土木工程材料

CivilEngineeringMaterials孫家瑛教授第三節(jié)一般砼的主要技術(shù)性質(zhì)在砼凝合硬化前：良好的和易性，便于施工。在砼凝合硬化后：足夠的強(qiáng)度，良好的體積穩(wěn)定性和耐久性，保證結(jié)構(gòu)平安。一、和易性1、定義和易性：砼拌合物易于施工操作（拌合、運(yùn)輸、澆灌、搗實(shí)）并能獲得質(zhì)量勻整、成型密實(shí)的性能。包括流淌性、粘聚性和保水性。國外：工作性（Workability）。。①流淌性：砼拌合物在本身自重或施工機(jī)械振搗作用下，能產(chǎn)生流淌，并勻整密實(shí)的填滿模板的性能。②粘聚性：砼拌合物在施工過程中其組成材料之間的粘聚力，不致產(chǎn)生分層和離析的性能。③保水性：砼拌合物在施工過程中，具有確定的保水實(shí)力，不致產(chǎn)生嚴(yán)峻的泌水現(xiàn)象。。砼拌和物的流淌性、粘聚性、保水性，三者之間相互關(guān)聯(lián)又相互沖突。如粘聚性好則保水性往往也好，但當(dāng)流淌性增大時(shí)，粘聚性和保水性往往變差，反之亦然。所謂拌和物的和易性良好，就是要使這三方面的性能在某種具體條件下，達(dá)到均為良好。沖突的統(tǒng)一。。2、和易性的測定和易性的主要測試方法有坍落度法和維勃稠度法。①坍落度法適用范圍：骨料最大粒徑不大于40mm，坍落度值不小于10mm的砼。坍落度試驗(yàn)方法：將砼拌合物按規(guī)定方法裝入標(biāo)準(zhǔn)圓錐坍落度筒內(nèi)，裝滿刮平后，垂直向上將筒提起，移到一旁。砼拌合物由于自重將會(huì)產(chǎn)生坍落現(xiàn)象。然后量出向下坍落的尺寸，該尺寸（mm）就是坍落度，作為流淌性指標(biāo)，坍落度越大表示流淌性越好。。在進(jìn)行坍落度試驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)視察砼拌合物的粘聚性、保水性，以便全面地評(píng)定砼拌合物的和易性。粘聚性的評(píng)定方法：用搗棒在已坍落的砼錐體側(cè)面輕輕敲打，若錐體漸漸下沉，則表示粘聚性良好；假如錐體倒塌，部分崩裂或出現(xiàn)離析現(xiàn)象，則表示粘聚性不好。保水性的評(píng)定方法：以砼拌合物中的稀水泥漿析出的程度來評(píng)定。坍落度筒提起后，如有較多稀水泥漿從底部析出，錐體部分砼拌合物也因失漿而骨料外露，則表明砼拌合物的保水性能不好。如坍落度筒提起后無稀水泥漿或僅有少量稀水泥漿自底部析出，則表示此砼拌合物保水性良好。。當(dāng)坍落度不符合要求，怎么辦？？①坍落度小于設(shè)計(jì)要求保持W/C不變，加水泥漿：每增加1cm坍落度，加5％～10％的水泥漿。②坍落度大于設(shè)計(jì)要求保持Sp不變，加粗細(xì)骨料：每減小1cm坍落度，加6％～12％粗細(xì)骨料。。視頻依據(jù)坍落度的不同，可將砼拌合物分為4級(jí)：T1級(jí)—低塑性砼（坍落度10～40mm）；T2級(jí)—塑性砼（坍落度50～90mm）;T3級(jí)—流淌性砼（坍落度100～150mm）；T4級(jí)—大流淌性砼（坍落度≥160mm）②維勃稠度法適用于干硬性砼。坍落度值小于10mm儀器：維勃稠度儀。3、流淌性的選擇砼拌合物的坍落度要依據(jù)構(gòu)件截面的大小、鋼筋的疏密和搗實(shí)方法來確定。案例：請視察圖中砼樓面，其中有空洞（俗稱蜂窩）。該砼是接受人工振搗，其砼坍落度為30mm。請分析砼不密實(shí)的緣由。該砼未接受振動(dòng)器振搗，僅人工振搗，而砼的坍落度偏低，流淌性較差，故易產(chǎn)生蜂窩，應(yīng)增大砼的坍落度，具體按GB50204-2001《砼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行。實(shí)際施工時(shí)，砼的坍落度要依據(jù)構(gòu)件截面尺寸大小、鋼筋疏密和搗實(shí)方法來確定。當(dāng)構(gòu)件截面鋼筋較密，或接受人工搗實(shí)時(shí)，坍落度可選擇大一些。反之，若構(gòu)件截面尺寸較大，或鋼筋較疏，或接受機(jī)械振搗，則坍落度可選擇小一些。。4、影響和易性的主要因素（1）水泥漿的數(shù)量水泥漿的作用：在砼凝合硬化以前，水泥漿起潤滑作用，賜予拌合物確定的和易性，便于施工。在水灰比不變的狀況下，單位體積拌和物內(nèi)，假如水泥漿愈多，則拌和物的流淌性愈大。若水泥漿過多，將會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使拌和物的粘聚性變差，同時(shí)對砼的強(qiáng)度與耐久性也會(huì)產(chǎn)生確定的影響，且水泥用量也大。水泥漿過少，不能填滿骨料間空隙或不能很好包袱骨料表面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生倒塌現(xiàn)象，粘聚性變差。因此，砼拌和物中水泥漿的數(shù)量應(yīng)以滿足流淌性要求為度，不宜過量。。（2）水泥漿的稠度（W/C）在水泥用量不變的狀況下，水灰比愈小，水泥漿就愈稠，砼拌合物流淌性就愈小。水灰比過小，水泥漿干稠，砼拌和物的流淌性過低，會(huì)使施工困難，不能保證砼的密實(shí)性。水灰比過大，會(huì)造成砼拌合物的粘聚性和保水性差，產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象，并嚴(yán)峻影響砼的強(qiáng)度。水灰比不能過大或過小，依據(jù)砼強(qiáng)度和耐久性要求合理地選用。。無論是水泥漿的多少還是水泥漿的稀稠，事實(shí)上對砼流淌性起確定作用的是用水量的多少。無論是提高水灰比還是增加水泥漿用量最終都表現(xiàn)為砼用水量的增加。恒定用水量法則：在運(yùn)用粗細(xì)骨料的種類和比例確定時(shí)，使砼拌和物獲得確定的流淌性，所需的單位用水量基本上是一個(gè)定值，即使水泥用量有所變動(dòng)（1m3砼水泥用量增減50～100kg）也無甚影響。砼用水量的選擇可參考標(biāo)準(zhǔn)。對砼拌和物流淌性的調(diào)整，應(yīng)在保證水灰比不變的條件下，用調(diào)整水泥漿量的方法來調(diào)整。確定不允許接受單純變更用水量的方法來調(diào)整砼的流淌性。。（3）砂率砂的作用：填充石子間空隙，并與水泥形成水泥砂漿包袱在石子外表面削減粗骨料顆粒間的摩阻力，賜予砼拌合物確定的流淌性。。砂率過大：骨料的總表面積增大，在水泥漿含量不變的狀況下，相對地水泥漿顯得少了，減弱了水泥漿的潤滑作用，導(dǎo)致砼拌和物流淌性降低。砂率過小：又不能保證粗骨料之間有足夠的砂漿層，也會(huì)降低砼拌和物的流淌性，而且會(huì)嚴(yán)峻影響其粘聚性和保水性，簡潔造成離析、流漿。。合理砂率：從技術(shù)角度動(dòng)身：接受合理砂率時(shí)，可使砼在用水量及水泥用量確定的狀況下，其可獲得最大的流淌性，且保持良好的粘聚性和保水性。。砂率（合理）坍落度mm從經(jīng)濟(jì)角度動(dòng)身：接受合理砂率時(shí)，可使砼在水泥用量最少的狀況下，獲得所要求的流淌性及良好的粘聚性和保水性。。（合理）砂率水泥用量砼砂率的選擇水灰比/（W/C）卵石最大粒徑/mm碎石最大粒徑/mm1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～320.5030～3529～3428～3333～3832～3730～350.6033～3832～3731～3636～4135～4033～380.7036～4135～4034～3939～4438～4336～41（4）水泥品種和骨料的性質(zhì)用礦渣水泥配制的砼其坍落度比用一般水泥的小。用卵石配制的砼其坍落度大于碎石配制的砼。（5）外加劑加入減水劑可在不提高單位用水量的狀況下使砼獲得較好的和易性，表現(xiàn)為增大流淌性、改善粘聚性、降低泌水性。。（6）時(shí)間和溫度①時(shí)間隨著時(shí)間的增加，砼拌合物的坍落度漸漸降低，稱為坍落度的經(jīng)時(shí)損失。緣由：水泥水化消耗水、骨料吸水、水分蒸發(fā)、水化產(chǎn)物凝合結(jié)構(gòu)的形成。②溫度拌合物的和易性也受溫度的影響。溫度每提高10℃，坍落度降低20～40mm。緣由：溫度上升導(dǎo)致水分蒸發(fā)及水泥水化反應(yīng)加快。。5、改善和易性的措施a、通過試驗(yàn)、接受最佳砂率；b、改善砂、石級(jí)配c、在可能的條件下，盡可能接受較粗的砂、石d、當(dāng)砼拌合物坍落度太小時(shí)，保持水灰比不變，適當(dāng)增加水泥和水（水泥漿）；e、當(dāng)砼坍落度太大時(shí)，保持砂率不變，適當(dāng)增加砂、石；f、有條件盡量運(yùn)用外加劑－減水劑、引氣劑。。6、新拌砼的凝合時(shí)間水泥的水化反應(yīng)是砼凝合硬化的主要緣由。凡是影響水泥凝合硬化的因素都會(huì)對砼的凝合硬化產(chǎn)生影響；但是砼的凝合時(shí)間并不等于水泥的凝合時(shí)間。砼的凝合時(shí)間運(yùn)用貫入阻力儀進(jìn)行測定。。二、強(qiáng)度1、砼受壓破壞過程在砼受荷載之前，其內(nèi)部已存在確定的界面微裂縫，當(dāng)砼受荷載時(shí)，這些界面微裂縫會(huì)漸漸擴(kuò)大、延長并匯合連通起來，形成可見裂縫，致使砼結(jié)構(gòu)丟失連續(xù)性而遭到完全破壞。砼在外力作用下的變形和破壞過程，是內(nèi)部裂縫的發(fā)生和擴(kuò)展的過程，它是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程，只有砼內(nèi)部的微觀破壞發(fā)展到確定量時(shí)才使砼的整體遭遇破壞。。2、立方體抗壓強(qiáng)度1）立方體抗壓強(qiáng)度的測定依據(jù)砼試件尺寸的不同，抗壓強(qiáng)度可分為：立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度（軸心抗壓強(qiáng)度）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081－2002《一般砼力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，將砼拌合物制成邊長為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度20℃±2℃，相對濕度95％以上）下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測得的抗壓強(qiáng)度值為砼立方體試件抗壓強(qiáng)度（簡稱立方體抗壓強(qiáng)度），以fcu表示。。影響砼強(qiáng)度測定值的因素①試件尺寸砼接受標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下測定抗壓強(qiáng)度，是為了使數(shù)據(jù)具有可比性?？箟簭?qiáng)度換算系數(shù)

試件邊長（mm）抗壓強(qiáng)度換算系數(shù)1000.951501.002001.05緣由：a、環(huán)箍效應(yīng)：在壓力作用下，鋼壓板與砼試件都要產(chǎn)生橫向變形，但是鋼壓板的橫向變形小于砼的橫向變形，造成上下壓板與砼試件接觸的表面之間產(chǎn)生摩阻力，它對砼試件的橫向膨脹起著約束作用，從而對其強(qiáng)度起到提高作用。砼試件尺寸越大，環(huán)箍效應(yīng)的相對作用越小，測得的強(qiáng)度值偏低。（Flash2）消退環(huán)箍效應(yīng)的方法：b、砼試件中存在的微裂縫和孔隙等缺陷，將削減砼試件的受力面積以及引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致砼強(qiáng)度降低，明顯，大尺寸砼試件中存在缺陷的幾率較大，因此其所測得的強(qiáng)度要比較小尺寸的低。。②加荷速度加荷速度越快，強(qiáng)度測定值越大。緣由：砼內(nèi)部裂縫來不及擴(kuò)展。。2）砼強(qiáng)度等級(jí)砼強(qiáng)度等級(jí)是按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定的。標(biāo)準(zhǔn)值是指依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的邊長150mm的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于95％保證率的抗壓強(qiáng)度值，以表示一般砼：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60共12個(gè)等級(jí)。結(jié)構(gòu)砼：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14個(gè)等級(jí)。砼強(qiáng)度等級(jí)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度計(jì)算取值的依據(jù)，同時(shí)也是砼施工中限制工程質(zhì)量和驗(yàn)收時(shí)的重要依據(jù)。。①C7.5～C15：可用于墊層、基礎(chǔ)、地坪及受力不大的素砼結(jié)構(gòu)；②C15～C30：可用于一般砼結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、樓梯及屋架等鋼筋砼結(jié)構(gòu)；③C30以上：可用于大跨度及耐久性要求較高的結(jié)構(gòu)，還可用于預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)、吊車梁及特種結(jié)構(gòu)。C40～C45：用于25～30層；C50～C60：用于30層至60層以上高層建筑；C60～C80：用于高層建筑，接受高性能砼。。3）軸心抗壓強(qiáng)度砼立方體抗壓強(qiáng)度只是評(píng)定強(qiáng)度等級(jí)的一個(gè)標(biāo)記，不能作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。為了符合工程實(shí)際，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中砼受壓構(gòu)件的計(jì)算接受砼軸心抗壓強(qiáng)度。以fcp表示。標(biāo)準(zhǔn)試件：150mm×150mm×300mm棱柱體試驗(yàn)表明，軸心抗壓強(qiáng)度fcp比同截面的立方體強(qiáng)度值fcu小，棱柱體試件高寬比越大，軸心抗壓強(qiáng)度越小，但當(dāng)高寬比達(dá)到確定值后，強(qiáng)度就不再降低。但是過高的試件在破壞前由于失穩(wěn)產(chǎn)生較大的附加偏心，又會(huì)降低其抗壓的試驗(yàn)強(qiáng)度值。試驗(yàn)表明：在立方抗壓強(qiáng)度fcu=10～55MPa的范圍內(nèi)，軸心抗壓強(qiáng)度fcp與fcu之比約為0.70～0.80。。3、抗拉強(qiáng)度砼是一種典型的脆性材料，即抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，且脆性隨砼強(qiáng)度等級(jí)的提高而增大。一般砼的抗拉強(qiáng)度僅為其抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，砼強(qiáng)度等級(jí)越高，該比值有所降低?？估瓘?qiáng)度主要對砼的開裂現(xiàn)象有重要意義。。試驗(yàn)方法：①干脆拉伸法目前混凝土抗拉強(qiáng)度很難接受干脆拉伸的方法進(jìn)行測定，主要是很難對中，同時(shí)夾具旁邊混凝土?xí)a(chǎn)生破壞。。PPft=P/A②劈拉法劈裂抗拉強(qiáng)度（劈拉強(qiáng)度）標(biāo)準(zhǔn)試件：150×150×150非標(biāo)準(zhǔn)試件：100×100×100，修正系數(shù)為0.854、抗折強(qiáng)度（彎曲抗拉強(qiáng)度）《馬路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ012-94）規(guī)定：砼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度以齡期為28天的彎拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。各交通等級(jí)砼路面要求的砼設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度不得低于下表規(guī)定。砼設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度交通等級(jí)特重重中等輕抗折強(qiáng)度fcf(MPa)5.04.54.54.0砼抗折強(qiáng)度試驗(yàn)試件為：150mm×150mm×550mm直角棱柱體小梁，接受三分點(diǎn)加荷。如圖所示當(dāng)接受100mm×100mm×400mm非標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，換算系數(shù)為0.85。。5、影響砼強(qiáng)度的因素（1）水灰比和水泥強(qiáng)度等級(jí)砼的強(qiáng)度主要取決于水泥石的強(qiáng)度及其與骨料接觸面的粘結(jié)強(qiáng)度。而水泥石的強(qiáng)度及其與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于水泥標(biāo)號(hào)、水灰比以及骨料的表面質(zhì)地。。水泥標(biāo)號(hào)越高，所配制的砼強(qiáng)度越高。水灰比越小，水泥石強(qiáng)度越高，與骨料的粘結(jié)力越大，砼強(qiáng)度越高。若水灰比過小，拌合物過于干硬，在確定的搗實(shí)成型條件下，無法保證灌注質(zhì)量，砼中將會(huì)出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，強(qiáng)度也將下降。如圖所示。此外，骨料表面粗糙（如碎石），則其與水泥的粘結(jié)力較高，砼強(qiáng)度較高，反之亦然。所以相同協(xié)作比下碎石配制的砼強(qiáng)度高于卵石配制的砼。。鮑羅米公式：鮑羅米只適用于流淌性及低流淌性砼，不適用于干硬性砼。系數(shù)A、B可通過試驗(yàn)求得，一般可接受規(guī)范的規(guī)定：碎石：A＝0.46，B＝0.07，卵石：A＝0.48，B＝0.33（2）養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)：保持環(huán)境的溫度與濕度，使砼強(qiáng)度不斷提高的措施稱為養(yǎng)護(hù)。①溫度a、溫度上升，有助于砼早期強(qiáng)度的提高，但對后期強(qiáng)度會(huì)造成不利影響；b、在低溫下砼強(qiáng)度發(fā)展遲緩。當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，則由于砼中水分大部分結(jié)冰，不但水泥停止水化，砼強(qiáng)度停止發(fā)展，而且由于砼孔隙中的水結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，從而使硬化中的砼結(jié)構(gòu)遭遇破壞，導(dǎo)致砼已獲得的強(qiáng)度受到損失。。②濕度a、濕度適當(dāng)，水泥水化反應(yīng)順當(dāng)進(jìn)行，使砼強(qiáng)度得到充分發(fā)展，因?yàn)樗撬嗨磻?yīng)的必要成份。b、濕度不夠，水泥水化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，甚至停止水化，嚴(yán)峻降低砼強(qiáng)度，而且使砼結(jié)構(gòu)疏松，形成干縮裂縫，增大了滲水性，從而影響砼的耐久性。施工規(guī)范規(guī)定：在砼澆筑完畢后，應(yīng)在12h內(nèi)進(jìn)行覆蓋，以防止水分蒸發(fā)過快。在夏季施工砼進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，運(yùn)用硅酸鹽水泥、一般硅酸鹽水泥和礦渣水泥時(shí)，澆水保濕應(yīng)不少于7d；運(yùn)用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求時(shí)，應(yīng)不少于14d。砼強(qiáng)度與保持潮濕日期的關(guān)系如圖所示。。（3）齡期齡期：指混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)驗(yàn)的時(shí)間。在正常養(yǎng)護(hù)的條件下，混凝土的強(qiáng)度將隨齡期的增長而不斷發(fā)展，最初7～14天內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展較快，以后漸漸變緩，28天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。28天后強(qiáng)度仍在發(fā)展，其增長過程可持續(xù)數(shù)十年之久。。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，大致與其齡期的常用對數(shù)成正比關(guān)系。例：某混凝土養(yǎng)護(hù)7d后，測得其150mm立方體抗壓強(qiáng)度為15MPa，試推定其28d強(qiáng)度。作業(yè)4.11、4.12、4.14、4.22自密實(shí)砼泵送砼PumpingConcrete返回

粘聚性與保水性骨料水可見泌水內(nèi)泌水坍落度蜂窩

結(jié)構(gòu)種類坍落度/mm基礎(chǔ)或地面等的墊層、無配筋的大體積結(jié)構(gòu)（擋土墻、基礎(chǔ)等）或配筋稀疏的結(jié)構(gòu)10～30板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50配筋密列的結(jié)構(gòu)（薄壁、斗倉、筒倉、細(xì)柱等）50～70配筋特密的結(jié)構(gòu)70～90本表是接受機(jī)械振搗砼時(shí)的坍落度，當(dāng)接受人工搗實(shí)砼時(shí)坍落度可適當(dāng)增大坍落度選擇范圍

貫入阻力儀砼用水量（kg/m3)拌合物稠度卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項(xiàng)目指標(biāo)102031.540162031.540坍落度（mm）10