第+6+章混凝土及砂浆.ppt

第六章混凝土和砂浆 主要内容普通水泥混凝土的组成材料普通水泥混凝土的技术性质混凝土的外加剂普通水泥混凝土的组成设计普通水泥混凝土的质量控制其他品种混凝土建筑砂浆 概述水泥混凝土的定义水泥混凝土是由水泥 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 水泥混凝土的优缺点优点 使用方便 在凝结前具有良好的塑性 因此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物 匹配性好 它与钢筋有牢固的粘结力 能制作钢筋混凝土结构和构件 高强耐久 经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特性 价格低廉 其组成材料中砂 石等地方材料占80 以上 符合就地取材和经济的原则 性能易调 可根据工程要求改变材料的组成配合来满足要求 缺点 抗拉强度低 由于干缩容易产生裂缝 自重较大 施工日期长 结构物拆除较困难 改性 采用轻质骨料可以降低混凝土的自重 掺入纤维或聚合物 可提高抗拉强度 大大降低混凝土的脆性 掺入减水剂 早强剂等外加剂 可显著缩短硬化周期 改善力学性能 水泥混凝土的分类按表观密度 水泥混凝土可分为 普通混凝土 干表观密度约为2400kg m3 是道路路面和桥梁结构中最常用的混凝土 轻混凝土 干表观密度可以轻达1900kg m3 现代大跨度钢筋混凝土桥梁为减轻结构自重 往往采用各种轻集料配制成轻集料结构混凝土 达到轻质高强 以增大桥梁的跨度 重混凝土 干表密度可达3200kg m3 为了屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度集料配制的混凝土 按抗压强度 水泥混凝土可分为3大类 低强度混凝土抗压强度小于30MPa 中强度混凝土抗压强度30 60MPa 高强度混凝土抗压强度大于60MPa 超高强混凝土抗压强度大于100MPa 此外 可根据工程的特殊要求 配制各种特种混凝土 如 加气混凝土 泵送混凝土 防水混凝土 道路混凝土 水工混凝土 纤维混凝土 补偿收缩混凝土等 对混凝土质量的基本要求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 第一节普通水泥混凝土一 普通水泥混凝土的组成材料普通混凝土 简称为混凝土 是由水泥 砂 石和水所组成 另外还常加入适量的掺合料和外加剂 在混凝土中 砂 石起骨架作用 称为骨料 水泥与水形成水泥浆 水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙 在硬化前 水泥浆起润滑作用 赋予拌合物一定的和易性 便于施工 水泥浆硬化后 则将骨料胶结为一个坚实的整体 普通混凝土的四种基本组成材料 水泥砂子石子水 水泥浆 砂子 石子 一 水泥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 例 路面抢修工程 硅酸盐水泥高温车间路面和抗硫酸盐 矿渣水泥水库大坝 火山灰水泥 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 当水泥强度等级过高 水泥用量过低 和易性和耐久性差 当水泥强度等级过低 水泥用量太多 降低水泥混凝土品质 收缩率加大 经验证明 配制C30以下的混凝土 水泥强度等级为混凝土强度等级的1 1 1 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 0 1 5倍 同时宜掺入高效减水剂 二 细集料混凝土用细集料一般应采用粒径小于4 75mm的级配良好 质地坚硬 颗粒洁净的天然砂 也可使用加工的机制砂 砂按技术要求分为三类 I类宜用于强度等级 C60的混凝土 II类宜用于强度等级C30 C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土 III类宜用于强度等级 C30的混凝土和建筑砂浆 有害杂质的含量粘土 淤泥 粘附在砂粒表面妨碍水泥与砂的粘结 增大用水量 降低混凝土的强度和耐久性 并增大混凝土的干缩 云母 表面光滑的层 片状物质 与水泥粘结性差 影响混凝土的强度和耐久性 硫化物及硫酸盐 对水泥有侵蚀作用 有机质 影响水泥的水化硬化 海砂 含的氯化钠等氯化物对钢筋有锈蚀作用 因此对使用海砂配制混凝土时 其氯盐含量 折算成NaCl 不应大于0 1 对预应力钢筋混凝土结构 不宜采用海砂 为保证混凝土的质量 砂中有害杂质的含量 应符合国家技术规范的规定 见下表 砂中有害物质含量 GB T14684 2001 坚固性和压碎值坚固性是指砂在气候 环境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力 天然砂采用硫酸钠溶液进行坚固性试验 经5次循环后测其质量损失 人工砂应进行压碎值测定 具体规定见下表 坚固性指标 GB T14684 2001 压碎指标 GB T14684 2001 砂的粗细程度和颗粒级配砂的粗细程度 是指不同粒径的砂粒 混合在一起后的总体的粗细程度 通常有粗砂 中砂与细砂之分 在相同用量条件下 细砂的总表面积较大 而粗砂的总表面积较小 在混凝土中 砂子的表面需要由水泥浆包裹 砂子的总表面积愈大 则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多 因此 一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省 砂的颗粒级配 即表示砂中大小颗粒的搭配情况 在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充 为达到节约水泥和提高强度的目的 就应尽量减小砂粒之间的空隙 要减小砂粒间的空隙 就必须有大小不同的颗粒搭配 砂的颗粒级配和粗细程度 常用筛分析的方法进行测定 用级配区表示砂的颗粒级配 用细度模数表示砂的粗细 筛分试验 称量500g砂样过筛 称量筛子上残余的砂 计算出分计筛余 累计筛余 通过百分率 方孔标准筛 振筛机 分计筛余ai 某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率 累计筛余Ai 某号筛的分计筛余和大于某号筛的各筛分计筛余的总和 通过百分率Pi 通过某号筛的质量占试样总质量的百分率 即100与某号筛的累计筛余之差 细度模数细度模数是用于评价细集料粗细程度的指标 以水泥混凝土用细集料为例 粗砂 Mx 3 7 3 1 中砂 Mx 3 0 2 3 细砂 Mx 2 2 1 6 细度模数越大 砂越粗 国家规范将细度模数为3 7 1 6的普通混凝土用砂 以0 60mm筛孔 控制粒级 的累计筛余百分率 划分成为 区 区 区三个级配区 砂的级配区曲线 三 粗集料粒径大于4 75 的集料为粗集料 卵石和碎石 卵石和碎石按技术要求分为三类 I类宜用于强度等级 C60的混凝土 II类宜用于强度等级C30 C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土 III类宜用于强度等级 C30的混凝土 碎石 卵石 强度岩石抗压强度将母岩制成50mm 50mm 50mm的立方体试件或 50mm 50mm的圆柱体试件 在水中浸泡48h以后 取出擦干表面水分 测得其在饱和水状态下的抗压强度值 压碎指标值将一定质量气干状态下10 20mm的石子装入一标准圆筒内 在压力机上经160 300s内均匀地加荷到200kN 卸荷后称出试样质量G0 然后用孔径为2 5mm的筛筛除被压碎的碎粒 称取试样的筛余量G1 则压碎指标值按下式计算 压碎指标值越小 骨料的强度越高 坚固性集料的坚固性是指在气候 外力和其他物理力学因素作用 如冻融循环作用 下集料抗碎裂的能力 坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验 试样经五次干湿循环后 其质量损失应不超过规范的规定 最大粒径石子最大粒径增大 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 然而石子最大粒径过大时 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 条件允许时应尽可能把石子选得大一些 以节约水泥 从结构的角度规定 混凝土用粗骨料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1 4 同时不得超过钢筋间最小净距的3 4 对混凝土实心板 骨料的最大粒径不宜超过板厚的1 2 且不得超过50mm 颗粒级配粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同 石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配 石子颗粒级配范围应符合规范要求 碎石和卵石的颗粒级配范围见课本 有害杂质粗骨料中的有害杂质主要有 粘土 淤泥及细屑 硫酸盐及硫化物 有机物质 蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒等 它们的危害作用与在细骨料中相同 各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定 粗骨料中的针状 颗粒长轴长度大于平均粒径的 倍 和片状 厚度小于平均粒径的0 4倍 颗粒 不仅影响混凝土的和易性 而且会使混凝土的强度降低 骨料中针状颗粒含量 应符合规范中的规定 水泥混凝土用粗骨料中有害杂质的含量 应符合GB T14685 2001的规定 四 混凝土拌合及养护用水在拌制和养护混凝土用的水中 不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质 如油脂 糖类等 凡是能饮用的自来水和清洁的天然水 都能用来拌制和养护混凝土 污水 PH值小于 的酸性水 含硫酸盐 按 3计 超过水重 的水均不得使用 海水中含有硫酸盐 镁盐和氯化物 对水泥石有侵蚀作用 对钢筋也会造成锈蚀 因此一般不得用海水拌制混凝土 二 水泥混凝土的技术性质混凝土在未凝结硬化以前 称为混凝土拌合物 也叫新拌混凝土 它必须具有良好的和易性 便于施工 以保证能获得良好的浇灌质量 混凝土拌合物凝结硬化以后 应具有足够的强度 以保证建筑物能安全地承受设计荷载 并应具有必要的耐久性 一 新拌混凝土的工作性 和易性 和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作 拌合 运输 浇灌 捣实 并能获致质量均匀 成型密实的性能 和易性是一项综合的技术性质 包括有流动性 粘聚性和保水性等三方面的含义 流动性流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下 能产生流动 并均匀密实地填满模板的性能 流动性的大小 反映混凝土拌合物的稀稠 直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量 泵送混凝土 碾压混凝土 粘聚性粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力 不致产生分层和离析的现象 使混凝土保持整体均匀的性能 分层 指混凝土浇注后由于重力沉降产生的不均匀分布现象 离析 指混凝土拌合物各组分分离 造成不均匀和失去连续性的现象 保水性保水性是指混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保持内部水分的能力 不致产生严重的泌水现象 泌水 从水泥浆中泌出部分拌合水的现象 保水性差的混凝土拌合物 由于水分泌出会形成容易透水的孔隙 使混凝土的密实性变差 降低其的强度和耐久性 混凝土拌合物的流动性 粘聚性 保水性之间互相联系又存在矛盾 如粘聚性好则保水性往往也好 但当流动性增大时 粘聚性和保水性往往变差 反之亦然 所谓拌合物的和易性良好 就是要使这三方面的性能在某种具体条件下 达到均为良好 即使矛盾得到统一 和易性的测定方法目前 尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法 根据我国现行标准 普通混凝土拌合物性能试验方法 GB T50080 2002 用坍落度和维勃稠度测定混凝土拌合物的流动性 并辅以直观经验评定粘聚性和保水性 坍落度试验方法将混凝土拌合物分三层装入标准坍落度筒中 每层插捣25次并装满刮平 垂直向上将筒提起 混凝土拌合物由于自重将会向下坍落 量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差 以mm计 即为坍落度 混凝土试验搅拌机 坍落度筒 坍落度示意图 坍落度越大 表示混凝土拌合物的流动性越大 在进行坍落度试验的同时 应观察混凝土拌合物的粘聚性 保水性 以便全面地评定混凝土拌合物的和易性 粘聚性的评定方法 用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打 若锥体逐渐下沉 则表示粘聚性良好 如果锥体倒塌 部分崩裂或出现离析现象 则表示粘聚性不好 保水性的评定方法 坍落度筒提起后 如有较多稀浆从底部析出 锥体部分混凝土拌合物也因失浆而骨料外露 则表明混凝土拌合物的保水性能不好 无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出 则表示保水性良好 适用范围坍落度试验只适用于骨料最大粒径不大于40 坍落度值不小于10 的混凝土拌合物 对坍落度值小于10 的干硬性混凝土 采用维勃稠度试验 维勃稠度试验方法在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物 提起坍落度筒 在拌合物试体顶面放一透明圆盘 开启振动台 同时用秒表计时 当水泥浆完全布满透明圆盘底面的瞬间 记下秒表的秒数 称为维勃稠度 维勃稠度仪 适用范围该法适用于粗骨料最大粒径不超过31 5mm 维勃稠度在 30 之间的干硬性混凝土拌合物 混凝土拌合物的分级根据坍落度的不同 可将混凝土拌合物分为4级 见下表 混凝土按坍落度的分级 和易性的选择实际施工时 混凝土拌和物的和易性要根据结构类型 构件截面大小 钢筋疏密和施工方法来确定 根据 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 2002 的规定 混凝土浇筑时的坍落度宜按下表选用 混凝土浇筑时的坍落度 影响和易性的因素水泥浆的数量在混凝土拌合物中 水泥浆包裹骨料表面 填充骨料空隙 使骨料润滑 提高混合料的流动性 在水灰比不变的情况下 单位体积混合物内 随水泥浆的增多 混合物的流动性增大 若水泥浆过多 超过骨料表面的包裹限度 就会出现流浆现象 这既浪费水泥又降低混凝土的性能 如水泥浆过少 达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的 使粘聚性变差 流动性低 不仅产生崩塌现象 还会使混凝土的强度和耐久性降低 混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜 水泥浆的稠度水泥浆的稀稠 取决于水灰比的大小 水灰比小 水泥浆稠 拌合物流动性就小 会使施工困难 混凝土拌合物难以保证密实成型 若水灰比过大 又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良 而产生流浆 离析现象 并严重影响混凝土的强度 水灰比不能过大或过小 依据混凝土强度和耐久性要求合理地选用 单位用水量水泥浆的数量和稠度取决于用水量和水灰比 实际上用水量是影响混凝土流动性最大的因素 当用水量一定时 水泥用量适当变化 增减50 100 3 时 基本上不影响混凝土拌合物的流动性 即流动性基本上保持不变 由此可知 在用水量相同的情况下 采用不同的水灰比可配制出流动性相同而强度不同的混凝土 对混凝土拌和物流动性的调整 应在保证水灰比不变的条件下 用调整水泥浆量的方法来调整 决不能以单纯改变用水量的方法来调整 砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂 石总质量的百分率 在混合料中 砂是填充石子间空隙 并以砂浆包裹在石子外表面减少粗骨料颗粒间的摩擦阻力 赋予混凝土拌和物一定的流动性 砂率过大时 骨料的总表面积及空隙率都会增大 在水泥浆含量不变的情况下 相对地水泥浆显得少了 减弱了水泥浆的润滑作用 导致混凝土拌和物流动性降低 如果砂率过小 又不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层 也会降低混凝土拌和物的流动性 而且会严重影响其粘聚性和保水性 容易造成离析 流浆 水泥品种和集料的性质水泥品种 集料种类 形状和级配等 都对混凝土拌合物的和易性有一定影响 水泥的标准稠度用水量大 则拌合物的流动性小 如普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰的和易性好 在相同用水量的条件下 集料表面光滑 少棱角 形状较圆的卵石所拌制的拌合物流动性较碎石的大 外加剂在拌制混凝土时 加入少量的外加剂能使混凝土拌和物在不增加水泥用量的条件下 获得良好的和易性 不仅流动性显著增加 而且有效地改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性 改善和易性的主要措施通过试验 采用合理砂率 并尽可能采用较低的砂率 改善砂 石 特别是石子 的级配 在可能条件下 尽量采用较粗的砂 石 当混凝土拌和物坍落度太小时 保持水灰比不变 增加适量的水泥浆 当坍落度太大时 保持砂率不变 增加适量的砂石 有条件时尽量掺用外加剂 如减水剂 引气剂等 二 硬化混凝土的强度混凝土强度的意义强度是混凝土最重要的力学性质 混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力 混凝土强度与混凝土的其它性能关系密切 一般来说 混凝土的强度愈高 其刚性 不透水性 抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高 通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量 混凝土强度的分类抗压强度轴心抗压强度劈裂抗拉强度抗弯拉强度 抗压强度立方体抗压强度按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件 在标准养护条件 温度20 2 相对湿度95 以上 下 标准养护室内的试件应放在支架中 彼此间隔10 20mm 试件表应保持潮湿 并不得被水直接冲淋的条件下 养护28天龄期 按标准方法测定其抗压强度值 称为混凝土立方体抗压强度 简称立方体抗压强度可按下式计算 式中 fcu 立方体抗压强度 Mpa F 试件破坏荷载 N A 试件承压面积 mm2 压力试验机 数显压力试验机 微机控制电液伺服万能试验机 电液式弯折压力试验机 试块破坏后呈棱锥体 混凝土强度等级混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的 强度等级的表示方法 用符号 C 和 立方体抗压强度标准值 两项内容来表示 如C20即表示混凝土立方体抗压强度标准值为20Mpa 我国现行规范 GB50010 2002 规定 普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分C C1 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60等1 等级 影响混凝土强度的因素水泥强度等级与水灰比水泥强度等级和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素 水灰比不变时 水泥强度等级越高 则硬化水泥石强度越大 对骨料的胶结力也就越强 配制成的混凝土强度也就愈高 水泥强度等级相同的情况下 水灰比愈小 水泥石的强度愈高 与骨料粘结力愈大 混凝土强度愈高 但水灰比过小 拌和物过于干稠 在一定的施工振捣条件下 混凝土不能被振捣密实 出现较多的蜂窝 孔洞 反将导致混凝土强度严重下降 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系 强度与水灰比的关系 强度与灰水比的关系 集料的特征集料的强度集料的种类集料的级配集料的表面状态集料的粒形集料的有害杂质和弱颗粒含量 养护温度和湿度混凝土强度是一个渐进发展的过程 其发展的程度和速度取决于水泥的水化 而混凝土成型后的温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素 因此 混凝土浇捣成型后 必须在一定时间内保持适当的温度和足够的湿度以使水泥充分水化 保证混凝土强度不断增长 以获得质量良好的混凝土 养护温度养护温度高 水泥水化速度加快 混凝土强度的发展也快 在低温下混凝土强度发展迟缓 当温度降至冰点以下时 则由于混凝土中水分大部分结冰 不但水泥停止水化 混凝土强度停止发展 而且由于混凝土孔隙中的水结冰产生体积膨胀 约9 而对孔壁产生相当大的压应力 可达100MPa 从而使硬化中的混凝土结构遭受破坏 导致混凝土已获得的强度受到损失 混凝土早期强度低 更容易冻坏 冬季施工时 要特别注意保温养护 以免混凝土早期受冻破坏 蒸汽养护的混凝土构件 湿度水泥水化必须在有水的条件下进行 湿度适当 水泥水化反应顺利进行 使混凝土强度得到充分发展 因此 周围环境的湿度对水泥的水化能否正常进行有显著影响 如果湿度不够 水泥水化反应不能正常进行 甚至停止水化 严重降低砼强度 而且使砼结构疏松 形成干缩裂缝 增大了渗水性 从而影响混凝土的耐久性 施工规范规定 在混凝土浇筑完毕后 应在12h内进行覆盖 以防止水分蒸发过快 在夏季施工混凝土进行自然养护时 使用硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥和矿渣水泥时 浇水保湿应不少于7d 使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求时 应不少于14d 砼强度与保湿时间的关系图 覆盖养护 龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间 在正常养护的条件下 混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展 最初7 14天内强度发展较快 以后逐渐变缓 28天达到设计强度 28天后强度仍在发展 其增长过程可延续数十年之久 普通水泥制成的混凝土 在标准养护条件下 其强度的发展 大致与其龄期的对数成正比 龄期不小于3 式中 fn nd龄期混凝土的抗压程度 MPa f28 28d龄期混凝土的抗压强度 MPa 养护龄期 3 d 龄期与强度经验公式的应用 1 可以由所测混凝土早期强度 估算其28d龄期的强度 2 可由混凝土的28d强度 推算28d前混凝土达到某一强度需要养护的天数 如确定混凝土拆模 构件起吊 放松预应力钢筋 制品养护 出厂等日期 提高混凝土强度的措施采用高强度水泥或早强型水泥采用低水灰比的干硬性混凝土采用湿热处理 蒸汽养护 蒸压养护采用机械搅拌和振捣掺入混凝土外加剂 掺合料等 三 硬化混凝土的耐久性 定义 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性 从而维持混凝土结构的安全 正常使用的能力称为耐久性 提高混凝土耐久性 对于延长结构寿命 减少修复工作量 提高经济效益具有重要的意义 混凝土的抗渗性定义 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗有压介质 水 油 溶液等 渗透作用的能力 抗渗性是决定混凝土耐久性最主要的因素 若混凝土的抗渗性差 不仅周围水等液体物质易渗入内部 而且当遇有负温或环境水中含有侵蚀性介质时 混凝土就易遭受冰冻或侵蚀作用而破坏 对钢筋混凝土还将引起其内部钢筋锈蚀并导致表面混凝土保护层开裂与剥落 因此 对地下建筑 水坝 水池 港工 海工等工程 必须要求混凝土具有一定的抗渗性 混凝土的抗渗性用抗渗等级表示抗渗等级是以28d龄期的标准试件 在标准试验方法下所能承受的最大静水压来确定的 抗渗等级有S2 S4 S6 S8 S10 S12等六个等级 表示能抵抗0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2MPa的静水压力而不渗透 混凝土抗渗仪 混凝土渗水的主要原因内部的孔隙形成连通的渗水通道 产生于 施工振捣不密实水泥浆中多余水分的蒸发而留下的气孔水泥浆泌水所形成的毛细孔粗骨料下部界面水富集所形成的孔穴 这些渗水通道的多少 主要与水灰比大小有关 随着水灰比的增大 抗渗性逐渐变差 当水灰比大于0 6时 抗渗性急剧下降 混凝土的抗冻性定义 是指混凝土在饱水状态下 能经受多次冻融循环而不破坏 同时也不严重降低强度的性能 在寒冷地区 特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土要求具有较高的抗冻性 混凝土的抗冻性用抗冻等级表示抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件 在饱水后承受反复冻融循环 以抗压强度损失不超过25 且质量损失不超过5 时所能承受的最大循环次数来确定 混凝土的抗冻等级有D10 D15 D25 D50 D100 D150 D200 D250和D300等九个等级 分别表示混凝土能承受冻融循环的最大次数不小于10 15 25 50 100 150 200 250和300次 混凝土的抗侵蚀性抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀 物理作用不破坏的能力 当混凝土所处的环境水有侵蚀性时 必须对侵蚀问题予以重视 环境侵蚀主要指对水泥石的侵蚀 如淡水侵蚀 硫酸盐侵蚀 酸碱侵蚀等 影响混凝土的抗侵蚀性的因素与所用水泥品种 混凝土的密实程度和孔隙特征等有关 密实和孔隙封闭的混凝土 环境水不易侵入 抗侵蚀性较强 合理选择水泥品种 降低水灰比 提高混凝土密实度和改善孔隙结构是提高混凝土抗侵蚀性的主要措施 碱 集料反应定义 是指水泥中的碱与某些碱活性集料发生化学反应 在骨料表面生成碱 硅酸凝胶 这种凝胶吸水膨胀 引起混凝土产生膨胀 开裂甚至破坏 这种现象称为碱 集料反应 混凝土发生碱 集料反应必须具备以下三个条件 水泥中碱含量高 以等当量Na2O计 即 Na2O 0 658K2O 大于0 6 砂 石集料中含有活性二氧化硅成分 含活性二氧化硅成分的矿物有蛋白石 玉髓 磷石英等 有水存在 在无水情况下 混凝土不可能发生碱 集料反应 抑制碱 集料反应的措施 使用含碱量小于0 6 的水泥 掺用活性混合材 掺合料 增加砼密实度 减小水份的渗透 提高混凝土耐久性的措施合理选择水泥品种 选用质量良好 技术条件合格的砂石骨料 控制水灰比及保证足够的水泥用量是保证混凝土密实度的重要措施 是提高混凝土耐久性的关键 掺入减水剂或引气剂 改善混凝土的孔结构 对提高混凝土的抗渗性和抗冻性有良好作用 改善施工操作 保证施工质量 三 混凝土的外加剂 本世纪30年代开始采用的以引气剂与塑化剂为主的混凝土外加剂技术 对优质混凝土的四大要素 即耐久性 强度 工作性与经济性 产生了十分明显甚至是决定性的作用 时至今日 外加剂已成为现代混凝土不可缺少的组分 掺加各种外加剂已成为混凝土改性的一条必经的技术途径 吴中伟院士 混凝土外加剂的定义与分类定义 混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的 用以改善混凝土性能的物质 掺量一般不超过水泥质量的5 按其主要功能分为四类 1 改善混凝土拌和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 着色剂等 常用外加剂的性能与选用工程上常用的混凝土外加剂主要有 各类减水剂引气剂早强剂缓凝剂防冻剂等 减水剂早在20世纪30年代初 美国就使用亚硫酸盐纸浆废液用于改善混凝土的和易性 1937年 E W斯克里彻获得此项美国专利 40 60年代 木质素系的减水剂研究和开发 60年代初 日本和前西德发明了三种高效减水剂 20世纪混凝土技术发展史上的里程碑 1 水灰比定则 1918年 Abrams 为配合比设计奠基 2 引气剂 50年代 应用 使混凝土抵抗冻融能力大大提高 3 高效减水剂 60年代 使水泥分散 水灰比得以降低 提高强度和耐久性 技术经济效果增加流动性 保持水灰比和用水量不变 坍落度可增大100 200mm 且不影响混凝土的强度 提高混凝土强度 保持流动性和水泥用量不变 可减少拌和水量10 15 从而降低水灰比 使混凝土强度提高15 20 特别是早期强度提高更为显著 节约水泥 保持流动性和水灰比不变 可以在减少拌和水量的同时 相应减少水泥用量 即在保持混凝土强度不变时 可节约水泥用量10 15 改善混凝土的耐久性 由于减水剂的掺入 显著地改善了混凝土的孔结构 使混凝土的密实度提高 透水性可降低40 80 从而可提高抗渗 抗冻 耐化学腐蚀及防锈蚀等能力 常用减水剂普通减水剂 木质素系 木质素磺酸钙 木质素磺酸钠 木质素磺酸镁 糖蜜系 糖化钙 低聚糖 高效减水剂 萘系 萘磺酸盐甲醛缩合物 树脂系 三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物 引气剂定义 引气剂是指在混凝土搅拌过程中 能引入大量分布均匀的微小气泡 以减少混凝土拌和物泌水离析 改善和易性 并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂 目前应用较多的引气剂为松香热聚物 松香皂 烷基苯磺酸盐等 作用机理引气剂属憎水性表面活性剂 能显著降低水的表面张力和界面能 使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡 气泡直径多在50 250 m 同时引气剂定向吸附在气泡表面 形成较为牢固的液膜 使气泡稳定而不破裂 按混凝土含气量3 5 计 每立方米混凝土拌和物中含数百亿个气泡 大量微小 封闭并均匀分布气泡的存在 使混凝土的某些性能得到明显改善 引气剂的效果显著提高混凝土的抗渗性 抗冻性 改善拌和物的和易性 降低部分强度 一般含气量每增加1 时 其抗压强度将降低4 5 抗折强度降低2 3 引气剂的应用可用于 大坝 堤防 桥梁 公路 严寒地区建筑 抗冻混凝土抗渗混凝土贫混凝土轻混凝土等 不宜用于 蒸养混凝土预应力混凝土 早强剂定义 早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂 适于在低温施工时使用 在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂 用途 在低温和负温条件下它能够降低冰点 使拌合物中的水分不会很快结冰 使水泥继续水化 达到抵抗冰体膨胀的临界强度 多用于冬期施工和抢修工程 分类 主要有氯盐类 硫酸盐类 有机胺类三种 其它外加剂如膨胀剂 防水剂 泵送剂 速凝剂等 复合功能的外加剂 如早强减水剂 缓凝减水剂 引气减水剂 减水膨胀剂 膨胀防水剂等 外加剂的选择和使用外加剂品种的选择 根据工程需要 现场的材料条件 参考有关资料 通过试验确定 外加剂掺量的确定 通过试验试配确定最佳掺量 外加剂的掺加方法 对于可溶于水 应先配成一定浓度的溶液 随水加入搅拌机 对于不溶于水的 应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内 外加剂的掺入时间 有同掺法 后掺法 分次掺入等 五 普通水泥混凝土的组成设计 一 概述混凝土中各组成材料用量之比即为混凝土的配合比 混凝土配合比设计 选料 配料 根据工程设计和施工要求 选择适合的原材料 根据混凝土的技术要求 确定各组成材料的用量 1 混凝土配合比表示方法单位用量表示法以每1m3混凝土中各种材料的质量表示 水泥 水 砂 石子 300kg 180kg 720kg 1200kg相对用量表示法以各种材料的质量比来表示 以水泥质量为1 水泥 水 砂 石子 1 0 6 2 4 4 2 混凝土配合比设计的基本要求施工和易性的要求结构物强度要求环境耐久性要求经济性的要求 3 混凝土配合比设计的准备资料混凝土设计强度等级 工程特征 工程结构断面尺寸 钢筋最小净距等 耐久性要求 如抗冻性 抗侵蚀 耐磨 碱 集料等 水泥强度等级和品种 砂 石的种类 石子最大粒径 密度等 施工方法等 4 混凝土配合比设计的三参数 水泥 水 砂 石 水灰比 砂率 单位用水量 混凝土 确定三个参数的基本原则在满足混凝土强度和耐久性的基础上 确定混凝土的水灰比 在满足混凝土施工要求的和易性基础上 根据粗骨料的种类和规格确定混凝土的单位用水量 砂在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定砂率 5 混凝土配合比设计的步骤 初步配合比 基准配合比 设计配合比 施工配合比 调整坍落度 校核强度 耐久性 考虑现场砂 石含水量 1 配合比设计指标 1 混凝土拌合物和易性的选择混凝土浇筑时的坍落度要求 2 混凝土的配制强度fcu 0式中 fcu 0 混凝土配制强度 MPa fcu k 混凝土立方体抗压强度标准值 MPa 混凝土强度标准差 MPa 的确定 A 施工单位有强度历史资料时 按课本公式计算 1 当混凝土强度为C20或C25时 若计算值小于2 5MPa时 取2 5MPa 2 当强度等级大于C30时 若计算值小于3 0MPa 取3 0MPa B 施工单位无强度历史资料时 按下表取用 标准差 值 3 混凝土的耐久性水灰比和水泥用量是影响混凝土耐久性的两个重要因素 2 混凝土初步配合比设计步骤1 计算混凝土的配制强度fcu 0 式中 fcu 0 混凝土配制强度 MPa fcu k 混凝土立方体抗压强度标准值 MPa 混凝土强度标准差 MPa 2 计算水灰比 W C 并校核计算 根据混凝土强度公式 得 耐久性校核 水灰比还不得大于规定的最大水灰比值 结果 两者中取最小值 普通混凝土的最大水灰比和最小水泥用量 3 选定单位用水量 mwo 根据所用粗骨料的种类 最大粒径及施工所要求的坍落度值 按下表选取 塑性和干硬性混凝土的用水量 kg m3 JGJ T55 2000 对流动性和大流动性混凝土的用水量的确定 按下列步骤进行 1 以上表中坍落度为90mm的用水量为基础 按坍落度每增加20mm用水量增加5kg计算 2 掺外加剂时的混凝土用水量mw mw mwo 1 式中 mwo 未掺外加剂时混凝土的用水量 外加剂的减水率 4 计算单位水泥用量 mco 计算 根据确定的水灰比 W C 和选用的单位用水量 mwo 可计算出水泥用量 mco 校核 为保证混凝土的耐久性 由上式计算得出的水泥用量还应满足规定的最小水泥用量的要求 取值 两者最大值 5 选定砂率 s 一般可根据粗集料品种 最大粒径和水灰比 按下表选用 混凝土的砂率选用表 JGJ T55 2000 6 计算粗 细集料单位用量 mgo mso 1 密度法 质量法 假设1m3混凝土拌和物质量为某一确定值mcp 则可列方程 式中 mco 每立方米混凝土的水泥用量 kg mgo 每立方米混凝土的粗骨料用量 kgmso 每立方米混凝土的细骨料用量 kg s 砂率 mcp 1m3混凝土拌和物的假定质量 其值可取2400 2450kg 联立两式 即可求出mgo mso 2 体积法假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和 可列出下式 式中 c 水泥密度 可取2900 3100 kg m3 g 粗骨料的表观密度 kg m3 s 细骨料的表观密度 kg m3 w 水的密度 可取1000 kg m3 混凝土的含气量百分数 在不使用引气型外加剂时 可取为1 联立两式 即可求出mgo mso 2 试拌调整提出基准配合比1 按初步计算配合比称取实际工程中使用的材料进行试拌 混凝土的搅拌方法 应与生产时使用的方法相同 混凝土搅拌均匀后 检查拌和物的性能 2 当试拌出的拌和物坍落度或维勃稠度不能满足要求 或粘聚性和保水性不良时 应在保持水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率 直到符合要求为止 3 然后提出供检验强度用的基准配合比 3 检验强度 确定实验室配合比1 采用三个不同的配合比 其一为基准配合比 另外两个配合比的W C较基准配合比分别增加或减少0 05 2 每种配合比至少制作一组 三块 试件 标准养护到28d时进行强度 或耐久性 测试 3 由试验得出的各灰水比及其对应的混凝土的强度 或耐久性 关系 用作图法或计算法求出与混凝土配制强度 fcu o 相对应的灰水比 并确定出设计配合比 实验室配合比的确定用水量 mwb 取基准配合比中的用水量 并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度 进行适当的调整 水泥用量 mcb 以用水量乘以选定出的灰水比计算确定 粗 细骨料用量 mgb msb 取基准配合比中的砂率 并按选定的单位用水量 mwb 和单位水泥用量 mcb 采用体积法或密度法计算 混凝土组成材料用量的调整计算混凝土的表观密度及混凝土配合比校正系数 表观密度 c c mcb mwb msb mgb校正系数 c t c c 上述方法得到的材料用量即为混凝土设计配合比 各项材料用量乘以 即为混凝土设计配合比 4 施工配合比换算实验室配合比是以干燥材料为基准的 而工地存放的砂 石的水分随着气候的变化 所以现场材料的实际称量应按工地砂 石的含水情况进行修正 修正后的配合比 叫做施工配合比 现假定工地存放砂的含水率为a 石子的含水率为b 则将设计配合比换算为施工配合比 其材料称量为 五 普通水泥混凝土的质量控制为保证结构的可靠 必须在施工过程的各个工序对原材料 混凝土拌和物及硬化后的混凝土进行必要的质量检验和控制 一 混凝土质量的波动波动的因素 正常因素 是指施工中不可避免的正常变化因素 如砂 石质量的波动 称量时的微小误差 操作人员技术上的微小差异等 受正常因素的影响而引起的质量波动 是正常波动 异常因素 是指施工中出现的不正常情况 如搅拌时任意改变水灰比而随意加水 混凝土组成材料称量误差等 它们是可以避免克服的因素 受异常因素影响引起的质量波动 是异常波动 混凝土质量控制的目的在于发现和排除异常因素 使混凝土质量波动呈正常波动状态 二 混凝土的质量控制1 混凝土生产前的初步控制 主要包括人员配备 设备调试 组成材料的检验及配合比的确定与调整等项内容 在施工过程中 一般不得随意改变配合比 应根据混凝土质量的动态信息 及时进行调整 2 混凝土生产过程中的控制 包括控制称量 搅拌 运输 浇筑 振捣及养护等项内容 施工单位应根据设计要求 提出混凝土质量控制目标 建立混凝土质量保证体系 制定必要的混凝土生产质量管理制度 并应根据生产过程的质量动态分析 及时采取措施和对策 3 混凝土生产后的合格性控制 是指混凝土质量的验收 即对混凝土强度或其他技术指标进行检验评定 包括批量划分 确定批取样数 确定检测方法和验收界限等项内容 通过以上对混凝土进行质量控制的各项措施 使混凝土质量符合设计规定的要求 3 混凝土强度的合格性判定混凝土强度应分批进行检验评定 当检验结果能满足以上评定公式的时 则该批混凝土判为合格 否则为不合格 不合格批混凝土制成的结构或构件 应进行鉴定 对不合格的结构或构件必须及时处理 第二节其他品种混凝土 装饰混凝土高强 高性能混凝土轻骨料混凝土加气混凝土碾压混凝土大体积混凝土透水混凝土绿化混凝土 第三节建筑砂浆建筑砂浆是由胶凝材料 细骨料 掺加料和水按适当比例配制而成 是建筑工程中一项用量大 用途广的建筑材料 建筑砂浆根据用途不同 分为砌筑砂浆 抹面砂浆 装饰砂浆及特种砂浆 根据胶凝材料的不同 又可分为水泥砂浆 石灰砂浆和混合砂浆等 一 砌筑砂浆凡用于砌筑砖 石砌体或各种砌块 混凝土构件接缝等的砂浆称为砌筑砂浆 其作用主要是把块状材料胶结成为一个坚固的整体 从而提高砌体的强度 稳定性 并使上层块状材料所受的荷载能均匀地传递到下层 同时 砌筑砂浆填充块状材料之间的缝隙 提高建筑物保温 隔音 防潮等性能 一 砌筑砂浆组成材料1 胶凝材料 1 水泥 前述的五大品种水泥均可拌制砌筑砂浆 要注意的是 砌筑砂浆用水泥的强度等级应该根据设计要求进行选择 施工时 通常在砂浆中掺加适量石灰膏或电石渣等胶凝材料代替部分水泥 对于特定的环境应选用相适应的水泥品种 2 石灰在配制砌筑砂浆时 石灰常用作水泥砂浆的掺合料 但在非承重结构部位 也可用石灰膏或磨细生石灰粉作为拌制石灰砂浆的胶凝材料 这种砂浆具有良好的和易性 但硬化较慢 2 细骨料 1 砂子 砌筑砂浆用砂应符合建筑用砂的技术性质要求 砌筑砂浆宜选用中砂 其中毛石砌体宜选用粗砂 2 工业废渣 燃烧完全或未燃烧煤分及有害杂质含量较小的工业废渣 如炉渣