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1、第四章 混凝土,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。,41 混凝土概述,正在施工的秦山核电站,一、混凝土的定义,混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。 普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为20002800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。,三峡工程钢筋混凝土重力坝,二、混凝土的分类,按体积密度分 重混凝土 02600kg
2、/m3。 普通混凝土 0 20002600kg/m3。 轻混凝土 01950kg/m3。 按胶凝材料分 水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。 按用途分 结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等 。,二、混凝土的分类,按生产和施工工艺分 预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、等。按强度分 普通混凝土 C60。 高强混凝土 C60。 超高强混凝土 100MPa。,按配筋情况分 素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。,喷射混凝土施工,三、混凝土的特点,优点 抗压强度高、耐久、
3、耐火、维修费用低 ； 原材料丰富、成本低； 混凝土拌合物具有良好的可塑性； 混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋 。 缺点 抗拉强度低（约为抗压强度的1/101/20）、变形性能差； 导热系数大约为1.8W/（mK）； 体积密度大（约为2400kg/m3左右）； 硬化较缓慢。,42 普通混凝土的组成材料,混凝土的结构,混凝土的结构水泥+水水泥浆+砂水泥砂浆+石子混凝土拌合物硬化混凝土 组成材料的作用,混凝土体积构成 水泥石25左右； 砂和石子70以上； 孔隙和自由水15%。,一、水泥,品种的选择 配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的
4、水泥品种情况等，进行合理地选择。 强度等级的选择 原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥； 一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.0倍； 配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右。,二、骨料,定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。 分类 按产源分按技术要求分 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类 用于强度等级为C30C60及抗冻、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。,砂,天然砂,人工砂,机制砂,混合砂,河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等,二、骨料,1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度s2500kg/
5、m3； 松散堆积密度so1350kg/m3； 空隙率P47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； 泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600m的颗粒含量； 石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。,二、骨料,天然砂含泥量和泥块含量,人工砂石粉含量和泥块含量,二、骨料,3.有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。,二、骨料,4.颗粒级配 （1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。 （2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适
6、当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。 （3）颗粒级配采用筛分法确定，详见实验部分。 （4）颗粒级配的指标 级配区 按600m筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。 级配合格判定 砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600m筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。,筛分法,用一套孔径(方孔)为4.75、2.36、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,二、骨料,2.石子 定义粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。 分类 按产源分：卵
7、石和碎石 按技术要求分： 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类 用于强度等级为C30C60及抗冻、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。,二、骨料,1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度g2500kg/m3； 松散堆积密度go1350kg/m3； 空隙率P47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； 泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。,二、骨料,3.针片状颗粒含量 针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者； 片状颗粒是指颗粒厚度
8、小于平均粒径0.4倍者。 针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。,碎石、卵石含泥量和泥块含量,二、骨料,碎石、卵石针片状颗粒含量,4.有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。,二、骨料,5.强度 采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验： 岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。 压碎指标是将一定质量风干状态下9.5019.0mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余
9、量。按下式计算：式中：Qc压碎指标值 ； G1试样的质量 ，g； G2压碎后的筛余量，g。,6.颗粒级配 为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。 粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。 连续级配是石子由小到大连续分级； 间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。,二、骨料,碎石、卵石的压碎指标,三、石子的技术质量要求,7.最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。 从结构上考虑 根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距
10、的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。 从施工上考虑 对泵送混凝土，粗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，高层建筑宜在1：31：4，超高层建筑宜在1：41：5。 从经济上考虑 当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加， 当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。,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%）。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
11、加材料。如粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等。 混凝土第六组分,四、外加剂,定义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。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。 按主要功能的分类 （1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。 （2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。 （3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。 （4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。,混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”
12、，高效减水剂又称为“超塑化剂”。 1.减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成； 掺入减水剂前： 当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；,掺入减水剂后： 表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高； 表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物
13、的流动性。,絮凝状结构,一、减水剂,2.减水剂的作用效果 （1）减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量525（普通型515，高效型1030）。 （2）提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100200mm。 （3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥520。 （4）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。,掺量计算,1. 减水剂 1)减水剂的作用机理 吸附一分散作用
14、 润滑塑化作用：溶剂化水膜,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： 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
15、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,（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%， （2）硫酸盐类：Na2SO4(元明粉)，CaSO4，其中，Na2SO4用的较多，适宜掺量0.52.0%。 （3）有机胺类：主要有TEA（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
16、，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。,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。,（1）Cl盐不得用于以下结构： 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； 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； 有酸、碱、硫酸盐侵蚀介质接触的结构； 使用中经常处于T=60以上的结构； 使用冷拉或冷拔低碳钢筋、钢丝的结构； 电解车间或高压直流电源100m以内结构； 靠近发电站、变电所的所的结构； 薄壁、预应力砼结构； 含有活性骨料的砼。,
