第七章____混凝土

第七章混凝土•第一节概述•混凝土是以胶凝材料、细骨料、水组成，必要时深入一定数量的化学外加剂及矿物掺合料，按适当比例配合，经搅拌、成型、硬化而成的一种人造石材。一、混凝土的分类•常见的分类方法•1按胶凝材料的种类分•2按密度分•3按用途分•4按施工工艺分•5按塌落度分•6按配筋分二、混凝土技术的发展•1主要经历了普通混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土三个阶段。20世纪末，混凝土学者又提出了高性能混凝土。•2高性能混凝土（HPC），是一种可持续发展的绿色材料。主要性能：耐久性、工作性、力学性能、适宜性、体积稳定性及经济合理性。三、混凝土拌合物的性能•1和易性：混凝土拌合物的和易性是否良好，实际是流动性、黏聚性、保水性三方面在某种程度上的相对统一。•2影响混凝土和易性的主要因素：水灰比因素、骨料因素。四、混凝土的力学性能•一混凝土的强度强度是混凝土最重要的力学性能。混凝土的强度有立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、抗拉强度等。强度等级分为C15、C20……C80等14个等级。•二、影响混凝土强度的因素•1水泥：一般所用水泥强度等级越大，混凝土的强度越高。•2骨料：具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；•骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；•含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；•具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。•3水灰比：水灰比过大，多余水分越多，混凝土孔隙率越大，混凝土的强度越低，水灰比过小，水泥浆过于干稠，混凝土拌合物的和易性太差，所以，水灰比应当适宜。•4保养:一般能保养期在28d.五、混凝土长期性能和耐久性能•混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种因素破坏的作用，而保持强度和外观完整性的性能。•主要包括：抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性、抗碳化性、抗碱骨料反应等性能。第二节、取样方法细度模数•粗砂：Mx=3.7-3.1•中砂：Mx=3.0-2.3•细砂：Mx=2.2-1.6•特细砂：Mx=1.5-0.7%1001005)(1165432AAAAAAAMx砂的颗粒级配砂的颗粒级配区范围砂的颗粒级配区曲线2、泥、泥块及有害物质•（1）泥及泥块•泥黏附在骨料的表面，防碍水泥石与骨料的黏结，降低混凝土强度，还会加大混凝土的干缩，降低混凝土的抗渗性和抗冻性。泥块在搅拌时不宜散开，对混凝土性质的影响更为严重。•（2）有害物质•砂中的有害物质主要包括硫化物、硫酸盐、有机物及云母等，能降低混凝土的强度和耐久性。•3、坚固性•必须选坚固性好的砂，不用已风化的砂。三、粗骨料•最大粒径的大小表示粗骨料的粗细程度。粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减少，可减少水泥浆用量，节约水泥，且有助于提高混凝土密实度，因此，当配制中等强度以下的混凝土时，尽量采用粒径大的粗骨料。但粗骨料的最大粒径，不得大于结构截面最小尺寸的1/4，并不得大于钢筋最小净距的3/4；对混凝土实心板，最大粒径不得大于板厚的1/2，并不得超过50㎜。质量要求：•泥和泥块含量•有害杂质含量•碱活性骨料•强度•坚固性•颗粒形状•颗粒级配石子强度最大公称粒径与级配•公称粒径的上限为该粒级的最大公称粒径。•级配：骨料含水状态砂的容胀•砂的计量方式宜用重量法四、混凝土拌合及养护用水•凡能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来养护和拌制混凝土。污水、酸性水、含硫酸盐超过1%的水均不得使用。海水一般不用来拌制混凝土。第三节混凝土外加剂••在混凝土拌合物中，掺入能改善混凝土性质的材料，称为外加剂。外加剂的掺入量一般不大于水泥质量的5%。混凝土外加剂按其功能可分为：•1改善混凝土拌合物和易性的外加剂•2调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂•3改善混凝土耐久性的外加剂•4提高混凝土特殊性能的外加剂一、减水剂•按使用条件不同，掺用减水剂可获得如下效果：•（1）在配合比不变的条件下，可提高混凝土流动性，且不降低强度。•（2）在保持流动性和强度不变的条件下，可减少水泥用量。•（3）在保持流动性和水泥用量不变的条件下，强度提高。一、减水剂作用机理•吸附－分散作用；润滑与湿润作用二、早强剂•它能提高混凝土的早期强度，并对后期强度无影响。三、引气剂•能在混凝土拌合物中引入一定量的微小气泡，并均匀分布在混凝土拌合物中。•在混凝土拌合物中形成大量气泡，使水泥浆的体积增加，可提高流动性。若保持流动性不变，可减水10%左右。这些气泡能隔断混凝土中毛细孔的渗水通道，使混凝土的抗渗性和抗冻性提高常用减水剂•木质素系减水剂：掺量0.2-0.3%•萘系减水剂：掺量：0.5-1.0%•树脂类减水剂：0.5-2.0%•氨基磺酸盐类：0.5-1.5%•聚羧酸类减水剂第四节混凝土的掺和料•同水泥混合材第五节普通混凝土拌合物的性质•混凝土的主要性质是和易性。•一、和易性•和易性是指混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能。主要表现为：是否易于搅拌和卸出；运输过程中是否分层、泌水；浇灌时是否离析；振捣时是否易于填满模型。可见，和易性是一项综合性能，包括流动性、粘聚性、保水性和易密性。1、流动性•指混凝土能够均匀密实的填满模型的性能。混凝土拌合物必须有好的流动性。2、粘聚性•浆料的内粘聚或不分离能力。•为什么要有好的粘聚性呢？粘聚性差的拌合物中的石子容易与砂浆分离，并出现分层现•象，振实后的混凝土表面还会出现蜂窝、空洞等缺陷。3、保水性•保水性差，泌水倾向加大，振捣后拌合物中的水分泌出、上浮，使水分流经的地方形成毛细孔隙，成为渗水通道；上浮到表面的水分，形成疏松层，如上面继续浇灌混凝土，则新旧混凝土之间形成薄弱的夹层；上浮过程中积聚在石字和钢筋下面的水分，形成水隙，影响水泥浆与石字和钢筋的黏结。二、和易性的测定•通常是测定拌合物的流动性，粘聚性和保水性一般靠目测。•坍落度法：测定时，将混凝土拌合物按规定方法装入坍落筒内，然后将筒垂直提起，由于自重会产生坍落现象，坍落的高度称为坍落度。坍落度越大，说明流动性越好。•粘聚性的检查方法，是用捣棒在已坍落的拌合物一测轻敲，如果轻敲后拌合物保持整体，渐渐下沉，表明粘聚性好；如果拌合物突然倒塌，部分离析，表明粘聚性差。•保水性的检查方法，是当坍落筒提起后如有较多稀浆从底部析出而拌合物因失浆骨料外露，说明保水性差；如无浆或有少量的稀浆析出，拌合物含浆饱满，则保水性好。坍落度的选择•坍落度的选择原则是：在满足施工要求的前提下，尽可能采用较小的坍落度。三、影响和易性的因素•1用水量•2水灰比•3砂率•4其他影响因素用水量•用水量是决定混凝土拌合物流动性的主要因素。分布在水泥浆中的水量，决定了拌合物的流动性。拌合物中，水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙，并在骨料颗粒表面形成润滑层以降低摩擦，由此可见，为了获得要求的流动性，必须有足够的水泥浆。•实验表明，当混凝土所用粗、细骨料一定时，即使水泥用量有所变动，为获得要求的流动性，所用水量基本是一定的。流动性与用水量的这一关系称为恒定用水量法则。这给混凝土配合比设计带来很大方便。表7-29•注意：增加用水量虽然可以在一定程度上提高流动性，但用水量过大，又使拌合物的粘聚性和保水性变差，影响混凝土的强度和耐久性。因此，必须在保持水灰比即水与水泥的质量比不变的条件下，在增加用水量的同时，增加水泥的用量。水灰比••水灰比决定着水泥浆的稀稠。为获得密实的混凝土，所用的水灰比不宜过小；为保证拌合物有良好的粘聚性和保水性，所用的水灰比又不能过大。水灰比一般在0.5-0.8。在此范围内，当混凝土中用水量一定时，水灰比的变化对流动性影响不大。砂率•3砂率•砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总量的质量百分率。当砂率过大时，由于骨料的空隙率与总表面积增大，在水泥浆用量一定的条件下，包覆骨料的水泥浆层减薄，流动性变差；若砂率过小，砂的体积不足以填满石子的空隙，要用部分水泥浆填充，使起润滑作用的水泥浆层减薄，混凝土变的粗涩，和易性变差，出现离析、溃散现象。而在合理砂率下，在水泥浆量一定的情况下，使混凝土拌合物有良好的和易性。或者说，当采用合理砂率时，在混凝土拌合物有良好的和易性条件下，使水泥用量最少。可见合理砂率，就是保持混凝土拌合物有良好粘聚性和保水性的最小砂率。其他影响因素•4其他影响因素•影响和易性的其他因素有：水泥品种、骨料条件、时间和温度、外加剂等第六节普通混凝土结构和性质•一、混凝土强度•（一）混凝土的抗压强度和强度等级•混凝土强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪，其中以抗压强度为最高，所以混凝土主要用来抗压。混凝土的抗压强度是一项最重要的性能指标。•按照国家规定，以边长为150㎜的立方体试块，在标准养护条件下（温度为20度左右，相对湿度大于90%）养护28天，测得的抗压强度值，称为立方抗压强度fcu.•混凝土按强度分成若干强度等级，混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值fcu,k划分的。立方体抗压强度标准值是立方抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值得百分率不超过5%，即有95%的保证率。混凝土的强度分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等十二个等级。（二）普通混凝土受压破坏特点•混凝土受压破坏主要发生在水泥石与骨料的界面上。混凝土受荷载之前，粗骨料与水泥石界面上实际已存在细小裂缝。随着荷载的增加，裂缝的长度、宽度和数量也不断增加，若荷载是继续的，随时间延长即发生破坏.决定混凝土强度的应该是水泥石与粗骨料界面的黏结强度。（三）影响混凝土强度的因素•1水泥强度和水灰比•从普通混凝土受压破坏特点得知，混凝土强度主要决定于水泥石与粗骨料界面的黏结强度。而黏结强度又取决于水泥石强度。水泥石强度愈高，水泥石与粗骨料界面强度也愈高。至于水泥石强度，则取决于水泥强度和水灰比。这是因为：水泥强度愈高，水泥石强度愈高，黏结力愈强，混凝土强度愈高。在水泥强度相同的情况下，混凝土强度则随水灰比的增大有规律的降低。但水灰比也不是愈小愈好，当水灰比过小时，水泥浆过于干稠，混凝土不易被振密实，反而导致混凝土强度降低。•我国通过实验求得的这种线性关系式为：•fcu=Afc(C/W-B)•式中：fcu——混凝土28天龄期的抗压强度；•C/W——灰水比；fc——水泥实际强度（ISO标准）；A、B——经验系数。•碎石混凝土：A=0.46,B=0.07；•卵石混凝土：A=0.48,B=0.33；•2龄期•混凝土在正常情况下，强度随着龄期的增加而增长，最初的7-14天内较快，以后增长逐渐缓慢，28天后强度增长更慢，但可持续几十年。•3养护温度和湿度•混凝土浇捣后，必须保持适当的温度和足够的湿度，使水泥充分水化，以保证混凝土强度的不断发展。一般规定，在自然养护时，对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥配制的混凝土，浇水保湿养护日期不少于7天；火山灰水泥、粉煤灰水泥、掺有缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土，则不得少于14天。•4骨料：高强混凝土尤其重要•5施工质量•施工质量是影响混凝土强度的基本因素。若发生计量不准，搅拌不均匀，运输方式不当造成离析，振捣不密实等现象时，均会降低混凝土强度。因此必须严把施工质量关。（四）高混凝土强度的措施•1、采用高标号水泥•2、采用干硬性混凝土拌合物•3、采用湿热处理：分为蒸汽养护和蒸压养护。蒸汽养护是在温度低于100度的常压蒸汽中进行。一般混凝土经16-20小时的蒸汽养护后，强度可达正常养护条件下28天强度的70%-80%。蒸压养护是在175度的温度、8个大气压的蒸压釜内进行。在高温高压的条件下，提高混凝土强度。•4、改进施工工艺：加强搅拌和振捣，采用混凝土拌合用水磁化、混凝土裹石搅拌法等新技术。•5、加入外加剂和掺和料：如加入减水剂和早强剂等，可提高混凝土强度。第七节普通混凝土的变形性质•混凝土在硬化后和使用过程中，受各种因素影响而产生变形，主要有化学收缩、干湿变形、温度变形和荷载作用下的变形等，这些都是使混凝土产生裂缝的重要原因，直接影响混凝土的强度和耐久性。（一）化学收缩•混凝土在硬化过程中，水泥水化后的体积小于水化前