【正文】 混凝土 土木工程材料 第４章 學(xué)習(xí)目標(biāo) ? 掌握普通混凝土組成材料的品種、質(zhì)量指標(biāo)及測試方法、選用原則及對混凝土性能的影響； ?掌握混凝土拌和物的性質(zhì)及其測定和調(diào)整方法； ? 掌握硬化混凝土的力學(xué)性質(zhì)，了解其變形性質(zhì)和耐久性及其影響因素； ?了解混凝土外加劑的原理、性能及應(yīng)用； ?熟練掌握普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法。 定義： 混凝土是指用膠凝材料將粗細(xì)骨料膠結(jié)成整體的復(fù)合材料的總稱 － 砼 － 人工石材 –重混凝土 2600kg/m3 –普通混凝土 1950~2500kg/m3 –輕混凝土 1950kg/m3 按表觀密度 一、混凝土的分類 概述 –水泥混凝土 –瀝青混凝土 –聚合物 混凝土 –石膏、纖維、水玻璃混凝土。 按膠凝材料的品種分 結(jié)構(gòu)混凝土、道路混凝土、水工、耐酸、耐熱、防輻射、補(bǔ)償收縮、防水、泵送、自密實(shí)、纖維、聚合物、高強(qiáng)、高性能 …… 按使用功能和特性分 定義： 以水泥為主要膠凝材料，砂、石為主要骨料，經(jīng)加水?dāng)嚢?、成型、凝結(jié)固化形成的“人工石材”。 優(yōu)、缺點(diǎn)： 1. 抗壓強(qiáng)度高。 2. 原材料來源豐富。 3. 施工方便。在凝結(jié)前具有良好的可塑性，可以澆注成各 種形狀和尺寸的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物，與現(xiàn)代施機(jī)械及施工工藝具有較好的適應(yīng)性。 4. 性能可根據(jù)要求設(shè)計(jì)調(diào)整。 5. 耐久性好。 二、普通混凝土 缺點(diǎn)： １ .抗拉強(qiáng)度小，屬于脆性材料。很多情況下，必須配制鋼筋才能使用。 ２ .自重大。不利于提高有效承載能力，也給施工安裝帶來一定困難。 ３ .收縮變形大。 對普通混凝土的基本要求 1） 滿足便于攪拌 、 運(yùn)輸和澆搗密實(shí)的 和易性 。 2） 滿足設(shè)計(jì)要求的 強(qiáng)度 等級 。 3） 滿足工程所處環(huán)境條件所必需的 耐久性 。 4） 滿足上述三項(xiàng)要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，節(jié)約成本，即 經(jīng)濟(jì)合理性 。 4. 1 普通混凝土的組成材料及其作用 外加劑 粗骨料 細(xì)骨料 水 水泥 混凝土 混凝土的宏觀結(jié)構(gòu) 水泥石砂石子 一、水泥 水泥品種的選擇 水泥品種的選擇主要根據(jù) 工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、 工程所處環(huán)境及施工條件 確定 。 水泥強(qiáng)度等級的選擇 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級越高 ， 則水泥強(qiáng)度等級也宜越高；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級低 ， 則水泥強(qiáng)度等級也相應(yīng)低 。 水泥強(qiáng)度等級的 選擇原則 ： 保證混凝土中有足夠的水泥，既不過多，也不過少 。因?yàn)樗嘤昧窟^多（低強(qiáng)水泥配制高強(qiáng)度混凝土），一方面成本增加；另一方面，混凝土收縮增大，對耐久性不利。水泥用量過少（高強(qiáng)水泥配制低強(qiáng)度混凝土），混凝土的粘聚性變差，不易獲得均勻密實(shí)的混凝土，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。 二、拌和與養(yǎng)護(hù)用水 混凝土拌制和養(yǎng)護(hù)用水不得含有影響水泥正常凝結(jié)硬化的有害物質(zhì)。凡是能飲用的自來水及清潔的天然水都能用來拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。 污水、 pH值小于 4的酸性水、含硫酸鹽（按 SO3計(jì)）超過1％的水均不能使用。 當(dāng)對水質(zhì)有疑問時(shí)，可將該水與潔凈水分別配制混凝土，做強(qiáng)度對比實(shí)驗(yàn)，如強(qiáng)度不低于用潔凈水拌制的混凝土，則此水可以用。 一般情況下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸鹽、鎂鹽和氯化物會侵蝕水泥石和鋼筋。 三、細(xì)骨料－砂 定義：混凝土用的骨料按其粒徑大小分為 細(xì)骨料 和 粗骨料 兩種，粒徑 。 分類：天然砂和人工砂兩類。天然砂包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂；人工砂包括機(jī)制砂、混合砂。 注意： 海砂可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制鋼筋混凝土。主要是氯離子含量高，易導(dǎo)致鋼筋銹蝕。 細(xì)骨料的主要質(zhì)量指標(biāo) 1）含泥量和泥塊含量：表 砂中含泥量是指粒徑小于 、淤泥與巖屑的總和；粘土塊是指水浸后粒徑小于 。 2）有害物含量：表 云母 表面光潔，粘結(jié)強(qiáng)度極低。 它們粘附于砂表面或夾雜其中，嚴(yán)重降低水泥與砂的粘結(jié)強(qiáng)度，從而降低混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性，增大混凝土的收縮。 有機(jī)質(zhì)、硫化物及硫酸鹽 。它們對水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的性能。 當(dāng)采用海砂配制鋼筋混凝土?xí)r，海砂中氯離子含量不應(yīng)大于 ％ (以干砂重的百分率計(jì) )。 3） 堅(jiān)固性 目的 ：砂是由天然巖石經(jīng)自然風(fēng)化作用而成，機(jī)制砂也會含大量風(fēng)化巖體，在凍融或干濕循環(huán)作用下有可能繼續(xù)風(fēng)化，因此對某些重要工程或特殊環(huán)境下工作的混凝土用砂，應(yīng)做堅(jiān)固性檢驗(yàn)。如嚴(yán)寒地區(qū)室外工程，并處于濕潮或干濕交替狀態(tài)下的混凝土，有腐蝕介質(zhì)存在或處于水位升降區(qū)的混凝土等等。 測試方法 ：堅(jiān)固性根據(jù) GB/T14684規(guī)定，采用硫酸鈉溶液浸泡 → 烘干 → 浸泡循環(huán)試驗(yàn)法檢驗(yàn)。測定 5個(gè)循環(huán)后的重量損失率。指標(biāo)應(yīng)符合表 49的要求。 4）顆粒形狀及表面特征 河砂和海砂： 顆粒多為近似球狀，且表面少棱角、較光滑，配制的混凝土流動性往往比山砂或機(jī)制砂好，但與水泥的粘結(jié)性能相對較差； 山砂和機(jī)制砂： 表面較粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流動性相對較差，但與水泥的粘結(jié)性能較好。 對混凝土強(qiáng)度的影響： 水灰比相同時(shí)，山砂或機(jī)制砂配制的混凝土強(qiáng)度略高；而流動性相同時(shí)，因山砂和機(jī)制砂用水量較大，故混凝土強(qiáng)度相近。 （ 1） 顆粒級配： 是指砂中不同粒徑砂粒數(shù)量的搭配關(guān)系。 細(xì)骨料－砂 5）顆粒級配與粗細(xì)程度 （ 2） 砂的粗細(xì)程度和顆粒級配測定 ：篩分法 良好級配的特征 ：空隙率小，比表面積小。 （ 3）細(xì)度模數(shù)和顆粒級配的測定（ vedio) 表 42 累計(jì)篩余與分計(jì)篩余計(jì)算關(guān)系 篩孔尺寸（ mm） 篩余量（ g） 分計(jì)篩余（ %） 累計(jì)篩余（ %） m1 m2 m3 m4 m5 m6 a1=m1/m a2=m2/m a3=m3/m a4=m4/m a5=m5/m a6=m6/m A1=a1 A2=A1+a2 A3=A2+a3 A4=A3+a4 A5=A4+a5 A6=A5+a6 底 盤 m底 m=m1+m2+m3+m4+m5+m6+m底 細(xì)骨料－砂 砂的顆粒級配根據(jù) 對應(yīng)的 累計(jì)篩余百分率 A4，分成 Ⅰ 區(qū)、 Ⅱ 區(qū)和 Ⅲ 區(qū)三個(gè)級配區(qū)。 細(xì)骨料－砂 （ 4）砂的顆粒級配區(qū) 篩孔尺寸（ mm） 累計(jì)篩余（％） Ⅰ 區(qū) Ⅱ 區(qū) Ⅲ 區(qū) 0 10～ 0 35～ 5 65～ 35 85～ 71 95～ 80 100～ 90 0 10～ 0 25～ 0 50～ 10 70～ 41 92～ 70 100～ 90 0 10～ 0 15～ 0 25～ 0 40～ 16 85～ 55 100～ 90 100806040200 0. 600 2. 36 4. 75 累計(jì)篩余（％）篩孔 尺寸（ mm）圖 42 砂級配曲線圖 細(xì)骨料－砂 （ 2）砂的粗細(xì)程度：細(xì)度模數(shù) 細(xì)度模數(shù)根據(jù)下式計(jì)算 （ 精確至 ） 2 3 4 5 6 1x1( A + A + A + A + A ) 5 AM=1 0 0 A細(xì)骨料－砂 細(xì)度模數(shù) =砂的顆粒級配區(qū)？ 根據(jù)細(xì)度模數(shù) Mx大小 ， 將砂分為： Mx＞ 特粗砂； Mx=～ ； Mx=～ ； Mx=～ ； Mx=～ 。 （ 3）砂的 摻配使用 ?配制普通混凝土的砂宜為中砂 （ Mx=～ ） ， Ⅱ 級區(qū) 。但實(shí)際工程中往往出現(xiàn) 砂偏細(xì)或偏粗的情況 ？ ① 當(dāng)只有一種砂源時(shí) ， 對偏細(xì)砂適當(dāng)減少砂用量 ， 即降低砂率；對偏粗砂則適當(dāng)增加砂用量 ， 即增加砂率 。 ② 當(dāng)粗砂和細(xì)砂可同時(shí)提供時(shí)，宜將細(xì)砂和粗砂按一定比例摻配使用，這樣既可調(diào)整 Mx， 也可改善砂的級配，有利于節(jié)約水泥、提高混凝土性能。 ③摻配比例可根據(jù)粗、細(xì)砂各自的細(xì)度模數(shù)及級配情況，通過試驗(yàn)和計(jì)算確定。 細(xì)骨料－砂 細(xì)骨料的選用： 配制混凝土?xí)r優(yōu)先選用 2區(qū)砂； 采用 1區(qū)砂時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高砂率；采用 3區(qū)砂時(shí)，適當(dāng)降低砂率。 一般來說， 1區(qū)砂適宜配制高強(qiáng)混凝土（水泥用量大）； 2區(qū)砂適宜配制中等強(qiáng)度等級的混凝土； 3區(qū)砂適宜配制低強(qiáng)度等級的混凝土。 四、粗骨料 — 石子 定義： 顆粒粒徑大于 5mm的骨料稱為粗骨料－石子。 種類： 碎石與卵石。 碎石：由天然巖石經(jīng)破碎、篩分而成，也可將大卵石軋碎、篩分而得。碎石表面粗糙，多棱角，且較潔凈，與水泥漿粘結(jié)比較牢固。碎石是建筑工程中用量最大的粗骨料。 卵石：由天然巖石經(jīng)自然條件長期作用而形成的粒徑大于5mm的顆粒。按其產(chǎn)源可分為河卵石、海卵石及山卵石等幾種，其中以河卵石應(yīng)用較多。卵石中有機(jī)雜質(zhì)含量較多，但與碎石比較，卵石表面光滑，拌制混凝土?xí)r需用水泥漿量較少，拌合物和易性較好。但卵石與水泥石的膠結(jié)力較差，在相同條件下，卵石混凝土的強(qiáng)度較碎石混凝土低。 粗骨料－石子 粗骨料主要技術(shù)指標(biāo) 1）有機(jī)質(zhì)含量 粘土、硫化物及硫酸鹽、有機(jī)物等 ，表 2）顆粒形狀及表面特征 粗骨料的顆粒形狀以近立方體或近球狀體為最佳，但在巖石破碎生產(chǎn)碎石的過程中往往產(chǎn)生一定量的針、片狀，使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的強(qiáng)度，特別是抗折強(qiáng)度。各別類粗骨料針片狀含量要符合表 。 粗骨料的表面特征指表面粗糙程度。碎石表面粗糙，且多棱角，因此流動性較差，但與水泥粘結(jié)強(qiáng)度較高。卵石表面較光滑，少棱角，因此流動性較好，但粘結(jié)性能較差，強(qiáng)度相對較低。但若保持流動性相同，由于卵石可比碎石少用水，因此卵石混凝土強(qiáng)度并不一定低。 粗骨料－石子 粗骨料－石子 3）最大粒徑 ?定義： 混凝土所用粗骨料公稱粒級的上限稱為最大粒徑。 ?粒徑對混凝土性能的影響： 骨料粒徑越大，其表面積越小，通?？障堵室蚕鄳?yīng)減小，因此所需的水泥漿或砂漿數(shù)量也可相應(yīng)減少，有利于節(jié)約水泥、降低成本，并改善混凝土性能。所以在條件許可的情況下，應(yīng)盡量選用較大粒徑的骨料。 ?實(shí)際工程對骨料最大粒徑的限制： ① 最大粒徑不得大于構(gòu)件最小截面尺寸的 1/4，同時(shí)不得大于鋼筋凈距的 3/4。②對于混凝土實(shí)心板，最大粒徑不宜超過板厚的 1/3，且不得大于40mm。③ 對于泵送混凝土，當(dāng)泵送高度在 50m以下時(shí)，最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，碎石不宜大于 1:3；卵石不宜大于1:。 4）顆粒級配 （ 1）級配分類： 連續(xù)粒級和單粒級 兩種。 連續(xù)粒級 ： 5mm以上至最大粒徑 Dmax， 各粒級均占一定比例，且在一定范圍內(nèi)。 單粒級指 ： 1/2最大粒徑開始至 Dmax。 （ 2）級配要求：碎石和卵石級配均應(yīng)符合表 44的要求。 （ 3）應(yīng)用： 單粒級 用于組成連續(xù)粒級骨料，也可與連續(xù)粒級混合使用；適宜配制干硬性混凝土、不宜配制流動性混凝土；單粒級一般不宜單獨(dú)用來配制混凝土。 連續(xù)級配 適宜配制大流動性混凝土和塑性混凝土。 5）強(qiáng)度 根據(jù) GB/T14685和 JGJ53規(guī)定 ， 碎石和卵石的強(qiáng)度可用巖石的 抗壓強(qiáng)度或壓碎值 指標(biāo)兩種方法表示 。 抗壓強(qiáng)度采用 ? 50mm 50mm的圓柱體或邊長為 50mm的立方體試樣 。 抗壓強(qiáng)度要求大于混凝土強(qiáng)度等級的 ， 且不小于 45MPa（ 飽水 ） 。 根據(jù) GB/T14685， 壓碎值指標(biāo)是將 ～ 19mm的石子 m克 ，裝入專用試樣筒中 ， 施加 200KN的荷載 ， 卸載后用孔徑 ， 稱量篩余 ， 計(jì)作 m1， 則壓碎值指標(biāo) Q按下式計(jì)算： 壓碎值越小 ， 表示石子強(qiáng)度越高 ， 反之亦然 。 各類別骨料的壓碎值指標(biāo)應(yīng)符合表 4－ 6的要求 。 1 100%mmQm??6）堅(jiān)固性： 粗骨料的堅(jiān)固性指標(biāo)與砂相似，各類別骨料的質(zhì)量損失應(yīng)符合表 4－ 9的要求。 五、混凝土外加劑 定義 ：能有效改善混凝土某項(xiàng)或多項(xiàng)性能的一類材料。其摻量一般只占水泥量的 5%以下，卻能顯著改善混凝土的和易性、強(qiáng)度、耐久性或調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間及節(jié)約水泥。 工程意義 ：遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和高聳建筑物的泵送問題；緊急搶修工程的早強(qiáng)速凝問題；大體積