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1、第五节 混凝土（concrete）,混凝土是由胶凝材料、粗细骨料(又称集料)加水拌和后，经一定时间硬化而成的人造石材。世界上用量最大的人工建筑材料。,一、混凝土的分类 1.按胶凝材料分类： 水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、碱矿渣混凝土、聚合物混凝土。,2.混凝土按照体积密度大小分为三类： (1)重混凝土(02500Kg/M3) (2)普通混凝土(0=19502500Kg/M3) (3)轻混凝土(01950Kg/M3) 轻骨料混凝土 多孔混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土) 大孔混凝土,3.混凝土按强度等级可分为： 普通混凝土：强度等级为C7.5-C60； 高强混凝土：强度等级为C
2、60-C100； 超高强混凝土：强度等级大于C100。,4.混凝土也可按功能或材料分类 如防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、纤维混凝土和聚合物混凝土。,5.按施工分类 现浇混凝土、预制混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土。,二、混凝土的特点,原材料来源广泛 性能可调整范围大 硬化前有良好的塑性 与钢筋有牢固的黏结力 有较高的强度和耐久性 耐火性好 缺点：自重大、养护周期长、抗拉强度低、导热系数较大、硬化较慢、生产周期长等。,三 、 普通混凝土的原材料 基本组分：水泥、集料(砂、石)和水 现代混凝土：水泥、集料(砂、石)、水、外加剂、掺合料(矿物外加剂),（一）、 水泥cement 1. 水泥作用
3、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，赋于拌合物一定的和易性，便于施工，硬化后，将骨料胶结成一个整体。,2. 水泥选择 （1）水泥品种选择 根据砼所要求的性能指标及所处的环境条件、砼工程特点而选择水泥。 （2）水泥强度等级的选择 一般强度混凝土，水泥强度等级一般为混凝土强度等级的1.5-2倍。 对高强度混凝土，水泥强度等级一般为混凝土强度等级的1.0-1.5倍。 对超高强混凝土，选用高强度等级的水泥。,（二）、 细骨料（fine aggregate） 砂sand 砂、石起到骨架的作用，故而又称集料。 细骨料粒径一般在0.15-4.75mm之间 砂按技
4、术要求分为类、类、类： 类宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类宜用于强度等级在C30C60及有抗冻、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。,2. 颗粒形状及表面特征 天然砂(natural sand)：河砂、海砂 人工砂(artificial sand)：山砂、机制砂 从流动性上看，人工砂的颗粒形状及表面特征不及天然砂好 从粘结力上看，天然砂的颗粒形状及表面特征不及人工砂好,3. 砂的粗细程度和颗粒级配 骨料颗粒级配 筛分法 累计筛余与分计筛余的关系 砂级配区的规定、 砂的级配区筛分曲线 砂的细度模数及级配评定,筛分法,用一套孔径(方孔)为4.75、2.36
5、、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛筛分。,砂的累计筛余与分计筛余的关系,砂级配区的规定,砂的细度模数,碱骨料反应,碱骨料反应是指当水泥中含碱量(K2O，Na2O)较高，又使用了活性骨料(主要指活性SiO2)，水泥中的碱类便可能与骨料中的活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成复杂的碱一硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时，体积会膨胀，从而改变了骨料与水泥浆原来的界面，所生成的凝胶是无限膨胀性的，会把水泥石胀裂。 引起碱骨料反应的必要条件是：水泥超过安全含碱量(以Na2O计，为水泥质量的0.6)；使用了活性骨料；水。,粗骨料的岩石立方体强度,50mm50mm50mm的立方体(或直径与高均为5
6、0mm的圆柱体)试件，在水饱和状态下，测其极限抗压强度。岩石的极限抗压强度应不小于混凝土强度的1.5倍。同时，火成岩试件的强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。,粗骨料的压碎指标,将一定质量气干状态下1020mm的石子装入一标准圆筒内，在压力机上经160300s内均匀地加荷到200kN；卸荷后称出试样质量G0，然后用孔径为2.5mm的筛筛除被压碎的碎粒，称取试样的筛余量G1，则压碎指标值按下式计算：,（1）最大粒径（最大粒径的选择要考虑钢筋间隙；结构尺寸；搅拌；流动性；强度等因素）。 粒径大的好处（流动性好，水泥用量，对强度不利，粒径大，则水泥用量可较少）
7、 粒径小的好处（强度，施工时的配筋等） 但凡事应辩证的看，粒径越大，虽对强度不利，但它又对需水量有减少的有利的一面，从而也对强度有利。,粗骨料的最大粒径,砂率,砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。,影响砂率的因素,影响砂率的因素： 石子级配与最大粒径， 砂的细度模数Mx，Sp W/ C，Sp， 外加剂；可适当降低Sp,混凝土砂率选用表,本表适用于坍落度1060mm的混凝土。坍落度若大于60mm或小于10mm，应相应增加或减少砂率。,5. 砂的物理性质,（1） 密度、表观密度、堆积密度 （2） 空隙率和填充率 （3） 含水状态：全干、气干、饱和面干、润湿四种状态,（三）、 粗骨料(c
8、oarse aggregate)石子(crushed stone) 粒径大于4.75mm (1)有害杂质含量(含泥量 、针片状颗粒含量、碱骨料反应 ) (2)按颗粒形状及表面特征分类 (碎石、卵石),(3)强度和坚固性 1)强度(抗压强度、压碎指标) 2)坚固性,(4)最大粒径与颗粒级配 1)最大粒径 2)颗粒级配(筛分析试验),5. 石子的物理性质,（1） 密度、表观密度、堆积密度 （2） 空隙率和填充率 （3） 孔隙率和密实度 （4） 含水状态：全干、气干、饱和面干、润湿四种状态,（四）、拌和与养护用水提供流动性（水泥浆）及水泥水化。 优先采用符合国家标准的饮用水。 水中杂质含量限制值(p
9、H值、氯化物、硫酸盐),（五）、 混凝土外掺料,1掺合料分类： （1）活性掺合料活性混合材 （2）非活性掺合料 2加入目的： （1）节约水泥（经济性、环保） （2）改善砼性能；施工性能，强度，耐久性,混凝土的外加材料 外加剂：是在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性质的物质。掺量很小。一般不大于水泥重量的5%（膨胀剂例外，掺量10%）。 矿物外加剂(掺合料、外掺料)：是指在混凝土拌合物中掺入量超过水泥质量的5，在配合比设计时，需要考虑体积或质量变化的外加材料。如粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等。,掺减水剂可以产生以下几个方面的效果 a在原配合比不变的条件下，可增大混凝土拌合物的流动性，且不致降低
10、混凝土的强度。,b在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以减少用水量及水泥用量，节约水泥。,c在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可以减少用水量，从而降低水灰比，使混凝土的强度及耐久性得到提高。,2)减水剂常用品种 (1)普通减水剂（减水率510%） 木质素系减水剂 多元醇系 (2)高效减水剂(减水率10%25%） 萘系减水剂 水溶性树脂减水剂 (3)高性能减水剂（减水率25%） 氨基磺酸盐、多羧酸系接枝类共聚物 (4)复合减水剂,2. 早强剂 多用于加速砼硬化，缩短施工周期，加快施工速度提高模板周转率以及抢修工程,早强剂与其他外加剂的复配： （1）复合早强剂早强效果更好 （2）早强减水剂发挥早
11、强、减水 的共同特点,3. 引气剂 使砼在搅拌过程中引入在量的均匀分布的封闭的微小气泡，（201000um）。,主要目的：,（1）改善砼和易性滚珠作用； （2）提高防渗、抗冻性（一定引气量范 围内）； （3）强度一般降低，但可以由减水作用 得到一定的补偿。,松香类：松香热聚物，松香皂0.0050.02%；引气量35%； 木质素类：不是以引气为主要目的，故掺量稍大，且引气量也不大； 烷基苯磺酸盐类：十二烷基苯磺钠等（0.0050.02%） 皂素类：0.0010.01%,常用引气剂品种,4. 缓凝剂延长混凝土及砂浆的凝结时间 常用缓凝剂类别及掺量范围 无机类： （1）硼酸盐、磷酸盐、锌盐等（0.1
12、0.2%） 有机类： （2）羟其羧酸及盐类；酒石酸，柠檬酸、葡糖酸等（0.030.1%） （3）含糖碳水化合物类，糖蜜、葡糖、蔗糖等（0.10.3%） （4）木质素磺酸类：MCa，MNa等（0.20.8%） （5）多元醇类：如纤维素，多元醇等（0.010.3%,主要机理： 缓凝剂吸附于水泥颗粒表面，阻碍与水的水化而获得缓凝性。,总之，无论何种外机剂，均应以其中离子对砼性能，特别是强度和耐久性不产生影响。再者要注意外加剂使用要点：掺量；掺加方法；与水泥的适应性；相互间适应性；有害离子； 品种选择；,（一)、 混凝土拌合物的和易性 和易性的概念 (流动性、粘聚性和保水性),四、 混凝土的技术性质,
13、1、影响和易性的主要因素 1)材料品种与用量的影响 水泥品种和细度：用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和粘聚性也较好。 水泥浆数量：水泥浆数量不能太多也不能太少 水灰比(单位用水量),砂率(sand percentage) 砂率与坍落度的关系曲线(最优砂率) 砂率与水泥浆用量的关系曲线 混凝土砂率选用表与砂率的计算公式 外加剂(减水剂、泵送剂)和掺合料(粉煤灰),2)环境的温度与湿度的影响 环境的温度高，空气湿度小，拌合物水分蒸发快，坍落度损失大，坍落度小。 3)工艺对和易性(workability)影响 拌合好，塌落度(slump)大。,2. 混凝土和易性的评定 坍塌度试验法 1-4
14、-17 维勃稠度试验法 表1-4-16 混凝土拌合物流动性的分级,四、 硬化混凝土的技术性质,随着水化的进行，混凝土开始凝结、硬化，最后形成具有强度的固体。在此过程中，混凝土的结构不断发生变化，其强度也在不断的增加。,1强度产生的原因： 胶凝材料水化产物，形成水泥石，水泥石包裹在集料周围。,（一）、混凝土强度,3. 混凝土的抗压强度与强度等级 1)混凝土标准立方体抗压强度 2)混凝土立方体抗压强度标准值 3)强度等级,5. 影响混凝土强度的因素 1)水泥强度等级和水灰比 混凝土强度与灰水比的关系 2)骨料的种类、质量及数量 3)湿度与温度的影响 混凝土强度与保持潮湿日期关系 养护工艺 养护温度
15、对混凝土强度的影响,6. 提高混凝土强度的主要措施 1)选料：水泥、骨料、外加剂、掺合料 2)采用机械搅拌和振捣 捣实方法对混凝土强度的影响 3)养护工艺方面,1.、混凝土耐久性的概念 耐久性的概念：砼抵抗所处环境的作用破坏的能力，如温度、湿度，化学侵蚀介质等。 环境对砼的作用： 物理作用如冻融、渗透以及磨蚀，空蚀等； 化学作用，如各种酸、碱、侵蚀，碳化、碱集料反应以及砼中的钢筋锈蚀等。,（二 ） 混凝土的耐久性,2、耐久性类型,1)混凝土的抗渗性 2)混凝土的抗冻性 3)混凝土抗侵蚀性 4)混凝土的碳化 5)混凝土的碱一骨料反应 6）磨损与气蚀,三、提高混凝土耐久性的主要措施 1合理选择水泥
16、品种 2增加砼密实度 W/C 成型方法 集料级配（包括砂率）等 3质量性能稳定的集料针对碱集料反应尤其注意。 4掺加矿物掺合料、引合剂、防渗剂等 5砼表面处理（特别是裂缝防护） 6. 规定最小水泥用量,五、 普通混凝土的配合比设计,（一）、 混凝土配合比的表示方法 以每1m3混凝土中各项材料的质量比表示。例如1m3混凝土：水泥300kg，水180kg，砂720kg，石子1200kg，每1m3混凝土总质量为2400kg。 以各项材料间的质量比来表示(以水泥质量为1)。例如，将上例换算成质量比为：水泥砂石shui=12.44.00.6，水灰比为0.60。,（二）、混凝土配合比设计的基本要求 满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性； 满足混凝土结构设计的强度等级； 满足耐久性要求； 节约水泥，降低成本。,三、 混凝土配合比设计中的三个基本参数 水与水泥之间的比例关系，用水灰比表示； 砂与石子之间的比例关系，用砂率表示； 水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量来反映(1m3混凝土的用水量)。,（四）、 混凝土配合比设计的步骤 (1)初步配合
