第4章-混凝土与砂浆

第4章混凝土与砂浆本章学习指导历史回顾4.1普通混凝土的组成材料4.2混凝土拌合物的性能4.3硬化后混凝土的性能4.4混凝土的质量控制与强度评定4.6有特殊要求混凝土及混凝土新进展4.7砂浆创新能力培养常见问题及解答练习题4.5普通混凝土的配比设计本章学习指导本章是本课程的重点，共7个知识点。本章的学习目标是：⑴掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用。熟练掌握各种组成材料各项性质的要求，测定方法及对混凝土性能的影响。⑵熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。⑶熟练掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性及其影响因素。⑷熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法。⑸了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。⑹掌握砌筑砂浆的性质、组成、检测方法及其配比设计方法。⑺熟悉抹面砂浆的主要品种性能要求及其配制方法。本章的难点是混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比设计。建议本章学习紧密结合工程实际，通过工程实例的分析学习，进一步理解相关知识，并提高自己分析解决问题的能力。建议课内10学时,课外6学时。历史回顾普通水泥的抗拉强度较低，只有抗压强度的十分之一。1867年法国园艺师蒙尼亚突发奇想，在花盆外箍上几道铁丝作保护，然后在铁丝外抹上一层水泥砂浆，其花盆结实耐用。19世纪末，俄国建筑师别列柳布斯基对蒙尼亚的发明作了研究并作出改进，一是在水泥浆料中加入相当数量石块；二是用钢筋代替铁丝。这样，钢筋混凝土正式诞生了。钢筋混凝土诞生漫谈4.1普通混凝土的组成材料普通混凝土一般是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能，经常还加入适量的外加剂和掺合料。砂子水泥浆石子基础知识4.1.1水泥1.水泥的品种选择配制混凝土时，应根据混凝土工程的性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。2.水泥强度等级的选择2.水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般选择以水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.5～2.0倍为宜。4.1.1水泥观察与讨论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(如下图)，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C3S53％，C2S25％，C3A15％，C4AF7％。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讨论讨论道路水泥混凝土质量与水泥选用该路面磨损较严重，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。4.1.1水泥工程实例分析现象原因分析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个多月并存放在潮湿地方的水泥。拆完大梁底模板和支撑后，1984年1月4日下午房屋全部倒塌。原因分析使用受潮水泥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，用回弹仪测量，其平均抗压强度仅5MPa左右，有些地方竟测不出回弹值。此外还存在着振捣不实，配筋不足等问题。基础知识4.1.2骨料骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的65％～80％，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。（4.75mm）1.骨料的技术性质2.细骨料3.粗骨料1.骨料的技术性质骨料的各项性能指标将直接影响混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：颗粒级配及粗细程度、颗粒形态和表面特征、强度、坚固性、含泥量、有害物质及碱集料反应等。2.细骨料（建设用砂）粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、机制砂两类。天然砂是由于自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成。国家标准GB/T14684-2011《建设用砂》规定了建设用砂的技术要求。JGJ206-2010《海砂混凝土应用技术规范》对海砂的相关技术要求作出了规定。3.粗骨料粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石是由于自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒（平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值）。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。卵石碎石4.骨料技术性质对混凝土性能的影响（1）颗粒级和配粗细程度砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体粗细程度。砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒之间相互搭配情况。采用砂的筛分试验法分析颗粒级配。4.75mm、2.36mm、1.18mm、600um、300um、150um。2345611()5()100-XAAAAAAMA细度模数细度模数衡量砂子粗细程度的指标4.骨料技术性质对混凝土性能的影响0.15mm0.30mm0.60mm1.18mm2.36mm4.75mm由粗到细，依次过筛分计筛余百分率a1a2a3a4a5a6累计筛余百分率A1A2A3A4A5A6各筛的筛余量砂的总量500g干砂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。4.骨料技术性质对混凝土性能的影响（1）颗粒级和配粗细程度粗骨料的颗粒级配分连续级配和间断级配（又称单粒级）两种。90mm、75.0mm、63.0mm、53.0mm、37.5mm、26.5mm、19.0mm、16.0mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm。粗细程度Mx特粗砂Mx＞3.7粗砂Mx=3.1~3.7中砂Mx=2.3~3.0细砂Mx=1.6~2.2特细砂Mx=0.7~1.5粉砂Mx＜0.74.骨料技术性质对混凝土性能的影响（2）颗粒形态和表面特征骨料特别是粗骨料的颗粒形状和表明特征对水泥混凝土和沥青混合料的性能有显著的影响。粗骨料颗粒外形有方形、圆形、针状、片状等。碎石、卵石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒，颗粒厚度小于该颗粒所属相应粒级的平均粒径0.4倍者为片状颗粒。影响粘结力。（3）强度粗骨料：抗压强度和压碎指标。（4）坚固性骨料在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。硫酸钠溶液，机制砂还要用压碎指标试验。4.骨料技术性质对混凝土性能的影响（5）含泥量和泥块含量天然砂或卵石、碎石中粒径小于75μm的颗粒含量称为含泥量；原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量称为泥块含量。（6）有害物质骨料中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物，细骨料中有害物质包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物和贝壳等。粗骨料中的有害物质主要有机物、硫化物及硫酸盐，有时也有氯化物，它们对混凝土的危害与细骨料相同。（7）碱-骨料反应水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。包括碱硅酸盐反应和碱碳酸盐反应。（8）骨料的含水状态：干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态。5.建设用砂技术要求（1)颗粒级配（2）含泥量、石粉含量和泥块含量（3）有害物质（4）坚固性（5）表观密度、松散堆积密度和空隙率（6）碱-骨料反应（7）含水率和饱和面干吸水率6.建筑用卵石、碎石的技术要求（1）最大粒径及颗粒级配（2）含泥量和泥块含量（3）针片状颗粒含量（4）有害物质（5）坚固性（6）强度（7）表观密度、连续级配松散堆积空隙率（8）吸水率（9）碱-骨料反应（10）含水率和堆积密度7.再生骨料混凝土用再生骨料指由建筑垃圾中混凝土、砂浆、石或砖瓦等加工而成的骨料。JGJ/T240-2011《再生骨料应用技术规程》规定：Ⅰ类再生粗骨料可以用于配制各种强度等级的混凝土；Ⅱ类再生粗骨料宜用于配制C40及以下强度的混凝土；Ⅲ类再生粗骨料可用于配制C25及以下强度等级的混凝土，不宜用于配制有抗冻要求的混凝土。Ⅰ类再生细骨料可以用于配制C40及以下强度的混凝土；Ⅱ类再生细骨料宜用于配制C25及以下强度等级的混凝土；Ⅲ类再生细骨料不宜用于配制结构混凝土。再生骨料不得用于配制预应力混凝土。观察与讨论讨论4.1.2骨料石子形状对混凝土性能的影响请观察下图中A、B、C三种石子的形状有何差别，分析其对拌制混凝土性能会有哪些影响。A、碎石1B、碎石2C、卵石讨论石子形状对混凝土性能的影响A为碎石1，针片状颗粒含量较多。此针片状的碎石过多，比表面积大，不仅会影响混凝土和易性，还会影响强度。B为碎石2，表面较粗糙，多棱角，比表面积较碎石1小，拌制混凝土时的性能优于碎石1。C为卵石，表面光滑、少棱角，比表面积较小。故拌制混凝土时所需水泥量较小。混凝土拌合物的和易性较好。但卵石与水泥石粘结力会较差。在相同条件下，混凝土强度较低。工程实例分析现象原因分析4.1.2骨料某中学一栋砖混结构教学楼，在结构完工后进行屋面施工时，屋面局部倒塌。经审查设计方面，未发现任何问题。对施工方面审查发现：所设计为C20的混凝土，施工时未留试块，事后鉴定其强度仅C7.5左右，在断口处可清楚看出砂石未洗净，骨料中混有鸽蛋大小的粘土块粒和树叶等杂质。此外，梁主筋偏于一侧，梁的受拉区1/3宽度内几乎无钢筋。骨料杂质多危害混凝土强度原因分析骨料的杂质对混凝土强度有重大的影响，必须严格控制杂质含量。树叶等杂质固然会影响混凝土的强度，而泥粘附在骨料的表面，防碍水泥石与骨料的粘结，不仅会降低混凝土强度，还会增加拌和用水量，加大混凝土的干缩，降低抗渗性和抗冻性。泥块对混凝土性质的影响严重。骨料杂质多危害混凝土强度基础知识4.1.3混凝土拌和及养护用水混凝土拌和用水及养护用水应符合JGJ63－2006《混凝土用水标准》的规定。混凝土用水包括饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗刷水和海水等。其中，再生水是指污水经适当再生工艺处理后具有使用功能的水。1.混凝土拌和用水2.混凝土养护用水1.混凝土拌合用水（1）混凝土拌合用水水质应符合下表的规定。对于设计使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不得超过500mg/L；对使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量不得超过350mg/L。项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值≥5.0≥4.5≥4.5不溶物（mg/L）≤2000≤2000≤5000可溶物（mg/L）≤2000≤5000≤10000氯离子（mg/L）≤500≤1000≤3500硫酸根离子（mg/L）≤600≤2000≤2700碱含量（mg/L）≤1500≤1500≤1500注：碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。采用非碱活性骨料时，可不检验碱含量。混凝土拌合用水水质要求1.混凝土拌合用水（2）地表水、地下水、再生水的放射性应符合现行国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》的规定。（3）被检验水样应与饮用水样进行水泥凝结时间对比试验。对比试验的水泥初凝时间差及终凝时间差均不应大于30min；同时初凝和终凝时间应符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的规定。（4）被检水样应与引用水样进行水泥胶砂强度对比试验，被检水样配制的水泥胶砂3d和28d强度不应低于饮用水配制的水泥胶砂3d和28d强度的90%。（5）混凝土拌合用水不应有漂浮明显的油脂和泡沫，不应有明显的颜色和异味。（6）混凝土企业设备洗刷水不宜用于预应力混凝土、装饰混凝土、加气混凝