第四章建筑混凝土材料-1

土木系纪殿彬第六章混凝土及砂浆§4－1概述正在施工的秦山核电站一、混凝土的定义混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为2000～2800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。三峡工程钢筋混凝土重力坝二、混凝土的分类按体积密度分重混凝土ρ0＞2800kg/m3。普通混凝土ρ0＝2000～2800kg/m3。轻混凝土ρ0＜2000kg/m3。按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。二、混凝土的分类按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、等。按强度分普通混凝土＜C60。高强混凝土≥C60。超高强混凝土≥100MPa。按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。喷射混凝土施工三、混凝土的特点优点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。缺点抗拉强度低（约为抗压强度的1/10～1/20）、变形性能差；导热系数大〔约为1.8W/（m·K）〕；体积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。§4－2普通混凝土组成材料混凝土的结构混凝土的结构水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土组成材料的作用粗集料细集料水泥浆孔隙泌水形成的孔隙混凝土体积构成水泥石——25％左右；砂和石子——70％以上；孔隙和自由水——1％～5%。组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用一、水泥的选择品种的选择配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。强度等级的选择原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0.9~1.5倍。二、细骨料(砂)定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。分类按产源分按技术要求分•Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；•Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、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。砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等二、砂的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率表观密度ρs´＞2500kg/m3；松散堆积密度ρso´＞1350kg/m3；空隙率P′＜47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。二、砂的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（质量计，%）0＜1.0＜2.0天然砂含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量（%）＜3.0＜5.0＜7.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0MB值≥1.40或不合格石粉含量（%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0人工砂石粉含量和泥块含量二、砂的技术质量要求3.有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（%)（质量计）＜1.0＜2.0＜2.0轻物质（%)（质量计）＜1.0＜1.0＜1.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（SO3质量计）＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（氯离子质量计）＜0.01＜0.02＜0.06二、砂的技术质量要求4.颗粒级配（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。（2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。（3）颗粒级配采用筛分法确定，详见实验部分。（4）颗粒级配的指标•级配区按600μm筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。•级配合格判定砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。二、砂的技术质量要求方筛孔累计筛余率，％1区2区3区9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm010～035～565～3585～7195～80100～90010～025～050～1070～4192～70100～90010～015～025～040～1685～55100～901）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。2）1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。砂的颗粒级配区二、砂的技术质量要求（5）级配的选择•宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。5.规格•砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂Mx=3.7～3.1；中砂Mx=3.0～2.3；细砂Mx=2.2～1.6。•细度模数按下式计算：式中：Mx——细度模数；A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率，％。1165432x1005)AAAAAAAM（＝三、粗骨料的技术质量要求定义粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。分类按产源分：卵石和碎石按技术要求分：•Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；•Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、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。三、粗骨料的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率表观密度ρg´＞2500kg/m3；松散堆积密度ρgo´＞1350kg/m3；空隙率P′＜47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。三、粗骨料的技术质量要求3.针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（质量计，%）0＜0.5＜0.7碎石、卵石含泥量和泥块含量三、粗骨料的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒（%）（质量计）＜5＜15＜25碎石、卵石针片状颗粒含量4.有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（%）（SO3质量计）＜0.5＜1.0＜1.0三、粗骨料的技术质量要求5.强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验：•岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。•压碎指标是将一定质量风干状态下9.0~9.5mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：式中：Qc——压碎指标值；G1——试样的质量，g；G2——压碎后的筛余量，g。%100121cGGGQ＝6.颗粒级配为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。•连续级配是石子由小到大连续分级；•间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。三、粗骨料的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜16碎石、卵石的压碎指标三、石子的技术质量要求7.最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。从结构上考虑•根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑•对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。从经济上考虑•当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。四、拌合用水的技术质量要求混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—1989）的规定。§6－3混凝土拌合物的和易性一、和易性（工作性）的概念混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性：和易性粘聚性保水性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质。保证混凝土硬化后的质量二、流动性的选择定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。1.坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值——坍落度（单位mm）。适用范围：•集料最大粒径不大于40mm；•坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。混凝土施工时坍落度的选择混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。见下表。结构种类坍落度，mm基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构10～30板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）50～70配筋特密的结构70～902.维勃稠度法测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围•粗骨料最大粒径不大于40mm；•坍落度小于10mm，维勃稠度在5s～30s之间的干硬性混凝土。混凝土拌合物按流动性的分类按《混凝土质量控制标准》（GB50164）的规定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度、维勃稠度分为四级。见下表。名称代号指标混凝土拌合物塑性混凝土（坍落度≥10mm）低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土T1T2T3T410mm～40mm50mm～90mm100mm～150mm≥160mm干硬性混凝土（坍落度＜10mm）超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土V0V1V2V3＞31s30s～21s20s～11s10s～5s三、影响和易性的因素1.组成材料及其用量之间的关系①水泥浆数量和单位用水量；②骨料的品种、级配和粗细程度；③砂率；④外加剂。见下图。2.施工环境的温度、搅拌制度等。水泥水①砂石子外加剂④水泥浆①骨料②混凝土拌合物cwmm水灰比100%gsssmmm＋＝③砂率合理砂率的确定•合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动