第四章水泥混凝土及砂浆.

第4章水泥混凝土及砂浆教学目的与要求：了解水泥混凝土的地位、基本组成材料及作用、混凝土的分类；掌握普通混凝土的组成材料：水泥的合理选用；对骨料的一般质量要求；砂、石颗粒特征及级配；混凝土用水要求；掌握混凝土拌和物和易性的概念及测定方法；掌握混凝土强度等级的评定及影响因素；了解混凝土变形性能及耐久性能；了解外加剂的种类、作用；熟练掌握混凝土配合比的设计；了解其他品种的混凝土性能及应用；掌握建筑砂浆的主要技术性质；掌握建筑砂浆配合比的设计；重点、难点：普通混凝土配合比的设计；砌筑砂浆配合比的设计！讲授课时安排：混凝土6课时；砂浆2课时；试验课时安排：3课时概述*当今世界上用量最大的人工建筑材料*混凝土的定义：凡由胶凝材料、骨料和水(或不加水)按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，称为混凝土(简写为“砼”)。*在土木工程中，应用最广泛的是水泥混凝土：以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成的混合物，经过一定时间硬化而成的水泥混凝土。混凝土的特点原材料丰富，成本低；混凝土中80%以上的是砂、石子，资源十分丰富。良好的可塑性；利用模板可以制成任何形状、尺寸的构件；高强度；混凝土的抗压强度为C60以上.良好的耐久性；有抗冻、抗渗、抗风化、抗腐蚀等性能，比钢材、木材更耐久。可用钢筋增强；混凝土按胶凝材料分类水泥混凝土:在土木工程中应用最广泛；石膏混凝土沥青混凝土：在公路工程中应用较多；聚合物混凝土等；混凝土按表观密度分类特重混凝土（2500kg/m3)普通混凝土（19002500kg/m3)轻混凝土（6001900kg/m3)特轻混凝土(600kg/m3)0000混凝土按用途分类结构用混凝土；道路混凝土；特种混凝土；耐热混凝土耐酸混凝土等4.1普通混凝土的组成材料水泥水砂石子4.1.1混凝土中各组成材料的作用思考题：混凝土中四种组成材料的作用各是什么？“骨架作用”硬化前：“包裹、填充，润滑作用”硬化后：“胶结作用，赋予砼强度”4.1.2砼组成材料的技术要求1水泥（1）水泥品种的选择：水泥的品种主要是根据工程的特点以及环境条件，按第3章P68表3-11选择（2）水泥强度等级的选择：水泥的强度等级一般为混凝土强度等级标准值的1.5~2倍。配制高强混凝土时，可降低为0.9-1.5倍。2.骨料普通混凝土所用的骨料一般按照粒径的大小分为两种：粗骨料和细骨料粗骨料：颗粒粒径大于5mm的颗粒；混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石两种细骨料：颗粒粒径小于5mm的颗粒。细骨料一般有河砂、海砂和山砂三类（1）有害物质骨料的各项性能指标将直接影响到混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：有害物质、颗粒级配及粗细程度、颗粒形态及表面特征、强度、坚固性等。砂中有害物质含量砂中含泥量和泥块含量卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。其有害物质应符合（2）颗粒形状及表面特征分为两类：表面粗糙的山砂、碎石；表面光滑的河砂、卵石。对于粗骨料：针状（长度＞2.4倍粒径）片状（厚度＜0.4倍粒径）（3）砂的颗粒级配和粗细程度骨料的级配：指骨料中不同粒径颗粒的搭配分布情况。良好的级配，不但能减少水泥用量，而且提高混凝土的密实度、强度等性能。粗细程度：指不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度砂的颗粒级配的评定和粗细程度一般用筛分析法来测定的。具体操作方法：将500g干砂，依次通过一套孔径为5、2.5、1.25、0.63、0.315和0.16的六个标准筛，测量各筛筛余量的质量mi，计算出各筛的分计筛余量和累计筛余量。砂筛分试验**砂的筛分析法的几个概念：分计筛余量mi：砂子通过六个标准筛时各筛上的筛余量，即mi(其中i=1,2,3,4,5,6)；分计筛余率：各筛上的分计筛余量占砂样总质量（500g）的百分率，即i=mi/500;i累计筛余率：各筛与比该筛粗的所有分计筛余率之和。即iAijjiA1筛孔/mm分计筛余量/g分计筛余率%累计筛余率%5m12.5m21.25m30.63m40.315m50.16m650011m50022m50033m50044m50055m50066m11A212A3213A43214A6543216A543215A**砂的颗粒级配评定标准：•砂的颗粒级配评定：P79表4-2标准规定，按0.63mm的筛孔的累计筛余百分率分为三个级配区：I级配区砂：=（85~71）%；II级配区砂：=（41~70）%；III级配区砂：=（16~40）%。4A4A4A砂的1、2、3级配区曲线砂的粗细程度判断标准：砂的粗细程度用细度模数表示：xM普通混凝土优先使用中砂MX=3.0~2.3；粗砂：=3.7~3.1；中砂：=3.0~2.3；细砂：=2.2~1.6特细砂：=1.5~0.7。xMxMxMxM11654321005)(AAAAAAAMx（2）石子的最大粒径Dmax与颗粒级配评定•粗骨料的颗粒级配也是通过筛分析试验来测定的，其一套标准筛的孔径为2.5、5、10、16、20、25、31．5、40、50、63、80及100mm等共12个筛，试样筛析时，可按需要选用筛号。粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种。•连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配，如将5～20mm和20～40mm的两个粒级石于按适当比例配合，即组成5～40mm的连续级配。通常建筑工程中多采用连续级配的石子。间断级配是指石子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。•一般在混凝土配合比设计中，应优先选用连续级配；一般不宜选用“单一”的单粒级来设计混凝土。碎石或卵石的颗粒结配范围圆孔筛mm2.55.010.016.020.025.031.540.050.063.080.0100•最大粒径Dmax：公称粒结的上限。•建筑工程中考虑最大粒径Dmax的意义：•（1）在石子质量m相同时，当增大颗粒的最大粒径Dmax时，其表面积减小；•（2）用较大Dmax石子制做混凝土拌和物时，可以节约水泥的用量，因此比较经济。•（3）故在混凝土设计中，尽可能选用最大粒径Dmax较大的石子。石子最大粒径Dmax选用原则：（1）从结构上考虑：石子的最大粒径应该考虑建筑构件的尺寸以及配筋的疏密。最大粒径Dmax不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得大于钢筋最小净距的3/4对混凝土实心板，石子的最大粒径Dmax不宜超过板厚的1/2，且最大不得超过50mm。（2）从施工上考虑：•从施工上，对最大粒径也有相应的限制。当最大粒径过粗时，不利于混凝土拌合物的振捣、搅拌和运输。（3）从经济上考虑：当Dmax增大时，水泥用量减少，但是从下面曲线可见，当Dmax150mm时，节约水泥的效果不明显。所以最大粒径不宜超过150mm。（3）强度A、立方体（圆柱体）强度5cm×5cm×5cm（Φ5cm×5cm）B、压碎指标（δa）10mm、20mm、2.5mm筛加载至200kN%100010mmma岩石品种混凝土强度等级压碎指标值（%）水成岩C55~C40≤C35≤10≤16变质岩或深成的火山岩C55~C40≤C35≤12≤20火成岩C55~C40≤C35≤13≤30混凝土强度等级C55~C40≤C35压碎指标值（%）≤12≤16碎石的压碎指标值卵石的压碎指标值（4）坚固性有抗冻要求的混凝土用骨料，要求测定其坚固性，用硫酸钠溶液法检验，经5次循环后符合下表规定。碎石或卵石的坚固性指标混凝土所处的环境条件循环后的质量损失（%）在严寒就寒冷地区室外使用，并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土≤10在其他条件下使用的混凝土≤123、混凝土用水混凝土用水的基本质量要求是：不能含影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质；不得影响混凝土强度的发展和耐久性。不得加快混凝土用钢筋的锈蚀和脆断；保证混凝土的表面不受污染。现实生活中，凡是可以饮用的自来水和清洁的天然水，都可以用来拌制和养护混凝土。？思考题：海水能否用来拌制钢筋混凝土？为什么？4、骨料的含水状态及饱和面干吸水率6、混凝土外加剂•掺入外加剂的目的：在拌制混凝土的过程中，为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%。•国外外加剂的发展状况：面前国外60%~90%的混凝土和砂浆中使用了外加剂，因此，外加剂在当前已经成为混凝土中除四种基本组成材料（胶凝材料、粗骨料、细骨料和水）以外的第五种重要组成材料。外加剂按使用功能分四大类：第一类外加剂：改善混凝土拌合物流变性能的外加剂：减水剂：在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，加入减水剂可以减少用水量，并提高混凝土强度。我国常用的减水剂：M型减水剂（木质磺酸盐类减水剂）减水剂在混凝土中使用最普遍。减水剂作用机理引气剂：定义：指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。历史背景：引气剂于本世纪30年代出现于美国，被认为是混凝土材料发展进程中的重大发现，现广泛应用于工程中我国常用的引气剂：松香树脂类。引气剂的作用：（1）改善混凝土拌和物的和易性；（2）能提高混凝土的抗渗性和抗冻性；（3）但降低混凝土的强度；第二类外加剂：调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂：缓凝剂：我国应用较多的有木质素磺酸钙和糖蜜；速凝剂：我国应用较多的有红星一型、国产711；早强剂：我国应用较多的有Nacl等第三类外加剂：改善混凝土耐久性能的外加剂：引气剂：如；防水剂；阻锈剂：指能减少混凝土中钢筋的锈蚀。第四类外加剂：改善混凝土其他性能的外加剂：膨胀剂：能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀。防冻剂：能使混凝土在低温下免受冻害。着色剂：7、混凝土掺合料（1）粉煤灰：常用掺合料（2）矿渣（3）硅粉：用于高强混凝土（大于100MPa）4.2普通混凝土的主要技术性质普通混凝土的主要技术要求是：（1）与施工条件相适应的和易性（工作性）；（2）符合设计要求的强度；（3）与使用环境相适应的耐久性。4.2.1新拌混凝土的和易性1和易性的概念：是指由水泥浆和骨料拌和而成的混凝土拌和物,在一定的施工条件下，便于各种施工工序（拌合、运输、浇灌和振捣）的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能；和易性的内容：和易性包含流动性、粘聚性和保水性三方面的内容。流动性、粘聚性和保水性的定义：•流动性：是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填充到模板的各个角落的性能；•粘聚性：是新拌混凝土在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，使得混凝土不致发生分层和离析的性能；•保水性：新拌混凝土在施工过程中，保持水分不易析出的能力。外分层内分层2和易性测定方法：•和易性的测定：一般以测定混凝土拌和物的流动性为主，辅以对粘聚性和保水性的观察，以判断新拌混凝土的和易性是否满足工程的需要。•流动性的测定方法：主要有坍落度法和维勃稠度法两种。（1）测定流动性的第一种方法：坍落度法•坍落度法：将混凝土拌和物按规定的实验方法装入标准的圆锥形筒（坍落筒）内，均匀捣平后，再将筒垂直向上快速（5~10s）提起，测量筒高与坍落后的混凝土试件最高点之间的高度差，即为该混凝土拌和物的坍落度值（以mm为单位，精确到5mm),通常用T表示。•粘聚性的观察方法：将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，如果混凝土锥体逐渐下降，表示粘聚性良好，如果锥体倒塌或崩裂，说明粘聚性不好；•保水性观察办法：若提起坍落筒后发现较多浆体从筒底流出，或混凝土试体因失浆而骨料外露，说明保水性不好。•干硬性砼：坍落度10mm，须用维勃稠度（秒）表示其稠度•塑性砼：坍落度10∽90mm•流动性砼：坍落度100∽150mm•大流动性砼：坍落度≥160mm当混凝土坍落度≥220mm时，用坍落扩展度表示混凝土拌合物的稠度（和易性）。坍落扩展度的测定：用钢尺测量混凝土扩展后