第四章混凝土.

第四章混凝土一.普通混凝土的组成材料五.高强混凝土二.普通混凝土的技术性质六.轻混凝土三.混凝土的质量检验和评定七.泵送混凝土四.混凝土的配合比设计八.特种混凝土教学目的和要求1、了解混凝土的组成及各组成在混凝土拌制和硬化后的作用；2、掌握混凝土的技术性质、质量评定、混凝土配合比的设计、混凝土的试验内容和方法。教学内容1、混凝土的概述；2、混凝土的组成材料；3、混凝土拌合物的技术性质；4、硬化混凝土的技术性质；5、混凝土质量的评定；6、普通混凝土配合比设计；7、混凝土外加剂和掺合料；8、其他品种的混凝土。教学重点和难点教学重点：工程对混凝土的要求，既混凝土拌合物的和易性、混凝土的强度、耐久性及经济性；混凝土的实验方法。教学难点：混凝土拌合物和易性，混凝土配合比设计。目前混凝土的用量约为120亿吨，是世界上用量最大的人工建筑材料，随着混凝土性能的不断提高，其用量及应用范围还会增加。混凝土广泛应用于工业与民用建筑、公路、铁路、桥梁、给水排水工程、水利与水电工程、地下工程、国防工程。第一节普通混凝土的组成材料概述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，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”。是目前工程上最大量使用的混凝土品种。“混凝土”一词通常可简作“砼”。三峡工程钢筋混凝土重力坝混凝土的分类按表观密度分类重混凝土ρ0＞2600kg/m3。普通混凝土ρ0＝1950～2500kg/m3。轻混凝土ρ0＜1950kg/m3。按胶凝材料的品种分类水泥混凝土、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。按使用功能和特性分类结构混凝土、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。按生产和施工工艺分类预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土等。按强度分类普通混凝土＜C60。高强混凝土≥C60。超高强混凝土≥C100MPa。按配筋情况分类素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。混凝土的分类混凝土的特点优点–抗压强度高、耐久性好、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，施工方便；–混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋；–性能可根据需要设计调整。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））；–自重大（密度约为2400kg/m3左右）；–硬化较缓慢。第二节普通混凝土的组成材料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一、胶凝材料（水泥、矿物掺和料）水泥的选择品种的选择配制普通混凝土的水泥品种，应根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定，并结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。强度等级的选择原则上，混凝土设计强度等级越高，则水泥强度等级也宜越高。例如：混凝土强度等级C20~C30，宜选用水泥强度等级32.5级；混凝土强度等级C35~C50，宜选用42.5级；大于C50的高强混凝土，一般宜选用52.5级或更高强度等级的水泥；对于C15以下的混凝土，宜选择强度等级为32.5级的水泥，并外掺粉煤灰等掺和料。二、细骨料（砂）定义砂是指粒径在0.15~5mm之间的骨料。分类–按产源分–按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等砂的技术质量要求1.有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是黏土、云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（%)（质量计）＜1.0＜2.0＜2.0轻物质（%)（质量计）＜1.0＜1.0＜1.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（SO3质量计）＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（氯离子质量计）＜0.01＜0.02＜0.062.砂的颗粒级配与粗细程度（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充使砂形成最密致的堆积状态。如果砂的粒径相同，则空隙率很大，在混凝土中填充砂子空隙的水泥浆用量就多。（2）砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合体平均粒径大小。通常用细度模数（Mx）表示，其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度。细度模数越大，表示砂越粗，单位重量总表面积越小，包裹砂表面所需的水量和水泥浆用量越少，可减少拌合用水量，节约水泥，降低水化热，减少混凝土的干缩。过粗时，空隙率会增大，并且粗砂对石子粘聚力低，混凝土易离析。（3）砂的颗粒级配级配、粗细程度技术性质砂的颗粒级配、粗细程度常用筛分法测定，用细度模数表示砂的粗细，用级配区表示砂的级配。根据《建设用砂》（GB/T14684-2011），筛分法用一套4.75、2.36、1.18、0.600、0.300、0.150mm的标准筛，将抽样所得的500g干砂，由粗到细依次过筛，然后称留在各筛上的砂质量（筛余量）m1、m2、m3、m4、m5、m6，并计算各筛上的分计筛余率a1、a2、a3、a4、a5、a6，及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6。分计筛余和累计筛余的关系筛孔尺寸mm分计筛余%累计筛余%4.752.361.180.6000.3150.160a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6注：分计筛余百分率：各筛的筛余量/砂的总量（g）。累计筛余百分率：各筛的分计筛余率加上比该筛大的所有筛的分计筛余百分率之和。细度模数表示粗细。细度模数的计算公式为：细度模数愈大，表示砂愈粗。其中：3.7～3.1为粗砂3.0～2.3为中砂2.2～1.6为细砂1.5～0.7为特细砂计算结果保留到小数点后两位有效数字1165432x1005)AAAAAAAM（＝式中：Mx——细度模数；A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm筛的累计筛余百分率，％。颗粒级配的指标级配区根据600μm筛的累计筛余率的大小，可分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区共三个级配区。详见表。级配良好的粗砂应落在1区；级配良好的中砂应落在2区；级配良好的细砂应落在3区。级配合格判定砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和0.6mm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。方筛孔累计筛余率，％1区2区3区9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm010～035～565～3585～7195～80100～90010～025～050～1070～4192～70100～90010～015～025～040～1685～55100～901）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。2）1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。砂的颗粒级配区范围砂的级配曲线图级配曲线分析Ⅰ区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土。Ⅱ区:中砂为主,最适合配制普通混凝土。Ⅲ区:细砂为主,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩。例：某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.600.300.15筛余量(ｇ)5100150145802023456115100AAAAAAMxA（）43.31100510096805121）（计算细度模数：根据细度模数，该砂属粗砂。在级配区内画出该砂的筛分曲线。该曲线落在1区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。[注]Mx在3.7～3.1为粗砂，Ｍx在3.0～2.3为中砂，Ｍx在2.2～1.6为细砂，Ｍx在1.5～0.7为特细砂。三、粗骨料定义粒径大于5mm的骨料称为粗骨料。分类–按产源分：卵石和碎石–按技术要求分：Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。1.有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。与细骨料中的有害杂质一样，有害物质主要是黏土、硫化物及硫酸盐、有机物等。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（%）（SO3质量计）＜0.5＜1.0＜1.02.颗粒形态及表面特征针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒（%）（质量计）＜5＜15＜25碎石、卵石针片状颗粒含量3.粗骨料最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级。骨料粒径越大，其表面积越小，通常空隙率也相应越小，因此所需的浆体或砂浆数量也可相应减少，有利于节约水泥、降低成本，并改善混凝土性能。从结构上考虑根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。从经济上考虑当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。4.粗骨料的颗粒级配为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配、单级配及间断级配三种。连续级配是石子由小到大连续分级；单级配指从1/2最大粒径开始至最大粒径；间断级配是指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，由于易产生离析，应用较少。5.粗骨料的强度碎石和卵石的强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验：岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。压碎指标是将一定质量风干状态下9.5~19mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：式中：Q——压碎指标值；m——试样的质量，g；m1——压碎后的筛余量，g。1m-mQ100%m＝项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜16四、拌合用水的技术质量要求混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—2006）的规定。定义：掺量≤水泥质量的5%