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1、第四章 水泥混凝土及砂浆,主讲：徐锋,新拌混凝土的性能,硬化混凝土的性能,混凝土拌和物的和易性：流动性 粘聚性 保水性塑性收缩等,混凝土微结构：密实性 均匀性,运输、浇灌和振捣,硬化混凝土性能：强度fc 弹性模量Ec 徐变 耐久性,多组分、多物相组成的混凝土，其组成均匀、结构密实与其拌合物的和易性密切有关；组成均匀、结构密实的混凝土才能满足土木工程所要求的性能和质量。,4.2 普通混凝土的主要技术性质,混凝土拌合物,混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇灌质量；混凝土拌合物凝结硬化以后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计荷载
2、；并应具有必要的耐久性。,4.2.1 新拌混凝土的和易性,(一)混凝土拌合物的和易性,工程施工要求混凝土拌合物具有哪些性能？流动性，便于浇灌与填充模具；均匀性，骨料在水泥浆中分布均匀，水泥颗粒在水中分布均匀；保水性，水不泌出、离析。良好性能的标志：运输中不易分层离析；浇灌时容易捣实或自密实；成型后表面容易修正。,1.和易性的含义,和易性：混凝土拌合物便于施工并能获得均匀、密实混凝土的一种综合性能，包括：流动性：反映混凝土拌合物在自重或施工机械振捣作用下流动的性能，取决于拌和物的稠度。粘聚性：反映混凝土拌合物的抗离析、分层的性能。保水性：指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。,分层离析与泌水现象
3、及其危害,分层离析现象：粗骨料从混凝土的水泥砂浆中分离出来的倾向，与拌和物的粘聚性有关。危害：分层离析将导致硬化后的混凝土产生蜂窝和麻面，影响均匀性。泌水现象：混凝土中粗骨料下沉、水分上升直到表面，这种现象叫泌水，与拌和物的保水性有关。危害：泌水导致混凝土中粗骨料和水平钢筋下方形成水囊和水膜，降低骨料或钢筋与水泥石的粘结力；表面还会形成酥松层等。,骨料,水,可见表面泌水,内泌水,钢 筋,沉降裂缝,水 囊,混凝土表面,问题？,和易性不良的混凝土拌合物，施工后会出现什么情况？答：填充不密实，产生蜂窝、麻面、空洞等缺陷；表面出现疏松层，粗骨料颗粒和水平钢筋的下面会出现水囊或水膜等，界面结构不密实；造
4、成组成不均匀，上层水泥浆多于底层，下层骨料多于上层，表面水泥浆中含水量多于内部。,2.和易性的测定与评价,和易性是一项综合性的技术指标，确切评定较困难，具有不确定性。测定：以测定其流动性为主，辅以对其粘聚性和保水性的观察，然后根据测定和观察结果，综合评价其和易性。GB/T500802002规定，混凝土拌合物的和易性用两种流动性指标评价：塑性混凝土的流动性用坍落度表示；干硬性混凝土用维勃稠度表示。,坍落度试验Slump Test,标准圆锥筒将拌和物等体积地分三层填入圆锥筒中每一层用捣棒插捣25下用灰刀将表面抹平垂直提起圆锥筒，拌和物将在自重作用下向下坍落量出坍落的毫米数坍落度,200mm,100
5、mm,300mm,坍落度试验,坍落度,直尺,坍落扩展度,装第1层并插捣25次,装第2层并插捣25次,装第3层并插捣25次,抹平表面,提起圆锥筒,测量坍落高度,坍落度试验步骤,坍落度测量,扩展度测量,坍落度测量结果的评定,坍落度值(mm)混凝土的和易性 1040 低塑性混凝土 5090 塑性混凝土 100150 流动性混凝土 160 大流动性混凝土 如坍落度值大于220mm，应用钢尺测量混凝土扩展后的最大和最小直径，取平均值为扩展度。,坍落度试验,测出坍落度后，用捣棒轻轻敲击混凝土锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的出然崩落，由此判断其粘聚性是否合格；观察混凝土锥体下方是否有水分析出
6、，由此判断其保水性是否合格。由此两方面观察和坍落度测量即可判断混凝土拌和物和易性是否合格。,拌合物的和易性与施工工艺,施工工艺 坍落度(mm),碾压混凝土 0滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混凝土 100 200自密实混凝土 240,坍落度的选择,原则：根据施工方法、结构条件和制品要求，并参考经验资料进行选择，在满足施工和结构条件的情况下，尽量选用较小的坍落度，以节约水泥，提高混凝土质量。,维勃稠度试验,透明圆盘,从开启振动台至透明圆盘底面与混凝土完全接触所需的时间为维勃稠度值VB。本方法适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度值在530s之间的拌和物稠度测定。,维勃稠度仪,维勃稠度：,测定
7、砼拌合物密实所需的时间（s）。,1.石子最大粒径不在于40；2.维勃稠度在530s之间的混凝土拌合物的稠度测定。,适用范围：,主要试验设备：,试验步骤：,1、将维勃稠度仪放置在坚实水平的地面上，用湿布把容器、坍落度筒、喂料斗内壁及其它用具内表面润湿。,2、将喂料斗提到坍落度筒上方扣紧，使其中心与喂料斗中心重合。将砼试样用小铲分三层经喂料斗均匀地装入筒内，装料及插捣与坍落度测定相同。,3、把喂料斗转离，垂直提起坍落度筒，把透明圆盘转到砼试体顶面使其轻轻接触到砼顶面，开启振动台同时用秒表计时，当透明圆盘被水泥浆布满的瞬间停表计时，并关闭振动台。,结果评定：,由秒表读出的时间秒（s）即为该砼拌合物的
8、维勃稠度值。,问题？,为什么坍落度筒法能反映塑性混凝土拌合物的和易性？解答：A、坍落度反映了拌合物在自重力作用下的流动性；B、拌和物圆锥体在敲击下，是否崩落反映了粘聚性；C、拌和物圆锥体下方是否有水泌出，反映了保水性。,维勃稠度反映的是混凝土拌和物的什么性能？答：维勃稠度法适用于Dmax小于40mm，维勃稠度在530s之间的混凝土拌和物稠度的测量。主要反映了混凝土拌和物在振动力作用下的流动性和充模性。,3.影响和易性的主要因素,(1)水泥浆与骨料的相对用量；(2)水泥浆的塑性(稠度)，取决于水泥品种与细度、水灰比；(3)骨料的级配和最大粒径、砂率；(4)骨料的形状和表面特征。(5)用水量(6)
9、外加剂,基本原理拌合物的和易性包括其流动性、粘聚性和保水性。流动性主要取决于水泥浆量和水泥浆的稠度，水泥浆愈多，流动性愈大，水泥浆愈稠，不利于流动性；拌合物中：骨料的表观密度水泥浆的表观密度，若骨料向下的重力颗粒间内摩阻力时，则可避免骨料下沉；内摩阻力与水泥浆的粘度、骨料的表面状态和水泥浆用量有关；拌合物中的水分为自由水和颗粒表面吸附水，自由水的多少取决于用水量和颗粒的总表面积。若用水量较少，总表面积愈大，则保水性越好；颗粒总表面积与骨料级配、砂用量(砂率)和水泥用量及水泥细度等有关。,(1)水泥浆与骨料的相对用量的影响,水泥浆是混凝土拌和物产生流动的决定因素。水泥浆包裹在骨料的表面，在骨料间
10、起润滑作用产生滚珠效应，减小了骨料颗粒间的内摩阻力。所以，水泥浆用量愈多，流动性愈好，拌和物的坍落度增大，同时还增大了拌和物的粘聚性。水泥浆用量较小，相对骨料用量较大，水泥浆不足以包裹骨料表面形成润滑层，骨料间的摩擦力较大，拌和物不易流动，坍落度减小。,水泥浆与骨料相对用量的影响,低水泥浆用量的干硬性拌和物,高水泥浆用量的塑性拌和物,高水泥浆用量时的滚珠效应,滚珠效应开始,滚珠效应结束,问题：水泥浆用量越多越好吗？,解答：NO；增加水泥浆用量，就增加了骨料表面包裹层的厚度，增大了润滑作用，这有利于拌和物的和易性；但水泥浆过多，超过了骨料表面包裹层所需的量，则不仅使拌和物的流动性无明显增加，而且
11、会出现流淌和泌水现象，同时会造成水泥浆的浪费，是不利的。,(2)水泥浆的塑性(稠度)的影响,水泥浆是由水泥和水组成，其塑性(稠度)取决于下列因素：水灰比水泥品种与细度,1)水灰比的影响,水灰比是混凝土拌和物中用水量与水泥用量的比值：W/C=用水量(W)/水泥用量(C)水灰比的大小反映水泥浆的稀稠程度(稠度)。在水泥浆用量一定时，增大水灰比，水泥浆变稀，粘聚性降低，颗粒间内摩阻力减小，流动性会有所增大；但水灰比过大，水泥浆太稀，保水性变差，会导致混凝土拌和物出现泌水现象。,2)水泥品种与细度的影响,基本原理：水泥品种不同，水泥颗粒的密度不同，当水泥用量相同时，密度较大的水泥，其同样质量的水泥颗粒
12、的数量较小，水泥颗粒的总表面积就小，反之亦然。水泥中混合材粉末颗粒表面特征与水泥颗粒不同，影响颗粒表面吸附特性，即影响水泥浆粘度。水泥颗粒的细度越大，则同样质量的水泥的总表面积越大。当水灰比相同时，水泥颗粒的总表面积越大，则水泥浆的稠度越大，塑性越差。从而影响混凝土拌和物的和易性。,水泥品种与细度的影响,在水灰比相同时硅酸盐水泥 流动性好，密度较大；普通硅酸盐水泥 流动性好，密度较大；火山灰水泥 流动性较差，保水性较好；矿渣水泥 流动性较差，保水性较差；粉煤灰水泥 和易性最好，坍落度较大，保 水性和粘聚性均较好。水泥颗粒愈细，拌和物的粘聚性和保水性愈好；当水泥的比表面积小于280m2/kg时，
13、混凝土拌和物的泌水性增大。,(3)骨料级配、砂率与最大粒径的影响,基本原理：混凝土中的粗细骨料的表面都将吸附一层水膜，因此，骨料的总表面积越大，水泥浆中的自由水越少，从而导致水泥浆稠度增加，坍落度降低；骨料的总表面积与粗骨料的最大粒径Dmax与级配、细骨料占骨料总量的百分比砂率有关，Dmax越小，粗骨料的表面积越大；砂率越大，总表面越大。细骨料填充在粗骨料的间隙中，有效地减轻了粗骨料颗粒间的连锁，起到拨开作用，有利于骨料的滑动或流动。正是由于这些原因，骨料的最大粒径、级配和砂率对拌和物的和易性所需的用水量有很大的影响,1)最大粒径Dmax的影响,对于恒定的水泥浆用量，骨料粒径越大，总表面积越小
14、，拌和物的坍落度越大；对于给定的坍落度或维勃稠度，骨料粒径越大，骨料表面吸附水越少，则用水量越少，见表3-9；,骨料粒径对其表面积的影响,若破碎该骨料使边长减小一半，则表面积增大一倍,骨料粒径与表面积的关系,水泥浆用量一定时，粒径越大，表面积越小，骨料表面的水泥浆越厚，则骨料就容易滑动，坍落度就大。,粒径越小，表面积越大，骨料表面的水泥浆越薄，则骨料相互连锁不易滑动，坍落度就小。,2)骨料颗粒级配的影响,级配良好的骨料，较大粒径的颗粒堆积的空隙被较小颗粒填充，较小颗粒堆积的空隙被更小颗粒填充，不但使得骨料颗粒堆积的空隙率较小，填充在空隙中的水泥浆减少，水泥浆主要包裹在骨料的表面，而且可以避免骨
15、料颗粒间的连锁，利于骨料的滑动，拌和物流动性较好。,当用水量相同时，级配良好的骨料可以增大拌和物的流动性。当流动性相同时，级配良好的骨料可以减小水灰比或减少用水量,3)砂率的影响,基本概念：混凝土拌和物中所用砂的质量占骨料总量的质量百分数称为砂率。使拌合物的坍落度最大时的砂率称为合理砂率,试验表明：水灰比与用水量一定时，拌和物坍落度先随砂率增加而增大，达到最大值后，又随砂率增加而减小，坍落度最大时的砂率为合理砂率(最优砂率),问题：为什么存在一个合理含砂率？,解答：砂率的大小影响了拌合物中骨料的总表面积和空隙率。当水泥浆用量一定时，砂率较小时，石子较多，砂与水泥浆组成的砂浆不足以填满石子颗粒的
16、空隙，润滑作用较小，流动性、粘聚性、保水性均较差；随着砂率增加，砂浆逐渐增多，粗骨料间润滑层逐渐增厚，坍落度会越来越大；当砂率过大时，骨料总表面积和空隙率太大，水泥浆量变为不足，致使拌和物的坍落度变小，并随着砂率增大而减小。,合理砂率的选用原则：,1)粗骨料的Dmax较大，级配较好时，可选用较小砂率；2)砂的细度模数较小时，砂的总表面积较大，可选用较小砂率；3)水灰比较小、水泥浆较稠时，可选用较小砂率；4)流动性要求较大时，需采用较大砂率；5)掺用引气剂或减水剂时，可适当减小砂率；,(4)骨料颗粒表面特征与形状的影响,表面光滑且呈等径形状的颗粒比粗糙表面且有菱角的颗粒更利于骨料的滑动，而且，前
17、者的表面积小于后者。因此：在水泥浆用量相同时，前者拌制的混凝土拌和物坍落度大于后者；当坍落度或维勃稠度相同时，前者拌制的混凝土拌和物所需用水量小于后者。针片状的颗粒比等径形状的颗粒更不利于骨料的滑动，因此，前者不利于混凝土拌和物的流动性。,(5)用水量的影响,每立方米混凝土的用水量单位用水量，它确定了混凝土拌和物的流动性。当水泥用量一定时，增加用水量，水灰比增加，坍落度增大。当水灰比一定时，增加用水量，就必须同时增加水泥用量水泥浆用量增加，则坍落度增大。,初始自由水量对混凝土拌合物初始坍落度的影响,基本理论,恒定用水量法则：当粗、细骨料的种类和比例一定时，即使水泥用量有适当变化(50100kg
18、/m3)，只要单位用水量不变，混凝土拌和物的坍落度可以基本保持不变，即要使混凝土拌和物获得一定值的坍落度，其所需的单位用水量是一个恒定值。,问题：恒定用水量法则有何实际应用意义？,解答：它是混凝土配合比设计时，确定单位用水量的理论依据。在所用粗、细骨料的种类和比例一定的条件下，固定了单位用水量，当单位水泥用量增减不超过50100kg，混凝土拌和物的坍落度基本上可以在某一范围内恒定不变。因此，变动水灰比，就可以配制出强度不同而坍落度相近的混凝土。表3-9。,（6）混凝土拌合物的和易性还与时间，温度有关。拌合物拌制后，随时间延长，流动性减小；温度越高，水分丢失越快，坍落度损失越大。,砼的和易性,(
19、二)、改善和易性的措施,1、尽可能降低砂率；2、改善砂、石的级配；3、尽量采用较粗的砂、石；4、坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量；坍落度太大时，可保持砂率不变，适当增加砂、石；5、充分搅拌。,（三）、新拌混凝土的凝结时间,混凝土拌和后应在足够长的时间内保持塑性，以便运输、浇灌、振动成型、修饰等。混凝土的凝结时间不同于所用水泥的凝结时间。初凝：拌和物失去可塑性，不能再搅拌、浇灌、捣实。规定初凝时间不能小于45mins；终凝：混凝土固化，强度以一定速度增长。规定终凝时间不大于375mins；测量方法：贯入阻力法,（四）、浇注后的混凝土行为,离析分层与泌水新拌混凝土在运输、振捣过
20、程中和浇灌以后静置，大颗粒骨料分层，水向表面迁移泌水；泌水将导致混凝土中骨料和钢筋的下部形成水囊和表面酥松，产生沉降裂缝；塑性收缩 由于环境温湿度影响，表面泌出的水将向空气中蒸发，导致浇灌后的混凝土表面收缩，约束下收缩将导致表面开裂。养护混凝土浇灌后，必须保护表面以防湿度损失，以减少塑性收缩，利于水泥水化，这种保护成为养护。养护措施有：喷洒水、覆盖表面膜等。凝结时间温升,1、分层与泌水现象,骨料,水,可见表面泌水,内泌水,钢筋,沉降裂缝,水囊,混凝土表面,分层与泌水的控制,泌水的危害:可泵性差表面锈蚀延后顶部水灰比大层间粘结力差,原因：缺少细颗粒组分用水量太大防治措施加大细颗粒组分调节骨料级配
21、引气剂减少用水量,2、塑性收缩,泌出水的蒸发，将导致浇注后的混凝土产生塑性收缩,自由收缩 导致体积变化，但不产生应力,约束下收缩产生应力将导致开裂,平行裂缝垂直与收缩方向,塑性收缩开裂的影响因素,水灰比 当水泥用量一定时，混凝土浇灌后开裂的时间随水灰比增大而延后。水泥用量 当水灰比一定时，混凝土浇灌后开裂的面积随着水泥用量的增加而增加；当水泥用量一定时，开裂面积随着水灰比增大而增加。养护良好养护有效减少塑性开裂,塑性收缩的原因与防治措施,塑性收缩的原因表面水的蒸发速度大于水达到表面的速度混凝土处于塑性状态时，因温湿度变化、风等作用而干燥,防治塑性裂缝的措施控制风速降低混凝土的温度用冰水拌和混凝
22、土降低水泥水化热增加混凝土表面湿度湿养护喷水雾或撒水覆盖养护膜养护剂纤维增强,请观察图中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30 mm。请分析混凝土不密实的原因。,案例分析,分析答案,空洞位置局部放大混凝土横梁空洞,分析：,该混凝土未采用振动器振捣，仅人工振捣，而混凝土的坍落度偏低，流动性较差，故易产生蜂窝，应增大混凝土的坍落度，具体按GB 50204-2001混凝土结构工程施工质量验收规范规定进行。实际施工时，混凝土拌和物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺筋较密，或采用人工捣实时，坍落度可选择大一些。反之，若构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣，则坍落度可选择小一些。,某混凝土搅拌站原混凝土配方均可生产出性能良好的泵送混凝土。后因供应的问题进了一批针片状多的碎石。当班技术人员未引起重视，仍按原配方配制混凝土，后发觉混凝土坍落度明显下降，难以泵送，临时现场加水泵送。请对此过程予以分析。,案例分析,分析答案,分析：,混凝土坍落度下降的原因。因碎石针片状增多，表面积增大，在其它材料及配方不变的条件下，其坍落度必然下降。当坍落度下降难以泵送，简单地现场加水虽可解决泵送问题，但对混凝土的强度及耐久性都有不利影响，且还会引起泌水等问题。,
