《混凝土一部分》PPT课件.ppt

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1、第5章 混凝土和砂浆,水泥混凝土由水泥、水和粗细集料按适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。,低强度混凝土 20MPa中强度混凝土 2060MPa高强度混凝土 60MPa,按表观密度分,按抗压强度标准值分（fcu,k）,重砼 2600kg/m3普通砼 19502500kg/m3轻砼 1950kg/m3,按施工方法：,混凝土的特点：1、优点：2、缺点：,喷射混凝土,预拌混凝土,泵送混凝土,混凝土的基本要求1、强度2、和易性3、耐久性,5.1.1 各组成材料的作用,5.1 普通砼的组成材料,水泥浆：,砂 石：,外加剂：,一、水泥 1.品种6大品种水泥、特种水泥 2.强度等级原则

2、：高对高，低对低(约为混凝土强度等级的1.01.5倍)3.检测指标细度、凝结时间、安定性、强度 4.用量混凝土配合比设计计算确定,5.1.2普通砼组成材料的技术要求,常用水泥混凝土的选用参考表,注：号表示优先选用；表示可以使用；表示不得使用。,集料,6,在混合料中起骨架作用（碎石、砾石等）,在混合料中起填充作用（天然砂、人工砂和石屑）,粒径,粗集料,细集料,在水泥混凝土中，为4.75mm在沥青混合料中，为2.36mm,二、集料(骨料),河砂：表面洁净、光滑、比表面积小，拌制的混凝土的和易性好；耗用的水泥浆少，比较经济，但混凝土的强度略低山砂：基本与河砂是相反的海砂：对混凝土会产生腐蚀,1）有害

3、杂质的种类及含量 种类：云母片、淤泥、有机物等、活性二氧化硅,1、细集料,粒径小于4.75的岩石颗粒（砂）称为细骨料,混凝土的癌症,补充：碱集料反应,补充1.定义和种类,混凝土碱集料反应(AAR)定义：指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂石)中的碱活性矿物成分，在混凝土固化后缓慢发生具有膨胀性化学反应,会导致混凝土膨胀和开裂。混凝土碱集料反应(AAR)分类：碱硅酸反应(Alkali-Silica Reaction，简称ASR)碱碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR)碱硅酸盐反应(alkali-silicate reaction),10,补充2

4、.机理和特征,2.1 碱硅酸反应(ASR)的机理和特征2.2 碱碳酸盐反应(ACR)的机理和特征2.3 碱硅酸盐反应的机理和特征,11,补充2.1 碱硅酸反应(ASR)的机理和特征,碱硅酸反应(ASR)的机理 碱硅酸反应(ASR)是指混凝土中的碱组分与集料中的某些硅活性组之间发生的化学反应，其结果导致集料被侵蚀，生成具有膨胀性的产物并导致混凝土结构开裂。其机理用简单的化学方程式表示为：Na+(K+)+SiO2+OH-Na(K)-Si-H gel(1),12,13,图1 混凝土在KaOH溶液中压蒸12h后的SEM和EDAX图,碱硅酸反应(ASR)的特征 混凝上发生碱集料反应破坏，主要有混凝上表面

5、开裂，发生变形、移位、弯曲、扭翘现象，有时会从裂缝中流出树脂状浅黄色液体等。,14,补充 2.2 碱碳酸盐反应(ACR)的机理和特征,15,碱碳酸盐反应(ACR)的机理 碱与白云石作用时发生如下的反应，并称之为去白云化反应，用简单的方程式表示为：CaMg(CO3)2+2NaOH=Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3(2)白云石晶体中包裹有干燥的粘土，上述的去白云化反应使菱形白云石晶体遭受破坏，从而使粘土暴露造成能够吸水而膨胀的条件。去白云石化是膨胀的前提条件，而干粘土吸水是膨胀的本质原因。,碱碳酸盐反应(ACR)的机理 唐明述等在获得加拿大活性样品之后，对碱碳酸盐反应进行了系统研究，提出膨

6、胀是由局部化学反应和结晶压引起的理论。尽管反应产物的固相体积比反应物固相体积小，但因产物晶体生长在受限空间进行，其所产生的结晶压是ACR膨胀的本质，岩石的结构特征尤其是限制空间的尺寸是影响ACR膨胀的关键。去白云石化反应写成离子反应式则为：CaMg(CO3)2+2OH-=Mg(OH)2+CaCO3+CO23-(3)上述反应实质上为自由能降低的过程，从化学热力学分析可算得自由能的变化为：G=12.18k/mol。正是这一热力学推动力驱动离子和水挤入受限空间。,16,17,图2 混凝土在KaOH溶液中压蒸12h后的SEM和EDAX图,使用非活性集料 防止AAR最安全可靠的措施,18,补充3.碱集料

7、反应的预防措施,控制混凝土碱含量,控制混凝土湿度,使用矿物外加剂,抑制AAR的重要途径,使用化学外加剂,选用特种水泥,硫铝酸盐水泥混凝土中基本不存在Ca(OH)2,集料各级粒径颗粒的分配情况，通过筛分试验确定。筛分试验：将500g试样，置于一套标准筛进行筛分，分别称出试样存留在各筛上质量，并 计算其级配有关参数。细集料标准筛：4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm。级配的三参数：分计筛余百分率 累计筛余百分率 细度模数,19,粗细程度：不同粒径的砂在一起的组合情况，一般不宜过粗，但也不宜过细。,2）砂的粗细程度和颗粒级配,分计筛余百分率（

8、ai）各号筛的筛余量除以试样总量的百分率。,20,累计筛余百分率（Ai）大于的概念某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率之总和。,21,意义：评价细集料粗度（即细集料的粗细程度）。细度模数越大，表示细集料越粗。按我国现行标准，规定砂的粗度按Mx可分为三级：Mx=3.73.1 为粗砂 Mx=3.02.3 为中砂 Mx=2.21.6 为细砂,（3）计算细度模数,（4）绘制级配曲线,22,横坐标 di筛孔尺寸（mm）纵坐标常数坐标（Ai）Ai累计筛余百分率（%）,半对数坐标,例 题,23,某砂样的筛分结果,属于中砂,24,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,di(

9、mm),90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,Ai(%),结论：该砂样级配良好。,粗骨料中的有害杂质主要有：粘土、淤泥及细屑；硫酸盐及硫化物；有机物质；蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒等。,2.粗骨料 粒径大于4.75的骨料为粗骨料（卵石和碎石）。对用于配制普通混凝土的卵石和碎石有以下技术要求：,1）有害杂质含量,它们的危害作用与在细骨料中相同。各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定。,2）针、片状颗粒含量 指粗集料中细长的针状颗粒与扁平的片状颗粒。影响：针片状颗粒是一种有害颗粒，由于它过于细长 或扁平，因此，施工中很容易折断，增大集料空隙，影响混合料的技术性质。测定方

10、法：规准仪法 适于水泥混凝土用粗集料 游标卡尺法适于沥青混合料用粗集料,27,片状规准仪,标准筛：37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、9.5mm、4.75mm 粒级：37.5mm31.5mm、31.5mm26.5mm、26.5mm19mm、19mm16mm、16mm9.5mm、9.5mm4.75mm,针状规准仪,28,计算公式：,式中：Qe试样的针片状颗粒含量，%；m1试样中所含针状颗粒与片状颗粒的 总质量，g；m0试样总质量，g。,3）最大粒径、颗粒级配（1）石子最大粒径（Dmax）,最大粒径集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。公称最大粒径集料可能全部通过、

11、或允许有少量筛余（不超过10%）的最小标准筛筛孔尺寸。,最大粒径的选用，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面的短边长度的；不得大于钢筋最小净距的。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。,级配的参数：分计筛余百分率 累计筛余百分率,2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90等十二种孔径的筛进行筛分.,石子的颗粒级配,连续级配,间断级配,石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。,工程上最常用,（2）颗粒级配,大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充,4)强度及坚固性（1）粗骨料的强度 粗骨料的强度采用岩石立方

12、体强度或粒状石子的压碎指标来表示。,a、岩石立方强度（单轴饱水抗压强度,式中：R石料的抗压强度，MPa；P试件破坏时的荷载，N；A 试件的截面积，mm2。,b、集料压碎值 指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力,式中a-压碎指标值，%；0-试样质量，g；m1-压碎试验后试样的筛余量，g。,压碎指标值越小，,骨料的强度越高。,34,（2）坚固性 测定方法：采用硫酸钠坚固性法。与直接冻融法相比，硫酸钠饱和溶液代替水溶液；烘箱代替冰箱。将硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循，引起 石料破坏。坚固性是评价石料抗冻性的一

13、种简易、快速的方法。有条件者应采用直接冻融法。,集料(骨料),1.粗集料,（1）强度（2）坚固性（3）级配（4）最大粒径的选择（5）表面特征和形状（6）有害杂质的含量（7）碱活性检验,2.细集料,（1）级配和细度模数（2）有害杂质的含量 1）含泥量和泥块含量 2）云母含量 3）轻物质含量 4）有机质含量 5）硫化物和硫酸盐含量,三、集料的饱和面干吸水率 集料的几种含水状态如图所示。（）全干状态，（）气干状态；（c）饱和面干状态（）湿润状态,计算混凝土中各项材料的配合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干的骨料为准。,当拌制混凝土时，由于骨料含水量的不同，将影响混凝土的用水量

14、和骨料用量。,1.拌和用水水质不纯最常见的危害 影响混凝土的和易性和凝结；有损于混凝土强度发展；降低混凝土耐久性,加快钢筋腐蚀,导致预应力钢筋脆断；使混凝土表面出现污斑等。2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。水的分类：饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理 或处置后的工业废水。要求：能饮用的水均能用于制备砼。,四、砼拌和用水,污水、PH值小于的酸性水、含硫酸盐的水,将该水与洁净水分别制成混凝土试块，然后进行强度对比试验。,海水,含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质的水,？,1.外加剂的定义 在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量 不大于水泥质量的5%。（砼第五组分）2.

15、功能:（1）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂、灌浆剂等）（2）调节凝结时间 硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等）（3）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）（4）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱-集料反应抑制剂等）3.掺加方法：先掺法、后掺法、同掺法。,五、砼外加剂,4.常用外加剂（1）减水剂 1）技术经济效益 工作性、水泥用量不变，可以减少用水量，提高 混凝土强度 用水量、水泥用量不变,可增大混凝土的流变性 工作性、强度不变,可节约水泥用量,2）减水剂的定义及分类,能显著减少拌合用水量的外加剂,混凝土拌合物坍落度基本相同,3）发展概况,木质素系,第一代普通减水剂,

16、2,第二代高效减水剂,萘系、密胺树脂系,3,第三代高效减水剂,聚羧酸系,4）减水剂作用机理,絮凝结构,吸附作用,定向吸附和亲水基的电离作用,电性斥力,减水,空间位阻作用,亲水性立体吸附层,吸附层重叠，产生空间位阻作用,湿润作用,加入减水剂后，降低了水的界面张力以及水与水泥颗粒之间的界面张力，使水泥颗粒易于润湿，因而用水量相应减少。,润滑作用,润滑作用,吸附作用,空间位阻,润滑作用,湿润作用,减水剂基本机理,1）机理：引气剂为憎水性表面活性物质，能降低水泥-水-空气的界面能，而且由于它的定向排列，形成单分子吸附膜提高泡膜的强度，并 使气泡排开水分而吸着固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的 空气形

17、成微小而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。2）常用种类：有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等阴离子表面活 性剂。3）适宜掺加量：为水泥用量的0.005%0.01%,混凝土中含气量为3%6%4）作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析 对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使 水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高混凝土 的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。5）缺点：由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。,（2）引气剂,1）机理 早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水化有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强

18、的作用。2）种类 通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。3）作用 掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（2d强度）40%以上，使砼达到28d强度的养护时间缩短1/2。常用于混凝土快速低温施工。,（3）早强剂,1）机理 缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无 不利影响的外加剂。缓凝剂能延缓水泥凝结时间，是因为在水泥及其水 化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。2）常用缓凝剂的种类 羟基羧酸盐 如酒石酸、酒石酸甲纳、柠檬酸、水杨酸等。多羟基碳水化合物 如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。无机

19、化合物 如Na3PO4、Na2B4O7、Na2SO4等。3）应用 缓凝剂用于桥梁大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，延长放热时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性。,（4）缓凝剂,最常用的三大种,粉煤灰,六、掺和料,火力发电厂工业废渣,生产硅铁合金或硅钢的副产品,具有高的火山灰活性配制一般混凝土，掺量为水泥用量的5%10%；配制高强混凝土，掺量为水泥用量的 20%30%。,硅粉,磨细粒化高炉矿渣,高炉炼铁废渣,图2-4 粉煤灰的形貌,主要化学成分是SiO2和Al2O3，不仅具有化学活性，而且颗粒形貌大多为球形,xCa(OH)2+SiO2+mH2O xCaOSiO2nH2O,yCa(OH)2+Al2O3+mH2O yCaOAl2O3nH2O,（i）活性效应。,（ii）形态效应。,（iii）微粒填充作用。,