材料——混凝土

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1、第三章 混凝土（concrete ）l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。l第一节 概 述 混凝土按照表观密度大小分为三类： (1)重混凝土(02500Kg/M3) (2)普通混凝土(0=19502500Kg/M3) (3)轻混凝土(010%）。混凝土第五组分 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。 混凝土第六组分掺量计算一、 混凝土外加剂混凝土外加剂分类 表面活性剂的分子模型 表面活性剂

2、的分子在水表面 吸附定向排列示意图l1. 减水剂 1)减水剂的作用机理 吸附一分散作用 水泥絮凝结构示意图 减水剂的作用简图 润滑塑化作用：溶剂化水膜l根据使用条件不同，掺减水剂可以 产生以下几个方面的效果：la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 致降低混凝土的强度。lb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。lc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。l2)减水剂常用品种l(1)普通减水剂（减水率510%） 木质素系减水剂 多元醇系l(2)高效减水剂(减水率10%25%

3、） 萘系减水剂 水溶性树脂减水剂l(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l(4)复合减水剂l3)减水剂的使用技术饱和点问题 掺量：0.3%1%不等 掺法：同掺、后掺 与水泥的相容性l2. 早强剂l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 l（1）无机物氯盐类：CaCl2， NaCl，KCl，AlCl3等，其中，多用CaCl2，掺量：0.51.0%为宜，能使砼3天强度提高50100%，7天提高2040%，l（2）硫酸盐类：Na2SO4(元明粉)，CaSO4，其中，Na2SO4用的较多，适宜掺量0.52.0%。l（3）有机胺类：主要有T

4、EA（三乙醇胺），TP（三异丙醇胺等）TEA呈无色或淡黄色油状液体，碱性，能溶于水。掺量为0.020.05%。氯盐类早强剂对易使钢筋锈蚀；硫酸盐早强剂掺量过多，表面易出现“白霜”。TEA它单独作用时，更表现出缓凝性，早强效果不明显，而与无机盐，特别是Cl盐复合使用，早强、增强效果才明显发挥。也有资料说，掺量稍大时早强效果反而明显，具体原因尚不清楚。l（1）Cl盐不得用于以下结构：l相对湿度大于80%的环境中的结构，或其它与水频 繁接触的结构；l有镀锌钢材或铝铁相接触的结构，以及有外露预埋 件而又无防护措施的结构；l有酸、碱、硫酸盐侵蚀介质接触的结构；l使用中经常处于T=60以上的结构；l使用冷

5、拉或冷拔低碳钢筋、钢丝的结构；l电解车间或高压直流电源100m以内结构；l靠近发电站、变电所的所的结构；l薄壁、预应力砼结构；l含有活性骨料的砼。 l（2）SO42盐早强剂不得用于以下结构l有镀锌钢材或铝铁相接触的结构，以及有外露预埋件而又无防护措施的结构；l使用直流电源的企业和电气化运输设施的砼结构；l含有活性集料的砼针对NaSO4注意碱含 量K=Na2O+0.658k2Ol相对湿度大于80%的环境中的结构，或其它与水频繁接触的结构l早强剂与其他外加剂的复配：l（1）复合早强剂早强效果更好l（2）早强减水剂发挥早强、减水 的共同特点 l3. 引气剂l使砼在搅拌过程中引入在量的均匀分布的封闭的

6、微小气泡，（201000um）。主要目的：l（1）改善砼和易性滚珠作用；l（2）提高防渗、抗冻性（一定引气量范围内）；l（3）强度一般降低，但可以由减水作用得到一定的补偿。 l松香类：松香热聚物，松香皂0.0050.02%；引气量35%；l 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；l烷基苯磺酸盐类：十二烷基苯磺钠等（0.0050.02%）l皂素类：0.0010.01% 常用引气剂品种引气量影响因素l（1）掺量l（2）原材料影响l（3）引气剂最好配制成液体再加入（ 由于掺量小的不易均匀分散）l（4）振动时间 与之相对应又有稳泡剂 和消泡剂之分。（与减水剂复配，可减 少强度降低

7、值。）l4. 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l无机类：l（1）硼酸盐、磷酸盐、锌盐等（0.10.2%）l有机类：l（2）羟其羧酸及盐类；酒石酸，柠檬酸、葡 糖酸等（0.030.1%）l（3）含糖碳水化合物类，糖蜜、葡糖、蔗糖 等（0.10.3%）l（4）木质素磺酸类：MCa，MNa等（ 0.20.8%）l（5）多元醇类：如纤维素，多元醇等（ 0.010.3% 主要机理：l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。 缓凝剂使用技术要求：（1）掺量凝结时间，强度； （2）与水泥的适应性； （3）与减水剂的适应性； （4）掺加方法，如木钙在加水拌合后 1m

8、in加入，凝结时间（初、终）再延 长2h，加水拌合2min后，凝结时间延 长2.53h； （5）温度，T0.6%时，l水是其充分条件 l影响碱集料反应的因素：l集料活性，水泥中的碱含量，水 份，集料粒径，粒径越小，则反应膨 胀越大，砼密实度，所采取的措施抑制碱集料反应的措施：l断绝三条件中的任何一条件，包括外加剂 中的碱含量； l掺用活性混合材，（掺合料）l机理：a.混合材与碱起反应，同时混合材粒 径小，比表面积大，因此反应快；b.降低了 作用于集料表面的碱含量，使碱组分的发挥 分散于整个砼体系中；c.形成了石灰碱 氧化硅络合物，此物不膨胀l增加砼密实度，减小水份的渗透l加入引气剂 粉煤灰l粉

9、煤灰是以燃煤发电的火力发电厂排出 的一种工业废渣。磨成一定细度的煤粉 在煤粉锅炉中燃烧后（炉膛内温度高达 11001500），由吸尘器负压抽 风收集的细飞灰（Fly Ash）称为粉煤 灰。粉煤灰质量指标与等级粒化高炉矿渣粉l高炉矿渣是炼铁过程中的废渣。在高炉炼铁 时，铁矿石、燃料及溶剂矿物（石灰石或白 云石），在冶炼条件下氧化铁还原成金属铁 ，溶剂矿物分解后产生的氧化钙与矿石中杂 质SiO2、Al2O3等相熔并互相作用生成为一种 熔融液的非金属物，其密度比铁水小，熔融 液的2.52.8，而铁水的7.08.0， 它易与铁水相分离，炉子的下方排出铁水， 而炉子上方排出熔融液，经水淬后呈粒状的 高炉

10、矿渣。 矿渣粉技术要求硅灰l硅灰是铁合金厂回收的废灰，在采用电 炉炼制硅铁时，由炉烟所滤收集的烟灰 ，其主要成分是二氧化硅，故称之硅灰 。硅灰中的非晶态的SiO2含量大于90 ；硅灰颗粒为微细球形，平均粒径为 0.1m，比表面积为2万cm2/g3万 cm2/g，比普通水泥所要求的细度小近 百倍，而密度又较小，约为2.2gcm3 左右。 （1）按砼外加剂作用分类 a：用以改善拌合物性质（包括砼、砂浆、净浆）减水剂、引气剂； b：调节凝结时间，硬化时间早强剂，缓凝剂，促凝剂； c：调节含气量引气剂、加气剂、泡沫剂、消泡剂等； d：硬化后力学性能引气剂、膨胀剂、抗冻剂、防水剂； e：抗钢筋腐蚀性阻锈

11、剂； f：提供特殊性能引气剂、着色剂、脱模剂、养护剂。 （2）按化学成分：l无机化合物：多为影响砼凝结时间；l有机：多为表面活性剂；l复合外加剂外加剂的发展方向之一。 l曲线窄而 高，说明 强度比较 集中，波 动小，混 凝土的均 匀性好， 施工水平 较高。 曲线矮而宽 ，表示强度 数据的离散 程度大，说 明施工控制 水平差混凝土强度平均值标准差变异系数不同t值的保证率P生产长期稳定时强度的检验 评定当混凝土强度等级C20时 mfcufcu,k+0.70 fcu,minfcu,k0.70 fcu,min0.85fcu,k 当混凝土强度等级C20时 mfcufcu,k+0.70 fcu,minfc

12、u,k0.70 fcu,min0.90fcu,k 式中：mfcu同一验收批试块的平均强度，MPa；fcu,k混凝土设计强度等级，MPa；0同一验收批试块强度的标准差，MPa；fcu,min同一验收批强度的最小值，MPa用合格判定系数进行强度的 评定mfcu-100.9fcu,k fcu,min2fcu,kl式中：0同一验收批试块强度的 标准差，MPa；当0计算值小于 0.06fcu,k时，取0=0.06fcu,k；1、2合格判定系数(表 5.28)。 零星混凝土的非统计法评 定 mfcu1.15fcu,k fcu,min0.95fcu,k混凝土配合比设计实例l某工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计

13、 强度等级为C25，施工要求坍落度为50 -70mm。不受风雪等作用。施工单位 的强度标准差为4.0MPa。所用材料： 42.5普通硅酸盐水泥，实测28d强度 48MPa，c=3.15gcm3；中砂，符 合区级配，0s=2.6gcm3；碎石， 粒级5-40mm，0g=2.65gcm3；自 来水。现场砂含水率3，石含水率1 ，求施工配合比。 初步配合比的计算1)确定配制强度 2)初步确定水灰比值（W/C） 3)选择每1m3混凝土的用水量 (W0) 4)计算混凝土的单位水泥用量 (C0) 5)选取合理砂率Sp 6)计算1m3混凝土中砂、石骨 料的用量 7)书写初步配合比确定配制强度计算混凝土试配强

14、度(fcu,0) fcu,0=fcu,k+t=25+1.6454=31.58MPa 确定水灰比（W/C）选择每1m3混凝土的用水量 (W0)l查表5.15，取W0=190kg(按新规范应为 185kg)。计算混凝土的单位水泥用量 (C0)选取合理砂率Spl参照本章5.3l查表5.16，取Sp=33。 计算1m3混凝土中砂、石骨料的 用量l绝对体积法l假定表观密度法绝对体积法l绝对体积法是基于这样考虑：即捣实后，混凝土拌 合物的体积等于各组成材料体积及少量空气体积之 总和。l式中混凝土含气量系数，在不使用含气型外加 剂时，可为1（即含气量为1%）。假定表观密度法l一般强度等级为C7.5C15的混

15、凝土， 其表观密度为2360kgm3左右；强度 等级C20C30的为2400kgm3左右 ；强度等级C40，为2450kgm3。 W0C0S0G0oh 190284S0G02400 式中oh为捣实后混凝土的表现密度 。 S0=636kg, G0=1290kg书写初步配合比l绝对体积法结果：C0S0G0=2846141254W0C0=190284 C0S0G0=12.164.42 W0C0=0.67 l假定表观密度法结果：C0S0G0=2846361290=12.244.54W0C0=0.67基准配合比的确定l根据骨料最大粒径，配制30L混凝土拌合物(在此以 绝对体积法的配比为例)。测定其坍落度值为 85mm，大于设计要求的50-70mm，故需进行坍 落度调整，其方法如下：保持水灰比不变，增加砂 用量1和碎石用量1后，测得坍落度为70mm， 粘聚性、保水性均良好，满足设计要求，同时，测 得混凝土表观密度为2410kgm3 。由此得到基准 配合比为：C1S1G1W1=2906331293194=12.184.460.67实验室配合比的确定l拌制不少于3种不同配合比的混凝土制作试件 检验混凝土的强度。其中一种为基准配合比 ，另外两种配合