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土木材料论文
浅谈普通水泥混凝土的技术性质
摘要:
水泥混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。
它是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。
水泥混凝土具有多种优点,其技术与经济意义是其他建筑材料无法比拟的。
由于混凝土技术性质复杂,影响因素众多。
在一些工程中,水泥混凝土出现开裂、自重大、抗拉强度第等诸多问题。
所以水泥混凝土还是有待改进和研究的。
因此,配制高质量的水泥混凝土是解决上述问题的良好途径。
总之,水泥混凝土是目前公认最好的建筑材料。
因此广泛用于工业与名用建筑、水利工程、地下工程、公路铁路桥涵及国防军事各类工程中。
关键词:
水泥骨料和易性强度
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目录:
水泥混凝土的组成材料
水泥混凝土的技术性质
混凝土外加剂与掺合料
水泥混凝土配合比设计
正文:
1.水泥混凝土的组成材料
普通混凝土的基本组成材料是天然砂、石子、水泥和水、适量的外加剂。
在混凝土中,砂石起骨架作用,被称为骨料。
水泥和水形成水泥浆,包裹在砂粒表面并填充空隙,形成水泥砂浆,水泥砂浆又包裹在石子表面并填充其空隙。
在硬化后,形成混凝土。
水泥
水泥是最重要的材料,正确、合理的选择水泥的品种和强度等级,是影响混凝土强度、耐久性及经济性的重要因素。
水泥强度等级的选择与混凝土的设计等级相适应。
一般以水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5—2.0倍为宜,对于高强度的混凝土可取0.9—1.5倍。
细集料主要采用天然砂和人工砂。
在当地缺乏天然砂源时,可采用人工砂。
粒径在150μm-4.75㎜之间的岩石粒径称为细集料。
粗细骨料的总体积占混凝土体积的70%—80%,因此骨料的性能对所配置的混凝土性能有很大的影响。
为保证质量,具体要求有:
有害杂质含量少;具有良好的颗粒形状,适宜的颗粒级配和细读;表面粗糙,于水泥黏结牢固;性能稳定,坚固耐久等。
在砂的颗粒剂配中,常用筛分析法测定。
粗细程度用度模数表示,即Mx=(A1+A2+A3+A4+A5+A6-5A1)/(100-A1).Mx越大表示砂越粗。
卵石
粗集料,在普通混凝土常用粗骨料有碎石和卵石。
经筛分的到粒径大于4.75㎜的岩石颗粒。
为保证混凝土强度要求,粗骨料都必须是质地坚实、具有足够的强度。
碎石和卵石的强度可采用岩石立方体强度和压碎指标两种方法检测。
混凝土拌合物
2.水泥混凝土的技术性质
和易性是指混凝土拌合物易于各工序施工操作,并获得质量均匀、成型密实的混凝土性能。
和易性是一项综合的技术指标,包括流动性、黏聚性和保水性等3方面含义。
流动性是指混凝土拌合物在自重下,流动并均匀密实填充模板的性能。
反映拌合物稀稠程度。
黏聚性是指混凝土各组成材料间具有一定的黏聚力。
保水性是指拌合物具有一定保持内部水分的能力。
上述三者性质互相关联互相矛盾。
黏聚性好则保水性往往也好,但流动性增大时,黏聚性和保水性往往变差;反之亦然。
因此,三者协调,将矛盾得到统一。
和易性测定方法
坍落度筒
通过坍落度实验测定拌合物的和易性。
坍落度越大表示拌合物的流动性越大。
实验方法:
将拌合物分3层装入筒中,每层插捣25次,抹平后垂直提起坍落度筒,混凝土自行下落,测量筒高与试体最高点距离。
当坍落度小于10㎜的干硬性混凝土用维勃稠度实验测定。
影响和易性的主要因素:
①水泥浆用量。
混凝土拌合物中的水泥浆量应以满足流动性和强度要求为度,不宜过量或过少。
②水灰比。
③砂率。
砂率的变动会使骨料的空隙率和总表面积发生显著改变,对和易性产生显著影响。
④组成材料的品种及性质。
⑤时间及温度。
⑥外加剂。
硬化混凝土的强度
强度是混凝土最重要的力学性质,因为混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力。
混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度及与钢筋的黏结强度等。
在标准条件(温度20℃±2℃,相对湿度95%以上)下,养护到28天龄期,所测得的抗压强度值为混凝土的抗压强度。
以fcu表示,则fcu=F/A。
F试件破坏荷载(N),A试件承压面积(㎡)。
混凝土强度等级采用符号C表示。
影响混凝土强度的因素
1)水泥实际强度与水灰比
水泥的实际强度和水灰比是决定混凝土强度的主要因素,也是决定因素。
水泥是混凝土中的活性组分,在配合比相同的条件下,水泥实际强度越高,水泥石强度及其与骨料的黏结强度越大,制成的混凝土强度也越高。
在水泥实际强度相同的条件下,混凝土强度主要取决于水灰比。
水泥水化时所需的理论结合水,一般只占水泥质量的23%左右,但在拌制混凝土拌合物时,常常多加一些水,以满足施工所需的流动性。
根据工程实践经验,可建立混凝土强度与实际水泥强度及灰水比等因素之间的线性公式(鲍罗米公式)
式中:
fcu——混凝土立方体抗压强度,Mpa;
αa、αb——粗骨料回归系数(根据工程所使用的水泥和粗、细骨料通过试验建立的灰水比与混凝土强度关系式来确定。
若无上述试验统计资料,可按《普通混凝土配合比计规程》JGJ55-2000,提供的αa,αb系统取用,对于碎石混凝土αa=0.46,αb=0.07;对于卵石混凝土αa=0.48,αb=0.33);C/W——灰水比;fce——水泥28d抗压强度实测值,Mpa。
在无法取得水泥实测强度时,可用下式计算:
式中:
fce,g——水泥强度等级值,Mpa;
γc——水泥强度等级值的富余系数,该值各地可按水泥品种、产地、等级统计得出。
fce值也可根据3d强度或快测强度推定28d强度
2)骨科
当骨料级配良好、砂率适当时,由于组成了坚强密实的骨架,有利于混凝土强度的提高。
由于碎石表面粗糙有棱角,提高了骨料与水泥砂浆之间的机械啮合力和粘结力,所以在坍落度相同的条件下,用碎石拌制的混凝土比用卵石的强度要高。
骨料的强度影响混凝土的强度,一般骨料强度越高所配制的混凝土强度越高,这在低水灰比和配制高强度混凝土时,特别明显。
骨料粒形以三维长度相等或相近的球形或立方体为好,若含有较多扁平颗粒或细长的颗粒,会增加混凝土的孔隙率,扩大混凝土中骨料的表面积,增加混凝土的薄弱环节,导致混凝土强度下降。
3)养护温度及湿度
混凝土强度是一个渐进发展的过程,其发展的程度和速度取决于水泥的水化状况,而温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。
因此,混凝土浇捣成型后,必须在一定时间内保持适当的温度和足够的湿度,以使水泥充分水化,这就是混凝土的养护。
4)龄期
龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。
在正常养护的条件下,混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展,最初7~14天内强度发展较快,以后逐渐变缓,28天达到设计强度。
28天后强度仍在发展,其增长过程可延续数十年之久。
式中:
fn——nd龄期混凝土的抗压程度,MPa;
f28——28d龄期混凝土的抗压强度,MPa;
n——养护龄期(n≥3),d。
5)试验条件对混凝土强度的影响
当试件受压面积(a×a)相同,高度(h)不同时,高宽比(h/a)越大,抗压强度越小。
•原因:
环箍效应——这是由于试件受压时,试件受压面与试件承压板之间的摩擦力,对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用,该约束有利于强度的提高。
愈接近试件的端面,这种约束作用就愈大,在距端面大约0.8a的范围以外,约束作才消失。
试件破坏后,其上下部分各呈现一个较完整的棱柱体,这就是这种约束作用的结果。
通常称这种作用为环箍效应。
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