危加阳项目5水泥混凝土建筑土木工程科技专业资料.ppt

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1、项目五.混凝土(concrete),5.1.概述 一.砼定义 水泥、水和骨料按适当比例配合拌制成混合料经硬化而成的人造石材。目前混凝土的用量约为120亿吨，是世界上用量最大的人工建筑材料，随着混凝土性能的不断提高，其用量及应用范围还会增加。混凝土广泛应用于建筑、桥梁、道路等土木工程领域。,水泥混凝土的定义 混凝土一般是指由胶凝材料（胶结料），粗、细骨料（或称集料），水及其它材料，按适当比例配制并硬化而成的具有所需的形状、强度和耐久性的人造石材。以水泥为胶凝材料的，即为水泥混凝土。,5.1.1水泥混凝土的分类 1按表观密度分类（1）普通混凝土：其表观密度为20002800kg/m3,是用普通的天

2、然砂石为骨料配制而成，为建筑工程中常用的混凝土。（2）轻混凝土：其表观密度小于1950kg/m3,采用各种轻集料配制成轻集料结构混凝土，主要用作轻质结构材料和隔热保温材料。（3）重混凝土：其表观密度大于2800kg/m3，为了屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度集料配制的混凝土。,2.按用途分类 可分为结构混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土等。3按强度等级分类（1）低强度混凝土：抗压强度小于30MPa；（2）中强度混凝土：抗压强度3060MPa；（3）高强度混凝土：抗压强度大于60MPa；（4）超高强混凝土：抗压强度大于100

3、MPa。,4按生产和施工方法分类 可分为泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、真空脱水混凝土、离心混凝土、压力灌浆混凝土、预拌混凝土（商品混凝土）等。,5.1.2 水泥混凝土的特性（1）组成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和经济原则。（2）易于加工成型。新拌混凝土有良好的可塑性和浇注性，可满足设计要求的形状和尺寸。（3）匹配性好。各组成材料之间有良好匹配性，可组成共同的具有互补性的受力整体。（4）可调整性强。可根据使用性能的要求与设计来配制相应的混凝土。（5）钢筋混凝土结构可代替钢、木结构，而节省大量的钢材和木材。（6）耐久性好，维修费少。,但混凝土自重大、比强度小、抗拉强度低、

4、变形能力差和易开裂等缺点，也有待研究改进。由于混凝土有上述重要优点，所以广泛应用于工业与民用建筑工程、水利工程、地下工程、公路、铁路、桥涵及国防军事各类工程中，,（1）央视大楼（2）三峡大坝（3）杭州湾跨海大桥 图5.1 混凝土工程实例图片,砼分类,重砼(02600kg/m3);普通砼(1950kg/m30 2600kg/m3);轻砼(01950kg/m3),按表观密度分,按抗压强度分,低强砼(fcu30MPa);中强砼(fcu=30-60MPa)高强砼(fcu60MPa);超高强砼(fcu100MPa),按胶凝材料分,水泥砼(水泥);石膏砼(石膏);沥青砼(沥青),砼特性混凝土在土建工程中能

5、够得到广泛的应用，是由于它具有优越的技术性能及良好的经济效益。1.优点 就地取材；造价低；可塑性好；耐久性 高；与钢筋有牢固的粘结；性能可调整。2.缺点 自重大；比强度小；抗拉强度低，性脆；导热系数大；硬化慢；生产周期长。,5.1.3混凝土用水泥,1.水泥品种的选择2.水泥强度等级的选择,5.2.砼中各组成材料的结构 砼组成材料 水泥、水、细骨料和粗骨料，以及 适量外加剂和掺合料 水泥 砼未硬化前(fresh concrete)起润滑作用 水泥浆 水 砼硬化后(concrete)起胶结作用砼 细骨料 起骨架作用、抗风化 骨料 粗骨料 抑制水泥浆收缩、耐磨,普通混凝土的基本组成材料是天然砂、石子

6、、水泥和水，为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂或外掺料。在混凝土中，砂、石起骨架作用，因此也称为骨料。水泥和水形成水泥浆，包裹在砂粒表面并填充砂粒间的空隙而形成水泥砂浆，水泥砂浆又包裹在石子表面并填充石子间的空隙。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性，便于施工。硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体，并产生一定的力学强度。,（1）示意图（2）实物图图5.2 混凝土结构,水泥 1、水泥品种的选择 应当根据混凝土工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择。例：路面抢修工程硅酸盐水泥 高温车间路面和抗硫酸盐矿渣水泥 水库大坝火山灰水泥,2

7、、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。当水泥强度等级过高：水泥用量过低，和易性和耐久性差；当水泥强度等级过低水泥用量太多，降低水泥混凝土品质，收缩率加大。经验证明，配制C30以下的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.11.8倍，配制40以上的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.01.5倍，同时宜掺入高效减水剂。,5.4 混凝土外加剂与掺合料 5.4.1 混凝土外加剂 1.混凝土外加剂的定义和分类（1）混凝土外加剂的定义 混凝土外加剂是指在混凝土拌合前或拌合时掺入的用以改善混凝土性能的物质。掺量一般不超过水泥质量的5。混凝土外加剂的使用是混凝土技术的重大突破，外加剂

8、已逐渐成为混凝土中必不可少的第五种组分。,（2）混凝土外加剂的分类 根据国标混凝土外加剂定义、分类、命名与术语(GB/T 80752005)的规定，混凝土外加剂按其主要功能分为四类：改善混凝土拌合物流动性能的外加剂，包括各种减水剂和泵送剂等。调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、促凝剂和速凝剂等。改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等。改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。目前在工程中常用的外加剂主要有减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂等。,2.减水剂 减水剂是在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌和水量的外加剂。（1

9、）减水剂的作用原理 常用减水剂均属表面活性剂，是由亲水基团和憎水基团两个部分组成。当水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，包裹了一定的拌和水（游离水），从而降低了混凝土拌和物的和易性。,图5.17 水泥浆的絮凝结构,如在水泥浆中加入适量的减水剂，由于减水剂的表面活性作用，致使憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同的电荷。在电斥力作用下，使水泥颗粒互相分开，絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效地增加了混凝土拌和物的流动性。,图5.18 减水剂作用示意图,当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后，使水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂

10、化膜层，它阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用，也改善了混凝土拌和物的和易性。此外，由于水泥颗粒被有效分散，颗粒表面被水分充分润湿，增大了水泥颗粒的水化面积，使水化比较充分，从而也提高了混凝土的强度。,（2）减水剂的技术经济效果 增加流动性：在用水量及水灰比不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，且不影响混凝土的强度。提高混凝土强度：在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌和水量1015，从而降低了水灰比，使混凝土强度提高1520，特别是早期强度提高更为显著。节约水泥：在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以在减少拌和水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可

11、节约水泥用量1015。改善混凝土的耐久性：由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低4080，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及抗锈蚀等能力。,（3）目前常用的减水剂 减水剂是使用最广泛、效果最显著的外加剂。其种类很多，目前有木质系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐殖酸减水剂等。我国目前常用的主要有木质素系和萘系减水剂和水溶性树脂系减水剂等，如M型减水剂、NNO型、MF型、建I型减水剂以及SM树脂减水剂等。,3.早强剂 早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂可促进水泥的水化和硬化进程，加快施工进度，提高模板周转率，特别适用于冬季施工或紧急抢修工程。目前

12、广泛使用的混凝土早强剂有三类，即氯盐类(如CaCl2，NaCl等)、硫酸盐类(如NaS04等)和有机胺类，但更多的是使用以它们为基材的复合早强剂。其中氯化物对钢筋有锈蚀作用，常与阻锈剂(NaNO2)复合使用。,4.引气剂 引气剂是指搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂属憎水性表面活性剂，由于能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径多在50250 gm，同时因引气剂定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不破裂。按混凝土含气量35计(不加引气剂的混凝土含气量为1)，1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡。

13、,引气剂能改善混凝土的以下性能：(1)改善混凝土拌合物的和易性(2)显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性(3)降低混凝土强度 引气剂可用于抗渗混凝土、抗冻混凝土、抗硫酸侵蚀混凝土、泌水严重的混凝土、轻混凝土以及对饰面有要求的混凝土等，但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力钢筋混凝土。,5.缓凝剂 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强作用，对钢筋也无锈蚀作用。主要适用于大体积混凝土、炎热气候下施工的混凝土，以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂不宜用于在日最低气温5以下施工的

14、混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。,6.防冻剂 防冻剂是指在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类。7.速凝剂 速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要型号有红星型、7、728型、8604型等。8.膨胀剂 膨胀剂能使混凝土在硬化过程中产生微量体积膨胀。膨胀剂种类有硫铝酸盐类、氧化钙类等。,9.外加剂的选择和使用 外加剂品种的选择根据工程需要，现场的材料条件，参考有关资料，通过

15、试验确定。外加剂掺量确定通过试验试配确定最佳掺量。外加剂的掺加方法：对于可溶于水，应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。对于不溶于水的，应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。外加剂的掺入时间有同掺法、后掺法、分次掺入等。,早强剂能提高混凝土早期强度，并对其后期强度无显著影响的外加剂。早强减水剂兼有早强和减水作用的外加剂。防冻剂在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。膨胀剂能使混凝土（砂浆）在水化过程中产生一定的体积膨胀，并在有约束条件下产生适宜自应力的外加剂。钢筋阻锈剂加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐

16、蚀的外加剂。缓凝减水剂兼有缓凝和减水作用的外加剂。早强剂能提高混凝土早期强度，并对其后期强度无显著影响的外加剂。,外加剂是指在砼拌和过程中掺入，用以改善砼性能的物质，掺入量一般不超过水泥质量的5%。外加剂对砼性能的良好改善，它在工程中应用的比例越来越大，外加剂已逐渐成为混凝土中必不可少的第五种成分。,砼外加剂按其主要功能分为四类：1、改善拌合物流动性能（减水剂）2、调节凝结硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂）3、改善耐久性（防水剂）4、改善其他性能（膨胀剂）,5.8.1 表面活性剂,表面活性剂是指将其配成溶液后，能吸附在液一气，液固界面上，并显著降低其界面张力的物质。砼掺入表面活性剂后，水泥的水

17、化反应没有改变，没有生成新的水化产物。,5.8.2 减水剂,减水剂指在砼坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。按功能分有普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、引气减水剂等。,（一）减水剂的作用机理及使用效果,减水剂能够破坏水泥颗粒的絮凝结构，起到分散水泥颗粒的作用，从而释放絮凝结构中的自由水，增大混凝土拌合物的流动性。虽然，减水剂的种类不同，其对水泥颗粒的分散作用机理也不尽相同，但是，概括起来，减水剂分散减水机理基本上包括以下3个方面。,水化膜润滑作用,静电斥力作用,（3）起泡作用 掺减水剂时在机械搅拌作用下使浆体内引入部分气泡，这些微细气泡象滚珠一样，也有利于水泥浆的流动，增加了新

18、拌混凝土的流动性。,使用效果：1、配合比不变，可增加流动性，而不降低砼强度；2、流动性和水灰比不变，可减少用水量和水泥用量，节约水泥；3、流动性和水泥用量不变，可减少用水量，降低水灰比，提高砼强度和耐久性。,评定减水剂减水效果的指标是采用减水率。减水率是在砂石骨料不变的条件下，保持砼流动性及水泥用量不变，掺外加剂的砼用水量较不掺外加剂的基准砼用水量减少的百分率。,（二）常用的减水剂,(1)木质素磺酸盐系减水剂 根据其所带阳离子的不同,有木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）等。其中木钙减水剂使用较多。,木钙减水剂是由生产纸浆或纤维浆的废液，经生物发酵提取酒精后的残渣，

19、再用石灰乳中和、过滤、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。,木钙减水剂的掺量，一般为水泥质量的0.2%0.3%。当保持水泥用量和混凝土坍落度不变时，其减水率为10%15%，混凝土28d抗压强度提高10%20%；若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，则可节省水泥用量10%左右；若保持混凝土的配合比不变，则可提高混凝土坍落度80100mm。,（2）多环芳香族磺酸盐系减水剂 主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩和物，又称萘系减水剂。萘系减水剂的减水、增强效果显著，属高效减水剂。,（3）水溶性树脂系减水剂 以水溶性树脂为主要原料，如三聚氰胺树脂等。属于高效减水剂，适用于早强、高强、及流态混凝土等。,（三）

20、减水剂的使用方法,1、先掺法 2、同掺法 3、滞水法 4、后掺法,(1)先掺法 先掺法主要指将减水剂干粉与水泥混合，然后加入骨料与水一起拌合。该方法省去了减水剂的溶解和储存、冬季施工时的防冻等工序和设施，使用方便，而且减水剂可在水泥生产中混入，有利于减水剂的推广和使用。,(2)同掺法 减水剂预先溶解配制成一定浓度的溶液，然后在混凝土搅拌时同水一起掺入。当减水剂浓溶液与水分别同时加入拌合物中使用时，应适当延长搅拌时间。缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂一般掺量较小，为胶凝材料质量的千分之几，掺入此类减水剂时以配成溶液为好，以易于控制掺量的准确性，同时溶液中所含的水分须从拌合水中扣除。,(3)滞水

21、法 滞水法，即在搅拌过程中减水剂滞后于水23分钟加入。当以溶液加入时称为溶液滞水法，当以干粉加入时称为干粉滞水法。滞水法能显著地提高减水剂的塑化作用效果，提高减水剂对水泥的适应性，但与先掺法及同掺法相比，搅拌时间较长。,(4)后掺法 即减水剂是在混凝土搅拌好后经过一定的时间，才将减水剂一次或分多次加入到具有一定含水量的混凝土拌合物中，再经二次或多次搅拌。后掺法不仅可克服拌合物在运输途中的分层离析和坍落度损失，且减水剂的塑化作用效果及对水泥的适应性也较高。,掺减水剂砼的配合比设计,1、以提高砼拌和物的流动性为主要目的时，适当调整砂率，使粘聚性、保水性合格，保持砂石总量不变，其余材料与基准配合比相

22、同。经试拌和调整，确定出设计配合比。,2、以节约水泥为主要目的时，保持流动性和水灰比不变。,掺减水剂砼的配合比设计,1、以提高砼拌和物的流动性为主要目的时，适当调整砂率，使粘聚性、保水性合格，保持砂石总量不变，其余材料与基准配合比相同。经试拌和调整，确定出设计配合比。,2、以节约水泥为主要目的时，保持流动性和水灰比不变。,3、以提高砼强度及耐久性为主要目的时，流动性和水泥用量不变，降低水灰比和砂率。,5.8.3 缓凝剂,缓凝剂能延长砼凝结时间，又不显著影响砼后期强度。适用：高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土。不适用：日最低气温5以下施工的混凝土，以及有早强要

23、求的混凝土。,作用机理：1、有机类缓凝剂：对水泥颗粒以及水化产物新相表面具有较强的活性作用，吸附于固体颗粒表面，延缓了水泥的水化和浆体结构的形成。2、无机类缓凝剂 在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的水化起屏障作用，阻碍了水泥的正常水化。,（1）糖蜜缓凝剂 由制糖下脚料经石灰处理而成，其主要成分为已糖钙、蔗糖钙等。一般掺量为水泥质量的0.1%0.3%（粉剂），0.2%0.5%（水剂），混凝土的凝结时间可延长24小时。,常用缓凝剂,（2）羟基羧酸及其盐类缓凝剂一般掺量为水泥质量的0.03%0.1%，混凝土的凝结时间可延长410小时。增加混凝土的泌水率，通常与引气剂一起使用。,（3）木质

24、素磺酸盐类缓凝剂一般掺量为水泥质量的0.2%0.3%，混凝土凝结时间可延长23小时。,5.8.4 引气剂,在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡。,引气剂对混凝土性能的影响,（1）改善混凝土拌合物的和易性 新拌混凝在掺入引气剂后，产生大量稳定的微小封密气泡，增加了水泥浆的体积，使新拌混凝土的流动性提高。一般含气量每增加1%，混凝土坍落度约提高10mm，若保持流动性不变，则可减水约6%10%。封密微小气泡阻滞骨料的沉降和水分的上升，使混凝土的泌水性显著降低。,（2）提高混凝土的抗渗性、抗冻性 由于气泡能隔断混凝土中毛细管通道、对水泥石内水分结冰时所产生的水压力起缓冲作用，故能

25、显著提高混凝土抗冻性和抗渗性。一般掺入适量优质引气剂的混凝土抗冻等级可达未掺引气剂的3倍以上，抗渗性提高50%。因此，抗冻性要求高的混凝土，必须掺引气剂或引气减水剂。,（3）降低混凝土强度 混凝土掺入引气剂的主要缺点是使混凝土强度及耐磨性有所降低。当保持水灰比不变，掺入引气剂时，含气量每增加1%，混凝土强度约下降3%5%。因此，混凝土中含气量的多少，对混凝土的和易性、强度及耐久性等有很大影响。若含气量太少，不能获得引气剂的积极效果；若含气量过多，又会过多地降低混凝土强度，故应使混凝土具有适宜的含气量值。当引气剂与减水剂复合掺用时，常可同时获得增加强度和提高耐久性的双重效果。因此引气剂、引气减水

26、剂特别适用于抗渗、抗冻、抗腐蚀要求较高的混凝土。,5.8.5 早强剂,能提高砼早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。早强剂可加速水化和硬化，缩短养护周期，提前拆模，加快施工进度。适用于冬季施工或紧急抢修工程，以及要求加快砼强度发展的情况。,常用早强剂,（1）氯盐类早强剂 主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁等。其中氯化钙早强效果好而成本低，应用最广。掺量为水泥质量的0.5%1%，能使混凝土3d强度提高50%100%，7d强度提高20%40%。,（2）硫酸盐类早强剂 主要有硫酸钠，硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝等。其中硫酸钠应用较多。一般掺量为水泥质量的0.5%2%，可使混凝土强度达到

27、设计标准70%的时间缩短一半左右。,（3）有机胺类早强剂 主要有三乙醇胺，三异丙醇胺、二乙醇胺等。其中早强效果以三乙醇胺为最佳。掺量为水泥质量的0.02%0.05%，能使混凝土早期强度提高50%左右。,早强剂的作用机理,（1）氯盐类 氯盐的掺入能增加水泥矿物的溶解度，加速水泥矿物的水化速度。但氯盐易钢筋锈蚀，在钢筋混凝土结构中，不宜掺用。,（2）硫酸盐类 以硫酸钠为例，硫酸钠掺入后能发生发下反应：Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O CaSO4.2H2O+2NaOH 所生成的硫酸钙具有高度分散性，且分布均匀，极易与C3A 反应，迅速形成水化硫铝酸钙晶体。同时上述反应的发生也能加快C3S的水化

28、。这就大大加快了混凝土的硬化速度。,（3）有机胺类 以三乙醇胺为例，三乙醇胺是一种较好的络合剂，在水泥水化的碱性溶液中能与铁离子和铝离子形成比较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的络盐，因此三乙醇胺对水泥水化有较好的催化作用。,5.8.6 速凝剂,速凝剂能使砼迅速凝结硬化。机理：1、消除石膏的缓凝作用；2、能迅速生成铝酸钙类的化合物，使水泥浆速凝。适用于喷射砼和砂浆以及抢修堵漏工程。,5.8.7 防冻剂,防冻剂能使砼在一定负温下正常水化硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度。防冻剂一般由减水剂、引气剂、早强剂复合而成，分三类：氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类。,5.8.8 膨胀

29、剂,膨胀剂能使砼产生一定体积膨胀，适用于配制补偿收缩砼、和自应力砼。常用膨胀剂有五类：硫铝酸类、氧化钙类、氧化钙硫铝酸类、氧化镁类、金属类。,5.3.掺合料(additive),1.定义与砼其他组分一起，直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废 料，掺量一般大于水泥重量5%。2.作用 改善砼性能，节约水泥3.常用种类 粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉磨细煤矸石等,采用外加剂和掺合料是提高混凝土强度、改善性能、节约水泥和能源的最有效的方法之一。近几十年来混凝土外加剂和掺合料的发展很快，国外许多国家外加剂和掺合料的使用率达到60-80%，有的甚至高达100%，当前外加剂和掺合料已成为混凝土的第五大组分。,

30、思考,请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面，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。,砼的掺合料,在砼拌合物制备时，为了节约水泥，改善砼性能，调节砼强度等级，而加入的天然或者人造的矿物材料，统称为砼掺合料。活性矿物掺合料和非活性矿物掺合料两类。,1 粉煤灰,粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑。收集：静电收尘灰、机械收尘灰 再加工：磨细灰、风选灰、原状灰 粉煤灰的质量分、级。,粉煤灰中实心微珠含量较多，未燃尽碳及不规则的粗粒含量较少时，粉煤灰较细，品

31、质较好。粉煤灰的细度越小，能够参与二次水化反应的界面越多，二次水化反应越充分，强度越高。,粉煤灰物理性质,需水量比值越小，则混凝土拌制时需水量越少，水灰比降低，使混凝土强度也相应越高。多孔玻璃体等非球形颗粒，表面粗糙，粒径较大，会增大需水量，当其含量较多时，使粉煤灰品质下降，因此要降低粉煤灰中的多孔玻璃体含量。,在粉煤灰中还含有未燃尽的碳粒，未燃尽的碳粒颗粒较粗，会降低粉煤灰的活性，增大需水性，是有害成分。粉煤灰中含碳量可用烧失量评定，I级粉煤灰的烧失量要求不大于5%。,（1）CaO含量按氧化钙含量特征参数分类，粉煤灰可分为：低钙粉煤灰（含量在5%以下）；中钙粉煤灰（含量在515%）；高钙粉煤

32、灰（含量在15%以上）。通常结合态的含量越高（中钙或高钙粉煤灰），越能提高其自硬性，使其活性大大提高，对提高混凝土的早期强度很有帮助。然而我国电厂排放的粉煤灰90%以上为低钙粉煤灰，因此提高粉煤灰中含量，开发高钙粉煤灰不失为改善粉煤灰资源化特性的一条途径。,粉煤灰化学成分,（2）SO3含量 各种粉煤灰的标准规范均规定，硫酸盐的含量应加以限制。粉煤灰中硫酸盐的含量一般以质量的百分数来表示。考虑到与水泥水化产物水化铝酸钙发生反应，生成破坏性的钙矾石（水化硫铝酸钙），因此各国粉煤灰标准中都把视为有害成分，规定其最大限值为2.5%5%，我国规范规定为3%。,（4）含水量 粉煤灰中水分的存在会使活性降低

33、，产生一定的粘附力，易于结团，影响干状粉煤灰的包装运输、储存和应用，我国规范规定I级粉煤灰中含水量不超过1%。,粉煤灰使用效果 粉煤灰具有形态效应、火山灰效应和微集料效应。形态效应可以减少混凝土的单位用水量，在保证混凝土强度的前提下，减少水泥用量，降低混凝土的绝对温升和混凝土中温度裂缝发生的概率,火山灰效应可提高混凝土的后期强度；粉煤灰的微集料效应所产生的致密热能，减少硬化混凝土的有害孔比例，有效提高混凝土的密实性；粉煤灰的化学作用产生的水化产物则起到骨架作用，提高粘结强度，因而提高混凝土的抗裂性能。,粉煤灰的掺用方法：1、等量取代法：粉煤灰代替等质量的水泥。可减小水泥用量，降低水化热，改善和

34、易性，提高抗渗性，早期强度较低，后期强度可与基准砼相当。该方法适用于大体积砼。,2、粉煤灰代砂法：保持水泥用量不变，粉煤灰代替砂，可提高和易性，抗渗性和强度。3、超量取代法：粉煤灰的掺量大于所代替的水泥量，其余粉煤灰取代同体积的砂，可节约水泥和砂的用量，保持石子及用水量，保持砼28天强度及和易性。,2 硅粉,硅粉是从生产硅铁合金或硅钢等所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘，是微细的玻璃球体，有很高的活性。,效果：（1）改善砼拌合物的和易性（2）提高砼强度，配制高强、超高强混凝土（3）改善砼的孔结构，提高砼抗渗性，抗冻性、耐磨性及抗蚀性（4）抑制碱骨料反应，防止锈蚀,5.9.3 超细矿渣,超细矿

35、渣是将粒化高炉矿渣磨成超细微粒，代替硅粉来配制高强、超高强砼。超细矿渣的比表面积大于450m2/kg，可等量代替15%50%的水泥。,使用效果,（1）可配制高强混凝土及C100以上的超高强混凝土（2）混凝土干缩率减小，抗冻、抗渗性能提高，提高混凝土耐久性（3）改善混凝土拌合物的和易性，可配制大流动性且不离析的泵送混凝土。,沸石粉,天然的沸石岩磨细而成的。沸石岩是一种经天然煅烧后的火山灰质铝硅酸盐矿物。有一定量活性二氧化硅和三氧化铝，能与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成凝胶物质。,沸石粉使用效果,（1）提高混凝土强度，配制高强混凝土 用525号普通硅酸盐水泥，以等量取代法掺入10%15%的沸石粉

36、，再加入适量的高效减水剂，可以配制出抗压强度为70MPa的高强混凝土。（2）改善混凝土和易性，配制流态混凝土及泵送混凝土,5.4.2 混凝土掺合料 混凝土掺合料不同于生产水泥时与熟料一起磨细的混合材料，它是在混凝土(或砂浆)搅拌前或在搅拌过程中，与混凝土(或砂浆)其他组分一样，直接加入的一种外掺料。用于混凝土的掺合料绝大多数是具有一定活性的固体工业废渣。掺合料不仅可以取代部分水泥、减少混凝土的水泥用量、降低成本，而且可以改善混凝土拌合物和硬化混凝土的各项性能。因此，混凝土中掺用掺合料，其技术、经济和环境效益是十分显著的。,1粉煤灰（1）粉煤灰的种类及技术要求 拌制混凝土和砂浆用的粉煤灰分为F类

37、粉煤灰和C类粉煤灰两类。F类粉煤灰是由无烟煤或烟煤燃烧收集的，其CaO含量不大于10或游离CaO含量不大于1；C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤燃烧收集的，其CaO含量大于10或游离CaO含量大于1，又称高钙粉煤灰。F类和C类粉煤灰又根据其技术要求分为级、级和级三个等级。,(2)粉煤灰效应及其对混凝土性质的影响 活性效应。粉煤从中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性，它们能与水泥水化产生的Ca(OH)2反应，生成类似水泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙，可作为胶凝材料一部分而起增强作用。颗粒形态效应。煤粉在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，掺入混凝土中可减小内摩阻力，从而减少混凝

38、土的用水量，起减水作用。微骨料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大密实度。,(3)混凝土掺用粉煤灰的规定及方法 混凝土工程掺用粉煤灰时，应按粉煤灰混凝土应用技术规范的规定，对于不同的混凝土工程，选用相应等级的粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰，一般有以下三种方法：等量取代法 超量取代法 外加法,2粒化高护矿渣粉 用作混凝土掺合料的粒化高炉矿渣粉是由粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到相当细度的一种粉体。粉磨时也可添加适量酌石膏和助磨剂。粒化高炉矿渣粉简称矿渣粉，又称矿渣微粉。3硅灰 硅灰又称凝聚硅灰或硅粉，为电弧炉冶炼硅金属或硅铁合金的副产品。在温度高达20

39、00下将石英还原成硅时，会产生Si气体，到低温区再氧化成SiO2，最后冷凝成极微细的球状颗粒固体。,5.002.501.250.6300.3150.160,10080.063.050.040.031.525.020.016.010.05.0,5.5骨料（aggregate）的定义与分类,碎石,卵石,天然砂,人工砂,混合砂,粗骨料,细骨料,mm,mm,骨料的作用,骨架作用，传递应力 抑制收缩，防止开裂,为什么把砂石称为骨料？,在传统观念中把砂石叫做骨料的原因是认为骨料起强度作用而作为混凝土的骨架，这是一种误解。骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的体积而不是强度。纯的水泥浆体硬化后收缩过大，无法用于结

40、构，必须有骨料对水泥浆体的收缩起约束作用，而且骨料在混凝土中必须占据大部分体积。,决定混凝土强度的不是骨料,对混凝土的强度其决定作用的是混凝土的水灰比（水胶比），所以目前用强度很低的轻骨料（陶粒）已能配制出C50的泵送混凝土。,如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。我国混凝土质量比西方国家的差，主要原因在于骨料的质量；骨料质量首先不是强度，重要的是使用级配和粒形良好的骨料可以得到最小用水量的拌和物。,一.水泥(cement),1.品种 依据工程结构特点、使用环境及水泥特性选择 2.强度等级 水泥强度等级应与砼强度

41、等级相适应（1）中、低强度等级砼（C60），水泥强度等级=(1.5-2.5)砼强度等级（2）高强度等级砼（C60），水泥强度等级=(0.8-1.5)砼强度等级二.水(water)基本要求 不影响砼的凝结和硬化；无损于砼强度发展和耐久性；不加快钢筋锈蚀;不引起预应力钢筋脆断;不污染砼表面。,.细骨料(fine-aggregate)1.定义 粒径在0.15mm-4.75mm的骨料称为细骨料，常称作砂(sand)。按产源分 天然砂河砂、湖砂、山砂、淡化海砂 2.分类 人工砂机制砂、混合砂 按细度模数分 粗砂、中砂、细砂,盲目无度的非法采砂导致河床下陷，使位于晋江上游西溪上的漳（平）泉（州）线跨河铁路

42、桥的桥墩基础严重裸露，直接威胁着铁路桥列车运行的安全,海砂含盐要警惕！,.泥、泥块、有害物质 含泥量-粒径小于0.075mm的颗粒；石粉含量-人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒；泥块含量-粗（细）集料中粒径大于4.75（1.18），水洗后小于2.23（0.6）mm的颗粒(2)有害物质 包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等(3)危害,泥,泥块,云母,轻物质粘附在砂的表面,妨碍水泥与砂的粘结,降低砼的强度,增加砼的用水量,加大砼的收缩,降低砼的抗渗性和抗冻性。硫化物及硫酸盐对水泥有(硫酸盐)腐蚀作用有机物会分解出有机酸对水泥有腐蚀作用氯盐对钢筋有腐蚀作用。,.粗细程度(1)定义不同粒

43、径的砂粒混合在一起后的平均（总体）粗 细程度(2)目的使砂的总表面积较小,包裹砂粒表面的水泥浆较少,从而节约水泥用量(3)测定用筛分析方法(简称筛析法)测定,(4)指标细度模数(5)分类 f=3.1-3.7为粗砂，f=2.3-3.0为中砂，f=1.6-2.2为细砂，f=0.7-1.5为特细砂 配制砼时优先选用中粗砂,.颗粒级配(1)定义砂中不同粒径颗粒的搭配情况(2)目的使砂的总空隙率较小，填充砂粒空隙的水泥浆较 少，从而节约水泥用量。(3)测定用筛分析方法(简称筛析法)测定(4)评定 按0.6mm筛孔累计筛余百分率分成三个级配区 I、II、III区。,级配区,砂的级配曲线,筛分曲线超过3区往

44、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。,(5)级配合格的标志 各筛孔累计筛余百分率(Ai)落在任一级配区,级配合格 除4.75mm、0.6mm外，允许有少量超出，但超出总量不大于 5%，级配合格 配制砼时优先选用II区砂,合理级配的砂：粗细颗粒含量适当空隙率小总表面积小水泥浆的用量少混凝土的和易性好密实度高强度及耐久性高,砂的筛分析试验,(1)标准筛孔(方孔)4.75,2.

45、36,1.18,0.6,0.3,0.15(2)标准试样 M=500g,4.752.361.180.60.30.15 筛底,（1）该砂的细度模数；（2）判断该砂的级配合格否？,四.粗骨料(coarse-aggregate),1.定义粒径在4.75mm-90mm的骨料称为粗骨料，常称作石子(gravel)。2.分类 按产源分 碎石、卵石 按粒径尺寸分 连续级配、单粒级（间断级配）,四.粗骨料(coarse-aggregate),1.定义粒径在4.75mm-90mm的骨料称为粗骨料，常称作石子(gravel)。2.分类 按产源分 碎石、卵石 按粒径尺寸分 连续级配、单粒级（间断级配）3.泥、泥块、有

46、害物质 有害物质包括有机物、硫化物及硫酸盐等 4.颗粒形状(粒形）（1）最佳形状球形、正方体形（2）最差形状针状颗粒、片状颗粒 针状、片状颗粒定义详教材 危害拌合物和易性差，砼强度降低，耐久性差（骨料空隙率大）,骨料形状,棱角状 浑圆状 针状 片状,C30，含量15%；C30，含量25%,5.最大粒径(粒径）,(1)定义粗骨料公称粒级的上限(2)目的表示粗骨料的粗细程度。粗骨料总表面积较小节约水泥 条件许可时，粗骨料的最大粒径大应尽量大。(3)砼结构工程施工质量验收规范(GB502042002)规定：砼梁、柱、墙的粗骨料的最大粒径：1/4截面最小尺寸，且3/4钢筋净距。砼板的粗骨料的最大粒径1

47、/2板厚，且40mm。某砼柱截面为300400mm，柱中受力钢筋直径为22mm，受力筋间距为66mm。则该柱砼所用石子最大粒径为多少mm？解：依据GB502042002规定：,例题,骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷,6.强度(1)强度 岩石强度（仅用于碎石，且砼C60时才检验）压碎指标（用于碎石、卵石）a)岩石强度用母岩制作50mm立方体（或直径和高均为 50mm圆柱体）浸水48h，测定抗压强度，要 求：岩石抗压强度1.5砼强度等级。b)压碎指标一定重量气干状态的9.5mm19mm碎石装 入标准筒内，按规定速度加荷至200KN，卸 荷后称取试样重M0,用2.36mm筛筛去细粒，称取筛余重M1。

48、压碎指标是表示粗骨料强度的间接指标。压碎指标越小,粗骨料强度越高。反之。粗骨料强度越低。,7.颗粒级配,(1)定义 石子中不同粒径颗粒的搭配情况(2)目的 使石子的总空隙率较小节约水泥用量(3)测定 用筛分析方法(简称筛析法)测定(4)类型 连续级配和单粒级(间断级配)连续级配 石子由小到大各粒级相连的级配.间断级配 小颗粒粒径石子直接与大颗粒粒径石子相配,中间 缺了一段粒级的级配。8.坚固性 定义与要求同细骨料 碎石表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结牢固；卵石表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石粘结力较差；在相同条件下，卵石砼强度较碎石砼强度低；在单位用水量相同条件下，卵石砼流动性较碎

49、石砼大；,思考,请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面，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。,5.6.砼的主要技术性能,拌合物(fresh concrete)的性能和易性(Workability)砼性能 强度(Strength)硬化砼的性能 变形(Deformation)耐久性(Durability),一、和易性,和易性的综合含义流动性+粘聚性+保水性=和易性流动性 指砼拌和物在自重或施工机械振捣的作用下，能够流动并均匀密实地填满摸板的性能。粘聚性 保持整体均匀的能力。保水性 保持一

50、定水分不使泌出的能力。,和易性测试,坍落度试验,和易性分析和判断流动性 坍落度大 流动性大粘聚性用捣棒在的拌和物的侧面轻轻敲打，出现三种情况真实坍落 粘聚性好沿斜面下滑或骨料外露 粘聚性差 崩裂保水性观察稀浆析出 较多的稀浆析出保水性差 无稀浆析出保水性好,由坍落度的不同可将砼拌和物分为：大流动性砼 T 160 mm流 动 性 砼 100 150 mm塑 性 砼 50 90 mm低 塑 性 砼 10 40 mm,和易性测试,维勃稠度试验,干硬性或低塑性混凝土,分析和判断维勃稠度值小 拌和物稀 流动性大 维勃稠度值大 拌和物稠 流动性小,在不影响施工操作和保证密实成型的前提下,应尽量选择较小的流