土木工程材料课件4混凝土(1).ppt

第四章混凝土（1）北京科技大学刘娟红 混凝土概述与组成材料Concrete1 适当比例配合、拌制、成型、硬化混凝土水泥水粗骨料细骨料外加剂掺合料人造石材（砼）8/8/20213 混凝土的组织结构〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝粗骨料细骨料水泥水化产物气孔8/8/20214 主要内容4.0前言4.1混凝土的组成及结构4.2混凝土的主要技术性质4.3混凝土强度的检验评定4.4普通混凝土的配合比设计4.5混凝土外加剂4.6混凝土掺合料（矿物细掺料）4.7轻混凝土4.8其它品种混凝土简介8/8/20215 4.0前言4.0.1最早的混凝土4.0.2水泥混凝土的发展过程4.0.3混凝土分类8/8/20216 2.0.1最早的混凝土混凝土的历史可追溯到4000年前的泥结卵石、石灰三合土等时代。郑州仰韶文化遗址发现，草筋泥土涂上细沙泥（一种粘土砂浆）。西安半坡遗址发现用粘土、碎陶或粘土石块掺和夯实作柱子基础。真正意义上的最早混凝土是2500年前古罗马人利用维苏维火山灰加石灰、石料残渣、砖块、天然卵石，制成坚实的磐石。8/8/20217 公元2世纪古罗马在大型建筑中不同的结构采用了不同的骨料，基础中用凝灰岩，穹顶中用浮石，说明古罗马人已使用了轻混凝土。古埃及人用石膏作为胶结材料建造金字塔，中国修建长城曾在石灰中添加糯米汁（最早形式的化学外加剂）。8/8/20218 如罗马大圆剧场和著名的万神庙（被称为帝国建筑结构的真正杰作）；建于公元12-14年的那不勒斯海港，现场观察，至今虽然被海浪磨光了表面，长满青苔，但混凝土却完好无损，数百米长的墙几乎无一裂缝。这说明这种混凝土具有极好的耐久性。至今仍存在的古罗马大型建筑8/8/20219 石灰-火山灰混凝土硅酸盐水泥混凝土掺和料水泥混凝土高标号、早强混凝土高性能混凝土（HighPerformanceConcrete)4.0.2水泥混凝土的发展过程建设速度要求地下、水下、大体积（断面>80cm）工程要求强度要求耐久性、可持续发展要求优点：耐久，缺点：凝结缓慢凝结快、强度高，但水化热大耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低凝结较快、强度高，但耐蚀性差以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求8/8/202110 高性能混凝土（HPC）目前有关建筑法规中，一级建筑的安全使用期只定为50年；高性能混凝土由于其耐久性大幅度提高，安全使用期应更长：在不利的使用条件下和严峻环境中，冻融、海水、严寒、酷热等地区，经妥善设计和优质施工的HPC结构的安全使用期应不低于100年；在正常环境中使用的结构，其安全使用期应达200年；特殊重要工程在采取必要措施后，其安全使用期应达300年。8/8/202111 高性能混凝土的特点①低水胶比，低水泥用量；②选用优质原材料；③掺加足够数量的矿物细掺料；④高效外加剂。高性能混凝土已在国内的许多重要建筑得到应用，如上海南浦大桥、杨浦大桥、北京西客站、首都国际机场、国家大剧院、中央电视台等。8/8/202112 4.0.3混凝土分类按胶凝材料分类按表观密度分类按使用功能分类按施工工艺分类按配筋情况分类按强度分类8/8/202113 混凝土按胶凝材料分类石灰气硬性石膏无机水玻璃硅酸盐水泥水硬性铝酸盐水泥胶凝材料……沥青有机树脂橡胶8/8/202114 石灰混凝土、石膏混凝土→××制品；水泥混凝土（狭义混凝土或普通混凝土）水泥+砂+石+水(+外加剂+掺合料)；沥青混凝土、树脂混凝土、橡胶混凝土有机胶凝材料具有不透水性，可制成防水材料，如沥青防水材料、高聚物改性沥青防水材料、合成高分子防水材料（树脂、橡胶、橡树共混）。8/8/202115 混凝土按表观密度分类类别干表观密度kg/m3特点重混凝土﹥2600重晶石、钢屑为重骨料普通混凝土1950-2500普通砂、石为骨料轻混凝土轻集料混凝土800-1950浮石、陶粒等轻骨料多孔混凝土300-1000泡沫砼、加气砼普通大孔1500-1900轻骨料大孔500-15008/8/202116 混凝土按使用功能分类防水混凝土耐热混凝土耐碱混凝土耐酸混凝土保温混凝土结构混凝土8/8/202117 离心成型混凝土泵送混凝土混凝土按施工工艺分类普通浇注混凝土喷射混凝土…………8/8/202118 混凝土按配筋情况分类钢筋混凝土纤维混凝土素混凝土预应力混凝土……8/8/202119 混凝土按强度分类超高强混凝土高强混凝土低强混凝土中强混凝土＜C30C30-C60C60-C100≥C1008/8/202120 4.1混凝土的组成及结构4.1.1普通混凝土的组成材料4.1.2混凝土的结构8/8/202121 一、混凝土组成材料的作用在混凝土组成材料中，水泥和水组成水泥浆，它包裹在所有骨料的表面并填充在骨料空隙中。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋于混凝土拌合物流动性，便于施工；在混凝土硬化后起胶结作用，把砂、石骨料胶结成为整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材砂、石是骨料，对混凝土起骨架作用，其中小颗粒的骨料填充大颗粒的空隙。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，对混凝土各项性质的影响很大。8/8/202122 二、混凝土原材料的选择原则：在保证原材料质量的前提下，尽可能减少水泥，保证混凝土的强度和提高耐久性。方法：减小骨料间空隙，则填充骨料空隙的胶凝材料量减少；减小骨料的总表面积，则包裹骨料表面的胶凝材料浆量减少。8/8/202123 混凝土组成材料之一关于水泥的几点说明8/8/202124 水泥品种应根据混凝土工程特点、所处的环境条件和施工条件等进行选择。一般可选用硅酸盐水泥或掺混合材的硅酸盐水泥，必要时也可采用膨胀水泥、自应力水泥或快硬硅酸盐水泥等其他水泥。例如：在大体积混凝土工程中，为了避免水泥水化热过大，通常选用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；但也可使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，这时应掺入掺合料和必要的外加剂。以上两种技术路线，可以殊途同归，达到使混凝土中胶凝材料体系适应使用环境之目的。8/8/202125 原则上配制高强度等级的混凝土应选用强度等级高的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用强度等级低的水泥。如采用强度等级高的水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏少，影响和易性和耐久性，必须掺入一定数量的矿物掺合料。目前，采用强度等级低的水泥配制高强度等级混凝土已经很普遍。混凝土强度等级为C30以下时，可采用强度等级为32.5的水泥；混凝土强度等级大于C30时，可采用强度等级为42.5以上的水泥。8/8/202126 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。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。8/8/202127 该路面已出现较多裂纹，可见表面水泥砂浆层干缩较大。从资料可见，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％。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，其干缩较大，选用水泥不当。8/8/202128 混凝土组成材料之二骨料水泥骨料砂石水10vol.%70vol.%15vol.%水泥的品种、强度等级①含泥量及有害杂质含量；②颗粒形状及表面特征；③颗粒级配和粗细程度/最大粒径；④强度和坚固性。包括饮用水、地表水、地下水、海水以及经过处理后的工业废水等，JGJ63-89《混凝土拌合用水标准》8/8/202129 5.002.501.250.6300.3150.16010080.063.050.040.031.525.020.016.010.05.0骨料（aggregate）碎石卵石山砂河砂海砂粗骨料细骨料mmmm《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》JGJ52-928/8/202130 骨料的作用⑴骨架作用，传递应力⑵抑制收缩，防止开裂8/8/202131 骨料中的泥、有害杂质骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机物，云母、轻物质等，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的胶结能力；或形成薄弱部分，或增大收缩，对混凝土的质量产生很大的影响。因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。8/8/202132 GB/T14684-2001《建筑用砂》规定了砂中有害物质含量的限制：砂中有害物质含量砂中含泥量和泥块含量8/8/202133 粗骨料有害物质：卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。其有害物质应符合8/8/202134 碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（Na2O、K2O）与骨料中的活性成分反应，生成碱－硅酸凝胶体，它会吸水肿胀产生膨胀。使用含碱量小于0.6％的水泥，或掺加能抑制碱—骨料反应的掺合料。一般来说有两类碱骨料反应：碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是碱-硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。8/8/202135 海砂含盐要警惕！8/8/202136 骨料形状及表面特征棱角状浑圆状针状片状≥C30，含量≤15%；＜C30，含量≤25%8/8/202137 骨料的含水状态骨料一般有干燥状态、气干状态、饱和面干状态和润湿状态四种含水状态；大型水利工程、道路工程常以饱和面干状态骨料为基准，这样混凝土的用水量和骨料用量的控制较准确；一般工业与民用建筑工程混凝土配合比设计常以干燥骨料为基准。8/8/202138 建筑用砂的种类：砂按产源分为天然砂、人工砂两类，天然砂可分为：①河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；②山砂：与河砂相比有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多；③淡化海砂：虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含较多盐分。④人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。8/8/202139 砂的粗细程度——细度模数Mx砂的粗细程度，指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。筛孔尺寸，mm分计筛余，%累计筛余，%5.002.501.250.6300.3150.160a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1100-A1Mx=3.7-3.1粗砂3.0-2.3中砂2.2-1.6细砂8/8/202140 /%1区2区3区/mm图4.2砂的级配曲线/mm/%筛分曲线超过3区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土时需要的水泥浆量多，易使混凝土强度降低，收缩增大；超过1区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振倒成型。一般认为，处于2区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区。8/8/202141 例4-1．某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配8/8/202142 8/8/202143 8/8/202144 砂子的坚固性，是指砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。通常天然砂以硫酸钠溶液干湿循环5次后的质量损失来表示；人工砂采用压碎指标法进行试验。类别项目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）(＜)/%0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计）(＜)/%0.010.020.06质量损失(＜)/%8810单级最大压碎指标(＜)/%2025308/8/202145 砂按技术要求分为三类：I类宜用于强度等级>C60的混凝土II类宜用于强度等级C30~C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；III类宜用于强度等级