第三章水泥混凝土(concrete)

第三章.水泥混凝土(concrete)及砂浆混凝土概述一、混凝土定义——由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。二、混凝土特点1.优点——就地取材；造价低；可塑性好；耐久性高；与钢筋有牢固的粘结；性能可调整。2.缺点——自重大；比强度小；抗拉强度低，性脆；导热系数大；硬化慢，生产周期长。三、混凝土分类按表观密度分重混凝土0≥2600kg/m3普通混凝土1950＜0＜2500kg/m3轻混凝土≤1950kg/m3按抗压强度标准值（fcu,k）低强度混凝土＜30MPa中强度混凝土30～60MPa高强度混凝土≥60MPa超高强混凝土≥100MPa四、混凝土中各组成材料的作用混凝土组成材料——水泥、水、细骨料和粗骨料，以及适量外加剂和掺合料。水泥混凝土未硬化前(freshconcrete)——起润滑作用水泥浆水混凝土硬化后(concrete）——起胶结作用细骨料起骨架作用、抗风化骨料粗骨料抑制水泥浆收缩、耐磨五、对混凝土质量的四项基本要求具有符合设计的强度等级；具有施工条件相适应的施工和易性；具有与工程环境相适应的耐久性；经济合理。（20%左右）（60~80%左右）品种水泥(cement)强度等级分类水(water)洁净水泥和泥块含量有害物质含量细骨料(fine-aggregates)颗粒级配和粗细程度混凝土坚固性分类Concrete碱活性泥、泥块含量，有害物质粗骨料(coarse-aggregates)最大粒径定义、分类颗粒形状(针、片状颗粒含量)外加剂(admixture)作用颗粒级配减水剂、引气剂强度掺合料(additive)定义、分类碱活性作用坚固性粉煤灰、磨细矿渣3-1普通混凝土的组成材料一.水泥(cement)1、品种——依据工程结构特点、使用环境及水泥特性选择；2、强度等级的选择——水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。（1）中、低强度等级混凝土（＜C60），水泥强度等级＝(1.5～2.5)混凝土强度等级；（2）高强度等级混凝土（≥C60），水泥强度等级＝(0.9～1.5)混凝土强度等级。原则：高对高，低对低3、用量——混凝土配合比设计计算确定工程实例：混凝土干缩缝某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂缝。裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半，裂缝上宽下窄，最大宽为0.5mm。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于完整的砂岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土强度满足要求。经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从C20提高至C30，单位水泥用量增加了90kg，且当时使用的砂亦恰好细度较细。【分析】：从裂缝形状看，可知不属荷载裂缝，为收缩变形产生的裂缝。原因是施工中任意提高混凝土强度，加大水泥用量，且采用细度模数小的砂，这两方面都会使收缩增大，从而导致产生裂缝。二、拌合及养护用水(water)1、基本要求不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度发展和耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。2、满足——《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定。凡是能饮用的自来水和洁净的天然水，均可用于混凝土拌合和养护。三、细骨料(fine-aggregates)1、定义——粒径在0.15mm～4.75mm的骨料称为细骨料，常称作砂(sand)。按产源分天然砂河砂、湖砂、山砂、淡化海砂；2、分类人工砂机制砂、混合砂；按细度模数分——粗砂、中砂、细砂;3、泥、泥块、有害物质(1)泥、泥块——定义(2)有害物质——包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等；泥，泥块，云母，轻物质——粘附在砂的表面,妨碍水泥与砂的粘结,降低混凝土的强度,增加混凝土的用水量,加大混凝土的收缩,降低混凝土的抗渗性和抗冻性。(3)危害有机物、硫化物及硫酸盐——对水泥有腐蚀作用氯盐——对钢筋有腐蚀作用(4)技术要求：符合《建筑用砂》GB/T14684-2001的要求4、粗细程度(1)定义——不同粒径的砂粒混合在一起后的平均(总体)粗细程度。(2)目的——使砂的总表面积较小，包裹砂粒表面的水泥浆较少，从而节约水泥用量。(3)测定——用筛分析方法(简称筛析法)测定(4)指标——细度模数(5)分类——f＝3.1～3.7为粗砂，f＝2.3～3.0为中砂，f＝1.6～2.2为细砂，f＝0.7～1.5为特细砂配制混凝土时优先选用中粗砂()52345611001AAAAAAfA5、颗粒级配(1)定义——表示砂大小颗粒的搭配（组合）情况。(2)目的——使砂的总空隙率较小,填充砂粒空隙的水泥浆较少,从而节约水泥用量。(3)测定——用筛分析方法(简称筛析法)测定(4)标准方孔筛——4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm(5)评定——按0.6mm筛孔累计筛余百分率分成三个级配区(1、2、3区)见表4-2，图4-3(6)级配合格的标志各筛孔累计筛余百分率(Ai)落在任一级配区，级配合格；除4.75mm、0.6mm外，允许有少量超出，但超出总量不大于5%，级配合格。配制混凝土时优先选用2区砂3区2区1区标准筛标准筛砂的筛分析试验(1)标准筛孔(方孔)——4.75mm，2.36mm,1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm(2)标准试样M=500g4.75mm2.36mm1.18mm0.6mm0.3mm0.15mm筛底筛孔尺寸mm筛余量mi(g)分计筛余(%)ai累计筛余(%)Ai4.755010.010.02.369018.028.01.1812024.052.00.615030.082.00.36513.095.00.15204.099.0计算公式miai=mi/M×100Ai=∑ai细度模数f=[(28+52+82+95+99)-5×10]/(100-10)=3.4，属粗砂∵A0.6=82.0%,∴按1区评定。经检查所有筛孔Ai均落在1区，则该砂为1区砂。∴级配合格6、坚固性7、碱活性定义——水泥中的碱(Na2O＋0.659K2O)与骨料中的活性SiO2反应，生成碱-硅酸凝胶(Na2SiO3)，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂而破坏的现象。反应慢，潜在危害相当大。碱骨料反应的三个必要条件水泥中含碱的含量大于0.6%（以Na2O计）；骨料中含有活性SiO2；存在H2O（1）定义——砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。(2)检测天然砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行检验，砂样经5次循环后其质量损失应符合国家标准标定。四、粗骨料(coarse-aggregates)1、定义——粒径在4.75mm～90mm的骨料称为粗骨料，常称作石子。2、分类——按产源分——碎石、卵石——按粒径尺寸分——连续级配、单粒级（间断级配）3、泥、泥块、有害物质泥、泥块有害物质——包括有机物、硫化物及硫酸盐危害——详见细骨料技术要求：符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求4、颗粒形状和表面特征（1）颗粒形状最佳形状——球形、正方体形最差形状——针状颗粒、片状颗粒（2）表面特征——指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等，影响混凝土的和易性和与胶结料的粘结力。针状颗粒——卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径的2.4倍；片状颗粒——厚度小于平均粒径的0.4倍；平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值。危害——拌合物和易性差，混凝土强度降低，耐久性差（骨料空隙率大）技术要求：符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2001的要求碎石—表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结牢固；卵石—表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石粘结力较差；在相同条件下，卵石混凝土强度较碎石混凝土强度低；在单位用水量相同条件下，卵石混凝土流动性较碎石混凝土大；【观察】请观察图中A、B、C三种石子的形状有何差别，分析其对拌制混凝土性能会有哪些影响。A-碎石1B-碎石2C-卵石5、最大粒径(1)定义——粗骨料公称粒级的上限。(2)目的→表示粗骨料的粗细程度→粗骨料总表面积较小→节约水泥条件许可时，粗骨料的最大粒径大应尽量大（P83）。但大于40mm时，有可能造成混凝土强度下降。(3)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204—2002)规定①混凝土梁、柱、墙的粗骨料的最大粒径≤1/4截面最小尺寸，且≤3/4钢筋净距。②混凝土实心板的粗骨料最大粒径≤1/3板厚，且≤40mm。【例】：某混凝土柱断面为300×400mm，受力钢筋φ22mm，钢筋间距66mm，则该混凝土柱所用石子的最大粒径应为mm。6、颗粒级配(1)定义——石子中不同粒径颗粒的搭配情况(2)目的——使石子的总空隙率较小→节约水泥用量(3)测定——用筛分析方法(简称筛析法)测定(4)类型——连续级配和单粒级(间断级配)连续级配——石子由小到大各粒级相连的级配。连续粒级可以直接用于配制混凝土；间断级配——小颗粒粒径石子直接与大颗粒粒径石子相配，中间缺了一段粒级的级配。单粒级宜用于组合成连续粒级，也可与连续粒级混凝土混合使用，不宜用单一的单粒级配制混凝土。(5)标准筛孔——2.36㎜，4.75㎜，9.5㎜，16.0㎜，19.0㎜，26.5㎜，31.5㎜，37.5㎜，53.0㎜，63㎜，75.0㎜，90.0㎜。技术要求：普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表4-6的规定（P84）。岩石抗压强度（仅用于碎石，且混凝土≥C60时才检验）（1）强度压碎指标（用于碎石、卵石）（2）岩石抗压强度——用母岩制作50mm的立方体(或直径和高均为50mm的圆柱体)浸水48h，测定其抗压强度值。技术要求：在水饱和状态下，其抗压强度：火成岩≥80MPa，变质岩≥60MPa，水成岩≥30MPa。（3）压碎指标——一定重量气干状态的9.5mm～19mm碎石装入标准筒内,按规定速度加荷至200KN，卸荷后称取试样重M0，用2.36mm筛筛去细粒，称取筛余重M1压碎指标（δa）压碎指标——是表示粗骨料强度的间接指标；压碎指标越小，粗骨料强度越高，反之，粗骨料强度越低。技术要求：应符合符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2001的要求8、坚固性——定义同细骨料9、碱活性7、强度001100%mmm五、外加剂(admixture)1、定义——在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不大于水泥重量5%(特殊情况除外)。混凝土第五组分2、分类——按主要功能分为5类（1）改善流变性能（减水剂、泵送剂、引气剂、保水剂、灌浆剂等）（2）调节凝结时间、硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等）（3）调节气体含量（引气剂、加气剂、泡沫剂等）（4）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂、防冻剂等）（5）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）3、常用种类——减水剂、引气剂、早强剂和缓凝剂等；(2)技术经济效果(作用)①拌合物用水量不变时，能明显提高拌合物流动性(增大坍落度)②拌合物坍落度和水泥用量不变时,可减少用水量，且提高混凝土强度，尤其是早期强度；③当保持混凝土强度不变时，节约水泥用量。(3)水泥桨的絮凝结构水泥加水后,由于水泥颗粒之间的分子凝聚力作用形成的结构。(4)表面活性剂①定义——具有显著改变(通常为降低)液体表面张力或两相间界面张力的物质②作用——湿润、乳化、分散、润滑、起泡和洗涤作用③构造——分子由亲水基团和憎水基团两部分组成。★减水剂之所以能减水，是由于它是一种表面活性剂。4、减水剂（1）定义——在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。(5)减水剂的减水机理憎水基团其减水机理有三①吸附－分散→减水剂的憎水基团定向吸附在亲水基团水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，在电性斥力作用下使水泥颗粒分开，将絮水水泥颗粒凝结构内包裹的水分释放出来,从而增加了拌合物的流动性。②润滑作用→水泥颗粒表面吸附了足够的减水剂后，使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化