土木工程材料 第四章 混凝土

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1、Civil Engineering Material 土土 木木 工工 程程 材材 料料 第四章 混凝土 本章内容本章内容 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和易性 第三节第三节 硬化混凝土的强度硬化混凝土的强度 第四节第四节 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 第五节第五节 硬化砼的变形性硬化砼的变形性 第六节第六节 混凝土的质量控制及强度评定混凝土的质量控制及强度评定 一、混凝土的分类一、混凝土的分类 1.按所用胶凝材料分 水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、 沥青混凝土、聚合物混凝土、树脂混凝土、硫磺混凝土等 2.按表观密度分 重砼、普通砼

2、、轻砼 3.按生产方式分 预拌砼、现场搅拌砼 4.按施工工艺分 泵送砼、压力灌浆砼、热拌砼、太阳能养护砼、造壳砼等 第一节 概述 5.按掺合料分 粉煤灰砼、硅灰砼、磨细高炉矿渣砼、纤维砼 6.按用途分 结构砼、大体积砼、防水砼、放射线砼、耐热砼、膨胀砼、 耐酸砼、道路砼等 7.按抗压强度分 低强砼、中强砼、高强砼、超高强砼 8.按流动性分 干硬性砼、塑性砼、流动性砼 9.按每立方米水泥用量分 贫砼、富砼 二、混凝土的组成及作用二、混凝土的组成及作用 基本组成材料：水泥、粗细骨料、水 水泥浆硬化前起润滑作用，硬化后起胶结填充作用。 粗细骨料起骨架作用，传递应力。 除上述组成以外还有外加剂和矿物细

3、粉掺合料。 三、砼的性能特点和基本要求三、砼的性能特点和基本要求 1.优点：易塑性、经济性、安全性、耐火性、多用性、耐久 性。 2.缺点：抗拉强度低、延展性不高、自重大、比强度低、体 积不稳定、导热系数大，保温隔热差、硬化慢生产周期长。 3.基本要求 耐久性要求、强度要求、工作性要求、经济性要求、生态性 要求。 一、普通混凝土组成一、普通混凝土组成 1.水泥水泥 对于水泥的合理选用包括两个方面。 （1） 水泥品种的选择 （2） 水泥强度等级的选择 根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值为混凝土强 度等级标准值的1.52.0倍为宜。 某施工队使用以煤渣掺量为某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水

4、泥铺筑路面，见的火山灰水泥铺筑路面，见 图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微 裂缝。裂缝。 按JTJ 01294公路混凝土 路面设计规范，对于水泥 混凝土路面，“水泥可采用 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥和道路硅酸盐水泥。中等 及轻交通的路面，也可以采 用矿渣硅酸盐水泥。”所以 说火山灰水泥铺筑路面是选 用水泥不当。 露石混凝土路面露石混凝土路面 例一：例一： 请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面，混凝请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面，混凝 土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分

5、别为 C3S 53， C2S 25，C3A 15，C4AF 7。请从水泥的角度分析其选。请从水泥的角度分析其选 用有否不当之处用有否不当之处 。 该路面磨损较严重，已 出现较多裂纹。可见表面水 泥砂浆层干缩较大、耐磨性 较差。从资料可见，所选用 的水泥熟料矿物组成中C3A 含量较高，当水泥中C3A含 量较高，其耐磨性较差、干 缩较大，可见选用水泥不当。 水泥混凝土道路表面水泥混凝土道路表面 例二：例二： 广西百色某车间单层砖房屋盖采用预制空心板12m跨现 浇钢筋混凝土大梁，1983年10月开工，使用进场已3个多月 并存放潮湿地方的水泥。1984年拆完大梁底模板和支撑，1 月4日下午房屋全部倒塌

6、。 事故的主因是使用受潮水泥，且采用人工搅拌，无严格 配合比。致使大梁混凝土在倒塌后用回弹仪测定平均抗压强 度仅5Mpa左右，有些地方竟测不出回弹值。此外存在振捣 不实，配筋不足等问题。 例三：例三： 施工现场入库水泥应按品种、标号、出厂日期分别堆 放，并建立标志。先到先用，防止混乱。 防止水泥受潮，水泥不慎受潮，可分情况处理使用： a. 有粉块，可用手捏成粉末，尚无硬块。可压碎粉块，通 过实验，按实际强度使用。 b. 部分水泥结成硬块。可筛去硬块，压碎粉块。通过实 验，按实际强度使用，可用于不重要的、受力小的部位， 也可用于砌筑砂浆。 c. 大部分水泥结成硬块。粉碎、磨细，不能作为水泥使 用

7、，但仍可作水泥混合材料或混凝土掺合料。 水泥的贮存水泥的贮存 （1）分类 细骨料：粒径5mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。 粗骨料：粒径大于5 mm的骨料称为粗骨料，俗称石。 河砂山砂天然砂湖砂细骨料海砂机制砂人工砂混合砂碎石粗骨料卵石2.骨料骨料 （2）骨料的技术性质 泥和泥块的含量 含泥量：天然砂或卵石、碎石中粒径小于0.08mm的颗粒 含量。 泥块含量：砂中的原粒径大于1.25mm，经水浸洗、手捏 后小于0.630mm的颗粒含量；卵石、碎石中原 粒径大于 5mm，经水浸洗、手捏后小于2.5 mm 的颗粒含量称为卵石、碎石的泥块含量。 有害物质 骨料除不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、

8、炉渣等 杂物外，对卵石和碎石中的有机物、硫化物及硫酸盐作出 限制，另还对砂中的云母、轻物质、氯化物作出限制。 坚固性 是指骨料在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗 破裂的能力。一般采用直接冻融法和硫酸盐浸泡法测定骨 料的坚固性。 碱活性 碱骨料反应：水泥、外加剂等混凝土构成物及环境中的碱 与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土 开裂破坏的膨胀反应。 对于重要工程混凝土使用的骨料，或者怀疑骨料中含有无 定性二氧化硅可能引起碱-骨料反应时，应进行专门试验， 以确定骨料是否可用。 级配及粗细程度 颗粒级配：粒径大小不同的集料相互搭配的情况。 骨料的粗细程度：不同粒径的颗粒混合在一起

9、的平均粗细 程度。 a.砂的颗粒级配和粗细程度砂的颗粒级配和粗细程度 砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析方法测定。 分计筛余百分率和累计筛余百分率： 1100%,i i iii iGaAaG细度模数是衡量砂粗细程度的指标。 细度模数愈大，表示砂愈粗。其表示式为： MX在3.7-3.1为粗砂，MX在3.0-2.3为中砂，MX在2.2-1.6 为细砂，配置混凝土时宜优先选用中砂。在1.5-0.7为特细 砂，配置混凝土时要做特殊考虑。 某干砂某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细 度模数并评定其级配。度模数并评定其级配。 筛孔尺寸（mm） 4.75 2.3

10、6 1.18 0.60 0.30 0.15 筛余量() 5 100 150 145 80 20 练习：练习： 计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表： 筛孔筛孔 尺寸尺寸(mm) 分计筛余分计筛余 量（量（g） 分计筛余（）分计筛余（） 累计筛余（）累计筛余（） 4.75 5 a1=5/500=1 A1=a1=1 2.36 100 a2=100/500=20 A2=A1+ a2=21 1.18 150 a3=150/500=30 A3=A2+ a3=51 0.60 145 a4=145/500=29 A4=A3+ a4=80 0.30 8

11、0 a5=80/500=16 A5=A4+ a5=96 0.15 20 a6=20/500=4 A6=A5+ a6=100 计算细度模数： 1165432 1005 AAAAAAAMx）（43. 31100510096805121）（根据细度模数，该砂属粗砂。 在级配区内画出该砂的筛分曲线，该曲线落在区（粗砂 区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。 注 x在 3.73.1 为粗砂， x在 3.02.3 为中砂， x在 2.2 1.6 为细砂，x在 1.50.7 为特细砂。 b.石子的颗粒级配和最大粒径石子的颗粒级配和最大粒径 石子的级配有连续粒级和单粒级两种 粗集料最大粒径粗集料最大粒径 最大粒径

12、：骨料的100都要求通过的最小的标准筛筛孔尺 寸，也就是公称粒级的上限。 砼粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时 不得大于钢筋间最小净距的3/4，对于混凝土实心板，骨料最 大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm，对于泵送 砼，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。 颗粒形态和表面特征 集料颗粒有浑圆状、多棱角状、针状和片状四种类型 的形状。其中，较好的是接近球体或立方体的浑圆状和多 棱角状颗粒。在集料中应限制针、片状颗粒的含量。 针状颗粒是集料中颗粒长度大于所属粒级平均粒径的 2.4倍的颗粒；片状颗粒是指集料颗粒厚度小于所属粒级平

13、 均粒径的0.4倍的颗粒。 集料的表面特征是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征 等。集料按表面特征分为光滑的、平整的和粗糙的颗粒表 面。表面粗糙的集料制作的混凝土的和易性较差，但与胶 结料的粘结力较强；反之，表面光滑的集料制作的混凝土 的和易性较好，一般与胶结料的粘结力较差。 骨料强度 抗压强度是指集料制成的边长为50 mm的立方体（或直径 与高度均为50 mm的圆柱体）试件，在饱和状态下测定的 抗压强度值。 压碎指标值： 式中 a压碎值指标，； m0试样的质量，g； m1压碎试验后筛余的试样质量，g。 010100%amm m请观察图中A、B、C三种石子的形状有何差别，分析其对拌 制混凝土性能会

14、有哪些影响。 A碎石1 B碎石2 C卵石 碎石1，针片状颗粒含量较多。不仅会影响混凝土和易性，还 会影响强度。碎石2，表面较粗糙，多棱角，拌制混凝土时的性能 优于碎石1。卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及比表面积较小。 故拌制混凝土时所需水泥量较小。混凝土拌和物和易性较好。但 卵石与水泥石粘结力会较差。在相同条件下，混凝土强度较低。 例例1： 某中学一栋砖混结构教学楼，在结构完工，进行屋面施 工时，屋面局部倒塌。 审查设计，未发现任何问题。对施工方面审查发现：所 设计为C20的混凝土，施工时未留试块，事后鉴定其强度仅 C7.5左右，在断口处可清楚看出砂石未洗净，管料中混有鸽 蛋大小的粘土块粒和树

15、叶等杂质。此外梁主筋偏于一侧，梁 的受拉区1/3宽度内几乎无钢筋。 例例2： 混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化 的有害物质。凡是能引用的自来水及清洁的天然水都能用来 拌制和养护混凝土。 污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐（按SO2计）超 过1的水、海水均不能使用。 例例3： 某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食 糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混 凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异 常现象的原因。 由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含 糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。 3.混凝土用水混凝土用水 砼外加剂是指在拌制砼过程中掺入的用以改善砼性能的 物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%。 砼外加剂按功能分为四类： 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如各种减水剂、泵 送剂、保水剂等。 调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂。如缓凝剂、早 强剂、速凝剂等。 改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、防水剂和阻锈 剂等。 改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、膨胀剂、防冻