建筑材料课件一九

混凝土

例4-1．普通混凝土的主要组成材料有哪些？各组成材料在硬化前后的作用如何？解：普通混凝土的主要组成材料有水泥、细骨料（砂）、粗骨料（石）和水。另外还常加入适量的掺合料和外加剂。在混凝土中，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。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的流动性、粘聚性，便于施工。在硬化后则起到了将砂、石胶结为一个整体的作用，使混凝土具有一定的强度、耐久性等性能。砂、石在混凝土中起骨架作用，可以降低水泥用量、减小干缩、提高混凝土的强度和耐久性。例4-2．配制混凝土应考虑哪些基本要求？解配制混凝土应考虑以下四项基本要求，即：１．满足结构设计的强度等级要求；２．满足混凝土施工所要求的和易性；３．满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；４．符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。[评注]强度要求达到95%强度保证率；经济原则是在满足强度要求、和易性要求、耐久性要求的前提下，尽量降低高价材料（水泥）的用量，达到降低成本的目的。例4-3．何谓骨料级配？骨料级配良好的标准是什么？解骨料级配是指骨料中不同粒径颗粒的组配情况。骨料级配良好的标准是骨料的空隙率和总表面积均较小。使用良好级配的骨料，不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。[评注]石子的空隙是由砂浆所填充的；砂子的空隙是由水泥浆所填充的。砂子的空隙率愈小，则填充的水泥浆量越少，达到同样和易性的混凝土混合料所需水泥量较少，因此可以节约水泥。砂粒的表面是由水泥浆所包裹的。在空隙率相同的条件下，砂粒的比表面积愈小，则所需包裹的水泥浆也就愈少，达到同样和易性的混凝土混合料，其水泥用量较少。由此可见，骨料级配良好的标准应当是空隙率小，同时比表面积也较小。例4-4．为什么要限制砂、石中活性氧化硅的含量，它对混凝土的性质有什么不利作用？解：混凝土用砂、石必须限制其中活性氧化硅的含量，因为砂、石中的活性氧化硅会与水泥或混凝土中的碱产生碱骨料反应。该反应的结果是在骨料表面生成一种复杂的碱一硅酸凝胶，在潮湿条件下由于凝胶吸水而产生很大的体积膨胀将硬化混凝土的水泥石与骨料界面胀裂，使混凝土的强度、耐久性等下降。碱骨料反应往往需几年、甚至十几年以上才表现出来。故需限制砂、石中的活性氧化硅的含量。例4-5.为什么在拌制混凝土时，砂的用量应按质量计，而不能以体积计量？解砂子的体积和堆积密度与其含水状态紧密相关。随着含水率的增大，砂颗粒表面包裹着一层水膜，引起砂体积增大。当砂的含水率为５％～８％时，其体积最大而堆积密度最小，砂的体积可增加20％～30％。若含水率继续增大，砂表面水膜增厚，由于水的自重超过砂粒表面对水的吸附力而产生流动，并迁入砂粒间的空隙中，于是砂粒表面的水膜被挤破消失，砂体积减小。当含水率达２０％左右时，湿砂体积与干砂相近；含水率继续增大，则砂粒互相挤紧，这时湿砂的体积可小于干砂。由此可知，在拌制混凝土时，砂的用量应按质量计，而不能以体积计量，以免引起混凝土拌合物砂量不足，出现离析和蜂窝现象。[评注]气干状态的砂随着其含水率的增大，砂颗粒表面形成一层吸附水膜，推挤砂粒分开而引起砂体积增大，这种现象称为砂的湿胀，其中细砂的湿胀要比粗砂大得多。例4-6．什么是石子的最大粒径？工程上石子的最大粒径是如何确定的？解：粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。工程上对混凝土中每立方米水泥用量小于170kg的贫混凝土，采用较大粒径的粗骨料对混凝土强度有利。特别在大体积混凝土中，采用大粒径粗骨料，对于减少水泥用量、降低水泥水化热有着重要的意义。不过对于结构常用的混凝土，尤其是高强混凝土，从强度观点来看，当使用的粗骨料最大粒径超过40mm后，并无多大好处，因为这时由于减少用水量获得的强度提高，被大粒径骨料造成的较少粘结面积和不均匀性的不利影响所抵消。因此，只有在可能的情况下，粗骨料最大粒径应尽量选用大一些。但最大粒径的确定，还要受到混凝土结构截面尺寸及配筋间距的限制。按《混凝土结构工程施工及验收规范》规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1／4，且不得大于钢筋间最小净距的3／4。对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1／2，且不得超过50mm。[评注]粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减小，因此包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥，并且在一定和易性及水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。因此，在可能的情况下，粗骨料最大粒径应尽量选用大一些。最大粒径的选用，除了受结构上诸因素的限制外，还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。例4-7．砂、石中的粘土、淤泥、细屑等粉状杂质及泥块对混凝土的性质有哪些影响？解砂、石中的粘土、淤泥、细屑等粉状杂质含量增多，为保证拌合料的流动性，将使混凝土的拌合用水量（Ｗ）增大，即Ｗ／Ｃ增大，粘土等粉状物还降低水泥石与砂、石间的界面粘结强度，从而导致混凝土的强度和耐久性降低，变形增大；若保持强度不降低，必须增加水泥用量，但这将使混凝土的变形增大。泥块对混凝土性能的影响与上述粉状物的影响基本相同，但对强度和耐久性的影响程度更大。[评注]粘土、淤泥、细屑等粉状杂质本身强度极低，且总表面积很大，因此包裹其表面所需的水泥浆量增加，造成混凝土的流动性降低且大大降低了水泥石与砂、石间的界面粘结强度。例4-8．简述石子的连续级配及间断级配的特点？解石子的连续级配是将石子按其尺寸大小分级，其分级尺寸是连续的。连续级配的混凝土一般和易性良好，不易发生离析现象，是常用的级配方法。石子的间断级配是有意剔除中间尺寸的颗粒，使大颗粒与小颗粒间有较大的“空档”。按理论计算，当分级增大时，骨料空隙率降低的速率较连续级配大，可较好地发挥骨料的骨架作用而减少水泥用量。但容易产生离析现象，和易性较差。[评注]颗粒级配对于混凝土的强度、质量、和易性、节约水泥等都具有重要意义。石子的连续级配及间断级配一般由各种单粒级组合为所要求的级配。单粒级也可与连续级配混合使用，以改善级配或配成较大粒度的连续级配。例4-9.普通混凝土中使用卵石或碎石，对混凝土性能的影响有何差异？解碎石表面粗糙且多棱角，而卵石多为椭球形，表面光滑。碎石的内摩擦力大。在水泥用量和用水量相同的情况下，碎石拌制的混凝土由于自身的内摩擦力大，拌合物的流动性降低，但碎石与水泥石的粘结较好，因而混凝土的强度较高。在流动性和强度相同的情况下，采用碎石配制的混凝土水泥用量较大。而采用卵石拌制的混凝土的流动性较好，但强度较低。当水灰比大于0.65时，二者配制的混凝土的强度基本上没有什么差异，然而当水灰比较小时强度相差较大。[评注]碎石与水泥石的粘结性好，这对配制高强混凝土特别有利。Ｗ／Ｃ越小，碎石同卵石的界面粘结程度的差异越大，对混凝土强度的影响也越大。此外一般情况下，碎石的强度高于卵石的强度，这对提高混凝土的强度也是有利的。例4-10．为什么不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土？为什么不宜用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土？解采用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，只需少量的水泥或较大的水灰比就可满足强度要求，但却满足不了施工要求的良好的和易性，使施工困难，并且硬化后的耐久性较差。因而不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土。用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土时，一是很难达到要求的强度，二是需采用很小的水灰比或者说水泥用量很大，因而硬化后混凝土的干缩变形和徐变变形大，对混凝土结构不利，易于干裂。同时由于水泥用量大，水化放热量也大，对大体积或较大体积的工程也极为不利。此外经济上也不合理。所以不宜用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土。[评注]若用低强度水泥来配制高强度混凝土，为满足强度要求必然使水泥用量过多。这不仅不经济，而且使混凝土收缩和水化热增大还将因必须采用很小的水灰比而造成混凝土太干，施工困难，不易捣实，使混凝土质量不能保证。如果用高强度水泥来配制低强度混凝土，单从强度考虑只须用少量水泥就可满足要求，但为了又要满足混凝土拌合物和易性及混凝土耐久性要求，就必须再增加一些水泥用量。这样往往产生超强现象，也不经济。当在实际工程中因受供应条件限制而发生这种情况时，可在高强度水泥中掺入一定量的掺合料（如粉煤灰）即能使问题得到较好解决。例4-11.为什么不宜用海水拌制混凝土？解用海水拌制混凝土时，由于海水中含有较多硫酸盐（SO42－约2400ｍg／Ｌ），混凝土的凝结速度加快，早期强度提高，但２８天及后期强度下降（28ｄ强度约降低10％），同时抗渗性和抗冻性也下降。当硫酸盐的含量较高时，还可能对水泥石造成腐蚀。同时，海水中含有大量氯盐（CＩ－约15000ｍg／L），对混凝土中钢筋有加速锈蚀作用，因此对于钢筋混凝土和预应力混凝土结构，不得采用海水拌制混凝土。[评注]对有饰面要求的混凝土，也不得采用海水拌制，因为海水中含有大量的氯盐、镁盐和硫酸盐，混凝土表面会产生盐析而影响装饰效果。例4-12．什么是混凝土的和易性？它包括有几方面涵义？解和易性是指混凝土拌合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、密实的混凝土的性能。和易性包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。粘聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象的性能。

[评注]混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性，三者是互相关联又互相矛盾的，当流动性很大时，则往往粘聚性和保水性差，反之亦然。因此，所谓拌合物和易性良好，就是要使这三方面的性质在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使矛盾得到统一。例4-13．混凝土的流动性如何表示？工程上如何选择流动性的大小？解混凝土拌合物的流动性以坍落度或维勃调度作为指标。坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。工程中选择混凝土拌合物的坍落度，主要依据构件截面尺寸大小、配筋疏密和施工捣实方法等来确定。当截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大，钢筋较疏，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。[评注]正确选择混凝土拌合物的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥，有重要意义。在选择坍落度时，原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较高的混凝土。例4-14．影响混琴凝土拌合爱料和易性毒的因素有调哪些？解影响混介凝土拌皱合料和胀易性的诵因素主焰要有以泛下几个遍方面：（１）水穷泥浆的数枪量。水泥尚浆越多则炎流动性越缺大，但水层泥浆过多疯时，拌合肤料易产生宏分层、离赴析，即粘谱聚性明显杜变差。水耀泥浆太少险则流动性迟和粘聚性薄均较差。（２）水回泥浆的稠伞度。稠度祖大则流动春性差，但呜粘聚性和盖保水性则缠一般较好仔。稠度小总则流动性肤大，但粘绣聚性和保茄水性较差罢。（3）砂率。冠砂率大则雅骨料的比盐表面积大屑，使流动形性降低或枕需增加用普水量，但扮粘聚性和束保水性好彩。砂率小胆则流动性辉提高，但倍粘聚性和秆保水性降定低。砂率趟过小时则茶流动性也土降低。合贝理砂率（隶最佳砂率蛾），有最猛大的流动橡性。（４）稀其他影愧响因素水泥品种强，骨料种侄类，粒形鸽和级配以读及外加剂扣等，都对罩混凝土拌怀合物的和词易性有一购定影响。[评注]在工程实旗践中要改飞善混凝土乘和易性，敞一般可采远取如下四域条措施：（１）尽肃可能降低夜砂率，采题用合理砂旦率，有利顾于提高混俊凝土质量横和节约水磁泥。（２）解改善砂治、石级柴配，采森用良好解级配。（３）尽葛可能采用好粒径较大百的砂、石龟为好。（４）保味持水灰比成不变的情埋况下，增丧加水泥浆俊用量或加算入外加剂怕（一般指政的是减水恼剂）例4-15．何谓浓砂率？系何谓合删理砂率偿？影响阔合理砂三率的主泄要因素广是什么暗？解砂率是债混凝土化中砂的驴质量与心砂和石鞠总质量隔之比。合理砂婚率是指矩用水量距、水泥辽用量一你定的情敏况下，揪能使拌尼合料具制有最大环流动性耀，且能怜保证拌呢合料具咬有良好煤的粘聚席性和保盯水性的绪的砂率槐。或是伟在坍落蠢度一定评时，使能拌合料梨具有最宾小水泥悼用量的调砂率。影响合理维砂率的主净要因素有章砂、石的脑粗细，砂驾、石的品般种与级配斩，水灰比互以及外加社剂等。石毛子越大，麻砂子越细搁、级配越辫好、水灰赵比越小，挂则合理砂阻率越小。嫂采用卵石第和减水剂送、引气剂户时，合理脉砂率较小值。[评注]砂率表贤示混凝致土中砂胳子与石课子二者加的组合千关系，取砂率的午变动，箩会使骨恳料的总泡表面积泽和空隙钳率发生牧很大的呢变化，需因此对廉混凝土视拌合物勇的和易传性有显垃著的影嫩响。当砂率跨过大时惨，骨料注的总表遣面积和芹空隙率泊均增大份，当混盒凝土中找水泥浆瞧量一定手的情况解下，拌才合物就吊显得干将稠，流检动性就荷变小，献如要保箭持流动章性不变化，则需滤增加水搜泥浆，鸽就要多役耗用水突泥。反惧之，若福砂率过宜小，则碍拌合物昼中显得擦石子过和多而砂纳子过少胁，形成画砂浆量住不足以滔包裹石曾子表面养，并不疤能填满雄石子间斤空隙。泰使混凝产土产生垒粗骨料蒜离析、罗水泥浆剃流失，创甚至出冤现溃散脊等现象察。例4-1及6．现场浇锡灌混凝土捎时，严禁飘施工人员趁随意向混件凝土拌合旦物中加水话，试从理弱论上分析疯加水对混椒凝土质量开的危害。解现场浇灌偶混凝土时杨，施工人骂员向混凝炭土拌合物蒜中加水，院虽然增加漏了用水量均，提高了眨流动性，恶但是将使糟混凝土拌勾合料的粘芦聚性和保宗水性降低个。特别是麻因水灰比薄Ｗ／Ｃ的栽增大，增轮加了混凝特土内部的映毛细孔隙际的含量，耍因而会降掌低混凝土送的强度和咳耐久性，脆并增大混铃凝土的变恭形，造成贼质量事故添。故现场怕浇灌混凝枝土时，必解须严禁施偶工人员随吸意向混凝袍土拌合物圣中加水。[评注]不能采用拜仅增加用嘴水量的方堤式来提高脚混凝土的蜘流动性。汁施工现场愈万一必须形提高混凝轮土的流动厌性时，必随须在保证膜水灰比不爹变的情况疲下，既增戏加用水量颈，又增加驴水泥用量凤。例4-17．影响混屠凝土强度武的主要因迫素有哪些围？怎样影愤响？解影响混昌凝土抗隆压强度羞的主要拦因素有沈：（1）水泥强总度等级和拒水灰比。汉水泥强度坟等级越高引，混凝土玩强度越高赖；在能保虫证密实成陡型的前提破下，水灰页比越小强旋度越高。（2）骨料品衡种、粒径秒、级配、毅杂质等。焰采用粒径牵较大、级薯配较好且粒干净的碎矿石和砂时尝，可降低牲水灰比，获提高界面粪粘结强度斩，因而混婆凝土的强嚼度高。（3）养护亦温度、跌湿度。绵温度、匆湿度对蜓混凝土夕强度的刃影响是镜通过影症响水泥泪的水化唤凝结硬焰化来实数现的。悉温度适岂宜、湿窃度较高拳时，强平度发展灿快，反你之，不采利于混求凝土强慎度的增桶长。（4）龄期。揉养护时间沃越长，水脆化越彻底忠，孔隙率锅越小，混幼凝土强度李越高。（5）施工方严法。主要锹指搅拌、白振捣成型采工艺。机把械搅拌和侧振捣密实袖作用强烈躬时混凝土牙强度较高致。[评注]水灰比摘（W／C）是影响胜混凝土抗买压强度的衔最主要的待因素。这缘瑞种影响从互实质上是阵水灰比影零响了混凝熄土的孔隙联率，即混岸凝土内水锋泥石的孔跳隙率。水考灰比越大箭，则混凝晃土中水泥虹石的毛细活孔隙率越章大，因而衬强度越低距。同时当质水灰比较扔大时，水诉易在粗骨递料的下表李面聚集，云形成具有党一定厚度细的水层，巡寿即界面裂锐纹（或界崭面孔隙）冷，降低了稻界面粘结侧强度，从轧而使混凝洽土的强度裁下降。例4-18．提高虽混凝土造强度的宅主要措腔施有哪宴些？解提高混凝律土强度主撞要有以下踪蝶措施：（１）谁采用高币强度等粗级水泥亦；（２）鼓尽量妨降低水灰巾比（Ｗ／州Ｃ）；（３）采告用级配良榨好且干净现的砂和碎逃石。高强乐混凝土宜右采用最大竭粒径较小雹的石子。（4）掺加高纷效减水剂荣和掺合料是。若要提隐高早期强杨度也可以左掺加早强责剂。（5）加强蜻养护，脚保证有严适宜的盟温度和拍较高的绸湿度。壮也可采熊用湿热衣处理（画蒸汽养阅护）来皱提高早殃期强度泊（对掺确活性混端合材料敬多的水解泥还可牧提高后喊期强度盏）。（6）加强嗓搅拌和湖振捣成抵型。[评注]以５养％～１骆０％硅据灰等量够取代混培凝土中恰的水泥醒，并同聚时掺入用高效减钞水剂，决可配制赚出100欢MPa的高强度攻混凝土。痰硅灰又称神凝聚硅灰浪或硅粉。萌硅灰成分仔中，SiO翻2含量高垦达８０误％以上车，主要腥是非晶产态的无胖定形SiO取2,火山灰活辰性极高。遥硅灰中的SiO组2在早期即描可与Ca(O盐H)2发生反门应，生栽成水化演硅酸钙离，大大浮提高混忧凝土强叙度例4-1品9.混凝土怀产生干诵缩湿胀界的原因温是什么滑？影响件混凝土疲干缩变谁形的因骑素有哪获些？解混凝土尺在干燥斧空气中芽存放时下，混凝乱土内部缘瑞吸附水绘分蒸发耻而引起怠凝胶体纱失水产趋生紧缩焦，以及夹毛细管榆内游离赔水分蒸粉发，毛去细管内卫负压增昨大，也寄使混凝渴土产生跃收缩，踢称为干崖缩；混虽凝土在甘水中硬协化时，涌体积不译变，甚饿至有轻敲微膨胀雅，称为药湿胀。所这是由倚于凝胶也体中胶退体粒子磨的吸附也水膜增坊厚，胶伪体粒子录间距离赶增大所酱致。影响混粉凝土干迹缩的因羊素有：万水泥品践种和细卧度、水谁灰比、誓水泥用握量和用挣水量等袖。火山代灰质硅烛酸盐水技泥比普岩通硅酸僵盐水泥学干缩大陪；水泥亦越细，盛收缩也警越大；丢水泥用舅量多，讨水灰比栗大，收赴缩也大衡；混凝尽土中砂示石用量恋多，收兆缩小；密砂石越苦干净，岛捣固越适好，收扁缩也越乖小。[评注]毛细孔隙堪和凝胶的良存在造成锹混凝土在宏干燥时产丧生收缩，怜而毛细孔畏隙和凝胶够的多少都那直接与水斩灰比和水饰泥用量有类关。故影枝响干缩的棉主要因素冰为水灰比急和水泥用桂量。例4-20．试述袖混凝土纱的受压侵变形破筑坏特征辣及其破仅坏机理倒。解混凝土痕在外力垒作用下练的变形爆和破坏挽过程，敞也就是币内部裂政缝的发稼生和发毛展过程欧。混凝土的激受压变形浸破坏特征寇如下：Ｉ阶段：攻荷载到达养“比例极疯限”（约星为极限荷隶载的３０些％）以前旁、界面裂毯缝无明显伤变化，荷防载与变形遵比较接近汉直线关系物。II阶段：丧荷载超属过“原比例极冶限”以敢后，界廉面裂缝袍的数量氧、长度券和宽度搁都不断积增大，皇界面借健摩阻力脑继续承牌担荷载商，但尚页无明显刚的砂浆改裂缝。艇此时，以变形增睛大的速读度超过虫荷载增绞大的速层度，荷煮载与变家形之间描不再为虾线性关暮系。III阶段：荷追载超过“启临界荷载断”（约为姐极限荷载帐的７０～厉９０％）揪以后，界恭面裂缝继笛续发展，身开始出现俊砂浆裂缝演，并将邻桃近的界面垒裂缝连接业起来成为挂连续裂缝昏。此时，丢变形增大传的速度进锻一步加快惯，荷载一按变形曲线蚀明显地弯截向变形轴腿方向。IV阶段：回荷载超塞过极限狠荷载以席后，连轿续裂缝讲急速发馆展，此外时，混撞凝土的讨承载能萝力下降炊，荷载旱减小而酿变形迅锻速增大夏，以至扰完全破从坏，荷谢载一变渣形曲线鸟逐渐下脖降而最猛后结束耐。[评注]硬化后的破混凝土在眉未施加荷肉载前，由绕于水泥水完化造成的劈燕化学收缩农和物理收处缩引起的乎砂浆体积邮的变化，醒在粗骨料等与砂浆界校面上产生毕了拉应力寻，同时混差凝土成型奔后的泌水天聚积于粗嫁骨料的下兽缘，混凝多土硬化后塔