建筑材料 課件.ppt

5 4混凝土強度 混凝土質量荷載下的變形和破壞過程強度的定義普通混凝土的強度等級其它類型的強度強度影響因素提高強度的方法途徑 混凝土的質量通過下述值進行評定 強度耐久性體積穩(wěn)定性 Back 混凝土質量 硬化的混凝土必須有足夠的外力以承受結構荷載所造成的應力 由于拌合物的多樣性 混凝土必須達到足夠高的強度 強度 Back 混凝土質量 耐久性 混凝土必須能夠承受各種劣化作用如 凍融循環(huán)干濕交替腐蝕和化學侵蝕 由于外部荷載和混凝土自身的化學反應作用 合格的混凝土應該有最小的收縮或膨脹 體積穩(wěn)定性 Back 混凝土質量 受力變形和破壞過程 受壓破壞過程初始裂紋單軸靜力受壓破壞 Back 受力變形和破壞過程 混凝土受壓破壞形式 表4 4 1受力破壞形式 原因及可能性分析 在壓力作用下混凝土破壞有三種破壞形式 破壞類型 原因和可能性分析如表4 4 1和圖4 4 1所示 受力作用破壞類型 圖4 4 1受力作用下的破壞類型 Back 由于混凝土界面初始裂紋的存在 界面破壞經常發(fā)生 初始裂紋是指混凝土受力前 粗骨料與砂漿界面等部位已有裂紋 初始裂紋示意圖如圖4 4 2 所示 初始裂紋 圖4 4 2初始裂紋示意圖 初始裂紋類型 干縮冷縮體積減縮沉縮塑性收縮泌水通道 Back 單軸靜力受壓破壞過程 機理混凝土在外力作用下 內部產生變形 變形增大 裂紋擴展 連通 使結構破壞 方法變形 破壞與內部裂紋變化通過力學試驗 顯微鏡觀察研究 混凝土破壞過程與內部裂紋變化關系 表4 4 2混凝土破壞過程與內部裂紋變化關系 表4 4 2說明了混凝土破壞過程與內部裂紋變化關系 關于強度有三個重要的概念 混凝土立方體抗壓強度混凝土強度保證率混凝土立方體抗壓強度標準值 強度定義 Back 混凝土抗壓強度 圖4 4 3混凝土抗壓強度試驗儀器 概念邊長為150mm的立方體試件 標準方法成型 標準條件養(yǎng)護 28d齡期的抗壓強度 標準條件溫度 20 3 濕度 90 標準條件養(yǎng)護試驗儀器設備如圖4 4 4 所示 混凝土立方體抗壓強度 fcu 圖4 4 4強度試驗儀器 混凝土強度保證率P 混凝土強度保證率P 是指混凝土強度總體中大于設計強度等級的概率 圖4 4 5混凝土強度保證率P 示意圖 混凝土立方體抗壓強度標準值是指具有95 以上強度保證率的立方體抗壓強度 混凝土立方體抗壓強度標準值 fcu k fcu k是結構設計強度取值的依據(jù) fcu k被用于質量控制 fcu k被用于工程驗收 例如 非統(tǒng)計法驗收混凝土 平均值 1 15fcu k 最小值fcu min 0 95fcu k 說明 混凝土立方體抗壓強度標準值 fcu k Back 普通混凝土強度等級 根據(jù)fcu k 劃分普通混凝土強度等級的普通混凝土的十二個等級如下圖所示 C25 concrete fcu k Back 軸心抗壓強度fcp以150 150 300mm的棱柱體為標準試件 其它條件與立方體抗壓強度相同 與抗壓強度關系 fcp 0 7 0 8fcu 其它強度 Back 抗拉強度 劈裂抗拉強度 原理在試件的兩個相對的表面素線上作用著均勻分布的壓應力 這樣就能夠在外力作用的豎向平面內產生均布拉伸應力 該力可據(jù)彈性理論計算得出 公式P 破壞荷載 NA 試件的劈裂面面積 mm 圖4 4 6劈裂抗拉試驗示意圖 抗折強度 抗折強度通過三分點加荷試驗測試 圖4 4 7是混凝土抗折試驗示意圖試件 150 150 600 550 mm梁型試件 圖4 4 7混凝土抗折強度試驗示意圖 公式 Back 水泥強度等級 水灰比 混凝土強度公式 骨料的影響 養(yǎng)護條件 試驗條件 Back 強度影響因素 水泥強度等級 水泥強度等級對混凝土強度是很重要的一個因素 配合比相同時 水泥強度等級提高 水泥石本身的強度及與骨料的粘結強度高 混凝土的強度高 Back 上述規(guī)律的前提條件是混凝土密實成型 強度降低 過大的孔隙率 水泥用量過低 水泥強度等級過高 Back 水泥強度等級 水灰比 水泥品種及強度等級均相同的情況下 混凝土的強度取決于W C I W C在一定范圍內 混凝土密實成型 W C降低 抗壓強度增大 II 當W C過小 不能密實成型 W C降低 孔隙率升高 強度降低 I II w c過小 W C在一定范圍內 W C 強度 W C 強度 人工振搗 f28 W C 機械振搗 圖4 4 7f28與W C關系 水灰比 f28與W C關系如圖4 4 7所示 正常水泥水化僅需水泥用量23 的水量 W C 0 23 為了使混凝土拌合物有較好的流動性 加入的拌合水量一般為水泥量的40 70 W C 0 4 0 7 多余的水分在混凝土中留下了許多孔隙 使混凝土的實際受力面積下降 形成應力集中 混凝土強度降低 水灰比 說明 水灰比 徹底排氣 減少拌和用水量 密實度 強度 目前合理的方法是減少拌合用水并同時徹底排氣 使混凝土密實度提高 提高混凝土的強度 目前 工程中采用下述的施工技術高速攪拌聲波攪拌高頻振幅多頻振幅 水灰比 提高施工技術 Back 混凝土強度公式 fcu 混凝土28d抗壓強度 Mpa fce 水泥的實際強度 fceb 水泥28d的抗壓強度Kc 水泥的富裕系數(shù) 1 13AB 經驗系數(shù) 與骨料的種類有關 公式 適用范圍 塑性和低塑性混凝土 AB碎石0 460 07卵石0 480 33 骨料的影響 骨料的影響 粗骨料的強度 粒徑及級配等是影響混凝土強度的重要因素 Back 粗骨料的強度 裂紋擴展至骨料時繞界面而過 骨料強度高 混凝土強度高 Factorsofaggregate 當骨料強度高時 裂紋擴展至骨料時繞界面而過 混凝土強度高 Dmax對普通混凝土的影響小對于高強混凝土 Dmax提高 則強度降低 尺寸效應 粒徑Dmax Dmax 強度 尺寸效應 粒徑 無影響 W C 0 65 fcu碎石 1 38fcu卵石 W C 0 4 W C 0 65 表面特征對強度沒有影響 W C 0 4fcu碎石 1 38fcu卵石 Back 表面特征 養(yǎng)護條件 混凝土強度受到水泥水化程度和速度的影響 而這又受到濕度和溫度的影響 溫度越高 水泥的水花速度越快 混凝土強度越高 濕度越大 水泥水化程度越高 溫度 水泥水化速度 混凝土強度 溫度 水泥水化速度 混凝土強度 Back 養(yǎng)護條件 溫度對強度的影響 養(yǎng)護條件 f28 養(yǎng)護 混凝土成型后一段時間內維持一定的溫度和相對濕度 保證混凝土強度等性能的正常發(fā)展 這個過程叫做養(yǎng)護 有三種類型的養(yǎng)護 自然養(yǎng)護 蒸汽養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護 A 自然養(yǎng)護 自然溫度和溫度條件下養(yǎng)護 P P P O P S養(yǎng)護7d P P及P F養(yǎng)護14d 高鋁水泥養(yǎng)護3d B 蒸汽養(yǎng)護 蒸汽養(yǎng)護壓力 1個標準大氣壓溫度 100 蒸汽養(yǎng)護可使摻混合材料水泥的28d提高10 40 P P 及P O降低10 15 C 壓力 8個標準大氣壓溫度 174 5 場所 高壓釜中 蒸壓養(yǎng)護 齡期 適用范圍 對數(shù)公式 f28 fn lg28 lgn fn 混凝土n天的強度f28 混凝土28天強度 標準條件養(yǎng)護 32 5 42 5級的P O n 3 Back 試驗條件 Back 試驗條件 環(huán)箍效應 混凝土試件受軸向壓力作用壓力機壓板橫向變形小于混凝土橫向變形故混凝土試件在與壓板的接觸面上受到向內的約束力此力在范圍內有效使混凝土強度提高 試件被破壞后上 下部各呈一個較完整的棱錐體 試件尺寸 3Dmax 尺寸效應 表4 4 3試件尺寸對混凝土強度的影響 混凝土強度的尺寸效應如表4 4 3所示 Back 采用高強度等級的水泥和快硬早強水泥 降低水灰比 提高混凝土密實度 采用干硬性混凝土 多用于預制構件或條件好的工地 強力振搗 其強度 1 4 1 8普通混凝土強度 濕熱處理 可提高效率 節(jié)約場地提高強度采用機械攪拌和振搗 強力攪拌 高頻振搗等工藝 摻外加劑及摻合料 代表混凝土的發(fā)展方向 Back 提高混凝土強度的途徑 5 5混凝土的變形 一 化學收縮水泥水化后生成物的體積比反應前物質的總體積小 而使混凝土產生收縮 這種收縮稱為化學收縮 化學收縮不可恢復 收縮量隨齡期延長而增加 早期收縮大 后期收縮小 收縮量與水泥用量和水泥品種有關 水泥用量越大 化學收縮值越大 二 干濕變形周圍環(huán)境的濕度變化時 混凝土將產生濕漲干縮 濕漲變形量很小 一般沒有破壞作用 但干縮變形對混凝土的危害較大 可使混凝土表面出現(xiàn)較大的拉應力 引起表面開裂 導致混凝土的耐久性下降 混凝土干縮變形主要是由混凝土中水泥石的干縮引起的 骨料對干縮有制約作用 混凝土中水泥漿含量越多 混凝土的干縮率越大 三 溫度變形與其他材料一樣 砼也具有熱脹冷縮的性能 溫度變形對大體積混凝土 縱長結構混凝土及大面積混凝土非常不利 極易產生溫度裂縫 四 荷載作用下的變形1 短期荷載作用下的變形1 彈塑性變形和彈性模量混凝土時一種彈塑性體 2 混凝土的徐變混凝土在長期荷載作用下隨時間而增加的變形稱為徐變 5 6混凝土耐久性 定義重要性抗?jié)B性抗凍性碳化 中性化堿骨料反應提高耐久性的措施 Back 混凝土抵抗環(huán)境介質作用 并長期保持良好的使用性能和外觀完整性 從而維持混凝土結構安全 正常使用的能力 簡單地說 耐久性指混凝土在長期使用中能保持質量穩(wěn)定的性質 包括 抗?jié)B性抗凍性防腐抗碳化耐磨損耐堿骨料反應等 定義 Back 材料破壞所引起的結構修理和更換在整個施工預算中占有很大的比重 總投資的較大比例用于現(xiàn)有結構的修理和維護 防止材料過早和突然破壞所導致的人身和經濟兩者損失 耐久性的重要性 圖4 5 1工程中混凝土的劣化 材料破壞所引起的結構修理和更換在整個施工預算中占有很大的比重 工業(yè)發(fā)達國家建筑工業(yè)總投資40 以上用于現(xiàn)有結構的修理和維護 60 以下用于新的設施 圖4 5 2建設投資比例 耐久性的重要性 Back 混凝土抵抗壓力水滲透的能力 抗?jié)B性是混凝土耐久性的一個重要標志 直接影響混凝土的抗凍和防腐性等 抗?jié)B性 定義 Back 圖4 5 4抗?jié)B試驗儀器設備 以28天齡期標準試件 按規(guī)定方法檢驗混凝土所能承受的最水壓力 MPa 例如 P2 P4 P8分別表示混凝土能抵抗0 2 0 4 0 8MPa的水壓力而不滲水 抗?jié)B等級 提高密實度 改善孔隙構造等如減小W C 摻加引氣劑 膨脹劑 提高抗?jié)B性的措施 圖4 5 5海工混凝土柱的開裂 Back 混凝土吸水飽和后 能抵抗凍融循環(huán)作用 不破壞的性質 混凝土的密實度 孔隙數(shù)量及構造 孔隙的充水程度均是決定抗凍性的重要因素 對寒冷地區(qū) 與水接觸 且受凍的環(huán)境中使用的混凝土 采用F50以上的抗凍混凝土 定義 Back 抗凍性 抗凍等級以28天試件在吸水飽和后 承受反復凍融循環(huán) 抗壓強度下降不大于25 重量損失不超過5 時所能承受的最大凍融循環(huán)的次數(shù)表示 抗凍等級 例如 F25 F50 F100 F300 選擇抗凍等級應根據(jù)當?shù)貧夂?環(huán)境及構筑物類別選擇 如環(huán)境為海水 每天兩次漲落 冬季 北方 混凝土頻繁受凍融循環(huán) 如天津新港 每冬可能發(fā)生凍融循環(huán)82次 選F250 圖4 5 6抗凍試驗儀器設備 Back 碳化 中性化 圖4 5 7混凝土碳化示意圖 碳化是指混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應 碳化引起混凝土的中性化 使混凝土保護鋼筋的性能降低減弱對鋼筋的保護增大混凝土的收縮 產生細微裂紋使抗壓強度增加 回彈法應考慮 CaCO3堵孔 碳化放出水分 有利水泥水化 Back 圖4 5 8碳化試驗儀器設備 影響碳化的主要因素水泥品種 有摻合料的碳化快 水灰比碳化時間濕度CO2濃度外加劑 碳化 中性化 堿骨料反應 圖4 5 9堿骨料反應示意圖 水泥中堿性物質 氧化鈉或氧化鉀 過多 且粗骨料中含有活性成分 活性氧化硅或活性氧化鋁 二者反應生成堿 硅酸凝膠 引起體積膨脹 使混凝土開裂 最終破壞的現(xiàn)象 水泥含堿量高 0 6 骨料含活性氧化硅水份 堿骨料反應的條件 Alkali aggregateReaction 圖4 5 10堿骨料反應條件示意圖 Back 合理選擇水泥品種控制最大水灰比和最少水泥用量選擇合適的骨料選擇合適的摻合料和外加劑保證施工質量 提高混凝土耐久性的措施 Back 5 6混凝土的外加劑 混凝土第五組分 化學外加劑 定義 在混凝土拌和時或拌和中摻入的 摻量不大于水泥質量5 特殊情況下除外 并能對混凝土的正常性能按要求而改善的物質 種類 改善新拌混凝土流變性能的外加劑 如普通減水劑 高效減水劑 早強減水劑 緩凝減水劑 引氣減水劑 泵送劑 調節(jié)混凝土凝結硬化性能的外加劑 如早強劑 緩凝劑 速凝劑 調節(jié)混凝土氣體含量的外加劑 如引氣劑 加氣劑 泡沫劑 改善混凝土耐久性的外加劑 如阻銹劑 防凍劑 混凝土第六組分 定義 除水泥 水 砂 石及化學外加劑之外的 用于改善混凝土性能或增加其功能或賦予其智能的成分 分類 按特性 改性型第六組分能顯著改善混凝土物理力學性能 主要有礦物外加劑 聚合物和各類纖維 功能型第六組分賦予混凝土一些功能特性性能 主要形成以下特殊混凝土 如導電混凝土 磁性混凝土 屏蔽磁場混凝土 屏蔽電磁波混凝土 智能型第六組分賦予混凝土一些智能屬性或機敏特性 主要有 應力 應變和損傷自檢混凝土 溫度自測混凝土 調濕混凝土 仿生自愈合混凝土 混凝土外加劑功能 品種較多 功能各異 提高和改善混凝土各項性能 外加劑新品種和應用技術迅速發(fā)展 促進了混凝土施工新技術的發(fā)展 在保證順利施工和控制質量方面功效巨大 滿足工程耐久性要求的最佳 最有效 最易行的途徑之一 改善混凝土性能 促進了施工技術革命 通過應用泵送劑和泵送技術將混凝土一泵到頂 投資5 6億美元88層420 5米中國第三高樓 金茂大廈 上海中心大廈 建筑造價 148億127層632米中國國內規(guī)劃的第一高樓 臺北101 建筑造價 580億新臺幣地上101層 地下3層508米 哈利法塔 迪拜塔 總投資超70億美元160層828米世界第一高樓 三峽大壩 以百年耐久性設計為目標的舉世矚目的工程 青藏鐵路 自然條件嚴酷的青藏鐵路順利施工 世界最長的跨海大橋造橋史上的豐碑筑向大海的世紀長虹全長36公里 投資118億 混凝土240萬方 橋墩660個 杭州灣跨海大橋 外加劑 優(yōu)質工程必不可少的新材料 高難混凝土技術的實現(xiàn)都離不開混凝土外加劑 幾乎所有重要的混凝土工程 所有的混凝土攪拌站均使用各類外加劑 外加劑促進了工業(yè)副產品 如磨細礦渣 粉煤灰 硅灰 鋼渣等 的應用 節(jié)約水泥10 15 即少用20 45kg m3 一個工程可以節(jié)約成千上萬噸的水泥 盧溝橋畔300萬t鋼渣堆場 混凝土外加劑功能 節(jié)約資源 保護環(huán)境 木質素磺酸鹽減水劑環(huán)保作用 每生產1噸木質素磺酸鹽減水劑可以消納2 5噸造紙廢液 濃度40 避免了廢液直接排入江河中造成環(huán)境污染在取得良好經濟效益的同時 為保護環(huán)境做出了突出的貢獻 在改善和提高混凝土各種物理性能 延長建筑工程的使用壽命的同時 減少了混凝土現(xiàn)場攪拌時產生的粉塵污染和施工噪音 改善了現(xiàn)場施工環(huán)境 外加劑在商品混凝土中使用 外加劑的發(fā)展歷程 國際 上個世紀30年代開始30年代 美國E W 斯克里徹用亞硫酸鹽紙漿廢液改善砼性能 62年 日本服部鍵一成功合成萘磺酸鹽甲醛縮合物 高效減水劑 同年 聯(lián)邦德國研制成功三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物 我國 上個世紀50年代開始70年代外加劑行業(yè)開始興起 1982年成立了中國混凝土外加劑學會 1986年成立了中國混凝土外加劑協(xié)會 經過近30年的努力 我國的外加劑行業(yè)已經得到長足的發(fā)展 減水劑 概念減水劑是指在保持混凝土稠度不變的條件下 具有減水增強作用的外加劑 根據(jù)減水劑的作用效果及功能情況 可分為普通減水劑 高效減水劑 早強減水劑 緩凝減水劑 緩凝高效減水劑及引氣減水劑等 分類 減水劑 作用機理 常用減水劑均屬表面活性物質 其分子是由親水基團和憎水基團兩個部分組成 減水劑 水泥加水拌合后結構特征 當水泥加水拌合后 由于水泥顆粒間分子凝聚力的作用 使水泥漿形成絮凝結構 減水劑的表面活性作用 致使憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面 親水基團指向水溶液 使水泥顆粒表面帶有相同的電荷 在電斥力作用下 水泥顆粒互相分開 絮凝結構解體 包裹的游離水被釋放出來 從而有效地增加了混凝土拌合物的流動性 減水劑作用原理可由吸咐 分散作用 潤滑作用 濕潤作用三部分組成 只要摻入少量的減水劑 就可使硬化前混凝土和易性改善 硬化后混凝土性能改善 減水劑已成為高性能混凝土主要成分 減水劑的技術經濟效果根據(jù)使用目的不同 在混凝土中加入減水劑后 一般可取得以下效果 增加流動性在用水量及水泥用量不變時 混凝土坍落度可增大100 200mm 明顯提高混凝土流動性 且不影響混凝土的強度 泵送混凝土或其他大流動性混凝土均需摻入高級減水劑 提高混凝土強度在保持流動性及水泥用量不變的條件下 可減少拌合水量10 15 從而降低了水灰比 使混凝土強度提高15 20 特別是早期強度提高更為顯著 摻人高效減水劑是制備早強 高強 高性能混凝土的技術措施之一 減水劑 減水劑 節(jié)約水泥在保持流動性及水灰比不變的條件下 可以在減少拌合水量的同時 相應減少水泥用量 即在保持混凝土強度不變時 可節(jié)約水泥用量10 15 且有利于降低工程成本 改善混凝土的耐久性由于減水劑的摻入 顯著地改善了混凝土的孔結構 使混凝土的密實度提高 透水性降低 從而可提高抗?jié)B 抗凍 抗化學腐蝕及防銹蝕等能力 摻用減水劑后 還可以改善混凝土拌合物的泌水 離析現(xiàn)象 延緩混凝土拌合物的凝結時間 減慢水泥水化放熱速度 防止因內外溫差而引起的裂縫 早強劑 定義是加速混凝土早期強度發(fā)展 并對后期強度無顯著影響的外加劑 早強劑能加速水泥的水化和硬化 縮短養(yǎng)護期 從而達到盡早拆模 提高模板周轉率 加快施工速度的目的 早強劑可以在常溫 低溫和負溫 不低于一5 C 條件下加速混凝土的硬化過程 多用于冬季施工和搶修工程 分類無機鹽類 氯鹽類 硫酸鹽類 有機胺 有機一無機的復合物 概念是指能延緩混凝土凝結時間 并對混凝土后期強度發(fā)展無不利影響的外加劑 分類 緩凝劑主要有四類 糖類 如糖蜜 木質素磺酸鹽類 如木鈣 木鈉 羥基羧酸及其鹽類 如檸檬酸 酒石酸 無機鹽類 如鋅鹽 硼酸鹽等 常用的緩凝劑是木鈣和糖蜜 基中糖蜜的緩凝效果最好 緩凝劑 緩凝劑的作用原理緩凝劑的作用原理十分復雜 至今尚沒有一個比較完滿的分析理論 常有以下幾種解釋 吸附理論認為緩凝劑被吸附在未水化水泥顆粒表面上 這是通過離子鍵 氫鍵或偶極間作用 由于屏蔽而防止水分子靠近 阻礙了水化反應 沉淀理論認為是緩凝劑與水泥中某些組分生成了不溶性物質 它包圍了水泥顆粒從而阻礙了水化反應進行 又有的理論認為是Ca OH 2晶核上吸附了緩凝劑 妨礙了它的進一步生成 長大 這須使溶相中達到一定過飽和以后 Ca OH 2才能繼續(xù)生長 由于Ca 0H 2不能及時析出就妨礙了硅酸鹽相的進一步水化 緩凝劑 引氣劑 是指在混凝土攪拌過程中 能引入大量分布均勻的微小氣泡 以減少混凝土拌合物的泌水 離析 改善和易性 并能顯著提高硬化混凝土抗凍性 耐久性的外加劑 種類應用較多的引氣劑為松香熱聚物 松香皂 烷基苯磺酸鹽等性能特點松香熱聚物是松香與苯酚 硫酸 氫氧化鈉以一定配比經加熱縮聚而成 松香皂是由松香經氫氧化鈉皂化而成 松香熱聚物的適宜摻量為水泥質量的0 005 0 02 混凝土的含氣量為3 5 減水率為8 左右 概念 引氣劑屬憎水性表面活性劑 表面活性作用類似減水劑 區(qū)別在于減水劑的I界面活性作用主要發(fā)生在液一固界面 而引氣劑的界面活性作用主要在氣一液界I面上 由于能顯著降低水的表面張力和界面能 使水溶液在攪拌過程中極易產生許多微小的封閉氣泡 氣泡直徑多在50 250 m 同時 因引氣劑定向吸附在氣泡表面 形成較為牢固的液膜 使氣泡穩(wěn)定而不破裂 按混凝土含氣量3 5 計 不加引氣劑的混凝土含氣量為1 1m3混凝土拌合物中含數(shù)百億個氣泡 由于大量微小 封閉并均勻分布的氣泡的存在 使混凝土的某些性能得到明顯改善或改變 引氣劑 改善混凝土拌合物的和易性 顯著提高混凝土的抗?jié)B性 抗凍性 降低混凝土強度一般混凝土的含氣量每增加1 時 其抗壓強度將降低4 6 抗折強度降低2 3 引氣劑可用于抗?jié)B混凝土 抗凍混凝土 抗硫酸鹽侵蝕混凝土 泌水嚴重的混凝土 貧混凝土 輕混凝土 以及對飾面有要求的混凝土等 但引氣劑不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預應力混凝土 引氣劑 作用 概念是能使混凝土在負溫下硬化 并在規(guī)定養(yǎng)護條件下達到預期足夠防凍強度的外加劑 分類常用的防凍劑為復合型 由防凍 早強 減水 引氣等多組分組成各盡其能 完成預定抗凍性能 防凍劑 應用不同類別的防凍劑 性能具有差異的 合理的選用十分重要 氯鹽類防凍劑適用于無筋混凝土 氯鹽阻銹類防凍劑可用于鋼筋混凝土 無氯鹽類防凍劑可用于鋼筋混凝土工程和預應力鋼筋混凝土工程 硝酸鹽 亞硝酸鹽 碳酸鹽易引起鋼筋的應力腐蝕 故此類防凍劑不適用于預應力混凝土以及與鍍鋅鋼材相接觸部位的鋼筋混凝土結構 含有六價鉻鹽 亞硝酸鹽等有毒成分的防凍劑 嚴禁用于飲水工程及與儀器接觸的部位 防凍劑用于負溫條件下施工的混凝土 目前 國產防凍劑品種適用于0 一20 C的氣溫 當在更低氣溫下施工時 應增加其他混凝土冬季施工措施 如暖棚法 原料 砂 石 水 預熱法等 防凍劑 定義是指能使混凝土迅速凝結硬化的外加劑 類別速凝劑主要有無機鹽類和有機物類兩類 我國常用的速凝劑是無機鹽類 主要有紅星I型 711型 728型 8604型等 在滿足施工要求的前提下 以最小摻量為宜 性能特點能使混凝土在5min內初凝 10min內終凝 1h就可產生強度 1d強度提高2 3倍 但后期強度會下降 28d強度約為不摻時的80 90 工程應用礦山井巷 鐵路隧道 引水涵洞 地下工程以及噴錨支護時的噴射混凝土或噴射砂漿工程 速凝劑 定義混凝土很大的一個缺點是在干燥條件下產生收縮 這種收縮導致了硬化混凝土的開裂和其他缺陷的形成和發(fā)展 使混凝土的使用壽命大大下降 在混凝土中加入減縮劑能大大降低混凝土的干燥收縮 典型性的能使混凝土的28d收縮值減少50 80 最終收縮值減少25 50 機理主要是能降低混凝土中的毛細管張力 從本質上講 減縮劑是表面活性物質 有些種類的減縮劑還是表面活性劑 當混凝土由于干燥而在毛細孔中形成毛細管張力使混凝土收縮時 減縮劑的存在使毛細管張力下降 從而使得混凝土的宏觀收縮值降低 所以混凝土減縮劑對減少混凝土的干縮和自縮有較大作用 應用混凝土減縮劑已經發(fā)展成為一個新系列的混凝土外加劑 隨著對混凝土減縮劑研究的深入以及其性能的提高 在日益關注混凝土耐久性的情況下 混凝土減縮劑作為一種能提高混凝土耐久性的外加劑即將會有大的發(fā)展 減縮劑 外加劑的選擇和使用在混凝土中摻用外加劑 若選擇和使用不當 會造成質量事故 因此 應注意以下幾點 外加劑品種的選擇外加劑品種 品牌很多 效果各異 特別是對不同品種水泥效果不同 在選擇外加劑時 應根據(jù)工程需要 現(xiàn)場的材料條件 參考有關資料 通過試驗確定 外加劑摻量的確定混凝土外加劑均有適宜摻量 摻量過小 往往達不到預期效果 摻量過大 則會影響混凝土質量 甚至造成質量事故 因此 應通過試驗試配 確定最佳摻量 外加劑的選擇和使用 外加劑的摻加方法外加劑的摻量很少 必須保證其均勻分散 一般不能直接加入混凝土攪拌機內 摻入方法會因外加劑不同而異 其效果也會因摻入方法不同而存在差異 故應嚴格按產品技術說明操作 如 減水劑有同摻法 后滲法 分摻法等三種方法 同摻法為減水劑在混凝土攪拌時一起摻入 后摻法是攪拌好混凝土后間隔一定時間 然后再摻入 分摻法是一部分減水劑在混凝土攪拌時摻人 另一部分在間隔一段時間后再摻人 而實踐證明 后摻法最好 能充分發(fā)揮減水劑的功能 外加劑的選擇和使用 外加劑的儲運保管混凝土外加劑大多為表面活性物質或電解質鹽類 具有較強的反應能力 敏感性較高 對混凝土性能影響很大 所以在儲存和運輸中應加強管理 失效的 不合格的 長期存放 質量未經明確的禁止使用 不同品種類別的外加劑應分別儲存運輸 應注意防潮 防水 避免受潮后影響功效 有毒的外加劑必須單獨存放 專人管理 有強氧化性外加劑必須進行密封儲存 同時還必須注意儲存期不得超過外加劑的有效期 外加劑的儲運和保管 5 7混凝土的質量控制 為保證結構的可靠 必須在施工過程的各個工序對原材料 混凝土拌和物及硬化后的混凝土進行必要的質量檢驗和控制 一 混凝土質量波動的規(guī)律 波動的因素 正常因素 是指施工中不可避免的正常變化因素 如砂 石質量的波動 稱量時的微小誤差 操作人員技術上的微小差異等 受正常因素的影響而引起的質量波動 是正常波動 異常因素 是指施工中出現(xiàn)的不正常情況 如攪拌時任意改變水灰比而隨意加水 混凝土組成材料稱量誤差等 它們是可以避免克服的因素 受異常因素影響引起的質量波動 是異常波動 混凝土質量控制的目的 在于發(fā)現(xiàn)和排除異常因素 使混凝土質量波動呈正常波動狀態(tài) 二 混凝土的質量檢驗 包括 組成材料的質量和用量進行檢驗 拌和物的質量檢驗 和易性和水灰比 按規(guī)定在攪拌機出口檢查和易性是混凝土質量控制的一個重要環(huán)節(jié) 硬化后混凝土的質量檢驗 抗壓強度 或其它力學性能及抗?jié)B 抗凍試驗 對已建成的混凝土結構 也可采用非破損試驗方法進行檢驗 三 混凝土質量評定的數(shù)理統(tǒng)計方法 根據(jù) 混凝土及預制混凝土構件質量控制規(guī)程 CECS40 92 在正常生產控制的條件下 用數(shù)理統(tǒng)計的方法 求出混凝土強度的算術平均值標準差大于或等于要求強度等級值的百分率等指標 綜合評定混凝土質量 繪出混凝土質量控制圖進行混凝土強度等質量控制 數(shù)理統(tǒng)計指標 1 強度平均值式中n 試件組數(shù) fcu i 第i組試驗值 2 標準差 3 百分率 P 式中No 統(tǒng)計周期內同批混凝土試件強度大于或等于規(guī)定強度等級值的組數(shù) N 統(tǒng)計周期內同批混凝土試件總組數(shù) N 25 混凝土質量控制圖 質量控制圖說明 中心控制線為強度平均值fcu 也是混凝土的配制強度fcu o 下控制線為混凝土的設計強度等級fcu k 最低限值線fcu min fcu k 0 7 把每次試驗結果逐日填畫在圖上 若強度測定值全部落在上 下控制線內 而且其排列是隨機的沒有異常情況 說明生產過程處于正常穩(wěn)定狀態(tài) 如果強度測定值落在下控制線以下 就要及時查明原因予以糾正 如果強度測定值落于最低限制線以下 則混凝土質量有問題 不能驗收 四 混凝土強度的合格評定 根據(jù) 混凝土強度檢驗評定標準 GBJ107 混凝土強度評定可分為 統(tǒng)計方法 適用于預拌混凝土廠 預制混凝土構件廠和采用現(xiàn)場集中攪拌混凝土的施工單位 非統(tǒng)計方法 適用于零星生產的預制構件廠或現(xiàn)場攪拌批量不大的混凝土 統(tǒng)計方法評定 A 標準差已知方案 連續(xù)的三組試件組成一個驗收批 1 其強度應同時滿足 fcu fcu k 0 7 fcu min fcu k 0 7 2 強度 C20時 應同時滿足 fcu min 0 85fcu k3 強度 C20時 應同時滿足 fcu min 0 90fcu k B 標準差未知方案 不少于10組的試件組成一個驗收批 其強度應同時滿足 fcu 1Sfcu 0 9fcu kfcu min 2fcu k式中Sfcu 同一驗收批混凝土立方體抗壓強度標準差 1 2 合格判定系數(shù) 混凝土強度的合格判定系數(shù) 驗收批混凝土的標準差Sfcu 非統(tǒng)計方法評定 對小批量零星混凝土的生產 不具備統(tǒng)計方法評定混凝土強度的條件 可采用非統(tǒng)計方法 其強度應同時滿足 fcu 1 15fcu kfcu min 0 95fcu k 混凝土強度的合格性判定 混凝土強度應分批進行檢驗評定 當檢驗結果能滿足以上評定公式的時 則該批混凝土判為合格 否則為不合格 不合格批混凝土制成的結構或構件 應進行鑒定 對不合格的結構或構件必須及時處理 什么是配合比任務基本要求原理方法和步驟初步計算配合比確定基準配合比實驗室配合比施工配合比 5 7混凝土配合比設計 Back 什么是配合比 配合比表示混凝土中各組成材料用量之間的比例關系表示方法用1m 混凝土中各種材料的重量表示CSGW Kg m 3007201200180用各種材料的重量比例表示 水泥用量為1 C S G 1 2 4 4 0W C 0 6如果摻外加劑 其用量以水泥重量的百分數(shù)表示 Back 混凝土配合比設計的任務 根據(jù)以下因素合理選擇原材料技術性質結構要求施工條件確定出滿足工程所要求的技術經濟指標確定材料的用量 Back 配合比設計基本要求 強度 符合結構設計的要求和易性 符合施工條件的要求耐久性 符合工程環(huán)境的要求經濟合理 Back 混凝土配合比設計的原理 Back 混凝土配合比設計的基本原理是建立在混凝土性能變化規(guī)律的基礎 普通混凝土配合比由四個基本變量 C W S G 配合比設計方法和步驟 Back 一 初步計算配合比 計算步驟 第一步 確定配制混凝土強度第二步 確定水灰比第三步 確定用水量第四步 確定水泥用量第五步 確定砂率第六步 確定砂石用量 第一步 混凝土配制強度的確定 依據(jù)公式 fcu 0 fcu k 1 645 式中 fcu 0 混凝土配制強度 MPa fcu k 混凝土立方體抗壓強度標準值 混凝土強度標準差 MPa 的確定 A 施工單位有強度歷史資料時 依公式計算 B 施工單位無強度歷史資料時 查表取用 如何得到 值 有統(tǒng)計資料時 可參考下式計算 無統(tǒng)計資料時 可參考下表選擇 表4 6 1 值的選擇 第二步 初步確定水灰比 W C 依混凝土強度公式 fcu o Afce C W B W C Afce fcu o A B fce 耐久性校核 水灰比還不得大于表5 17中規(guī)定的最大水灰比值結果 兩者取最小值 第三步選取1m3混凝土的用水量 mwo 根據(jù)所用粗骨料種類 最大粒徑及施工所要求的坍落度值 查表5 15選取1m3混凝土的用水量 第四步計算1m3混凝土的水泥用量 mco 計算 根據(jù)確定的水灰比 W C 和選用的單位用水量 mwo 可計算出水泥用量 mco W C mwo mcomco mwo W C 校核 為保證混凝土的耐久性 由上式計算得出的水泥用量還應滿足表5 17規(guī)定的最小水泥用量的要求 取值 兩者最大值 第五步選取合理砂率值 SP 方法 依據(jù)填充理論和砂石狀態(tài)參數(shù) 計算砂率 根據(jù)混凝土拌和物的和易性 通過試驗求出合理砂率 坍落度最大的最小砂率 如無試驗資料 可根據(jù)骨料品種 規(guī)格和水灰比 按表5 16選用 混凝土的砂率 第六步計算粗 細骨料的用量 So 及 Go A體積法 假定混凝土拌和物的體積等于各組成材料絕對體積和混凝土拌和物中所含空氣體積之總和 B質量法 若原材料情況比較穩(wěn)定 所配制的混凝土拌和物的表觀密度將接近一個固定值 A絕對體積法 二 基準配合比 概念 初步計算配合比經和易性試拌調整所得到的配合比稱為基準配合比 調整和易性的步驟和方法坍落度試驗按初步配合比稱料 拌勻并測坍落度 同時觀察粘聚性和保水性 和易性調整 見表4 6 5坍落度滿足要求后 測出試拌調整后的實際表觀密度 供確定試驗室配合比使用 確定基準配合比C拌 Co CS拌 So SG拌 Go GW拌 Wo W Back 如何調整和易性 表4 6 5調整混凝土和易性 三 試驗室配合比 基準配合比經強度檢驗調整所得到的配合比稱為試驗室配合比 采用三組不同的配合比同時進行強度檢驗 Group1 W C基準WSpGroup2 W C基準 0 05WSpGroup3 W C基準 0 05WSp Back 兩種選擇方法 1 選擇強度滿足要求 且水泥用量最少的配合比 2 作圖或計算 由三組配合比作出f C W圖 求出與fcu 0對應的C W 即為所求的配合比 三 試驗室配合比 三 試驗室配合比 顯然 在實驗室中配制1m3混凝土并不實用 所以 配合比仍然需要根據(jù)下式進行表觀密度校正 oh 計 C W S G oh 實 oh 計 ohr 混凝土拌合物的測試密度 ohc 混凝土拌合物的計算密度 If ohr ohc 2 ohc 不需要校正 上述方法確定的配合比即為試驗室配合比 If ohr ohc 2 ohc 各材料用量均乘以 換算為1m3混凝土各材料用量 四 施工配合比 考慮到砂和石中的含水量 實驗室配合比應根據(jù)下式換算成施工配合比 C CS S 1 a G G 1 b W W S a G b C S G W 施工配合比中的各組分含量C S G W 實驗室配合比中的各組分含量a b 砂和石的含水量 Back 混凝土配合比設計實例 1 某工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁 混凝土設計強度等級為C25 施工要求坍落度為50 70mm 不受風雪等作用 施工單位的強度標準差為4 0MPa 所用材料 42 5普通硅酸鹽水泥 實測28d強度48MPa c 3 15g cm3 中砂 符合 區(qū)級配 0s 2 6g cm3 碎石 粒級5 40mm 0g 2 65g cm3 自來水 求初步配合比 初步配合比的計算 1 確定配制強度2 初步確定水灰比值 W C 并查表5 17校核3 選擇每1m3混凝土的用水量 W0 4 計算混凝土的單位水泥用量 C0 并查表5 17校核5 選取合理砂率Sp6 計算1m3混凝土中砂 石骨料的用量體積法 重量法7 書寫初步配合比 確定配制強度 計算混凝土試配強度 fcu 0 fcu 0 fcu k t 25 1 645 4 31 58MPa 確定水灰比 W C 校核耐久性 查表5 17 選擇每1m3混凝土的用水量 W0 查表5 15 取W0 185kg 計算混凝土的單位水泥用量 C0 校核耐久性 查表5 17 選取合理砂率Sp 參照本章5 3查表5 16 取Sp 35 絕對體積法 重量法 一般強度等級為C7 5 C15的混凝土 其表觀密度為2360kg m3左右 強度等級C20 C30的為2400kg m3左右 強度等級C40 為2450kg m3 W0 C0 S0 G0 oh185 285 S0 G0 2400式中 oh 為搗實后混凝土的表觀密度 S0 676kg G0 1254kg 書寫初步配合比 絕對體積法結果 C0 S0 G0 285 658 1222 1 2 31 4 29W0 C0 185 285 0 65假定表觀密度法結果 C0 S0 G0 285 676 1254 1 2 37 4 4W0 C0 0 65 基準配合比的確定 根據(jù)骨料最大粒徑 配制30L混凝土拌合物 在此以絕對體積法的配比為例 測定其坍落度值為85mm 大于設計要求的50 70mm 故需進行坍落度調整 其方法如下 保持水灰比不變 增加砂用量1 和碎石用量1 后 測得坍落度為70mm 粘聚性 保水性均良好 滿足設計要求 同時 測得混凝土表觀密度為2410kg m3 由此得到基準配合比為 C1 S1 G1 W1 290 676 1256 188 1 2 33 4 33 0 65 實驗室配合