普通混凝土和砂浆.ppt

土木工程材料 Civil Engineering Materials 主讲：李庆录 蒋连接 李琳,4 混凝土,学习知识点： 1、普通混凝土的组成及组成材料的作用。 2、普通混凝土的组成材料：水泥、细骨料（砂）、粗骨料（碎石、卵石）、混凝土拌和及养护用水。 3、混凝土外加剂：减水剂、早强剂、引气剂、其它外加剂 4、普通混凝土拌和物的性质-和易性：和易性的测定、影响和易性的因素。 5、普通混凝土结构及性质：混凝土强度、普通混凝土的变形性质、耐久性。 6、普通混凝土配合比设计：混凝土配合比基本参数的确定、混凝土配合比设计的方法与步骤。 7、其它混凝土：轻骨料混凝土、防水混凝土、耐热混凝土等。,4 混凝土,教学要求： 1、了解对混凝土组成材料的技术要求；着重掌握砂、石级配的意义及评定方法。 2、着重了解减水剂的作用机理、效果及主要品种；了解其它外加剂（早强剂、引气剂）的作用及主要种类。 3、掌握混凝土拌和物和易性的概念、评定方法及影响和易性的因素。 4、掌握影响混凝土强度的因素、混凝土强度公式及提高混凝土强度的措施。 5、着重掌握混凝土配合比设计的基本要求、方法及步骤。 6、掌握砂石级配试验方法，混凝土和易性评定方法及强度测定方法。,4 混凝土,1、混凝土的定义 混凝土是由胶凝材料、颗粒状的粗细骨料和水按适当比例配制，经均匀搅拌、密实成型，并经过硬化后而成的一种人造石材，是建筑工程中的主要建筑材料。 2、水泥混凝土 以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成混合物，经一定时间凝结硬化而成的人造石材叫水泥混凝土，又称普通混凝土，简称混凝土。 （本章如无特别说明，混凝土均指水泥混凝土）,3、混凝土的分类,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)。,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 离心混凝土等。,混 凝 土,4 混凝土,4、混凝土的特点 （1）使用方便：新拌制的混凝土拌和物具有良好的可塑性，可浇注成各种形状和尺寸的构件及结构物。 （2）价格低廉：原材料丰富，就地取材，其中80%的砂石料均为地方材料，价格便宜，节能经济。 （3）高强耐久：普通混凝土的强度为20-55MPa,具有良好的耐久性。 （4）性能易调整：改变组成材料的品种和数量，可制成不同性能的混凝土，以满足工程的不同要求。 （5）有利环保：混凝土可充分利用工业废料，如矿渣、粉煤灰等，降低环境污染。 （6）主要缺点：自重大，抗拉强度低，呈脆性，易产生裂缝。,4.1 普通混凝土的组成材料,1、 组成混凝土的基本材料 水泥、水、砂、石子、外加剂和掺和料 2、各种材料的作用 （1）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。 （2）骨料： 填充、骨架、减小收缩、降低水化热、提供耐磨性 （3）外加剂：改善混凝土的性能。 （4）掺和料：减少水泥用量，改善混凝土性能。,4.1 普通混凝土的组成材料,一、水泥 1、水泥品种的选择依据 工程性质与特点、工程所处环境、施工条件 2、水泥强度等级的选择： 原则：与混凝土的强度等级相适应，满足施工要求，考虑经济效益。高配高、低配低 中低标号混凝土： 水泥标号为混凝土标号的1.52.5倍。 高标号混凝土： 水泥标号为水泥标号的0.91.5倍。,4.1 普通混凝土的组成材料,二、混凝土用水 凡是饮用水和清洁的天然水，都可以作为混凝土的拌和水和养护水。 混凝土用水中的物质含量限值（JGJ63-89）,4.1 普通混凝土的组成材料,三、骨料 （一）骨料的种类 按照骨料粒径 （1）细骨料：粒径小于4.75mm的岩石颗粒，一般称为砂，可分为：山砂、河砂、海砂、人工砂。 河砂质量较好，价格低廉，工程上采用较普遍。 （2）粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，一般采用石子。 普通混凝土用的石子分为：碎石、卵石。,（二）骨料的特性及其影响,骨料的含水状态 骨料的表观密度、堆积密度、空隙率 骨料的粒径与级配 骨料的孔隙率 骨料的形状 骨料的表面特征 骨料的弹性模量 骨料的强度 骨料的坚固性 骨料的硬度,4.1 普通混凝土的组成材料,1、骨料的粒径及级配 几个基本概念： 粗细程度 指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。 颗粒级配 指粒径大小不一的骨料颗粒互相搭配的比例情况不同粒径颗粒的分布。 最大粒径 指粗骨料公称粒级的上限允许最大值。,4.1 普通混凝土的组成材料,（1）砂的粗细程度及颗粒级配 1）细度模数 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（2.21.6）； 中砂（3.02.3）； 粗砂（3.73.1）。 2）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：、II、III； 级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。,4.1 普通混凝土的组成材料,3）测定方法：筛分析法 取抽样缩分后的干砂500g。 用一套孔径为9.50、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm的标准筛将砂样由粗到细依次筛析。 称取各筛筛余质量m1、m2、m3、m4、m5、m6 。 计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6（各筛的筛余量占总质量的百分率）和累计筛余A1、A2 、A3、A4 、A5 、A6 （各筛与比该筛粗的所有筛的分计筛余百分率之和）。 计算砂的细度模数： 根据砂的细度模数确定砂的粗细程度：3.7-3.1为粗砂，3.0-2.3为中砂，2.2-1.6为细砂，1.5-0.7为特细砂。混凝土中应优先选中砂。,4.1 普通混凝土的组成材料,砂的颗粒级配区,砂的级配曲线,4.1 普通混凝土的组成材料,例：某砂样500g筛分试验结果如下表，试确定该砂的粗细程度， 画出级配曲线，判断该砂的级配状况。,解： 该砂属于中砂，级配良好。,0,3,14,21,24,18,17,3,0,3,17,38,62,80,97,100,4.1 普通混凝土的组成材料,（2）石子的颗粒级配和最大粒径 1）颗粒级配 石子的颗粒级配分为连续粒级、单粒粒级2种。在混凝土中应优先选用连续粒级，一般不宜采用单粒粒级。 石子的颗粒级配也是用筛分析法来测定的，其标准筛的孔径为2.36、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75、90mm共12个筛子，筛分方法与砂基本相同,筛分试样的质量按下表选取：,4.1 普通混凝土的组成材料,石子的颗粒级配（部分）,4.1 普通混凝土的组成材料,2）最大粒径 石子中公称粒级的上限称为该石子的最大粒径。 石子的最大粒径的选择 混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-2002）规定： 石子最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板，石子的最大粒径不得大于板厚的1/3，且最大不超过40mm。高标号混凝土石子的最大粒径宜选用16mm或20mm。泵送混凝土用碎石，不应大于输送管内径的1/3,卵石不应大于输送管内径的2/5。,4.1 普通混凝土的组成材料,解：1、按不大于结构截面最小尺寸 1/4选取：石子最大粒径应 250/4=62.5（mm）； 2、按不大于钢筋净距3/4选取： 石子最大粒径应 （250 -225-224）33/4 28（mm）； 3、选取石子最大粒径26.5mm。,4.1 普通混凝土的组成材料,混凝土对骨料的要求： 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。 骨料粒径与颗粒级配影响骨料堆积孔隙 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。 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。,4.1 普通混凝土的组成材料,2、骨料的颗粒形状与表面特征 （1）骨料的颗粒形状 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。 （2）骨料的表面特征 表面粗糙程度； 是否有菱角； 干净程度等。,4.1 普通混凝土的组成材料,（3）骨料的颗粒形状与表面特征对混凝土性能的影响 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。 影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动。 影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大。 影响混凝土的强度 骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高； 针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料； 大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料。,4.1 普通混凝土的组成材料,3、骨料的有害杂质 有害杂质的种类： 粘土、泥块、云母； 硫酸盐、硫化物、有机质； 活性SiO2； 针片状颗粒等。 有害杂质的危害： 影响水泥的水化、腐蚀水泥石； 影响混凝土的和易性 影响混凝土的强度与耐磨性； 增大混凝土的收缩； 引起碱骨料反应等。,4.1 普通混凝土的组成材料,普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法（JGJ53-1992) （1）泥和泥块含量,4.1 普通混凝土的组成材料,（2）有害物质含量,4.1 普通混凝土的组成材料,4、骨料的坚固性和强度 （1）坚固性 坚固性是指在自然风化和其他物理化学因素作用下，抵抗破裂的能力。 检测方法：采用硫酸钠溶液检测，试样径5次循环浸渍后，其质量损失应符合下表的规定。,（2）强度 粗骨料的强度对混凝土强度有一定影响，要求骨料强度是混凝土配制强度的1.5倍。 1）岩石的抗压强度 将岩石制成边长50mm的立方体或直径和高均为50mm的圆柱体试件，在吸水饱和状态下测其抗压强度，其强度不应低于混凝土强度等级的1.5倍；火成岩强度不宜低于80MPa，变质岩强度不宜低于60MPa，水成岩强度不宜低于30MPa。,4.1 普通混凝土的组成材料,一般在混凝土强度等级大于等于C60时需要对粗骨料的强度进行检测，其他情况有怀疑或必要时也可检测。,4.1 普通混凝土的组成材料,2）碎石和卵石的压碎指标值的测定 测定方法：将一定量的气干状态的10-20mm石子装入压碎指标测定仪的圆桶内（内径152mm），按规定加荷速度加荷至200KN，稳定5s，卸荷后称取试样质量m0，再用孔径2.5mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量m1,压碎指标0=（m0-m1)/m0 x100% 。 碎石 、卵石的压碎指标值（JGJ53-92）,4.1 普通混凝土的组成材料,5、骨料的含水状态 （1）骨料含水有四种状态： 完全干燥 骨料表面及内部完全不含水； 气干 骨料表面完全不含水，而内部可能含小量水； 饱和面干 骨料的表面干燥而颗粒内部的孔隙含水饱和，此时的含水率为饱和面干吸水率。 含水湿润 骨料表面吸附水且湿润,含水状态： 完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水量： 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,5 骨料的含水状态,4.1 普通混凝土的组成材料,5、骨料的含水状态 （2）骨料含水量的影响 骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。 计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。 骨料在饱和面干状态时，既不会从混凝土中吸水，也不会出水，所含的水对混凝土无有害作用。 湿润状态下的自由水将成为混凝土拌和水的一部分，影响混凝土的和易性、强度和耐磨性。,4.1 普通混凝土的组成材料,总结： （1）混凝土用砂的技术要求 混凝土用砂的级配曲线一般应在区，以中砂为宜。 有害杂质含量 符合国家标准(GB/T14684-2001)的要求。 坚固性 质量损失率 8%10%。 表观密度应大于2500kg/m3，堆积密度应大于1350kg/m3 ，空隙率应小于47。 经碱-骨料反应检验后，应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。,4.1 普通混凝土的组成材料,总结： （2）混凝土用石的技术要求 最大粒径Dmax要求： 中等强度的混凝土的最大粒径应40mm； 高等级混凝土应25mm。 对于钢筋混凝土，Dmax 结构断面尺寸的1/4、板厚的 1/2，或钢筋间最小净距的3/4。 岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于150%； 颗粒级配 符合JGJ53-92规定 有害杂质含量 应符合表4-8的规定,4.1 普通混凝土的组成材料,四、外加剂 1、外加剂的作用 改善混凝土拌合物和易性。 加快混凝土的凝结与硬化，减少养护时间，提高施工速度。 提高或改善混凝土的质量。 节约水泥，降低成本。 使混凝土具有特殊性质。 2、外加剂的分类 改善混凝土拌合物和易性的外加剂，减水剂、引气剂、泵送剂。 调节凝结时间和硬化速度的外加剂，早强剂、缓凝剂、速凝剂。 提高或改善混凝土耐久性的外加剂，防水剂、阻锈剂、引气剂。 改善混凝土特殊性能的外加剂，防冻剂、膨胀剂、着色剂。,4.1 普通混凝土的组成材料,3 常用外加剂的品种、性能和应用 （1）减水剂 在不影响混凝土拌合物和易性的条件下，具有减水及增强作用的外加剂，称为减水剂或塑化剂。 表面活性剂 具有显著改变（通常为降低）液体表面张力或二相界面张力的物质。其分子由亲水基团和憎水基团二个部分组成。表面活性剂加入水溶液后，其分子中的亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列，形成定向吸附膜，从而降低水的表面张力和二相间的界面张力。,4.1 普通混凝土的组成材料, 减水剂的减水原理 减水剂的憎水基团定向吸附在水泥颗粒表面，形成单分子吸附膜： 降低了水泥颗粒的表面能，因而降低了水泥颗粒间的粘连能力； 水泥颗粒表面带有同性的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒分开,破坏了水泥浆中的絮状结构，释放出被包裹的拌和水； 减水剂的亲水基团吸附了大量极性水分子，增加了水泥颗粒表面水膜厚度，使水泥颗粒之间易于滑动； 表面活性剂降低了水泥颗粒与水间的界面张力，使水泥颗粒更容易被水湿润。,4.1 普通混凝土的组成材料, 减水剂的技术经济效益 a、保持用水量不变时，可提高混凝土拌合物的流动性。 b、保持混凝土拌合物的流动性及水泥用量不变时，可减少用水量10%20%，提高混凝土的强度1030%，提高混凝土的耐久性。 c、保持混凝土拌合物的流动性和混凝土的强度不变时，可减少用水量1020%，节约水泥1020。 d、减少混凝土拌合物的分层、离析、泌水现象。 e、减缓水泥水化放热速度和减少最高放热温度。 f、改善混凝土的耐久性。 g、配制特殊混凝土和高强混凝土。 h、降低混凝土成本。,4.1 普通混凝土的组成材料, 常用减水剂的品种及其性能,4.1 普通混凝土的组成材料,UNF型减水剂对混凝土的技术经济效益,4.1 普通混凝土的组成材料,（2）早强剂 氯盐系列早强剂（氯化钙 CaCl2，氯化钠 NaCl) 早强原因：与Ca(OH)2、C3S反应生成水化氯铝酸钙和氧氯化钙复盐，促使C3S水化加速。 特性：a、降低冰点，提高早期抗冻能力。 b、Cl-可使钢筋产生电化学腐蚀，故掺入量必须严格控制，规范规定：在钢筋混凝土中氯化钠的掺入量不得超过水泥质量的1，在无筋混凝土中的掺入量不得超过3。同时规定，在下列结构的钢筋混凝土工程中不得使用氯化钙或含有氯化钙的复合早强剂：潮湿环境中使用的钢筋混凝土结构；经常处于环境温度为60以上的结构；预应力混凝土结构等。 使用方法及效果： 适宜掺入量为12%，使混凝土3d强度提高40100，7d强度提高25。当掺入量达到水泥质量的4时，使水泥浆产生速凝现象，4min内达到终凝，影响施工。,4.1 普通混凝土的组成材料, 硫酸盐系列早强剂（硫酸钠 Na2SO4，磷酸钙 CaSO4) 早强原因：与Ca(OH)2、C3S反应生成水化硫铝酸钙和氧氯化钠复盐，促使C3S水化加速。 特性：a、硫酸钠一般与其他外加剂复合使用。 b、【混凝土外加剂应用技术规范】（GBJ119-88)和【混凝土结构工程施工及验收规范】（GB50204-92)规定：在预应力钢筋混凝土中硫酸钠的掺入量不得超过水泥质量的1，在潮湿环境中的钢筋混凝土结构中的掺入量不得超过1.5。同时规定，在下列结构的钢筋混凝土工程中不得使用硫酸钠早强剂：与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构；使用直流电源的工厂及结构结构；含有活性骨料的混凝土结构等。 使用方法及效果： 适宜掺入量为0.52%，使混凝土3d强度提高2040。,4.1 普通混凝土的组成材料, 三乙醇胺（无色或淡黄色油状液体，属非离子型表面活性剂) 早强原因：不参与水化反应，能降低水溶液的表面张力，使水泥颗粒容易分散，加快水泥水化速度。 使用方法及效果：适宜掺入量为0.020.05%，使混凝土3d强度提高50，28天强度不变或略有提高。三乙醇胺一般与其他早强剂复合使用。 复合早强剂 采用两种或两种以上的早强剂复合，早强效果比单独使用大，有时可以超过各组分单独使用的效果之和。 复合早强剂主要有三乙醇胺复合早强剂和硫酸钠复合早强剂。,4.1 普通混凝土的组成材料,（3）引气剂 在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布，稳定而封闭的微小气泡的外加剂。其作用为：可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的抗冻性，混凝土的强度有所降低，属增水性表面活性剂。 常用引气剂有：松香热聚物和松香皂，烷基苯磺酸钠，脂肪醇硫酸钠，蛋白质盐，石油硫酸盐等。其中以松香聚酯类应用最多。 松香热聚物和松香皂引气剂掺入量为0.01 0.02。 使用引气剂时，混凝土含气量应控制在3 6，含气量过大，混凝土强度下降过多。含气量过小，对混凝土耐久性改善不大。 掺引气剂的混凝土含气量限值,4.1 普通混凝土的组成材料,（4）缓凝剂 能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。 主要种类：羟基羟酸及其盐类，如酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸；含糖碳水化合物类，如糖蜜、葡萄糖、蔗糖等；无机盐类，如硼酸盐、磷酸盐；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠等。 作用原理：有机类缓凝剂大多数为表面活性剂，对水泥颗粒和水化物表面具有较强的活性作用，吸附于颗粒表面延缓了水泥的水化和浆体结构的形成。无机盐类缓凝剂往往是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的水化作用起到了屏蔽作用，阻碍了水泥的正常水化。 缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土和滑模混凝土施工以及远程输送的商品混凝土。缓凝剂不宜用于冬季施工和有早强要求的混凝土。,4.1 普通混凝土的组成材料,缓凝剂及缓凝减水剂的常用掺入量,缓凝剂对水泥品种的适应性十分明显，不同的水泥品种缓凝剂的作用效果差异较大，甚至会出现相反的作用效果，因此使用前必须进行试拌，检验其缓凝效果。,4.1 普通混凝土的组成材料,（5）速凝剂 能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。 我国常用品种：红星型、711型、8604型WJ1型、J85型等，国际有名品种有日本的“西古尼特”、奥地利的“西卡”。 速凝剂产生速凝早强的原因，一种观点认为是由于速凝剂能迅速参与水泥反应，使水泥中的石膏丧生缓凝作用，从而导致水泥迅速凝结。另一种观点认为速凝加入水泥后，在水泥速凝剂水体系中，各组分急剧反应，迅速生成微细针柱状的钙凡石及其中间产物次生石膏，这些生成物增生、发展，在水泥颗粒间交叉连生成网状结构而产生速凝。 速凝剂主要用于喷射混凝土和喷射砂浆。喷射混凝土是利用压缩空气，通过喷射机的喷嘴高速高压地将混凝土喷射到岩石表面并迅速凝结硬化，与岩基粘结为整体，可在12min内初凝，410min内终凝。它具有不需用模板、施工速度快、施工设备简单等优点，广泛用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞及地下工程的岩壁衬砌、坡面支护等。,4.1 普通混凝土的组成材料,（6）防冻剂 能使混凝土在负温度下凝结硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。 常用防冻组分物质有：氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾、碳酸钾、尿素等。 防冻组分掺量限值,4.1 普通混凝土的组成材料,（7）阻锈剂 抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈蚀的外加剂。 当外加剂中含有氯盐时，常加入亚硝酸钠，掺入量为水泥质量的18%。 （8）膨胀剂 能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。 常用膨胀剂有：明矾石膨胀剂、CSA膨胀剂、石灰膨胀剂、氧化镁膨胀剂等。 膨胀剂主要用于防水混凝土、补偿收缩混凝土、自应力混凝土、修补裂缝、地脚螺丝灌浆料等。 （9）防水剂 能降低砂浆或混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。 作用原理：减少混凝土内部的孔隙，提高混凝土的密实度，改变孔隙特征，堵塞渗水通路。,4.1 普通混凝土的组成材料,（10）泵送剂 改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。 主要成分为高效减水剂和引气剂，可保证混凝土在泵送过程中不发生严重的离析、泌水现象。 外加剂使用注意事项 1、外加剂品种的选择 应参照有关资料，通过试验确定。 2、外加剂掺入量的确定 应通过试验确定最佳掺入量。 3、外加剂掺入方法 外加剂掺入混凝土拌合物中的方法不同，其效果也不同。掺入法有先掺法、同掺法、后掺法。如减水剂采用后掺法比先掺法和同掺法效果好，掺入量只需一半。,4.1 普通混凝土的组成材料,五、掺合料 1、定义 配制混凝土时，掺加到混凝土中的磨细混合材料称为掺合料。 掺合料不同于水泥生成过程中掺入的混合材，它是在混凝土搅拌前或搅拌中直接加入的一种材料。 2、掺合料的作用： 取代部分水泥，减少水泥用量，降低混凝土成本。 改善混凝土拌合物的和易性和硬化混凝土的性能指标。 充分利用工业废料，减少污染，有利环保。 3、常用掺合料品种 粉煤灰 硅灰（硅粉） 矿渣微粉,4.1 普通混凝土的组成材料, 粉煤灰 a、粉煤灰的掺入效应： 活性效应 粉煤灰中的活性氧化硅、氧化铝能与水泥产生水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，起到增强作用。 形态效应 粉煤灰颗粒为细小的玻璃微珠，可减少混凝土的内摩擦力，从而减少用水量，起到减水作用。 微骨料效应 粉煤灰的细小颗粒均匀分布在混凝土中，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的结构，增大了混凝土的密实度。,4.1 普通混凝土的组成材料,b、粉煤灰的种类及技术要求 粉煤灰按氧化钙含量分为高钙灰和低钙灰两种。 用于混凝土中的粉煤灰技术要求 C、粉煤灰的掺量规定及方法 混凝土中掺入粉煤灰的方法：等量取代法 以等质量的粉煤灰取代混凝土中的水泥。主要适用于掺加级粉煤灰、超强混凝土、大体积混凝土；超量取代法 粉煤灰掺入量超过取代的水泥质量，替代部分细骨料，增加胶凝材料用量，补偿由于粉煤灰取代水泥而造成的强度降低。外加法 保持混凝土中水泥用量不变，外掺一定数量的粉煤灰，目的是改善混凝土拌合物的和易性。,4.1 普通混凝土的组成材料,粉煤灰取代水泥的最大限量,4.1 普通混凝土的组成材料, 硅灰（硅粉） 电弧炉炼铁副产品。氧化硅含量80，主要是非晶态的无定性氧化硅，平均粒径0.10.2m，比表面积为2000025000m2/kg，密度2.2，具有极高的活性。用硅灰取代水泥可提高混凝土的早期强度。 硅灰取代量为水泥质量的515%，超过20时拌合物的流动性明显降低，一般应同时加入减水剂，降低水灰比，可配制出100MPa的高强混凝土。 其他掺合料 磨细矿渣粉（国外已大量采用，我国尚处于开发阶段），磨细煤矸石粉，磨细浮石粉、磨细硅质页岩等。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,一、新拌混凝土的和易性 工程施工要求混凝土拌合物具有哪些性能？ 流动性：便于浇灌与填充模板； 均匀性：骨料在水泥浆中分布均匀，水泥颗粒在水中分布 均匀； 保水性：水不泌出、离析。 良好性能的标志： 运输中不易分层离析； 浇灌时容易捣实或自密实； 成型后表面容易修正。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,1、和易性含义 混凝土和易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，包括： 流动性：新拌混凝土在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地充满模板的性质。 粘聚性：新拌混凝土在施工过程中，各组成材料能保持整体均匀一致，不发生分层、离析的性质。 保水性：新拌混凝土在施工过程中，保持水分不易析出的性质。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,分层离析与泌水现象及其危害 分层离析 现象：粗骨料从混凝土的水泥砂浆中分离出来的倾向，与拌和物的粘聚性有关。 危害：分层离析将导致硬化后混凝土产生蜂窝麻面，影响均匀性。 泌水 现象：混凝土中粗骨料下沉、水分上升直到表面，这种现象叫泌水，与拌和物的保水性有关。 危害：泌水导致混凝土中粗骨料和水平钢筋下方形成水囊和水膜，降低骨料或钢筋与水泥石的粘结力；表面还会形成酥松层等。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,2、和易性的测定方法 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。 GB/T500802002规定，混凝土拌合物的和易性用两种流动性指标评价： 塑性混凝土的流动性用坍落度表示； 硬性混凝土用为维勃稠度表示。 （1）塌落度法,此法适用于骨料最大粒径不超过40mm，塌落度不小于10mm的混凝土拌和物的测定。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,塌落度法： 将混凝土拌和物按规定方法装入塌落筒内，并均匀插捣装满抹平后，将塌落筒平稳垂直向上提起，拌和物在自重作用下向下塌落，测量筒高与塌落后的混凝土试体最高点之间的高度差（mm)，即称为塌落度。 将捣棒在已塌落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，如锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好，若锥体倒塌或部分崩塌，则表示粘聚性不好。 若混凝土拌和物失浆而骨料外露，或较多稀浆自锥体底部流出，则表示保水性不好。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（2）维勃稠度法： 将混凝土拌和物按规定方法装入塌落筒内，并均匀插捣装满抹平后，置于维勃稠度仪平台上，将塌落筒平稳垂直向上起。 在试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时。当圆盘底面布满水泥浆时，关闭振动台，停止计时。秒表所走时间即为维勃稠度值。,此法适用于骨料最大粒径不超过40mm，维勃稠度值在5-30S的混凝土拌和物的测定。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,混凝土按流动性分类,混凝土浇筑时的塌落度（mm）,4.2 普通混凝土的主要技术性质,3、影响和易性的因素 （1）水泥浆用量 水泥浆包裹在骨料的表面，在骨料间起润滑作用产生滚珠效应，减小了骨料颗粒间的内摩阻力。所以，水泥浆用量愈多，流动性愈好，拌和物的坍落度增大，同时还增大了拌和物的粘聚性。 问题：水泥浆用量越多越好吗？ （2）水灰比 在水泥浆用量一定时，增大水灰比，水泥浆变稀，粘聚性降低，颗粒间内摩阻力减小，流动性会有所增大。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（3）砂率 砂率：混凝土中砂的质量占砂石总质量的 百分比。 其中：S砂的质量，G石子的质量。 砂率对粗、细骨料总的比表面积和空隙率有很大影响。 砂率大，则粗、细骨料总比表面积和空隙率大，在水泥浆数量一定时，水泥浆厚度薄，混凝土的流动性减小； 砂率小，混凝土拌合物中石子过多而砂子过少，形成的砂浆量不足以包裹石子表面，在石子间没有足够的砂浆润滑层，不但降低了混凝土的流动性，而且严重影响混凝土拌合物的粘聚性和保水性，使混凝土产生粗骨料离析、水泥浆流淌，甚至出现溃散现象。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,合理砂率：在单位用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持粘聚性和保水性良好的砂率值。 影响合理砂率的因素有：砂石级配、石子粒径、砂的细度模数、骨料表面粗糙程度等。,塌落度与砂率间的关系 （水和水泥用量一定）,合理砂率,砂率,水泥用量（kg/m3),水泥用量与砂率间的关系 （塌落度相同）,4.2 普通混凝土的主要技术性质,混凝土砂率选用表（）（JGJ/T55-2000),4.2 普通混凝土的主要技术性质,（4）组成材料性质的影响 水泥品种：不同水泥品种标准稠度用水量不同等。 骨料性质：品种、级配、粗细、表面形状等。 外加剂：影响显著。 （5）拌合物存放时间及环境温度的影响,塌落度与拌合物存放时间的关系,温度对拌合物塌落度的影响,4.2 普通混凝土的主要技术性质,4、改善混凝土和易性的措施 （1）改善粘聚性和保水性的措施 选用级配良好的骨料，连续级配最好。 限制粗骨料的最大粒径。 适当增大砂率或掺加掺合料，如粉煤灰、矿渣粉等。 掺加外加剂，如减水剂、引气剂等。 （2）改善流动性的措施 尽可能选用较粗大的粗骨料和细骨料。 骨料级配良好，含泥量少、杂质含量低的骨料。 保持水灰比不变，适当增加水泥用量，或保持砂率不变，增加砂石用量。 降低砂率。 掺加减水剂。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,二、混凝土强度 1、混凝土硬化后的结构状态 （1）硬化水泥浆水泥石 （2）骨料 （3）界面过渡区 过渡区是“混凝土中的最薄弱环节”，存在大量原始裂缝，其中以界面微裂缝为主。产生微裂缝的原因是由于水泥浆在硬化过程中产生的体积变化（如化学收缩、湿涨、干缩）与粗骨料体积变化不一致而形成的，界面裂缝分布与粗骨料与硬化水泥浆粘结面处，对混凝土的强度影响极大。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,2、混凝土的受力破坏特点（混凝土单轴受压）,、界面裂缝未开展阶段：荷载达到比例极限以前（极限荷载的30），荷载与变形基本成直线关系。,、界面裂缝开展阶段：荷载达到临界荷载以前（极限荷载的70-90%），界面裂缝的数量、长度、宽度都不断增大，但尚无明显的砂浆裂缝，荷载与变形不再成直线关系。,、界面裂缝继续产生、扩展、汇集，出现砂浆裂缝阶段：变形速度明显加快，裂缝开展迅速，界面裂缝形成连续裂缝，荷载变形曲线明显歪曲。,、裂缝急剧发展阶段：荷载达到极载，裂缝急剧开展，形成若干条贯穿裂缝，混凝土承载力急剧下降，直至混凝土破坏。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,3、混凝土的立方体抗压强度与强度等级 （1）混凝土的立方体抗压强度 【普通混凝土力学性能试验方法标准】（GB/T50081-2002） 试件尺寸：标准试件为150mm边长的立方体。非标准试件边长为200mm或100mm，换算系数分别为1.05、0.95。 （美国、日本等采用150300的圆柱体试件作为标准试件，所得抗压强度值约为我国标准强度值的0.8） 养护条件及时间：温度202，相对湿度95，养护28天。 强度测定：,受压板约束的试件破坏后的残存棱锥体,不受压板约束的试件破坏后的残存棱柱体,压板的约束作用,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（2）混凝土的强度等级 混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值fcu（具有95强度保证率的抗压强度值）将混凝土强度划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十六个等级。 C7.5C15的混凝土主要用于垫层、地坪及受力不大的结构；C15C25的混凝土用于普通混凝土结构的梁、板、柱、楼梯等；C25C30用于大跨度结构，耐久性要求较高的结构，如预制构件等；C30以上用于预应力钢筋混凝土结构，高层建筑的梁柱，特种结构。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,4、混凝土的轴心抗压强度 混凝土轴心抗压强度fcp又称棱柱体抗压强度，试件尺寸为150150300mm，标准条件下养护28天测得的抗压强度值。 轴心抗压强度较立方体抗压强度能更好地反映混凝土在受压构件中的实际情况，对混凝土轴心受压构件结构设计计算时，取轴心抗压强度值为计算取值。轴心抗压强度值约为立方体抗压强度值的0.70.8。 fcp=(0.70.8)fcu,4.2 普通混凝土的主要技术性质,5、混凝土的抗拉强度 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，且比值随混凝土抗压强度的提高而减小。在钢筋混凝土强度设计中一般不考虑混凝土承受拉力，但抗拉强度对于开裂现象具有主要意义，是确定混凝土抗裂度的重要指标，有时也用来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度。劈裂强度按下式计算：,混凝土劈裂试验时垂直于受力面的应力分布,P：破坏荷载，N；A：试件受劈面积，mm2。,混凝土的轴心抗拉强度与劈裂强度的比值约0.9。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,6、影响混凝土强度的因素 （1）水泥标号与水灰比 普通混凝土的强度主要取决于水泥标号和水灰比。在保证混凝土拌合物和易性的情况下，水灰比越小，混凝土强度越高，当水灰比过小，造成混凝土成形困难时，强度将严重下降。,水灰比（W/C),混凝土抗压强度,密实混凝土,不完全密实混凝土,机械振实,人工振捣,混凝土强度与水灰比的关系,灰水比（ C / W),混凝土抗压强度,混凝土强度与灰水比的关系,4.2 普通混凝土的主要技术性质,混凝土强度与水灰比之间的关系（1930.瑞士 J.保罗米Bolomey） fcu混凝土28d抗压强度，Mpa。 fce 水泥实际强度，Mpa。在无法取得水泥实际强度时，可按下式计算：fc ecfc。c为水泥标号富余系数，根据统计资料确定，无资料时c1.13。 C/W灰水比。 A、B经验系数，通过试验确定。无资料时，按以下选取： 碎石：A0.46，B0.07， 卵石：A0.48，B0.33。 & 该公式适用于流动性较大的混凝土，水灰比在0.40.8。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（2）骨料的表面特征、级配、质量 在水灰比相同的条件下，碎石混凝土强度一般高于卵石混凝土强度。当水灰比为0.4时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土强度30，当水灰比大于0.65时，两者强度基本相同。 级配良好的骨料配制的混凝土强度较高。粒径较大的骨料，可降低用水量及水灰比，有利于提高混凝土强度。对于高强度混凝土则选择粒径较小的粗骨料，改善粗骨料与水泥石的界面粘结强度，可提高混凝土的强度。 骨料的含泥量及杂质含量较少，混凝土的强度较高。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（3）养护条件 温度,养护温度对混凝土强度的影响,4.2 普通混凝土的主要技术性质, 湿度 湿度适当，水泥的水化反应能顺利进行，混凝土强度得到充分发展。 如果湿度不够，混凝土失水干燥而影响水化作用的正常进行，甚至停止水化。受干燥作用的时间越早，干缩开裂越严重，结构越疏松，强度越低。 在混凝土凝结后，表面应覆盖草袋等物并不断浇水。使用普通水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥时，浇水保湿不得少于7d；使用粉煤灰水泥、火山灰水泥时，保湿养护时间不得少于14d；对于 有抗渗要求的混凝土保湿时间不得少于14d。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,养护时间对混凝土强度的影响,4.2 普通混凝土的主要技术性质, 龄期 在正常养护条件下，混凝土的强度随龄期的增加而增长。最初714d内强度增长较快，28d后增长缓慢。中等标号的普通混凝土在标准养护条件下，其强度与龄期（n3）的对数成正比，即： f nn 天龄期混凝土的抗压强度。 此式可用于估计混凝土的强度，但由于影响混凝土强度的因素较多，其结果仅作为参考。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（4） 试验条件 A 试件形状； B 试件尺寸； C 表面处理； D 加载时间（加荷速度）； 上述因素影响强度试验值，而不是实际混凝土强度！,4.2 普通混凝土的主要技术性质,7、提高混凝土强度的主要措施 采用高强水泥和快硬早强类水泥。 减小水灰比。 采用级配良好的骨料。 掺加混凝土外加剂和掺合料。 采用机械搅拌和振捣成型。 加强养护。 采用蒸汽养护或蒸压养护。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,三、混凝土变形 1、非荷载作用下的变形 （1）化学变形 混凝土在硬化过程中，由于水泥水化物的体积小于反应物的体积，导致混凝土在硬化时产生收缩，称为化学收缩。化学收缩是不可恢复的。 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用。 （2）干湿变形 混凝土产生干湿变形的原因是由于水泥石中胶体的吸附水和毛细孔水的变化造成的，当水分减少时，胶体紧缩，毛细管产生负压，从而使混凝土体积收缩，反之产生体积膨胀。混凝土的湿涨变形值很小，对结构无破坏作用，干缩变形可使混凝土表面产生较大的拉应力而开裂，使混凝土的强度、抗渗性、抗冻性下降。 影响混凝土干湿变形的因素有水泥品种、用量、水灰比、骨料规格与质量、养护条件等。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（3）温度变形 水化硬化过程中的温度变形 水泥水化热使混凝土温度上升，造成内外温差，从而导致混凝土表面开裂。为降低混凝土内部温度，可采用水化热较低的水泥品种，降低水泥用量，掺加缓凝剂，人工降温等措施。 正常使用状态下的温度变形 混凝土的热膨胀系数一般为（0.61.3）10-5/，即温度上升1 ，1m长的混凝土长度变化约为0.01mm。温度变形对大体积混凝土、大面积混凝土、长结构混凝土极为不利，易使混凝土结构产生裂缝，设计规范规定采用设置变形缝（伸缩缝）来限制结构长度，减少温度变形对结构的不利影响。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,2、荷载作用下的变形 （1）混凝土在短期荷载作用下的变形弹塑性变形 混凝土是一种非均质材料，在外力作用下，产生弹塑性变形，其应力与应变的关系不是直线而是曲线。,残,弹,总,4.2 普通混凝土的主要技术性质,（2）混凝土在长期荷载作用下的变形徐变 混凝土在长期不变的荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形称为混凝土的徐变。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,徐变对结构的影响： 不利： 增加结构物的变形量 引起预应力钢筋混凝土构件的预应力损失 有利： 降低温度应力，减小微裂缝 产生应力松弛，缓解应力集中 影响混凝土徐变的因素： 荷载大小、持续时间、材料组成（水泥用量、水灰比、骨料 规格）、强度、龄期、养护环境条件等。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,四、混凝土的耐久性 1、抗渗性（Percolation） 混凝土的抗渗性用抗渗标号来表示。抗渗试件为圆台型试件，上口直径175mm，下口直径185mm，高165mm,每组6只，标准养护28天后进行抗渗试验，混凝土的抗渗等级以每组6个试件中4个未发现有渗水现象时的最大水压力表示。分为P4、P6、P8、P10、P12五个等级，分别表示其抗渗水压力为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa。 混凝土的抗渗性与水泥品种、孔隙特征、水灰比有关。地下工程及有防水要求的混凝土工程应考虑混凝土的可视性能。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,2、抗冻性（Freeze） 混凝土的抗冻性用抗冻标号来表示。 慢冻法：抗冻试件同抗压试件，在吸水饱和状态下反复冻结 （-15-20的空气中）与融化（20 的水中），以混凝土的抗压强度损失不超过25，质量损失不超过5时混凝土所承受的最多冻融循环次数来表示。混凝土的抗冻标号分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300九个级别，其中数字表示冻融循环的次数。 快冻法：试件尺寸为100100400mm，在冻融箱内进行冻融循环。以相对动弹性模量值不小于60，质量损失率不超过5时所承受的最大循环次数来表示。 提高混凝土抗冻性的有效方法是提高密实度，减小水灰比，掺加引气剂、减水剂等。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,3、抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要与水泥品种以及混凝土的密实度有关，特殊情况下，与骨料的性质有关，当环境中含有酸性物质时，应选用耐酸骨料（石英岩、花岗岩），当环境中含有碱性物质时，应选用耐碱骨料（石灰岩、白云岩）。 4、碳化 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳渗透到混凝土中，与氢氧化钙反应，生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程，也叫中性化。混凝土孔隙内充满氢氧化钙饱和溶液，pH值为1213。在碱性环境中，混凝土中的钢筋表面能形成一层氧化铁钝化膜，保护钢筋不锈蚀。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,当混凝土碳化深度达到钢筋时，由于碱度降低，起保护作用的钝化模中性化，钢筋随即产生锈蚀。锈蚀的钢筋产生体积膨胀，引起混凝土开裂，加速了钢筋的锈蚀，降低了混凝土的强度。 混凝土的碳化产生的碳酸钙使混凝土表面更加密实，有利于抗压强度。但总体来说，弊大于利。 在正常大气条件下，炭化深度D(mm)随时间 t（d）延长而增大，D=at ，a ：碳化速度系数 。 影响碳化深度的因素：二氧化碳浓度；湿度，湿度50%70%时碳化速度最快；水泥品种，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥抗炭化能力较强，掺混合材的水泥较弱；骨料质量；水灰比；外加剂；养护。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,5、碱骨料反应 19201940年间，美国报道了很多混凝土建筑出现破坏现象，这些破坏表现为结构遍体开裂，在混凝土表面呈现广泛的地图形图案裂纹，并在开裂处经常伴有白色凝胶状物质渗出，甚至表面崩裂。后经断定，这些破坏是由于骨料内部的活性氧化硅与水泥中的碱（氧化钠、氧化钾）间的反应产物碱硅酸凝胶，吸水后产生巨大体积膨胀造成。碱骨料反应只有在水泥中碱含量大于0.6（以NaO2含量计）的情况下，骨料中含有活性氧化硅时，并且在有水或潮湿环境中才能进行。碱骨料反应速度极慢，其危害需几年或十几年时间才逐渐表现出来。 当骨料中含有活性氧化硅又必须使用时，应采用以下措施：1、使用含碱量小于0.6的水泥；2、掺加磨细活性混合料；3、掺加引气剂。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,6、提高混凝土耐久性的措施 （1）合理选择水泥品种和水泥标号，掺加适量的活性掺合料。 （2）采用较小的水灰比，并限制最大水灰比和最小水泥用量。 （3）采用质量好、级配好、粒径适当的骨料。 （4）掺加外加剂或引气剂。 （5）加强养护，特别是早期养护。 （6）采用机械搅拌和机械振捣。 （7）必要时，适当增大砂率。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,混凝土的最大水灰比和最小水泥用量（JGJ/T55-2000）,4.2 普通混凝土的主要技术性质,混凝土耐久性论文要求： 1、内容： 列举1-2个工程实例，阐述某项耐久性不足对结构的危害； 分析该项耐久性的影响因素； 提出加固补强措施，或者阐述如何避免新建建筑发生耐久性不足的事故。 2、字数：不少于