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1、7 混凝土Concrete 本章重点介绍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 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 普通混凝土质量控制的方法和意义 普通混凝土配合比设计的原理方法和步骤 1 混凝土的定义 广义上 凡由胶凝材料 骨料按适当比例配合 拌合制成的混合物 经一定时间硬化而成的人造石材统称之为混凝土 目前工程上使用最多的是以水泥为胶结材料 以砂 石为骨料 加水及掺入适量外加剂和掺和料拌制的普通水泥混凝土 简称普通混凝土 2 5 1 混泥土的基本要求 一 混凝土组成材料的作用水和水泥成为水泥浆 在硬化前的混凝土拌和物中 水泥浆在砂 石
2、颗粒之间起润滑作用 硬化后 水泥浆成为水泥石 将骨料牢固地胶结成为整体 混凝土中的骨料 一般不与水泥浆起化学反应 其作用是构成混凝土的骨架 3 二 混凝土的基本要求 四项性能要求 1 混凝土拌和物的和易性 2 强度 3 耐久性 4 经济性 4 5 2普通混凝土的组成材料 水泥 水 天然砂 石子 掺和料和外加剂水泥 水 水泥桨 Paste 水泥浆 砂 水泥砂浆 Mortar 水泥砂浆 石子 混凝土 Concrete 外加剂 Admixture掺和料 5 一 水泥的品质要求 水泥品种的选择 依据工程性质 工程环境 施工条件等合理选择 水泥强度的选择 与配制的混凝土强度等级相适应 当混凝土强度 C3
3、0 fce 1 5 2 0 fcu C30 fce 0 9 1 5 fcu 6 水泥强度 若水泥强度过低时 为满足强度要求必然使水泥用量过大 不够经济 若水泥强度过高时 较少的水泥用量就可以满足混凝土强度的要求 但往往不能满足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性的要求 为保证这些性质 还必须再增加水泥 因而也不经济 7 二 细骨料FineAggregate 定义 粒径在0 16 5mm之间的岩石颗粒称为细骨料 分类 天然砂 天然砂是由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的 人工砂 人工砂是将天然岩石轧碎而成 其颗粒棱角多 较洁净 但片状颗粒及细粉含量较多 且成本较高 一般只在当地缺乏天然砂源时才
4、采用人工砂 8 一 砂的粗细程度和颗粒级配 砂的粗细程度 是指不同粒径的砂粒 混合在一起后的总体的粗细程度 砂子通常分为 粗砂 中砂 细砂和特细砂等几种 在相同用砂量条件下 细砂的总表面积较大 粗砂的总表面积较小 在混凝土中砂子表面需用水泥桨包裹 赋予流动性和粘结强度 砂子的总表面积愈大 则需要包裹砂粒表面的水泥桨就愈多 一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥为省 9 砂的颗粒级配 定义 是指不同大小颗粒和数量比例的砂子的组合或搭配情况 在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥桨所填充 为达到节约水泥和提高强度的目的 就应尽量减小砂粒之间的空隙 10 颗粒级配和粗细程度的定量表示 砂的颗粒级配和粗细程度
5、 常用筛分析的方法进行测定 用级配区表示砂的级配 用细度模数表示沙的粗细 11 三 粗骨料 定义 粒径 5mm的岩石颗粒分类 卵石 砾石 碎石卵石 是由天然岩石经自然条件长期作用而形成的粒径大于5mm的颗粒 按其产源可分为河卵石 海卵石 山卵石等几种 其中河卵石应用较多 碎石 由天然岩石经破碎 筛分而成 也可将大卵石轧碎 筛分而得 标准 普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验办法 JGJ53 92 12 一 骨料最大粒径 Dmax 1 定义 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大立径2 最大粒级径的大小表示骨料的粗细程度 粗骨料粒径增大时 骨料的总表面积件小 因而可使水泥浆用量减小 这不仅能节约水
6、泥 而且有助于提高混凝土的密实度 件小发热量及混凝土的收缩 因此在条件允许的情况下 当配置中等强度等级以下的混凝土时 应尽量采用最大粒径大粗骨料 13 最大粒径限值 混凝土结构工程施工及验收规范 GBJ50204 92 规定 混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1 4 同时不得大于钢筋最小净距的3 4 对于混凝土实心板 可允许采用最大粒径达1 2板厚的骨料 但最大粒径不得超过50mm 对泵送混凝土 碎石最大粒径与输送管内径之比 宜小于或等于1 3 卵石宜小于或等于1 2 5 14 连续级配和间断级配 连续级配 是按颗粒尺寸大小由小到大连续分级 5mm Dmax 每一级骨料都占有一
7、定比例 连续级配颗粒级差小 D d 2 配制的混凝土拌和物和易性好 不易发生离析 间断级配 是人为剔除某些中间粒级颗粒 大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充 颗粒级差大 D d 6 空隙率的降低比连续级配快得多 可最大限度地发挥骨料的骨架 减小水泥用量 但混凝土拌和物易产生离析现象 15 5 3普通混凝土的拌和物的性质 混凝土硬化前 混凝土拌合物的和易性 工作性Workability 混凝土硬化后 混凝土的强度 变形性能和耐久性 16 一 和易性 和易性 指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作 搅拌 运输 浇注 捣实 并能获得质量均匀 成型密实的混凝土的性能 和易性是一项综合性的技术指标 包
8、括 a 流动性b 粘聚性c 保水性不同的施工方式 所要求的和易性不同 17 一 黏聚性 粘聚性 是指混凝土拌和物内部组分之间具有一定的凝聚力 在运输和浇注过程中不致发生分层离析现象使混凝土保持整体均匀的性能 粘聚性差的混凝土拌合物 在施工过程中易出现分层 离析现象 离析 指混凝土拌合物各组分分离 造成不均匀和失去连续性的现象 常有两种形式 粗骨料从混合料中分离 稀水泥浆从混合料中淌出 分层 指混凝土浇注后由于重力沉降产生的不均匀分布现象 18 二 流动性 流动性 是指混凝土拌和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 广义上 流动性是固 液体混合物 即分散系统中克服内阻
9、力而产生变形的性能 其大小取决于固 液相的比例 流动性的大小 反映混凝土拌和物的稀稠 直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量 19 三 保水性 保水性 是指混凝土拌和物具有一定的保持内部水份的能力 在施工过程中不致产生严重的泌水现象 保水性差的混凝土拌和物 在施工过程中 一部分水易从内部析出至表面 在混凝土内部形成泌水通道 使混凝土的密实性变差 降低混凝土的强度和耐久性 它反映混凝土拌和物的稳定性 20 流动性 砼拌和物在本身自重或施工机械振捣的作用下 产生流动 并能均匀密实地填满模板的性能 21 泵送混凝土PumpingConcrete 22 泵送混凝土PumpingConcrete 23
10、碾压混凝土RollerCompactedConcrete 24 离析 分层 组份分离 骨料下沉 水泥浆上浮 砼拌合物粘聚性不良时 硬化后会出现蜂窝 麻面 大型的砼拌和物 甚至出现狗洞现象 粘聚性 混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定粘聚力 不致产生分层和离析的现象 25 骨料 水 可见泌水 内泌水 泌水与塑性沉降 保水性 混凝土拌和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 26 钢筋 沉降裂缝 水囊 混凝土表面 粘聚性和保水性不好时 27 和易性良好的标准 粘聚性好则保水性往往也好 但当流动性增大时 粘聚性和保水性往往变差 反之亦然 混凝土拌和物的流动性 粘聚性 保水性
11、 三者之间互相关联又互相矛盾 所谓拌和物的和易性良好 就是要使这三方面的性能在某种具体条件下 达到均为良好 亦即使矛盾得到统一 28 如何在施工现场定量评定混凝土和易性 29 一 坍落度法 定量测定拌合物的流动性 辅以直观经验评定粘聚性和保水性 测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值 坍落度 单位mm 适用范围 集料最大粒径不大于40mm 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土 塑性混凝土 30 坍落度试验仪器 31 坍落度与坍落扩展度法 维勃稠度法A 坍落度与坍落扩展度法坍落度 筒高与坍落后试体最高点之间的高差 坍落度越大表示流动性越好 32 坍落度试验示意图 33 二 坍落度实验时的相关注
12、意事项 当混凝土拌和物的坍落度大于220mm时用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径 在二者之差小于50mm的条件下 用其算术平均值作为坍落扩展度值 否则 此次试验无效 34 保水性 观察稀浆程度 粘聚性 捣棒敲打锥体侧面 流动性 测量坍落度 原来 施工中是这样判定混凝土和易性的 35 干硬的混凝土又如何测定呢 36 二 维勃稠度法 适用范围粗骨料最大粒径不大于40mm 坍落度小于10mm 维勃稠度在5s 30s之间的干硬性混凝土 37 维勃稠度试验示意图 38 混凝土拌合物按流动性的分类 按 混凝土质量控制标准 GB50164 的规定 塑性混凝土 干硬性混凝土分别按坍落度 维勃稠度分
13、为四级 见下表 39 混凝土施工时坍落度的选择 混凝土拌合物坍落度的选择 应根据施工条件 构件截面尺寸 配筋情况 施工方法等来确定 见下表 40 影响和易性的因素 1 组成材料及其用量之间的关系 水泥浆数量和单位用水量 骨料的品种 级配和粗细程度 砂率 外加剂 见下图 2 施工环境的温度 搅拌制度等 41 合理砂率的确定合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下 能使拌合物的流动性 坍落度T 达到最大 且粘聚性和保水性良好时的砂率 或者是在流动性 坍落度T 强度一定 粘聚性良好时 水泥用量最小的砂率 42 5 4硬化混凝土的技术性质 43 一 混凝土的强度 混凝土强度的种类 混凝土强度 抗拉强度 抗
14、剪强度 抗压强度 握裹强度 轴心抗压强度 立方体抗压强度 钢筋与混凝土的粘结强度 混凝土强度 抗拉强度 抗剪强度 抗压强度 握裹强度 轴心抗压强度 立方体抗压强度 钢筋与混凝土的粘结强度 44 1 立方体抗压强度以边长为150mm的标准立方体试件 在温度为20 2 相对湿度为95 以上的潮湿条件下或者在Ca OH 2饱和溶液中养护 经28d龄期 采用标准试验方法测得的抗压极限强度 用fcu表示 当采用非标准试件时 须乘以换算系数 见下表 标准试验方法是指 普通混凝土力学性能试验方法 GB T50081 2002 详见实验部分 45 2 混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别 以
15、C 和混凝土立方体抗压强度标准值 fcu k 表示 主要有C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80等十五个强度等级 立方体抗压强度标准值 fcu k 是立方体抗压强度总体分布中的一个值 强度低于该值的百分率不超过5 强度等级表示的含义 强度的范围 某混凝土 其fcu 30 0 34 9MPa 某混凝土 其fcu 30 0MPa的保证率为95 46 3 轴心抗压强度采用150mm 150mm 300mm的棱柱体试件 在立方体抗压强度为0 55MPa范围内fcp 0 7 0 8 fcu 在结构设计计算时 一般取fcp 0
16、 67fcu 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm 100mm和200mm 200mm 测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0 95和1 05 47 4 影响抗压强度的因素 1 水泥的强度和水灰比式中 fcu 混凝土28d龄期的抗压强度值 MPa fce 水泥28d抗压强度的实测值 MPa 混凝土灰水比 即水灰比的倒数 a b 回归系数 当混凝土水灰比值在0 40 0 80之间时越大 则混凝土的强度越低 水泥强度越高 则混凝土强度越高 48 2 粗集料的品种碎石形状不规则 表面粗糙 多棱角 与水泥石的粘结强度较高 卵石呈圆形或卵圆形 表面光滑 与水泥石的粘结强度较低 在水泥石强度及其它条件相同时 碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度 3 养护条件在保证足够湿度情况下 温度越高 水泥凝结硬化速度越快 早期强度越高 低温时水泥混凝土硬化比较缓慢 当温度低至0 以下时 硬化不但停止 且具有冰冻破坏的危险 混凝土浇筑完毕后 必须加强养护 保持适当的温度和湿度 以保证混凝土不断地凝结硬化 49 4 龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间 在正常的养护条件下 混凝土的抗压强度随龄期的
