1、,第六章 混凝土,可模性例证,P. Kumar Mehta Civil & Environmental Engineering University of California, Berkeley,P. Kumar Mehta Civil & Environmental Engineering University of California, Berkeley,可模性例证,法-菲米尼圣-皮埃尔大教堂,巴黎 公交公司 乘车中心,斯图加特火车总站（Main Train Station）,美丽的松花江，波连波，向前方。 川流不息流淌，夜夜进梦乡。,6.1混凝土概述,混凝土是指以胶凝材料（胶结料）、
2、骨料（或称集料）、水（或不加水）及其他材料为原料，按适当比例配制，经搅拌、振捣成型后，经一定时间养护硬化而成的具有固定形状和一定强度的人造石材。 根据所用胶凝材料的不同，土木工程中常用的混凝土有： 水泥混凝土 沥青混凝土 石膏混凝土 聚合物混凝土,6.1.1水泥混凝土的发展概况,水泥混凝土自从19世纪20年代问世以来，它在土木工程各领域的应用不断扩展。 水泥混凝土已经成为各种工业与民用建筑、桥梁、铁路、公路、水利、海洋、矿山和地下工程中的主导材料。 20世纪末，全世界每年平均消耗的水泥混凝土量约为90亿吨，在21世纪它仍将在众多的工程材料中占居主导地位。,6.1.2混凝土的分类,混凝土的分类
3、见书本P57页 按胶凝材料不同，分水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等； 按表观密度不同，分重混凝土、普通混凝土、轻混凝土；按使用功能不同，分结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等； 按施工工艺不同，又分喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。,6.1.3普通水泥混凝土的特点和发展方向,混凝土的优点： 混凝土组成材料来源广泛。 可调整性好。 施工性好。 具有较高的抗压强度。 与钢筋具有良好的共同工作性（匹配性）。 具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境破坏作用。 具有较好的耐火性。,混凝土的缺点： 自重大，抗拉强度低。 延性差，体积不稳定。 导
4、热系数大，保温差。 硬化慢、生产周期长。,普通砼发展趋势： 高强、高性质 轻质，商品化 减少生产能耗和劳动强度 砼工业的可持续发展技术,6.2 普通混凝土组成材料,普通混凝土是由水泥、水、细骨料（天然砂等）和粗骨料（石子等）等为基本材料，或再掺加适量外加剂、混合材料等制成的复合材料。 各组成材料的作用： 砂、石等骨料在混凝土中起骨架作用，因此也称为骨料，还可对混凝土起稳定性作用。 由水泥与水所形成的水泥浆在混凝土硬化前起润滑作用； 在混凝土硬化后，水泥浆形成的水泥石起胶结作用。,6.2.1 水泥,1.水泥品种的选择,例,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
5、磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。,露石混凝土路面,按JTJ 01294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。,2.水泥强度等级的选择,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。通常要求水泥的强度为混凝土抗压强度的1.52.0倍； 配制较高强度混凝土时，可取0.91.5倍。,道路水泥混凝土质量与水泥选用,请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面(如图)，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: 2
6、5，C3A: 15，C4AF: 7。请从水泥的角度分析其选用有否不当之处。,水泥混凝土道路表面,该路面磨损较严重，已出现较多裂纹。可见表面水泥砂浆层干缩较大、耐磨性较差。从资料可见，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，其耐磨性较差、干缩较大，可见选用水泥不当。,使用受潮水泥,广西百色某车间单层砖房屋盖采用预制空心板12 m跨现浇钢筋混凝土大梁，1983年10月开工，使用进场已3个多月并存放潮湿地方的水泥。1984年拆完大梁底模板和支撑，1月4日下午房屋全部倒塌。 事故的主因：是使用受潮水泥，且采用人工搅拌，无严格配合比。致使大梁混凝土在倒塌后用回弹仪测定平均抗压强
7、度仅5MPa左右，有些地方竟测不出回弹值。此外振捣不实，配筋不足等问题。,6.2.2 细骨料（砂）,骨料按粒径大小分为: 粗骨料 细骨料 通常粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的7080。因此，骨料质量的优劣对混凝土性能影响很大。,集 料,1.细骨料的种类及其特性,细骨料：粒径4.75 mm以下的骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。 天然砂： 河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广； 山砂：有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多； 海砂： 常混有贝壳碎片和含较多盐分等有害杂质。 人工砂： 机制砂：是将天然岩石用机械轧碎、筛分后制成的颗粒，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及
8、细粉含量较多，且成本较高。 混合砂：是由机制砂和天然砂混合而成，其技术性能应满足人工砂的要求。,依据GB/T14684-2001建筑用砂的规定，根据混凝土用砂的质量状态不同可分为： I类砂：适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土； 类砂：适合配制强度在60MPa以下的混凝土以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土； 类砂：通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土或建筑砂浆。,6.2.2.2 砂的颗粒形状及表面特征,河、海砂,山 砂,6.2.2.3 砂的粗细程度及颗粒级配,砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的平均粗细程度。 通常砂子按粗细程度分为粗砂、中砂、细砂和特
9、细砂等几种。 砂子的粗细对于混凝土材料的内部结构及性能具有明显的影响。 用粗砂配制混凝土要比用细砂配制混凝土所需的水泥浆量要节省。 但若砂子过粗，则颗粒间难以相互嵌固，使混凝土内部结构难以形成稳定的相互嵌固堆聚结构，从而造成许多不良现象。因此，配制混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。,砂的颗粒级配是指不同粒径砂子的颗粒组配情况。也就是指砂中大小颗粒之间的搭配情况。 要获得稳定的颗粒堆聚结构，并需要较少的水泥浆时，砂的颗粒级配应该为多种粒径的颗粒相互合理搭配（下图）。,筛分法,砂筛分析法是用一套方孔孔径分别为9.50mm, 4.75mm，2.36mm，1.18mm，600m, 300cm和150m的
10、7个标准筛。 将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得剩余在各筛上的砂质量： 计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率），分别以a1，a2，a3，a4，a5和a6表示； 再算出各筛的累计筛余百分率（某一筛与孔径更大的各筛的所有分计筛余百分率之和），分别以A1， A2，A3，A4，A5和A6表示。,细度模数（Mx）,砂的细度模数(Mx)越大，表示砂越粗。 当Mx3.73.1时为粗砂， 当Mx3.02.3时为中砂， 当Mx=2.21.6时为细砂， 当Mx1.50.7时为特细砂。 普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.71.6，通常采用中砂较为适宜。,级配区,筛分曲线,砂
11、的细度模数不能反映砂的级配优劣，细度模数相同的砂，其级配可能差别很大。因此，在配制混凝土时，砂的颗粒级配和细度模数应同时考虑。 当砂子的级配较好，且其中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙时，这种砂的级配和粗细最适宜，其空隙率及总表面积均较小。 配制混凝土时宜优先选用合格的中砂(2区砂）。 当采用粗砂(1区砂）时，应适当提高其砂率，并保证有足够的水泥用量以填满骨料间的空隙； 当采用细砂(3区砂）时，宜适当降低砂率以控制需要水泥浆包覆的细骨料总表面积。 在选择砂源时应本着就地取材的原则。,（2）混凝土用砂的质量要求,（1）含泥量、石粉含量和泥块含量 砂中含泥量通常是指天然砂
12、中粒径小于75m的颗粒含量； 石粉含量是指人工砂中粒径小于75m的颗粒含量；主要是由4075m的微粒组成 泥块含量是指砂中所含粒径大于1.18mm,经水浸洗、手捏后粒径小于600m的颗粒含量。,天然砂的含泥量和泥块含量,人工砂的石粉含量和泥块含量,（3）砂的坚固性,坚固性是指骨料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。自然因素包括： 温度变化 干湿变化 冻融循环 通常采用硫酸钠溶液法检验骨料的坚固性： 将砂试样在饱和硫酸钠溶液中经5次循环浸渍后；依据其质量损失来评定其类别。 人工砂则采用压碎指标试验法进行检测。,砂的坚固性指标,压碎指标,（4）有害物质含量,有害物质是指各种可能降
13、低混凝土性能与质量的物质。通常，应限制云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、氯盐和有机物等的含量，且砂中不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、煤渣等杂物。,比色试验,将砂试样（500g）倒入250ml的量筒中，然后注入3浓度的NaOH溶液到200ml刻度处，剧烈摇动后静置24小时。 用鞣酸粉和3浓度的NaOH溶液配制标准液。 若试样上部溶液的颜色浅于标准液的颜色，则有机物的含量对混凝土无害。 如果试样上部溶液的颜色比标准液深，则表示砂中可能含有较多的有机物，但不能肯定这种砂不适用于混凝土。必须对可疑的砂再用下法检验： 用经清洗有机物含量合格后的砂和未经清洗的砂配制相同配比、相同流动度的砂浆。若未经清洗
14、的砂配制的砂浆，其7天和28天抗压强度不低于经清洗的砂配制的砂浆强度的95时，则此砂可采用。,6.2.2.4 砂的含水状态,普通粗骨料的饱和面干吸水率在1左右，气干状态密实骨料的含水率在1以下。在设计混凝土配合比时，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。,砂的几种含水状态示意,6.2.3 粗骨料（石子）,粒径大于4.75 mm的骨料称为粗骨料，俗称石子。常用的有碎石及卵石两种。,卵石 碎石,根据其粒径尺寸分布状况的不同，混凝土用粗骨料有连续粒级和单粒级两种； 依据其有害杂质含量的多少及强度的高低不同，又可分为I类、类、类三种类别。其中： I类粗骨料适合配制各种混凝土，
15、包括强度为60MPa以上的高强度混凝土； 类粗骨料适合配制强度在60MPa以下的混凝土，以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土； 类粗骨料通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土。 建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T 146852001建筑用卵石、碎石的技术要求。,6.2.3.2 表面特征及颗粒形态,6.2.3.3 最大粒径 从结构上考虑：结构混凝土中应适当限制粗骨料的最大粒径。最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土实心薄板，其最大粒径不允许超过1/2板厚。 从施工上考虑：当搅拌机的容量小于0.8m3时，石子的最大粒径不得超过80mm，若是大容量搅拌机，也不宜超过150mm。对泵送混凝土，最大粒径与输送管内径之比，碎石宜小于或等于1：3，卵石宜小于1：2.5。,
