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但目前建筑工程中使用最广泛的是以水泥为胶凝材料的普通混凝土。
在普通混凝土中,砂、石起骨架作用,它们在混凝土中起填充和抵抗混凝土在凝结硬化过程中的收缩作用。
水泥与水形成水泥浆,包裹在骨料表面并填充骨料间的空隙。
在硬化前,水泥浆起润滑作用,赋予混合物一定的和易性,便于施工;
硬化后,水泥浆则将骨料胶结成一个坚实的整体,并具有一定的强度。
混凝土作为主要建筑材料被广泛应用,是因为它具有许多其他材料所不能取代的优点。
如:
易成型、能耗低、耐久性好、价格便宜以及与钢材结合可制成各种承重结构的优点。
但混凝土的自重大、抗拉强度低,一般只有抗压强度的1/10~1/20;
浇筑成型受气侯条件(温度、湿度、雨雪等)影响特别是使用寿命远低于设计寿命标准,而修复、维持将付出极大的经济代价等传统混凝土所存在的弱点。
素混凝土——无钢筋或钢丝网等的混凝土。
钢筋混凝土——配有钢筋的混凝土。
预应力混凝土——为了提高构件的抗裂能力,在钢筋与混凝土结合之前,预先拉张钢筋,使得构件在施加外负荷之前,钢筋受到一个预加的拉应力,而混凝土受到一个预加的压应力,这种混凝土叫做预应力混凝土。
第二部分混凝土的分类
混凝土的品种繁多,它们的性能和用途也各不相同,一般按以下几方面进行分类。
1.按工程要求分类
普通混凝土,指采用普通砂、石配制的干密度为2000~2800Kg/m3的混凝土。
特种混凝土如:
抗渗混凝土等级大于P6级的混凝土;
抗冻混凝土指抗冻等级大于F50级的混凝土;
高强混凝土指强度等级为C60级以上的混凝土;
大体积混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m,或容易因温度应力引起裂缝的混凝土等。
2.按流动性分类
干硬性混凝土,指混凝土拌合物的塌落度小于10mm的混凝土;
塑性混凝土,指混凝土拌合物的塌落度为10~90mm的混凝土;
流动性混凝土,指混凝土拌合物的塌落度为100~150mm的混凝土;
大流动性混凝土,指混凝土拌合物塌落度等于或大于160mm的混凝土。
3.按施工方法分类
如泵送混凝土;
喷射混凝土;
水下浇注混凝土;
压力浆灌混凝土;
离心混凝土等。
4.按胶结材料分类
如无机的:
水泥混凝土;
水玻璃混凝土;
石膏混凝土;
有机的:
沥青混凝土;
硫磺混凝土;
聚合物胶结混凝土;
无机有机混合的:
聚合物水泥混凝土等。
第三部分混凝土拌合物性能
新拌混凝土——混凝土的各组成材料按一定比例搅拌而制得的未凝固的混合材料称为混凝土拌合物。
硬化混凝土——混凝土拌合物在一定的条件(温度、湿度)下,经物理化学作用,随着时间推移逐渐硬化成坚实的块体,称为硬化混凝土。
混凝土拌合物的性能
混凝土拌合物应具有:
易于浇筑、捣实和表面处理的条件,从而保证良好的浇筑质量,进而为保证混凝土的强度和耐久性创造必要的条件。
因此,混凝土拌合物应具有下列各性能:
(一)和易性
混凝土拌合物的和易性是判别混凝土初期质量优劣的标准。
所谓和易性是指混凝土在施工中是否易于操作,是否具有能使浇注的构件质量均匀,易于浇捣密实的性能,和易性是一项综合的技术性能,包括流动性、粘聚性、和保水性等三方面的涵义。
(1)流动性:
是指混凝土拌合物在自重或施工机械振捣的作用下,能产生流动,并均匀密实地填满模板的性能。
流动性的大小主要取决于单位用水量或水泥浆量的多少。
单位用水量或水泥浆量多,混凝土拌合物的流动性大(反之则小),浇筑时易于填满模型。
(2)粘聚性:
是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间的粘聚力。
在运输、浇筑、捣实过程中不致产生分层、离析、泌水,而保持整体均匀的性质。
混凝土拌合物是由密度不同,颗粒大小不一的固体材料和水组成的混合物,在外力作用下,各组成材料移动的倾向性不同,一旦配比不当,就会出现分层和离析现象。
使硬化后的混凝土成分不均匀,甚至产生蜂窝、狗洞等工程质量事故。
(3)保水性;
是指混凝土拌合物在施工过程中,具有一定的保持水分不易析出的能力。
混凝土拌合物在施工过程中,随着较重的骨料颗粒下沉,因水的密度比骨料小,被迫逐渐上升到混凝土拌合物的表面,形成泌水。
泌水会在混凝土内部形成泌水通道,使混凝土的密实性变差,降低混凝土的质量。
(二)和易性的测定方法。
我国标准用塌落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性,并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性。
塌落度试验:
将混凝土拌合物按规定方法分三次装入塌落度筒内,在装满刮平后,将塌落度筒垂直向上提起,移到混凝土拌合物一侧,混凝土拌合物因自重会产生塌落现象。
然后测量出筒高与塌落后混凝土拌合物试体最高点之间的高度差。
塌落度愈大,拌合物的流动性愈大。
塌落度损失——新拌混凝土的稠度会随时间的增长而逐渐减小。
减小塌落度损失的途径:
1.选用C3A和碱含量都较低的水泥。
2.掺用缓凝型外加剂。
3.掺用优质粉煤灰。
4.尽可能选用塌烙度低的配比。
5.尽可能降低新拌混凝土的温度。
为了同时评定拌合物的粘聚性和保水性,还应观察下列现象:
用捣棒在已塌落的混凝土拌合物锥体一侧轻轻敲打,如锥体逐渐下沉,则表示粘聚性良好;
若锥体突然倒坍,部分崩裂或出现离析现象,则表示粘聚性不好。
保水性是以拌合物中稀浆析出的程度来评定,提起塌落度筒以后,如果有较多的稀浆从底部析出,则表示此混凝土拌合物保水性良好。
(三)混凝土拌合物的离析和泌水
(1)离析:
拌合物的离析是指拌合物各组分分离而造成不均匀和失去粘聚性的现象。
表现为骨料从拌合物中分离或从稀水泥浆中淌出。
虽然拌合物的离析是不可避免的,尤其是在粗骨料最大粒径较大的混凝土中,但若配合比适当,掺加外加剂可减少或抑制离析的产生。
(2)泌水:
拌合物泌水是指拌合物在浇筑后到初凝前,固定颗粒下沉水上升,在混凝土表面析出水的现象。
泌水将使混凝土质量不均匀,易于形成表面裂缝,并会降低钢筋与混凝土的粘结力等,必须尽可能降低混凝土的泌水。
通常采取掺加适当混合材(粉煤灰、矿渣粉等)、外加剂,改善混凝土和易性以提高保水性的措施,从而降低泌水现象。
(四)混凝土拌合物的凝结时间
凝结时间分为初凝时间和终凝时间。
为使混凝土有充分的时间进行搅拌、运输、浇灌。
混凝土的初凝时间不宜过短;
当施工完毕,则要求尽快硬化,增强强度,故终凝时间不宜太长。
但拌合物的凝结时间,随着水泥品种及用量,外加剂品种,混凝土配合成分,气候条件等变化而有快、慢之别。
如用普通硅酸盐水泥的拌合物凝结时间要早于用矿渣水泥的拌合物。
用速凝剂的混凝土拌合物几分钟就达到终凝,而用缓凝剂的混凝土拌合物凝结时间可达20h,甚至更长。
新拌混凝土假凝现象。
第四部分硬化混凝土的主要技术性能
1.混凝土的强度
强度是混凝土最重要的力学性能,因为混凝土结构物主要用以承受荷载或抵抗各种作用力。
通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。
混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。
其中抗压强度最大,抗拉强度最小,约为抗压强度的1/10~1/20。
(1)混凝土的抗压强度和强度等级:
混凝土的抗压强度是指标准试件在压力作用下直到破坏时单位面积所能承受的最大压力。
根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》规定,制作边长为150mm的立方体试件,在标准条件(温度20±
3℃,相对湿度90%以上)下,养护到28天龄期,测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度的标准值(单位:
Mpa)。
当按骨料最大粒径选用非标准尺寸的试件时,应将其抗压强度按表1~2系数换算成标准尺寸试件的抗压强度。
骨料最大粒径/mm
试件尺寸/mm
换算系数
>30
150×
150
1.0
≤30
100×
100
0.95
≤70
200×
200
1.05
为了正确进行设计和控制工程质量,根据混凝土立方体抗压强度标准值,将混凝土划分为不同的等级。
混凝土强度等级采用符号“C”与立方体抗压强度标准值(以N/mm2≈1Mpa)表示。
例如:
混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k=20N/mm2的混凝土。
其强度等级表示为C20。
(2)混凝土的轴心抗压强度:
混凝土的轴心抗压强度是指用棱柱体(标准试件为150mm×
150mm×
300mm)试件测得的单位面积上所能承受的最大轴心压力。
轴心抗压强度与立方体抗压强度之比约为0.7~0.8。
(3)混凝土的抗拉强度:
混凝土的轴心抗拉强度是指用立方体试件测得的单位面积上所能承受的最大轴向拉力。
混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20,并随着混凝土强度等级的提高,比值有所降低,即当抗压强度等级提高时,抗拉强度的增加不如抗压强度提高的快。
(4)混凝土的抗折强度:
混凝土的抗折强度是指混凝土受弯曲作用时所能承受的最大弯曲应力,也称弯曲抗拉强度。
(5)混凝土标号与混凝土强度等级的换算表
混凝土标号
250
300
400
500
600
混凝土强度等级
C8
C13
C18
C23
C28
C38
C48
C58
(6)影响混凝土强度的因素
a.水泥强度等级与水灰比;
b.骨料的品种、质量及数量;
c.养护的温度和湿度;
d.养护龄期;
e.成型方式。
2.混凝土的耐久性
混凝土的耐久性是指混凝土抵抗周围介质不利因素长期作用的性能。
提高混凝土的耐久性,对于延长结构寿命,减少修复所耗巨资,具有重要价值。
(1).混凝土的抗渗性:
抗渗性是指混凝土抵抗液体在压力作用下的渗透的性能。
抗渗性用抗渗等级(符号“P”)表示,抗渗等级是以28天龄期的抗渗标准试件,在标准试验方法下所能承受的最大的水压力来确定的。
抗渗等级分为P6、P8、P10、P12等。
相应表示混凝土能抵抗0.6、0.8、1.0、1.2Mpa的水压力,并且不渗漏。
(2).混凝土的抗冻性:
抗冻性是指混凝土在饱和水状态下,能经受多次冻融循环而不破坏,同时也不严重降低强度的性能。
抗冻性用抗冻等级(符号“F”)表示。
抗冻等级是以龄期28天的混凝土试件在吸水饱和后,承受反复冻融循环,以抗压强度下降不超过25%,而且重量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数来确定,混凝土的抗冻等级分为:
F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300次。
(3).混凝土的抗化学侵蚀性能:
当混凝土所处的环境中含有的侵蚀性介质,如硫酸盐侵蚀;
淡水、酸性水、海水侵蚀;
碱类侵蚀等,就要求混凝土具有抗侵蚀的能力。
(4).混凝土的炭化:
炭化作用是大气中的二氧化碳在水存在的条件下与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,生成碳酸钙和水,因碳酸钙是中性,所以炭化又称中性化。
炭化使混凝土的碱度降低,削弱了对钢筋的保护。
(5)碱—骨料反应:
当水泥碱含量(Na2O%+0.658KO2%)大于0.6%时,在有水存在的条件下,水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅化合,在骨料表面形成一层复杂的碱—硅酸凝胶。
这种凝胶遇水膨胀,使骨料与水泥石界面胀裂,粘结强度下降。
这种化学反应称为碱—骨料反应。
此反应一般进行很慢,由此引起的破坏作用,往往要经过几
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