建筑材料4混凝土

第五节混凝土（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。一、混凝土的分类1.按胶凝材料分类：水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、碱矿渣混凝土、聚合物混凝土。2.混凝土按照体积密度大小分为三类：(1)重混凝土(02500Kg/M3)(2)普通混凝土(0=1950~2500Kg/M3)(3)轻混凝土(01950Kg/M3)①轻骨料混凝土②多孔混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土)③大孔混凝土3.混凝土按强度等级可分为：①普通混凝土：强度等级为C7.5-C60；②高强混凝土：强度等级为C60-C100；③超高强混凝土：强度等级大于C100。4.混凝土也可按功能或材料分类如防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、纤维混凝土和聚合物混凝土。5.按施工分类现浇混凝土、预制混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土。二、混凝土的特点原材料来源广泛性能可调整范围大硬化前有良好的塑性与钢筋有牢固的黏结力有较高的强度和耐久性耐火性好缺点：自重大、养护周期长、抗拉强度低、导热系数较大、硬化较慢、生产周期长等。三、普通混凝土的原材料基本组分：水泥、集料(砂、石)和水现代混凝土：水泥、集料(砂、石)、水、外加剂、掺合料(矿物外加剂)（一）、水泥cement1.水泥作用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，赋于拌合物一定的和易性，便于施工，硬化后，将骨料胶结成一个整体。2.水泥选择（1）水泥品种选择根据砼所要求的性能指标及所处的环境条件、砼工程特点而选择水泥。（2）水泥强度等级的选择一般强度混凝土，水泥强度等级一般为混凝土强度等级的1.5-2倍。对高强度混凝土，水泥强度等级一般为混凝土强度等级的1.0-1.5倍。对超高强混凝土，选用高强度等级的水泥。（二）、细骨料（fineaggregate）——砂sand砂、石——起到骨架的作用，故而又称集料。细骨料粒径一般在0.15-4.75mm之间砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类：Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级在C30~C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。2.颗粒形状及表面特征天然砂(naturalsand)：河砂、海砂人工砂(artificialsand)：山砂、机制砂从流动性上看，人工砂的颗粒形状及表面特征不及天然砂好从粘结力上看，天然砂的颗粒形状及表面特征不及人工砂好3.砂的粗细程度和颗粒级配骨料颗粒级配筛分法累计筛余与分计筛余的关系砂级配区的规定、砂的级配区筛分曲线砂的细度模数及级配评定筛分法用一套孔径(方孔)为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛筛分。砂的累计筛余与分计筛余的关系砂级配区的规定级配区Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区筛孔尺寸/mm累计筛余(按重量计)／％9.500004.7510-010-010-02.3635-525-015-01.1865-3550-1025-00.6085-7170-4140-160.3095-8092-7085-550.15100-90100-90100-90砂的细度模数11654321005A-)AAAA(AAMx细度模数愈大，表示砂愈粗，MX在3.70-3.10为粗砂，MX在3.00~2.30为中砂，MX在2.20-1.60为细砂，MX在1.50~0.70为特细砂。碱骨料反应碱骨料反应是指当水泥中含碱量(K2O，Na2O)较高，又使用了活性骨料(主要指活性SiO2)，水泥中的碱类便可能与骨料中的活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成复杂的碱一硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时，体积会膨胀，从而改变了骨料与水泥浆原来的界面，所生成的凝胶是无限膨胀性的，会把水泥石胀裂。引起碱骨料反应的必要条件是：①水泥超过安全含碱量(以Na2O计，为水泥质量的0.6％)；②使用了活性骨料；③水。粗骨料的岩石立方体强度50mm×50mm×50mm的立方体(或直径与高均为50mm的圆柱体)试件，在水饱和状态下，测其极限抗压强度。岩石的极限抗压强度应不小于混凝土强度的1.5倍。同时，火成岩试件的强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。粗骨料的压碎指标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：%100010GGG压碎指标（1）最大粒径（最大粒径的选择要考虑①钢筋间隙；②结构尺寸；③搅拌；④流动性；⑤强度等因素）。①粒径大的好处（流动性好，水泥用量，对强度不利，粒径大，则水泥用量可较少）②粒径小的好处（强度，施工时的配筋等）但凡事应辩证的看，粒径越大，虽对强度不利，但它又对需水量有减少的有利的一面，从而也对强度有利。粗骨料的最大粒径砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。GSSSp影响砂率的因素影响砂率的因素：①石子级配与最大粒径↑，②砂的细度模数Mx↓，Sp↓③W/C↓，Sp↓，④外加剂；可适当降低Sp混凝土砂率选用表卵石最大粒径／mm碎石最大粒径／mm水灰比(W／C)1020401520400.4026-3225-3124-3030-3529-3427-320.5030-3529-3428-3333-3832-3730-350.6033-3832-3731-3636-4135-4033-380.7036-4135-4034-3939-4438-4336-41本表适用于坍落度10—60mm的混凝土。坍落度若大于60mm或小于10mm，应相应增加或减少砂率。5.砂的物理性质（1）密度、表观密度、堆积密度（2）空隙率和填充率（3）含水状态：全干、气干、饱和面干、润湿四种状态（三）、粗骨料(coarseaggregate)——石子(crushedstone)粒径大于4.75mm(1)有害杂质含量(含泥量、针片状颗粒含量、碱骨料反应)(2)按颗粒形状及表面特征分类(碎石、卵石)(3)强度和坚固性1)强度(抗压强度、压碎指标)2)坚固性(4)最大粒径与颗粒级配1)最大粒径2)颗粒级配(筛分析试验)5.石子的物理性质（1）密度、表观密度、堆积密度（2）空隙率和填充率（3）孔隙率和密实度（4）含水状态：全干、气干、饱和面干、润湿四种状态（四）、拌和与养护用水——提供流动性（水泥浆）及水泥水化。优先采用符合国家标准的饮用水。水中杂质含量限制值(pH值、氯化物、硫酸盐)（五）、混凝土外掺料1．掺合料分类：（1）活性掺合料——活性混合材（2）非活性掺合料2．加入目的：（1）节约水泥（经济性、环保）（2）改善砼性能；①施工性能，②强度，③耐久性混凝土的外加材料外加剂：是在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性质的物质。掺量很小。一般不大于水泥重量的5%（膨胀剂例外，掺量10%）。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。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5~10%）①木质素系减水剂②多元醇系(2)高效减水剂(减水率10%~25%）①萘系减水剂②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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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，（20~1000um）。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0.005~0.02%；引气量3~5%；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（0.005~0.02%）皂素类：0.001~0.01%常用引气剂品种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（0.1~0.2%）有机类：（2）羟其羧酸及盐类；酒石酸，柠檬酸、葡糖酸等（0.03~0.1%）（3）含糖碳水化合物类，糖蜜、葡糖、蔗糖等（0.1~0.3%）（4）木质素磺酸类：M—Ca，M—Na等（0.2~0.8%）（5）多元醇类：如纤维素，多元醇等（0.01~0.3%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。总之，无论何种外机剂，均应以其中离子对砼性能，特别是强度和耐久性不产生影响。再者要注意外加剂使用要点：①掺量；②掺加方法；③与水泥的适应性；④相互间适应性；⑤有害离子；⑥品种选择；（一)、混凝土拌合物的和易性和易性的概念(流动性、粘聚性和保水性)四、混凝土的技术性质1、影响和易性的主要因素1)材料品种与用量的影响①水泥品种和细度：用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和粘聚性也较好。②水泥浆数量：水泥浆数量不能太多也不能太少③水灰比(单位用水量)④砂率(sandpercentage)砂率与坍落度的关系曲线(最优砂率)砂率与水泥浆用量的关系曲线混凝土砂率选用表／％与砂率的计算公式⑤外加剂(减水剂、泵送剂)和掺合料(粉煤灰)2)环境的温度与湿度的影响环境的温度高，空气湿度小，拌合物水分蒸发快，坍落度损失大，坍落度小。3)工艺对和易性(workability)影响拌合好，塌落度(slump)大。2.混凝土和易性的评定坍塌度试验法1-4-17维勃稠度试验法表1-4-16混凝土拌合物流动性的分级四、硬化混凝土的技术性质随着水化的进行，混凝土开始凝结、硬化，最后形成具有强度的固体。在此过程中，混凝土的结构不断发生变化，其强度也在不断的增加。1．强度产生的原因：胶凝材料水化产物，形成水泥石，水泥石包裹在集料周围。（一）、混凝土强度3.混凝土的抗压强度与强度等级1)混凝土标准立方体抗压强度2)混凝土立方体抗压强度标准值3)强度等级5.影响混凝土强度的因素1)水泥强度等级和水灰比混凝土强度与灰水比的关系2)骨料的种类、质量及数量3)湿度与温度的影响混凝土强度与保持潮湿日期关系养护工艺养护温度对混凝土强度的影响6.提高混凝土强度的主要措施1)选料：水泥、骨料、外加剂、掺合料2)采用机械搅拌和振捣捣实方法对混凝土强度的影响3)养护工艺方面1.、混凝土耐久性的概念耐久性的概念：砼抵抗所处环境的作用破坏的能力，如温度、湿度，化学侵蚀介质等。环境对砼的作用：①物理作用如冻融、渗透以及磨蚀，空蚀等；②化学作用，如各种酸、碱、侵蚀，碳化、碱集料反应以及砼中的钢筋锈蚀等。（二）混凝土的耐久性2、耐久性类型1)混凝土的抗渗性2)混凝土的抗冻性3)混凝土抗侵蚀性4)混凝土的碳化5)混凝土的碱一骨料反应6）磨损与气蚀三、提高混凝土耐久性的主要措施1．合理选择水泥品种2．增加砼密实度①W/C②成型方法③集料级配（包括砂率）等3．质量性