1、第四章 水泥混凝土及砂漿,主講：徐鋒,教學目標,通過本章的學習： 掌握普通混凝土組成材料的品種、技術要求及選用。 熟練掌握混凝土拌合物的性質(zhì)及其測定和調(diào)整方法。 熟練掌握硬化混凝土的力學性質(zhì)，變形性質(zhì)和耐久性及其影響因素。 熟練掌握普通混凝土的配合比設計方法。 掌握砌筑砂漿的和易性的概念和表示方法,了解其配比設計方法。了解抹面砂漿的特點。,本章內(nèi)容,4.1 普通混凝土組成材料 4.1.1 混凝土中各組成材料的作用 4.1.2 混凝土主要組成材料的技術 要求4.1.3 外加劑 4.1.4 摻合料 4.2 普通混凝土的主要技術性質(zhì) 4.2.1 混凝土拌合物的和易性 4.2.2 混凝土的強度 4.2

2、.3 混凝土的變形性能 4.2.4 混凝土的耐久性 4.3混凝土的質(zhì)量控制 4.4 混凝土的配合比設計 4.5 其它種類混凝土及其新進展4.5.1 高性能混凝土4.5.2 高強混凝土4.5.3 其它混凝土 4.6 砂漿,混凝土在土木工程中的重要性,混凝土是用量最大的結構材料，每年世界混凝土 消耗量為11億噸，是鋼材消耗量的10倍以上； 混凝土是應用最廣的結構材料，可用于橋梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程； 原因： 組成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經(jīng)濟的原則。 有良好的塑性，易于加工成型。 與鋼筋有牢固的粘結力。 可代替鋼材、木材。 抗壓強度高，耐久性好，維修費用少。,

3、伊泰普大壩,在與巴拉圭交界的巴拉那河上，有堪稱世界第一的伊泰普大壩。大壩高225米，長8000米，所用混凝土達1180萬立方米。用這些混凝土，可建一個供200萬人居住的城市，或者建造一條從大壩通到美國紐約的高速公路。,定義：一般是指由膠凝材料，粗、細骨料，水及其他材料，按適當?shù)谋壤渲贫傻木哂兴璧男误w、強度和耐久性的人造石材。,其微結構不是靜止的，而是隨時間不斷變化；新生成的水化物可以填充微裂縫，有自愈性(Heal)； 與其它材料不同，它是使用前才在工程現(xiàn)場或就近生產(chǎn)的。,混凝土的分類,土木工程對混凝土的基本要求,滿足混凝土結構設計的強度要求，以保證構筑物能安全地承受各種設計荷載； 滿足混

4、凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均勻密實的混凝土； 具有與工程環(huán)境相適應的耐久性，以保證構筑物在所處環(huán)境中服役壽命； 滿足經(jīng)濟與生態(tài)的要求，能源與資源消耗低、環(huán)境負荷少等。,混凝土的宏觀結構,粗骨料,細骨料,水泥石,過渡區(qū),4.1、普通混凝土的組成材料,4.1.1 普通混凝土的組成及作用,水泥,水,水泥漿,石子,砂子,骨 料,新拌混凝土,100%體積,6075%,715%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝結硬化,硬化混凝土,混凝土外加劑,為了改善或提高混凝土的性能,各組成材料的作用,骨 料 廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量 混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展 傳力作用

5、 降低水化熱 提供耐磨性,水泥漿 潤滑作用與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性 膠結作用包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結硬化，將砂、石骨料膠結成整體，形成固體,水 混凝土中的拌和水有兩個作用: 供水泥的水化反應 賦予混凝土的和易性 剩余水留在混凝土的孔（空）隙中 使混凝土中產(chǎn)生孔隙 對防止塑性收縮裂縫與和易性有利 對滲透性、強度和耐久性不利,各組成材料的作用,外加劑 化學外加劑：改善混凝土的性能 緩凝劑 使水泥漿凝結硬化速度減慢； 促凝劑 使水泥漿凝結硬化速度減慢； 減水劑減少拌和需水量； 引氣劑在混凝土中引起封閉氣孔； 礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 礦渣,水

6、泥,水泥是混凝土中最重要的組分。 品種的選擇：應當根據(jù)混凝土工程性能與特點，工程的環(huán)境條件及施工條件，結合各種水泥特性進行合理的選擇。 強度等級的選擇：應當與混凝土的設計強度等級相適應。 經(jīng)驗證明，配制C30以下的混凝土，水泥強度等級為混凝土強度等級的1.11.8倍，配制40以上的混凝土，水泥強度等級為混凝土強度等級的1.01.5倍，同時宜摻入高效減水劑。,4.1.2 混凝土組成材料的技術要求,一、 水泥,若用高強度等級水泥配制低強度等級混凝土，雖然滿足強度要求的水泥用量少，但難以滿足混凝土的和易性和耐久性的要求，不可取。 若用低強度等級水泥配制高強度等級混凝土，滿足強度要求的水灰比會很小，其

7、和易性難以滿足施工要求，也不可取。,骨 料,細 骨 料,粗 骨 料,二、骨料,細 骨 料,1、含泥量、石粉含量和泥塊含量 含泥量指天然砂中粒徑小于75微米的顆粒含量；石粉含量，是指人工砂中粒徑小于75微米的顆粒含量；泥塊含量，則指砂中粒徑大于1.18毫米，經(jīng)水浸細、手捏小于600微米的顆粒。應符合下表,由自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的、粒徑小于4.75的巖石顆粒（砂）稱為細骨料。 混凝土用砂的質(zhì)量技術要求:,2、砂中有害物質(zhì)含量,砂中不應含有活性氧化硅，因為砂中含有的活性氧化硅，能與水泥中的堿分（2及2）起作用，產(chǎn)生堿骨料反應，使混凝土發(fā)生膨脹開裂。,細 骨 料,堿骨料反應,定義： 骨料

8、中的活性SiO2與水泥中的Na、K等堿金屬離子間的形成堿硅酸鹽凝膠的化學反應； 危害： 在骨料與水泥石的界面產(chǎn)生的堿硅酸鹽凝膠吸水后體積膨脹，導致水泥石開裂； 原因： 水泥中的含堿(Na2O、K2O)量0.6% 骨料中含有活性SiO2 ； 檢驗方法： 砂漿棒法，膨脹率0.10%。,堿硅酸鹽凝膠,細 骨 料,3、砂的顆粒級配與細度模數(shù) 砂的顆粒級配，即表示砂中大小顆粒的搭配情況。在混凝土中砂粒之間的空隙是由水泥漿所填充，為達到節(jié)約水泥和提高強度的目的，就應盡量減小砂粒之間的空隙。要減小砂粒間的空隙，就必須有大小不同的顆粒搭配。 砂的粗細程度，是指不同粒徑的砂粒，混合在一起后的總體的粗細程度。通常

9、有粗砂、中砂與細砂之分。在相同用量條件下，細砂的總表面積較大，而粗砂的總表面積較小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥漿包裹，砂子的總表面積愈大，則需要包裹砂粒表面的水泥漿就愈多。因此，一般說用粗砂拌制混凝土比用細砂所需的水泥漿為省。,骨料粒徑越大，堆積的空隙越多，所需水泥漿用量越大,細 骨 料,因此，在拌制混凝土時，砂的顆粒級配和粗細程度應同時考慮。當砂中含有較多的粗粒徑砂，并以適當?shù)闹辛缴凹吧倭考毩缴疤畛淦淇障?，則可達到空隙及總表面積均較小，這樣的砂比較理想，不僅水泥漿用量較少，而且還可提高混凝土的密實度與強度。 砂的顆粒級配和粗細程度，常用篩分析的方法進行測定。用級配區(qū)表示砂的顆粒級配

10、，用細度模數(shù)表示砂的粗細。篩分析的方法，是用一套孔徑（凈尺寸）為9.50、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15的標準篩，將500g的干砂試樣由粗到細依次過篩，然后稱得各篩余留在各個篩上的砂的重量，并計算出各篩上的分計篩余百分率ai及累計篩余百分率i（各個篩和比該篩粗的所有分計篩余百分率之和）。 細度模數(shù)計算公式為: i-累計篩余百分率，即該號篩與大于該號各篩分計篩余百分率之和。,細 骨 料,細度模數(shù)（x）愈大，表示砂愈粗，砂的細度模數(shù)范圍一般為3.70.7，其中 x在3.7 3.為粗砂， x在.02.3為中砂， x在2.21.6為細砂， x在1.50.7為特細砂。 普通混

11、凝土用砂的細度模數(shù)一般.在2.2 3.2之間較為適宜。 國家規(guī)范將細度模數(shù)為3.7 1.6的普通混凝土用砂，以0.60篩孔的累計篩余量分成三個級配區(qū)。普通混凝土用砂的篩分曲線必須包容在三個級配曲線區(qū)域中的任一個區(qū)域以內(nèi)。,配制混凝土時，宜優(yōu)先選用2區(qū)砂，當采用1區(qū)砂時應適當提高砂率，并保證足夠的水泥用量，以滿足混凝土的和易性，當采用3區(qū)時砂時，適當降低砂率，以保證混凝土的強度。,3區(qū),2區(qū),1區(qū),砂的1、2、3級配區(qū)曲線,某砂作篩分試驗，分別稱取各篩兩次篩余量的平均值如下表所示：,案例,計算各號篩的分計篩余率、累計篩余率、細度模數(shù)，并評定該砂的顆粒級配和粗細程度。,4.75mm：,2.36mm

12、：,1.18mm：,600m：,解：（1）各號篩的分計篩余率：,300m：,150m：,（2）各號篩的累計篩余率為：,4.75mm：,2.36mm：,1.18mm：,600m：,300m：,150m：,（3）該砂的級配 根據(jù)A461.8可知，該砂的級配為2區(qū)。A1A5全部在2區(qū)規(guī)定的范圍內(nèi)，因此級配合格。 該砂的細度模數(shù)為： 因此該砂屬于中砂。,x在3.7 3.為粗砂， x在.02.3為中砂， x在2.21.6為細砂， x在1.50.7為特細砂。普通混凝土用砂的細度模數(shù)一般.在2.2 3.2之間較為適宜。,粗 骨 料,粒徑大于4.75的骨料為粗骨料（卵石和碎石）。對用于配制普通混凝土的卵石和碎

13、石有以下技術要求： 1、粗骨料中的有害雜質(zhì)主要有：粘土、淤泥及細屑；硫酸鹽及硫化物；有機物質(zhì)；蛋白石及其他含有活性氧化硅的巖石顆粒等。它們的危害作用與在細骨料中相同。各種有害雜質(zhì)的含量都不應超出規(guī)范的規(guī)定。 粗骨料中的針狀（顆粒長軸長度大于平均粒徑的.倍）和片狀（厚度小于平均粒徑的0.4倍）顆粒，不僅影響混凝土的和易性，而且會使混凝土的強度降低。骨料中針狀顆粒含量，應符合規(guī)范中的規(guī)定。 水泥混凝土用粗骨料中有害雜質(zhì)的含量，應符合GB/T14685-2001的規(guī)定。,含水狀態(tài)：完全干燥 氣 干 飽和面干 含水濕潤,含水量： 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 氣 干 飽和面干

14、含水濕潤,2 骨料的含水狀態(tài),粗 骨 料,骨料的含水狀況除不含水分的絕干狀態(tài)以外，還有含與大氣濕度平衡的水分時的氣干狀態(tài)；顆粒表面干燥，而顆粒內(nèi)部的孔隙含水飽和的飽和面干狀態(tài)；顆粒表面吸附了水的潤濕狀態(tài)。 骨料在飽和面干狀態(tài)時的含水率，稱為飽和面干吸水率。當拌制混凝土時，由于骨料含水量的不同，將影響混凝土的用水量和骨料用量。計算混凝土中各項材料的配合比時，一般以干燥骨料為基準，而一些大型水利工程常以飽和面干的骨料為準。 砂石骨料的這一特性，在設計和稱料拌合混凝土中應加以注意，并作相應調(diào)整。如配合比設計是以干骨料作基準的，確定用水量時應考慮補充干骨料的吸水；當骨料是潤濕態(tài)時，確定用水量時又應考慮

15、扣除骨料的表面水。,粗 骨 料,3、最大粒徑、顆粒級配 （1）石子最大粒徑（Dmax） 石子各粒級的公稱上限粒徑稱為這種石子的最大粒徑。石子的最大粒徑增大，則相同質(zhì)量石子的總表面積減小，混凝土中包裹石子所需水泥漿體積減少，即混凝土用水量和水泥用量都可減少。在一定的范圍內(nèi)，石子最大粒徑增大，可因用水量的減少提高混凝土的強度。 然而石子最大粒徑（Dmax）過大時，則由于骨料與水泥砂漿粘結面積下降等原因造成混凝土的強度下降。同時，最大粒徑的選用，要受結構上諸因素和施工條件等方面的限制。根據(jù)我國鋼筋混凝土施工規(guī)范規(guī)定：混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結構物最小斷面的短邊長度的；不得大于鋼筋最小凈距的

16、。另外還受攪拌機以及輸送管道等條件的限制。,粗 骨 料,（2）顆粒級配 粗骨料的級配原理和要求與細骨料基本相同。級配試驗采用篩分法測定，即用2.5、5、10、16、20、25、31.5、40、50、63、80和100等十二種孔徑的圓孔篩進行篩分。 石子的顆粒級配可分為連續(xù)級配和間斷級配。連續(xù)級配是石子粒級呈連續(xù)性，即顆粒由小到大，每級石子占一定比例。用連續(xù)級配的骨料配制的混凝土混合料，和易性較好，不易發(fā)生離析現(xiàn)象。連續(xù)級配是工程上最常用的級配。 間斷級配也稱單粒級級配。間斷級配是人為地剔除骨料中某些粒級顆粒，從而使骨料級配不連續(xù)，大骨料空隙由小幾倍的小粒徑顆粒填充，以降低石子的空隙率。由間斷級

17、配制成的混凝土，可以節(jié)約水泥。由于其顆粒粒徑相差較大，混凝土混合物容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，導致施工困難。,粗 骨 料,4、粗骨料的強度及堅固性 （1）粗骨料的強度 粗骨料的強度采用巖石立方體強度或粒狀石子的壓碎指標來表示。 巖石立方強度試驗，是用母巖制成555 立方體，或直徑與高度均為5的圓柱體試樣，浸泡水中，待吸水飽和后進行抗壓試驗。石子抗壓強度與設計要求的混凝土強度等級之比，不應低于1.5。 壓碎指標是將一定重量氣干狀態(tài)下1020的石子裝入一定規(guī)格的金屬圓桶內(nèi)，在試驗機上施加荷載到 200，卸荷后稱取試樣質(zhì)量（0），再用孔徑為2.36的篩子篩除被壓碎的細粒，稱取試樣的篩余量（m1），用下式計算壓

18、碎指標：,粗 骨 料,式中a-壓碎指標值，%； m0-試樣質(zhì)量，g； m1-壓碎試驗后試樣的篩余量，g。 壓碎指標值越小，骨料的強度越高。 骨料的堅固性 骨料的堅固性是指在氣候、外力和其他物理力學因素作用（如凍融循環(huán)作用）下骨料抗碎裂的能力。堅固性試驗是用硫酸鈉溶液法檢驗，試樣經(jīng)五次干濕循環(huán)后，其質(zhì)量損失應不超過規(guī)范的規(guī)定。,P,P,骨料顆粒壓碎強度試驗示意圖, 1.5倍 （ 1.2 1.7） 混凝土強度,請觀察圖中A、B、C三種石子的形狀有何差別，分析其對拌制混凝土性能會有哪些影響。,觀察與討論,分析答案,C卵石,A碎石1,B碎石2,分析：,A為碎石1，針片狀顆粒含量較多。此針片狀的碎石過多，表面積大，不僅會影響混凝土和易性，還會影響強度。B為碎石2，表面較粗糙，多棱角，比表面積較碎石1小，拌制混凝土時的性能優(yōu)于碎石1。C為卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及表面積較小。故拌制混凝土時所需水泥量較小?；炷涟韬臀锖鸵仔暂^好。但卵石與水泥石粘結力會較差。在相同條件下，混凝土強度較低。,混 凝 土 拌 合 及 養(yǎng) 護 用 水,在拌制和養(yǎng)護混凝土用的水中，不得含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質(zhì)，如油脂、糖類等。凡是能飲用的自來水和清潔的天然水，都能用來拌制和養(yǎng)護混凝土。污水、PH值小于的酸性水、含硫酸鹽（按3計）