第3章 水泥混凝土和砂浆g

1一、混凝土拌和物的性能混凝土拌合物——混凝土在未凝结硬化以前，称作新拌混凝土，或混凝土拌合物。混凝土拌合物必须具有良好的和易性，以便于施工，保证能获得良好的浇灌质量。第三章混凝土和砂浆第1节水泥混凝土概述2混凝土搅拌机3振动台4抗压试模56混凝土是由胶凝材料，水和粗细集料按适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。低强度混凝土＜20MPa中强度混凝土20～60MPa高强度混凝土≥60MPa超高强度混凝土：＞1050MPa按密度分按抗压强度标准值分（28天抗压强度R28）重砼＞2600kg/m3普通砼1950～2500kg/m3（一般2400kg/m3）轻砼＜1950kg/m3混凝土定义7优点抗压强度高、稳定性好、耐久、耐火、原材料丰富、维修费用低，成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。缺点抗拉强度低（约为抗压强度的1/10～1/20）、变形性能差；舒适性较差，维修困难；导热系数大〔约为1.8W/（m·K）〕；体积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。8正在施工的秦山核电站9三峡工程钢筋混凝土重力坝喷射混凝土施工10水泥混凝土路面美国：已建成的高速公路网：51%；新建道路中：高速公路55%一级公路：22%英国主干道（70年代后修建）：22%加拿大：1975年－5.5％、1982年－10%11我国水泥混凝土路面比例年份水泥混凝土路面里程（km）高级、次高级路面里程（km）水泥混凝土路面比例(%)1970200229760.87198016001578511.011990113732599584.3719943554935314210.07200011575459551219.44200115017767218022.3412第2节普通水泥混凝土的组成材料水泥品种：考虑工程特点、环境及施工条件强度等级或标号：与混凝土的设计强度等级相匹配粗集料力学性能：强度、压碎值、坚固性、磨耗率等级配：连续级配最大粒径：与结构尺寸有关表面特征：粗糙程度、颗粒形状等有害杂质：有机质、泥土、硫酸盐类13外加剂外加剂是在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量5%（特殊情况下除外），并能按照某些要求改善混凝土性能的物质细集料级配与细度模数有害杂质水14品种的选择配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，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，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.1～1.6倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0.7-1.1倍左右。一、水泥15集料(骨料)1.粗集料（1）强度（2）坚固性（3）级配（4）最大粒径的选择（5）表面特征和形状（6）有害杂质的含量（7）碱活性检验2.细集料（1）级配和细度模数（2）有害杂质的含量1）含泥量和泥块含量2）云母含量3）轻物质含量4）有机质含量5）硫化物和硫酸盐含量还需要测定表观密度16定义粒径大于4.75mm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。二、粗集料171.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9.50～19.0mm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：Qc——压碎指标值；G1——试样的质量，g；G2——压碎后的筛余量，g。%100121cGGGQ＝18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.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。见下表。193.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与间断级配两种。连续级配是石子由小到大连续分级；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。204.最大粒径混合料中筛孔通过率为100%的最小标准筛孔尺寸。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。公称最大粒径指混合料中筛孔通过率为90～100%的最小标准筛孔尺寸215.针片状颗粒含量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倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。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22定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。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。河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等三、细集料（砂）砂天然砂人工砂机制砂混合砂231.颗粒级配（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。（2）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。（3）颗粒级配采用筛分法确定。242.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＜0.06253.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。26项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（质量计，%）0＜1.0＜2.0天然砂含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量（%）＜3.0＜5.0＜7.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0MB值≥1.40或不合格石粉含量（%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0人工砂石粉含量和泥块含量271.拌和用水水质不纯最常见的危害①影响混凝土的和易性和凝结；②有损于混凝土强度发展；③降低混凝土耐久性,加快钢筋腐蚀,导致预应力钢筋脆断；④使混凝土表面出现污斑等。2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。水的分类：饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。要求：能饮用的水均能用于制备砼。当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—1989）的规定。四、砼拌和用水281.外加剂的定义——在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5%。2.功能:（1）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂、灌浆剂等）（2）调节凝结时间硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等）（3）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）（4）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱-集料反应抑制剂等）3.掺加方法：先掺法、后掺法、同掺法。五、砼外加剂294.常用外加剂（1）减水剂1）技术经济效益①工作性、水泥用量不变,可以减少用水量,提高混凝土强度②用水量、水泥用量不变,可增大混凝土的流变性③工作性、强度不变,可节约水泥用量302）减水剂的种类①木质素磺酸盐类②聚烷基芳族磺酸盐类③三氯氰氨胶甲醛树脂磺酸盐类3）注意①掺量为水泥量的0.5%～1.0%，减水率为10%～27%；②28d强度提高30%～50%；③当水泥用量相同和强度相近时，可使塑性混凝土的坍落度增加150mm以上。④适用于蒸养混凝土、高强混凝主、早强混凝土及流态混凝土。311）机理：经搅拌能在混凝土拌和物中引入大量分布均匀的独立微小气泡，以改善其工作性，并在其硬化后能保留微小气泡以改善其抗冻融耐久性的物质。2）常用种类：有松香热聚物、烷基磺酸钠、脂肪醇磺酸盐类等阴离子表面活性剂。3）适宜掺加量：为水泥用量的0.005%～0.01%,混凝土中含气量为3%～6%4）作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。5）缺点：由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。（2）引气剂321）机理早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。2）种类通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。3）作用掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（2d强度）40%以上，使砼达到28d强度的养护时间缩短1/2。常用于混凝土快速低温施工。（3）早强剂331）机理缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无不利影响的外加剂。缓凝剂能延缓水泥凝结时间，是因为在水泥及其水化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。2）常用缓凝剂的种类①羟基羧酸盐如酒石酸、酒石酸甲纳、柠檬酸、水杨酸等。②多羟基碳水化合物如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。③无机化合物如Na3PO4、Na2B4O7、Na2SO4等。3）应用缓凝剂用于桥梁大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，延长放热时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性。（4）缓凝剂341.和易性的概念——和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括三方面的含义。一、混凝土拌合物的和易性（工作性）流动性可捣实性稳定性：保水性、粘聚性和易性的三个方面第3节混凝土的技术性质35和易性（工作性）的概念混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性粘聚性保水性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质。保证混凝土硬化后的质量36混合料分层现象示意图372.和易性测定方法目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。在工地和试验室，通常采用测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性三方面结合的方法。主要的试验方法有：（１）坍落度与坍落扩展度法（２）维勃稠度法38定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值——坍落度（单位mm）。适用范围：集料最大粒径不大于40mm；坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。（1）坍落度39如图，混凝土拌和物分三层装入坍落度筒；坍落度：筒高与坍落后