1、第5章 混凝土和砂浆,混凝土是由胶凝材料，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/m3,5.1.1 水泥1.品种五大品种水泥、特种水泥2.强度等级原则：高对高，低对低3.用量混凝土配合比设计计算确定,5.1 普通砼的组成材料,5.1.2 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
2、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,还需要测定 表观密度,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。,5.1.3 砼拌和用水,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
3、大于水泥质量的5%。（砼第五组分）2.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。,5.1.4 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）减水剂的种类 木质素磺酸盐类 聚烷基芳族磺酸盐类 三氯氰氨胶甲醛树脂磺酸盐类
4、3）注意 掺量为水泥量的0.5%1.0%，减水率为10%27%； 28d强度提高30%50%； 当水泥用量相同和强度相近时，可使塑性混凝土的坍落度增加150mm以上。 适用于蒸养混凝土、高强混凝主、早强混凝土及流态混凝土。,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
5、% 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有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。 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
6、，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
7、,最常用的两大种,粉煤灰 硅粉,5.1.5 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很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%。,5.2 混凝土拌和物的性能混凝土拌合物混凝土在未凝结硬化以前，称作新拌混凝土，或混凝土拌合物。混凝土拌合物必须具有良好的和易性，以便于施工，保证能获得良好的浇灌质量。,第5章 混凝土和砂浆,1.和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括三方面的含义。,5.2.1 混凝土拌合物的和易性,流动性
8、 粘聚性 保水性,和易性的三个方面,2.和易性测定方法目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。在工地和试验室，通常采用测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性三方面结合的方法。主要的试验方法有： （）坍落度与坍落扩展度法 （）维勃稠度法,如图，混凝土拌和物分三层装入坍落度筒； 坍落度：筒高与坍落后试体最高点之间的高差。单位：mm(精确至5mm)。观察：粘聚性、保水性。 全面地评价混凝土拌和物的工作性。,（1）坍落度,1.当混凝土拌和物的坍落度大于220mm时用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在二者之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度值；
9、否则，此次试验无效。2.适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土。,注意：,混凝土按坍落度的分类,根据坍落度不同，可将混凝土分为：1.大流动性混凝土： 坍落度大于160mm；2.流动性混凝土： 坍落度为100150mm；3.塑性混凝土： 坍落度为1090mm；4.干硬性混凝土： 坍落度小于10mm。,（2）维勃稠度试验,如图，将新拌混凝土装入坍落度筒内后再拔去坍落度筒，并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间。 维勃稠度值：从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止，所经历的时间。 单位：以s计，( 精确至1s ) 注意：适用于骨料D不大于40mm，维勃稠度在
10、530s之间。,3.影响和易性的因素 （1）水泥品种 （2）集料的性质 （3）水泥浆的数量 （4）水泥浆的稠度 （5）砂率 （6）外加剂 （7）时间和温度（外因）,5.3 硬化后混凝土的性能5.3.1 混凝土的强度1.混凝土立方体抗压强度和强度等级 （1）立方体抗压强度（fcu）按照标准的制作方法制成边长为150的正立方体试件，在标准养护条件（温度士2，相对湿度95以上）下，养护至28龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度。,第5章 混凝土和砂浆,（2）立方体试件抗压强度标准值（fcu,k） 立方体抗压强度只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保
11、证率的概念。而立方体抗压强度标准值是按数理统计方法确定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。,（3）强度等级 凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。如：C30，表示混凝土立方体抗压强度标准值,fcu,k=30MPa。我国现行GB50010-2002混凝土结构设计规范规定, 普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。,2.轴心抗压强度为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹杆等）时，都
12、是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。 测定其轴心抗压强度，采用150mm150m300mm棱柱体作为标准试件，轴心抗压强度以fcp表示，以MPa计。,3.劈裂抗拉强度我国现行标准规定，采用标准试件立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts计算公式：,4.混凝土抗折强度( fcf ) 道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯强度（或称抗折强度）为主要设计指标。 水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成 150mm150mm550mm的梁形试件，在标准条件下养护后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf ）。计算公式：,1.原材料的因素（1）水泥强度（2）水灰比,5.
13、3.2 影响混凝土强度的因素,（3）集料的种类、质量和数量 （4）外加剂和掺和料,碎石：a=0.46，b=0.07 卵石：a=0.48，b=0.33,2.生产工艺因素（1）施工条件 搅拌与振捣（2）养护条件（3）龄期,3.试验因素（1）试件形状尺寸（2）表面状态（3）试件湿度,（4）加荷速度 （5）支承条件 （6）加载方式,5.3.3 混凝土的变形性能引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。1.混凝土在非荷载作用下的变形（1）化学收缩（2）塑性收缩（3）干湿变形（4）温度变形,第5章 混凝土和砂浆,2、混凝土在荷载作用下的变形 （1）混凝土的受压变形与破
14、坏特征（2）弹性模量（3）徐变,5.3.4 混凝土的耐久性1.混凝土的抗渗性指混凝土抵抗压力水渗透的能力。2.混凝土的抗冻性指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。,第5章 混凝土和砂浆,3.抗侵蚀性指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。4.混凝土的碳化指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。,5.碱集料反应是指混凝土中所含的碱（Na2O或K2O）与骨料的活性成分（活性SiO2），在混凝土硬化后潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应生成复杂的碱硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂的现象。反应慢，潜在危
15、害相当大。,6.提高混凝土耐久性的主要措施（1）合理选择水泥品种（2）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量（3）选用质量良好的砂石骨料（4）掺入引气剂或减水剂（5）加强混凝土的施工质量控制,5.4 混凝土的配合比设计和质量控5.4.1 混凝土的基本要求与质量控制1. 混凝土的基本要求2. 混凝土的质量控制3. 混凝土生产质量水平判定,第5章 混凝土和砂浆,混凝土配合比：是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例。确定这种数量比例关系的工作,称为混凝土配合比设计。 混凝土配合比的表示方法:（1）相对用量表示法（2）绝对用量表示法,5.4.2 普通混凝土配合比设计,混凝土配合比设计必须达到以下四项基本
16、要求（1）满足结构设计的强度等级要求； （2）满足混凝土施工所要求的和易性； （3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求； （4）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。,混凝土配合比设计基本参数配合比设计的三参数：水灰比、单位用水量、砂率。 水灰比,混凝土中水与水泥的比例称为水灰比,砂子占砂石总量的百分率称为砂率,用水量是指1m3混凝土拌和物中水的用量（kg/m3）,单位用水量,砂率,三个步骤,混凝土配合比设计 ,1.初步配合比设计 2.实验室配合比设计 3.施工配合比设计,（1）确定试配强度（fcu,0）,1. 混凝土初步配合比设计计算,（2）计算水灰比 （W/C）,耐久性复核,（3）选
17、定单位用水量（w0）,注： 本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加510，采用粗砂则可减少510。 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。,（4）计算水泥用量（c0）,（5）选择合理的砂率值合理砂率可通过试验、计算或查表求得。,耐久性复核,混凝土砂率选用表 （%）,（6）计算粗、细骨料用量 质量法（假定表现密度法） 计算公式： c0g0s0w0 cp,式中：c0每立方米混凝土的水泥用量（kg）；g0每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）；s0每立方米混凝土的细骨料用量（kg）；w0每立方米混凝土的用水量（kg）；s 砂率（）；cP每立方米混凝土拌合物的假定重
18、量（kg）；可取24002450kg。, 采用体积法（绝对体积法）,计算公式：,式中：c水泥密度（kg/3）,可取29003100 kg/3；g 粗骨料的表观密度（kg/3）；s细骨料的表观密度（kg/3）；w水的密度（kg/3），可取1000 kg/3；s砂率（）； 混凝土的含气量百分数。在不使用引气型外加剂时，可取。,（7）得出初步配合比通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量，即初步配合比计算完成。表示为：,混凝土实验室配合比设计包括配合比的试配、调整与确定。按初步配合比计算实际各项材料用量，进行试拌，过程如下：（1）检验工作性，确定基准配合比（2）检验强度（3）复核密度，确定试验室
19、配合比,2. 混凝土实验室配合比设计,（1）检验工作性，确定基准配合比,按计算出的初步配合比进行试拌，以校核混凝土拌和物的工作性。如试拌得出的拌和物的坍落度（或维勃稠度）不能满足要求，或粘聚性和保水性能不好时，措施：保证水灰比不变的条件下，相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。提出供混凝土强度校核用的“基准配合比”，表示为 mca：mwa：msa：mga。,（2） 检验强度,拟定三个不同的配合比，其中一个为按上述得出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05（或0.10），其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可增加及减少1%。制作检验混凝土强度的试件时，尚
20、应检验拌和物的坍落度（或维勃稠度）、粘聚性、保水性及测定混凝土的表观密度，并以此结果表征该配合比的混凝土拌和物的性能。每种配合比至少制作一组（3块）试件，在标准养护28d条件下进行抗压强度测试。确定满足强度要求的配合比，表示为mcb：mwb：msb：mgb。,（3）密度复核，确定实验室配合比,计算混凝土湿表观密度：,确定校正系数：,确定试验室配合比：,3. 施工配合比的折算,实测施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则施工配合比的各种材料单位用量为：,施工配合比为：,5.5 其他种类混凝土1.轻集料混凝土 以轻粗集料、轻细集料（或普通细集料）、水泥和水配制而成的，干表观密度不大于1950 /3
21、的水泥混凝土为轻集料混凝土。,第5章 混凝土和砂浆,2.水泥粉煤灰混凝土 指在水泥混凝土中掺加粉煤灰组分的混凝土。 3.防水混凝土 系指有较高抗渗能力的混凝土，通常其抗渗等级等于或大于级，又称抗渗混凝土。 4.耐热混凝土 指能长期在高温（200900）作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。,5.耐酸混凝土 能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。6.纤维混凝土 以普通混凝土为基材，外掺各种纤维材料而组成的复合材料，称为纤维混凝土。7.聚合物混凝土 由聚合物、无机胶凝材料和骨料配制而成。,5.6 砂浆砂浆是由胶结料、细骨料、掺加料和水按照适当比例配制而成的建筑材
22、料。5.6.1 砂浆的分类1.按用途分：砌筑砂浆、抹面砂浆；2.按所用的胶结材料分：水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆。,第5章 混凝土和砂浆,1.砂浆的组成材料 （1）胶结材料五大品种水泥，强度等级不宜大于32.5。 （2）细集料砂，砌筑砂浆宜选中砂，毛石砌体宜选粗砂。 （3）掺加料石灰、粘土和粉煤灰，配制成各种混合砂浆。目的：以达到提高质量、降低成本的目的。 （4）水拌制砂浆用水与混凝土用水相同。 （5）外加剂最常用微沫剂，是一种松香热聚物，掺量为水泥质量的0.005%0.010%。目的：提高和易性，节约结合料的用量。,5.6.2 砌筑砂浆,（1）砂浆的流动性表示砂浆在自重或外力作用下流
23、动的性能，也叫稠度。（2）砂浆的保水性搅拌好的砂浆在运输、停放和使用过程中，阻止水分与固体料之间、细浆体与集料之间相互分离，保持水分的能力。（3）抗压强度与强度等级制备标准试件：边长70.7mm正方体，标准养护（温度203、规定湿度：水泥混合砂浆相对湿度为60%80%，水泥砂浆和微沫砂浆相对湿度为90%以上）28d龄期的抗压强度平均值，确定强度等级。砂浆强度等级有：M20、M15、M10、M7.5、M5、M2.5等。,2.砌筑砂浆的主要技术性质,3.砌筑砂浆的配合比设计 （1）计算砌筑砂浆配制强度（fm，0）fm，0=f2 + 0.645 式中：fm，0砂浆的配制强度，精确至0.1MPa； f
24、2砂浆设计强度等级（即砂浆抗压强度平均值）； 砂浆现场强度标准差，精确至0.01MPa。,式中：fi统计周期内同一品种砂浆第组试件的强度；,砂浆强度标准差的计算：,公式：,统计周期内同一品种砂浆组试件强度的平均值； 统计周期内同一品种砂浆试件的总组数，25。,式中：c每立方米砂浆中水泥用量, 精确至1； fm，0砂浆的配制强度，精确至0.1MPa； 、砂浆的特征系数，A=3.03，B=-15.09； 注意： 当水泥砂浆中的计算用量不足200kgm3时，应按200 kgm3采用。,() 计算每立方米砂浆中水泥用量,（3）计算每立方米砂浆掺加料用量 水泥混合砂浆，掺加料用量的计算公式： D- Qc
25、 式中：每立方米砂浆的水泥用量，精确至； 每立方米砂浆中水泥和掺加料的总量，精确至1；宜在300350之间。D每立方米砂浆的掺加料用量，精确至；石灰、粘土膏使用时的稠度为120士5；对于不同稠度的石灰膏，按下表进行换算。,不同稠度（）的石灰膏换算系数,() 确定每立方米砂浆砂用量 Qs（kg）每立方米砂浆砂用量，应按砂干燥状（含水率小于0.5）的堆积密度值作为计算值。() 确定用水量 Qw （kg）根据砂浆稠度等要求用水量可选用270330kg/m3。混合砂浆中的用水量，不包括石灰膏或粘土膏中的水；当采用细砂或粗砂时，用水量分别取上限或下限；稠度小于70mm时，用水量可小于下限；施工现场气候炎
26、热或干燥季节，可酌量增加用水量。,() 配合比的试配、调整与确定试配时至少应采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水泥用量按基准配合比分别增加及减少10，在保证稠度、分层度合格的条件下，可将用水量或掺加料用量作相应调整。 对三个不同的配合比，经调整后，应按有关标准的规定成型试件，测定砂浆强度等级，并选定符合强度要求的且水泥用量较少的砂浆配合比。,5.6.3 抹面砂浆也称抹灰砂浆，用以涂抹在建筑物或建筑构件的表面，兼有保护基层、满足使用要求和增加美观的作用。5.6.4 装饰砂浆 指用作建筑物饰面的砂浆。它是在抹面的同时，经各种加工处理而获得特殊的饰面形式，以满足审美需要的一种表面装饰。,5.6.5 特种砂浆1.防水砂浆2.绝热砂浆3.吸声砂浆,The end,
