11水泥混凝土

第四章水泥混凝土和砂浆4.1水泥混凝土的组成及特点水泥混凝土的定义水泥混凝土是由水泥、水、粗集料、细集料按适当比例进行掺配，并在必要时加入适量外加剂、掺合料或其他改性材料，经搅拌、成型、养护后而得到的具有一定强度和耐久性的人造石材，常简称混凝土。4.1水泥混凝土的组成及特点掺合料水水泥外加剂细集料水泥混凝土粗集料改性材料4.1水泥混凝土的组成及特点水泥混凝土的优点配制水泥混凝土所用各种材料分布广泛、价格便宜，便于就地取材，节约成本。工艺简单，适用性强，可浇筑成不同形状的整体结构或预制结构，改变组成材料品种和比例也可获得不同的物理力学性质。抗压强度高，耐久性好。4.1水泥混凝土的组成及特点水泥混凝土的优点与钢筋有着良好的握裹力，与钢材有着基本相同的线膨胀系数，可制作钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土构件或整体结构。水泥混凝土的缺点自重大、抗拉强度低、韧性低、抗冲击性能差，一旦破坏其修复、加固、补强比较困难。4—1普通混凝土•一、普通混凝土组成材料（表观密度为2000~2800kg/m3）•1、水泥•2、水•此两者组成水泥浆，起流动胶结作用•3、粗集料•4、细集料•此两者起骨架作用•各种材料所占比例见下表所示：•混凝土组成及各组分材料绝对体积比组成成分水泥水砂石空气占混凝土总体积的百分比（%）10~1515~2020~3335~481~322~3566~481~3•（一）水泥•1、水泥品种选择：应根据工程特点、气候与环境条件选择；•2、水泥强度等级：应与要求配制的混凝土强度相适应。•（二）细集料•具体要求•1、有害杂质含量•（1）含泥量及泥块含量•d0.075mm的尘屑、淤泥和粘土为泥•d1.18mm经水洗、手捏后可破碎成小于06mm颗粒者称为泥块•（2）云母含量：黏附性、和易性、抗冻性、抗渗性差•（3）轻物质含量的颗粒•（4）有机质含量：延缓硬化过程，降低混凝土强度•（5）硫化物与硫酸盐含量0.2•2、压碎值和坚固性•压碎值：C30以上混凝土，Qa小于或等于35%•C30以下混凝土,Qa小于或等于50%•坚固性：5次循环，质量损失小于8%•3、粗细程度与颗粒级配•配制混凝土达到保证设计强度等级和节约水泥的目的。•3个级配区•（三）粗集料•1、强度与坚固性见教材表4-4所示•2、有害杂质含量见教材表4-4所示•3、公称最大粒径及颗粒级配•①最大粒径及混凝土的影响：在条件容许的前提下，尽量选择大些为好•②规范对D的要求：粗集料的最大粒径不得超过结构物最小尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，允许采用最大粒径为1/2板厚的颗粒级配，最大粒径不得超过37.5mm。•③颗粒级配：减小空隙率，增强密实度，节约水泥，保证和易性和强度。•4、颗粒形状及表面特征•针状颗粒：L2.4d平均•片状颗粒：厚度d0.4d平均•碎石表面粗糙并具有吸收水泥浆的孔隙特征，与水泥的粘结能力较强。•(四）混凝土用水•符合国家标准的饮用水•(五)矿物掺合料4.2普通混凝土的技术性质粘聚性保水性施工和易性（新拌混凝土的工作性）流动性4.2普通混凝土的技术性质新拌水泥混凝土施工和易性的概念新拌混凝土的施工和易性，又称工作性，是指混凝土拌合物在现有施工条件下（气候条件、施工机具等），易于施工操作（搅拌、运输、浇注、振捣和表面处理）并获得质量均匀、成型密实的混凝土结构物的性能。4.2普通混凝土的技术性质流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振动密实作用下能产生适当地流动并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。保水性是指混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。4.2普通混凝土的技术性质新拌水泥混凝土的密实和离析坍落度（mm）试验•1）坍落度（mm）试验•按规定拌和水泥混凝土混合料，将坍落筒按要求湿水，然后分三层将拌和物装入筒内，每层捣实25次，测定坍落度H(mm)。•坍落度越大，表示混凝土拌合物的流动性越大。•坍落度试验适用于公称集料最大粒径不大于31.5mm，坍落度值不小于10mm的新拌混凝土。•在试验测定的同时，必须观察棍度，含砂情况、粘聚性、保水性，以定性评价其工作性。4.2普通混凝土的技术性质水泥混凝土施工和易性的测定方法坍落度试验坍落度筒•2）维勃稠度•适用于集料公称最大粒径不超过31.5mm，维勃稠度5~30s之间的干稠性混凝土的稠度测定。•测定方法是将坍落度筒放在圆筒中，圆筒安装在振动台上，按坍落度试验的方法将新拌混凝土装于筒中，提起坍落度筒，在新拌混凝土顶置一透明圆盘，开动振动台，从开始振动至透明圆底面被水泥浆布满的瞬间所经历的时间（以秒计）4.2普通混凝土的技术性质4.2普通混凝土的技术性质VB稠度试验维勃稠度仪4.2普通混凝土的技术性质级别维勃时间（s）坍落度（mm）级别维勃时间（s）坍落度（mm）特干硬≥31－低塑10～550～90很干稠30～21－塑性≤4100～150干稠20～1110～40流态－＞160路面混凝土稠度分级表4.2普通混凝土的技术性质影响施工和易性的主要因素分析•1）水泥浆的数量•①正常情况：水泥浆充满集料间隙略有剩余•②用浆过多：流浆，浪费水泥，且影响强度，耐久性•③用浆过少：产生分层，泌水4.2普通混凝土的技术性质水胶比指水与胶质掺加剂的质量比。水胶比小则水泥浆稠度大，混凝土拌合物的流动性小。当水胶比过小时，在一定的施工条件下就不能保证混凝土的密实成型。若水胶比过大，水泥浆稠度较小，虽然混凝土拌合物的流动性增加，但可能会引起混凝土拌合物粘聚性和保水性不良。2）水胶比4.2普通混凝土的技术性质单位用水量实际上决定了混凝土拌合物中水泥浆的数量。在组成材料确定的情况下，混凝土拌合物的流动性随单位用水量的增加而增大。单位用水量4.2普通混凝土的技术性质单位用水量过多还会导致混凝土产生收缩裂缝，使混凝土强度和耐久性严重降低。在水灰比不变的情况混凝土拌合物坍落度与单位用水量的关系下，水泥用量也随单位用水量的增加而增加，导致混凝土经济性降低。4.2普通混凝土的技术性质砂率是指混凝土中的细集料的质量占全部集料总质量的百分比，它反映了粗细集料的相对比例。由于砂形成的砂浆在粗集料间起润滑作用，在一定砂率范围内，随砂率的增加润滑作用越明显，流动性得以提高；砂率4.2普通混凝土的技术性质另一方面，砂率增大集料的总表面积增大，需要润滑的水分增多，在用水量一定的条件下，拌合物流动性降低。4.2普通混凝土的技术性质若果砂率过小，砂浆数量不足会导致混凝土拌合物粘聚性和保水性降低，产生离析和流浆现象。混凝土的砂率存在一个最佳值，采用最佳砂率时，在用水量和水泥用量不变的情况下，可是混凝土拌合物获得所要求的流动性以及良好的粘聚性和保水性。4.2普通混凝土的技术性质不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，给定用水量时配制成的混凝土拌合物的流动性也就不同。水泥细度增加会使流动性降低，这种影响对水泥用量较高的拌合物较为明显，但较细的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性，减轻离析和泌水等现象。水泥品种和细度4.2普通混凝土的技术性质一定质量的集料，其最大粒径减小会使比表面积增大，比表面增大就需要更多的水泥浆来润滑。针片状颗粒含量较少、圆形颗粒较多、级配较好的集料，其组成的混凝土拌合物流动性较大，粘聚性和保水性较好。集料的性质4.2普通混凝土的技术性质混凝土拌合物中加入少量的外加剂可以在不改变用水量和水泥用量的情况下，有效地改善混凝土拌合物的工作性，同时提高混凝土的强度和耐久性。改善混凝土拌合物和易性的主要外加剂是减水剂和引气剂。外加剂4.2普通混凝土的技术性质影响新拌水泥混凝土和易性的环境因素包括：温度、湿度和风速。环境温度升高会使水泥水化速度加快、水分蒸发增加，导致拌合物坍落度减小。夏季施工时，应采取措施减少混凝土拌合物流动性的损失。环境因素4.2普通混凝土的技术性质搅拌时间的长短会影响混凝土拌合物的和易性，若搅拌时间不足，拌合物的和易性就差，质量也不均匀。混凝土拌合物在搅拌后，其坍落度随时间的延长逐渐减小，称为坍落度损失。时间因素4.2普通混凝土的技术性质坍落度损失产生原因：一部分水分被集料所吸收；一部分水分蒸发；一部分水分随水泥水化反应变成水化产物结合水。4.2普通混凝土的技术性质改善新拌混凝土工作性的主要措施•1）调节混凝土材料的组成•在保证混凝土强度、耐久性和经济性的前提下，设计合理的配合比，使之有较好的工作性。•2）掺加外加剂•合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性，提高强度和耐久性。•3）提高振捣的效能4.2普通混凝土的技术性质（二）硬化后水泥混凝土的力学性质硬化后水泥混凝土的强度立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗弯拉强度（抗折强度）、劈裂抗拉强度影响混凝土强度的主要因素分析混凝土组成材料的影响、混凝土养护条件的影响、混凝土龄期的影响、试验条件和施工质量硬化后水泥混凝土的变形弹性变形、徐变变形、温度变形、干缩变形4.2普通混凝土的技术性质强度1）立方体抗压强度cufcuFfA——混凝土抗压强度，MPa；F——抗压试验中的极限破坏荷载，N；A——试件的承载面积,mm2。uf4.2普通混凝土的技术性质立方体抗压强度按照标准方法制成150mm的立方体试件，在标准养护条件（温度20℃±2℃，相对湿度95%以上）下养护至28d龄期，按标准方法测定其受压极限破坏荷载。以三个试件为一组，取三个试件测值的算术平均值作为该组试件的立方体抗压强度代表值，误差±15%，若任一个超过15%，取中值作为测定值，若两个超过15%，则测定结果无效。精确至0.1MPa。混凝土搅拌机振动台抗压试模立方体抗压强度标准值——强度总体分布的平均值，MPa；——强度总体分布的标准差，MPa；——与保证率95%对应的保证率系数值；4.2普通混凝土的技术性质,cukf,1.645cukfff1.6454.2普通混凝土的技术性质强度等级的表示方法用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容来表示，如C20表示混凝土的立方体抗压强度标准值不小于20MPa。我国现行规范规定普通水泥混凝土立方体抗压强度标准值划分为12个等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。4.2普通混凝土的技术性质2）抗弯拉强度（抗折强度）在道路和机场工程中，将抗弯拉强度作为混凝土结构设计和质量控制的重要指标。水泥混凝土的抗弯拉强度采用标准方法制备成的150mm×150mm×550mm的棱柱体试件，在标准条件下养护28d后，按三分点加荷方式进行试验。——混凝土抗弯拉强度，MPa；F——抗弯拉试验中的极限破坏荷载，N；L——支座间距,mm。b——试件宽度,mm。h——试件高度,mm。4.2普通混凝土的技术性质抗弯拉强度（抗折强度）ff2fFLfbhff4.2普通混凝土的技术性质混凝土抗折强度受力模式示意图——混凝土轴心抗压强度，MPa；F——抗压试验中的极限破坏荷载，N；A——试件的承载面积,mm2。4.2普通混凝土的技术性质3）轴心抗压强度cpfcpFfAcpf4.2普通混凝土的技术性质在钢筋混凝土结构设计中，计算轴心受压构件时，均以混凝土的轴心抗压强度为设计指标。采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件进行轴心抗压强度测定。混凝土的轴心抗压强度以MPa计，精确至0.1MPa。立方体抗压强度为10～55MPa的范围内，轴心抗压强度与立方体抗压强度之比约为0.7～0.8。4.2普通混凝土的技术性质4）劈裂抗拉强度直接抗拉试验时，试件在夹具附近易产生局部破坏且易受到弯折作用，导致试验结果波动较大。因此，采用劈裂抗拉试验法间接求出混凝土的抗拉强度。混凝土的劈裂抗拉强度值较低，通常为抗压强度的1/10～1/20，这个比值随着混凝土抗压强度的增高而有所减小。劈裂抗拉强度约为抗压强