土木工程材料-混凝土1.pptx
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1、本章主要内容 介绍了各种水泥混凝土的组成、结构与性能,以及混凝土的配合比设计方法和应用。v普通混凝土普通混凝土普通混凝土组成材料及其基本要求普通混凝土组成材料及其基本要求 普通混凝土拌和物的性质普通混凝土拌和物的性质 普通混凝土结构及性质普通混凝土结构及性质 混凝土的质量评定混凝土的质量评定 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计 v其他混凝土其他混凝土 混凝土在土木工程中的重要性v混凝土是用量最大的结构材料,每年世界混凝土 消耗量为11亿吨,是钢材消耗量的10倍以上;v混凝土是应用最广的结构材料,可用于桥梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程;v原因混凝土具有耐久性,耐水、耐火;新拌混凝土具
2、有很好的流动性和冲模性,容易浇注成各种形状和尺寸的结构构件;价格低廉,原材料储量丰富,分布很广。5.1 混凝土概述1)定义:混凝土是由胶结料和骨料混合、通过一定的工艺成型后、硬化而成的复合材料。胶结料是无机胶凝材料,或有机胶凝材料或二者的复合。水泥混凝土,通常简称混凝土,是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材砼。2)混凝土的种类v根据表观密度0:普通混凝土 (2400kg/m3);轻混凝土 (1950kg/m3);重混凝土 (2600kg/m3)。v根据用途(功能):普通混凝土;道路混凝土;防水混凝土;耐热混凝土;耐酸混凝土;防辐射混凝土;膨胀混凝土;装饰混凝土等。v根据生产与施工方法
3、:商品混凝土泵送混凝土喷射混凝土碾压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土离心混凝土等。混 凝 土3)混凝土的特点v耐久性能好;v组分材料来源丰富,经济性好;v容易成型为任意形状和尺寸的构件;v可大量利用工业废料;v可与钢材复合使用;v性脆易裂,抗拉强度低;v混凝土生产能耗较低,维护费用少。混凝土是复杂的、随机性的材料v其微结构由非匀质的三相组成,而每一相又包含非匀质的多相;v其微结构不是静止的,而是随时间不断变化;新生成的水化物可以填充微裂缝,有自愈性;v与其它材料不同,它是使用前才在工程现场或就近生产的。4)土木工程对混凝土的基本要求 v满足混凝土结构设计的强度要求,以保证构筑物能安全
4、地承受各种设计荷载;v满足混凝土施工所要求的和易性,以便硬化后能得到均匀密实的混凝土;v具有与工程环境相适应的耐久性,以保证构筑物在所处环境中服役寿命;v满足经济与生态的要求,能源与资源消耗低、环境负荷少等。5)混凝土材料工业的可持续发展a)原材料资源的保护及再生利用;减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量,多利用工业废料绿色化;b)推进混凝土科学技术的发展,改善混凝土结构物的耐久性。5.2 普 通 混 凝 土(一)普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨 料新拌混凝土100%体积6075%715%2540%1421%2128%3942%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂 为了改善或提高混凝土的性能
5、一、混凝土的组成与结构各组成材料的作用骨 料v廉价的填充材料,廉价的填充材料,节省水泥用量节省水泥用量v混凝土的混凝土的骨架,减小收缩,抑制裂缝的扩展骨架,减小收缩,抑制裂缝的扩展v传力作用传力作用v降低水化热降低水化热v提供耐磨性提供耐磨性水泥浆v润滑作用润滑作用与水形成水泥浆,赋予新拌混凝土以流动与水形成水泥浆,赋予新拌混凝土以流动性性v胶结作用胶结作用包裹在所有骨料表面,通过水泥浆的凝结包裹在所有骨料表面,通过水泥浆的凝结硬化,将砂、石骨料胶结成整体,形成固体硬化,将砂、石骨料胶结成整体,形成固体各组成材料的作用水v混凝土中的拌和水有两个作用混凝土中的拌和水有两个作用:供水泥的供水泥的水
6、化反应水化反应赋予混凝土的赋予混凝土的和易性和易性v剩余水留在混凝土的孔(空)隙中剩余水留在混凝土的孔(空)隙中使混凝土中产生孔隙使混凝土中产生孔隙对防止塑性收缩裂缝与和易性对防止塑性收缩裂缝与和易性有利有利对渗透性、强度和耐久性对渗透性、强度和耐久性不利不利各组成材料的作用外加剂v化学外加剂:改善混凝土的性能化学外加剂:改善混凝土的性能缓凝剂缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢;使水泥浆凝结硬化速度减慢;促凝剂促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢;使水泥浆凝结硬化速度减慢;减水剂减水剂减少拌和需水量;减少拌和需水量;引气剂引气剂在混凝土中引起封闭气孔;在混凝土中引起封闭气孔;v矿物掺合料:减少水泥用
7、量,改善混凝土性能矿物掺合料:减少水泥用量,改善混凝土性能粉煤灰粉煤灰硅灰硅灰矿渣矿渣(一)水 泥 v水泥品种的选择依据工程性质及所处的环境;工程性质及所处的环境;施工条件;施工条件;混凝土的强度等级。混凝土的强度等级。v若用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土,虽然满足强度要求的水泥用量少,但难以满足混凝土的和易性和耐久性的要求,不可取。v若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土,满足强度要求的水灰比会很小,其和易性难以满足施工要求,也不可取。5.2 普通混凝土的组成材料(二)骨 料1.骨料的定义与用途v骨料是岩石类材料v骨料在土木工程中的应用:水泥混凝土 沥青混凝土 道路基础 铁路道渣 砂浆v
8、每年用量约为20亿吨v骨料的生产混凝土中的骨料v经济上:在不影响混凝土性能的条件下,在混凝土中尽可能多地加入骨料,以降低混凝土的成本;v骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。混凝土中骨料的基本要求 v具有良好的颗粒级配,使堆积空隙率小,颗粒总比表面积较小,以减少水泥浆用量;v骨料颗粒表面干净,以保证与水泥浆有良好的粘结力;v含有害杂质少,不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分;v具有足够的强度和坚固性,以保证起到骨架和传力作用。2、骨料的种类v按照骨料粒径粗骨料:粒径大于5mm的岩石颗粒,如卵石、碎石细骨料:粒径小于5mm的岩石颗粒,如河砂、山砂、海砂v按照骨料的密度普
9、通骨料:堆积密度在15201680kg/m3的骨料 密度在25002700kg/m3轻骨料:堆积密度1120kg/m3的骨料 密度在1000kg/m3重骨料:堆积密度2080kg/m3的骨料 密度在35004000kg/m3 如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。如铁矿石、重晶石等。碎 石卵 石骨料的种类普通骨料轻骨料重骨料骨料的分类3 骨料的有害杂质v有害杂质的种类:粘土、泥块、云母;硫酸盐、硫化物、有机质;活性SiO2;针片状颗粒等。v有害杂质的危害:影响水泥的水化、腐蚀水泥石;影响混凝土的和易性影响混凝土的强度与耐磨性;增大混凝土的收缩;引起碱骨料反应等。含泥量很大的骨
10、料4 骨料的级配和粗细程度v骨料粒径及其分布粗骨料:最大粒径与颗粒级配;细骨料:细度模数与颗粒级配。v骨料粒径与颗粒级配影响骨料堆积孔隙颗粒级配合理可减少堆积孔隙;单一粒径越大,堆积孔隙越多。v粒径及其分布影响的混凝土性能混凝土的用水量;混凝土的水泥用量;新拌混凝土的和易性混凝土的微裂缝 骨料粒径越大,堆积的空隙越多,所需水泥浆用量越大关于骨料粒径及其分布的几个基本概念v颗粒级配 指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况不同粒径颗粒的分布。v粗细程度 指的是不同粒径细骨料混合在一起的总体粗细程度平均粒径大小。v最大粒径 指的是粗骨料公称粒径的上限允许最大值。v筛分法:砂子标准筛:9.50
11、4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15mm 共七个孔径的筛。方法:将500g烘干的砂子试洋由粗到细一次过筛,然后称出余留在各个筛上的砂子质量。计算:各个筛上的余量为分计筛余ai,各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余Ai。则:累计筛余Ai=ai (i=1i)任意一组累计筛余(A1A6)则表征了一个级配。用Ai作纵坐标,筛孔尺寸作横坐标,绘制级配曲线。1)砂子的颗粒级配与粗细程度v砂的颗粒级配区砂的颗粒级配区筛孔直筛孔直径径(mm)mm)累计筛余量(累计筛余量(%)区区区区区区9.509.500 00 00 04.754.7510-010-010-010-010-010-0
12、2.362.3635-535-525-025-010-010-01.181.1865-3565-3550-1050-1025-025-00.600.6085-7185-7170-4170-4140-1640-160.300.3095-8095-8092-7092-7085-5585-550.150.15100-90100-90100-90100-90100-90100-909.50204060801000.150.300.601.182.364.75筛孔直径(mm)过细砂区过粗砂区区区区砂的级配曲线砂的级配曲线砂的级配曲线砂的级配曲线v细度模数Mx细度模数表征砂的粗细程度,可以理解为质均粒径,
13、由筛分法测定。细度模数计算式:Mx=(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1/(100A1)细度模数越大,骨料越粗,根据细度模数将砂分为:细砂(2.21.6);中砂(3.02.3);粗砂(3.73.1)。问题?v砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗?为什么?答:不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程度的差别。v细度模数相同,级配相同吗?级配相同,细度模数相同吗?答:细度模数相同,级配不一定相同;但级配相同,细度模数一定相同。2)石子的颗粒级配v石子的级配有连续级配和间断级配两种:连续级配 要求颗粒尺寸由大到小连续分级,每一级骨料都占有适当比例,这种级配较好;间断级配 是人为地剔除骨料中的某些粒
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