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1、土木系 纪殿彬,第六章 混凝土及砂浆,41 概 述,正在施工的秦山核电站,一、混凝土的定义,混凝土 由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成,经过胶凝材料凝结硬化后,形成具有一定强度和耐久性的人造石材。 普通混凝土 由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成,经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为20002800kg/m3,具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土,简称为“混凝土”。,三峡工程钢筋混凝土重力坝,二、混凝土的分类,按体积密度分 重混凝土 02800kg/m3。 普通混凝土 0 20002800kg/m3。 轻混凝土 02000kg/m3。 按胶
2、凝材料分 水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。 按用途分 结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等 。,二、混凝土的分类,按生产和施工工艺分 预拌混凝土(商品混凝土)、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、等。 按强度分 普通混凝土 C60。 高强混凝土 C60。 超高强混凝土 100MPa。,按配筋情况分 素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。,喷射混凝土施工,三、混凝土的特点,优点 抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低 ; 原材料丰富、成本低; 混凝土拌合物具有良好的可塑性; 混凝土与钢筋粘结
3、良好,一般不会锈蚀钢筋 。 缺点 抗拉强度低(约为抗压强度的1/101/20)、变形性能差; 导热系数大约为1.8W/(mK); 体积密度大(约为2400kg/m3左右); 硬化较缓慢。,42 普通混凝土组成材料,混凝土的结构,混凝土的结构 水泥+水水泥浆+砂水泥砂浆+石子混凝土拌合物硬化混凝土 组成材料的作用,混凝土体积构成 水泥石25左右; 砂和石子70以上; 孔隙和自由水15%。,一、水泥的选择,品种的选择 配制普通混凝土的水泥品种,应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件,结合水泥性能,且考虑当地生产的水泥品种情况等,进行合理地选择。 强度等级的选择 原则上,配制高强度等级的混凝土,选择
4、高强度等级的水泥; 一般情况下,水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.0倍; 配制高强混凝土时,可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0.91.5倍。,二、细骨料(砂),定义 砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。 分类 按产源分 按技术要求分 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土; 类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土; 类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,砂,天然砂,人工砂,机制砂,混合砂,河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等,二、砂的技术质量要求,1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度s2500kg/m3; 松散堆积密度so1350kg/m3; 空隙率P4
5、7%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量; 泥块含量是指粒径大于1.18mm,经水洗、手捏后小于600m的颗粒含量; 石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。,二、砂的技术质量要求,天然砂含泥量和泥块含量,人工砂石粉含量和泥块含量,二、砂的技术质量要求,3.有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物,有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。,二、砂的技术质量要求,4.颗粒级配 (1)颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。 (2)级配良好的砂,不同粒径颗粒搭配比例适当,其空隙率小,且
6、总表面积小,可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。 (3)颗粒级配采用筛分法确定,详见实验部分。 (4)颗粒级配的指标 级配区 按600m筛的累计筛余率的大小,可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。 级配合格判定 砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内;除4.75mm和600m筛档外,可以略有超出,但超出总量应小于5。,二、砂的技术质量要求,砂的颗粒级配区,二、砂的技术质量要求,(5)级配的选择 宜优先选择级配在2区的砂;当采用1区砂时,应适当提高砂率;当采用3区砂时,应适当减小砂率。 5.规格 砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂:粗砂 Mx =3.73.1;中砂 Mx =3.0
7、2.3;细砂 Mx =2.21.6。 细度模数按下式计算: 式中:Mx细度模数; A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m、150m筛的累计筛余百分率,。,三、粗骨料的技术质量要求,定义 粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。 分类 按产源分:卵石和碎石 按技术要求分: 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土; 类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土; 类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,三、粗骨料的技术质量要求,1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度g2500kg/m3; 松散堆积密度go1350
8、kg/m3; 空隙率P47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量; 泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。,三、粗骨料的技术质量要求,3.针片状颗粒含量 针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者; 片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。 针片状颗粒不仅本身容易折断,而且会增加骨料的空隙率,使拌合物和易性变差,强度降低。见表。,碎石、卵石含泥量和泥块含量,三、粗骨料的技术质量要求,碎石、卵石针片状颗粒含量,4.有害物质含量 卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块
9、和炉渣等杂物。见下表。,三、粗骨料的技术质量要求,5.强度 采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验: 岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm立方体试件,在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。 压碎指标是将一定质量风干状态下9.09.5mm的颗粒装入标准圆模内,在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定,卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉,称出筛余量。按下式计算: 式中:Qc压碎指标值 ; G1试样的质量 ,g; G2压碎后的筛余量,g。,6.颗粒级配 为减少空隙率,改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度,粗骨料也要求有良好的颗粒级配。 粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配
10、两种。 连续级配是石子由小到大连续分级; 间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配,中间为不连续的级配,由于易产生离析,应用较少。,三、粗骨料的技术质量要求,碎石、卵石的压碎指标,三、石子的技术质量要求,7.最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。 从结构上考虑 根据规定,混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4,且不得超过钢筋最小净间距的3/4;对混凝土实心板,不宜超过板厚的1/3,且不得超过40mm。 从施工上考虑 对泵送混凝土,粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1:3,卵石不宜大于1:2.5,高层建筑宜在1:31:4,超高层建筑宜在1
11、:41:5。 从经济上考虑 当最大粒径小于80mm时,水泥用量随最大粒径减小而增加, 当大于150mm后,节约水泥的效果却不明显。,四、拌合用水的技术质量要求,混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。 拌制和养护混凝土宜采用饮用水,当采用其它来源水时,应符合混凝土拌合用水标准(JGJ631989)的规定。,63 混凝土拌合物的和易性,一、和易性(工作性)的概念,混凝土拌合物便于施工操作,能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性:,和易性,粘聚性,保水性,流动性,易达结构均匀,易成型密实,好,好,在本身自重或施工机械振捣作用下
12、,能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。,各组成材料之间具有一定的内聚力,在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。,具有一定的保持内部水分的能力,在施工过程中不致发生泌水现象的性质。,保证混凝土硬化后的质量,二、流动性的选择,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。,1.坍落度法 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。,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。,2.维勃稠度法
13、 测定使拌合物密实所需要的时间,s。 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5s30s之间的干硬性混凝土。,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 、维勃稠度分为四级。见下表。,三、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。,水泥,水,砂,石子,外加剂,水泥浆,骨料,混凝土拌合物,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)
14、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。,四、改善和易性的措施,采用合理砂率; 改善砂石的级配; 掺外加剂或掺合料; 根据环境条件,注意坍落度的现场控制;,在水灰比不变的条件下,适当增加水泥浆的用量,可增大拌合物的流动性; 在砂率不变的条件下,适当增加砂石的用量,可减小拌合物的流动性。,掺外加剂的混凝土,64 硬化混凝土的强度,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,一、混凝土的强度,1.立方体抗压强度 以边长为150mm
15、的标准立方体试件,在温度为202,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/T500812002 ),详见实验部分。,一、混凝土的强度,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“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
16、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fcu30.034.9MPa; 某混凝土,其fcu30.0MPa的保证率为95%。,C30,“C”代表“混凝土”。,“30”代表fcu,k30.0MPa;,一、混凝土的强度,3.轴心抗压强度 采用150mm150mm300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为055MPa范围内fcp=(0.70.8)fcu 。在结构设计计算时,一般取fcp0.67fcu。 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm100mm和200mm200mm,测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。,一、混凝土的强度,4. 劈裂抗拉强度 式中:fts劈裂抗拉强度,MPa; P破坏荷载,N; A试件劈裂面