第四章水泥混凝土和建筑砂漿第四章水泥混凝土和建筑砂漿水泥混凝土：水泥、水組成水泥漿體〔粘結(jié)介質(zhì)〕，將粗、細(xì)集料膠結(jié)成為一個整體化學(xué)外加劑、礦物摻合料〔粉煤灰、礦渣粉〕水泥和礦物摻合料統(tǒng)稱為膠凝材料水泥混凝土的特點：料源豐富、可塑性好、本錢低廉脆性可與鋼筋協(xié)同作用，組成鋼筋混凝土1.按表觀密度分類〔1〕輕混凝土：減輕結(jié)構(gòu)自重〔2〕普通混凝土：約2400kg/m3，最常用〔3〕重混凝土：防輻射2.按抗壓強度分類〔1〕低強度等級〔2〕中強度等級：C30~C60〔3〕高強度等級3.按工作性分類〔1〕干硬性：〔2〕常態(tài)：坍落度值10~100mm〔3〕流態(tài)：4.按施工方法分類〔1〕泵送混凝土：〔2〕碾壓混凝土：〔3〕噴射混凝土：〔4〕灌漿混凝土：第一節(jié)普通混凝土的組成1.水泥〔膠結(jié)材料〕〔1〕品種大體積混凝土：P·S、P·P、P·F快硬混凝土：P·Ⅰ〔P·Ⅱ〕高強混凝土：P·Ⅰ〔P·Ⅱ〕〔2〕強度水泥的強度等級要與混凝土的強度等級相適應(yīng)〔P·O42.5〕C30混凝土路面優(yōu)先選用早強型水泥2.細(xì)集料〔1〕級配、細(xì)度模數(shù)混凝土用砂石材料：小的空隙率〔大的密實度〕和小的比外表積1〕級配Ⅰ區(qū)：較粗；大砂率Ⅱ區(qū)：Ⅲ區(qū)：較細(xì)；小砂率2〕細(xì)度模數(shù)Mx細(xì)度模數(shù)只反映全部顆粒的平均粗細(xì)程度，而不能反映顆粒的級配情況。應(yīng)同時考慮級配和細(xì)度模數(shù)兩個指標(biāo)〔2〕天然砂的含泥量、泥塊含量含泥量：小于0.075mm泥塊：大于1.18mm小于0.6mm〔3〕人工砂的石粉含量石粉含量：小于0.075mm的顆粒含量〔與泥不同〕〔4〕鞏固性〔5〕有害物質(zhì)含量阻礙水泥水化、降低集料與水泥石粘結(jié)性、與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生不良化學(xué)反響①云母含量②輕物質(zhì)含量③硫化物及硫酸鹽含量④有機物含量〔6〕堿活性〔7〕氯離子含量〔8〕海砂中貝殼含量3.粗集料1〕強度：巖石抗壓強度、粗集料壓碎值2〕鞏固性飽和硫酸鈉溶液3〕級配連續(xù)級配：工作性好，不離析，水泥用量大、常用間斷級配：空隙率低，節(jié)省水泥，容易離析4〕最大粒徑、公稱最大粒徑最大粒徑：100％完全通過的最小篩孔公稱最大粒徑：可以100％完全通過，也允許有少量篩余〔篩余量不超過10％〕，通常公稱最大粒徑比最大粒徑要小一粒徑。盡量增大最大粒徑5〕含泥量、泥塊含量、針片狀顆粒含量6〕硫化物、硫酸鹽7〕堿活性4.拌和用水海水只允許用來拌素混凝土5.礦物摻合料1〕粉煤灰2〕?；郀t礦渣粉3〕硅灰6.外加劑第二節(jié)水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)及檢驗技術(shù)性質(zhì)工藝性質(zhì)：混凝土拌和物的和易性力學(xué)性質(zhì)耐久性強度變形硬化混凝土一、混凝土拌和物的和易性混凝土拌和物：混凝土凝結(jié)硬化之前新拌混凝土1、和易性：綜合性質(zhì)工作性指砼拌和物能保持其組成成分均勻，不發(fā)生分層離析、泌水等現(xiàn)象，適于攪拌、運輸、澆筑、搗實成型等施工作業(yè)，并獲得質(zhì)量均勻、密實的砼的性能流動性黏聚性保水性施工和易性相互矛盾相互矛盾2、稠度試驗〔1〕坍落度、坍落擴展度試驗坍落度〔精確至5mm〕、棍度、含砂情況觀察粘聚性、保水性流動性〔2〕維勃稠度試驗〔坍落度＜10mm的干硬性砼〕試驗過程：開始振動透明圓盤底面被水泥漿布滿瞬間所經(jīng)歷的時間〔s〕2〕泌水及壓力泌水試驗①泌水試驗②壓力泌水試驗衡量混凝土拌和物在壓力狀態(tài)下的泌水性能，關(guān)系到混凝土在泵送過程中是否會離析而堵泵3、影響混凝土拌和物和易性的因素內(nèi)因：組成材料的質(zhì)量及用量外因：環(huán)境條件、時間1〕單位用水量〔1m3混凝土中水的用量〕固定用水量定那么：在原材料品質(zhì)確定的條件下，用水量一定，水泥用量增減50～100kg/m3，新拌混凝土的流動性〔坍落度〕根本保持不變和水泥水化反響潤濕集料外表總外表積自由水：決定新拌混凝土工作性2〕膠漿數(shù)量和集漿比膠漿作用：填充空隙、包裹集料外表并略有充裕起潤滑作用3〕水膠比W/B：水的質(zhì)量/膠凝材料的質(zhì)量水膠比的大小決定膠漿的稠度4〕砂率βs：砂的質(zhì)量/砂石總質(zhì)量空隙率總外表積〔1〕對流動性的影響水泥漿數(shù)量一定時：砂率越大→砂漿越多→潤滑減阻作用越好→流動性越大但砂率過大→集料空隙率大、總外表積大→水泥漿數(shù)量缺乏→混凝土拌和物顯得干稠、流動性減小坍落度砂率合理砂率〔2〕對黏聚性、保水性的影響〔3〕合理砂率：指砂子在填滿石子間空隙后有一定的充裕量，能在石子間形成一定厚度的砂漿層，以減小粗集料〔石子〕間的摩阻力，使混凝土拌和物流動性到達(dá)最大值5〕原材料性質(zhì)①水泥品種、細(xì)度、礦物組成、混合材料摻量②集料級配、顆粒形狀、外表特征、粒徑大小6〕外加劑最正確摻量7〕環(huán)境條件：溫度、濕度、風(fēng)速水泥水化率、水分蒸發(fā)率8〕時間坍落度損失：坍落度隨時間的增長而逐漸減小4、改善混凝土拌和物和易性的措施〔1〕調(diào)整材料組成〔配合比〕〔2〕摻加外加劑：減水劑〔3〕加強振搗5、混凝土拌和物的工作性選擇與水泥的凝結(jié)時間不同6、混凝土拌和物的其他性能試驗1〕凝結(jié)時間試驗初凝：加水→失去塑性所經(jīng)歷的時間終凝：加水→產(chǎn)生強度所經(jīng)歷的時間測定方法：從混凝土拌和物中篩出砂漿用貫入阻力法測定2〕泌水及壓力泌水試驗3〕混凝土的含氣量：單位體積混凝土中空氣的體積百分比二、硬化混凝土的強度1、砼的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值、強度等級1〕立方體抗壓強度〔〕標(biāo)準(zhǔn)尺寸：邊長為150mm的正立方體試件→標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)：溫度20±2℃，相對濕度95％以上→齡期：28d→抗壓強度：三個試件的平均值作為代表值破壞荷載，N受壓面積，mm2非標(biāo)準(zhǔn)尺寸：邊長為100mm、200mm當(dāng)用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件時應(yīng)乘以相應(yīng)的換算系數(shù)，折算為相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試件的強度。環(huán)箍效應(yīng)摩阻效應(yīng)2〕立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的正立方體試件，在28d齡期時，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的抗壓強度總體分布中，具有不低于95％保證率的抗壓強度值只是一組試件抗壓強度的平均值許多試件按數(shù)理統(tǒng)計方法確定的3〕強度等級表示方法：“C〞＋“立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值〞某混凝土的立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值＝30MPaC15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14個強度等級在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，混凝土各種力學(xué)強度的標(biāo)準(zhǔn)值，均可由強度等級換算出，所以強度等級是混凝土各種力學(xué)強度值的根底。C30

強度等級＝C＋立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值〔MPa〕C30～立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為30MPa，亦即用該混凝土制作的立方體試件抗壓強度≥30MPa的概率在95％以上2、軸心抗壓強度〔〕試件尺寸：150mm×150mm×300mm混凝土試件的受力狀態(tài)更接近其在結(jié)構(gòu)中的承壓狀態(tài)3、劈裂抗拉強度〔〕混凝土是一種脆性材料，抗拉強度很小，僅為抗壓強度的1/20～1/104、抗彎拉強度：抗折強度〔〕4、影響硬化后混凝土強度的因素內(nèi)因：組成材料的質(zhì)量和用量外因：齡期、養(yǎng)護(hù)、試驗條件〔1〕膠凝材料的強度

砼強度主要取決于水泥石〔硬化水泥漿體〕的質(zhì)量，水泥石的質(zhì)量又取決于水泥的特性和水膠比。

配合比相同時，水泥的強度等級越高，那么砼的強度越高。

〔2〕水膠比

〔2〕水膠比

反比關(guān)系

例題某混凝土所用水泥實際強度36.4MPa，水灰比為0.45，碎石。估算該混凝土28d強度值。解：

W/C=0.45，C/W=1/0.45=2.22

碎石：αa=0.53，αb=0.20

代入強度公式有：fcu,0=0.53×36.4×(2.22－0.20)=39.0MPa

〔3〕集料特性〔強度、形狀、外表特征〕砼破壞形式：①集料強度＞水泥石強度時，集料與水泥石的膠結(jié)面破壞②集料強度＜水泥石強度時，集料本身破壞普通混凝土高強混凝土2〕養(yǎng)護(hù)條件〔溫度、濕度〕和齡期

3〕試驗條件①試件的形狀、尺寸立方體試件整體受“環(huán)箍效應(yīng)〞的影響。棱柱體試件中間未受影響，所測強度相對較低。②加載速度：加荷速度越大，測得的強度值也越大5、提高砼強度的措施1〕選用高強度水泥和早強型水泥2〕采用低水膠比和漿集比3〕摻加砼外加劑和礦物摻合料4〕采用濕熱處理〔蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)〕5〕采用機械攪拌和振搗三、混凝土的變形砼變形荷載作用下的變形非荷載作用下的變形短期荷載作用下的變形長期荷載作用下的變形化學(xué)減縮溫度變形干縮濕脹1、短期荷載作用下的變形〔彈塑性變形〕彈性變形塑性變形2、長期荷載作用下的變形〔徐變、蠕變〕3、化學(xué)減縮水泥水化產(chǎn)物的固體體積小于水化前反響物〔水和水泥〕的總體積4、溫度變形〔熱脹冷縮〕減少大體積砼溫度變形5、干縮濕脹6、收縮試驗四、耐久性砼在長期使用過程中，抵抗因服役環(huán)境外部因素和材料內(nèi)部原因造成的侵蝕和破壞，而保持其原有性能不變的能力。環(huán)境外部因素：①酸、堿、鹽腐蝕；②冰凍破壞；③水壓滲透；④干濕循環(huán)；⑤荷載作用；⑥振動沖擊材料內(nèi)部因素：堿集料反響

氯離子腐蝕酸雨腐蝕

1、抗?jié)B性混凝土抵抗壓力水滲透的性能抗?jié)B等級：在規(guī)定試驗條件下混凝土所能抵抗的最大水壓力。分為P4、P6，P8，P10，P12。如P6表示可抵抗0.6MPa的水壓力而不滲透。抗?jié)B等級等于或大于P6稱為抗?jié)B混凝土。2、抗凍性硬化混凝土在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受屢次凍融循環(huán)作用，能保持強度和外觀完整性的性能。混凝土抗凍性以抗凍等級或抗凍標(biāo)號表示。試驗方法：慢凍法；快凍法

3、抗氯離子滲透性氯離子對混凝土的破壞：造成砼中鋼筋腐蝕試驗方法：電通量法；快速氯離子遷移系數(shù)法〔RCM法〕4、堿—集料反響原材料(水泥、外加劑、混合材)中的堿(Na2O或K2O)與骨料中的活性成分反響。澆筑后假設(shè)干年(二、三十年)逐漸反響，生成物吸水膨脹使混凝土開裂。〔1〕堿-硅反響:堿與骨料中的活性氧化硅反響產(chǎn)生堿硅凝膠，吸水后膨脹引起混凝土結(jié)構(gòu)崩潰。

〔2〕堿-碳酸鹽反響

堿骨料反響的三個條件:(1)混凝土中含有堿活性的骨料；(2)混凝土中有較高的堿含量(Na20、K2O)；(3)有充分的水。水工混凝土具有更大的危險性。

抑制堿骨料反響的措施：(1)慎選骨料。重要工程用骨料進(jìn)行堿活性檢驗。(2)控制混凝土中的總堿量。采用低堿(≤0.6％)水泥、降低水泥用量、控制含堿外加劑。(3)摻加活性摻合料(粉煤灰)；(4)控制進(jìn)入混凝土的水分。(1)合理選擇水泥、砂、石等原材料;(2)控制混凝土最大水灰比及最小水泥用量;(3)摻入適宜的外加劑和摻合料;(4)加強混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制,除應(yīng)攪拌均勻、澆筑和振搗密實外，應(yīng)特別加強養(yǎng)護(hù)。5、提高混凝土耐久性的措施第三節(jié)普通水泥混凝土的配合比設(shè)計根據(jù)原材料的技術(shù)性質(zhì)及施工條件合理選擇原材料，確定各組成材料的用量。1.配合比設(shè)計的根本規(guī)定第三節(jié)普通水泥混凝土的配合比設(shè)計2混凝土配合比表示方法〔1〕單位用量表示方法〔2〕相對用量表示方法3混凝土配合比設(shè)計的根本要求：〔1〕滿足結(jié)構(gòu)物設(shè)計強度要求；〔2〕滿足工程所處環(huán)境耐久性要求；〔3〕滿足施工要求的工作性；〔4〕在滿足上述要求的前提下降低本錢。〔1〕水膠比W/B:按混凝土的強度和耐久性的要求確定。在滿足混凝土強度與耐久性要求的前提下，為節(jié)約水泥，可采用較大的水膠比〔2〕單位用水量mw:水灰比確定后，單位用水量決定漿集比，據(jù)施工要求的流動性及粗骨料的最大粒徑來確定。在滿足施工要求的流動性前提下，單位用水量取較小值，可節(jié)省水泥、改善耐久性4配合比設(shè)計中的重要參數(shù)〔3〕砂率s:砂子占砂石總量的百分比，對工作性影響較大。在保證混凝土拌合物和易性的前提下，從降低本錢角度考慮，可選用較小的砂率5普通混凝土配合比設(shè)計步驟

?普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程?〔JGJ55-2021〕混凝土配合比的初步計算初步配合比經(jīng)實驗室試拌調(diào)整基準(zhǔn)配合比經(jīng)實驗室強度復(fù)核試驗室配合比施工現(xiàn)場實際情況施工配合比

1〕確定試配強度式中fcu,0——混凝土配制強度〔MPa〕fcu,k——設(shè)計的混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值〔MPa〕

σ——混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)差〔MPa〕〔2〕計算初步配合比

〔2〕確定水膠比〔W/B〕按耐久性校核

〔3〕選取1m3砼的用水量mwo

〔4〕確定混凝土的單位膠凝材料用量mbo

〔5〕確定合理的砂率值βs〔6〕計算粗、細(xì)骨料的用量〔mgo，mso〕①質(zhì)量法〔假定表觀密度法〕②體積法〔絕對體積法〕2〕試配、調(diào)整提出基準(zhǔn)配合比試配：按初步計算配合比進(jìn)行試配調(diào)整:

4〕配合比強度檢驗和密度修正采用三個不同的配合比，一個為基準(zhǔn)配合比，另外兩個配合比的水灰比較基準(zhǔn)配合比分別增減0.05。

計算配合比時作了一些假定，計算表觀密度與實測表觀密度不一定相等，需要根據(jù)實測表觀密度計算校正系數(shù)，并校正各種材料的用量?；炷涟韬衔锏挠嬎惚碛^密度〔ρc，c〕：

再根據(jù)實測拌合物表觀密度計算校正系數(shù)δ：注意：實測值與計算值相差不超過2％時，用量不必校正；超過2％時，每項材料用量乘以校正系數(shù)，即為設(shè)計配合比。5〕換算施工配合比

試驗室確定配合比時，骨料均以枯燥狀態(tài)為準(zhǔn)，而工地現(xiàn)場的砂、石材料都含有一定水分，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場砂石的含水率對配合比進(jìn)行換算。假設(shè)現(xiàn)場砂含水率為a％，石子含水率為b％，經(jīng)換算每m3混凝土各種材料的用量：

某現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，混凝土的設(shè)計強度等級為C30，使用環(huán)境為枯燥的辦公用房?；炷劣蓹C械攪拌、機械震搗，施工要求的坍落度為30~50mm。原材料如下：水泥：強度等級P.O52.5，密度c=3.1g/cm3，水泥強度等級充裕系數(shù)c=1.05；砂：Ⅱ區(qū)中砂，表觀密度0s=2650kg/m3；石子：5-20碎石，表觀密度0g=2700kg/m3。試求：(1)混凝土的實驗室配合比；(2)假設(shè)施工現(xiàn)場砂的含水率為3%，碎石含水率為1%，求混凝土施工配合比。普通混凝土配合比設(shè)計實例解：1.混凝土的實驗室配合比：

1)確定計算配合比①試配強度：②確定水灰比：碎石：a=0.46，b=0.07。此混凝土梁處于枯燥環(huán)境，查表(4.17)，允許的最大水灰比為0.65，故可取(W/C)=0.63。③

確定單位用水量(mw0)：由施工要求的坍落度及所用的骨料情況，查表(4.24)，選取單位用水量mw0=195kg。④

計算水泥用量：查表(4.17)，滿足耐久性要求最小水泥用量為260kg/m3，故可取mc0=310kg/m3。⑤

確定合理砂率：根據(jù)骨料及水灰比情況，查表(4.25)，取s=37%。⑥計算粗、細(xì)骨料用量：按體積法計算，取=1。解得：mg0=1174kg及ms0=690kg。初步計算配合比：mc0：ms0：mg0：mw0

=310：690：1174：195=1：2.23：3.79：0.63。2配合比的試配、調(diào)整按計算配合比試拌混凝土15L，各材料用量為：水泥4.65kg，水2.93kg，砂10.35kg，石子17.61kg

拌勻后做和易性試驗，測得坍落度為20mm，低于規(guī)定值要求。增加5%的水泥漿，即水泥用量增加到4.88kg，水用量增加到3.08kg。測得的坍落度為30mm，且粘聚性、保水性均良好。

試拌調(diào)整后的材料用量：水泥4.88kg，水3.08kg，砂10.35kg，石子17.61kg，總質(zhì)量35.92kg。拌合物實測表觀密度2410kg/m3，那么拌制1m3混凝土材料用量：