品种及掺量、是否掺用掺合料、及施工要求的坍落度及和易性等选择每m3混凝土的用水量，一般可根据本单位对所用材料的使用经验选用。也可参照表2-1.1和表2-1.2选用，最后通过试验确定。表2-1.1混凝土单位用水量参考表,2.混凝土配合比设计要点2-1混凝土单位用水量的确定:,34,2-2混凝土含砂率砂率是细骨料在粗、细骨料的实体积中所占的百分率。在砂子与石子的表观密度相近时，常以砂与石子,表2-1.2原材料或其他条件变化后的调整参考值,35,的质量来代替实体积求砂率。优质混凝土要求砂率是既能使混凝土拌和物具有较好的粘聚性及流动性，满足施工和易性要求，又使每m3混凝土用水量最小。砂率的选择应通过试拌确定。2-3混凝土配合比计算方法（1）混凝土配制强度的确定+.S（2）确定水灰比（3）确定用水量（4）计算水泥用量（5）确定砂率（6）计算砂石用量当混凝土配合比的三个参数确定后，便可进行混凝土的,36,初步计算，计算方法有“假定容重法”和“绝对体积法”两种方法：假定容重法：,绝对体积法：,37,2.4混凝土配合比的应用及调整用假定容重法或绝对体积法计算出材料的用量后，并不说明混凝土的配合比已确定，还要进行混凝土试拌。以调整混凝土的用水量及砂率，测定混凝土的容重，调整混凝土中各材料的用量，然后再根据按该配比制做的试件的性能测试结果来确定混凝土的实际配合比。2.5混凝土的性能试验由设计计算并完成试配调整的混凝土配合比，能否满足要求，即该配合比能否作为最终的设计配合比，还需根据按该配合比制做的试件的性能测试结果来判定。混凝土性能试验包括：混凝土拌合物性能试验、混凝土力学性能试验、混凝土耐久性试验等。,38,(1)混凝土拌和物的性能：主要是和易性，它是一项综合的技术性质，具有流动性、粘聚性、保水性三方面的涵义。(2)混凝土的物理力学性能:抗压强度试验、抗拉强度试验、静力弹性模量试验、抗折强度试验。(3)混凝土的耐久性和变形性能试验主要包括：抗冻性试验、冻弹性模量试验、抗渗性试验、收缩试验、受压徐变试验、碳化试验、混凝土中钢筋锈蚀和抗压疲劳强度试验等。2.6混凝土配合比设计及试验应注意的问题(1)设计混凝土配合比要选择合格的原材料。(2)混凝土和易性要好,这是便于施工确保工程浇筑质量的重要条件。,39,(3)要具有工程结构设计或施工进度所要求的强度。(4)选择最小单位用水量。(5)最大石子粒径。(6)最多石子用量。(7)最佳骨料级配组合。(8)经济合理地选择水泥品种和强度等级，优先考虑采用优质、经济的粉煤灰掺和料和外加剂从而节约水泥，降低成本。,40,含气量对混凝土性能的影响,含气量对混凝土施工和易性的影响；含气量对混凝土耐久性的影响：一般使用优质的引气剂后，混凝土中的气泡呈球型，直径多在20200m，国内外资料都认为气泡间距系数L250m时，混凝土具有良好的抗冻性能。获得合适含气量的途径：1、合格的引气剂；2、合适的掺量；3、减水剂和引气剂的很好配合；4、掺和料的种类；5、拌和用水等等。,41,使用引气剂提高混凝土抗冻性能的原因,在混凝土中掺用适量的优质引气剂，当混凝土含气量合适时可有效地提高混凝土的抗冻耐久性能，这是因为：(1)含气量中直径和间距系数合适的气泡的混凝土施工和易性好，可以使混凝土达到较好的施工密实度；(2)在混凝土中含气量每增加1%，混凝土强度降低810%，但随着混凝土含气量的增大，其单位用水量有所降低，在保持用水量和坍落度不变的条件下，混凝土强度降低值可以适当减小；(3)微气泡能阻断混凝土中的毛细孔隙，相应阻断了混凝土中的渗透通道；(4)适宜的含气量可减小混凝土冻融产生的应力，从而根本提高混凝土的抗冻耐久性能。,42,3高性能混凝土简介,3.1何谓高性能混凝土？20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。1990年5月，在美国马里兰州Gaithersburg城由NIST和ACI主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。,43,高速