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简介
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第五章 混凝土 主要内容 混凝土简介 普通混凝土组成材料 混凝土主要技术性质 普通混凝土配合比设计 轻混凝土简介 混凝土简介 混凝土的发展历史 混凝土分类 混凝土特点 混凝土质量的基本要求 混凝土的发展历史 出现钢筋砼 1848年 法国制作了钢筋砼船 1887年科伦发表钢筋砼的计算方法 1928年法国弗列什捏发现预应力 近30年来 ，多性能混凝土应用 混凝土分类 重砼： ρ0>2800kg/m3 普通砼： ρ0=2000~2800kg/m3 轻砼： ρ0<2000kg/m3 混凝土特点 优点 可根据不同要求配制不同性质砼 可依要求浇筑各种形状和任意尺寸的结构或构件 抗压强度高 就地取材，生产能耗低 耐久性、耐火性好 缺点 自重大 抗拉强度低，容易开裂 导热系数大，保温隔热差 硬化较慢，生产周期长 普通混凝土组成材料 水泥 细骨料 粗骨料 水 一、水泥 品种 工程特点 环境条件 施工条件 强度等级 1.5~2.0 fh 二、细骨料--砂 填充粗骨料空隙，减少水泥浆干缩 含泥量 石粉 泥块含量 有害杂质 坚固性 碱骨料反应 粗细程度与颗粒级配 细度模数 （A2+A3+---+A6）－5 A1 MX = ———————————— 100－A1 表5.1 累计筛余率与分计筛余率计算关系 砂的粗细程度与颗粒级配 建筑用砂一般是 3.7 ~ 1.6 粗砂 3.7 ~ 3.1 中砂 3.0 ~ 2.3 细砂 2.2 ~ 1.6 砂的颗粒级配用级配区表示，建筑用砂根据600μm筛的累计筛余百分率A4分成3个级配区。 级配良好砂的特点： 1、空隙率小，使水泥浆充分用于粘结砂粒。 2、总表面积小，节约水泥。 人工级配 （A2L+A3L+---+A6L）x%－5 A1L x% MX = ————————————————————— 100－A1L x% － A1S(1－ x%) （A2S+A3S+---+A6S） (1－ x%)－5 A1S (1－ x%) + ————————————————————— 100－A1L x% － A1S(1－ x%) MX = MXLx% + MXS (1－ x%) 三、粗骨料—石子 起骨架作用，坚固耐久 含泥量 针片状颗粒 泥块含量 有害杂质 坚固性 碱骨料反应 强度 立方体强度 压碎指标 最大粒径与颗粒级配 最大粒径与颗粒级配 最大粒径 Dmax 最大粒径增大，可节约水泥；或者在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 规定：粗骨料的最大粒径不得超过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 。对于砼实心板，可允许采用最大粒径不超过 1/3 板厚的骨料，但最大粒径不得超过40mm。 连续粒级：拌合混凝土的和易性好，节约水泥。 单粒粒级：用于组合成所要求的连续粒级。 骨料的含水状态及饱和面干吸水率 四、拌合及养护用水 混凝土用水的质量要求： 不得影响混凝土的和易性及凝结； 不得有损于混凝土强度的发展； 不得降低混凝土的耐久性，加快钢筋锈蚀及导致预应力钢筋脆断； 不得污染混凝土表面。 自来水和清洁的天然水，水中不得含有害杂质，如油脂、糖类等有机物质。海水(SO42-、Mg2+、Cl-）、工业污水等应经处理后使用。 混凝土主要技术性质 拌合物的和易性 强度 变形 耐久性 拌合物的和易性 和易性：流动性 粘聚性保水性 和易性测定：坍落度、坍落扩展度、维勃稠度 坍落度试验 维勃稠度试验 混凝土拌合物分级 混凝土拌合物按坍落度分级 混凝土按维勃稠度的分级 拌合物的和易性 坍落度的选择 影响砼拌合物的和易性的主要因素 水泥浆的数量 水泥浆的稠度 砂率 水泥品种和骨料性质 时间、温度、外加剂 拌合物的和易性 改善和易性的措施 采用最佳砂率 改善砂石级配 可能的条件下尽量采用较粗的砂石 流动性太小，w/c不变，加水泥浆 流动性太大，βS不变，加砂石 掺外加剂 混凝土强度 立方体抗压强度及强度等级 轴心抗压强度 影响混凝土强度因素 提高混凝土强度措施 砼立方体抗压强度及强度等级 立方体抗压强度 标准试件： 150mm×150mm×150 mm 标准养护条件：温度20±2℃相对湿度95%以上 强度等级 立方体抗压强度标准值 95%保证率 混凝土轴心抗压强度 试件尺寸： 150mm×150mm×300mm 棱柱体 与立方体强度关系： fz/fcu=0.7~0.8 用于钢筋混凝土轴心受压构件计算 影响混凝土强度因素 水泥强度等级和水灰比 粗骨料的颗粒形状和表面特征 养护温度、湿度 龄期 施工方法：搅拌方式 成型捣实 实验条件：加载速度 环箍效应 提高混凝土强度措施 (1)采用高强度等级水泥或早强型水泥 (2) 采用低W/C的干硬性混凝土 (3) 采用蒸汽或蒸压养护 (4) 采用机械搅拌和振捣 (5) 掺入减水剂或早强剂 混凝土变形 化学收缩 干湿变形：干缩 温度变形：热胀冷缩 荷载作用下的变形 短期：弹塑性变形 长期：徐变 混凝土的耐久性 耐久性 抗冻性、抗渗性、抗蚀性、抗碳化能力、碱骨料反应 提高耐久性措施 选用适当的水泥品种 严格控制水灰比并保证有足够的水泥用量 选用品质好级配合格的骨料 掺用减水剂引气剂等外加剂 保证混凝土施工质量 工程实例：北京西直门旧立交桥混凝土开裂 北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于1978年12月开工，1980年12月完工。建成使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。1999年3月因各种原因拆除部分旧桥改建。在改造过程中，有关科研部门对旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作K2O﹑Na2O﹑Cl-含量测试。其中Cl-浓度呈明显梯度分布，表面Cl-浓度为0.15％﹑0.094％和0.15％。距表面1 cm处的Cl-浓度骤增，分别为0.30％﹑0.18％和0.78％。在1～2 cm处Cl-浓度达到最高值，其后随着离开表面距离的增加，Cl-浓度逐渐减至0.1％左右。 北京市80年代每年化冰盐的撒散量为400～600 t，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的Cl-主要来自化冰盐NaCl。混凝土表面Cl-含量低于距表面1～2 cm处，是因其表面受雨水冲刷，部分Cl-溶解入雨水中流失。Cl-超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。 混凝土孔结构对耐久性的影响 A、B两混凝土采用相同的水泥、砂、石，A掺用了引气剂，并降低了水灰比，其抗渗性优于B。请观察两混凝土断面的孔结构，并讨论如何可提高混凝土抗渗性。 A虽有较多气泡，但这些气泡是不连通的，截断了毛细管通道，从而提高了抗渗性。且其减少了水灰比，使其它部分更为致密。可见，改善混凝土孔结构，提高混凝土密实度，可提高混凝土抗渗性。 外加剂 了解外加剂的分类 了解常用的减水剂、早强剂、引气剂、缓凝剂、防冻剂品种 了解外加剂施工和保管注意事项 如：使用无水石膏作缓凝剂的水泥，加入木质素当减水剂或稠密减水剂时会产生速凝现象。因无水石膏在木钙或糖钙溶液中硫酸钙溶解量下降，无法抑制C3A的水化，使C3A迅速水化，从而导致水泥浆速凝。故以硬石膏为缓凝剂的水泥不宜使用含木质素磺酸盐的减水剂。 混凝土的质量控制与评定 混凝土强度的波动规律---正态分布 曲线高而窄，表明混凝土强度 值波动小，说明施工质量控制较好 矮而宽，说明强度的离散程度 较大，反映了生产管理水平低下， 强度质量不稳定。 混凝土的质量控制与评定 混凝土强度质量的评定 平均值： 强度标准差（又称均方差）： 强度保证率P的计算 工程中 混凝土的质量控制与评定 计算出概率度t ， 查表得P 。 混凝土配制强度 f cu，o=f cu，k+t·σ f cu，o=f cu，k+1.645·σ 普通混凝土配合比设计 混凝土配合比设计的基本要求 混凝土配合比设计的依据 混凝土配合比设计的方法原理 混凝土配合比设计的步骤 混凝土配合比设计的基本要求 满足设计要求的强度；? 满足施工要求的和易性；? 满足与环境相适应的耐久性；? 在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，降低成本。 混凝土配合比设计的依据 砼配合比设计的基本参数 满足强度、耐久性，定w/c 满足和易性，依据骨料种类规格定mW0 填充石子空隙有富余，定βS 砼配合比设计的算料基准 以计算1M3混凝土中各材料用量为基准 骨料以干燥状态为基准 混凝土配合比设计的方法原理 体积法： 假定砼拌合物体积=各材料绝对体积和+所含空气的体积 质量法： 假定砼拌合物在振捣密实状态下，1M3的质量为一固定值 混凝土配合比设计的步骤 初步配合比计算 (1)确定配制强度(fcu，o)? (2)初步确定水灰比(W/C) 采用碎石时： 采用卵石时： 计算出的w/c不得大于规定的最大水灰比，否则按最大水灰比设计 初步配合比计算 (3)选择单位用水量(mW0) 干硬性和塑性混凝土 a. w/c=0.40~0.80，考虑粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，按表5.22规定选取 b. w/c<0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的mW0 ，应通过试验确定 流动性和大流动性混凝土 a. 以表5.22中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量；? b. 掺外加剂时的混凝土的用水量可按下式计算： 初步配合比计算 (4)计算单位水泥用量(mC0) mC0不得小于规定的最小水泥用量，否则按最小水泥用量设计 (5)选取合理砂率值(βS)? 一般应通过试验找出合理砂率，也可按骨料种类、规格及混凝土水灰比，参考表5.18选取。 (6)计算砂、石用量(mS0、mG0) ①体积法 ②质量法 基准配合比 1. 测和易性是否满足施工需要 最小拌合量： 2. 测出混凝土拌合物的实际表观密度mCP(kg/m3) 3. 重新计算每立方米混凝土的各项材料用量 试验室配合比 强度复核 （w/c-0.05，w/c，w/c+0.05） w/c：按f cu，0~c/w 确定 mw：按坍落度或维勃稠度调整确定 mc：mw、c/w mG、ms：按c/w调整确定 并根据实际表观密度校正 施工配合比 混凝土配合比设计详细步骤 (1) 确定配制强度 (2) 确定水灰比(W/C) (3) 确定用水量(mW0) (4) 计算水泥用量(mC0） (5) 确定砂率 (6) 计算砂、石用量mS0、mG0 (7) 计算初步配合比 (8) 配合比调整，基准配合比 (9) 试验室配合比 (10) 施工配合比 轻混凝土 表观密度<1950kg/m3的混凝土 按组成成分分: 轻骨料混凝土 多孔混凝土(如加气混凝土) 大孔混凝土(如无砂大孔混凝土) 轻骨料混凝土 轻骨料来源：天然.工业.人造（烧胀.烧结） 轻骨料混凝土对轻骨料的质量要求 堆积密度、强度、颗粒级配和吸水率 有害杂质、耐久性、安定性 轻骨料混凝土技术性能 和易性 强度与强度等级 收缩与徐变 保温性能 表观密度 作 业：
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