第5章 混凝土(2)

第五章混凝土5.1.3、粗骨料1.粗骨料的种类及特性定义：粒径在4.75～90mm之间的骨料分类按产源分碎石和卵石，工程中常用碎石配制混凝土。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵石、海卵石、山卵石等。碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按技术要求分为3类:Ⅰ:用于＞C60的混凝土Ⅱ:用于C30－C60的混凝土Ⅲ:用于＜C30的混凝土及建筑砂浆2.有害杂质（1）含泥量和泥块含量粗骨料中的泥、泥块和岩屑等杂志对混凝土的危害与细骨料的相同。（2）碱—骨料反应水泥中碱性物质(氧化钠或氧化钾)过多，且粗骨料中含有活性成分（活性氧化硅或活性氧化铝），二者反应生成碱—硅酸凝胶，引起体积膨胀，使混凝土开裂，最终破坏的现象。（1）最大粒径骨料100％都能通过的最小的标准筛筛孔尺寸。石子公称粒级的上限Dmax如5～20是常用的一种粒级,20mm是该粒级的上限，即最大粒径。粗骨料的最大粒径增大，则其总表面积相应减小，包裹粗骨料所需的水泥浆量就减少，可节约水泥。3.最大粒径和颗粒级配Dmax的限制条件Ⅰ.经济性:Dmax增大,表面积减小,水泥用量减少Ⅱ.结构限制:Dmax≯1/4结构截面最小尺寸;Dmax≯3/4钢筋最小净距;Dmax≯1/3实心板厚度，且Dmax≯40mm。Ⅲ.施工方面：Dmax过大，在搅拌、运输以及振捣时易产生离析或易损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。（2）石子级配良好的粗骨料颗粒级配，对提高混凝土强度、耐久性，节约水泥是极为有利的。粗骨料颗粒级配好坏的判定也是通过筛分析法进行的。连续级配:从小到大每个粒级的石子均占一定的比例，和易性好，适合配制普通混凝土间断级配:剔除某些粒级的颗粒，使空隙率下降，易产生离析。顾较少使用。4.物理理学性质强度二种强度1）岩石立体强度：测定立方体抗压强度时，是用碎石的母岩制成50mm×50mm×50mm的立方体或直径与高均为50mm的圆柱体试件，在水中浸泡约48h使试件达到饱和状态，测得其极限抗压强度。该岩石试件的极限抗压强度与所用混凝土强度等级之比不应小于1.5，且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。压碎指标：衡量卵石和碎石坚固性的指标方法：将直径为9.5-19mm的碎石分三层装入标准圆筒内，按一定方法加压至200kN，再过2.36mm的筛。压碎指标＝（G0-G1）／G0×100%G0－压碎前干燥石料的质量；G1－压碎后干燥石料的质量；坚固性坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次浸泡循环后质量损失的大小来判定。5.1.4、拌和和养护用水1.拌和用水水质不纯最常见的危害①影响混凝土的和易性和凝结；②有损于混凝土强度发展；③降低混凝土耐久性,加快钢筋腐蚀,导致预应力钢筋脆断；④使混凝土表面出现污斑等。2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。水的分类：饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。要求：能饮用的水均能用于制备砼。《工程实例》某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。1.外加剂的定义及分类——在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5%。（混凝土第五组分）分类:（1）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂等）（2）调节凝结时间硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等）（3）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）（4）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱-集料反应抑制剂等）5.1.5混凝土外加剂2.常用外加剂（1）减水剂：混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。减水剂作用机理1）.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；掺入减水剂前：当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；游离水水泥颗粒电性斥力减水剂水泥颗粒游离水溶剂化水膜水泥颗粒絮凝状结构掺入减水剂后：表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高；表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。2）技术经济效益①用水量、水泥用量不变:可增大混凝土的流动性能②流动性、水泥用量不变：可以减少用水量，提高混凝土强度。③流动性、强度不变：可节约水泥的用量①普通减水剂：木质素磺酸盐类、糖蜜类木质素系减水剂：主要使用木质素磺酸钙（木钙），其适宜掺量为0.2～0.3％，减水率10％左右。对混凝土有缓凝作用，一般缓凝１～３ｈ。使用时注意事项：不宜单独使用与蒸汽养护混凝土工程及冬季施工工程。木钙类减水剂不能掺入用硬石膏做调凝剂的水泥中。掺入量要通过试验正确选择。2）减水剂的种类适用于：夏季施工的混凝土工程，大体积混凝土工程，泵送混凝土工程糖蜜类减水剂：它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。适宜掺量0.2％～0.3％，减水率10％左右，属缓凝减水剂。适用于：夏季施工的混凝土工程，大体积混凝土工程，泵送混凝土工程②高效减水剂：萘系减水剂、树脂系减水剂萘系减水剂：这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建Ⅰ型等。萘系减水剂适宜掺量为0.5％～1.0％，其减水率较大，为10％～25%，增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温０℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态混凝土以及抗渗和抗冻性要求较高的混凝土。树脂系减水剂：我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。SM适宜掺量为0.5％～2.0％，减水率达20％～27％。③第三代高效减水剂：聚羧酸类减水剂适用于：早强、高强、流态、防水、抗冻、抗渗等混凝土。减水剂的作用改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。1）机理早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水化有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。2）种类通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。（2）早强剂早强剂品种、性能及应用注意事项1)氯盐早强剂氯盐早强剂的组成主要包括氯化钙、氯化钠、氯化铝等。合理掺加氯盐类早强剂。会对混凝土的早期强度发展有利。氯盐类早强剂是应用历史最长、应用效果最显著的早强剂品种。不过氯盐类的早强剂只准在不配筋的素混凝土中掺加，对于钢筋混凝土，特别是预应力钢筋混凝土，以及有金属预埋件的混凝土中，要慎重使用这类外加剂，限制Cl’含量的引入量，甚至要禁止使用。2)硫酸盐早强剂常用的硫酸盐早强剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙。掺硫酸盐早强剂的混凝土要注意预防泛碱和白华现象。硫酸盐的掺量应通过实验确定。以免引起碱集料反应破坏或硫酸盐过量产生的侵蚀破坏。3)硝酸盐和亚硝酸盐早强剂亚硝酸钠的掺入还可以防止混凝土内部钢筋的锈蚀，其原因是可以促使钢筋表面形成致密的保护膜。所以氯盐早强剂或氯盐防冻剂中常复合有亚硝酸钠组分。4)有机化合物早强剂最常用的有机化合物早强剂为三乙醇胺。三乙醇胺是一种表面活性剂，掺入水泥混凝土中，在水泥水化过程中起催化剂的作用，它能够加速C3A的水化和钙矾石的形成。1）机理：在搅拌混凝土时会混入一些气泡，引气剂定向排列，形成单分子吸附膜提高泡膜的强度，并使气泡排开水分而吸着固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的空气形成微小而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。2）常用种类：有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等3）适宜掺加量：为水泥用量的0.005%～0.01%,混凝土中含气量为3%～6%。4）作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析。对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。5）缺点：由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。（3）引气剂1）机理缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无不利影响的外加剂。缓凝剂能延缓水泥凝结时间，与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。2）常用缓凝剂的种类①羟基羧酸盐如酒石酸、酒石酸甲纳、柠檬酸、水杨酸等。②多羟基碳水化合物如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。③无机化合物如Na3PO4、Na2SO4等。3）应用缓凝剂用于桥梁大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，延长放热时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性。（4）缓凝剂能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。（5）速凝剂（6）防冻剂定义：在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。种类：①氯盐类，如氯化钙、氯化钠，或以氯盐为主的与其他早强剂、引气剂、减水剂复合的外加剂；②氯盐阻锈类，氯盐与阻锈剂（亚硝酸钠）为主复合的外加剂；③无氯盐类，以亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素为主复合的外加剂。应用：防冻剂可用于负温条件下施工的混凝土。最常用的两大种粉煤灰硅粉5.1.6掺合料——火力发电厂工业废渣——生产硅铁合金或硅钢的副产品具有很高的火山灰活性配制一般混凝土，掺量为水泥用量的5%～10%；配制高强混凝土，掺量为水泥用量的20%～30%。习题1、混凝土中水泥浆凝结硬化前起__和____作用，凝结硬化后起__作用。2、木钙是一种混凝土早强剂。3、CaCl2是一种混凝土减水剂。4、配制混凝土用砂的要求是尽量采用____的砂。A.空隙率小、总表面积大B.总表面积小、空隙率大C.总表面积大D.空隙率和总表面积均较小5、掺用引气剂后混凝土的___显著提高。A.强度B.抗冲击性C.弹性模量D.抗冻性6、高强混凝土、夏季大体积混凝土、负温施工混凝土、抗冻融混凝土宜选用的外加剂分别为___。A.萘系减水剂、早强剂、木钙减水剂、引气剂B.木钙减水剂、萘系减水剂、引气剂、早强剂C.萘系减水剂、木钙减水剂、早强剂、引气剂D.萘系减水剂、木钙减水剂、引气剂、早强剂7、石子级配中，空隙率最小的级配是___。A.连续B.间断C.单粒级D.没有一种8、在混凝土用砂量不变的条件下，砂的细度模数越小，说明_____。A.该混凝土细骨料的总表面积增大，水泥用量提高B.该混凝土细骨料的总表面积减小，节约水泥C.该混凝土用砂的颗粒级配不良D.该混凝土用砂的颗粒级配良好1.在混凝土拌合物中掺入减水剂后，会产生下列效果：当原配合比不变时，可以增加拌合物的__；在保持混凝土水灰比和坍落度不变的情况下，可以减少_____及___,节约___；在保持流动性和水泥用量不变的情况下，可以降低___，提高___。2.以无水石膏或工业氟石膏作调凝剂的水泥，当使用木质素磺酸钙减水剂时会出现异常凝结现象。3.采用混凝土外加剂是提高混凝土性能的最有效新途径，但是采用外