课件-土木工程材料-第3章

第第3 混凝土3.13.1原混凝原混凝土具有耐久性，耐水、耐火价格低廉，原材料储量丰富，分布很3.1述3.1述13.13.1混凝土混凝土混凝土根据表观密度根据用途(功能根据生产与施工方法普通混轻混重混(＞2600kg/m3)普通混凝道路混凝防水混凝耐热混凝耐酸混凝防辐射混凝土商品混泵送混喷射混碾压混挤压混压力灌浆混膨胀混凝预应力混装饰混凝土等离心混凝土3.1述3.1述其微结构由非匀质的三相组成，而每一相又包含非匀质的多其微结不是的而随时间断化；新成水化物以充l)耐久性能好，可使用几百性脆易裂，抗拉强度低，但可与钢材复合使用，弥补其不混凝土生产能耗较低 费用33.13.143.1述土木工程3.1述土木工程对混凝土的基本要53.23.2混凝土的组成材料与结本节知识架骨料、水泥、水、掺合料和化学外加骨料颗粒增强水泥石、颗粒分布、界种类、粗骨料、细骨料、基本要求及其化学外加剂、矿物掺合 2高混凝土的矿2高混凝土的矿物掺合化学外加11水 石 砂 100%凝结硬化22各组成材料的作水泥浆润润滑作用—与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动 2骨料的作2混混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的传力作降低水化廉价的填充材料，节省水泥用提供耐磨2223水的作2322各组成材料的作24外加剂24减水剂 减少拌和需水量，提高强度与抗渗引气剂 在混凝土中引起封闭气孔，提高抗冻粉煤3.2.23.2.21混凝土的宏观结骨料种类不一，形状与尺寸不薄弱过渡区(厚度约10～50μm)3.2.23.2.22混凝土的结构要2来源不同来源不同：碎石、卵石(砾石等径多面针片状表面粗表面光13.2.23.2.22水泥石相的结构要2氢3过氢3过过C-S- 过骨 过渡 水泥石本界界面相模ITZ路径和水泥的过3.2.2碎石：表面粗糙、碎石：表面粗糙、针片状多，需浆量大，界面粘结卵石(砾石)：表面光滑、针片状少，需浆量小，但界面粘结33.2.23.2.24理想的混凝土结4均匀：密实度最大或总孔隙率最小时，固体颗粒的总比表面积最界面致多物相、多孔性的堆积复杂而不均非固定而多3.2.33.2.33.2.33.2.311骨料可用于：水泥混凝土、沥青混合料 基础、铁路道渣如陶粒、煅烧

普通骨料：堆积密度在1520~1680kg/m3密度在轻骨料：堆积密度＜1120kg/m3密度在重骨料：堆积密度＞2080kg/m3密度在

如铁矿石、重3.2.33.2.33.2.33.2.3天然岩天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、卵石、碎人工骨料热加工骨料：膨胀页岩、膨胀蛭石等工业副产物：矿渣、铁渣、粉渣等再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎细骨料：粒径小于4.75mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、2普通骨料的种2碎碎3.2.33.2.3骨料的作用与基本骨骨料在混凝土中的作增强作用，传提供混凝土的体积稳定性 水泥石的收缩与徐骨料比水泥好的耐久性，可提高混凝土的长期性骨料的要有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性3.2.33.2.33影响混凝土行为的骨料特3密形强硬

13影响混凝土行为的骨料133.2.33.2.3骨料的密度、表观密度与堆积密测 可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密—大多数天然骨料的视密度为2.4~3.0测 砂、石的堆积密度一般用固定体积法测量1骨料的密度、表观密度与堆积密122岩石种平均密密度范玄武岩花岗岩砂岩角页岩石灰岩斑岩石英岩3.2.33.2.3骨料的粒径及其混凝 混凝土的水泥用新拌混凝土的和易混凝土的微指的是粗骨料指的是粗骨料公称粒级的上限—允许最大值3.2.33.2.31细度模数表征砂的1细度模数表征砂的粗细程度，可理解为质均粒径，由筛分法细度模数越大，骨料越粗，根据细度模数将砂分为细砂中砂粗砂（3.7~3.1）级配曲线表示不同粒径砂的颗粒搭配根据级配曲线分为三个区：Ⅰ、级配间接反映了砂颗粒的堆积密颗粒级配与细度模数的测砂子标准筛：9.504.752.361.180.600.300.15mm共七个孔500A。则：累计筛余Aiai（i然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线Mx=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100—3.2.33.2.30Ⅰ120Ⅰ120.151.152.153.154.155.156.157.158.15筛孔尺寸累计筛余量问题 3.2.33.2.32石子的颗粒级2要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成粒级的间断， 骨—％）粗骨空隙率55%粗+45%空隙率 骨骨3.2.33.2.3等径颗球形体颗粒等径颗球形体颗粒：没有菱角和边多面体颗粒：有菱角和边针状颗粒 长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍片状颗粒—厚度小于平均粒径的0.4倍表面粗是否有菱干净程度33.2.3骨料表面越粗糙，与水骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径3.2.33.2.3（混凝混凝（混凝混凝骨料混凝土骨料混凝土骨（水灰比越小，（水灰比越小，骨料粒径混凝土强度的影响越明显 骨料最大粒径 3.2.33.2.33骨料的含水状3完全干燥骨料表面 气干骨料表面完全不含水，而可能含小量饱和面干骨料的表面干燥而颗粒的孔隙含水饱和，此时的含水湿润吸水有效吸水表面含水不含 ＜有效含水不含 ＜有效含水 ＝有效含水 ＞有效含水含水状态：完全干 气 饱和面 含水湿4完完全干 气 饱和面 含水湿3.2.33.2.3骨料含水量的影 5骨料的有害杂5活性针片状颗粒等引起碱－骨料反应等含泥量很大的3.2.33.2.3碱－骨料反泥中的Na＋、K＋等碱金属离子间的泥中的Na＋、K＋等碱金属离子间的形应产生的碱－硅酸盐凝胶吸水后体积膨胀、K2O)；0%水泥中的含碱骨料中含有活性砂浆棒法，膨胀率

碱－硅酸盐6骨料的坚固性与63.2.33.2.31砂子1砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力5(NaO41H2)砂 2石子的强度与坚2用505050mm3的立方体(或5050mm的圆柱体岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度压碎指标 将气干状态下10~0mm的石子，按一定方法装特制的圆柱筒内，在s内加荷至N，卸荷后称取试样质量（G），然后用孔径为m的筛进行筛分，称取试样可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固性3.2.33.2.3一般要求骨料强度>1.5倍（1.2~1.7）的PPPP44一些岩石的力学性6.0~0.11~5~砂6.0~0.07~82.0~~40.19~50.25~3.2.33.2.3混凝土用砂的技术 (GB/T14684-2001)的要求8%~10%表观密度应大于2500kg/m3，堆积密度应大于 5混凝土用石子的技术5最最大粒径Dmax要求中等强度的混凝土的最大粒径应高等级混凝土应25mm对于钢筋混凝土，Dmax结构断面尺寸的1/4、板厚的1/2，或钢颗粒级配符合JGJ53-92规定有害杂质含量应符合表4-43.2.33.2.3粗骨料最大粒径的选Dmax Dmax(mm 3.2.43.2.4混凝土用水的要3.23.2混凝土的组成材料与结水泥品种的选工程性质及所处的环境施工条件混凝土的强度等级3.2.53.2.5Admixturesfor学学3.2.53.2.5基本概种类——矿物外加剂：掺加量在水泥质量5%以上的称为掺和化学外加剂：掺加量在水泥质量5%以下的称为外加为什么要使用外用水量与良好和易性间施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要耐久性对低连通孔隙率的要改善混凝土拌合物的和易性加快或延缓凝结时间控制强度增长节约水泥用量，降低成减少放热速度，控制温3.2.53.2.5混凝土化学外加剂的氯化钙(促凝剂)的专水密性外加(发泡剂萘磺酸缩合物(碱水剂引气早强剂与缓木质磺酸盐(碱水剂消泡冰点降密胺树脂(碱水剂聚丙烯酸(碱水剂聚羧酸脂(碱水剂21种21有机质——表面活性物无机质——电解质盐类化改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等 剂、消泡剂等3.2.53.2.5Water减水剂减水剂——功能上能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或二者都具备又不改变含气量的组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性减水效普通减水剂(也称塑化高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticizer)复合功早强减水缓凝减水引气减水亲水基：如：－SO3、亲水基：如：－SO3、－COO、－NH3+等离子基团；醚基或碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基木质素磺酸盐的重复结构单13.2.53.2.51减水剂的组成与分子结构1蜜蜜胺磺酸萘系磺酸胺基聚羧酸磺酸聚羧酸（醚基）新一代超塑化剂——聚羧酸型减水223.2.53.2.5减水剂的物理化学特减水剂分子在水泥颗粒表面的吸在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(比)，提高混凝土强度和抗渗性在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥减水剂掺量(水泥质33.2.53.2.54减水剂的作用机4水具有高表面张力(氢键分子结构水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸粒相互排斥，打破了絮凝结构，其包含的水，改善分散由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层接触，絮凝结构的形成。减水剂的润湿、分散、润滑和塑化絮絮 问问题1)由于水泥颗粒及其与水之间的相互吸力，导致水泥颗粒在水中分散 水泥颗粒表面带 荷，相互间的静电斥力使水泥颗粒易于分水泥颗粒易于湿润，自动粘聚能力减弱，塑化能力增3.2.53.2.53.2.54减水剂的品种及其应4主要品木质素磺酸盐(木钙负作用：引进气泡多而羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等负作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气多元醇(如糖钙等)副作用：缓凝但不影响含气特点一般含有杂质减水率较小，约有一些副作用3.2.53.2.54减水剂的品种及其应4High-rangeWater-特点具有较高的分子量，纯度较减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高负作用种类改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素磺化密胺缩合树脂，一般是钠磺化萘 缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯，聚高效减水剂的作3.2.53.2.55在保持用水量不变的情况5在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大10~1515~40%在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥混凝土的渗水性可降低可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂不同减水剂的减水木质磺密胺树萘磺酸聚丙烯聚羧酸6减水剂使用中的几个注意的问6减减水剂—“相容性好表现为减水率大、坍落度损失小，拌合物和易性良一般来说，C3A含量高的水泥与减水剂的相容性较差，当水泥的用含碱量大、放热量大的水泥时，通常相容性较差相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评3.2.53.2.5水泥—高效减水剂相容性及其水泥减水剂相容 水泥—高效减水剂相容性及其检 水泥与减水剂相容性 水泥与减水剂相容性不 3.2.53.2.57解决问题的方7当水泥确定后，通过水泥浆流动度或混凝土拌合物坍落度，选择合适的减水减水剂确定后，通过水泥浆流动度或混凝土拌合物坍落度，选择合适的水后掺法与多次添加法载体流化剂与缓凝剂复合使用超剂量添加开发新系列高效减水剂能在混凝土能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡(0.01~2mm)，并在硬化后仍能稳定存在的外加组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性可溶于水33.2.53.2.51引气机1搅搅拌水可产生气泡，但很 ，为什么水的表面张力较大，气泡不稳水中加入引气剂水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多2引气剂的作用效23.2.53.2.52引气剂的作用效23常用引气剂及其3松香热松香皂烷基苯磺酸钠脂肪酸硫酸钠其用量一般为水泥质量的引气剂与水泥的相容温度与压松香3.2.53.2.5答：不能4调节混凝土凝结时间的外加4能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期强度，而对后期强度响的外加剂称为早强主要成分有氯化物：氯化钙、氯化钠硫酸盐：石膏、硫三乙醇胺以及复合早强剂主要成分有：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸能使水泥混凝土急速凝结硬化(1~5min内初凝，2~10min内终凝)的外等主要成分有：水溶性铝酸盐、纯碱、碳酸钠，碱金属硅酸盐能延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后期强度无显著影响的主要成分：糖蜜、酒石酸、柠檬酸、硼酸盐、锌酸1调节凝结时间的外加剂种3.2.5调节凝结时间的外加剂作Ⅳ:碳氢链上带有极性基团的表Ⅴ:甲酸盐和三乙醇3.2.53.2.52早强剂的作用机2通过同离子效应，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快通过同离子效应，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快形成结晶性很好、化学结合水量较大、且有一定膨胀性的不溶性复合盐水化物晶体，如氯铝酸钙、硫铝酸钙水化物，降低了孔隙率、提高了水泥浆体的碱性，使水泥矿物的水化速度加快，如三乙醇3速凝剂的作用机3C3A迅速3.2.53.2.54缓凝剂的作用机4面，面，活性点，阻碍水泥的3.2.6混凝土矿物外加剂3.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料混凝混凝土中为什么要使用矿物掺合料3.2.63.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料1矿物外加剂(掺合料)的主要种1煤粉在锅炉中燃烧后的灰高炉炼铁排出的废渣，经粉磨后使用硅生产硅铁合金排出的烟气冷凝形成微细的将石灰石骨料开采时的碎屑磨成氧化 粉煤 磨细矿 硅 水低高9259814241314密粒径比表面3.2.63.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料电收尘-+粉煤锅电收尘-+粉煤锅煤炉底磨细高炉矿渣的熔融矿钢熔融矿钢水球磨3.2.63.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料硅灰的生冷凝硅加冷凝硅加2矿物外加剂在混凝土中的2活性成分SiO2、Al2O3与 2的火山灰反减少胶凝材料中熟料矿物和水泥石中 2的含3.2.63.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料粉煤硅灰等价球体直径硅酸盐水龄不同养护条件下混凝土强度发+75%3.2.63.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料硅粉的特性与应 3.2.63.2.6混凝土矿物外加剂(掺合料水泥石、骨料和界面，它们均含有尺寸不一的孔隙3.2混凝土的组成材料与结第三章混凝土第三章混凝土3.3PropertiesofFresh3.33.3本节知识架112混凝土拌合物的和易流变行和易性的概测试方影响因混凝土拌合物的凝结3.33.3新拌混凝土的性 硬化混凝土的性混凝混凝土拌和物的和易性硬化混凝土强度弹性模量 3.33.3混凝土拌合物的和流动性，便于浇灌与填充模具均匀性，骨料在水泥浆中分布均匀，水泥颗粒在水中分布保水性，水不泌出、离析良能的标志 中不易分层离析浇灌时容易捣实或自密实成型后表面容易修正粗细骨料粗细骨料体积占水泥浆体积的水泥颗粒占水占 =y+切（）tan1流动性 粘聚性反映混凝土拌合物的抗离析、分层的性能保水性指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力3232混凝土拌合物应能在自重或施工机械振捣作用 用取于屈服剪切应力较大，拌合物黏聚性较和易性的测定与塑性混凝土的流动性用坍落度或坍落扩展度表干硬性混凝土用为维勃稠度表示1坍落度试验Slump1采用标准圆锥每一层用捣棒插捣25用灰刀将表垂直提起圆锥筒，拌和物将量出坍落的毫米数—坍落坍坍落度 直验坍落扩坍坍落度坍落度试验步 装第1层并插捣25 装第2层并插捣25 装第3层并插捣25抹平表 提起圆锥 测量坍落高坍落度坍落度测量结果与评坍落度原则：根据施工方法、结构条件和制品要求，并参考经验资原则：根据施工方法、结构条件和制品要求，并参考经验资料进行选择，在满足施工和结构条件的情况下，尽量选用较施工工

坍落度030~100~>透明圆244A、坍落度反映了拌合物在自重力作用下的流动答：维勃稠度法适用于Dmax小于40mm5~30s之间的混凝土拌和物稠度的测影响和易性的主要用水外加基本原拌合物中：骨料的表观密度＞水泥浆的表观密度，若骨料向下的＜颗粒间内摩阻力时，则可避免骨料下沉内摩阻力与水泥浆的粘度、骨料的表面状态和水泥浆用量有关拌合物中的水分为水和颗粒表面吸附水，水的多少取决于用1水泥浆与骨料的相对用量的影1水泥浆在骨料的表面，在骨料间起润滑作用产生滚水泥浆与骨料相对用量的

高水泥浆用量时的滚初初始高坍落问题水水泥浆用量越多越好吗解答NO；增加水泥浆用量，就增加了骨料表 2水泥浆的塑性(稠度)的影2水灰比的大小反映水泥浆的稀稠程度(稠度)水泥品种与细度水泥品种不同，水泥颗粒的密度不同，当水泥用量相时，密度较大的水泥，其同样质量的水泥颗粒的数量较水泥颗粒的细度越大，则同样质量的水泥的总表面积越当水灰比相同时，水泥颗粒的总表面积越大，则水泥稠度越大，塑性越差。从而影响混凝土拌和物的和易性。水泥品种与细度的影 普通硅酸盐水泥流动性好，密度较大 水性和粘聚性均较好3骨料级配、砂率与最大粒径的影3基基本原面积越大，水泥浆中的水越少，从而导致水泥浆稠度增加，坍骨料的总表面积与粗骨料的最大粒径Dax与级配、细骨料占骨料总量的百分比——砂率有关，Da所需量有很大的影响1最大粒径1骨料粒径与表面积的关粒径体积表面积11168111单粒表面积=1×1×6=6

0.51

总表面面总表面面面面积=6 2 砂率( 试验表明：水灰比与用水量一定时，拌和物坍落度先随砂率增2骨料颗粒级配的2 卵碎卵碎 卵 碎为为什么存在一个合理含砂砂率的大小影响了拌合物中骨料的总表面积和空隙性、保水性均较差砂率砂率对骨料堆积空隙率的影合理砂率的选用粗粗骨料的Dmax4骨料颗粒表面特征与形状的影4在水泥浆用量相同时，前者拌制的混凝土拌和物坍落度大于后当坍落度或维勃稠度相同时，前者拌制的混凝土拌和物所需多菱角粗糙表面多菱角粗糙表面的颗——碎 量——单 量——单位用水量，它确定用水量(kg/m5混度用3 初 水量对混凝土拌合物初始坍落度的影 基本理恒恒定用水量法则当粗、细骨料的种类和比例一定时恒定恒定用水量法则有何实际应用解答拌和后时间4拌拌和后时间4拌和后时间4水泥水细小水化物固体颗粒不断 坍落度损水泥水细