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1、教材 土木工程材料编者 湖南大学 天津大学 同济大学 东南大学合编 吉林大学建设工程学院 土木工程材料 第四章水泥混凝土及砂浆 混凝土工程 混凝土空心砖 大体积空心混凝土工程 大体积混凝土工程 大体积混凝土工程 桥基钢筋混凝土工程 结构用轻骨料混凝土拌合物 混凝土预制件 彩色混凝土市政工程 彩色混凝土铺设的甬道 围堰桥基混凝土工程 1 普通混凝土的组成 2 普通混凝土的主要技术性质 3 普通混凝土的质量控制 4 普通混凝土的配合比设计 5 水泥混凝土技术发展 6 砂浆 本章主要内容 1 定义混凝土是由胶凝材料 水和粗 细骨料按适当比例配合 拌制成拌合物 经一定时间硬化而成的人造材料 2 混凝土
2、的分类按胶凝材料的不同 分为无机混凝土和有机混凝土两大类 普通混凝土常按其表观密度的大小进行分类 一般可分为 重混凝土 表观密度大于2600kg m3 普通混凝土 表观密度为1950 2500kg m3 轻混凝土 表观密度小于1950kg m3 轻骨料混凝土 多孔混凝土 大孔混凝土 轻骨料大孔混凝土的表观密度范围是500 1500kg m3 特种混凝土 高强混凝土 流态及超流态混凝土 防水混凝土 耐热混凝土 耐酸混凝土 纤维混凝土 聚合物混凝土和喷射混凝土等 3 混凝土的特点 可根据不同的要求配制不同性质的混凝土 具有良好的可塑性 可以浇制各种形状和大小的构件或结构物 与钢筋有牢固的粘结力和相
3、近的线膨胀系数 能制作钢筋混凝土结构和构件 抗压强度高 耐久性好 经济性好 抗拉强度低 受拉时变形能力小 容易开裂 自重大 4 对混凝土质量的基本要求 具有符合设计要求的强度 具有与施工条件相适应的施工和易性 具有与工程环境相适应的耐久性 第一节普通混凝土的组成材料 普通混凝土是由水泥 砂 石和水所组成的 为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料 一 混凝土中各组成材料的作用在混凝土中 砂 石起骨架作用 称为骨料 水泥与水形成水泥浆 水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙 在硬化前 水泥浆起润滑作用 赋予拌合物一定和易性 便于施工 水泥浆硬化后 则将骨料胶结成一个坚实的整体 图4 1混凝土
4、的结构 外加剂和掺合料的作用 1 在硬化前可以改善拌合物的和易性 2 硬化后 能改善混凝土的物理力学性能和耐久性等 现代混凝土工程常将外加剂和掺合料分别叫做混凝土的第五和第六组分 二 混凝土组成材料的技术要求 水泥1 水泥品种选择采用何种水泥 应根据混凝土工程的特点和所处的环境条件进行合理的选择 2 水泥强度等级选择水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应 对于普通混凝土来说 水泥标号一般是混凝土标号的1 5 2倍 细骨料粒径在0 16 5mm之间的骨料为细骨料 一般采用天然砂 经常使用的有河砂 海砂及山砂 但以使用河砂居多 配制混凝土对细骨料的质量要求 1 有害杂质砂中常含有一些有害
5、杂质 如云母 粘土 淤泥 粉砂等 此外 一些还一些有机杂质 硫化物及硫酸盐 这些杂质都对水泥的强度及耐久性有一定的作用 重要工程还应对砂进行碱活性检验 使用海砂时 其中的氯离子含量不应超过0 06 2 颗粒形状及表面特征山砂的颗粒多具有棱角 表面粗糙 与水泥粘结较好 用它拌制的混凝土强度较高 但拌合物的流动性较差 河砂 海砂 其颗粒多呈圆形 表面光滑 与水泥的粘结较差 用来拌制混凝土 混凝土的强度则较低 但拌合物的流动性较好 3 砂的颗粒级配及粗细程度 颗粒级配砂的颗粒级配表示了砂的大小颗粒之间的搭配情况 在混凝土中应尽量减小砂粒之间的空隙 a b c 图4 2骨料颗粒级配 粗细程度砂的粗细程
6、度 是指不同粒径的砂粒混合在一起后砂的总体粗细程度 通常有粗砂 中砂与细砂之分 砂的颗粒级配和粗细程度 常用筛分的方法进行测定 孔径为5 2 50 1 25 0 63 0 315和0 16mm的标准筛 500g的干砂试样 用级配区表示砂的颗粒级配 用细度模数表示砂的粗细 细度模数 f计算公式 普通混凝土用砂的粗细程度按细度模数分为粗 中 细三级 细度模数范围 f在3 7 3 1为粗砂 f在3 0 2 3为中砂 f在2 2 1 6为细砂 根据0 63mm筛孔累计筛余量 将砂分成三个级配区 图4 3砂的1 2 3级配区曲线 泵送混凝土 细骨料宜采用中砂 细度模数为2 5 3 2 通过0 315mm
7、筛孔的砂不应少于5 图4 4泵送混凝土细骨料最佳级配图 4 砂的坚固性砂的坚固性是指砂在气候 环境条件或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力 砂的坚固性用硫酸钠溶液检验 以试样经5次循环后的重量损失百分数表示其坚固性 粗骨料普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石 由天然岩石或卵石经破碎 筛分而得的 粒径大于5mm的岩石颗粒 称为碎石或碎卵石 岩石由于自然条件作用而形成的 粒径大于5mm的颗粒 称为卵石 1 有害杂质重要工程的混凝土所使用的碎石或卵石应进行碱活性检验 含碱量应小于水泥或采用能抑制碱 骨料反应的掺合量的0 6 2 颗粒形状及表面特征粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混凝土
8、拌合物的流动性 碎石具有棱角 表面粗糙 碎石拌制的混凝土流动性较差 但与水泥粘结较好 强度较高 卵石多为圆形 表面光滑 在水泥用量和水用量相同的情况下 卵石拌制的混凝土比碎石拌制的混凝土流动性要好 但与水泥的粘结较差 强度较低 3 最大粒径及颗粒级配 最大粒径粗骨料中公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径 在普通配合比的结构混凝土中 骨料粒径大于40mm并没有好处 骨料最大粒径还受结构型式和配筋疏密的限制 对于泵送混凝土 为防止混凝土泵送时管道堵塞 保证泵送顺利进行 其粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比 颗粒级配石子的级配也通过筛分试验来确定 4 强度碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两
9、种方法表示 5 坚固性有抗冻要求的混凝土所用粗骨料 要求测定其坚固性 其测试方法与细骨料相同 骨料的含水状态及饱和面干吸水率 骨料含水率等于或接近零时称干燥状态 含水率与大气湿度平衡时称气干状态 骨料表面干燥而内部孔隙含水达饱和时称饱和面干状态 此时的含水率叫作饱和面干含水率 骨料内部孔隙水饱和且表面还附有一层水时称湿润状态 图4 6骨料的含水状态 a 全干状态 b 气干状态 c 饱和面干状态 d 湿润状态 混凝土拌合及养护用水对混凝土拌合及养护用水的质量要求是 不得影响混凝土的和易性及凝结 不得有损于混凝土的强度发展 不得降低混凝土的耐久性 加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋的脆断 不得污染混凝土
10、结构或构件的表面 混凝土外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质 其掺量一般不大于水泥质量的5 1 混凝土外加剂的分类按化学成分可分为三类 无机化合物 多为电解质盐类 有机化合物 多为具有表面活性的有机高分子处理剂 有机和无机的复合物 按功能分为五类 改善拌合物流变性能的外加剂 如减水剂 泵送剂等 调节凝结时间和硬化性能的外加剂 如早强剂 缓凝剂 速凝剂等 调节气体含量的外加剂 如引气剂 加气剂 泡沫剂等 改善耐久性的外加剂 如引气剂 防冻剂 阻锈剂 防水剂等 改善其他性能的外加剂 如引气剂 膨胀剂 防水剂 碱骨料反应抑制剂等 2 常用的混凝土外加剂 减水剂减水剂
11、是指在混凝土坍落度基本相同的条件下 能减少拌合用水量的外加剂 按功能分为 普通减水剂 高效减水剂 早强减水剂 缓凝减水剂和引气减水剂等 减水剂的主要作用 维持用水量和水灰比不变的条件下 可增大混凝土拌合物的流动性 在维持拌合物流动性和水泥用量不变的条件下 可减少用水量 从而降低了水灰比 可提高混凝土强度 显著改善了混凝土的孔结构 提高了密实度 从而可提高混凝土的耐久性 保持流动性及水灰比不变的条件下 在减少用水量的同时 相应减少了水泥用量 即节约了水泥 减水剂的加入还有减少混凝土拌合物泌水 离析现象 延缓拌合物的凝结时间和降低水化放热速度等效果 减水剂的掺入方法 先掺法 同掺法 后掺法 滞水法
12、 常用的减水剂 早强剂早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂 早强剂主要有氯盐类 硫酸盐 有机胺三类以及它们组成的复合早强剂 引气剂在搅拌混凝土的过程中引入大量均匀分布的 稳定而封闭的微小气泡的外加剂 称为引气剂 松香热聚物是最常使用的引气剂 引气剂掺入混凝土中对混凝土性能的影响1 改善混凝土拌合物的和易性 2 提高混凝土的耐久性 3 降低混凝土强度 耐磨性和弹性模量 有利于提高混凝土的抗裂性 缓凝剂能延长混凝土凝结时间而不显著降低混凝土后期强度的外加剂 称为缓凝剂 主要种类有羟基羧酸及其盐类 含糖碳水化合物 无机盐类和木质素磺酸盐类等 最常用的是糖蜜和木质素磺酸钙 糖蜜的效果最好 速凝剂
13、能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂 称速凝剂 主要种类有无机盐类和有机物类 常用的是无机盐类 防冻剂防冻剂是能使混凝土在负温下硬化 并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂 膨胀剂膨胀剂是能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂 在实际工程中常用的膨胀剂种类有硫铝酸钙类 硫铝酸钙 氧化钙类 氧化钙类等 泵送剂泵送剂是指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂 3 外加剂的质量要求与检验为了检验外加剂质量 应对基准混凝土与所用外加剂配制的混凝土拌合物进行坍落度 含气量 泌水率及凝结时间试验 对硬化混凝土检验其抗压强度 耐久性 收缩性 混凝土掺合料为了节约水泥 改善混凝土性能 在拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料 称为
14、掺合料 常用的有粉煤灰 硅粉 磨细矿渣粉 烧粘土 天然火山灰质材料及磨细自燃煤矸石 粉煤灰水泥纤维复合板 粉煤灰砖 粉煤灰砖 硅灰 沸石粉 混凝土在未凝结硬化以前 称为混凝土拌合物 它必须具有良好的和易性 便于施工 以保证能获得良好的浇灌质量 混凝土拌合物凝结硬化以后 应具有足够的强度 以保证建筑物能安全地承受设计荷载 并具有必要的耐久性 第二节普通混凝土的主要技术性质 一 混凝土拌合物的和易性 和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作 拌合 运输 浇灌 捣实 并能获得质量均匀 成型密实的性能 和易性是一项综合的技术性质 包括流动性 粘聚性和保水性等三方面的含义 1 流动性流动性是指混凝
15、土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下 能产生流动并均匀密实地填满模板的性能 2 粘聚性粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力 不致产生分层和离析的现象 3 保水性保水性是指混凝土拌合物在施工过程中 具有一定的保水能力 不致产生严重的泌水现象 泵送混凝土施工时 混凝土拌合物的和易性常称为可泵性 可泵性包括流动性 稳定性及管道摩阻力三方面内容 和易性测定方法及指标1 坍落度测定在工地和试验室 通常是做坍落度试验测定拌合物的流动性 并辅以直观经验评定粘聚性和保水性 图4 9混凝土拌合物坍落度的测定 根据坍落度的不同 可将混凝土拌合物分为4级 坍落度试验只适用于骨料最大粒径
16、不大于40mm 坍落度值小于10mm的混凝土拌合物 混凝土按坍落度的分级表4 18 2 维勃稠度测定对于干硬性的混凝土拌合物 坍落度值小于10mm 通常采用维勃稠度仪测定其稠度 图4 10维勃稠度仪 3 泵送混凝土的稳定性测定稳定性常用相对压力泌水率 S10 来评定 试验仪器采用普通混凝土压力泌水仪 泵送混凝土拌合物的可泵性一般可用坍落度值和相对压力泌水率两个指标来评定 流动性的选择选择混凝土拌合物的坍落度 要根据构件截面大小 钢筋疏密和捣实方法来确定 当构件截面尺寸较小或钢筋较密 或采用人工插捣时 坍落度可选择大些 反之 如构件截面尺寸较大 或钢筋较疏 或采用振动器时 坍落度可选择小些 混凝土灌注时的坍落度表4 19 不同泵送高度入泵时混凝土坍落度选用值表4 20 影响和易性的主要因素1 水泥浆的数量 2 水泥浆的稠度 3 砂率 定义砂率是指混凝土中砂的质量占砂 石总质量的百分率 合理砂率当采用合理砂率时 在用水量及水泥用量一定的情况下 能使混凝土拌合物获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性 或采用合理砂率时 能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性 对泵送混凝
