水泥混凝土及砂浆 .ppt
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1、第四章 水泥混凝土及砂浆,第一节 普通混凝土的组成材料第二节 普通混凝土的主要技术性质第三节 普通混凝土的质量控制第四节 普通混凝土的配合比设计第五节 水泥混凝土技术进展第六节 砂浆,概 述,一、混凝土的概念:混凝土是由胶凝材料,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。“混凝土”“砼”二、混凝土的分类:(一)按表观密度的大小分类:1、重混凝土干2600kg/m3 2、普通混凝土干=19502500kg/m3 3、轻混凝土干1950kg/m3,轻混凝土又分为:(1)轻骨料混凝土干=8001950kg/m3(2)多孔混凝土干=3001000kg/m3(3)大孔混凝
2、土:普通大孔混凝土干=15001900kg/m3 轻骨料大孔砼干=5001500kg/m3(二)按混凝土的抗压强度的大小分类:1、普通混凝土 2、高强砼fcu 60MPa 3、超高强砼fcu 100MPa,(三)按砼生产和施工方法的不同可分为:泵送砼、喷射砼、碾压砼、压力灌浆砼及商品 砼等。(四)根据用途不同可分为:结构砼、防水混凝土、道路砼、水工砼、耐热砼、耐酸砼、防 射线砼、膨胀砼等。(五)根据所用胶凝材料的不同可分为:水泥 砼、沥青砼、石膏砼、水玻璃砼、硅酸盐砼及聚合物混凝土等。,三、混凝土的特点:,(一)混凝土的优点:1、原材料丰富、价格低廉、可就地取材。2、有良好的可塑性,易于塑制成
3、型。3、易于配制不同性能的砼。4、具有较高的力学强度和良好的耐久性。5、可充分利用工业废料,有利于环境保护。(二)混凝土的缺点:1、自重大、比强度小。2、脆性大、易开裂。3、施工周期长,质量波动大。,第一节 普通混凝土的原材料,概述:普通混凝土的概念:普通混凝土是指采用水泥、砂、石和水配制而成的表观密度为21002500的人造石材。一、普通混凝土组成材料作用(一)水泥+水水泥浆 1、硬化前包裹和润滑。2、硬化后胶结和填充。,(二)粗、细集料:硬化前后主要起骨架作用,占混凝土总体积的7080%,所以又称粗细集料为“骨料”二、普通混凝土组成材料的技术要求(一)水泥 1、水泥品种的选择 根据混凝土工
4、程性质与特点、工程所处环境及施工条件按所掌握的各种水泥特性进行合理选择。2、水泥强度等级的选择 水泥强度等级的选择应当与所设计混凝土的强度等级相适应,一般以水泥强度为混凝土强度的1.5倍左右为宜,对于高强度的混凝土可取1倍左右。,注意:工程中不正确观点一 六大通用水泥新标准与老标准的差异,仅是下降一级的强度等级,等同于水泥标号。原因:正确作法:我国水泥新标准是强制性的国家标准,必须贯彻执行。所以应熟知新、老标准间的不同点,并以新标准为准绳,指导水泥的生产和应用。,工程中不正确观点二:不同品种、等级的水泥混用原因:正确作法:不同品种的水泥具有不同的性能特点,理解水泥的特点是正确选择水泥品种的基础
5、。在工程中通常按环境条件、工程特点、混凝土所处部位选择相应的水泥,通用水泥的特性和适用范围在一般的建筑材料教材中都有表格说明。,工 程 示 例,某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水泥铺筑路面,见图。使用两年后,表面耐磨性差,已出现露石,且表面有微裂缝。对于水泥混凝土路面,“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面,也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。,(二)骨料,1.细骨料 粒径4.75 mm以下的骨料称为细骨料,俗称砂。(1)细骨料的种类及其特性:砂按产源分为天然砂、人工砂两类。A:天然砂:是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形
6、成的、粒径小于4.75 mm的岩石颗粒。根据产源不同,天然砂可分为:河砂、湖砂:其颗粒圆滑,比较洁净,产源广。,山砂:与河砂相比有棱角,表面粗糙,但 含泥量和有机杂质含量较多;淡化海砂:虽然有河砂的优点,但常混有贝壳碎片等杂质,另外盐分含量较多。一般工程上多使用河砂,如使用山砂和海砂应按技术要求进行检验。B:人工砂:是天然岩石由人工破碎得到的粒径经小于4.75 mm的岩石颗粒经除土处理的机制砂、混合砂的统称。国家标准GB/T 146842001建筑用砂规定了建筑用砂的技术要求。,(2)细骨料的技术性质:,颗粒级配及粗细程度、颗粒形状和表面特征、强度、坚固性、含泥量、泥块含量、有害物质及碱集料反
7、应等。1:有害杂质:骨料除不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物外,对卵石和碎石中的有机物、硫化物及硫酸盐作出限制,另还对砂中的云母、轻物质、氯化物作出限制。硫化物、硫酸盐、有机物及云母等对水泥石有腐蚀作用,会降低混凝土的耐久性。,云母及轻物质(表观密度小于2.0 kg/m3),它们本身强度低,与水泥石黏结不牢,因而会降低混凝土强度及耐久性。氯离子对钢筋有腐蚀作用,当采用海砂配制钢筋混凝土时,海砂中氯离子含量不应大于0.06(以干砂的质量计),对预应力混凝土,则不宜用海砂。含泥量是指天然砂粒径小于75 m的颗粒含量。砂中的原粒径大于1.18 mm,经水浸洗、手捏后小于0.60 mm的
8、颗粒含量称为砂的泥块含量。,2颗粒形状及表面特征:,集料的颗粒形状和表面特征对水泥混凝土和沥青混合料的性能有显著的影响。通常,集料颗粒有浑圆状、多棱角状、针状和片状四种类型的形状。其中,较好的是接近球体或立方体的浑圆状和多棱角状颗粒。而呈细长和扁平的针状和片状颗粒对水泥混凝土的和易性、强度和稳定性等性能有不良影响。,集料的表面特征又称表面结构,是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等。集料按表面特征分为光滑的、平整的和粗糙的颗粒表面。集料的表面特征主要影响混凝土的和易性和与胶结料的粘结力,表面粗糙的集料制作的混凝土的和易性较差,但与胶结料的粘结力较强;反之,表面光滑的集料制作的混凝土的和易性较好,一
9、般与胶结料的粘结力较差。,3砂的颗粒级配及粗细程度,A:颗粒级配及粗细程度的概念:颗粒级配是指粒径大小不同的集料相互搭配的比例情况。,砂的粗细程度:是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。B:筛分析试验:砂子的粗细程度和颗粒级配,通常采用筛分析的方法进行测定,所用筛子为孔径为 4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm的标准筛。,在具体计算时,Ai我们只取百分数的分子部分。,C:砂的颗粒级配、粗细程度的表证参数,A:砂的粗细程度的表证参数:细度模数f,B:砂的颗粒级配的表证参数:级配区和级配曲线,细骨料级配评定表,2.粗骨料,(1)粗骨料的种类及其特性 普通混凝土常用
10、的粗骨料有碎石与卵石两种。(2)混凝土用碎石或卵石的质量要求建筑用碎石、卵石(GB/T14685-2001)普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ53-92),有害物质含量 泥和泥块含量 泥:粒径小于0.075mm的颗粒。泥块:粒径大于4.75mm经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒。碱活性骨料:指含有活性SiO2的岩石颗粒。强度:工程中主要用骨料的压碎指标值的大小来表证骨料强度的大小。压碎指标,颗粒形状 针状颗粒:是指颗粒长度大于该颗粒所在粒级平均粒径 2.4 倍的颗粒。片状颗粒:是指颗粒厚度小于该颗粒所在粒级平均粒径 0.4 倍的颗粒。最大粒径 粗骨料公称粒级的上限 按混凝土结构
11、工程施工及验收规范(GB50204-2002)的规定,混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4,且不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板,骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3,且不得超过40mm。,颗粒级配 标准筛的孔径为 2.36、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75 及 90mm 等共 12 个筛。粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种。连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配。间断级配是指石子用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配,中间为不连续的级配,工程中不宜采用单一的单粒级配制混凝土,工程及生产中存在的问题,一:砂、石骨料有害
12、杂质含量超标 二:用“体积”控制砂子的用量三:石子最大粒径、针、片状颗粒超标,(三)、混凝土拌合及养护用水,工程中有四类水不能用来拌制砼:1、海水2、富有有机杂质的沼泽水、含有腐植酸或其他酸、盐的污水和工业废水3、氢离子指数PH4的水4、影响砼物理力学性能的水具体工程中参照JGJ63-89的规定执行,根据JGJ63-89 的规定,对混凝土用水的质量要求是:不影响混凝土的凝结和硬化;无损于混凝土强度发展及耐久性;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。,第二节 普通混凝土的主要技术性质,一、砼拌合物的和易性(一)、和易性的概念(二)、和易性的指标及检测方法 1、坍落度试验:A、试
13、验方法 B、表征参数:坍落度 C、适用范围:适用于骨料最大粒径不超过40mm,坍落度值不小于10mm的混凝土拌合物流动性的测定。,2、维勃稠度试验 A、试验方法 B、表征参数 C、适用范围:适用于骨料最大粒径不超过40mm,维勃稠度在530s的混凝土拌合物流动性的测定。(三)和易性的选择:见课本P102表4-19,砼拌合物和易性实验设备,(四)、影响和易性的因素,1、水泥浆用量规律:在水灰比不变的情况下,单位体积拌合物内的水泥浆含量愈高,拌合物的流动性愈大(前提是拌合物未出现流浆现象。)2、水泥浆的稠度(亦即水灰比)规律:在水泥用量一定的情况下,水灰比愈小,水泥浆的稠度愈大,拌合物的流动性愈小
14、。1、2归结为单位体积用水量对拌合物的影响。3、砂率 砂率指砼中砂的质量占砂、石总质量的百分比。影响规律见P105图4-11、12,合理砂率:是指在用水量及水泥用量定时,能使砼拌合物获得最大流动性,且粘聚性及保水性良好的砂率值。4、水泥品种和骨料的性质 5、外加剂 6、温度与时间 提高温度会使砼拌合物的坍落度减小,据测定,温度每增高10,坍落度大约减少2040mm 随着时间的延长,砼拌合物的坍落度也会逐渐降低,原因是由于拌合物的一些水被骨料吸收、一部分水蒸发损失以及化学反应等。坍落度随时间的减小称为坍落度损失,施工中应考虑到这个因素。,(五)改善和易性的措施,1、通过试验,采用合理砂率,并尽可
15、能的采用较低的砂率。2、改善砂石的级配。3、在可能的条件下,尽量选用较粗的砂、石。4、有条件时尽量掺用外加剂。(六)砼拌合物和易性的调整原则:当砼拌合物坍落度太小时,保持水灰比不变,增加水泥浆的用量;当砼拌合物的坍落度太大时、粘聚性良好时,保持砂率不变,增加砂石用量。,二、普通混凝土的强度,1、砼立方体抗压强度 根据标准试验方法,规定以边长为150mm的立方体试件为标准试件,在标准养护条件(温度203、相对湿度90%以上)下,养护到28天,测定其抗压强度来确定。以fcu来表示。注:标准试验方法包括试件成型方法、试件破型时的加荷速度。,砼强度检验用实验设备,不同尺寸砼立方体试件抗压强度换算系数,
16、100mm试件换算系数为0.95200mm试件换算系数为1.05,2、砼立方体抗压强度标准值:是指按标准试验方法测得的立方体抗压强度总体分布中的一个值,强度低于该值的百分率不超过5(亦即具有95保证率的立方体抗压强度)。3、砼强度等级:是指按照砼立方体抗压强度标准值划分出的不同的强度范围。C10、C15、C20、C25、C30、C25、C40、C45、C50、C55及C60等十二个等级。,4、混凝土的轴心抗压强度fcp(1)轴心抗压强度试验用标准试件尺寸:150 x150 x300mm(2)普通混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度间的换算关系:fcp=0.70.8fcu 5、混凝土的抗拉强度,6
17、、混凝土的抗折强度,(1)标准试件尺寸:150 x150 x600(550)mm(2)混凝土抗折强度计算公式:,(3)尺寸换算系数与折算系数:100mm400mm为0.85;跨中单点加载再乘0.85,7、影响砼强度的因素,(1)、水泥强度等级和水灰比,A、B系数为经验系数,与粗骨料的品种有关:碎石:A=0.46 B=0.07 卵石:A=0.48 B=0.33,1由本公式得出的水泥强度等级、水灰比对砼立方体抗压强度的影响规律为:在水灰比一定的情况下,水泥的强度等级越高,混凝土的立方体抗压强度越大;在水泥的强度等级一定的情况下,水灰比越小,混凝土的立方体抗压强度越大。2保罗米公式在工程中的应用:A
18、:已知配制混凝土用水泥的强度等级、水灰比,估算标准养护条件下混凝土28天的抗压强度。B:已知要求配制的混凝土的立方体抗压强度值、水泥的强度等级,计算配制混凝土时应采用的水灰比。C、已知要求配制的混凝土的立方体抗压强度值、拟采用的水灰比值,确定水泥的强度等级。,(2)、骨料的种类、质量及数量,(3)、养护条件与龄期A:养护条件-养护温度和湿度 规律:在保证水泥正常水化的前提下,养护温度越高,砼的强度发展速度(不是强度)越大。B:龄期-规律:在水泥正常水化前提下,养护龄期越长,砼的强度越高。,本公式的应用条件:1:配制砼用水泥为普通硅酸盐水泥 2:砼采用标准养护方式养护。3:龄期n不小于3。(4)
19、、施工方法及施工质量(5)、试验条件 试验条件主要考虑:试件尺寸、加荷速度等。,8、提高混凝土强度的措施,提高强度的措施有以下五点;(1)、采用高等级水泥。(2)、减小水灰比,或采用用水量较少的干硬性砼。(3)、改进施工工艺、采用机械搅拌和机械振捣(4)、采用湿热处理。湿热处理有两种方法。(5)、掺入砼外加剂、掺合料,工程中存在的问题,混凝土抗压强度值等同于强度等级,三、混凝土的变形性能,1、化学收缩:2、干湿变形:A-湿涨 B-干缩3、温度变形:注意砼的温度膨胀系数 10X10-54、在荷载作用下的变形:(1)在短期荷载作用下的变形 1)混凝土的弹塑性变形 2)混凝土的变形模量-静力弹性模量
20、,(2)徐变 A:概念砼在长期荷载作用下,沿作用力方向产生的随时间而增长的变形。B:徐变的特点在荷载不变的情况下,随时间的增加而增长;早期增长快,后期增长速度变慢;不可完全恢复。C:徐变产生的机理:10渗出假说:20粘性流动学说:D:徐变的影响因素:10环境湿度,20水泥和水灰比,30骨料和骨料体积率,40尺寸效应,50应力状态,60温度。,四、普通混凝土的耐久性,A:耐久性的概念:混凝土的耐久性是指混凝土在所处环境及使用条件下经久耐用的性能。(一)混凝土的抗渗性 A、概念:B、表征参数:a-抗渗系数 b-抗渗等级,(二)抗冻性 A、概念:B、表征参数:抗冻等级(三)抗侵蚀性(四)混凝土的碳化
21、 1碳化及其对混凝土性质的影响 Ca(OH)2+C02+nH20 CaC03+(n+1)H2O 碳化过程是空气中的CO2由表及里向混凝土内部扩散的过程。碳化对混凝土性质有明显影响,主要有以下三方面:,(1)混凝土的碱度降低,减弱了对钢筋的保护作用.(2)混凝土收缩显著增加(3)混凝土抗压强度有所提高 2、影响混凝土碳化速度的主要因素(6项)(1)水泥品种和混合材料掺量(2)水灰比(3)碳化时间(4)环境的湿度(5)环境中CO2的浓度(6)外加剂,(五)碱骨料反应(Alkali-Aggregate.Reaction简称AAR),1、碱骨料反应的概念:碱骨料反应是指混凝土内水泥中的碱性氧化物(此处
22、专指氧化钠和氧化钾)含量较高时,碱会与骨料中所含的活性二氧化硅发生化学反应,并在骨料表面生成一层复杂的碱硅酸凝胶,其反应式如下;Na20+SiO2+n H2ONa20Si02nH2O,这种凝胶吸水后,会产生很大的体积膨胀(约增大3倍以上),而且膨胀是无限的(即指不断吸水、不断肿胀),从而导致混凝土胀裂,这种现象称为碱骨料反应。,2、混凝土发生碱骨料反应必须同时具备以下三个条件,(1)水泥中含碱量(K20+Na2O)0.6(折算成Na2O);(2)砂、石骨料中夹杂有非晶质的活性二氧化硅矿物,如蛋白石、玉髓、鳞石英和燧石等,它们常存在于流纹岩、安山岩、凝灰岩等天然岩石中。(3)有水存在。,3、预防
23、碱骨料反应的措施,(1)采用含碱量小于0.6的水泥(2)在水泥中掺加火山灰质混合材料,如沸石岩、粉煤灰、火山灰等(3)加强骨料生产的质量控制(4)适当掺入引气型外加剂,B、提高混凝土耐久性的途径,(1)合理选择水泥品种和强度等级(2)选用品质良好的骨料 如骨料的坚固性、有害杂质含量、级配等都应考虑。(3)提高混凝土的密实度(4)改善混凝土的孔隙特征以减少大的开孔(5)采用机械施工以保证搅拌均匀、振捣密实,同时加强养护,特别是早期养护。,第四节 普通混凝土配合比设计,混凝土的配合比通常是指混凝土中水泥、水、砂、石子四种主要组成材料用量之间的比例关系。常用的表示方法有两种:一种是以每m3混凝土中各
24、材料的用量(kg)来表示的,例如水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg;另一种是以水泥为1,表示出各材料用量之间的比例关系,如上述数据可写成为水泥:砂:石子1:2.40:4.0 0,水灰比0.60。,一、配合比设计的一般要求,(1)混凝土拌合物具有良好的和易性,以满足施工要求;(2)满足结构设计及施工进度要求的强度;(3)满足具体要求的抗渗、抗冻等方面的耐久性;(4)在满足上述要求的前提下,做到尽量节约水泥,合理地使用材料和降低成本。(经济),二、配合比设计参数的确定原则,设计参数:水灰比、砂率、单位体积用水量水灰比砼强度、耐久性砂率在保证混凝土拌合物和易性的前提下,尽量
25、选用较小的砂率,以满足经济性的要求。单位体积用水量要尽量小一些,以降低水泥浆的用量,满足和易性和经济性的要求,三、配合比设计的基本资料,(1)混凝土强度设计要求 混凝土强度等级。(2)混凝土耐久性要求 混凝土所处环境条件或要求的抗冻等级及抗渗等级。(3)原材料情况:(4)施工条件及工程性质,四、混凝土配合比设计程序,(1)初步配合比的计算(2)试配确定基准配合比(3)检验强度确定试验室配合比(4)施工配合比的换算,五、配合比的设计步骤,(一)确定初步配合比 1确定混凝土配制强度(fcu.0),的取值:10查表(课本表4-30)20由施工单位的原始资料计算:,2、初步确定水灰比(W/C)及耐久性
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