水泥混凝土和建筑砂浆

第四章水泥混凝土和建筑砂浆第四章水泥混凝土和建筑砂浆水泥混凝土：水泥、水组成水泥浆体〔粘结介质〕，将粗、细集料胶结成为一个整体化学外加剂、矿物掺合料〔粉煤灰、矿渣粉〕水泥和矿物掺合料统称为胶凝材料水泥混凝土的特点：料源丰富、可塑性好、本钱低廉脆性可与钢筋协同作用，组成钢筋混凝土1.按表观密度分类〔1〕轻混凝土：减轻结构自重〔2〕普通混凝土：约2400kg/m³，最常用〔3〕重混凝土：防辐射2.按抗压强度分类〔1〕低强度等级〔2〕中强度等级：C30~C60〔3〕高强度等级3.按工作性分类〔1〕干硬性：〔2〕常态：坍落度值10~100mm〔3〕流态：4.按施工方法分类〔1〕泵送混凝土：〔2〕碾压混凝土：〔3〕喷射混凝土：〔4〕灌浆混凝土：第一节普通混凝土的组成1.水泥〔胶结材料〕〔1〕品种大体积混凝土：P·S、P·P、P·F快硬混凝土：P·Ⅰ〔P·Ⅱ〕高强混凝土：P·Ⅰ〔P·Ⅱ〕〔2〕强度水泥的强度等级要与混凝土的强度等级相适应〔P·O42.5〕C30混凝土路面优先选用早强型水泥2.细集料〔1〕级配、细度模数混凝土用砂石材料：小的空隙率〔大的密实度〕和小的比外表积1〕级配Ⅰ区：较粗；大砂率Ⅱ区：Ⅲ区：较细；小砂率2〕细度模数Mx细度模数只反映全部颗粒的平均粗细程度，而不能反映颗粒的级配情况。应同时考虑级配和细度模数两个指标〔2〕天然砂的含泥量、泥块含量含泥量：小于0.075mm泥块：大于1.18mm小于0.6mm〔3〕人工砂的石粉含量石粉含量：小于0.075mm的颗粒含量〔与泥不同〕〔4〕巩固性〔5〕有害物质含量阻碍水泥水化、降低集料与水泥石粘结性、与水泥水化产物产生不良化学反响①云母含量②轻物质含量③硫化物及硫酸盐含量④有机物含量〔6〕碱活性〔7〕氯离子含量〔8〕海砂中贝壳含量3.粗集料1〕强度：岩石抗压强度、粗集料压碎值2〕巩固性饱和硫酸钠溶液3〕级配连续级配：工作性好，不离析，水泥用量大、常用间断级配：空隙率低，节省水泥，容易离析4〕最大粒径、公称最大粒径最大粒径：100％完全通过的最小筛孔公称最大粒径：可以100％完全通过，也允许有少量筛余〔筛余量不超过10％〕，通常公称最大粒径比最大粒径要小一粒径。尽量增大最大粒径5〕含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量6〕硫化物、硫酸盐7〕碱活性4.拌和用水海水只允许用来拌素混凝土5.矿物掺合料1〕粉煤灰2〕粒化高炉矿渣粉3〕硅灰6.外加剂第二节水泥混凝土的技术性质及检验技术性质工艺性质：混凝土拌和物的和易性力学性质耐久性强度变形硬化混凝土一、混凝土拌和物的和易性混凝土拌和物：混凝土凝结硬化之前新拌混凝土1、和易性：综合性质工作性指砼拌和物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于搅拌、运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并获得质量均匀、密实的砼的性能流动性黏聚性保水性施工和易性相互矛盾相互矛盾2、稠度试验〔1〕坍落度、坍落扩展度试验坍落度〔精确至5mm〕、棍度、含砂情况观察粘聚性、保水性流动性〔2〕维勃稠度试验〔坍落度＜10mm的干硬性砼〕试验过程：开始振动透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间所经历的时间〔s〕2〕泌水及压力泌水试验①泌水试验②压力泌水试验衡量混凝土拌和物在压力状态下的泌水性能，关系到混凝土在泵送过程中是否会离析而堵泵3、影响混凝土拌和物和易性的因素内因：组成材料的质量及用量外因：环境条件、时间1〕单位用水量〔1m³混凝土中水的用量〕固定用水量定那么：在原材料品质确定的条件下，用水量一定，水泥用量增减50～100kg/m³，新拌混凝土的流动性〔坍落度〕根本保持不变和水泥水化反响润湿集料外表总外表积自由水：决定新拌混凝土工作性2〕胶浆数量和集浆比胶浆作用：填充空隙、包裹集料外表并略有充裕起润滑作用3〕水胶比W/B：水的质量/胶凝材料的质量水胶比的大小决定胶浆的稠度4〕砂率βs：砂的质量/砂石总质量空隙率总外表积〔1〕对流动性的影响水泥浆数量一定时：砂率越大→砂浆越多→润滑减阻作用越好→流动性越大但砂率过大→集料空隙率大、总外表积大→水泥浆数量缺乏→混凝土拌和物显得干稠、流动性减小坍落度砂率合理砂率〔2〕对黏聚性、保水性的影响〔3〕合理砂率：指砂子在填满石子间空隙后有一定的充裕量，能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减小粗集料〔石子〕间的摩阻力，使混凝土拌和物流动性到达最大值5〕原材料性质①水泥品种、细度、矿物组成、混合材料掺量②集料级配、颗粒形状、外表特征、粒径大小6〕外加剂最正确掺量7〕环境条件：温度、湿度、风速水泥水化率、水分蒸发率8〕时间坍落度损失：坍落度随时间的增长而逐渐减小4、改善混凝土拌和物和易性的措施〔1〕调整材料组成〔配合比〕〔2〕掺加外加剂：减水剂〔3〕加强振捣5、混凝土拌和物的工作性选择与水泥的凝结时间不同6、混凝土拌和物的其他性能试验1〕凝结时间试验初凝：加水→失去塑性所经历的时间终凝：加水→产生强度所经历的时间测定方法：从混凝土拌和物中筛出砂浆用贯入阻力法测定2〕泌水及压力泌水试验3〕混凝土的含气量：单位体积混凝土中空气的体积百分比二、硬化混凝土的强度1、砼的抗压强度标准值、强度等级1〕立方体抗压强度〔〕标准尺寸：边长为150mm的正立方体试件→标准养护：温度20±2℃，相对湿度95％以上→龄期：28d→抗压强度：三个试件的平均值作为代表值破坏荷载，N受压面积，mm²非标准尺寸：边长为100mm、200mm当用非标准尺寸试件时应乘以相应的换算系数，折算为相当于标准试件的强度。环箍效应摩阻效应2〕立方体抗压强度标准值按照标准方法制作和养护的边长为150mm的正立方体试件，在28d龄期时，用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中，具有不低于95％保证率的抗压强度值只是一组试件抗压强度的平均值许多试件按数理统计方法确定的3〕强度等级表示方法：“C〞＋“立方体抗压强度标准值〞某混凝土的立方体抗压强度标准值＝30MPaC15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14个强度等级在结构设计时，混凝土各种力学强度的标准值，均可由强度等级换算出，所以强度等级是混凝土各种力学强度值的根底。C30

强度等级＝C＋立方体抗压强度标准值〔MPa〕C30～立方体抗压强度标准值为30MPa，亦即用该混凝土制作的立方体试件抗压强度≥30MPa的概率在95％以上2、轴心抗压强度〔〕试件尺寸：150mm×150mm×300mm混凝土试件的受力状态更接近其在结构中的承压状态3、劈裂抗拉强度〔〕混凝土是一种脆性材料，抗拉强度很小，仅为抗压强度的1/20～1/104、抗弯拉强度：抗折强度〔〕4、影响硬化后混凝土强度的因素内因：组成材料的质量和用量外因：龄期、养护、试验条件〔1〕胶凝材料的强度

砼强度主要取决于水泥石〔硬化水泥浆体〕的质量，水泥石的质量又取决于水泥的特性和水胶比。

配合比相同时，水泥的强度等级越高，那么砼的强度越高。

〔2〕水胶比

〔2〕水胶比

反比关系

例题某混凝土所用水泥实际强度36.4MPa，水灰比为0.45，碎石。估算该混凝土28d强度值。解：

W/C=0.45，C/W=1/0.45=2.22

碎石：αa=0.53，αb=0.20

代入强度公式有：fcu,0=0.53×36.4×(2.22－0.20)=39.0MPa

〔3〕集料特性〔强度、形状、外表特征〕砼破坏形式：①集料强度＞水泥石强度时，集料与水泥石的胶结面破坏②集料强度＜水泥石强度时，集料本身破坏普通混凝土高强混凝土2〕养护条件〔温度、湿度〕和龄期

3〕试验条件①试件的形状、尺寸立方体试件整体受“环箍效应〞的影响。棱柱体试件中间未受影响，所测强度相对较低。②加载速度：加荷速度越大，测得的强度值也越大5、提高砼强度的措施1〕选用高强度水泥和早强型水泥2〕采用低水胶比和浆集比3〕掺加砼外加剂和矿物掺合料4〕采用湿热处理〔蒸汽或蒸压养护〕5〕采用机械搅拌和振捣三、混凝土的变形砼变形荷载作用下的变形非荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形化学减缩温度变形干缩湿胀1、短期荷载作用下的变形〔弹塑性变形〕弹性变形塑性变形2、长期荷载作用下的变形〔徐变、蠕变〕3、化学减缩水泥水化产物的固体体积小于水化前反响物〔水和水泥〕的总体积4、温度变形〔热胀冷缩〕减少大体积砼温度变形5、干缩湿胀6、收缩试验四、耐久性砼在长期使用过程中，抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏，而保持其原有性能不变的能力。环境外部因素：①酸、碱、盐腐蚀；②冰冻破坏；③水压渗透；④干湿循环；⑤荷载作用；⑥振动冲击材料内部因素：碱集料反响

氯离子腐蚀酸雨腐蚀

1、抗渗性混凝土抵抗压力水渗透的性能抗渗等级：在规定试验条件下混凝土所能抵抗的最大水压力。分为P4、P6，P8，P10，P12。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。抗渗等级等于或大于P6称为抗渗混凝土。2、抗冻性硬化混凝土在水饱和状态下，经受屡次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的性能。混凝土抗冻性以抗冻等级或抗冻标号表示。试验方法：慢冻法；快冻法

3、抗氯离子渗透性氯离子对混凝土的破坏：造成砼中钢筋腐蚀试验方法：电通量法；快速氯离子迁移系数法〔RCM法〕4、碱—集料反响原材料(水泥、外加剂、混合材)中的碱(Na2O或K2O)与骨料中的活性成分反响。浇筑后假设干年(二、三十年)逐渐反响，生成物吸水膨胀使混凝土开裂。〔1〕碱-硅反响:碱与骨料中的活性氧化硅反响产生碱硅凝胶，吸水后膨胀引起混凝土结构崩溃。

〔2〕碱-碳酸盐反响

碱骨料反响的三个条件:(1)混凝土中含有碱活性的骨料；(2)混凝土中有较高的碱含量(Na20、K2O)；(3)有充分的水。水工混凝土具有更大的危险性。

抑制碱骨料反响的措施：(1)慎选骨料。重要工程用骨料进行碱活性检验。(2)控制混凝土中的总碱量。采用低碱(≤0.6％)水泥、降低水泥用量、控制含碱外加剂。(3)掺加活性掺合料(粉煤灰)；(4)控制进入混凝土的水分。(1)合理选择水泥、砂、石等原材料;(2)控制混凝土最大水灰比及最小水泥用量;(3)掺入适宜的外加剂和掺合料;(4)加强混凝土生产质量控制,除应搅拌均匀、浇筑和振捣密实外，应特别加强养护。5、提高混凝土耐久性的措施第三节普通水泥混凝土的配合比设计根据原材料的技术性质及施工条件合理选择原材料，确定各组成材料的用量。1.配合比设计的根本规定第三节普通水泥混凝土的配合比设计2混凝土配合比表示方法〔1〕单位用量表示方法〔2〕相对用量表示方法3混凝土配合比设计的根本要求：〔1〕满足结构物设计强度要求；〔2〕满足工程所处环境耐久性要求；〔3〕满足施工要求的工作性；〔4〕在满足上述要求的前提下降低本钱。〔1〕水胶比W/B:按混凝土的强度和耐久性的要求确定。在满足混凝土强度与耐久性要求的前提下，为节约水泥，可采用较大的水胶比〔2〕单位用水量mw:水灰比确定后，单位用水量决定浆集比，据施工要求的流动性及粗骨料的最大粒径来确定。在满足施工要求的流动性前提下，单位用水量取较小值，可节省水泥、改善耐久性4配合比设计中的重要参数〔3〕砂率s:砂子占砂石总量的百分比，对工作性影响较大。在保证混凝土拌合物和易性的前提下，从降低本钱角度考虑，可选用较小的砂率5普通混凝土配合比设计步骤

?普通混凝土配合比设计规程?〔JGJ55-2021〕混凝土配合比的初步计算初步配合比经实验室试拌调整基准配合比经实验室强度复核试验室配合比施工现场实际情况施工配合比

1〕确定试配强度式中fcu,0——混凝土配制强度〔MPa〕fcu,k——设计的混凝土强度标准值〔MPa〕

σ——混凝土强度标准差〔MPa〕〔2〕计算初步配合比

〔2〕确定水胶比〔W/B〕按耐久性校核

〔3〕选取1m³砼的用水量mwo

〔4〕确定混凝土的单位胶凝材料用量mbo

〔5〕确定合理的砂率值βs〔6〕计算粗、细骨料的用量〔mgo，mso〕①质量法〔假定表观密度法〕②体积法〔绝对体积法〕2〕试配、调整提出基准配合比试配：按初步计算配合比进行试配调整:

4〕配合比强度检验和密度修正采用三个不同的配合比，一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比较基准配合比分别增减0.05。

计算配合比时作了一些假定，计算表观密度与实测表观密度不一定相等，需要根据实测表观密度计算校正系数，并校正各种材料的用量。混凝土拌合物的计算表观密度〔ρc，c〕：

再根据实测拌合物表观密度计算校正系数δ：注意：实测值与计算值相差不超过2％时，用量不必校正；超过2％时，每项材料用量乘以校正系数，即为设计配合比。5〕换算施工配合比

试验室确定配合比时，骨料均以枯燥状态为准，而工地现场的砂、石材料都含有一定水分，应根据现场砂石的含水率对配合比进行换算。假设现场砂含水率为a％，石子含水率为b％，经换算每m3混凝土各种材料的用量：

某现浇钢筋混凝土梁，混凝土的设计强度等级为C30，使用环境为枯燥的办公用房。混凝土由机械搅拌、机械震捣，施工要求的坍落度为30~50mm。原材料如下：水泥：强度等级P.O52.5，密度c=3.1g/cm3，水泥强度等级充裕系数c=1.05；砂：Ⅱ区中砂，表观密度0s=2650kg/m3；石子：5-20碎石，表观密度0g=2700kg/m3。试求：(1)混凝土的实验室配合比；(2)假设施工现场砂的含水率为3%，碎石含水率为1%，求混凝土施工配合比。普通混凝土配合比设计实例解：1.混凝土的实验室配合比：

1)确定计算配合比①试配强度：②确定水灰比：碎石：a=0.46，b=0.07。此混凝土梁处于枯燥环境，查表(4.17)，允许的最大水灰比为0.65，故可取(W/C)=0.63。③

确定单位用水量(mw0)：由施工要求的坍落度及所用的骨料情况，查表(4.24)，选取单位用水量mw0=195kg。④

计算水泥用量：查表(4.17)，满足耐久性要求最小水泥用量为260kg/m3，故可取mc0=310kg/m3。⑤

确定合理砂率：根据骨料及水灰比情况，查表(4.25)，取s=37%。⑥计算粗、细骨料用量：按体积法计算，取=1。解得：mg0=1174kg及ms0=690kg。初步计算配合比：mc0：ms0：mg0：mw0

=310：690：1174：195=1：2.23：3.79：0.63。2配合比的试配、调整按计算配合比试拌混凝土15L，各材料用量为：水泥4.65kg，水2.93kg，砂10.35kg，石子17.61kg

拌匀后做和易性试验，测得坍落度为20mm，低于规定值要求。增加5%的水泥浆，即水泥用量增加到4.88kg，水用量增加到3.08kg。测得的坍落度为30mm，且粘聚性、保水性均良好。

试拌调整后的材料用量：水泥4.88kg，水3.08kg，砂10.35kg，石子17.61kg，总质量35.92kg。拌合物实测表观密度2410kg/m3，那么拌制1m3混凝土材料用量：