[工学]第4章_混凝土与砂浆

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1、第4章 混凝土与砂浆,主讲：胡大伟,混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。 土木建筑工程对混凝土质量的基本要求是：具有符合设计要求的强度；具有与施工条件相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性。 材料组成经济合理、生产制作节约能源。,概述,概述,混凝土常简写为“砼”。水泥混凝土经过170多年的发展，已演变成了有多个品种的土木工程材料。,（一）按毛体积密度分,（二）按胶凝材料分,分类,分类,重混凝土，其干表观密度大于2 600kg/m3，采用重骨料和水泥配制而成，主要用于防辐射工程，又称为防辐射混凝土； 普通混凝土，其干表观密度为2 0

2、002 600 kg/m3，一般多在2 400 kg/m3左右，用水泥、水与普通砂、石配制而成，是目前土木工程中应用最多的混凝土，广泛用于工业与民用建筑、道路与桥梁、海工与大坝、军事工程等工程，主要用作承重结构材料，目前全世界普通混凝土年用量达40多亿m3，我国年用量在15亿m3以上；,分类,轻混凝土，其干表观密度小于1 950 kg/m3，包括轻骨料混凝土、大孔混凝土和多孔混凝土，可用作承重结构、保温结构和承重兼保温结构。,（三）按用途分,（四）按生产工艺和施工方法分,分类,优点,原材料丰富，造价低廉，可以就地取材； 可根据混凝土的用途来配制不同性质的混凝土； 凝结前有良好的可塑性，可利用模

3、板浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物； 与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后能很好地共同工作等。,缺点,抗拉强度低，一般为抗压强度的1/10，易产生裂缝，受拉时易产生脆性破坏； 自重大，比强度小，不利于建筑物(构筑物)向高层、大跨度方向发展； 耐久性不够，在自然环境、使用环境及内部因素作用下，混凝土的工作性能易发生劣化，硬化较慢，生产周期长，在自然条件下养护的混凝土预制构件，一般要养护714d方可投入使用。,4.1 普通混凝土的组成材料,普通混凝土是由水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺入适量的外加剂和掺合料。 砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故称为骨料(又叫集料

4、)，砂子称为细骨料，石子称为粗骨料。 水泥和水形成水泥浆包裹在骨料的表面并填充骨料之间的空隙，在混凝土硬化之前起润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；硬化之后起胶结作用，将砂石骨料胶结成一个整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材。 外加剂起改性作用。掺合料起降低成本和改性作用,4.1 普通混凝土的组成材料,混凝土的结构如图,4.1 普通混凝土的组成材料,砂子,水泥浆,石子,1. 水泥 水泥是混凝土中最重要的组分。 水泥品种的选择，应当根据混凝土工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择。 水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。经验证明，配制

5、C30以下的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.11.8倍，配制40以上的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.01.5倍，同时宜掺入高效减水剂。,4.1 普通混凝土的组成材料,4.1 普通混凝土的组成材料,配制混凝土时，应根据工程性质、部位、施工条件和环境状况等选择水泥的品种。常用水泥的选择见下表,4.1 普通混凝土的组成材料,水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上配制高强度等级的混凝土，选用高强度等级的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用低强度等级的水泥。 若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土时，要满足强度要求，必然增大水泥用量，不经济；同时混凝土易于出现干缩

6、开裂和温度裂缝等劣化现象。 反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土时，若只考虑满足混凝土强度要求，水泥用量将较少，难以满足混凝土和易性和耐久性等要求；若水泥用量兼顾了耐久性等性能，又会导致混凝土超强和不经济,2、骨料细骨料:其作用是填充粗骨料空隙，减少水泥浆干缩。 粗骨料：起骨架作用，坚固耐久。,4.1 普通混凝土的组成材料,骨料的一般要求：,表面清洁，含有害成分少。 有足够的强度。 骨料的形状、表面特征。,1.粗集料,（1）强度 （2）坚固性 （3）级配 （4）最大粒径的选择 （5）表面特征和形状 （6）有害杂质的含量 （7）碱活性检验,2.细集料,（1）级配和细度模数 （2）有害杂

7、质的含量1）含泥量和泥块含量2）云母含量3）轻物质含量4）有机质含量5）硫化物和硫酸盐含量,砂子技术性能,4.1 普通混凝土的组成材料,在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。 当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实度与强度。,砂中有害物质含量（GB/T 146842001）,坚固性指标(GB/T 146842001),压碎指标(GB/T 146842001),砂的筛分曲线,各区砂的特点及应用：,1区 偏粗，适合配制水泥用量多的富砼，及流动性较小的低塑性砼。在应

8、用时应提高砂率，保证有足够的水泥用量，以满足砼和易性的要求。 2区 适中，较理想，级配较好。泵送砼宜选用中砂。 3区 偏细，适合配制水泥用量少的贫砼。在应用时应降低砂率以保证砼的强度。,粗骨料,4.1 普通混凝土的组成材料,石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。 石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。 在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。,4.1 普通混凝土的组成材料,然而石子最大粒径（Dmax）过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。 同时，

9、最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。 根据我国钢筋混凝土施工规范规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面的短边长度的；不得大于钢筋最小净距的 。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。,4.1 普通混凝土的组成材料,对于实心板，不得超过板厚的1/2且不得超过50mm； 对于泵送混凝土，最大粒径与输送管道内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。,骨料粒径太大使转换梁浇筑不密实,工程实例分析,4.1 普通混凝土的组成材料,3、混凝土拌合及养护用水 不影响混凝土的和易性和凝结； 不损于混凝土强度发展及耐久性； 不降低混凝土耐久性； 不加快钢筋锈蚀，不引起

10、预应力钢筋脆断，不污染混凝土表面。,4.1 普通混凝土的组成材料,4、外加剂和掺合料 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大于水泥重量的5%(特殊情况除外)。 外加剂在混凝土中的掺量不多，但可显著改善混凝土拌合物的和易性，明显提高混凝土的物理力学性能和耐久性。,4.1 普通混凝土的组成材料,外加剂按主要功能分为四类： 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂和泵送剂等。 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂和速凝剂等。 改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂、防冻剂和阻锈剂等。 改善混凝土其他性能的外加剂，如加气剂、膨胀

11、剂、防冻剂、着色剂、泵送剂、碱骨料反应抑制剂和道路抗折剂等。,4.1 普通混凝土的组成材料,减水剂 在混凝土组成材料种类和用量不变的情况下，往混凝土中掺入减水剂，混凝土拌合物的流动性将显著提高。 若要维持混凝土拌合物的流动性不变，则可减少混凝土的加水量。 减水剂是指在混凝土拌合物坍落度(表示混凝土流动性的指标)基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。是工程中应用最广泛的一种外加剂。,4.1 普通混凝土的组成材料,减水剂的工作原理 减水剂之所以能减水，是由于它是一种表面活性剂。其分子是由亲水基团和憎水基团两部分组成，与其他物质接触时会定向排列，如图所示。,4.1 普通混凝土的组成材料,水泥加

12、水拌合后，由于颗粒之间分子凝聚力的作用，会形成絮凝结构，如图所示，将一部分拌合用水包裹在絮凝结构内，从而使混凝土拌合物的流动性降低。,4.1 普通混凝土的组成材料,当水泥中加入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒相互分开，絮凝结构解体，如图所示，释放出游离水，从而增大了混凝土拌合物的流动性。,4.1 普通混凝土的组成材料,另外，减水剂还能在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，如图所示，这层水膜是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混凝土拌合物的流动性进一步提高。,4.1 普通混凝土的组成材料,在混凝土中加入减水剂后，可

13、取得以下技术经济效果： (1) 在拌合物用水量不变时，混凝土流动性显著增大，混凝土拌合物坍落度可增大100mm200mm。 (2) 保持混凝土拌合物坍落度和水泥用量不变，可减水5%30%，混凝土强度可提高5%25%，特别是早期强度会显著提高。 (3) 保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量5%25%。 另外，缓凝型减水剂可使水泥水化放热速度减慢，热峰出现推迟； 引气型减水剂可提高混凝土抗渗性和抗冻性。,4.1 普通混凝土的组成材料,减水剂掺入混凝土的主要作用是减水，不同系列的减水剂的减水率差异较大，部分减水剂兼有早强、缓凝和引气等效果。 减水剂品种繁多，根据化学成分可分为，木质素系、萘系、树脂系

14、、糖蜜系和腐植酸系； 根据减水效果可分为，普通减水剂和高效减水剂； 根据对混凝土凝结时间的影响可分，标准型、早强型和缓凝型； 根据是否在混凝土中引入空气可分为，引气型和非引气型； 根据外形可分为，粉体型和液体型。,常用减水剂的适宜掺量、效果和适用范围,注： 混凝土外加剂掺量不足时，达不到改性效果；如果掺量过大，又会引起混凝土质量的下降。 指在保持混凝土强度和坍落度相近的条件下。 指混凝土拌合物流动性随时间延长而降低的现象。,4.1 普通混凝土的组成材料,早强剂 早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。 早强剂能促进水泥的水化和硬化，提高早期强度，缩短养护周期，提高模板和场地周转率，加快施工

15、速度。 常用的早强剂有氯盐类、硫酸盐类、有机胺类以及它们的复合类。,4.1 普通混凝土的组成材料,氯盐类早强剂，主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中氯化钙应用最广 硫酸盐类早强剂，主要有硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸钾铝等，其中应用最多的是硫酸钠 有机胺类早强剂，主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等，其中三乙醇胺最为常用 复合早强剂，采用二种或二种以上的早强剂复合，可以弥补不足，取长补短。通常用三乙醇胺、硫酸钠、氯化钠、亚硝酸钠和石膏等组成二元、三元或四元复合早强剂,早强剂可用于蒸汽养护的混凝土及常温、低温和最低温度不低于-5环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热环境条件

16、下不宜使用早强剂和早强减水剂。,4.1 普通混凝土的组成材料,4.1 普通混凝土的组成材料,缓凝剂 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。 缓凝剂分为无机和有机两大类。 有机缓凝剂包括木质素磺酸盐、羟基羧基及其盐、糖类及碳水化合物、多元醇及其衍生物等； 无机缓凝剂包括硼砂、氯化锌、碳酸锌、硫酸铁(铜、锌、镉等)、磷酸盐及偏磷酸盐等。,4.1 普通混凝土的组成材料,缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂可用于大体积混凝土、碾压混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土、大面积浇筑的混凝土、避免冷缝产生的混凝土、须较长时间停放或长距离运输的混凝土、自流平免振混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他须要延缓凝结时间的混凝土。 它们宜用于最低气温5以上施工的混凝土，不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。 缓凝高效减水剂可制备高强高性能混凝土。柠檬酸及酒石酸钾钠等缓凝剂不宜单独用于水泥用量较低、水灰比(通常指水与水泥质量之比，广义的水灰比为水与胶凝材料质量之比)较大的贫混凝土。,4.1 普通混凝土的组成材料,