建筑材料4混凝土.ppt
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1、第五节 混凝土(concrete),混凝土是由胶凝材料、粗细骨料(又称集料)加水拌和后,经一定时间硬化而成的人造石材。世界上用量最大的人工建筑材料。,一、混凝土的分类1.按胶凝材料分类:水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、碱矿渣混凝土、聚合物混凝土。,2.混凝土按照体积密度大小分为三类:(1)重混凝土(02500Kg/M3)(2)普通混凝土(0=19502500Kg/M3)(3)轻混凝土(01950Kg/M3)轻骨料混凝土多孔混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土)大孔混凝土,3.混凝土按强度等级可分为:普通混凝土:强度等级为C7.5-C60;高强混凝土:强度等级为C60-C100;超高
2、强混凝土:强度等级大于C100。,4.混凝土也可按功能或材料分类如防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、纤维混凝土和聚合物混凝土。,5.按施工分类 现浇混凝土、预制混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土。,二、混凝土的特点,原材料来源广泛性能可调整范围大硬化前有良好的塑性与钢筋有牢固的黏结力有较高的强度和耐久性耐火性好缺点:自重大、养护周期长、抗拉强度低、导热系数较大、硬化较慢、生产周期长等。,三、普通混凝土的原材料基本组分:水泥、集料(砂、石)和水现代混凝土:水泥、集料(砂、石)、水、外加剂、掺合料(矿物外加剂),(一)、水泥cement1.水泥作用水泥与水形成水泥浆,水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙
3、,在硬化前,水泥浆起润滑作用,赋于拌合物一定的和易性,便于施工,硬化后,将骨料胶结成一个整体。,2.水泥选择(1)水泥品种选择根据砼所要求的性能指标及所处的环境条件、砼工程特点而选择水泥。(2)水泥强度等级的选择一般强度混凝土,水泥强度等级一般为混凝土强度等级的1.5-2倍。对高强度混凝土,水泥强度等级一般为混凝土强度等级的1.0-1.5倍。对超高强混凝土,选用高强度等级的水泥。,(二)、细骨料(fine aggregate)砂sand砂、石起到骨架的作用,故而又称集料。细骨料粒径一般在0.15-4.75mm之间砂按技术要求分为类、类、类:类宜用于强度等级大于C60的混凝土;类宜用于强度等级在
4、C30C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土;类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,2.颗粒形状及表面特征天然砂(natural sand):河砂、海砂人工砂(artificial sand):山砂、机制砂从流动性上看,人工砂的颗粒形状及表面特征不及天然砂好从粘结力上看,天然砂的颗粒形状及表面特征不及人工砂好,3.砂的粗细程度和颗粒级配 骨料颗粒级配筛分法 累计筛余与分计筛余的关系 砂级配区的规定、砂的级配区筛分曲线 砂的细度模数及级配评定,筛分法,用一套孔径(方孔)为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛筛分。,砂的累计筛余与分计筛余的关系,砂级配区
5、的规定,砂的细度模数,碱骨料反应,碱骨料反应是指当水泥中含碱量(K2O,Na2O)较高,又使用了活性骨料(主要指活性SiO2),水泥中的碱类便可能与骨料中的活性二氧化硅发生反应,在骨料表面生成复杂的碱一硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时,体积会膨胀,从而改变了骨料与水泥浆原来的界面,所生成的凝胶是无限膨胀性的,会把水泥石胀裂。引起碱骨料反应的必要条件是:水泥超过安全含碱量(以Na2O计,为水泥质量的0.6);使用了活性骨料;水。,粗骨料的岩石立方体强度,50mm50mm50mm的立方体(或直径与高均为50mm的圆柱体)试件,在水饱和状态下,测其极限抗压强度。岩石的极限抗压强度应不小于混凝土强度的1.5
6、倍。同时,火成岩试件的强度不宜低于80MPa,变质岩不宜低于60MPa,水成岩不宜低于30MPa。,粗骨料的压碎指标,将一定质量气干状态下1020mm的石子装入一标准圆筒内,在压力机上经160300s内均匀地加荷到200kN;卸荷后称出试样质量G0,然后用孔径为2.5mm的筛筛除被压碎的碎粒,称取试样的筛余量G1,则压碎指标值按下式计算:,(1)最大粒径(最大粒径的选择要考虑钢筋间隙;结构尺寸;搅拌;流动性;强度等因素)。粒径大的好处(流动性好,水泥用量,对强度不利,粒径大,则水泥用量可较少)粒径小的好处(强度,施工时的配筋等)但凡事应辩证的看,粒径越大,虽对强度不利,但它又对需水量有减少的有
7、利的一面,从而也对强度有利。,粗骨料的最大粒径,砂率,砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。,影响砂率的因素,影响砂率的因素:石子级配与最大粒径,砂的细度模数Mx,SpW/C,Sp,外加剂;可适当降低Sp,混凝土砂率选用表,本表适用于坍落度1060mm的混凝土。坍落度若大于60mm或小于10mm,应相应增加或减少砂率。,5.砂的物理性质,(1)密度、表观密度、堆积密度(2)空隙率和填充率(3)含水状态:全干、气干、饱和面干、润湿四种状态,(三)、粗骨料(coarse aggregate)石子(crushed stone)粒径大于4.75mm(1)有害杂质含量(含泥量、针片状颗粒含量、
8、碱骨料反应)(2)按颗粒形状及表面特征分类(碎石、卵石),(3)强度和坚固性1)强度(抗压强度、压碎指标)2)坚固性,(4)最大粒径与颗粒级配1)最大粒径2)颗粒级配(筛分析试验),5.石子的物理性质,(1)密度、表观密度、堆积密度(2)空隙率和填充率(3)孔隙率和密实度(4)含水状态:全干、气干、饱和面干、润湿四种状态,(四)、拌和与养护用水提供流动性(水泥浆)及水泥水化。优先采用符合国家标准的饮用水。水中杂质含量限制值(pH值、氯化物、硫酸盐),(五)、混凝土外掺料,1掺合料分类:(1)活性掺合料活性混合材(2)非活性掺合料2加入目的:(1)节约水泥(经济性、环保)(2)改善砼性能;施工性
9、能,强度,耐久性,混凝土的外加材料外加剂:是在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性质的物质。掺量很小。一般不大于水泥重量的5%(膨胀剂例外,掺量10%)。矿物外加剂(掺合料、外掺料):是指在混凝土拌合物中掺入量超过水泥质量的5,在配合比设计时,需要考虑体积或质量变化的外加材料。如粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等。,掺减水剂可以产生以下几个方面的效果a在原配合比不变的条件下,可增大混凝土拌合物的流动性,且不致降低混凝土的强度。,b在保持流动性及水灰比不变的条件下,可以减少用水量及水泥用量,节约水泥。,c在保持流动性及水泥用量不变的条件下,可以减少用水量,从而降低水灰比,使混凝土的强度及耐久性得到提
10、高。,2)减水剂常用品种(1)普通减水剂(减水率510%)木质素系减水剂多元醇系(2)高效减水剂(减水率10%25%)萘系减水剂水溶性树脂减水剂(3)高性能减水剂(减水率25%)氨基磺酸盐、多羧酸系接枝类共聚物(4)复合减水剂,2.早强剂多用于加速砼硬化,缩短施工周期,加快施工速度提高模板周转率以及抢修工程,早强剂与其他外加剂的复配:(1)复合早强剂早强效果更好(2)早强减水剂发挥早强、减水 的共同特点,3.引气剂使砼在搅拌过程中引入在量的均匀分布的封闭的微小气泡,(201000um)。,主要目的:,(1)改善砼和易性滚珠作用;(2)提高防渗、抗冻性(一定引气量范 围内);(3)强度一般降低,
11、但可以由减水作用 得到一定的补偿。,松香类:松香热聚物,松香皂0.0050.02%;引气量35%;木质素类:不是以引气为主要目的,故掺量稍大,且引气量也不大;烷基苯磺酸盐类:十二烷基苯磺钠等(0.0050.02%)皂素类:0.0010.01%,常用引气剂品种,4.缓凝剂延长混凝土及砂浆的凝结时间 常用缓凝剂类别及掺量范围无机类:(1)硼酸盐、磷酸盐、锌盐等(0.10.2%)有机类:(2)羟其羧酸及盐类;酒石酸,柠檬酸、葡糖酸等(0.030.1%)(3)含糖碳水化合物类,糖蜜、葡糖、蔗糖等(0.10.3%)(4)木质素磺酸类:MCa,MNa等(0.20.8%)(5)多元醇类:如纤维素,多元醇等(
12、0.010.3%,主要机理:缓凝剂吸附于水泥颗粒表面,阻碍与水的水化而获得缓凝性。,总之,无论何种外机剂,均应以其中离子对砼性能,特别是强度和耐久性不产生影响。再者要注意外加剂使用要点:掺量;掺加方法;与水泥的适应性;相互间适应性;有害离子;品种选择;,(一)、混凝土拌合物的和易性和易性的概念(流动性、粘聚性和保水性),四、混凝土的技术性质,1、影响和易性的主要因素1)材料品种与用量的影响水泥品种和细度:用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好,保水性和粘聚性也较好。水泥浆数量:水泥浆数量不能太多也不能太少水灰比(单位用水量),砂率(sand percentage)砂率与坍落度的关系曲线(最优砂率)
13、砂率与水泥浆用量的关系曲线混凝土砂率选用表与砂率的计算公式 外加剂(减水剂、泵送剂)和掺合料(粉煤灰),2)环境的温度与湿度的影响环境的温度高,空气湿度小,拌合物水分蒸发快,坍落度损失大,坍落度小。3)工艺对和易性(workability)影响拌合好,塌落度(slump)大。,2.混凝土和易性的评定 坍塌度试验法 1-4-17维勃稠度试验法 表1-4-16混凝土拌合物流动性的分级,四、硬化混凝土的技术性质,随着水化的进行,混凝土开始凝结、硬化,最后形成具有强度的固体。在此过程中,混凝土的结构不断发生变化,其强度也在不断的增加。,1强度产生的原因:胶凝材料水化产物,形成水泥石,水泥石包裹在集料周
14、围。,(一)、混凝土强度,3.混凝土的抗压强度与强度等级1)混凝土标准立方体抗压强度2)混凝土立方体抗压强度标准值3)强度等级,5.影响混凝土强度的因素1)水泥强度等级和水灰比混凝土强度与灰水比的关系2)骨料的种类、质量及数量3)湿度与温度的影响混凝土强度与保持潮湿日期关系养护工艺养护温度对混凝土强度的影响,6.提高混凝土强度的主要措施1)选料:水泥、骨料、外加剂、掺合料2)采用机械搅拌和振捣捣实方法对混凝土强度的影响3)养护工艺方面,1.、混凝土耐久性的概念耐久性的概念:砼抵抗所处环境的作用破坏的能力,如温度、湿度,化学侵蚀介质等。环境对砼的作用:物理作用如冻融、渗透以及磨蚀,空蚀等;化学作
15、用,如各种酸、碱、侵蚀,碳化、碱集料反应以及砼中的钢筋锈蚀等。,(二)混凝土的耐久性,2、耐久性类型,1)混凝土的抗渗性2)混凝土的抗冻性3)混凝土抗侵蚀性4)混凝土的碳化5)混凝土的碱一骨料反应6)磨损与气蚀,三、提高混凝土耐久性的主要措施1合理选择水泥品种2增加砼密实度 W/C 成型方法 集料级配(包括砂率)等3质量性能稳定的集料针对碱集料反应尤其注意。4掺加矿物掺合料、引合剂、防渗剂等5砼表面处理(特别是裂缝防护)6.规定最小水泥用量,五、普通混凝土的配合比设计,(一)、混凝土配合比的表示方法以每1m3混凝土中各项材料的质量比表示。例如1m3混凝土:水泥300kg,水180kg,砂720
16、kg,石子1200kg,每1m3混凝土总质量为2400kg。以各项材料间的质量比来表示(以水泥质量为1)。例如,将上例换算成质量比为:水泥砂石shui=12.44.00.6,水灰比为0.60。,(二)、混凝土配合比设计的基本要求满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性;满足混凝土结构设计的强度等级;满足耐久性要求;节约水泥,降低成本。,三、混凝土配合比设计中的三个基本参数水与水泥之间的比例关系,用水灰比表示;砂与石子之间的比例关系,用砂率表示;水泥浆与骨料之间的比例关系,常用单位用水量来反映(1m3混凝土的用水量)。,(四)、混凝土配合比设计的步骤(1)初步配合比的计算(2)基准配合比的确定(3)
17、实验室配合比的确定(4)施工配合比,混凝土标准立方体抗压强度(standard cube compressive strength),以边长为150mm的立方体试件为标准试件,标准养护28d,测定其抗压强度来确定。边长为100mm的立方体试件,应乘以强度换算系数0.95边长为200mm的立方体试件,应乘以强度换算系数1.05。,混凝土强度等级(strength grading),混凝土强度等级是根据混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)来确定,用符号C表示,划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C70、C80等。,轴心(棱柱体)抗
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