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1、水泥混凝土与砂浆,主要内容：,水泥混凝土的技术性质,1,普通水泥混凝土的组成设计,2,混凝土外加剂与掺合料,3,砂浆,4,本章应重点掌握普通水泥混凝土的技术性能，新拌和混凝土的工作性、硬化后混凝土的强度、变形特性及耐久性，技术性能影响因素、评价方法和评价指标；掌握普通水泥混凝土组成材料的技术要求及混凝土的配合比设计方法。,1.水泥混凝土特点,（1）用途最为广泛的人造材料 成本低廉 节省能源 有利于生态保护 （2）表观简单，但结构复杂 （3）使用前需现场拌制（施工工艺影响）,概 述,1.水泥混凝土定义,水泥 砂 石水外加剂（混合材料） 砼（混凝土）,混凝土是由胶结料和集料混合、通过一定的工艺成型
2、后硬化而成的复合材料。 水泥混凝土，通常简称混凝土，是以水泥和水组成的粘结介质，将分散其间的不同粒径的粗细集料胶结起来，在一定条件下硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。,水泥,水,水泥浆,砂子,碎石,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,集 料 廉价的填充材料，节省水泥用量 混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展 传力作用 降低水化热 提供耐磨性,水泥浆 润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。 胶结作用包裹在所有集料表面，通过水泥浆的
3、凝结硬化，将砂、石集料胶结成整体，形成固体。,水 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 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？ 对抗渗透性、强度和耐久性不利,外加剂 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加快； 减水剂减少拌和需水量； 引气剂在混凝土中引起封闭气孔； 矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 矿渣,2.水泥混凝土分类,（1）按表观密度分 普通混凝土： 约为20002800kg/m3（道路） 轻混凝土： 1950 kg/m3（大跨径钢筋
4、混凝土结构物) 重混凝土： 2800 kg/m3（屏蔽辐射）,低强混凝土： 28d抗压强度小于30MPa； 中强混凝土： 28d抗压强度介于3060MPa ； 高强混凝土： 28d抗压强度大于60MPa 。,（2）按立方体的抗压强度分,（3）按混凝土流动性分 塑性混凝土、低流动性混土、 干性混凝土。 （4）按用途分 高聚物改性混凝土、纤维增强混凝土、 补偿收缩混凝土、 流态混凝土。 （5）按生产和施工方法分 普通浇筑混凝土、预拌混凝土 、泵送混凝土、喷射混凝土、压力灌浆混凝土等。,优 点： 高的强度及稳定性 可塑性良好 耐久性良好 料源广泛 经济性好 工艺简单 利于环保,自重大(?) 刚度大，
5、变形小(?) 收缩及裂缝现象 破损修复难度大,缺 点：,4.水泥混凝土优缺点,5.水泥混凝土的发展历史,（1）高性能混凝土（HPC） 要求有高强度等级（fcu60Mpa）和良好的工作性、 体积稳定性和耐久性。 （2）绿色高性能混凝土（GHPC） 从节约能源、资源，减少工业废料排放和保护自然环境 角度考虑，要求混凝土及其原材料的开发、生产、建筑施工 作业等既能满足建设需要，又不危及后代人的延续生存环境。 （3）其它新技术混凝土 灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。,6.混凝土的发展趋向,第一节 水泥混凝土的技术性质,普通水泥混凝土的技术性质,新拌混凝土的工作性（和易性） 技术性质 硬化混凝土的力
6、学性质 硬化混凝土的变形特性 硬化混凝土的耐久性,1. 混凝土拌合物施工和易性的概念 又称工作性，是指混凝土拌合物便于施工并能获得均匀、 密实混凝土的一种综合性能。 流动性：反映混凝土拌合物在自重或施工机械振捣作用下流动的性能，取决于拌合物的稠度。 捣实性：指混凝土拌合物易于振捣密实、排除所有被挟带空气的性质。 稳定性 粘聚性：反映混凝土拌合物的抗离析、分层的性能。 保水性：指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。,一、混凝土拌合物的施工和易性,分层离析与泌水现象及其危害,分层离析 现象：粗集料从混凝土的水泥砂浆中分离出来的倾向，与拌合物的粘聚性有关。 危害：分层离析将导致硬化后的混凝土产生蜂窝
7、和麻面，影响均匀性。进而影响力学性能、耐久性等。 泌水 现象：混凝土中粗集料下沉、水分上升直到表面，这种现象叫泌水，与拌合物的保水性有关。 危害：泌水导致混凝土中粗集料和水平钢筋下方形成水囊和水膜，降低集料或钢筋与水泥石的粘结力；表面还会形成酥松层等。,骨料,水,可见表面泌水,内泌水,钢 筋,沉降裂缝,水 囊,混凝土表面,新拌混凝土的性能,硬化混凝土的性能,混凝土拌合物的和易性： 流动性 捣实性 粘聚性 保水性,混凝土微结构： 密实性 均匀性,运输、浇灌和振捣,硬化混凝土性能： 强度f 弹性模量E 徐变 耐久性,多组分、多物相组成的混凝土，其组成均匀、结构密实与其拌合物的和易性密切有关； 组成
8、均匀、结构密实的混凝土才能满足土木工程所要求的性能和质量。,2. 施工和易性的测定方法,和易性是一项综合性的技术指标，确切评定较困难，具有不确定性。 测定：以测定其流动性为主，辅以对其粘聚性和保水性的 观察，然后根据测定和观察结果，综合评价其和易性。 测定流动性最常用的方法： 坍落度试验，坍落扩展法试验 维勃（VB）稠度试验,（1）坍落度试验塑性混凝土拌合物,200mm,100mm,300mm,本方法适用于集料公称最大粒径不大于31.5mm，坍落度不小于10mm的混凝土拌合物。,坍落度试验,坍落度,直尺,装第1层并插捣25次,装第2层并插捣25次,装第3层并插捣25次,抹平表面,提起圆锥筒,测
9、量坍落高度,坍落度试验步骤,坍落度测量结果的评定：,级别 坍落度值(mm) 混凝土的和易性 T1 1040 低塑性混凝土 T2 5090 塑性混凝土 T3 100150 流动性混凝土 T4 160 大流动性混凝土,测出坍落度后，用捣棒轻轻敲击混凝土锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的突然崩落，由此判断其粘聚性是否合格； 观察混凝土锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。 由此两方面观察和坍落度测量即可判断混凝土拌合物和易性是否合格。,坍落度试验混凝土拌和物和易性的评定：,拌合物的和易性与施工工艺,施工工艺 坍落度(mm),碾压混凝土 0 滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混
10、凝土 100 200 自密实混凝土 240,坍落度的选择,原则：根据施工方法、结构条件和制品要求，并参考经验资 料进行选择，在满足施工和结构条件的情况下，尽量选用较小 的坍落度，以节约水泥，提高混凝土质量。,坍落扩展度法试验,测定方法： 装样方法同坍落度法，当坍落筒垂直提起后，混凝土 发生坍落（坍落高度大于220mm）。 坍落扩展度 =,坍落扩展度,本方法适用于集料公称最大粒径 不大于31.5mm，坍落度大于220mm 的混凝土拌合物。,最大直径 + 最小直径,2,（2）维勃稠度试验,维勃稠度仪,坍落度小于10mm的干硬性混凝土拌合物。,本方法适用于集料公称最大粒径 不大于31.5mm，维勃稠
11、度值在 530s之间的拌合物稠度测定。,透明圆盘,从开启振动台至透明圆盘底面被水泥浆布满的瞬间所需的时间为维勃稠度值VB。,VB稠度越大，混凝土拌合物的流动性越小。,根据混凝土拌合物维勃稠度t值大小，可将混凝土进行 如下分级： 级别 名称 VB稠度值（s） V0 超干硬性砼 t31s V1 特干硬性砼 t3021s V2 干硬性砼 t2011s V3 半干硬性砼 t105s,3. 影响和易性的主要因素,（1）内因组成材料的影响 1）单位用水量 2）水灰比 3）砂率 4）水泥品种和细度 5）集料 6） 外加剂 （2）外因 1）环境因素 2）时间,（1）内因 1） 单位用水量mw0,单位用水量实际
12、上决定了混凝土拌合物中水泥浆的数量。 在组成材料确定的情况下，混凝土拌合物的流动性随单位用水量的增加而增大。 当W/C一定时，若mw0过小，水泥浆数量不足，拌合物不易流动，坍落度减小，粘聚性较差，易发生离析和崩坍，且不易成型密实；若mw0过多，水泥浆用量愈多，流动性愈好，拌合物的坍落度增大，但粘聚性和保水性变差，会出现泌水、分层、流浆、离析现象，还会产生收缩裂缝，影响混凝土强度和耐久性。,固定用水量定则： 当粗、细骨料的种类和比例一定时，如单位用水量不变，即使水泥用量有适当变化(50100kg/m3)，混凝土拌合物的坍落度可以基本保持不变，即要使混凝土拌合物获得一定值的坍落度，其所需的单位用水
13、量是一个恒定值。,意义：它是混凝土配合比设计时，确定单位用水量的理论依据。变动水灰比，就可以配制出强度不同而坍落度相近的混凝土。,2）水灰比W/C,水灰比 W/C = 用水量(W)/水泥用量(C) 水灰比的大小反映水泥浆的稀稠程度（稠度）。,水灰比小水泥浆稠拌合物流动性小，不易密实； 水灰比大水泥浆稀流动性增大。,拌合物流浆、离析，严重影响混凝土强度及耐久性。,3） 砂率,砂率为混凝土拌合物中所用砂的质量占集料总量的质量百分数。 合理砂率使拌合物的坍落度最大时的砂率。,试验表明：水灰比与单位用水量一定时，拌和物坍落度先随砂率增加而增大，达到最大值后，又随砂率增加而减小，坍落度最大时的砂率为合理
14、砂率（最优砂率）。思考：对于干硬性混凝土拌合物呢？,为什么存在一个合理含砂率？（基本概念的应用-内摩阻力）,砂率的大小影响了拌合物中集料的总表面积和空隙率。 当水泥浆用量一定时，砂率较小时，碎石较多，砂与水泥浆组成的砂浆不足以填满碎石颗粒的空隙，润滑作用较小，流动性、粘聚性、保水性均较差； 随着砂率增加，砂浆逐渐增多，粗集料间润滑层逐渐增厚，坍落度会越来越大； 当砂率过大时，集料总表面积和空隙率太大，水泥浆量变为不足，致使拌合物的坍落度变小，并随着砂率增大而减小。,合理砂率的选用原则：,粗集料的最大粒径Dmax较大，级配较好时，可选用较小砂率； 砂的细度模数较小时，砂的总表面积较大，可选用较小
15、砂率； 水灰比较小、水泥浆较稠时，可选用较小砂率； 流动性要求较大时，需采用较大砂率； 掺用引气剂或减水剂时，可适当减小砂率；,4）水泥品种和细度,水泥品种不同，需水量不同；需水量大的水泥，达到同样流动性需要较多的用水量。 在水灰比相同时 硅酸盐水泥 流动性好，密度较大； 普通硅酸盐水泥 流动性好，密度较大； 火山灰水泥 流动性较差，保水性较好； 矿渣水泥 流动性较差，保水性较差； 粉煤灰水泥 和易性最好，坍落度较大，保水性和粘聚性均较好。 水泥颗粒愈细，比表面愈大，拌合物的流动性降低，但较细的水泥可以改善拌合物的粘聚性和保水性，减轻离析和泌水的现象。,5）集料,混凝土拌合物的流动性将随集料的最大粒径减小而降低。,最大粒径Dmax的影响,水泥浆用量一定时，粒径越大，表面积越小，集料表面的水泥浆越厚（思考：还有无其他前提条件，从级配组成角度考虑），则集料就容易滑动，坍落度就大。,粒径越小，表面积越大，集料表面的水泥浆越薄，则集料相互连锁不易滑动，坍落度就小。,集料颗粒级配的影响,级配良好的集
