普通混凝土

第四章普通混凝土§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。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§4-2混凝土拌合物的技术性质混凝土拌合物的概念将凝结硬化以前的，具有流动性或塑性的混凝土，称为混凝土拌合物，或混凝土拌合料，或新拌混凝土，或新鲜混凝土。硬化后混凝土是否能够均匀密实，与混凝土拌合物是否具有便于进行施工而不产生分层离析的性质有很大关系。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一、和易性（工作性）的概念混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性三者之间互相关联又互相矛盾，当流动性很大时，则往往粘聚性和保水性差，反之亦然。和易性良好的混凝土是指既具有满足施工要求的流动性，又具有良好的粘聚性和保水性，因此不能简单地将流动性大的混凝土称为和易性好，或者流动小说成和易性变差。一、和易性（工作性）的概念有关粘聚性和保水性的相关术语：分层：混凝土拌合物粗骨料下沉、砂浆或水泥净浆上浮，从而导致混凝土沿垂直方向不均匀的现象。离析：混凝土拌合物在运动过程中（压力作用下在泵管中流动，自重或机械振捣作用下在模板中流动），粗骨料、细骨料及水泥浆运动速度不相同，从而导致它们相互分离的现象。泌水：混凝土拌合物中的拌合水，在毛细管力作用下，沿混凝土中的毛细管通道，向上泌至拌合物表面，导致拌合物表层部分水灰比大幅度增大或出现一层清水的现象。一、和易性（工作性）的概念离析泌水的危害（1）可能导致泵送混凝土堵泵；（2）会导致混凝土匀质性变差，表层出现浮浆。混凝土硬化后表层出现浮灰，或塑性收缩裂缝；（3）粗骨料或钢筋下方水份聚结，硬化后出现大的气孔；（4）留下毛细管通道，降低抗渗性；（5）拆模后，混凝土侧面留下砂纹。一、和易性（工作性）的概念降低离析泌水措施（1）采用需水量大的水泥；（2）适当增大水泥用量；（3）添加矿物掺合料；（4）改善外加剂质量，如适当增加引气和增粘组分含量。二、和易性的评定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。二、和易性的评定坍落度法：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。二、和易性的评定试验要点：坍落度筒的提离过程应在5-10s内完成，从开始装料到提坍落度筒的整个过程应不间断进行并应在150s内完成。坍落度以mm为单位，测量精确至1mm，结果约至5mm。拌合物试样制备完毕到开始做各项性能试验不宜超过5min。对于不同坍落度的混凝土其允许偏差也不同，坍落度规定值≤40mm，允许偏差±10mm，50-90mm，允许偏差±20mm，≥100mm时允许偏差±30mm。二、和易性的评定2.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。二、和易性的评定3.坍落扩展度坍落度不能准确地反映高性能混凝土的流变性能，可以结合坍落扩展度来评价。但混凝土拌合物坍落度大于220mm时，用钢尺量测混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度。当之差大于50mm时，此次试验无效。若坍落度与坍落扩展度的比值太大，混凝土拌合物黏稠性大，比值太小，混凝土容易离析；当两者的比值约为0.4时，混凝土拌合物工作性能较好。三、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四、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70～90五、影响和易性的因素新拌混凝土的结构模型水泥浆大颗粒粗骨料小颗粒粗骨料细骨料五、影响和易性的因素1.水泥浆数量在W/C不变的条件下，增加单位体积中的水泥浆用量，则拌合物的流动性有所提高。过多：浆体流失，骨料分离，粘聚性变差，同时产生泌水现象，对硬化后的混凝土的变形及耐久性产生不良影响。过少：保证不了必要的流动性，易产生崩坍现象，使粘聚性变差。水泥浆要适量，以满足流动性要求为度。不能过多，也不能过少。五、影响和易性的因素2.水泥浆的稠度水泥浆稠度是由水灰比决定的。在水泥用量不变时，水灰比越小，水泥浆越稠，拌合物流动性越小，反之水泥过稀。过稠：拌合物无法浇筑，施工困难，不能保证混凝土硬化后的密实性。过稀：W/C过大，强度下降，同时拌合物的粘聚性和保水性不良。W/C不能过大或过小，以满足强度和耐久性要求为度。五、影响和易性的因素3.砂率砂率是指混凝土砂的质量占砂、石总质量的百分率一般情况下，随砂率的增加，混凝土拌合物流动性增加。Sp过大：骨料的空隙率及总表面积增加，在水泥浆用量不变的条件下，拌合物会显得干稠，流动性减小。Sp过小：水泥砂浆的数量不足以包裹石子表面，不但降低流动性，同时会严重影响粘聚性和保水性。五、影响和易性的因素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，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。T，mmβs合理砂率水泥浆数量一定坍落度、强度一定合理砂率mc，kgβs五、影响和易性的因素4.其它影响因素（1）水泥品种主要表现在需水性方面。水泥品种不同，达到标准稠度的需水量也不同，需水量大的水泥拌制的混凝土，达到同样坍落度时，就需要较多的用水量。（2）骨料种类:卵石混凝土比碎石混凝土在用水量等相同条件下流动性大,但粘聚性和保水性差;粒径:在其他条件相同的情况下,粒径越大,混凝土拌合物流动性越好;级配:在其他条件相同的情况下,骨料级配越好,混凝土拌合物的和易性越好;五、影响和易性的因素形状和表面特征:针片状颗粒越少,粒形越近球形或立方体形,表面越光滑,混凝土拌合物流动性越好。（3）时间和温度拌合物随时间的延长而逐渐变得干稠，和易性变差。原因是：水泥水化，骨料吸水，水分蒸发。温度升高，拌合物流动性降低，每升高10度，拌合物坍落度减少20mm。（4）外加剂为改善混凝土拌合物流动性，可掺入减水剂、引气剂等外加剂。六、改善和易性的措施采用合理砂率；改善砂石的级配；掺外加剂或掺合料；选用合适的水泥品种；采用合适的水灰比和单位用水量。在水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性；在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性。掺外加剂的混凝土第四节混凝土的主要性能一、混凝土的物理性能（一）密实度（二）干湿变形（三）温度变形第四节混凝土的主要性能一、混凝土的物理性能（一）密实度它表示在一定体积的混凝中,固体物质的填充程度,表示为：式中D为密实度,V为绝对体积,V0为视体积。实际上，绝对密实的混凝土是不存在的，故密实度D值总是小于1。混凝土中不同程度地含有孔隙，这些孔隙产生的几个原因。0D=VV第四节混凝土的主要性能一、混凝土的物理性能（二）干湿变形干湿变形是指由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。1.产生原因混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随着空气湿度的降低，负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，水泥凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。当混凝土在水中硬化时，体积产生轻微膨胀，这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间的距离增大所致。第四节混凝土的主要性能一、混凝土的物理性能（二）干湿变形2.危害性混凝土的干湿变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩能使砼表面产生较大的拉应力而导致开裂，降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。3.影响因素（1）水泥的用量、细度及品种水灰比不变：水泥用量愈多，砼干缩率越大；水泥颗粒愈细，砼干缩率越大。（2）水灰比的影响水泥用量不变：水灰比越大，干缩率越大。第四节混凝土的主要性能一、混凝土的物理性能（二）干湿变形（3）施工质量的影响延长养护时间能推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微；采用湿热法处理养护砼，可有效减小砼的干缩率。（4）骨料的影响骨料含量多的混凝土，干缩率较小。（三）温度变形温度变形是指混凝土随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度变形系数α为（1～1.5）×10-5/℃，即温度每升高1℃，每1m胀缩0.01～0.015mm。温度变形对大体积混凝土、纵长的砼结构、大面积砼工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。可采取的措施为：采用低热水泥，减少水泥用量，掺加缓凝剂，采用人工降温，设温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋等，以减少因温度变形而引起的混凝土质量问题。二力学性能一、混凝土的受力破坏特征混凝土受力破坏有三种破坏特征：骨料破坏而引起混凝土破坏水泥石破坏引起混凝土破坏骨料与水泥石界面破坏而引起混凝土破坏。通过显微镜观察，在混凝土内部从粗骨料表面至硬化水泥浆体有一厚为10-20µm的过度层，这里富集有Ca(OH)2，水