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1、混 凝 土 Concrete第 三 章本章主要内容介绍了各种水泥混凝土的组成、结构 与性能，以及混凝土的配合比设计方法 和应用。v普通混凝土 普通混凝土组成材料及其基本要求 混凝土外加剂 普通混凝土拌和物的性质 普通混凝土结构及性质 混凝土的质量评定 普通混凝土配合比设计 v其他混凝土 学习方法指导v牢记基本概念混凝土是由胶凝材料(水泥)胶 结各种粗、细颗粒状骨料，形成的一种颗粒堆聚 材料。v理解混凝土中各组分材料的要求与作用；v熟悉混凝土的各种性质及其影响因素；v掌握混凝土的配合比设计方法和质量控制措施；v了解各种混凝土的应用技术。 混凝土在土木工程中的重要性v混凝土是用量最大的结构材料，每
2、年世界混凝土 消 耗量为11亿吨，是钢材消耗量的10倍以上；v混凝土是应用最广的结构材料，可用于桥梁、隧道 、道路、水利、房屋建筑等工程；v原因混凝土具有耐久性，耐水、耐火；新拌混凝土具有很好的流动性和冲模性，容易浇注成各 种形状和尺寸的结构构件；价格低廉，原材料储量丰富，分布很广。Itaipu DamSports Palace in Rome 钢丝网砂浆概 述1、定义：混凝土是指以胶凝材料（胶结料）、集料（或称骨料） 、水（或不加水）及其他材料为原料，按适当比例配制而 成的混合物，再经硬化形成的复合材料。根据胶结料的不同，常用的混凝土有：水泥混凝土、沥 青混凝土、石膏混凝土、聚合物混凝土普通
3、水泥混凝土，通常简称混凝土（简写为-砼），是由 水泥为胶结材料而制成的混凝土，是当前土木工程中最常 用的材料之一。第 一 节混 凝 土 概述三 问 ？v混凝土的优点与缺点 ？v混凝土在使用时的要求或准则？v普通混凝土的分类？1、混凝土的特点优点：v组分材料来源丰富，经济性好；v新拌混凝土有良好的可塑性；v可按需要配制各种不同性质的混凝土；v具有较高的抗压强度，且与钢筋具有良好的共同工作性v具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境的破坏作用v具有较好的耐火性缺点：v抗拉强度低、延展性不高、自重大，比强度低、体积不稳定性2、土木工程对混凝土的基本要求 v满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构 筑物能安全
4、地承受各种设计荷载；v满足混凝土施工规定所需的工作性要求，以 便硬化后能得到均匀密实的混凝土；v具有与工程环境相适应的耐久性要求，以保 证构筑物在所处环境中服役寿命；v满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低 、环境负荷少等。3、混凝土的分类v根据表观密度0 ：普通混凝土(2400kg/m3)；轻混凝土 (1950kg/m3)；重混凝土 (2600kg/m3)。v根据用途(功能) ：普通混凝土；道路混凝土；防水混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；防辐射混凝土；膨胀混凝土；装饰混凝土等。 根据生产与施工 方法： 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 挤压混凝土 压力灌浆混凝土 预应力混凝土
5、离心混凝土等。 混 凝 土 根据强度等级： 低强混凝土(fcu30MPa)； 中强混凝土 (fcu=30-60MPa)； 高强混凝土 (fcu60MPa)。根据每1m3水泥 用量： 贫混凝土 富混凝土其它分类1. 根据掺加 辅助材料： 2.粉煤灰混凝 土 3.纤维混凝土 4.硅灰混凝土 5.磨细高炉矿渣 混凝土 6.硅酸盐混凝土 等 第 二 节普通混凝土的组成材料混凝土的宏观结构 普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨 料新拌混凝土100%体积6075%715%2540%1421%2128%3942%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂为了改善或提高混 凝土的性能各组成材料的作用骨 料v廉价的填充材
6、料，节省水泥用量v混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展v传力作用v降低水化热v提供耐磨性水泥浆v润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动 性v胶结作用包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结 硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体各组成材料的作用水v混凝土中的拌和水有两个作用:供水泥的水化反应赋予混凝土的和易性v剩余水留在混凝土的孔（空）隙中使混凝土中产生孔隙对防止塑性收缩裂缝与和易性有利对渗透性、强度和耐久性不利各组成材料的作用外加剂v化学外加剂：改善混凝土的性能缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；减水剂减少拌和需水量；引气剂在混凝土中引起封闭气孔；v矿物掺
7、合料：减少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰硅灰矿渣2. 混凝土的结构要素v各种尺寸固体颗粒分布的均匀性；v各种固体颗粒堆积的密实性；v固体颗粒的总表面积;v总孔隙率与界面孔隙率；v孔隙特征与孔径分布3. 混凝土结构的影响因素v骨料的种类与体积含量碎石：表面粗糙、针片状多，需浆量大，界面粘结好；卵石(砾石)：表面光滑、针片状少，需浆量小，但界面粘 结差。v骨料的粒径与级配v水泥用量v水灰比v施工工艺v养护条件4. 理想的混凝土结构 v密实较大颗粒堆聚所留下的孔隙由较细颗粒填充，较 细颗粒堆聚所留下的孔隙由更细颗粒所填充;密实度最大或总孔隙率最小时，固体颗粒的总比 表面积最小;界面致密。v均匀各种物
8、相分布均匀均匀、密实的多物相堆积体Summaryv普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性 能，可添加化学外加剂与矿物掺合料；砂石构成混凝土的骨架，传递应力，限制变形；水泥与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土流动性，硬化后 将骨料颗粒胶结成整体；v混凝土微结构是由骨料相、水泥石相和界面过渡区 相构成的复杂结构；v结构特点有多物相、多孔性的堆积体复杂而不均匀非固定而多变v混凝土的理想结构均匀、密实的堆积体二、普通混凝土的组成材料 v骨 料v水v水 泥v外加剂（一） 骨 料 Aggregate1. 骨料的定义与用途v骨料是岩石类材料v骨料在土木工程中的应用：水泥混凝土沥青混凝土道路基础铁路道渣砂浆v
9、每年用量约为20亿吨v骨料的生产混凝土中的骨料v经济上：在不影响混凝土性能的条件下，在 混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝 土的成本；v骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石 更好的耐久性。混凝土中骨料的基本要求 v具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总 比表面积较小，以减少水泥浆用量；v骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘 结力； v含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后 期混凝土耐久性的成分； v具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传 力作用。 骨料用量对混凝土与净浆收缩比的影响2、骨料的种类v按照骨料粒径粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎石细骨料：粒
10、径小于4.75mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、 海砂v按照骨料的密度普通骨料：堆积密度在15201680kg/m3的骨料密度在25002700kg/m3 轻骨料： 堆积密度1120kg/m3的骨料密度在1000kg/m3 重骨料： 堆积密度2080kg/m3的骨料密度在35004000kg/m3如陶粒、煅烧页岩、 膨胀蛭石、膨胀珍珠岩 、泡沫塑料颗粒等。如铁矿石、重晶石等。碎 石卵 石骨料的种类普通骨料轻骨料重骨料骨料的分类骨料的种类按照骨料来源分为：v天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、 卵石、碎石等。v按照岩石的主要成分分为：氧化硅矿物、碳酸盐 矿物、氧化铁矿物、硫化物矿物、粘土矿物等
11、。v人工骨料：热加工骨料：膨胀页岩、膨胀蛭石等；工业副产物：矿渣、铁渣、粉渣等；v再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖等。3、骨料的特性及其影响v骨料的含水状态v骨料的密度v骨料的粒径与级配v骨料的孔隙率v骨料的形状v骨料的表面特征v骨料的弹性模量v骨料的强度v骨料的坚固性v骨料的硬度混凝土配合比设计所要求影响新拌混凝土性能影响硬化混凝土性能(1) 骨料的密度、表观密度与堆积密度 v密度测量 可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密度。直接测得的密度实际是骨料的表观密度，但由于砂、石 的孔隙率小，将此法测得的密度为视密度密度。大多数天然骨料的视密度为2.43.0。v堆积密度测量 砂、石的堆积密度一
12、般用固定体积法测量；砂用5升的体积的质量确定；石用10升体积的质量确定。骨料堆积密度取决于颗粒粒径与级配 天然岩石的密度 岩石种类平均密度密度范围 玄武岩(Basalt)2.802.603.0花岗岩(Granite)2.692.603.0砂岩(Gritstone)2.692.602.9角页岩(Hornfels)2.822.703.0石灰岩(Limestone)2.662.52.8斑岩(Porphyry)2.732.602.9石英岩(Quartzite)2.622.62.7(2) 骨料的粒径及其分布v骨料粒径及其分布粗骨料：最大粒径与颗粒级配；细骨料：细度模数与颗粒级配。v骨料粒径与颗粒级配影响
13、骨料堆积孔隙颗粒级配合理可减少堆积孔隙；单一粒径越大，堆积孔隙越多。v粒径及其分布影响的混凝土性能混凝土的用水量；混凝土的水泥用量；新拌混凝土的和易性混凝土的微裂缝骨料粒径 越大，堆积的空 隙越多，所需水 泥浆用量越大关于骨料粒径及其分布的几个基本概念v颗粒级配指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例 情况不同粒径颗粒的分布。v粗细程度指的是不同粒径细骨料混合在一起的总体粗细 程度平均粒径大小。v最大粒径指的是粗骨料公称粒级的上限允许最大值。1）砂子的颗粒级配与粗细程度v细度模数Mx细度模数表征砂的粗细程度，可以理解为质均粒径， 由筛分法测定。细度模数越大，骨料越粗，根据细度模数将砂分为：细砂
14、（2.21.6）；中砂（3.02.3）；粗砂（3.73.1）。v级配曲线级配曲线表示不同粒径砂的颗粒搭配情况；根据级配曲线分为三个区：、；级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。颗粒级配与细度模数的测定v筛分法 ：砂子标准筛：9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15mm 共 七个孔径的筛。方法：将500g烘干的砂子试洋由粗到细一次过筛，然后 称出余留在各个筛上的砂子质量。计算：各个筛上的余量为分计筛余ai，各个筛及以上筛 上的分计筛余的和为累计筛余Ai。则：累计筛余Ai = ai （i = 1i） 然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线。并用下式计算细度模数：
15、Mx = (A2+A3+A4+A5+A6)-5A1 /(100A1) 砂的级配曲线问题？v砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什 么？答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程 度的差别。v细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细度模 数相同吗？答：细度模数相同，级配不一定相同；但级配相 同，细度模数一定相同。2）石子的颗粒级配v石子的级配有连续级配和间断级配两种：连续级配 要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一 级骨料都占有适当比例，这种级配较好；间断级配 是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成 粒级的间断，大粒径骨料间的空隙由比其小几倍的 小粒径颗粒填充，从而降低堆积空隙率。v石子的颗粒级配也用筛分法测定。 细骨料粗骨料55%粗+45%细空隙率24%空隙率35%空隙率44%通过率筛孔（3）骨料的形状与表面特征v骨料的形状骨料颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有：等径颗粒球形体颗粒：没有菱角和边； 多面体颗粒：有菱角和边。针状颗粒 长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍；片状颗粒 厚度小于平均粒径的0.4倍。v骨料的表面特征表面粗糙程度；是否有菱角；干净程度等。等径颗粒骨料针片状骨料颗粒针片状球状表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？v表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响 混凝土的成本。v影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒
