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1、第4章 水泥混凝土及砂浆,南华大学杨建明教授,2020/7/21,水泥混凝土是以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质、将分散其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。 1824年约瑟夫.阿斯帕丁发明波特兰水泥 1830年前后水泥混凝土问世 1850年产生钢筋混凝土 1928年制成预应力混凝土 1965年混凝土外加剂应用 轻质、超高强、高耐久性、多功能和智能化方向发展,第4章 水泥混凝土及砂浆,2020/7/21,按表观密度分： 普通混凝土干表观密度20002500 kg/m3，2400kg/m3 轻混凝土1950 kg/m3 重混凝土2600 kg/
2、m3屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度集料配制。 按强度分级分为： 低强度混凝土抗压强度小于30MPa 中强度混凝土抗压强度介于3060MPa 高强度混凝土抗压强度大于60MPa 超高强混凝土抗压强度大于100 MPa,第4章 水泥混凝土及砂浆,2020/7/21,第4章 水泥混凝土及砂浆,按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土。,2020/7/21,第4章 水泥混凝土及砂浆,缺点： 抗拉强度低； 易产生裂缝，受拉时易产生脆性破坏 自重大，比强度小 耐久性不够,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料
3、,普通混凝土是水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺量的外加剂和掺和料。 砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故称为骨料（或集料） 细骨料（或细集料）、粗骨料（或粗集料），分界在4.75mm,2020/7/21,一、水泥 1、水泥品种的选择表4.1 2、水泥强度等级的选择表4.2。水泥强度等级宜为混凝土强度等级1.31.7倍。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,表4.1 硅酸盐系水泥的选用,2020/7/21,表4.2 水泥强度等级可配制的混凝土强度等级,2020/7/21,二、细骨料 建设用砂（GBT14684-2011）粒径在150m4.75mm称细骨料 1、细骨料的种类及其
4、特性 河砂、湖砂 天然砂海砂 山砂 人工砂机制砂 混合砂 根据砂的技术要求，将砂分为类（C60混凝土）、类（C30C60及抗冻、抗渗或其他要求混凝土）、类（用于配制强度等级小于C30混凝土和建筑砂浆）,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,2、细骨料的技术要求 1）含泥量、石粉含量和泥块含量 含泥量是指天然砂中粒径小于75m的颗粒含量。 石粉含量是指人工砂中粒径小于75m的颗粒含量。 泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600m的颗粒含量。 如表4.3、4.4 2）有害物质 云母、轻物质、硫酸盐和硫化物、氯盐、有机质表4.5 3）碱骨料反应,4.1 普通
5、水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,表4.3 天然砂的含泥量和泥块含量,2020/7/21,表4.4 人工砂的石粉含量和泥块含量,2020/7/21,表4.5 砂有害物质含量限值,2020/7/21,4）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平均粗细程度。 砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂粒的搭配情况。GBT14684-2011 筛分析采用4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m和150m方孔筛。 计算筛余量、分计筛余百分率ai和累计筛余百分率Ai（表4.6）。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组
6、成材料,砂的粗细程度根据累计筛余百分率计算细度模数（Mx）表示。 粗砂Mx=4.13.7 中砂Mx=3.02.3 细砂Mx=2.21.6,2020/7/21,表4.6 分计筛余和累计筛余的关系,2020/7/21,根据600m筛孔的累计筛余，把Mx在3.71.6之间的常用砂的颗粒级配分为三个级配区，如表4.7所示。也常采用筛分曲线来表示。 所谓筛分曲线是指以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标的曲线如图4.1 判定砂级配合格方法如下： 4.75mmm、600m不允许超出。 配制混凝土宜优选用2区砂，当采用1区砂，应提高砂率，采用3区砂时，应降低砂率。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2
7、020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,5）坚固性 砂的坚固性是指在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。 天然砂采用砂在硫酸钠溶液中经五次浸泡循环后质量损失的大小来判定。 人工砂采用压碎指标进行检查。,2020/7/21,表4.7 建筑用砂颗粒级配,2020/7/21,图4.1 砂的级配区曲线,2020/7/21,6）表观密度、堆积密度、空隙率 GB/T146842011规定，砂表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350 kg/m3，空隙率小于47%。 3、细骨料的含水率和湿胀（图4.2） 按饱和面干时体积为标准 建筑工程以干燥状态为基础，水利、道路工程以饱
8、和面干状态为准。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,图4.2 细骨料含水状态,2020/7/21,三、粗骨料 建设用卵石、碎石（GB T 14685-2011 ）规定，粒径在4.75mm90mm间的骨料称为粗骨料。 1、粗骨料的种类及其特性 同上所述 2、粗骨料的技术要求 1）含泥量和泥块含量 表4.8,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2）有害物质含量 表4.9 3）碱骨料反应 4）最大粒径和颗粒级配 粗骨料最大粒径是指粗骨料公称粒级的上限。 混凝土结构施工质量验收规范（GB502042002）（2011年版）规定，混
9、凝土最大粒径不得超过截面最小尺寸的1/4，且不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，骨料最大粒径不宜超过板厚1/3，且不得超过40mm。,2020/7/21,表4.8 粗骨料含泥量及泥块含量,2020/7/21,表4.9 粗骨料有害物质,2020/7/21,粗骨料级配含义同细骨料，也通过筛析法来测定。 2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、75.0mm、90.0mm 粗骨料的颗粒级配分连续级配和间断级配（表4.10）。 5）颗粒形状 6）强度碎石强度可用抗压强度和压碎值表示，表4.11 卵石强度用压
10、碎指标值表示,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,表4.10 卵石和碎石的颗粒级配,2020/7/21,表4.11 粗骨料压碎指标（%）,2020/7/21,7）坚固性用硫酸钠溶液法检验，试样经5次循环 8）表观密度、堆积密度、空隙率 建设用卵石、碎石GB T 14685-2011 规定，粗骨料的表观密度大于2500 kg/m3，松散堆积密度大于1350 kg/m3，空隙率小于47%。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,四、混凝土拌和用水 不应影响混凝土的和易性和凝结 有损于混凝土强度发展 降低混凝土的耐久性，加快钢筋的腐蚀和导致预应力钢筋的脆断 使混凝土
11、表面出现污斑 1、混凝土拌和用水的类型和应用 水源：饮用水、地表水、地下水、海水及经过适当处理后的工业废水。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2、混凝土拌和水的技术要求（表4.12）JGJ63-2006 （1）有害物质含量控制 （2）被检验水样应与饮用水样进行水泥凝结时间对比试验。对比试验的水泥初凝时间差及终凝时间差均不应大于30min （3）被检验水样应与饮用水样进行水泥胶砂强度对比试验，被检验水样配制的水泥胶砂3d 和28d 强度不应低于饮用水配制的水泥胶砂3d 和28d 强度的90。,2020/7/21,表4.12 混凝土用水中的物
12、质含量限值,2020/7/21,五、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。称为混凝土第五组份。 （一）外加剂的分类 改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，如各种减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂。 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂、速凝剂。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、阻诱剂、防水剂。 改善混凝土其它性能的外加剂，如加气剂、防冻剂、碱集料反应抑制剂。 （二）常用混凝土外加剂 1、减水剂 1）减水剂的作用机理（图4.3） 吸附分散作用 润滑作用 湿润作用,4.1 普通水泥混凝土的
13、组成材料,2020/7/21,图4.3 减水剂减水机理示意图,2020/7/21,2）减水剂的技术经济效益 减少用水量提高混凝土强度 增大混凝土的流变性 节约水泥用量,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,3）减水剂分类： 木质素磺酸盐类；木质素磺酸钠、钙、镁，又称木钠、木钙、木镁。0.20.3%减水率515%28d强度1015%节约水泥510% 萘系；0.21.0、1525% 树脂系；0.52.0、20%30% 糖蜜系；0.20.3、510% 腐植酸系；,2020/7/21,2、引气剂 引气剂是指在搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微
14、小气孔（直径10m100m）的外加剂。 松香热聚物、烷基磺酸钠、脂肪磺酸盐类、蛋白质盐及石油磺酸盐系 松香热聚物和松香皂,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,提高混凝土拌和物和易性； 抗渗性和抗冻性； 强度有所降低。 适宜的参加量为水泥用量的0.005%0.01%，混凝土中含气量为3%6%,2020/7/21,3、早强剂 氯盐类、硫酸盐类、有机胺类 氯化钙早强剂；掺量0.51.0%，3d强度提高50%100%，7d20%40%，一般同阻诱剂复合使用，如亚硝酸钠（NaNO2） 三乙醇胺复合早强剂,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/
15、21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,4、缓凝剂 有机：木质素磺酸盐、羟基羧酸盐、多羟基碳水化合物 羟基羧酸盐如酒石酸、柠檬酸 多羟基碳水化合物如糖蜜 无机：硼砂、氧化锌、硝酸锌、硫酸铁 无机化合物如Na3PO4,2020/7/21,5、速凝剂 铝酸钠、碳酸钠、铝酸钙、氟硅酸锌等 红星1型、711型、782型 产生原因：同石膏反应,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,6、防冻剂 混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。 （1）防冻组分：氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠 （2）引气：松香热聚物 （3）早强：NaCl、CaCl （4
16、）减水，木钙,2020/7/21,7、膨胀剂 硫铝酸钙、氧化钙 如明矾膨胀剂 8、防水剂 能降低混凝土在静水压力下透水性的外加剂。 （1）无机：FeCl2、硅灰粉末 （2）有机：脂肪酸 （3）混合物 9、泵送剂,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,六、掺合料 混凝土掺合料是指在混凝土搅拌前或搅拌过程中，现混凝土其他组分一起，直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废料。其目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量。 粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉、磨细自燃煤矸石以及其他工业废渣。,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,2020/7/21,4.1 普通水泥混凝土的组成材料,1、粉煤灰 按收集方式，分静电收尘和机械收尘 按排放方式，分湿排灰和干排灰 按CaO的含量高低分为高钙灰（CaO含量大于10%）和低钙灰（CaO含量小于10%）,2020/7/21,1）粉煤灰的颗粒形貌和化学成分 形貌主要是玻璃微珠 有空心和实心珠 空心微珠是因矿物杂质转变过程中产生的CO2、CO、SO2、SO3等气体，被截留于熔融的灰滴中形成的。空心微珠和薄壁和厚壁之分，前者能漂浮
