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第四章混凝土第2页混凝土概述混凝土是指以胶凝材料（胶结料）、骨料（或称集料）、水（或不加水）及其他材料为原料，按适当比例配制，经搅拌、振捣成型后，经一定时间养护硬化而成的具有固定形状和一定强度的人造石材。根据混凝土不同条件，具体分类见课本P34；根据所用胶凝材料的不同，土木工程中常用的混凝土有：水泥混凝土沥青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土第3页水泥混凝土的发展概况水泥混凝土自从19世纪20年代问世以来，它在土木工程各领域的应用不断扩展。水泥混凝土已经成为各种工业与民用建筑、桥梁、铁路、公路、水利、海洋、矿山和地下工程中的主导材料。20世纪末，全世界每年平均消耗的水泥混凝土量约为90亿吨，在21世纪它仍将在众多的工程材料中占居主导地位。第4页第一节普通混凝土第5页普通混凝土的特点和发展方向混凝土的优点：①混凝土组成材料来源广泛。②可调整性好。③施工性好。④具有较高的抗压强度。⑤与钢筋具有良好的共同工作性（匹配性）。⑥具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境破坏作用。⑦具有较好的耐火性。第6页混凝土的缺点：①自重大，比强度低。②抗拉强度小，一般只有其抗压强度的1/10～1/15，属于一种脆性材料。③导热系数大。一般为1.5w/m·k，相当于粘土砖的两倍。④硬化慢、生产周期长。第7页普通砼发展趋势：高强、高性质轻质减少生产能耗和劳动强度砼工业的可持续发展技术第8页一、混凝土组成材料普通混凝土是由水泥、水、细骨料（天然砂等）和粗骨料（石子等）等为基本材料，或再掺加适量外加剂、混合材料等制成的复合材料。各组成材料的作用：砂、石等骨料在混凝土中起骨架作用，因此也称为骨料，还可对混凝土起稳定性作用。由水泥与水所形成的水泥浆在混凝土硬化前起润滑作用；在混凝土硬化后，水泥浆形成的水泥石起胶结作用。第9页（一）水泥1.水泥品种的选择工程性质硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥工程特点大体积工程不宜可宜宜宜早强混凝土宜可不宜不宜不宜高强混凝土宜可可不宜不宜抗渗混凝土宜宜不宜宜宜耐磨混凝土宜宜可不宜不宜环境特点普通环境可宜可可可干燥环境可宜不宜不宜可潮湿或水下环境可可可可可严寒地区宜宜可不宜不宜严寒地区并有水位升降宜宜不宜不宜不宜第10页例题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。露石混凝土路面按JTJ012－94《公路混凝土路面设计规范》，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。第11页2.水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应当与混凝土的设计强度等级相适应。通常要求水泥的强度为混凝土抗压强度的1.5～2.0倍；配制较高强度混凝土时，可取0.9～1.5倍。如课本表4-2第12页道路水泥混凝土质量与水泥选用请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面(如图)，该水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为C3S:53％，C2S:25％，C3A:15％，C4AF:7％。请从水泥的角度分析其选用有否不当之处。水泥混凝土道路表面该路面磨损较严重，已出现较多裂纹。可见表面水泥砂浆层干缩较大、耐磨性较差。从资料可见，所选用的水泥熟料矿物组成中C3A含量较高，当水泥中C3A含量较高，其耐磨性较差、干缩较大，可见选用水泥不当。第13页使用受潮水泥广西百色某车间单层砖房屋盖采用预制空心板12m跨现浇钢筋混凝土大梁，1983年10月开工，使用进场已3个多月并存放潮湿地方的水泥。1984年1月4日拆完大梁底模板和支撑，下午房屋全部倒塌。事故的主因：是使用受潮水泥，且采用人工搅拌，无严格配合比。致使大梁混凝土在倒塌后用回弹仪测定平均抗压强度仅5MPa左右，有些地方竟测不出回弹值。此外振捣不实，配筋不足等问题。第14页（二）细骨料（砂）骨料按粒径大小分为:粗骨料细骨料通常粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的70％～80％。因此，骨料质量的优劣对混凝土性能影响很大。第15页第16页1.细骨料的种类及其特性细骨料：粒径4.75mm以下的骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂：河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；山砂：有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多；海砂：常混有贝壳碎片和含较多盐分等有害杂质。人工砂：机制砂：是将天然岩石用机械轧碎、筛分后制成的颗粒，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及细粉含量较多，且成本较高。混合砂：是由机制砂和天然砂混合而成，其技术性能应满足人工砂的要求。第17页砂的含水状态砂的几种含水状态示意第18页依据GB/T14684-2001《建筑用砂》的规定，根据混凝土用砂的质量状态不同可分为：I类砂：适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土；Ⅱ类砂：适合配制强度在60MPa以下的混凝土以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土；Ⅲ类砂：通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土或建筑砂浆。第19页2有害物质含量有害物质是指各种可能降低混凝土性能与质量的物质。通常，应限制云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、氯盐和有机物等的含量，且砂中不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、煤渣等杂物。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（按质量计），％，＜1.02.02.0轻物质（按质量计），％，＜1.01.01.0硫化物及硫酸盐（按SO3质量计），％，＜0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计），％，0.010.020.06有机物（比色法）合格合格合格第20页3砂的颗粒形状及表面特征河、海砂：海砂中常混有贝壳碎片及可溶性盐类山砂：多棱角、表面粗糙第21页4砂的粗细程度及颗粒级配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。通常砂子按粗细程度分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。砂子的粗细对于混凝土材料的内部结构及性能具有明显的影响。用粗砂配制混凝土要比用细砂配制混凝土所需的水泥浆量要节省。但若砂子过粗，则颗粒间难以相互嵌固，使混凝土内部结构难以形成稳定的相互嵌固堆聚结构，从而造成许多不良现象。因此，配制混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。第22页砂的颗粒级配是指不同粒径砂子的颗粒组配情况。也就是指砂中大小颗粒之间的搭配情况。要获得稳定的颗粒堆聚结构，并需要较少的水泥浆时，砂的颗粒级配应该为多种粒径的颗粒相互合理搭配（下图）。第23页筛分法砂筛分析法是用一套方孔孔径分别为9.50mm,4.75mm，2.36mm，1.18mm，600μm,300μcm和150μm的7个标准筛。将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得剩余在各筛上的砂质量：计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率），分别以a1，a2，a3，a4，a5和a6表示；再算出各筛的累计筛余百分率（某一筛与孔径更大的各筛的所有分计筛余百分率之和），分别以A1，A2，A3，A4，A5和A6表示。第24页第25页第26页细度模数（Mx）砂的细度模数(Mx)越大，表示砂越粗。当Mx＝3.7～3.1时为粗砂，当Mx＝3.0～2.3时为中砂，当Mx=2.2～1.6时为细砂，当Mx＝1.5～0.7时为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7～1.6，通常采用中砂较为适宜。23456115100X(AAAAA)AMA第27页级配区累计筛余％筛孔尺寸级配区1239.50mm0004.75mm10～010～010～02.36mm35～525～015～01.18mm65～3550～1025～0600μm85～7170～4140～16300μm95～8092～7085～55150μm100～90100～90100～90第28页筛分曲线第29页砂的细度模数不能反映砂的级配优劣，细度模数相同的砂，其级配可能差别很大。因此，在配制混凝土时，砂的颗粒级配和细度模数应同时考虑。当砂子的级配较好，且其中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙时，这种砂的级配和粗细最适宜，其空隙率及总表面积均较小。配制混凝土时宜优先选用合格的中砂(2区砂）。当采用粗砂(1区砂）时，应适当提高其砂率，并保证有足够的水泥用量以填满骨料间的空隙；当采用细砂(3区砂）时，宜适当降低砂率以控制需要水泥浆包覆的细骨料总表面积。在选择砂源时应本着就地取材的原则。第30页（三）粗骨料（碎石及卵石）粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石子。常用的有碎石及卵石两种。卵石碎石第31页根据其粒径尺寸分布状况的不同，混凝土用粗骨料有连续粒级和单粒级两种；依据其有害杂质含量的多少及强度的高低不同，又可分为I类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。其中：I类粗骨料适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土；Ⅱ类粗骨料适合配制强度在60MPa以下的混凝土，以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土；Ⅲ类粗骨料通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土。建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T14685－2001《建筑用卵石、碎石》的技术要求。第32页1.粗骨料中的含泥量和泥块含量粗骨料的含泥量是指粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于4.75mm,经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。它们在混凝土中均影响其强度与耐久性。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计），％＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（按质量计），％0＜0.5＜0.7第33页2.粗骨料中的有害物质含量混凝土用粗骨料中应严格控制有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质的含量（下表），并且不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。混凝土用粗骨料中有害物质含量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计），％，＜0.51.01.0第34页骨料的碱活性当水泥或混凝土中含有较多的强碱（Na2O，K2O）物质时，在潮湿环境下可能与含有活性二氧化硅的骨料反应，在骨料表面生成一种复杂的碱-硅酸凝胶体，这种反应称为碱-骨料反应。这种碱-硅酸凝胶体吸水时体积将会膨胀3倍以上。碱-骨料反应的化学反应式可简单表达如下：若怀疑所用骨料有可能含有活性骨料时，应根据混凝土结构的使用条件与要求，按规定方法(CECS48：93)进行骨料的碱活性试验。经碱骨料反应试验后，由砂、卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10％。222222nHONaOSiONaOSiOnHO第35页碱—骨料反应引起的错位第36页3粗骨料的颗粒形状及表面特征针状颗粒是指其长度大于平均粒径2.4倍的颗粒；片状颗粒则是指颗粒厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒。对不同类别的粗骨料，其针、片状颗粒含量应符合下表的要求。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针片状颗粒（按质量计），％＜51525第37页4.粗骨料的强度碎石的强度可用其母岩岩石的立方体抗压强度或压碎指标值来表示。卵石的强度则用压碎指标值表示。岩石立方体抗压强度检验是将碎石的母岩制成边长为50mm的立方体试件，在浸水饱和状态下测定其极限抗压强度值。混凝土用粗骨料要求其岩石立方体抗压强度应不小于混凝土抗压强度的1.5倍。通常：对于火成岩，其抗压强度应不小于80MPa；对于变质岩，其抗压强度应不小于60MPa；对于水成岩，其抗压强度应不小于30MPa。第38页压碎指标将一定质量气干状态下粒径为9.0～9.5mm的粗骨料装入标准圆筒内，并在压力机上在3～5min内对粗骨料均匀加荷至200kN，卸荷后称取试样质量G1，然后用孔径为2.36mm的筛筛除被压碎的细粒，称取剩余在筛上的试样质量G2，精确至1g。再按下式计算压碎指标值Qc：Qc——压碎指标值，％；G1——试样的质量，g；G2——压碎试验后筛余的试样质量，g。粗骨料的压碎指标值越小，表示其抵抗受压