材料——混凝土

.,第三章混凝土（concrete）,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。,.,第一节概述混凝土按照表观密度大小分为三类：(1)重混凝土(02500Kg/M3)(2)普通混凝土(0=19502500Kg/M3)(3)轻混凝土(010%）。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加材料。如粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等。混凝土第六组分,.,掺量计算,.,一、混凝土外加剂混凝土外加剂分类表面活性剂的分子模型表面活性剂的分子在水表面吸附定向排列示意图,.,1.减水剂1)减水剂的作用机理吸附一分散作用水泥絮凝结构示意图减水剂的作用简图润滑塑化作用：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,.,3)减水剂的使用技术饱和点问题掺量：0.3%1%不等掺法：同掺、后掺与水泥的相容性,.,2.早强剂多用于加速砼硬化，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，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。,.,（2）SO42盐早强剂不得用于以下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；使用直流电源的企业和电气化运输设施的砼结构；含有活性集料的砼针对NaSO4注意碱含量K=Na2O+0.658k2O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,.,早强剂与其他外加剂的复配：（1）复合早强剂早强效果更好（2）早强减水剂发挥早强、减水的共同特点,.,3.引气剂使砼在搅拌过程中引入在量的均匀分布的封闭的微小气泡，（201000um）。,.,主要目的：,（1）改善砼和易性滚珠作用；（2）提高防渗、抗冻性（一定引气量范围内）；（3）强度一般降低，但可以由减水作用得到一定的补偿。,.,松香类：松香热聚物，松香皂0.0050.02%；引气量35%；木质素类：不是以引气为主要目的，故掺量稍大，且引气量也不大；烷基苯磺酸盐类：十二烷基苯磺钠等（0.0050.02%）皂素类：0.0010.01%,常用引气剂品种,.,引气量影响因素,（1）掺量（2）原材料影响（3）引气剂最好配制成液体再加入（由于掺量小的不易均匀分散）（4）振动时间与之相对应又有稳泡剂和消泡剂之分。（与减水剂复配，可减少强度降低值。）,.,4.缓凝剂延长混凝土及砂浆的凝结时间,.,常用缓凝剂类别及掺量范围无机类：（1）硼酸盐、磷酸盐、锌盐等（0.10.2%）有机类：（2）羟其羧酸及盐类；酒石酸，柠檬酸、葡糖酸等（0.030.1%）（3）含糖碳水化合物类，糖蜜、葡糖、蔗糖等（0.10.3%）（4）木质素磺酸类：MCa，MNa等（0.20.8%）（5）多元醇类：如纤维素，多元醇等（0.010.3%,.,主要机理：缓凝剂吸附于水泥颗粒表面，阻碍与水的水化而获得缓凝性。,.,缓凝剂使用技术要求：,（1）掺量凝结时间，强度；（2）与水泥的适应性；（3）与减水剂的适应性；（4）掺加方法，如木钙在加水拌合后1min加入，凝结时间（初、终）再延长2h，加水拌合2min后，凝结时间延长2.53h；（5）温度，T0.6%时，水是其充分条件,.,影响碱集料反应的因素：集料活性，水泥中的碱含量，水份，集料粒径，粒径越小，则反应膨胀越大，砼密实度，所采取的措施,.,抑制碱集料反应的措施：断绝三条件中的任何一条件，包括外加剂中的碱含量；掺用活性混合材，（掺合料）机理：a.混合材与碱起反应，同时混合材粒径小，比表面积大，因此反应快；b.降低了作用于集料表面的碱含量，使碱组分的发挥分散于整个砼体系中；c.形成了石灰碱氧化硅络合物，此物不膨胀增加砼密实度，减小水份的渗透加入引气剂,.,粉煤灰,粉煤灰是以燃煤发电的火力发电厂排出的一种工业废渣。磨成一定细度的煤粉在煤粉锅炉中燃烧后（炉膛内温度高达11001500），由吸尘器负压抽风收集的细飞灰（FlyAsh）称为粉煤灰。,.,粉煤灰质量指标与等级,.,粒化高炉矿渣粉,高炉矿渣是炼铁过程中的废渣。在高炉炼铁时，铁矿石、燃料及溶剂矿物（石灰石或白云石），在冶炼条件下氧化铁还原成金属铁，溶剂矿物分解后产生的氧化钙与矿石中杂质SiO2、Al2O3等相熔并互相作用生成为一种熔融液的非金属物，其密度比铁水小，熔融液的2.52.8，而铁水的7.08.0，它易与铁水相分离，炉子的下方排出铁水，而炉子上方排出熔融液，经水淬后呈粒状的高炉矿渣。,.,矿渣粉技术要求,.,硅灰,硅灰是铁合金厂回收的废灰，在采用电炉炼制硅铁时，由炉烟所滤收集的烟灰，其主要成分是二氧化硅，故称之硅灰。硅灰中的非晶态的SiO2含量大于90；硅灰颗粒为微细球形，平均粒径为0.1m，比表面积为2万cm2/g3万cm2/g，比普通水泥所要求的细度小近百倍，而密度又较小，约为2.2gcm3左右。,.,（1）按砼外加剂作用分类a：用以改善拌合物性质（包括砼、砂浆、净浆）减水剂、引气剂；b：调节凝结时间，硬化时间早强剂，缓凝剂，促凝剂；c：调节含气量引气剂、加气剂、泡沫剂、消泡剂等；d：硬化后力学性能引气剂、膨胀剂、抗冻剂、防水剂；e：抗钢筋腐蚀性阻锈剂；f：提供特殊性能引气剂、着色剂、脱模剂、养护剂。,.,（2）按化学成分：无机化合物：多为影响砼凝结时间；有机：多为表面活性剂；复合外加剂外加剂的发展方向之一。,.,.,.,.,.,曲线窄而高，说明强度比较集中，波动小，混凝土的均匀性好，施工水平较高。,曲线矮而宽，表示强度数据的离散程度大，说明施工控制水平差,.,混凝土强度平均值,.,标准差,.,变异系数,.,.,不同t值的保证率P,.,生产长期稳定时强度的检验评定,当混凝土强度等级C20时mfcufcu,k+0.70fcu,minfcu,k0.70fcu,min0.85fcu,k当混凝土强度等级C20时mfcufcu,k+0.70fcu,minfcu,k0.70fcu,min0.90fcu,k式中：mfcu同一验收批试块的平均强度，MPa；fcu,k混凝土设计强度等级，MPa；0同一验收批试块强度的标准差，MPa；fcu,min同一验收批强度的最小值，MPa,.,用合格判定系数进行强度的评定,mfcu-100.9fcu,kfcu,min2fcu,k式中：0同一验收批试块强度的标准差，MPa；当0计算值小于0.06fcu,k时，取0=0.06fcu,k；1、2合格判定系数(表5.28)。,.,零星混凝土的非统计法评定,mfcu1.15fcu,kfcu,min0.95fcu,k,.,混凝土配合比设计实例,某工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C25，施工要求坍落度为50-70mm。不受风雪等作用。施工单位的强度标准差为4.0MPa。所用材料：42.5普通硅酸盐水泥，实测28d强度48MPa，c=3.15gcm3；中砂，符合区级配，0s=2.6gcm3；碎石，粒级5-40mm，0g=2.65gcm3；自来水。现场砂含水率3，石含水率1，求施工配合比。,.,初步配合比的计算,1)确定配制强度2)初步确定水灰比值（W/C）3)选择每1m3混凝土的用水量(W0)4)计算混凝土的单位水泥用量(C0)5)选取合理砂率Sp6)计算1m3混凝土中砂、石骨料的用量7)书写初步配合比,.,确定配制强度,计算混凝土试配强度(fcu,0)fcu,0=fcu,k+t=25+1.6454=31.58MPa,.,确定水灰比（W/C）,.,选择每1m3混凝土的用水量(W0),查表5.15，取W0=190kg(按新规范应为185kg)。,.,计算混凝土的单位水泥用量(C0),.,选取合理砂率Sp,参照本章5.3查表5.16，取Sp=33。,.,计算1m3混凝土中砂、石骨料的用量,绝对体积法假定表观密度法,.,绝对体积法,绝对体积法是基于这样考虑：即捣实后，混凝土拌合物的体积等于各组成材料体积及少量空气体积之总和。式中混凝土含气量系数，在不使用含气型外加剂时，可为1（即含气量为1%）。,.,假定表观密度法,一般强度等级为C7.5C15的混凝土，其表观密度为2360kgm3左右；强度等级C20C30的为2400kgm3左右；强度等级C40，为2450kgm3。W0C0S0G0oh190284S0G02400式中oh为捣实后混凝土的表现密度。S0=636kg,G0=1290kg,.,书写初步配合比,绝对体积法结果：C0S0G0=2846141254W0C0=190284C0S0G0=12.164.42W0C0=0.67假定表观密度法结果：C0S0G0=2846361290=12.244.54W0C0=0.67,.,基准配合比的确定,根据骨料最大粒径，配制30L混凝土拌合物(在此以绝对体积法的配比为例)。测定其坍落度值为85mm，大于设计要求的50-70mm，故需进行坍落度调整，其方法如下：保持水灰比不变，增加砂用量1和碎石用量1后，测得坍落度为70mm，粘聚性、保水性均良好，满足设计要求，同时，测得混凝土表观密度为2410kgm3。由此得到基准配合比为：C1S1G1W1=2906331293194=12.184.460.67,.,实验室配合比的确定,拌制不少于3种不同配合比的混凝土制作试件检验混凝土的强度。其中一种为基准配合比，另外两种配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应与基准配合比相同，但砂率值可作适当调整。编号W/Cfcu,0(MPa)要求0.6236.80.6732.431.60.7227.2实验室配合比为。,.,现场施工配合比,C1=C=290(kg)S1=S(1a)=633(1+3%)=652(kg)G1=G(1b)=1293(1+1)kg=1306(kg)W1=WSaGb=(194-6333-12931)=162(kg),.,轻骨料混凝土,用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制的，干表观密度不大于1950kgm3的混凝土，称轻骨料混凝土。轻骨料混凝土的强度等级用CL表示，如CL5.0-CL50。轻质、保温隔热,.,（1）轻集料来源：工业废弃物，粉煤灰陶粒，自燃煤矸石，煤渣等；天然轻集料：浮石、火山渣、及其他轻砂；人造轻集料，以地方材料加工而成，如页岩陶粒、粘土陶粒。以集料不同而可将轻集料砼分为以上三类。,.,（2）轻集料砼施工中应注意的问题,轻集料由于孔隙率大，吸水性强，在施工时一般先将集料润湿，再拌制砼；轻集料润湿，易上浮，注意砼的均匀性；外加剂应在轻集料吸水后再加入；注意流动性损失；注意早期养护，因为轻集料砼表面失水更快，表面起网状裂纹。,.,（1）加气砼：钙质材料（水泥、石灰）、硅质材料（石英砂、FA、Slag等）和加气剂（AL粉为多）作为原材料，经磨细、配料、搅拌、浇注、切割和压蒸养护而成。（2）泡沫砼：水泥也可掺入掺和料，水泥浆与泡沫剂搅拌，硬化而成。,.,.,特细砂混凝土,凡砂的细度模数在1.6以下或平均粒径在0.25mm以下的称为特细砂。使用这种砂配制的混凝土称为特细砂混凝土。有关技术规程：特细砂混凝土配制及应用规程(BJG19-65)；特细砂混凝土应用技术规程(DB51/5002),.,低砂率,当用碎石为粗骨料时，砂率应控制在15-30；当用卵石为粗骨料时，砂率应控制在14-25。,.,离析,混凝土各组成材料密度大小不一，在自重作用下，使得集料与浆体分布不均匀。离析的测试方法通常在测塌落度时肉眼观察离析情况。离析对混凝土性能影响（1）施工性能；（2）强度（3）耐久性。促使离析加重的因素（1）粗、细集料粒径相差过大；（2）砂率过小；（3）水灰比过大；加入引齐剂和掺和料、提高砂率、降低水胶比可以尽力避免离析。,.,泌水,混凝土在凝结之间，水中最轻的水从其余混合料中分离。通常也是通过肉眼观察。泌浆,.,泌水的危害：,（1）当泌水层出现混凝土表面时，使表面水灰比过大，表面疏松出现裂缝。（2）泌水发生在钢筋底部，形成泌水区域，水分蒸发后留下孔隙，使钢筋与混凝土粘结强度下降，钢筋也容易被锈蚀；（3）泌水发生在混凝土中集料下部，也引起混凝土强度与耐久性下降。（4）泌水过程中形成泌水通道，导致强度与耐久性降低；（5）在混凝土泵送施工中，容易泌水的混凝土也容易发生泵送管道堵塞的情况。,.,降低泌水的技术措施：,1.引气剂2.超细掺和料3.提高水泥细度4.降低水灰比,.,原材料影响：,水泥细度，引气量；水泥掺量，引气量；最大集料粒径，引气量；Sp，引气量；天然砂引气量大于人造砂，卵石大于碎石；温度，含气量；搅拌时间；W/C，含气量；,.,.,.,掺和料的形貌效应包括掺和料的粒形、表面光滑度及颗粒质地是否致密、坚硬。分析掺和料的形貌效应大小，很明显，颗粒呈球形，表面光滑且颗粒坚硬致密的掺和料形貌效应要好。光滑、坚硬的球形颗粒在混凝土中可以起到一种“滚珠”的作用，对混凝土浆体具有润滑性，增加混凝土拌合物的流动性。同时，若掺和料表面粗燥、多孔，且若质地较软的话，它的表面吸附性也强，吸附大量的水分，减