建筑材料-第05章--混凝土--..课件

1、第5章 混 凝 土5.1 概 述5.1.1 混凝土的含义 由胶结料、粗细骨料和水及其他材料，按适当的比例配制拌和并硬化而成的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材称为混凝土。5.1 概 述5.1.2 混凝土的分类5.1.2.1 按表观密度分类一一重混凝土 二三普通混凝土 轻混凝土 5.1 概 述5.1.2 混凝土的分类5.1.2.2 按用途分类耐酸混凝土 大体积混凝土 普通混凝土 防水混凝土 耐热混凝土 道路混凝土 5.1 概 述5.1.2 混凝土的分类5.1.2.3 按所用胶凝材料分类1水泥混凝土 2石膏混凝土 3沥青混凝土 4聚合物混凝土 5水玻璃混凝 5.1 概 述5.1.2 混凝土的分

2、类5.1.2.4 按强度等级分类低强度混凝土(fcu30MPa) 中强度混凝土(fcu=3060MPa) 高强度混凝土(fcu=60100MPa) 超高强度混凝土(fcu100MPa) 5.1 概 述5.1.2 混凝土的分类5.1.2.5 按生产和施工方法分类普通浇筑混凝土预拌混凝土 泵送混凝土 压力灌浆混凝土 喷射混凝土 5.1 概 述5.1.3 混凝土的特点5.1.3.1 优点原材料丰富，造价低廉； 混凝土拌和物具有良好的可塑性和浇注性，易加工成型； 可调整性强，可根据使用性能的要求与设计来配制相应的混凝土； 抗压强度高； 5.1 概 述5.1.3 混凝土的特点5.1.3.1 优点匹配性好

3、，与钢筋及钢纤维等有牢固的黏结力 ；耐久性良好； 耐火性好，维修费少； 生产能耗低。 5.1 概 述5.1.3 混凝土的特点5.1.3.2 缺点自重大，比强度小； 抗拉强度低； 变形能力差，易开裂； 导热系数大，保温隔热性能较差； 硬化较慢，生产周期长。5.1 概 述5.1.4 混凝土的发展趋向5.1.4.1 高性能混凝土5.1.4.2 绿色高性能混凝土5.1.4.3 其他新技术混凝土5.2 普通混凝土的组成材料图5-1 硬化混凝土的结构5.2 普通混凝土的组成材料5.2.1 水泥的选择(1) 普通混凝土。 (2) 高强度混凝土(C30)。 5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料 细骨

4、料是指粒径为0.154.75mm的岩石颗粒，俗称砂。通常细、粗骨料的总体积占混凝土总体积的70%80%。5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.1 种类及特性河砂：洁净、质地坚硬，为配制混凝土的理想材料。海砂：质地坚硬，但夹有贝壳碎片及可溶性盐类。5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.1 种类及特性山砂：含有黏土及有机杂质，坚固性差。人工砂：富有棱角，比较洁净，但细粉、片状颗粒较多，成本高。5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.2 混凝土用砂的质量要求(1) 含泥量、石粉含量和泥块含量。 项目指标类类类含泥量(按质量计)1.03.05.

5、0泥块含量(按质量计)01.02.0表5-1 天然砂含泥量和泥块含量 %5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.2 混凝土用砂的质量要求(1) 含泥量、石粉含量和泥块含量。 表5-2 人工砂石粉含量和泥块含量 %项目指标类类类亚甲蓝试验MB值小于1.40或合格含泥量(按质量计)3.05.07.0泥块含量(按质量计)01.02.0MB值大于等于1.40或不合格含泥量(按质量计)1.03.05.0泥块含量(按质量计)01.02.05.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.2 混凝土用砂的质量要求(2) 有害物质含量。其含量应符合表5-3的规定。项目指标类类类云母(

6、按质量计)1.02.02.0轻物质(按质量计)1.01.01.0有机物(比色法)合格合格合格硫化物及硫酸盐(按SO3质量计)0.50.50.5氯化物(以氯离子质量计)0.010.020.06表5-3 砂中有害物质含量 % 5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.3 砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 图5-2 骨料的颗粒级配5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.3 砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 筛孔尺寸/mm分计筛余/%累计筛余/%4.75a1A1=a12.36a2A2=a1+a21.18a3A3=a1+a2+a30.6a4A4=a1+a2+a3+a40.3

7、a5A5=a1+a2+a3+a4+a50.15a6A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6表5-4 分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.3 砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 1砂的粗细程度砂的粗细程度用细度模数(Mx)来表示。细度模数(Mx)通过累计筛余百分率计算而得。(5-1)5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.3 砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 2砂的颗粒级配骨料各级粒径颗粒的分布情况，以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性。(1) 级配区。见表5-5。 5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.3

8、 砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 表5-5 砂的颗粒级配区5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.3 砂的粗细程度(Mx)及颗粒级配 (2) 筛分曲线。如图5-3所示。图5-3 筛分曲线5.2 普通混凝土的组成材料5.2.2 细骨料5.2.2.4 砂的选用原则 一般配制混凝土时，宜优先选用区砂。若选用区砂，则应该适当提高砂率，保证水泥用量。若选用区砂，则应该适当降低砂率，保证强度。若某一地区砂料过细，可采用人工级配。5.2 普通混凝土的组成材料5.2.3 粗骨料5.2.3.1 质量及技术要求(1) 含泥量及泥块含量应符合表5-6的规定。项目指标类类类含泥量(按质量计)0.51

9、.01.5泥块含量(按质量计)00.50.7%表5-6 卵石、碎石含泥量及泥块含量 5.2 普通混凝土的组成材料5.2.3 粗骨料5.2.3.1 质量及技术要求(1) 含泥量及泥块含量应符合表5-6的规定。%表5-7 卵石、碎石中有害物质含量项目指标类类类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐(按SO3质量计)/%0.51.01.05.2 普通混凝土的组成材料5.2.3 粗骨料5.2.3.2 强度 碎石强度采用岩石立方体抗压强度和碎石的压碎指标两种方法来检验。压碎指标Qc按下式进行计算： (5-2)5.2 普通混凝土的组成材料5.2.3 粗骨料5.2.3.3 颗粒形状及表面特征(1) 卵石。光滑少棱

10、角，孔隙率及总表面积小，工作性好，水泥用量少，但黏结力差，强度低。(2) 碎石。多棱角，孔隙率及总表面积大，工作性差，水泥用量多，但黏结力强，强度高。在相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度约高10%。5.2 普通混凝土的组成材料5.2.3 粗骨料5.2.3.4 最大粒径和颗粒级配 粗骨料公称粒级的上限称该粒级的最大粒径。最大粒径的选用原则是质量相同的石子，粒径越大，总表面积越小，越能节约水泥，故应尽量选用大粒径石子。1最大粒径5.2 普通混凝土的组成材料5.2.3 粗骨料5.2.3.4 最大粒径和颗粒级配2颗粒级配(1) 连续级配。 (2) 间断级配。 5.2 普通混凝土的组成材料5.2.

11、3 粗骨料5.2.4 混凝土拌和及养护用水宜采用水饮用水。（1）不宜采用水海水、生活污水。（2）需检验方可使用的水地表水和地下水，需按有关规定检验合格后才能使用。（3）5.3 混凝土拌和物的和易性5.3.1 和易性的概念 和易性是指混凝土拌和物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土性能。5.3 混凝土拌和物的和易性5.3.1 和易性的概念保水性 黏聚性 流动性 5.3 混凝土拌和物的和易性5.3.1.4 混凝土拌和物和易性的评定 1坍落度试验2维勃稠度试验 项目结构种类坍落度/mm1基础或地面等的垫层、无配筋的大体积

12、结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构 10302板、梁或大型及中型截面的柱子等30503配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)50704配筋特密的结构 7090表5-8 混凝土浇注时的坍落度5.3 混凝土拌和物的和易性5.3.2 影响新拌混凝土和易性的因素 水泥浆稠度的影响 水泥浆用量的影响 砂率的影响 组成材料性质的影响 5.3 混凝土拌和物的和易性5.3.2 影响新拌混凝土和易性的因素 拌和物存放时间及环境温度的影响 外加剂的影响 施工工艺的影响 5.4 混凝土的强度5.4.1 混凝土的立方抗压强度(fcu) 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

13、为203，相对湿度在90%以上)下，养护至28d龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，该值称为混凝土立方体试件抗压强度(简称立方抗压强度，以fcu表示)，以MPa计。5.4 混凝土的强度5.4.2 混凝土的立方抗压强度标准值(fcu,k)立方抗压强度标准值是指按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期内，用标准试验测定的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%，以MPa计。5.4 混凝土的强度5.4.3 强度等级5.4.3.1 概念 混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。它的表示方法是用C和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示，如C30

14、即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k=30MPa。5.4 混凝土的强度5.4.3 强度等级5.4.3.2 实用意义 (1) C7.5C15。用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。(3) C25C30。用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等。(2) C15C25。用于普通混凝土结构的梁、板、柱、楼梯及屋架。(4) C30以上。用于预应力钢筋混凝土结构、吊车梁及特种构件等。5.4 混凝土的强度5.4.4 混凝土的轴心抗压强度(fcp) 轴心抗压强度采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，如有必要，也可采用非标准尺寸的棱柱体试件，但其高宽比应在23的范围内。在钢筋混凝

15、土结构计算中，计算轴心受压构件时，都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设计依据。fcp比同截面的fcu小，且高宽比越大，fcp越小。当立方体的抗压强度在1055MPa范围内时，fcp(0.700.80)fcu。5.4 混凝土的强度5.4.5 混凝土的抗拉强度混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系，可用经验公式表达如下：(5-3)5.4 混凝土的强度5.4.6 混凝土与钢筋的黏结强度 在钢筋混凝土结构中，混凝土利用钢筋来增强，为使钢筋混凝土这类复合材料能有效工作，混凝土与钢筋之间必须要有适当的黏结强度。影响混凝土与钢筋黏结的因素有混凝土质量(强度)、钢筋尺寸及种类、钢筋在混凝土

16、中的位置、加载类型、干湿变化和温度变化等。5.4 混凝土的强度5.4.7 影响混凝土强度的因素 5.4.7.1 材料组成对混凝土强度的影响1水泥的强度和水灰比(5-4)5.4 混凝土的强度5.4.7 影响混凝土强度的因素 5.4.7.1 材料组成对混凝土强度的影响2骨料的影响 当骨料级配良好、砂率适当时，可以组成坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。如果混凝土骨料中有害杂质较多，品质低，级配不好时，会降低混凝土的强度。5.4 混凝土的强度5.4.7 影响混凝土强度的因素 5.4.7.2 养护条件对混凝土强度的影响(1)温度。 (3) 龄期。 (2) 湿度。 5.4 混凝土的强度5.4.7 影

17、响混凝土强度的因素 5.4.7.3 试验条件对混凝土强度的影响1试件的尺寸骨料最大粒径/mm试件尺寸/(mmmmmm)换算系数301001001000.95401501501501602002002001.05表5-9 混凝土试件不同尺寸的强度换算系数5.4 混凝土的强度5.4.7 影响混凝土强度的因素 5.4.7.3 试验条件对混凝土强度的影响2试件的形状3表面状态4加荷速度5.4 混凝土的强度5.4.8 提高混凝土强度的措施(1) 选用高强度水泥和早强型水泥。(2) 采用低水灰比的干硬性混凝土。(3) 掺加混凝土外加剂和掺合料。(4) 采用湿热处理蒸汽养护和蒸压养护。(5) 采用机械搅拌和

18、振捣。5.5 混凝土的耐久性5.5.1 耐久性指标抗渗性 抗冻性 耐磨性 5.5 混凝土的耐久性5.5.1 耐久性指标抗侵蚀性 抗碳化性 抗碱骨料反应 5.5 混凝土的耐久性5.5.2 提高混凝土耐久性的措施(1) 合理选择水泥品种。(2) 适当控制混凝土的水灰比和水泥用量 (3) 选用品种良好、级配合格的骨料。 (4) 掺外加剂。(5) 保证混凝土的施工质量。5.5 混凝土的耐久性5.5.2 提高混凝土耐久性的措施环境条件结构物类型最大水灰比最小水泥用量/(kgm3)素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件不作规定0.650.60200

19、260300潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土和(或)水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件在非侵蚀性土和(或)水中且经受冻害的部件高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和有除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300表5-10 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量5.6 混凝土外加剂(3) 改善耐久性的外加剂 (1) 改善工作性的外加剂 (4) 改善其他性能的外加剂 (2) 调节凝结硬化时间的外加剂 5.6 混凝土外加剂5.6.1 减水剂5.6.1.1 减水

20、剂的作用机理(1) 其憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同电荷，斥力作用使水泥颗粒分开，放出絮凝结构游离水，增加流动性。(2) 亲水基团吸附大量极性水分子，增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度，起润滑作用，改善工作性。(3) 减水剂降低表面张力，水泥颗粒更易湿润，使水化比较充分，从而提高混凝土的强度。5.6 混凝土外加剂5.6.1 减水剂5.6.1.2 减水剂的技术经济效果(1) 增大流动性。在用水量及水灰比不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，且不会影响混凝土的强度。(2) 提高混凝土的强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌和用水量10%15

21、%，从而降低水灰比，使混凝土强度提高15%20%。(3) 节约水泥。在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以在减少拌和水量的同时，相应减少水泥用量。(4) 改善混凝土的耐久性。5.6 混凝土外加剂5.6.1 减水剂5.6.1.3 减水剂的种类木质素系减水剂萘磺酸盐系减水剂 水溶性树脂减水剂 5.6 混凝土外加剂5.6.2 早强剂 氯盐类早强剂 硫酸盐类早强剂 有机胺类早强剂 5.6 混凝土外加剂5.6.3 缓凝剂 糖类 木质素磺酸盐类 羟基羧酸及其盐类 无机盐类 5.6 混凝土外加剂5.6.4 引气剂123改善混凝土拌和物的和易性。改善混凝土拌和物的和易性。降低混凝土强度。 5.6 混凝土外加剂

22、5.6.5 防冻剂 防冻剂是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类、氯盐阻锈类和无氯盐类。5.6 混凝土外加剂5.6.6 速凝剂 速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐和有机物类两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要有红星型、711型、728型、8604型等。5.6 混凝土外加剂5.6.7 外加剂的选择和使用(1) 外加剂品种的选择。 (2) 外加剂掺量的确定。 (3) 外加剂的掺加方法。 5.7 普通混凝土配合比设计5.7.1 混凝土配合比设计的基本要求(1) 配合比设计的任务。 (2) 配合比设计的基本要求。 5.7 普通

23、混凝土配合比设计5.7.2 混凝土配合比设计的资料准备(1) 工程设计要求的混凝土强度等级，以便确定混凝土配制强度。(2) 了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。5.7 普通混凝土配合比设计5.7.2 混凝土配合比设计的资料准备(3) 了解结构构件断面尺寸及钢筋配置情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。(4) 了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌合物坍落度及骨料最大粒径。(5) 掌握原材料的性能指标， 5.7 普通混凝土配合比设计5.7.3 混凝土配合比设计的方法与原理5.7.3.1 体积法假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料的绝对体积和

24、混凝土拌合物中所含空气体积之和。mc0/c+ms0/s+mg0/g+mw0/w+0.01=1(5-6)ms0/(ms0+mg0)=s式中 c水泥密度，可取29003100kg/m3； s细骨料的表观密度，kg/m3； w水的密度，可取1000kg/m3； 混凝土的含气率，%，在不使用引气型外加剂时，可取1。5.7 普通混凝土配合比设计5.7.3 混凝土配合比设计的方法与原理5.7.3.2 质量法质量法是假定混凝土拌和物的表现密度为一固定值，混凝土拌和物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。因此，可列出以下两式：mc0+ms0+mg0+mw0=mcp (5-7) ms0/(ms0+ mg0)=

25、s5.7 普通混凝土配合比设计5.7.4 混凝土配合比设计的依据5.7.4.1 混凝土配合比设计基本参数的确定(1)4个基 本变量 (2)3个关系。 5.7 普通混凝土配合比设计5.7.4 混凝土配合比设计的依据5.7.4.2 基本原则(1) 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时取大值(省水泥)。(2) 在满足混凝土的施工要求和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格，确定混凝土的单位用水量越小越好。(3) 砂在细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越小越好。5.8 混凝土配合比设计计算方法 5.8.1 确定计算配合比5.8.1.1 确定混凝土配制强度fcu,o=

26、fcu,k+1.645(5-8)混凝土强度等级C354.05.06.0表5-11 混凝土MPa5.8 混凝土配合比设计计算方法 5.8.1 确定计算配合比5.8.1.2 确定水灰比(5-9)石子品种碎石0.460.07卵石0.480.33表5-12 回归系数 和 选用表 5.8 混凝土配合比设计计算方法 5.8.1 确定计算配合比5.8.1.3 选定混凝土单位拌和用水量1干硬性和塑性混凝土用水量的确定 根据所用骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表5-13和表5-14选取1m3混凝土的用水量。拌和物稠度卵石最大粒径/mm碎石最大粒径/mm项目指标102040162040维勃稠度/s1

27、6201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165表5-13 干硬性混凝土的用水量5.8 混凝土配合比设计计算方法 5.8.1 确定计算配合比5.8.1.3 选定混凝土单位拌和用水量1干硬性和塑性混凝土用水量的确定 根据所用骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表5-13和表5-14选取1m3混凝土的用水量。拌合物稠度卵石最大粒径/mm碎石最大粒径/mm项目指标102031.540162031.540坍落度/mm1030190170160150200185175165355020018017016021019

28、518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195表5-14 塑性混凝土的用水量 5.8 混凝土配合比设计计算方法 5.8.1 确定计算配合比5.8.1.3 选定混凝土单位拌和用水量2流动性和大流动性混凝土的用水量计算(1) 以表5-14中坍落度为90mm时的用水量为基础，按坍落度每增大20mm，用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时混凝土的用水量。5.8 混凝土配合比设计计算方法 5.8.1 确定计算配合比5.8.1.3 选定混凝土单位拌和用水量2流动性和大流动性混凝土的用水量计算(2) 掺外加剂时的混凝土用水量按下式计算：mwa