水工混凝土中常规原材料的抽样原则和试验方法.ppt
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1、水工混凝土中常规原材料的抽样原则及试验方法,安徽省水利水电勘测设计院工程质量检测所二OO一一年十二月,水工混凝土中常用建筑原材料的取样原则及试验方法 在“十二五”开局之年,“中央1号文件”和“省政府1号文件”进一步确定了水利的战略定位和我省水利发展的前景和方向,这对我省从事水利工作者是极大的鼓舞和鞭策。如何确保在建工程的工程质量,也是当前水利工程建设中比较突出的问题,直接影响到水利工程的经济效益和社会效益的发挥。用于坝、闸、站、堤、桥、涵等水工混凝土的混凝土称为水工混凝土。水工混凝土的合理设计及其施工质量的严格控制是水工建筑物工程质量的重要保证,以至关系到整个水工建筑物的安全运行。因此,在水工
2、建筑物工程的施工建设中应自始至终全过程对混凝土的质量进行跟踪试验、检测,确保用于水工建筑物工程的混凝土质量满足设计要求,质量稳定。,混凝土工程中,将水泥、砂石骨料、水、掺合料和外加剂等原材料按一定比例配合拌制成拌合物,经浇筑成型和养护到龄期时经检测得到的满足设计要求的混凝土被视为质量合格。因此,混凝土的质量受诸多因素的影响,从原材料与混凝土拌和物质量的波动,到浇筑及养护工艺的不同等均将对混凝土质量产生很大的影响。例如:直接影响混凝土强度的有水泥强度的波动、掺和料品质、外加剂质量、砂石骨料的含泥量和泥团含量以及坚固性等;影响混凝土耐久性的有水泥品种、外加剂质量、砂石骨料的吸水率和含泥量及碱活性等
3、;骨料的超径或逊径将改变骨料的级配,而影响混凝土拌和物的和易性;同样砂子的细度模数的变化也将影响混凝土拌和物的和易性;混凝土搅拌、运输、浇筑及养护等施工工艺的变异也将引起混凝土的质量。,水工混凝土工程质量试验的主要内容包括:原材料试验 涉及的主要原材料有:水泥、细骨料、粗骨料、掺合料、外加剂、拌和用水,还包括钢筋混凝土中的钢筋,建筑物中埋设的塑料或橡胶止水带以及止水铜片,施工中使用的各种材料,如沥青、填料、各种管材等。混凝土拌和物性能试验 工作度(坍落度、维勃稠度、VC值)、含气量以及凝结时间(初凝时间、终凝时间)、泌水率、表观密度等。混凝土物理力学性能试验 抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度、
4、弹性模量、极限拉伸、干缩变形等。混凝土耐久性能试验 抗冻性、抗渗性、抗冲磨性、抗侵蚀性、碱骨料反应、抗碳化性等。,我们主要介绍常规原材料的取样原则与试验方法:一、水泥:1、水泥细度(筛析法);2、水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性;3、水泥胶砂强度(抗折、抗压);二、建筑钢材 1、拉伸试验;2、弯曲试验;三、骨料(粗骨料、细骨料)、1、砂 1.1 取样与缩分;1.2 筛分析;1.3 表观密度;1.4 吸水率、含水率、含泥量、泥块含量;1.5 堆积密度、紧密密度;,2、石 1.1 取样与缩分 1.2 筛分析 1.3 表观密度 1.4 吸水率、含水率、含泥量、泥块含量 1.5 针、片状颗粒的总含
5、量试验 1.6 碎石或卵石的压碎指标试验 1.7 岩石抗压强度试验 四、普通混凝土 1、常规试验 塌落度 抗压强度,第一章 水泥 第一节 通用水泥 1、概述 水泥是最重要的建筑材料之一。水泥属于水硬性胶凝材料,遇水后会发生物理化学反应,能由可塑性浆体变成坚硬的石状体,将散粒状材料胶结成为整体。水泥浆体不但能在空气中硬化,还能在水中硬化,并继续增长强度。目前我国建筑工程中常用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。在一些特殊工程中,还使用高铝水泥、膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥和耐硫酸水泥等。下面简单介绍一下几种常见水泥:1.1
6、、硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成。硅酸盐水泥分两种类型,不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥(代号为P);在硅酸盐水泥熟料粉研磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥(代号为P)。技术要求:烧失量:型硅酸盐中烧失量不得大于3.0%,型硅酸盐中烧失量不得大于3.5%;细度:硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg;凝结时间:硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6.5h;安定性:用沸煮法检验必须合格。强度:水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折 强度来划分见P119P120,1.2、普通硅酸盐水泥(代号为PO)是由
7、硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成,简称普通水泥。技术要求:烧失量:普通水泥不得大于5.0%;细度:普通水泥80m 方孔筛筛余不超过10%;凝结时间:硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于10h;安定性:用沸煮法检验必须合格。强度:水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折 强度来划分,见表11.3矿渣硅酸盐水泥(代号为PS)是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成。按质量百分比,水泥中粒化高炉矿渣掺加量20%70%。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣,代替数量不得超过水泥质量的8%,替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。
8、技术要求:烧失量:不得大于5.0%;细度80m 方孔筛筛余不超过10%;凝结时间:初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于10h;安定性:用沸煮法检验必须合格。强度:水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折 强度来划分,见P119P120,1.4.火山灰质硅酸盐水泥(代号为PP)是由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成。按质量百分比,水泥中火山灰质混合材料掺加量为20%50%。技术要求:除三氧化硫的含量不得超过3.5%之外,其它指标与矿渣水泥相同;1.5粉煤灰硅酸盐水泥(代号为PF)是由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成。按质量百分比,水泥中粉煤灰掺加量为20%40%。除
9、三氧化硫的含量不得超过3.5%之外,其它指标与矿渣水泥相同;1.6复合硅酸盐水泥(代号为PC)是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成。按质量百分比,水泥中混合材料总掺加量应大于15%,但不超过50%。水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料;掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。,1.7.掺合料 矿物掺和料是以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分,掺入混凝土中能改善新拌或硬化混凝土性能的粉体材料。矿物掺合料分活性掺合料和非活性掺合料两大类。活性掺合料有粉煤灰、硅粉、矿渣粉等,非活性掺合料岩粉。主要介绍粉煤灰 粉煤灰在水泥混凝土中有三种效应:(1)形态效
10、应:优质粉煤灰中含有许多球形颗粒,掺入混凝土中起到润滑作用,减少用水量,改善和易性,增加强度和耐久性;(2)火山灰效应:粉煤灰中大多是玻璃体,具有潜在的化学势能,在碱性和硫酸盐激发下,能产生“二次水化反应”而具有胶凝性能;(3)微填料效应:可以改善水泥混凝土中颗粒级配,减少混凝土中的孔隙,增加致密性。粉煤灰对混凝土性能的影响:(1)对混凝土拌和物性能的影响:减少用水量、增大可塑性、提高拌和物的和易性和稳定性(改善泵送混凝土的可泵性)。(2)对混凝土强度的影响:掺加粉煤灰混凝土早期强度发展缓慢,后期强度增长高的特点,90天后粉煤灰的水化反应加快,可能接近或达到不掺粉煤灰的混凝土强度,180天后有
11、可能超过不掺粉煤灰的混凝土。(3)对混凝土温升的影响:掺粉煤灰减小水泥水化热,也就是降,低温升,还具有削减温峰和推迟最高温升出现的时间,这对于大体积水工混凝土防裂和抗裂较为有利。(4)粉煤灰对混凝土变形性能的影响:掺优质粉煤灰可以减少干缩。(5)对混凝土耐久性影响:掺粉煤灰的混凝土抗渗性能、抗冻性能、抗冲磨、抗硫酸盐侵蚀等均有一定能力的提高。一般认为粉煤灰对钢筋锈蚀有影响,特别在掺量超过30%以上,对钢筋混凝土的钢筋明显不利。这是根据粉煤灰加入后,由于碳化作用使混凝土的碱度下降,钢筋钝化膜被破坏。提高粉煤灰混凝土抗碳化性能,除了掺量(一般认为不超过30%)合适,且采用符合品质要求的粉煤灰,同时
12、掺加减水剂,降低水胶比,选择合理的配合比,并有一定的保护层厚度,对钢筋能够起到保护作用。,影响水泥凝结硬化的主要因素:1、影响水泥凝结硬化的因素,除水泥熟料矿物成分及含量外还与下列因素有关:1.1细度:细度是指水泥颗粒的组细程度.细度越大,水泥颗粒越细,比表面积越大,水化反应越容易进行,水泥的凝结硬化越快。1.2 用水量:水泥水化反应理论用水量占水泥重量的23%。加水太少,水化反应不能进行;加水太多,难以形成网状构造的凝胶体,延缓甚至不能使水泥浆硬化。1.3 温度和湿度:水泥的水化反应随温度升高而加快。负温条件下,水化反应停止,水泥石结构甚至有冻坏的可能。水泥水化反应必须在潮湿的环境中才能进行
13、,潮湿的环境能保证水泥浆体的水分不蒸发,水化反应得以维持。1.4 养护时间(龄期):保持合适的环境温度和湿度,使水泥水化反应不断进行的措施,称为养护。水泥凝结硬化的过程实质是水泥水化反应不断进行的过程。水化反应时间越长,水泥石的强度越高。水泥石强度增长在早期较快,后期逐渐减缓,28天以后显著变慢。试验资料显示,水泥的水化反应在适当的温度与湿度环境中可延续数年,表1-水泥抗压、抗折强度一统计表,2、检测依据及技术指标 2.1标准名称及代号 通用硅酸盐水泥GB/T175-2007 水泥细度检验方法 筛析法GB/T1345-2005 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法 GB/T1346-2
14、001 水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB/T17671-1999 水泥比表面积测定方法(勃氏法)GB/T8074-2008 水泥胶砂流动度测定方法GB/T2419-2005 水泥密度测定方法GB/T208-94,2.2检测环境:(1)试验室温度为202,相对湿度不低于50%,水泥试样、拌合水、仪器和用具的温度应与试验室温度一致。(2)湿气养护箱的温度201,相对湿度不低于90%。(3)试样养护池水温应在201范围内。(4)实验室空气温度和相对湿度及养护池水温每天至少记录一次。(5)湿气养护箱的温度与相对湿度至少每4h记录一次,在自动控制的情况下可一天记录两次。2.3技术指标仪器设备试验方法
15、 结果计算及判定(一)细度(1)技术指标:硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示,其比表面积不小于300/kg;矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示,其80m方孔筛筛余不大于10%或45方孔筛筛余不大于30%。(2)仪器设备 试验筛:筛孔尺寸为80m或45m,有负压筛、水筛和手工筛。试验筛每使用100次后需重新标定。负压筛析仪:负压可调范围为40006000Pa。天平:最大称量不小于1000g,最小分度值不大于1g。,(3)实验方法:试验前试验筛应保持清洁,负压筛和手工筛应保持干燥。试验时,80筛析试验应称取试样25g,45筛析试验应称试
16、样10g,均精确至0.01g。(A)负压筛析法:筛析试验前,应把负压筛放在筛座上,盖上筛盖,接通电源,检查控制系统,调节负压至40006000Pa范围内。将称取的水泥试样精确至0.01g,置于洁净的负压筛中,放在筛座上,盖上筛盖,开动筛析仪连续筛析2min,在此期间如有试样附着在筛盖上,可轻轻地敲击,使试样落下。筛毕,用天平称量全部筛余物。(B)水筛法:筛析试验前,调整好水压(水压应为:0.05MPa0.02 MPa)及水筛架的位置,使其能正常运转,并控制喷头底面和筛网之间距离为3575mm。将称取的水泥试样,置于洁净的水筛中,立即用淡水冲洗至大部分细粉通过后,放在水筛架上,用水压为0.050
17、.02MPa的喷头连续冲洗3min。筛毕,用少量水把筛余物冲至蒸发皿中,等水泥颗粒全部沉淀后,小心倒出清水,烘干并用天平称量全部筛余物。(C)手工筛析法:将称取的水泥试样精确至0.01g,置于洁净的手工筛中。用一只手持筛往复摇动,另一只手轻轻拍打,往复摇动和拍打过程应保持近于水平。拍打速度每分钟约120次,每40次向同一方向转动60,使试样均匀分布在筛网上,直至每分钟通过的试样数量不超过0.03g为止,称量全部筛余物。(4)结果计算及处理 水泥试样筛余百分数按下式计算:100(1-1)式中 水泥试样的筛余百分数(%);水泥筛余物的质量(g);水泥试样的质量(g)。,结果计算至0.1%。筛余结果
18、修正:试验筛的筛网会在试验中磨损,筛析结果应进行修正,修正的方法是将水泥样的筛余百分数乘上试验筛的标定修正系数。合格评定时,每个样品应称取两个试样分别筛析,取筛余平均值为筛析结果。若两次筛余结果绝对误差大于0.5%时(筛余值大于5.0%时可放至1.0%),应再做一次试验,取两次相近结果的算术平均值,做为最终结果。负压筛析法、水筛法和手工筛析法测定的结果发生争议时,以负压筛析法为准。附:试验筛的标定 被标定的试验筛应事先经过清洗,去污,干燥(水筛除外)并和标定实验室温度一致。将水泥细度标准样品装入干燥的密闭广口瓶中,盖上盖子摇动2分钟,消除结块。静置2分钟后,用一根干燥洁净的搅拌棒搅匀样品。按上
19、述的方法进行筛析试验操作。每个试验筛的标定应称取二个标准样品连续进行,中间不得插做其他样品。以两个样品结果的算术平均值为最终值,但当二个样品筛余结果相差大于0.3%时,应称三个样品进行试验,并取接近的两个结果进行平均作为结果。,修正系数按下式计算:(1-2)式中 试验筛修正系数;标准样给定的筛余百分数(%);标准样在试验筛上的筛余百分数(%)。修正系数计算至0.01。当值在0.081.20范围内时,试验筛可继续使用,作为结果修正系数。当值超出0.081.20时,试验筛应予淘汰。,(二)水泥比表面积测定(勃氏法)(1)技术指标:水泥比表面积是指单位质量的水泥粉末具有的总表面积,以平方厘米每克(c
20、m2/g)或平方米每千克(m2/kg)表示。(2)仪器设备 勃氏比表面积透气仪:手动和自动两种。烘干箱:灵敏度1分析天平:0.001g滤纸:GB/T1914中速定量滤纸秒表:精确至0.5s(3)实验方法:(A)将水泥标准试样通过0.9mm方孔筛,再在1105下烘干,并在干燥器中冷却到室温后,按GB/T208测定水泥密度,按JC/T956测定试料层体积。确定试验用的标准试样和被测水泥的质量,应按下式计算:(1-3)式中 需要的试样量(g);试样的密度(g/cm3);试料层体积(cm3);试料层空隙率,PI、PII型水泥应采用0.5000.005,其他水泥采用0.5300.005。试料层制备将穿孔
21、板放入透气圆筒的突缘上,用捣棒把一片滤纸放到穿孔板上,边缘放平并压紧。称取按式(1-3)确定的试样量,精确到0.001g,倒入圆筒。轻敲圆通的边,使水泥层表面平坦。再放入一片滤纸,用捣器均匀捣实试料直至捣器支持环与圆筒顶边接触,并旋转1-2圈,慢慢取出捣器。穿孔板上的滤纸为直径12.7mm边缘光滑的圆形滤纸片,每次测定用新的滤纸片。透气实验,把装有试料层的透气圆筒接到压力计上,并保证不漏气,不振动试料层。打开抽气装置慢慢从压力计一臂中抽出空气,直到压力计内液面上升到扩大部下端时关闭阀门。当压力计内液体的凹月面下降到第一条刻线时开始计时;当液体的凹月面下降到第二条可先时停止计时。记录液面从第一条
22、刻线到第二条刻线所需的时间,以秒记录,并记下试验时的温度。(4)结果计算及处理a.当被测物料的密度、试料层中空隙率与标准试样相同,试验时温差3时,可按下式计算:(1-5)如试验时温差3时,可按下式计算:(1-6)式中 被测试样的比表面积(cm2/g);标准试样的比表面积(cm2/g);被测试样试验时,压力计中液面降落测得的时间(s);标准试样试验时,压力计中液面降落测得的时间(s);被测试样试验时温度下的空气黏度(Pas);标准试样试验时温度下的空气黏度(Pas);,水泥比表面积应由二次试验结果的平均值确定。如两次结果相差2%以上时,应重新进行试验。结果计算应精确至10c/g。,(三)水泥标准
23、稠度用水量的测定(1)仪器设备 水泥净浆搅拌机。标准法维卡仪:主要配件有标准稠度测定用试杆、凝结时间测定用初凝针及终凝针及盛装水泥净浆的试模。(别称:水泥稠度仪,水泥稠度凝结时间测试仪。)代用法维卡仪。(2)实验方法(A)(标准法)()水泥净浆的拌制 实验室温度202,相对湿度不低于50%。用湿布擦拭搅拌锅和搅拌叶后,预估拌合水用量,并准确量取后倒入搅拌锅内,然后在510s内将称好的500g水泥加入水中,并防止水和水泥溅出;将搅拌锅放在搅拌机的锅坐上,升至搅拌位置,启动搅拌机,低速搅拌120s,停15s,同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间,接着高速搅拌120s后停机。()标准稠度用水量的测定
24、 检查维卡仪的金属棒能否自由滑动,调整维卡仪试杆至接触玻璃板时指针对准零点;立即将拌制好的水泥净浆装入置于玻璃板上的盛装水泥净浆的试模中,用小刀插捣,轻轻振动数次,刮去多余的净浆;抹平后迅速将玻璃底板和试模移到维卡仪上,并将其中心定在试杆下,降低试杆直至与水泥净浆表面接触,拧紧螺丝12s后,突然放松,使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中;在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离,升起试杆后,立即擦净,整个操作应在搅拌后1.5min内完成。试杆沉沉入净浆并距底板61mm的水泥净浆即为标准稠度净浆。其拌合水量即为该水泥的标准稠度用水量(P),以拌和标准稠度水泥净浆的水量除以水泥试样的百分
25、数为结果。若试杆沉入净浆后距底板的距离不在6mm1mm的范围内,应根据试验情况,重新称样,调整用水量,重新拌制净浆并进行测定,直至满足为止。,(四)凝结时间的测定(1)技术指标:硅酸盐水泥初凝时间不小于45min,终凝时间不大于390min。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45min,终凝不大于600min。(2)仪器设备 水泥净浆搅拌。标准法维卡仪:主要配件有标准稠度测定用试杆、凝结时间测定用初凝针及终凝针及盛装水泥净浆的试模代用法维卡仪天平:最大称量不小于1000g,最小分度值不大于1g(3)实验方法(A)试件的制备将用标准稠度
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