第七章 混凝土

1第七章混凝土(concrete)主讲：张欢2本章提要：7.1混凝土的概念7.2混凝土的特点7.3混凝土的分类7.4普通混凝土的组成材料7.5普通混凝土的主要技术要求7.6混凝土的质量控制7.7普通混凝土的配合比设计7.8其他品种混凝土3本章导入：concreteconcretus“共同生长”混凝土：骨料+胶结料水泥混凝土：骨料+水泥浆4混凝土（简称“砼”）:是由胶凝材料、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。7.1混凝土的概念硬化前的混凝土常被称为混凝土拌和物；如果在混凝土中配有钢筋，则称之为钢筋混凝土；如果混凝土组成中没有粗骨料则为砂浆；而由水泥和水拌和所得到的是水泥浆。57.2混凝土的特点优点：•可浇注性：由于其凝结前的良好塑性，可浇制成各种形状和尺寸的构件或结构物；•匹配性好：它与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；•强度高、耐久性好：经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特点；•经济性好：其组成材料中砂、石等地方材料占80％以上，符合就地取材和经济的原则。缺点：抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大。67.3混凝土的分类77.3混凝土的分类按胶凝材料种类分：无机胶凝材料混凝土：如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；有机胶凝材料混凝土：如沥青混凝土、聚合物混凝土等。87.3混凝土的分类按用途分：97.3混凝土的分类按施工方法分：离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等10按表观密度的大小分三类：（1）重混凝土干表观密度大于2600kg/m3，由特别密实和特别重的骨料制成，如重晶石混凝土，钢屑混凝土等。具有不透x射线和γ射线的性能。（2）普通混凝土干表观密度为1900~2500kg/m3,由天然的砂、石作骨料制成。常用土木建筑。（3）轻混凝土干表观密度小于1900kg/m3。常采用轻质多孔骨料或加气剂、泡沫剂配制的多孔结构混凝土。7.3混凝土的分类11骨料在饱和面干状态时的含水率，称为饱和面干吸水率。计算混凝土中各项材料的配合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干的骨料为基准。骨料的饱和面干吸水率干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态饱和水表面水127.4普通混凝土的组成材料水泥浆20~30%骨料70~80%化学外加剂＜5%掺量10~60%137.4普通混凝土的组成材料水泥与水形成水泥浆包裹在骨料表面并充填其空隙。水泥浆在硬化前起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，以便于施工。水泥浆硬化后，将骨料胶结成一个坚实的整体。1、水泥与水：147.4普通混凝土的组成材料2、骨料（集料）：骨架作用—骨料比较坚硬，体积稳定性好，在混凝土中起骨架作用。填充作用—骨料属于地方性材料，其成本大大低于水泥，降低混凝土成本。细骨料（fineaggregate)粗骨料（coarseaggregate)粒径0.16~5mm之间的骨料称为细骨料。主要有天然砂（河砂、海砂及山砂）和人工砂。粗骨料为粒径大于5mm的天然岩石和卵石。157.4普通混凝土的组成材料2、骨料：颗粒级配；含泥量、石粉含量、泥块含量；有害杂质；颗粒形状及表面特征；强度；坚固性；表观密度、堆积密度、空隙率；碱集料反应。GB14684-2001《建筑用砂》GB14685-2001《建筑用卵石、碎石》167.4普通混凝土的组成材料2、骨料：有害杂质：有机物、硫化物、硫酸盐；云母、轻物质、氯化物。177.4普通混凝土的组成材料2、骨料：颗粒形状及表面特征：尤其指粗骨料，较好的是接近球体或立方体的浑圆状和多棱角状颗粒，针状、片状较多会降低混凝土强度；表面特征即表面粗糙程度及孔隙特征，主要影响和易性和胶结料的黏结力。187.4普通混凝土的组成材料2、骨料：坚固性：有抗冻性要求的混凝土所用的粗骨料，要求测其坚固性。试样在饱和硫酸钠溶液中经5次循环浸渍后，其质量损失应不超过标准中的规定值；细骨料中天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，人工砂采用压碎指标法进行试验。197.4普通混凝土的组成材料2、骨料：强度（粗骨料）：抗压强度：集料制成边长为50mm的立方体试件，在饱和水状态下测定的抗压强度值。压碎指标值：反映集料强度的相对指标，在集料的抗压强度不便测定时，常用来评价集料的力学性能。混凝土压碎指标值测量方法207.4普通混凝土的组成材料3、化学外加剂：①改善新拌混凝土流变性的外加剂，如各种减水剂、流化剂、泵送剂、引气剂等。②调节混凝土凝结时间及硬化时间的外加剂，如外加剂、缓凝剂、早强剂、速凝剂等。③调节混凝土空气含量的外加剂，如引气剂、消泡剂、发泡剂等。④改善混凝土力学性能和耐久性的外加剂，如引气剂、减水剂、防冻剂、减缩剂、阻锈剂等。⑤赋予混凝土特殊性能的外加剂，如着色剂、泡沫剂、膨胀剂等。217.4普通混凝土的组成材料4、矿物掺合料：非活性矿物掺合料；活性矿物掺合料减少水泥用量，降低成本；利用工业废料，有利于环保；减低混凝土的水化放热量，有利于体积稳定；改善混凝土的抗腐蚀性；改善新拌混凝土的和易性。227.4普通混凝土的组成材料5、混凝土拌合及养护用水：拌和水中应不含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。酸性、碱性或含有侵蚀性的盐类、海水等不可。混凝土试件的制作及养护方法237.5普通混凝土的主要技术性质混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇灌质量；混凝土拌合物凝结硬化后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计载荷，并应具有必要的耐久性。混凝土拌合物的和易性混凝土的强度混凝土的变形性能混凝土的耐久性技术性质7.5.1混凝土拌合物的和易性（1）和易性的概念和易性（workability）是指混凝土拌合物易于施工操作（拌和、运输、浇灌、捣实），并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三个方面。流动性（fluidity）是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性（cohesiveness）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，不致于产生分层和离析现象。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，不产生严重的泌水现象。（2）和易性的指标测定拌合物的流动性，直观经验评定粘聚性和保水性。GB/T50080-2002方法：将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落筒（无底）内，装满刮平后，垂直向上提起筒，量出拌合物向下坍落的尺寸，称坍落度(mm)。根据坍落度的不同，将混凝土拌和物分为：流态的（坍落度大于80mm），流动性的（坍落度为30－80mm），低流动性的（坍落度为10－30mm），和干性的（坍落度小于10mm）。7.5.1混凝土拌合物的和易性（3）影响和易性的主要因素a.水泥浆的数量水泥浆赋予混凝土一定的流动性。水灰比不变时单位体积内水泥浆越多，流动性越大；水泥浆过少，则不能填骨料空隙和包裹骨料表面，粘聚性变差，可能产生崩坍现象。b.水泥浆的稠度水泥浆的稠度是由水灰比决定的。水泥用量不变时，水灰比小，水泥浆越稠混凝土流动性就小。反之流动性加大。c.砂率：指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的表面积显著的改变，因此对混凝土拌和物的和易性产生显著的影响。d.时间和温度混凝土的拌和物的坍落度随时间的推移逐渐减小，主要由于水化反应，骨料吸收水分，水分蒸发的因素。7.5.1混凝土拌合物的和易性（1）混凝土受力变形及破坏过程（自学）（2）混凝土的立方体抗压标准强度与强度等级试样为边长150mm的立方体，测28天抗压强度。立方体抗压标准强度是具有95％保证率的立方体试件抗压强度。混凝土强度等级：按混凝土的立方体抗压标准强度来确定，C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个等级。（3）混凝土的轴心抗压强度（棱柱形或圆柱形）（4）混凝土的抗拉强度（抗压强度的1/10~1/20)7.5.2混凝土的强度GB/T50081-2002（5）影响混凝土强度的因素a水灰比与水泥标号配合比相同时，水泥标号越高，混凝土强度越大；所用水泥相同时，水灰比越小，水泥石强度高，与骨料粘结力大，混凝土的强度越高。b温度与湿度温度和湿度影响水泥的水化，温度高湿度大均有利于水泥的水化，混凝土强度发展快。反之有害。c龄期正常养护条件下，混凝土的强度随龄期的增加而增长。7－14天内，强度增长较快，28天以后，强度增长缓慢，但龄期延续强度仍能增长。7.5.2混凝土的强度7.5.3混凝土的变形性能混凝土的变形性能分为四种：化学收缩；干湿变形；温度变形；荷载变形(弹塑性变形，徐变)⑴化学收缩：由于水泥水化后总体积比水化前小，从而使混凝土收缩，称为化学收缩。化学收缩是不可逆过程。⑵干湿变形：有时也叫干缩湿胀，干缩主要是由于内部水分蒸发引起胶体失水产生紧缩，另外毛细管水分蒸发会使颗粒受到毛细管压力而使体积收缩。这种收缩是可逆的，吸水后还会重新膨胀。⑶温度变形：一是热胀冷缩的性质，膨胀系数10×10-6二是由于水化放热，在大体积混凝土内部和外部产生温差，造成胀缩不同，有时会产生裂缝。⑷荷载变形：一种是短期荷载作用下的变形，弹性和塑性另一种是在长期荷载作用下的变形——徐变7.5.3混凝土的变形性能7.5.4混凝土的耐久性概念：混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性和耐热性决定着混凝土经久耐用的程度，统称为耐久性。⑴抗渗性：指混凝土在水、油等液体作用下，抵抗渗透的性能。⑵抗冻性：指混凝土在饱和水的状态下，能经受多次冻融循环而不破坏和不严重降低强度的性能。⑶混凝土的碳化（中性化）：是空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙和水。⑷碱－骨料反应：混凝土中的骨料与水泥中的碱反应，引起混凝土体积膨胀和开裂。提高混凝土耐久性的措施：合理选择水泥品种；控制水灰比及水泥用量；提高砂石质量；掺用外加剂(引气剂、或减水剂）；改善施工方法7.6混凝土的质量控制（自学）7.7普通混凝土的配合比设计确定水泥、水、砂子、石子四项基本组成之间的比例关系。三个重要参数：水灰比:水与水泥之间的比例；砂率:砂子与石子之间的比例；单位用水量:水泥浆与骨料之间的比例。C－水泥，W－水，S－砂子，G－石子表示每立方米混凝土中的用量（kg/m3)混凝土的配合比的设计步骤：1)配制强度（Rh）的选择：Rh＝Rd+1.645δ0Rh－混凝土的配制强度，Rd－混凝土的设计强度，δ0－施工单位的强度标准差，可按强度等级取值。2）初步确定水灰比（W/C)：R28=ARC(C/W-B)W-每立方米混凝土的用水量，C－每立方米混凝土的水泥用量，R28－28天抗压强度，A、B－实验系数，碎石A=0.46,B=0.52卵石A=0.48,B=0.61，RC－水泥的实际强度。混凝土的配合比的设计步骤：3)确定单位用水量（Wo）：根据坍落度值、所用骨料的种类、规格来选择查表11.114）计算水泥用量（Co)：查表11.145）选择合理的砂率值（βs)：可通过试验找出查表11.126）计算粗、细骨料用量（Go、So)：绝对体积法假定表观密度法7）配合比的试配、调整与确定00WWCC7.8其它品种混凝土轻骨料混凝土；加气混凝土；耐酸混凝土；纤维混凝土；耐热混凝土；硅酸盐耐热混凝土；铝酸盐耐热混凝土；水玻璃耐热混凝土；磷酸盐耐热混凝土；防水混凝土；聚合物混凝土；聚合物水泥混凝土；聚合物浸渍混凝土；高性能混凝土。36小结：工程对混凝土的要求如何满足要求？组成材料各组成材料的作用配比设计配比设计主要参数施工搅拌、浇注、成型、养护37思考与训练：1、混凝土定义和分类2、普通混凝土的组成材料及其作用3、骨料的饱和面干吸水率4、普通混凝土的主要技术指标5、和易性的概念