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混凝土基础知识

2010-11-04  梦中行人

第一节      概述
第二节     普通混凝土的组成材料
第三节    道路与桥梁工程用石料的技术性质
第四节    普通混凝土的技术性质
第五节    混凝土外加剂
第六节    混凝土的质量检验和评定
第七节    普通混凝土的配合比设计
第八节    高强高性能混凝土
第九节    粉煤灰混凝土
第十节    轻混凝土
第十一节    特种混凝土
附录:习题与复习思考题

第一节      概述


  一、混凝土的分类

  混凝土是指用胶凝材料将粗细骨料胶结成整体的复合固体材料的总称。混凝土的种类很多,分类方法也很多。

  (一)按表观密度分类

  1. 重混凝土。表观密度大于2600kg/m3的混凝土。常由重晶石和铁矿石配制而成。

  2. 普通混凝土。表观密度为1950~2500kg/m3的水泥混凝土。主要以砂、石子和水泥配制而成,是土木工程中最常用的混凝土品种。

  3. 轻混凝土。表观密度小于1950kg/m3的混凝土。包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。

  (二)按胶凝材料的品种分类

  通常根据主要胶凝材料的品种,并以其名称命名,如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等等。有时也以加入的特种改性材料命名,如水泥混凝土中掺入钢纤维时,称为钢纤维混凝土;水泥混凝土中掺大量粉煤灰时则称为粉煤灰混凝土等等。

  (三)按使用功能和特性分类

  按使用部位、功能和特性通常可分为:结构混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土、补偿收缩混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、高强混凝土、高性能混凝土等等。

  二、普通混凝土

  普通混凝土是指以水泥为胶凝材料,砂子和石子为骨料,经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”,即水泥混凝土,是目前工程上最大量使用的混凝土品种。“混凝土”一词通常可简作“砼”。

  (一)普通混凝土的主要优点

  1. 原材料来源丰富。混凝土中约70%以上的材料是砂石料,属地方性材料,可就地取材,避免远距离运输,因而价格低廉。

  2. 施工方便。混凝土拌合物具有良好的流动性和可塑性,可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及构筑物。既可现场浇筑成型,也可预制。

  3. 性能可根据需要设计调整。通过调整各组成材料的品种和数量,特别是掺入不同外加剂和掺合料,可获得不同施工和易性、强度、耐久性或具有特殊性能的混凝土,满足工程上的不同要求。

  4. 抗压强度高。混凝土的抗压强度一般在7.5~60MPa之间。当掺入高效减水剂和掺合料时,强度可达100MPa以上。而且,混凝土与钢筋具有良好的匹配性,浇筑成钢筋混凝土后,可以有效地改善抗拉强度低的缺陷,使混凝土能够应用于各种结构部位。

  5. 耐久性好。原材料选择正确、配比合理、施工养护良好的混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性能,且对钢筋有保护作用,可保持混凝土结构长期使用性能稳定。

  (二)普通混凝土存在的主要缺点

  1. 自重大。1m3混凝土重约2400kg,故结构物自重较大,导致地基处理费用增加。

  2. 抗拉强度低,抗裂性差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10~1/20,易开裂。

  3. 收缩变形大。水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×10-6m/m以上,易产生混凝土收缩裂缝。

  (三)普通混凝土的基本要求

  1. 满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性。

  2. 满足设计要求的强度等级。

  3. 满足工程所处环境条件所必需的耐久性。

  4. 满足上述三项要求的前提下,最大限度地降低水泥用量,节约成本,即经济合理性。

  为了满足上述四项基本要求,就必须研究原材料性能,研究影响混凝土和易性、强度、耐久性、变形性能的主要因素;研究配合比设计原理、混凝土质量波动规律以及相关的检验评定标准等等。这也是本章的重点和紧紧围绕的中心。

第二节     普通混凝土的组成材料


  混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。要做到合理选择原材料,则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。

  一、水泥

  (一)水泥品种的选择

  水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。如高温车间结构混凝土有耐热要求,一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等等。详见第三章水泥。

  (二)水泥强度等级的选择

  水泥强度等级的选择原则为:混凝土设计强度等级越高,则水泥强度等级也宜越高;设计强度等级低,则水泥强度等级也相应低。例如:C40以下混凝土,一般选用强度等级32.5级;C45~C60混凝土一般选用42.5级,在采用高效减水剂等条件下也可选用32.5级;大于C60的高强混凝土,一般宜选用42.5级或更高强度等级的水泥;对于C15以下的混凝土,则宜选择强度等级为32.5级的水泥,并外掺粉煤灰等混合材料。目标是保证混凝土中有足够的水泥,既不过多,也不过少。因为水泥用量过多(低强水泥配制高强度混凝土),一方面成本增加。另一方面,混凝土收缩增大,对耐久性不利。水泥用量过少(高强水泥配制低强度混凝土),混凝土的粘聚性变差,不易获得均匀密实的混凝土,严重影响混凝土的耐久性。

  二、细骨料

  公称粒径在0.15~5.0mm之间的骨料称为细骨料,亦即砂。常用的细骨料有河砂、海砂、山砂和机制砂(有时也称为人工砂、加工砂)等。通常根据技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土;Ⅱ类用于C30~C60的混凝土;Ⅲ类用于小于C30的混凝土。

  海砂可用于配制素混凝土,但不能直接用于配制钢筋混凝土,主要是氯离子含量高,容易导致钢筋锈蚀,如要使用,必须经过淡水冲洗,使有害成份含量减少到要求以下。山砂可以直接用于一般工程混凝土结构,当用于重要结构物时,必须通过坚固性试验和碱活性试验。机制砂是指将卵石或岩石用机械破碎的方法,通过冲洗、过筛制成。通常是在加工碎卵石或碎石时,将小于10mm的部分进一步加工而成。

  细骨料的主要质量指标有:

  1. 有害杂质含量。细骨料中的有害杂质主要包括两方面:①粘土和云母。它们粘附于砂表面或夹杂其中,严重降低水泥与砂的粘结强度,从而降低混凝土的强度、抗渗性和抗冻性,增大混凝土的收缩。②有机质、硫化物及硫酸盐。它们对水泥有腐蚀作用,从而影响混凝土的性能。因此对有害杂质含量必须加以限制。《建筑用砂》(GB/T14684-2001) 对有害物质含量的限值见表4-1。《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52-1992)中对有害杂质含量也作了相应规定。其中云母含量不得大于2%,轻物质含量和硫化物及硫酸盐含量分别不得大于1%,含泥量及泥块含量的限值为:当小于C30时分别不大于5%和1%,当大于等于C30时,分别不大于3%和1%。

表4-1 砂中有害物质含量限值
项 目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类
云母含量(按质量计,%) 1.0 2.0 2.0
硫化物与硫酸盐含量(按SO3质量计,%) 0.5 0.5 0.5
有机物含量(用比色法试验) 合格 合格 合格
轻物质 1.0 1.0 1.0
氯化物含量(以NaCl质量计,%) 0.01 0.02 0.06
含泥量(按质量计,%) 1.0 3.0 5.0
粘土块含量(按质重量计,%) 0 1.0 2.

此外,由于氯离子对钢筋有严重的腐蚀作用,当采用海砂配制钢筋混凝土时,海砂中氯离子含量要求小于0.06%(以干砂重计);对预应力混凝土不宜采用海砂,若必须使用海砂时,需经淡水冲洗至氯离子含量小于0.02%。用海砂配制素混凝土,氯离子含量不予限制。

  2. 颗粒形状及表面特征。河砂和海砂经水流冲刷,颗粒多为近似球状,且表面少棱角、较光滑,配制的混凝土流动性往往比山砂或机制砂好,但与水泥的粘结性能相对较差;山砂和机制砂表面较粗糙,多棱角,故混凝土拌合物流动性相对较差,但与水泥的粘结性能较好。水灰比相同时,山砂或机制砂配制的混凝土强度略高;而流动性相同时,因山砂和机制砂用水量较大,故混凝土强度相近。

  3. 坚固性。砂是由天然岩石经自然风化作用而成,机制砂也会含大量风化岩体,在冻融或干湿循环作用下有可能继续风化,因此对某些重要工程或特殊环境下工作的混凝土用砂,应做坚固性检验。如严寒地区室外工程,并处于湿潮或干湿交替状态下的混凝土,有腐蚀介质存在或处于水位升降区的混凝土等等。坚固性根据GB/T14684规定,采用硫酸钠溶液浸泡→烘干→浸泡循环试验法检验。测定5个循环后的重量损失率。指标应符合表4-2的要求。

表4-2 砂的坚固性指标
项 目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类
循环后质量损失(%) ≤8 ≤8 ≤10

4. 粗细程度与颗粒级配。砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合体平均粒径大小。通常用细度模数(Mx)表示,其值并不等于平均粒径,但能较准确反映砂的粗细程度。细度模数Mx越大,表示砂越粗,单位重量总表面积(或比表面积)越小;Mx越小,则砂比表面积越大。

  砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配比例。良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充,中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充,如此逐级填充(如图4-1所示)使砂形成最密致的堆积状态,空隙率达到最小值,堆积密度达最大值。这样可达到节约水泥,提高混凝土综合性能的目标。因此,砂颗粒级配反映空隙率大小。

图4-1 砂颗粒级配示意图

(1)细度模数和颗粒级配的测定。砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析方法测定,用细度模数表示粗细,用级配区表示砂的级配。根据《建筑用砂》(GB/T14684-2001),筛分析是用一套孔径为4.75,2.36,1.18,0.600,0.300,0.150mm的标准筛,将500克干砂由粗到细依次过筛(详见试验),称量各筛上的筛余量(g),计算各筛上的分计筛余率(%),再计算累计筛余率(%)。的计算关系见表4-3。(JGJ52采用的筛孔尺寸为5.00、2.50、1.25、0.630、0.315及0.160mm。其测试和计算方法均相同,目前混凝土行业普遍采用该标准。)

表4-3 累计筛余与分计筛余计算关系
筛孔尺寸(mm) 筛余量(g) 分计筛余(%) 累计筛余(%)
4.75 m1
2.36 m2
1.18 m3
0.600 m4
0.300 m5
0.150 m6
底盘 m

细度模数根据下式计算(精确至0.01):

               (4-1)

根据细度模数Mx大小将砂按下列分类:

  Mx>3.7 特粗砂;Mx=3.1~3.7粗砂;Mx=3.0~2.3中砂;Mx=2.2~1.6细砂;Mx=1.5~0.7特细砂。

  砂的颗粒级配根据0.600mm筛孔对应的累计筛余百分率A4,分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区三个级配区,见表4-4。级配良好的粗砂应落在Ⅰ区;级配良好的中砂应落在Ⅱ区;细砂则在Ⅲ区。实际使用的砂颗粒级配可能不完全符合要求,除了4.75mm和0.600mm对应的累计筛余率外,其余各档允许有5%的超界,当某一筛档累计筛余率超界5%以上时,说明砂级配很差,视作不合格。

  以累计筛余百分率为纵坐标,筛孔尺寸为横坐标,根据表4-4的级区可绘制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级配区的筛分曲线,如图4-2所示。在筛分曲线上可以直观地分析砂的颗粒级配优劣。

表4-4 砂的颗粒级配区范围
筛孔尺寸(mm) 累计筛余(%)
Ⅰ 区 Ⅱ 区 Ⅲ 区
10.0 0 0 0
4.75 10~0 10~0 10~0
2.36 35~5 25~0 15~0
1.18 65~35 50~10 25~0
0.600 85~71 70~41 40~16
0.300 95~80 92~70 85~55
0.150 100~90 100~90 100~90

图4-2 砂级配曲线图

[例4-1] 某工程用砂,经烘干、称量、筛分析,测得各号筛上的筛余量列于表4-5。试评定该砂的粗细程度(Mx)和级配情况。

表4-5 筛分析试验结果
筛孔尺寸(mm) 4.75 2.36 1.18 0.600 0.300 0.150 底 盘 合 计
筛余量(g) 28.5 57.6 73.1 156.6 118.5 55.5 9.7 499.5

[解] ① 分计筛余率和累计筛余率计算结果列于表4-6。

表4-6 分计筛余和累计筛余计算结果
分计筛余率(%) a1 a2 a3 a4 a5 a6
5.71 11.53 14.63 31.35 23.72 11.11
累计筛余率(%) A1 A2 A3 A4 A5 A6
5.71 17.24 31.87 63.22 86.94 98.05

② 计算细度模数:

③ 确定级配区、绘制级配曲线:该砂样在0.600mm筛上的累计筛余率A4=63.22落在Ⅱ级区,其他各筛上的累计筛余率也均落在Ⅱ级区规定的范围内,因此可以判定该砂为Ⅱ级区砂。级配曲线图见4-3。

  ④ 结果评定:该砂的细度模数Mx=2.85,属中砂;Ⅱ级区砂,级配良好。可用于配制混凝土。

图4-3 级配曲线

(2)砂的掺配使用。

  配制普通混凝土的砂宜为中砂(Mx=2.3~3.0),Ⅱ级区。但实际工程中往往出现砂偏细或偏粗的情况。通常有两种处理方法:

  ① 当只有一种砂源时,对偏细砂适当减少砂用量,即降低砂率;对偏粗砂则适当增加砂用量,即增加砂率。

  ② 当粗砂和细砂可同时提供时,宜将细砂和粗砂按一定比例掺配使用,这样既可调整Mx,也可改善砂的级配,有利于节约水泥,提高混凝土性能。掺配比例可根据砂资源状况,粗细砂各自的细度模数及级配情况,通过试验和计算确定。

  5. 砂的含水状态。砂的含水状态有如下4种,如图4-4所示。

图4-4 骨料含水状态示意图

① 绝干状态:砂粒内外不含任何水,通常在105±5℃条件下烘干而得。

  ② 气干状态:砂粒表面干燥,内部孔隙中部分含水。指室内或室外(天晴)空气平衡的含水状态,其含水量的大小与空气相对湿度和温度密切相关。

  ③ 饱和面干状态:砂粒表面干燥,内部孔隙全部吸水饱和。水利工程上通常采用饱和面干状态计量砂用量。

  ④ 湿润状态:砂粒内部吸水饱和,表面还含有部分表面水。施工现场,特别是雨后常出现此种状况,搅拌混凝土中计量砂用量时,要扣除砂中的含水量;同样,计量水用量时,要扣除砂中带入的水量。

 
  三、粗骨料

  颗粒粒径大于5mm的骨料为粗骨料。混凝土工程中常用的有碎石和卵石两大类。碎石为岩石(有时采用大块卵石,称为碎卵石)经破碎、筛分而得;卵石多为自然形成的河卵石经筛分而得。通常根据卵石和碎石的技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土;Ⅱ类用于C30~C60的混凝土;Ⅲ类用于小于C30的混凝土。

  粗骨料的主要技术指标有:

  1. 有害杂质。与细骨料中的有害杂质一样,主要有粘土、硫化物及硫酸盐、有机物等。根据《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685-2001),其含量应符合表4-7的要求。JGJ53《普通混凝土用碎石和卵石质量标准及检验方法》也作了相应规定。

表4-7 碎石或卵石中技术指标
项 目
指标
Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类
含泥量(按质量计),% 0.5 1.0 1.5
粘土块含量(按质重量计),% 0 0.5 0.7
硫化物与硫酸盐含量(以SO3重量计),% 0.5 1.0 1.0
有机物含量(用比色法试验) 合格 合格 合格
针片状(按质量计),% 5 15 25
坚固性质量损失,% 5 8 12
碎石压碎指标, 10 20 30
卵石压碎指标, 12 16 16

2. 颗粒形态及表面特征。粗骨料的颗粒形状以近立方体或近球状体为最佳,但在岩石破碎生产碎石的过程中往往产生一定量的针、片状,使骨料的空隙率增大,并降低混凝土的强度,特别是抗折强度。针状是指长度大于该颗粒所属粒级平均粒径的2.4倍的颗粒;片状是指厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒。各别类粗骨料针片状含量要符合表4-7的要求。

  粗骨料的表面特征指表面粗糙程度。碎石表面比卵石粗糙,且多棱角,因此,拌制的混凝土拌合物流动性较差,但与水泥粘结强度较高,配合比相同时,混凝土强度相对较高。卵石表面较光滑,少棱角,因此拌合物的流动性较好,但粘结性能较差,强度相对较低。但若保持流动性相同,由于卵石可比碎石少用适量水,因此卵石混凝土强度并不一定低。

  3. 粗骨料最大粒径。混凝土所用粗骨料的公称粒级上限称为最大粒径。骨料粒径越大,其表面积越小,通常空隙率也相应减小,因此所需的水泥浆或砂浆数量也可相应减少,有利于节约水泥、降低成本,并改善混凝土性能。所以在条件许可的情况下,应尽量选得较大粒径的骨料。但在实际工程上,骨料最大粒径受到多种条件的限制:①最大粒径不得大于构件最小截面尺寸的1/4,同时不得大于钢筋净距的3/4。②对于混凝土实心板,最大粒径不宜超过板厚的1/3,且不得大于40mm。③对于泵送混凝土,当泵送高度在50m以下时,最大粒径与输送管内径之比,碎石不宜大于1:3;卵石不宜大于1:2.5。④对大体积混凝土(如混凝土坝或围堤)或疏筋混凝土,往往受到搅拌设备和运输、成型设备条件的限制。有时为了节省水泥,降低收缩,可在大体积混凝土中抛入大块石(或称毛石),常称作抛石混凝土。

  4. 粗骨料的颗粒级配。石子的粒级分为连续粒级和单位级两种。连续粒级指5mm以上至最大粒径Dmmax,各粒级均占一定比例,且在一定范围内。单粒级指从1/2最大粒径开始至Dmax。单粒级用于组成具有要求级配的连续粒级,也可与连续粒级混合使用,以改善级配或配成较大密实度的连续粒级。单粒级一般不宜单独用来配制混凝土,如必须单独使用,则应作技术经济分析,并通过试验证明不发生离析或影响混凝土的质量。

  石子的级配与砂的级配一样,通过一套标准筛筛分试验,计算累计筛余率确定。根据GB/T14685,碎石和卵石级配均应符合表4-8的要求。JGJ53的要求与此相似。

表4-8 碎石或卵石的颗粒级配范围
级配情况
公 称
粒 级
(mm)
累计筛余(%)
筛孔尺寸(方孔筛)(mm)
2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90
连续粒级 5~10 95~100 80~100 0~15 0
5~16 95~100 85~100 30~60 0~10 0
5~20 95~100 90~100 40~80 0~10 0
5~25 95~100 90~100 30~70 0~5 0
5~31.5 95~100 90~100 70~90 15~45 0~5 0
5~40 95~100 75~90 30~65 0~5 0
单粒级 10~20 95~100 85~100 0~15 0
16~31.5 95~100 85~100 0~10 0
20~40 95~100 80~100 0~10 0
31.5~63 95~100 75~100 45~75 0~10 0
40~80 95~100 70~100 30~60 0~10

5. 粗骨料的强度。根据GB/T14685和JGJ53规定,碎石和卵石的强度可用岩石的抗压强度或压碎值指标两种方法表示。

  岩石的抗压强度采用50mm×50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试样测定。一般要求其抗压强度大于配制混凝土强度的1.5倍,且不小于45MPa(饱水)。

  根据GB/T14685,压碎值指标是将9.5~19mm的石子m克,装入专用试样筒中,施加200KN的荷载,卸载后用孔径2.36mm的筛子筛去被压碎的细粒,称量筛余,计作m1,则压碎值指标Q按下式计算:

                     (4-2)

压碎值越小,表示石子强度越高,反之亦然。各类别骨料的压碎值指标应符合表4-7的要求。

  6.粗骨料的坚固性。粗骨料的坚固性指标与砂相似,各类别骨料的质量损失应符合表4-7的要求。

  四、拌合用水

  根据《混凝土拌合用水标准》(JGJ63—89)的规定,凡符合国家标准的生活饮用水,均可拌制各种混凝土。海水可拌制素混凝土,但不宜拌制有饰面要求的素混凝土,更不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。

  值得注意的是,在野外或山区施工采用天然水拌制混凝土时,均应对水的有机质、Cl-含量等进行检测,合格后方能使用。特别是某些污染严重的河道或池塘水,一般不得用于拌制混凝土。

第三节    道路与桥梁工程用石料的技术性质


  一、水泥混凝土路面用粗集料压碎值

  水泥混凝土路面用粗集料的压碎值指标试验方法(JTJ058T0315—1994)与前述普通混凝土相同。

  二、沥青路面用粗集料压碎值

  沥青路面用粗集料压碎值指标的测定,根据现行规程(JTJ058T0316—2000)的规定,是将13.2~16mm的试样m0克,装入专用试样筒中,逐级施加400KN的荷载,卸荷后用孔径2.36mm的筛子过筛,称取通过2.36mm筛孔的全部细料重量计作m1,则压碎值指标按下式计算:

       (4-3)

式中:

——集料压碎值(%);

m0——试验前试样重量(g);
m1——试验后通过2.36mm筛孔的细料重量(g)。

三、道路用粗集料磨光值

  高等级公路对路面的抗滑性能有一定的要求,作为路面用的集料,在车辆轮胎的作用下,不仅要求具有高的抗磨耗性能,而且要求具有高的抗磨光性。根据现行规程(JTJ058T0321—94)的规定,集料的抗磨光性采用磨光值表示(简称PSV)。磨光值的测试方法是选取10~15mm的试样,密排于试模中,用环氧树脂砂浆固结成一整体,每组4个试件。加速磨光机的道路轮在试样表面以640±10r/min的速度旋转,先用30号金刚砂水磨3h,再用280号金刚砂水磨3h,用摆式摩擦系数仪测定摩擦系数值,经换算后得磨光值(详见试验部分)。

  集料的磨光值越高,表示抗滑性能越好。高速公路和一级公路的集料磨光值要求不小于42,普通公路不小于35。玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩的磨光值一般较高。几种常用集料的磨光值列于表4-9。

表4-9 常用岩石的磨光值
岩石名称 石灰岩 角页岩 斑岩 石英岩 花岗岩 玄武岩 砂岩
磨光值 平均值 43 45 56 58 59 62 72
范 围 30~70 40~50 43~71 45~67 45~70 45~81 60~82

四、道路用粗集料冲击值

  集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能,称为抗冲击韧性,常用集料冲击值(LSV)表示。根据现行规程(JTJ058T0322—2000)的规定,集料冲击值的测试是采用方孔筛筛取9.5~13.2mm的试样m克,装入金属盛样器中,在冲击值试验仪中用冲击锤自380±5mm的高度自由落锤冲击15次,再用2.36mm的筛筛去被冲碎的细粒,称量筛余,计作m1,则冲击值指标LSV按下式计算:

                           (4-4)

式中:
LSV——集料的冲击值(%);
m——原试样重量(g);
m1——试验后通过2.36mm的试样重量(g)。

集料的冲击值越大,表明集料的抗冲击性能越差。高速公路和一级公路的 值要求不大于28%,普通公路不大于30%。

  五、道路用粗集料磨耗值

  集料磨耗值用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。根据现行规程(JTJ058T0323—2000)的规定,集料磨耗值采用道瑞磨耗机测定。将10~15mm的石子单层紧排于两个试模内(每个试模内不少于24粒),用环氧树脂砂浆固结成一整体,用石英砂磨料在磨盘上磨500转,称取磨耗前后的试样重量,按下式计算集料的磨耗值。

                    (4-5)

式中:
AAV——集料道瑞磨耗值;
m0——磨耗前试件的重量(g);
m1——磨耗后试件的重量(g);
——集料饱和面干密度(g/cm3)。

集料磨耗值越高,表示集料的耐磨性越差。高速公路和一级公路抗滑面层用集料的磨耗值不大于14,普通公路不大于16。

  六、道路用集料磨耗性

  磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。常用洛杉机法磨耗试验(JTJ058T0317—2000)和狄法尔法磨耗试验(砾石JTJ058T0318—1994,碎石JTJ058T0319—1994)两种方法(详见试验部分),用磨耗损失大小评价石料的抗磨耗性。磨耗损失按下式计算:

             (4-6)

式中:
Q——石料的磨耗率(%);
m0 ——试验前石料的重量(g);
m1 ——试验后石料在1.7mm(方孔筛)或2.0mm(圆孔筛)上的重量(g)。

石料的磨耗率越大,表示石料的耐磨性能越差。

  七、道路用石料耐候性

  用于道路与桥梁工程的石料抵抗大气自然因素作用的能力称为耐候性。道路与桥梁工程由于都是暴露于大自然中无遮盖的建筑物,长期受到各种自然因素的作用。如温度升降引起的温度应力作用;干湿循环引起的风化作用;冰冻引起的膨胀破坏作用等等。其力学性能将逐渐下降。通常用抗冻性和坚固性两项指标来衡量石料的耐候性优劣。

  对于用于桥梁工程的石料,当月平均气温低于-10℃时,抗冻性试验必须合格,其中耐冻系数(冻融循环前后饱水抗压强度比)必须大于0.75。

  八、道路用石料的技术要求

  道路工程用石料根据造岩矿物的成分、含量以及组织结构分为四大岩类:

  Ⅰ. 岩浆岩类:如花岗岩、正长岩、辉长岩、辉绿岩、闪长岩、橄榄岩、玄武岩、安山岩、流纹岩等。

  Ⅱ. 石灰岩类:石灰岩、白云岩、泥灰岩等。

  Ⅲ. 砂岩和片麻岩类:石英岩、砂岩、片麻岩、石英片麻岩等。

  Ⅳ. 砾石类。

  根据石料的饱水抗压强度和磨耗率,各岩石类分为四个等级:

  1级:最坚硬的岩石;

  2级:坚硬的岩石;

  3级:中等强度的岩石;

  4级:较软的岩石。

  常用天然石料的主要技术指标见表4-10。

表4-10 常用天然石料的主要技术指标
岩石类别 主要岩石名称 石料等级 技术标准
饱水强度
(MPa)
磨耗率(%)
洛杉机法 狄法尔法
Ⅰ 岩浆岩类 花岗岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩等 1 >120 <25 <4
2 100~120 25~30 4~5
3 80~100 30~45 5~7
4   45~60 7~10
Ⅱ 石灰岩类 石灰岩、白云岩、泥灰岩等 1 >100 <30 <5
2 80~100 30~35 5~6
3 60~80 35~50 6~12
4 30~60 50~60 12~20
Ⅲ 砂岩和片麻岩类 石英岩、砂岩、片麻岩、石英片、麻岩等 1 >100 <30 <5
2 80~100 30~35 5~7
3 50~80 35~45 7~10
4 30~50 45~60 10~15
Ⅳ 砾石类   1   <20 <5
2   20~30 5~7
3   30~50 7~12
4   50~60 12~20

第四节    普通混凝土的技术性质


  一、新拌混凝土的性能

  (一)混凝土的和易性

  1.和易性的概念。

  新拌混凝土的和易性,也称工作性,是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型,并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示。流动性是指拌合物在自重或外力作用下产生流动的难易程度;粘聚性是指拌合物各组成材料之间不产生分层离析现象;保水性是指拌合物不产生严重的泌水现象。

  通常情况下,混凝土拌合物的流动性越大,则保水性和粘聚性越差,反之亦然,相互之间存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有满足施工要求的流动性,又具有良好的粘聚性和保水性。因此,不能简单地将流动性大的混凝土称之为和易性好,或者流动性减小说成和易性变差。良好的和易性既是施工的要求也是获得质量均匀密实混凝土的基本保证。

  2.和易性的测试和评定。

  混凝土拌合物和易性是一项极其复杂的综合指标,到目前为止全世界尚无能够全面反映混凝土和易性的测定方法,通常通过测定流动性,再辅以其他直观观察或经验综合评定混凝土和易性。流动性的测定方法有坍落度法、维勃稠度法、探针法、斜槽法、流出时间法和凯利球法等十多种,对普通混凝土而言,最常用的是坍落度法和维勃稠度法。

  (1)坍落度法:将搅拌好的混凝土分三层装入坍落度筒中(见图4-5a),每层插捣25次,抹平后垂直提起坍落度筒,混凝土则在自重作用下坍落,以坍落高度(单位mm)代表混凝土的流动性。坍落度越大,则流动性越好。

  粘聚性通过观察坍落度测试后混凝土所保持的形状,或侧面用捣棒敲击后的形状判定,如图4-5所示。当坍落度筒一提起即出现图中(c)或(d)形状,表示粘聚性不良;敲击后出现(b)状,则粘聚性好;敲击后出现(c)状,则粘聚性欠佳;敲击后出现(d)状,则粘聚性不良。

  保水性是以水或稀浆从底部析出的量大小评定(见图4-5b)。析出量大,保水性差,严重时粗骨料表面稀浆流失而裸露。析出量小则保水性好。

图4-5 混凝土拌合物和易性测定

根据坍落度值大小将混凝土分为四类:
        ① 大流动性混凝土:坍落度≥160mm;
        ② 流动性混凝土:坍落度100~150mm;
        ③ 塑性混凝土:坍落度10~90mm; 
        ④ 干硬性混凝土:坍落度<10mm

  坍落度法测定混凝土和易性的适用条件为:
        a. 粗骨料最大粒径≤40mm;
        b. 坍落度≥10mm。

  对坍落度小于10mm的干硬性混凝土,坍落度值已不能准确反映其流动性大小。如当两种混凝土坍落度均为零时,但在振捣器作用下的流动性可能完全不同。故一般采用维勃稠度法测定。

  (2)维勃稠度法:坍落度法的测试原理是混凝土在自重作用下坍落,而维勃稠度法则是在坍落度筒提起后,施加一个振动外力,测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间(单位:秒)代表混凝土流动性。时间越短,流动性越好;时间越长,流动性越差。见示意图4-6。

图4-6 维勃稠度试验仪
1. 容器;2. 坍落度筒;3. 圆盘;4. 滑棒;5. 套筒;6.13. 螺栓;7. 漏斗;
8. 支柱;9. 定位螺丝;10. 荷重;11. 元宝螺丝;12. 旋转架

(3)坍落度的选择原则:实际施工时采用的坍落度大小根据下列条件选择。
        ① 构件截面尺寸大小:截面尺寸大,易于振捣成型,坍落度适当选小些,反之亦然。
        ② 钢筋疏密:钢筋较密,则坍落度选大些。反之亦然。
        ③ 捣实方式:人工捣实,则坍落度选大些。机械振捣则选小些。
        ④ 运输距离:从搅拌机出口至浇捣现场运输距离较远时,应考虑途中坍落度损失,坍落度宜适当选大些,特别是商品混凝土。
        ⑤ 气候条件:气温高、空气相对湿度小时,因水泥水化速度加快及水份挥发加速,坍落度损失大,坍落度宜选大些,反之亦然。

  一般情况下,坍落度可按表4-11选用。

表4-11 混凝土浇筑时的坍落度(mm)
构件种类 坍落度
基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构 10~30
板、梁和大型及中型截面的柱子等 30~50
配筋密列的结构(薄壁、斗仓、简仓、细柱等) 50~70
配筋特密的结构 70~90

3.影响和易性的主要因素。

  (1)单位用水量

  单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大,流动性随之增大。但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差,易产生泌水分层离析,从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。大量的实验研究证明在原材料品质一定的条件下,单位用水量一旦选定,单位水泥用量增减50~100kg/m3,混凝土的流动性基本保持不变,这一规律称为固定用水量定则。这一定则对普通混凝土的配合比设计带来极大便利,即可通过固定用水量保证混凝土坍落度的同时,调整水泥用量,即调整水灰比,来满足强度和耐久性要求。在进行混凝土配合比设计时,单位用水量可根据施工要求的坍落度和粗骨料的种类、规格,根据JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》按表4-12选用,再通过试配调整,最终确定单位用水量。

表4-12 混凝土单位用水量选用表
项目 指标 卵石最大粒径(mm) 碎石最大粒径(mm)
10 20 31.5 40 16 20 31.5 40
坍落度(mm) 10~30 190 170 160 150 200 185 175 165
35~50 200 180 170 160 210 195 185 175
55~70 210 190 180 170 220 205 195 185
75~90 215 195 185 175 230 215 205 195
维勃稠度(s) 16~20
175 160 - 145 180 170 - 155
11~15 180 165 - 150 185 175 - 160
5~10 185 170 - 155 190 180 - 165

注:
1. 本表用水量系采用中砂时的平均取值,如采用细砂,每立方米混凝土用水量可增加5~10kg,采用粗砂时则可减少5~10kg。
2. 掺用各种外加剂或掺合料时,可相应增减用水量。
3. 本表不适用于水灰比小于0.4时的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土。

(2)浆骨比

  浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在混凝土凝结硬化之前,水泥浆主要赋予流动性;在混凝土凝结硬化以后,主要赋予粘结强度。在水灰比一定的前提下,浆骨比越大,即水泥浆量越大,混凝土流动性越大。通过调整浆骨比大小,既可以满足流动性要求,又能保证良好的粘聚性和保水性。浆骨比不宜太大,否则易产生流浆现象,使粘聚性下降。浆骨比也不宜太小,否则因骨料间缺少粘结体,拌合物易发生崩塌现象。因此,合理的浆骨比是混凝土拌合物和易性的良好保证。

  (3)水灰比

  水灰比即水用量与水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不变的情况下,水灰比增大,相当于单位用水量增大,水泥浆很稀,拌合物流动性也随之增大,反之亦然。用水量增大带来的负面影响是严重降低混凝土的保水性,增大泌水,同时使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小,否则因流动性过低影响混凝土振捣密实,易产生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性的良好保证。

  (4)砂率

  砂率是指砂子占砂石总重量的百分率,表达式为:

                                 (4-7)

式中:
——砂率;
S——砂子用量(kg);
G——石子用量(kg)。
砂率对和易性的影响非常显著。

  ① 对流动性的影响。在水泥用量和水灰比一定的条件下,由于砂子与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间起到润滑和辊珠作用,可以减小粗骨料间的摩擦力,所以在一定范围内,随砂率增大,混凝土流动性增大。另一方面,由于砂子的比表面积比粗骨料大,随着砂率增加,粗细骨料的总表积增大,在水泥浆用量一定的条件下,骨料表面包裹的浆量减薄,润滑作用下降,使混凝土流动性降低。所以砂率超过一定范围,流动性随砂率增加而下降,见图4-7a。

图4-7 砂率与混凝土流动性和水泥用量的关系

② 对粘聚性和保水性的影响。砂率减小,混凝土的粘聚性和保水性均下降,易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大,粘聚性和保水性增加。但砂率过大,当水泥浆不足以包裹骨料表面时,则粘聚性反而下降。

  ③ 合理砂率的确定。合理砂率是指砂子填满石子空隙并有一定的富余量,能在石子间形成一定厚度的砂浆层,以减少粗骨料间的摩擦阻力,使混凝土流动性达最大值。或者在保持流动性不变的情况下,使水泥浆用量达最小值。如图4-7b。

  合理砂率的确定可根据上述两原则通过试验确定。在大型混凝土工程中经常采用。对普通混凝土工程可根据经验或根据JGJ55参照表4-13选用。

表4-13 混凝土砂率选用表
水灰比(W/C) 卵石最大粒径(mm) 碎石最大粒径(mm)
10 20 40 16 20 40
0.40 26~32 25~31 24~30 30~35 29~34 27~32

注:
①表中数值系中砂的选用砂率。对细砂或粗砂,可相应地减少或增大砂率;
②本砂率适用于坍落度为10~60mm的混凝土。坍落度如大于60mm或小于10mm时,
应相应增大或减小砂率;按每增大20mm,砂率增大1%的幅度予以调整。
③只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时,砂率值应适当增大;
④掺有各种外加剂或掺合料时,其合理砂率值应经试验或参照其他有关规定选用;
⑤对薄壁构件砂率取偏大值。

  (5)水泥品种及细度

  水泥品种不同时,达到相同流动性的需水量往往不同,从而影响混凝土流动性。另一方面,不同水泥品种对水的吸附作用往往不等,从而影响混凝土的保水性和粘聚性。如火山灰水泥、矿渣水泥配制的混凝土流动性比普通水泥小。在流动性相同的情况下,矿渣水泥的保水性能较差,粘聚性也较差。同品种水泥越细,流动性越差,但粘聚性和保水性越好。

  (6)骨料的品种和粗细程度

  卵石表面光滑,碎石粗糙且多棱角,因此卵石配制的混凝土流动性较好,但粘聚性和保水性则相对较差。河砂与山砂的差异与上述相似。对级配符合要求的砂石料来说,粗骨料粒径越大,砂子的细度模数越大,则流动性越大,但粘聚性和保水性有所下降,特别是砂的粗细,在砂率不变的情况下,影响更加显著。

  (7)外加剂

  改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂。它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性,并具有良好的粘聚性和保水性。详见第五节。

  (8)时间、气候条件

  随着水泥水化和水分蒸发,混凝土的流动性将随着时间的延长而下降。气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失。

  4.混凝土和易性的调整和改善措施

  (1)当混凝土流动性小于设计要求时,为了保证混凝土的强度和耐久性,不能单独加水,必须保持水灰比不变,增加水泥浆用量。但水泥浆用量过多,则混凝土成本提高,且将增大混凝土的收缩和水化热等。混凝土的粘聚性和保水性也可能下降。

  (2)当坍落度大于设计要求时,可在保持砂率不变的前提下,增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量。

  (3)改善骨料级配,既可增加混凝土流动性,也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右,实际操作难度往往较大。

  (4)掺减水剂或引气剂,是改善混凝土和易性的最有效措施。

  (5)尽可能选用最优砂率。当粘聚性不足时可适当增大砂率。

  (二)混凝土的凝结时间

  混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间有相似之处,但由于骨料的掺入,水灰比的变动及外加剂的应用,又存在一定的差异。水灰比增大,凝结时间延长;早强剂、速凝剂使凝结时间缩短;缓凝剂则使凝结时间大大延长。

  混凝土的凝结时间分初凝和终凝。初凝指混凝土加水至失去塑性所经历的时间,亦即表示施工操作的时间极限;终凝指混凝土加水到产生强度所经历时间。初凝时间希望适当长,以便于施工操作;终凝与初凝的时间差则越短越好。

  混凝土凝结时间的测定通常采用贯入阻力法。影响混凝土实际凝结时间的因素主要有水灰比、水泥品种、水泥细度、外加剂、掺合料和气候条件等等。

第五节    混凝土外加剂


  外加剂是指能有效改善混凝土某项或多项性能的一类材料。其掺量一般只占水泥量的5%以下,却能显著改善混凝土的和易性、强度、耐久性或调节凝结时间及节约水泥。外加剂的应用促进了混凝土技术的飞速进步,技术经济效益十分显著,使得高强高性能混凝土的生产和应用成为现实,并解决了许多工程技术难题。如远距离运输和高耸建筑物的泵送问题;紧急抢修工程的早强速凝问题;大体积混凝土工程的水化热问题;纵长结构的收缩补偿问题;地下建筑物的防渗漏问题等等。目前,外加剂已成为除水泥、水、砂子、石子以外的第五组成材料,应用越来越广泛。

  一、外加剂的分类

  混凝土外加剂一般根据其主要功能分类:

  1.改善混凝土流变性能的外加剂。主要有减水剂、引气剂、泵送剂等。

  2.调节混凝土凝结硬化性能的外加剂。主要有缓凝剂、速凝剂、早强剂等。

  3.调节混凝土含气量的外加剂。主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等。

  4.改善混凝土耐久性的外加剂。主要有引气剂、防水剂、阻锈剂等。

  5.提供混凝土特殊性能的外加剂。主要有防冻剂、膨胀剂、着色剂、引气剂和泵送剂等。

  二、建筑工程中常用的混凝土外加剂品种

  (一)减水剂

  减水剂是指在混凝土坍落度相同的条件下,能减少拌合用水量;或者在混凝土配合比和用水量均不变的情况下,能增加混凝土坍落度的外加剂。根据减水率大小或坍落度增加幅度分为普通减水剂和高效减水剂两大类。此外,尚有复合型减水剂,如引气减水剂,既具有减水作用,同时具有引气作用;早强减水剂,既具有减水作用,又具有提高早期强度作用;缓凝减水剂,同时具有延缓凝结时间的功能等等。

  1.减水剂的主要功能。

  (1)配合比不变时显著提高流动性。

  (2)流动性和水泥用量不变时,减少用水量,降低水灰比,提高强度。

  (3)保持流动性和强度不变时,节约水泥用量,降低成本。

  (4)配置高强高性能混凝土。

  2.减水剂的作用机理。减水剂提高混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散作用和润滑作用两方而。减水剂实际上为一种表面活性剂,长分子链的一端易溶于水——亲水基,另一端难溶于水——憎水基,如图4-17所示。

图4-17 表面活性剂(减水剂)                           图4-18 减水剂作用机理示意图

(1)分散作用:水泥加水拌合后,由于水泥颗粒分子引力的作用,使水泥浆形成絮凝结构,使10%~30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中,不能参与自由流动和润滑作用,从而影响了混凝土拌合物的流动性(如图4-18a)。当加入减水剂后,由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面,使水泥颗粒表面带有同一种电荷(通常为负电荷),形成静电排斥作用,促使水泥颗粒相互分散,絮凝结构破坏,释放出被包裹部分水,参与流动,从而有效地增加混凝土拌合物的流动性(如图4-18b)。

  (2)润滑作用:减水剂中的亲水基极性很强,因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜(图4-18c),这层水膜具有很好的润滑作用,能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力,从而使混凝土流动性进一步提高。

  3. 常用减水剂品种。

  (1)木质素系减水剂:木素质系减水剂主要有木质素磺酸钙(简称木钙,代号MG),木质素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)三大类。工程上最常使用的为木钙。

  MG是由生产纸浆的木质废液,经中和发酵、脱糖、浓缩、喷雾干燥而制成的棕黄色粉末。

  MG属缓凝引气型减水剂,掺量拟控制在0.2%~0.3%之间,超掺有可能导致数天或数十天不凝结,并影响强度和施工进度,严重时导致工程质量事故。

  MG的减水率约为10%,保持流动性不变,可提高混凝土强度8%~10%;若不减水则可增大混凝土坍落度约80~100mm;若保持和易性与强度不变时,可节约水泥5%~10%;

  MG主要适用于夏季混凝土施工、滑模施工、大体积混凝土和泵送混凝土施工,也可用于一般混凝土工程。

  MG不宜用于蒸汽养护混凝土制品和工程。

  (2)萘磺酸盐系减水剂:萘磺酸盐系减水剂简称萘系减水剂,它是以工业萘或由煤焦油中分馏出含萘的同系物经分馏为原料,经磺化、缩合等一系列复杂的工艺而制成的棕黄色粉末或液体。其主要成分为β—萘磺酸盐甲醛缩合物。品种很多,如FDN、NNO、NF、MF、UNF、XP、SN-Ⅱ、建1、NHJ等等。

  萘系减水剂多数为非引气型高效减水剂,适宜掺量为0.5%~1.2%,减水率可达15%~30%,相应地可提高28天强度10%以上,或节约水泥10%~20%。

  萘系减水剂对钢筋无锈蚀作用,具有早强功能。但混凝土的坍落度损失较大,故实际生产的萘系减水剂,极大多数为复合型的,通常与缓凝剂或引气剂复合。

  萘系减水剂主要适用于配制高强、早强、流态和蒸养混凝土制品和工程,也可用于一般工程。

  (3)树脂系减水剂:树脂系减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂,通常称为密胺树脂系减水剂。主要以三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠为原料,经磺化、缩聚等工艺生产而成的棕色液体。最常用的有SM树脂减水剂。

  SM为非引气型早强高效减水剂,性能优于萘系减水剂,但目前价格较高,适宜掺量0.5%~2.0%,减水率可达20%以上,1天强度提高一倍以上,7天强度可达基准28天强度,长期强度也能提高,且可显著提高混凝土的抗渗、抗冻性和弹性模量。

  掺SM减水剂的混凝土粘聚性较大,可泵性较差,且坍落度经时损失也较大。目前主要用于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸汽养护混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土等。

  (4)糖蜜类减水剂:糖蜜类减水剂是以制糖业的糖渣和废蜜为原料,经石灰中和处理而成的棕色粉末或液体。国产品种主要有3FG、TF、ST等。

  糖蜜减水剂与MG减水剂性能基本相同,但缓凝作用比MG强,故通常作为缓凝剂使用。适宜掺量0.2%~0.3%,减水率10%左右。主要用于大体积混凝土、大坝混凝土和有缓凝要求的混凝土工程。

  (5)复合减水剂:单一减水剂往往很难满足不同工程性质和不同施工条件的要求,因此,减水剂研究和生产中往往复合各种其他外加剂,组成早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、缓凝引气减水剂等等。随着工程建设和混凝土技术进步的需要,各种新型多功能复合减水剂正在不断研制生产中,如2~3h内无坍落度损失的保塑高效减水剂等,这一类外加剂主要有:聚羧酸盐与改性木质素的复合物、带磺酸端基的聚羧酸多元聚合物、芳香族氨基磺酸系高分子化合物、改性羟基衍生物与烷基芳香磺酸盐的复合物、萘磺酸甲醛缩合物与木钙等的复合物、三聚氰胺甲醛缩合物与木钙等的复合物。

  其它减水剂新品种还有以甲基萘为原料的聚次甲基甲基萘磺酸钠减水剂;以古马隆为原料的氧茚树脂磺酸钠减水剂;胺基磺酸盐系高效减水剂;丙烯酸酯或醋酸乙烯的接枝共聚物系高效减水剂;聚羧酸醚系与交联聚合物的复合物系高效减水剂;顺丁烯二酸衍生共聚物系高效减水剂;聚羧酸系高分子聚合物系减水剂等。

  (二)早强剂

  早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。主要作用机理是加速水泥水化速度,加速水化产物的早期结晶和沉淀。主要功能是缩短混凝土施工养护期,加快施工进度,提高模板的周转率。主要适用于有早强要求的混凝土工程及低温、负温施工混凝土、有防冻要求的混凝土、预制构件、蒸汽养护等等。早强剂的主要品种有氯盐、硫酸盐和有机胺三大类,但更多使用的是它们的复合早强剂。

  1.氯化钙早强剂。氯盐类早强剂主要有CaCl2、NaCl、KCl、AlCl3和FeCl3等。工程上最常用的是CaCl2,为白色粉末,适宜掺量0.5%~3%。由于Cl-对钢筋有腐蚀作用,故钢筋混凝土中掺量应控制在1%以内。CaCl2早强剂能使混凝土3天强度提高50%~100%,7天强度提高20%~40%,但后期强度不一定提高,甚至可能低于基准混凝土。此外,氯盐类早强剂对混凝土耐久性有一定影响,因此CaCl2早强剂及氯盐复合早强剂不得在下列工程中使用:

  (1)环境相对湿度大于8%、水位升降区、露天结构或经常受水淋的结构。主要是防止泛卤。

  (2)镀锌钢材或铝铁相接触部位及有外露钢筋埋件而无防护措施的结构。

  (3)含有酸碱或硫酸盐侵蚀介质中使用的结构。

  (4)环境温度高于60℃的结构。

  (5)使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构。

  (6)给排水构筑物、薄壁构件、中级和重级吊车、屋架、落锤或锻锤基础。

  (7)预应力混凝土结构。

  (8)含有活性骨料的混凝土结构。

  (9)电力设施系统混凝土结构。

  此外,为消除CaCl2对钢筋的锈蚀作用,通常要求与阻锈剂亚硝酸钠复合使用。

  2.硫酸盐类早强剂。硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠(即元明粉,俗称芒硝)、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸铝钾(即明矾)等。建筑工程中最常用的为硫酸钠早强剂。

  硫酸钠为白色粉末,适宜掺量为0.5%~2.0%;早强效果不及CaCl2。对矿渣水泥混凝土早强效果较显著,但后期强度略有下降。硫酸钠早强剂在预应力混凝土结构中的掺量不得大于1%;潮湿环境中的钢筋混凝土结构中掺量不得大于1.5%;严格控制最大掺量,超掺可导致混凝土后期膨胀开裂,强度下降;混凝土表面起“白霜”,影响外观和表面装饰。此外,硫酸钠早强剂不得用于下列工程:

  (1)与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构及外露钢筋预埋件而无防护措施的结构。

  (2)使用直流电源的工厂及电气化运输设施的钢筋混凝土结构。

  (3)含有活性骨料的混凝土结构。

  3.有机胺类早强剂。有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、三异醇胺等。工程上最常用的为三乙醇胺。三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体,呈碱性,易溶于水。三乙醇胺的掺量极微,一般为水泥重的0.02%~0.05%,虽然早强效果不及CaCl2,但后期强度不下降并略有提高,且无其他影响混凝土耐久性的不利作用。但掺量不宜超过0.1%,否则可能导致混凝土后期强度下降。掺用时可将三乙醇胺先用水按一定比例稀释,以便于准确计量。此外,为改善三乙醇胺的早强效果,通常与其他早强剂复合使用。

  4.复合早强剂。为了克服单一早强剂存在的各种不足,发挥各自特点,通常将三乙醇胺、硫酸钠、氯化钙、氯化钠、石膏及其他外加剂复配组成复合早强剂效果大大改善,有时可产生超叠加作用。常用配方有:

  (1)三乙醇胺0.02%~0.05%+NaCl0.5%。

  (2)三乙醇胺0.02%~0.05%+NaCl0.3~0.5%+亚硝酸钠1%~2%。

  (3)三乙醇胺0.02%~0.05%+生石膏2%+亚硝酸钠1%。

  (4)硫酸钠+亚硝酸钠+氯化钙+氯化钠=(1%~1.5%)+(1%~3%)+(0.3%~0.5%)+(0.3%~0.5%)。

  (5)硫酸钠+NaCl=(0.5%~1.5%)+(0.3%~0.5%)。

  (6)硫酸钠+亚硝酸钠=(0.5%~1.5%)+1.0%。

  (7)硫酸钠+三乙醇胺=(0.5%~1.5%)+0.05%。

  (8)硫酸钠+三乙醇胺+石膏=(1%~1.5%)+2%+(0.03%~0.05%)。

  (9)CaCl2+亚硝酸钠=(0.5%~3.5%)+1%。

第六节    混凝土的质量检验和评定


  一、混凝土质量波动的原因

  在混凝土施工过程中,原材料、施工养护、试验条件、气候因素的变化,均可能造成混凝土质量的波动,影响到混凝土的和易性、强度及耐久性。由于强度是混凝土的主要技术指标,其他性能可从强度得到间接反映,故以强度为例分析波动的因素。

  (一)原材料的质量波动

  原材料的质量波动主要有:砂细度模数和级配的波动;粗骨料最大粒径和级配的波动;超逊径含量的波动;骨料含泥量的波动;骨料含水量的波动;水泥强度(不同批或不同厂家的实际强度可能不同)的波动;外加剂质量的波动(如液体材料的含固量、减水剂的减水率等)等等。所有这些质量波动,均将影响混凝土的强度。在现场施工或预拌工厂生产混凝土时,必须对原材料的质量加以严格控制,及时检测并加以调整,尽可能减少原材料质量波动对混凝土质量的影响。

  (二)施工养护引起的混凝土质量波动

  混凝土的质量波动与施工养护有着十分紧密的关系。如混凝土搅拌时间长短;计量时未根据砂石含水量变动及时调整配合比;运输时间过长引起分层、析水;振捣时间过长或不足;浇水养护时间,或者未能根据气温和湿度变化及时调整保温保湿措施等等。

  (三)试验条件变化引起的混凝土质量波动

  试验条件的变化主要指取样代表性,成型质量(特别是不同人员操作时),试件的养护条件变化,试验机自身误差以及试验人员操作的熟练程度等等。

  二、混凝土质量(强度)波动的规律

  在正常的原材料供应和施工条件下,混凝土的强度有时偏高,有时偏低,但总是在配制强度的附近波动,质量控制越严,施工管理水平越高,则波动的幅度越小;反之,则波动的幅度越大。通过大量的数理统计分析和工程实践证明,混凝土的质量波动符合正态分布规律,正态分布曲线见图4-19。

图4-19 正态分布曲线

正态分布的特点:

  1.曲线形态呈钟型,在对称轴的两侧曲线上各有一个拐点。拐点至对称轴的距离等于1个标准差 。

  2.曲线以平均强度为对称轴两边对称。即小于平均强度和大于平均强度出现的概率相等。平均强度值附近的概率(峰值)最高。离对称轴越远,出现的概率越小。

  3.曲线与横座标之间围成的面积为总概率,即100%。

  4.曲线越窄、越高,相应的标准差值(拐点离对称距离)也越小,表明强度越集中于平均强度附近,混凝土匀质性好,质量波动小,施工管理水平高。若曲线宽且矮,相应的标准差越大,说明强度离散大、匀质性差、施工管理水平差。因此从概率分布曲线可以比较直观地分析混凝土质量波动的情况。

  三、混凝土强度的匀质性评定

  混凝土强度的均匀性,通常采用数理统计方法加以评定,主要评定参数有:
(一)强度平均值
混凝土强度平均值按下式计算:

                (4-17)

式中,N为该批混凝土试件立方体抗压强度的总组数;为第i组试件的强度值。理论上,平均强度与该批混凝土的配制强度相等,它只反映该批混凝土强度的总平均值,而不能反映混凝土强度的波动情况。例如平均强度20MPa,可以由15 MPa、20 MPa、25MPa求得,也可以由18 MPa、20 MPa、22MPa求得,虽然平均值相等,但它们的均匀性显然后者优于前者。

  (二)标准差

  混凝土强度标准差按下式计算:

                             (4-18)

由正态分布曲线可知,标准差在数值上等于拐点至对称轴的距离。其值越小,反映混凝土质量波动越小,均匀性越好。对平均强度相同的混凝土而言,标准差 能确切反映混凝土质量的均匀性,但当平均强度不等时,并不确切。例如平均强度分别为20MPa和50MPa的混凝土,当 均等于5MPa时,对前者来说波动已很大,而对后者来说波动并不算大。因此,对不同强度等级的混凝土单用标准差值尚难以评判其匀质性,宜采用变异系数加以评定。

  (三)变异系数Cv

  变异系数Cv根据下式计算:

                                      (4-19)

变异系数亦即为标准差与平均强度的比值,实际上反映相对于平均强度而言的变异程度。其值越小,说明混凝土质量越均匀,波动越小。如上例中,前者的Cv=5/20=0.25;后者的Cv=5/50=0.1。显而易见,后者质量均匀性好,施工管理水平高。根据GBJ107—87中规定,混凝土的生产质量水平,可根据不同强度等级,在统计同期内混凝土强度的标准差和试件强度不低于设计等级的百分率来评定。并将混凝土生产单位质量管理水平划分为“优良”、“一般”及“差”三个等级。见表4-20。

表4-20 混凝土生产质量水平
生产质量水平 优良 一般
评定指标 强度等级生产单位 <C20 ≥C20 <C20 ≥C20 <C20 ≥C20
混凝土强度标准差σ(MPa) 预拌混凝土和预制混凝土构件厂 ≤3.0 ≤3.5 ≤4.0 ≤5.0 >4.0 >5.0
集中搅拌混凝土的施工现场 ≤3.5 ≤4.0 ≤4.5 ≤5.5 >4.5 >5.5
强度等于或高于要求强度等级的百分率P(%) 预拌混凝土厂和预制构件厂及集中搅拌的施工现场 ≥95 ≥85 ≤85

(四)强度保证率(P%)

  根据数理统计的概念,强度保证率指混凝土强度总体中大于设计强度等级的概率,亦即混凝土强度大于设计等级的组数占总组数的百分率。可根据正态分布的概率函数计算求得:

                         (4-20)

式中:
P——强度保证率;
t——概率度,或称为保证率系数,根据下式计算:

                     (4-21)

式中:
——混凝土设计强度等级。

  根据t值,可计算强度保证率P。由于计算比较复杂,一般可根据表4-21直接查取P值。

表4-21 不同t值的强度保证率P值
t 0.00 0.50 0.80 0.84 1.00 1.04 1.20 1.28 1.40 1.50 1.60
P(%) 50.0 69.2 78.8 80.0 84.1 85.1 88.5 90.0 91.9 93.5 94.5
t 1.645 1.70 1.75 1.81 1.88 1.96 2.00 2.05 2.33 2.50 3.00
P(%) 95.0 95.5 96.0 96.5 97.0 97.5 97.7 98.0 99.0 99.4 99.87

(五)混凝土的配制强度

  从上述分析可知,如果混凝土的平均强度与设计强度等级相等,强度保证率系数t=0,此时保证率为50%,亦即只有50%的混凝土强度大于等于设计强度等级,工程质量难以保证。因此,必须适当提高混凝土的配制强度,以提高保证率。这里指的配制强度实际上等于混凝土的平均强度。根据我国JGJ55—2000的规定,混凝土强度保证率必须达到95%以上,此时对应的保证率系数t=1.645,由下式得:

                (4-22)

式中:
——混凝土的配制强度(MPa);
——当生产单位或施工单位具有统计资料时,可根据实际情况自行控制取值,但强度等级小于等于C25时,不应小于2.5MPa;当强度等级≥C30时,不应小于3.0 MPa;当无统计资料和经验时,可参考下表4-22取值。

表4-22 标准差的取值表
混凝土设计强度等级 <C20 C20~C50 >C50
(MPa) 4.0 5.0 6.0

四、混凝土强度检验评定标准

  1.当混凝土的生产条件在较长时间内能保持一致,且同一品种混凝土的强度变异性能保持稳定时,应由连续的三组试件代表一个验收批,其强度应同时符合下列要求:

                                                                            (4-23)

                       (4-24)

当混凝土强度等级不高于C20时,尚应符合下式要求:

                               (4-25)

       当混凝土强度等级高于C20时,尚应符合下式要求:

                                        (4-26)

    式中:
——同一验收批混凝土强度的平均值(N/mm2);
——设计的混凝土强度的标准值(N/mm2);
——验收批混凝土强度的标准差(N/mm2);
——同一验收批混凝土强度的最小值(N/mm2)。
验收批混凝土强度的标准差,应根据前一检验期内同一品种混凝土试件的强度数据,按下式确定:

                                       (4-27)

       式中:
——前一检验期内第i验收批混凝土试件中强度的最大值与最小值之差;
m——前一检验期内验收批总批数。

  2.当混凝土的生产条件不能满足上述条件的规定时,或在前一检验期内的同一品种混凝土没有足够的强度数据用以确定验收批混凝土强度标准差时,应由不少于10组的试件代表一个验收批,其强度应同时符合下列要求:

                                         (4-28)

                                                (4-29)

式中:
——验收批混凝土强度的标准差(N/mm2),当的计算值小于0.06时,取=0.06
——合格判定系数。按下表取值。

表4-23 合格判定系数
试件组数 10~14 15~24 ≥25
1.7 1.65 1.60
0.9 0.85

3.对零星生产的预制构件或现场搅拌批量不大的混凝土,可采用非统计方法评定,验收批强度必须同时符合下列要求:

                                                  (4-30)

                                                  (4-31)    

 式中:
——验收批混凝土强度的标准差(N/mm2),当的计算值小于0.06时,取=0.06
——合格判定系数。按下表取值。

表4-23 合格判定系数
试件组数 10~14 15~24 ≥25
1.7 1.65 1.60
0.9 0.85

3.对零星生产的预制构件或现场搅拌批量不大的混凝土,可采用非统计方法评定,验收批强度必须同时符合下列要求:

                        (4-30)

                                  (4-31)

                4.当对混凝土的试件强度代表性有怀疑时,可采用从结构、构件中钻取芯样或其他非破损检验方法,对结构、构件中的混凝土强度进行推定,作为是否应进行处理的依据。

第七节    普通混凝土的配合比设计


  一、混凝土配合比设计基本要求

  混凝土配合比是指1m3混凝土中各组成材料的用量,或各组成材料之重量比。配合比设计的目的是为满足以下四项基本要求:

  1.满足施工要求的和易性。

  2.满足设计的强度等级,并具有95%的保证率。

  3.满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求。

  4.经济合理,最大限度节约水泥,降低混凝土成本。

  二、混凝土配合比设计中的三个基本参数

  为了达到混凝土配合设计的四项基本要求,关键是要控制好水灰比(W/C)、单位用量(W0)和砂率(Sp)三个基本参数。这三个基本参数的确定原则如下:

  1.水灰比。

  水灰比根据设计要求的混凝土强度和耐久性确定。确定原则为:在满足混凝土设计强度和耐久性的基础上,选用较大水灰比,以节约水泥,降低混凝土成本。

  2.单位用水量。

  单位用水量主要根据坍落度要求和粗骨料品种、最大粒径确定。确定原则为:在满足施工和易性的基础上,尽量选用较小的单位用水量,以节约水泥。因为当W/C一定时,用水量越大,所需水泥用量也越大。

  3.砂率。

  合理砂率的确定原则为:砂子的用量填满石子的空隙略有富余。砂率对混凝土和易性、强度和耐久性影响很大,也直接影响水泥用量,故应尽可能选用最优砂率,并根据砂子细度模数、坍落度要求等加以调整,有条件时宜通过试验确定。

  三、混凝土配合比设计方法和原理

  混凝土配合比设计的基本方法有两种:一是体积法(又称绝对体积法);二是重量法(又称假定表观密度法),基本原理如下:

  1. 体积法基本原理。体积法的基本原理为混凝土的总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及混凝土中所含的少量空气体积之总和。若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk分别表示混凝土、水泥、水、砂、石子、空气的体积,则有:

                                (4-32)

若以C0、W0、S0、G0分别表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量(kg),以分别表示水、水泥的密度和砂、石子的表观密度(g/cm3),10表示混凝土中空气体积,则上式可改为:

                       (4-33)

式中,为混凝土含气量百分率(%),在不使用引气型外加剂时,可取=1。

  2. 重量法基本原理。重量法基本原理为混凝土的总重量等于各组成材料重量之和。当混凝土所用原材料和三项基本参数确定后,混凝土的表观密度(即1m3混凝土的重量)接近某一定值。若预先能假定出混凝土表观密度,则有:

                                               (4-34)

式中为1m3为混凝土的重量(kg),即混凝土的表观密度。可根据原材料、和易性、强度等级等信息在2350~2450kg/m3之间选用。

  混凝土配合比设计中砂、石料用量指的是干燥状态下的重量。水工、港工、交通系统常采用饱和面干状态下的重量。

  四、混凝土配合比设计步骤

  混凝土配合比设计步骤为:首先根据原始技术资料计算“初步计算配合比”;然后经试配调整获得满足和易性要求的“基准配合比”;再经强度和耐久性检验定出满足设计要求、施工要求和经济合理的“试验室配合比”;最后根据施工现场砂、石料的含水率换算成“施工配合比”。

  (一)初步计算配合比计算步骤

  1.计算混凝土配制强度()。

                                         (4-35)

        2.根据配制强度和耐久性要求计算水灰比(W/C)。

  (1)根据强度要求计算水灰比。
由式:,则有:

(2)根据耐久性要求查表4-18,得最大水灰比限值。

  (3)比较强度要求水灰比和耐久性要求水灰比,取两者中的最小值。

  3.根据施工要求的坍落度和骨料品种、粒径、由表4-12选取每立方米混凝土的用水量(W0)。

  4.计算每立方米混凝土的水泥用量(C0)。

(1)计算水泥用量:

  (2)查表4-18,复核是否满足耐久性要求的最小水泥用量,取两者中的较大值。

  5.确定合理砂率(Sp)。

  (1)可根据骨料品种、粒径及W/C查表4-13选取。实际选用时可采用内插法,并根据附加说明进行修正。

  (2)在有条件时,可通过试验确定最优砂率。

  6.计算砂、石用量(S0、G0),并确定初步计算配合比。

  (1)重量法:

                                        (4-36)

(2)体积法:

                                     (4-37)

        (3)配合比的表达方式:

  ① 根据上述方法求得的C0、W0、S0、G0,直接以每立方米混凝土材料的用量(kg)表示。

  ② 根据各材料用量间的比例关系表示:C0:S0:G0=1:S0/C0:G0/C0,再加上W/C值。

  (二)基准配合比和试验室配合比的确定

  初步计算配合比是根据经验公式和经验图表估算而得,因此不一定符合实际情况,必经通过试拌验证。当不符合设计要求时,需通过调整使和易性满足施工要求,使W/C满足强度和耐久性要求。

  1.和易性调整——确定基准配合比。根据初步计算配合比配成混凝土拌合物,先测定混凝土坍落度,同时观察粘聚性和保水性。如不符合要求,按下列原则进行调整:

  (1)当坍落度小于设计要求时,可在保持水灰比不变的情况下,增加用水量和相应的水泥用量(水泥浆)。

  (2)当坍落度大于设计要求时,可在保持砂率不变的情况下,增加砂、石用量(相当于减少水泥浆用量)。

  (3)当粘聚性和保水性不良时(通常是砂率不足),可适当增加砂用量,即增大砂率。

  (4)当拌合物显得砂浆量过多时,可单独加入适量石子,即降低砂率。

  在混凝土和易性满足要求后,测定拌合物的实际表观密度(),并按下式计算每1m3混凝土的各材料用量——即基准配合比:

  令:A=C+W+S+G

  则有:

                                                (4-38)

式中:
A——试拌调整后,各材料的实际总用量(kg);
——混凝土的实测表观密度(kg/m3);
C、W、S、G——试拌调整后,水泥、水、砂子、石子实际拌合用量(kg);
Cj、Wj、Sj、Gj——基准配合比中1m3混凝土的各材料用量(kg)。

  如果初步计算配合比和易性完全满足要求而无需调整,也必须测定实际混凝土拌合物的表观密度,并利用上式计算Cj、Wj、Sj、Gj。否则将出现“负方”或“超方”现象。亦即初步计算1m3混凝土,在实际拌制时,少于或多于1m3。当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时,则初步计算配合比即为基准配合比,无需调整。

  2.强度和耐久性复核——确定试验室配合比。根据和易性满足要求的基准配合比和水灰比,配制一组混凝土试件;并保持用水量不变,水灰比分别增加和减少0.05再配制二组混凝土试件,用水量应与基准配合比相同,砂率可分别增加和减少1%。制作混凝土强度试件时,应同时检验混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性和表观密度,并以此结果代表相应配合比的混凝土拌合物的性能。

  三组试件经标准养护28天,测定抗压强度,以三组试件的强度和相应灰水比作图,确定与配制强度相对应的灰水比,并重新计算水泥和砂石用量。当对混凝土的抗渗、抗冻等耐久性指标有要求时,则制作相应试件进行检验。强度和耐久性均合格的水灰比对应的配合比,称为混凝土试验室配合比。计作C、W、S、G。

  (三)施工配合比

  试验室配合比是以干燥(或饱和面干)材料为基准计算而得,但现场施工所用的砂、石料常含有一定水分,因此,在现场配料前,必须先测定砂石料的实际含水率,在用水量中将砂石带入的水扣除,并相应增加砂石料的称量值。设砂的含水率为a%;石子的含水率为b%,则施工配合比按下列各式计算:

        

                            [例4-4] 某框架结构钢筋混凝土,混凝土设计强度等级为C30,现场机械搅拌,机械振捣成型,混凝土坍落度要求为50~70mm,并根据施工单位的管理水平和历史统计资料,混凝土强度标准差取4.0MPa。所用原材料如下:

  水泥:普通硅酸盐水泥32.5级,密度=3.1,水泥强度富余系数Kc=1.12;

  砂:河砂Mx=2.4,Ⅱ级配区,=2.65g/cm3

  石子:碎石,Dmax=40mm,连续级配,级配良好,=2.70g/cm3

  水:自来水。

  求:混凝土初步计算配合比。

  [解] 1. 确定混凝土配制强度()。
  +1.645=30+1.645×4.0=36.58(MPa)

. 确定水灰比(W/C)。

(1)根据强度要求计算水灰比(W/C):

                    

(2)根据耐久性要求确定水灰比(W/C):

  由于框架结构混凝土梁处于干燥环境,对水灰比无限制,故取满足强度要求的水灰比即可。

  3. 确定用水量(W0)。

  查表4-12可知,坍落度55~70mm时,用水量185kg;

  4. 计算水泥用量(C0)。

                               

根据表4-18,满足耐久性对水泥用量的最小要求。

  5.确定砂率(Sp)。

  参照表4-13,通过插值(内插法)计算,取砂率Sp=32% 。

  6.计算砂、石用量(S0、G0)。

  采用体积法计算,因无引气剂,取=1。

                             

解上述联立方程得:S0=577kg; G0=1227kg。

  因此,该混凝土初步计算配合为:C0=411kg,W0=185kg,S0=577kg,G0=1227kg。或者:C:S:G=1:1.40:2.99,W/C=0.45

  [例4-5] 承上题,根据初步计算配合比,称取12L各材料用量进行混凝土和易性试拌调整。测得混凝土坍落度T=20mm,小于设计要求,增加5%的水泥和水,重新搅拌测得坍落度为65mm,且粘聚性和保水性均满足设计要求,并测得混凝土表观密度kg/m3,求基准配合比。又经混凝土强度试验,恰好满足设计要求,已知现场施工所用砂含水率4.5%,石子含水率1.0%,求施工配合比。

  [解] 1. 基准配合比:

  (1)根据初步计算配合比计算12L各材料用量为:

  C=4.932kg,W=2.220kg,S=6.92kg,G=14.72kg

  (2)增加5%的水泥和水用量为:

  ΔC=0.247kg,ΔW=0.111kg

  (3)各材料总用量为;

  A=(4.932+0.247)+(2.220+0.111)+6.92+14.92=29.35(kg)

  (4)根据式(4-38)计算得基准配合比为:Cj=422,Wj=190,Sj=564,Gj=1215。

  2.施工配合比:

  根据题意,试验室配合比等于基准配合比,则施工配合比为:

  C=Cj=422kg

  S=564×(1+4.5%)=589kg

  G=1215×(1+1%)=1227kg

  W=190-564×4.5%-1215×1%=152kg

  [例4-6] 承上题求得的混凝土基准配合比,若掺入减水率为18%的高效减水剂,并保持混凝土落度和强度不变,实测混凝土表观密度ρh=2400kg/m3。求掺减水剂后混凝土的配合比。1m3混凝土节约水泥多少千克?

  [解] (1)减水率18%,则实际需水量为:

  W=190-190×18%=156kg

  (2)保持强度不变,即保持水灰比不变,则实际水泥用量为:

  C=156/0.45=347kg

  (3)掺减水剂后混凝土配合比如下:

  各材料总用量=347+156+564+1215=2282

                            

∴ 实际每立方米混凝土节约水泥:422-365=57kg。

第八节    高强高性能混凝土


  根据《高强混凝土结构技术规程》(CECS104:99),将强度等级大于等于C50的混凝土称为高强混凝土;将具有良好的施工和易性和优异耐久性,且均匀密实的混凝土称为高性能混凝土;同时具有上述各性能的混凝土称为高强高性能混凝土;而《普通混凝土配合比设计规范》(JGJ55-2000)中则将强度等级大于等于C60的混凝土称为高强混凝土;《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)则未明确区分普通混凝土或高强混凝土,只规定了钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15,混凝土强度范围从C15~C80。综合国内外对高强混凝土的研究和应用实践,以及现代混凝土技术的发展,将大于等于C60的混凝土称为高强度混凝土是比较合理的。

  获得高强高性能混凝土的最有效途径主要有掺高性能混凝土外加剂和活性掺合料,并同时采用高强度等级的水泥和优质骨料。对于具有特殊要求的混凝土,还可掺用纤维材料提高抗拉、抗弯性能和冲击韧性;也可掺用聚合物等提高密实度和耐磨性。常用的外加剂有高效减水剂、高效泵送剂、高性能引气剂、防水剂和其它特种外加剂。常用的活性混合材料有Ⅰ级粉煤灰或超细磨粉煤灰、磨细矿粉、沸石粉、偏高岭土、硅粉等,有时也可掺适量超细磨石灰石粉或石英粉。常用的纤维材料有钢纤维、聚酯纤维和玻璃纤维等。

  一、高强高性能混凝土的原材料

  (一)水泥

  水泥的品种通常选用硅酸盐水泥和普通水泥,也可采用矿渣水泥等。强度等级选择一般为:C50~C80混凝土宜用强度等级42.5;C80以上选用更高强度的水泥。1m3混凝土中的水泥用量要控制在500kg以内,且尽可能降低水泥用量。水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m3

  (二)掺合料

  1.硅粉:它是生产硅铁时产生的烟灰,故也称硅灰,是高强混凝土配制中应用最早、技术最成熟、应用较多的一种掺合料。硅粉中活性SiO2含量达90%以上,比表面积达15000m2/kg以上,火山灰活性高,且能填充水泥的空隙,从而极大地提高混凝土密实度和强度。硅灰的适宜掺量为水泥用量的5%~10%。

  研究结果表明,硅粉对提高混凝土强度十分显著,当外掺6~8%的硅灰时,混凝土强度一般可提高20%以上,同时可提高混凝土的抗渗、抗冻、耐磨、耐碱-骨料反应等耐久性能。但硅灰对混凝土也带来不利影响,如增大混凝土的收缩值、降低混凝土的抗裂性、减小混凝土流动性、加速混凝土的坍落度损失等。

  2.磨细矿渣:通常将矿渣磨细到比表面积350m2/kg以上,从而具有优异的早期强度和耐久性。掺量一般控制在20%~50%之间。矿粉的细度越大,其活性越高,增强作用越显著,但粉磨成本也大大增加。与硅粉相比,增强作用略逊,但其它性能优于硅粉。

  3.优质粉煤灰:一般选用I级灰,利用其内含的玻璃微珠润滑作用,降低水灰比,以及细粉末填充效应和火山灰活性效应,提高混凝土强度和改善综合性能。掺量一般控制在20%~30%之间。I级粉煤灰的作用效果与矿粉相似,且抗裂性优于矿粉。

  4.沸石粉:天然沸石含大量活性SiO2和微孔,磨细后作为混凝土掺合料能起到微粉和火山灰活性功能,比表面积500m2/kg以上,能有效改善混凝土粘聚性和保水性,并增强了内养护,从而提高混凝土后期强度和耐久性,掺量一般为5%~15%。

  5.偏高岭土:偏高岭土是由高岭土()在700~800℃条件下脱水制得的白色粉末,平均粒径1~2μm,SiO2和Al2O3含量90%以上,特别是Al2O3较高。在混凝土中的作用机理与硅粉及其他火山灰相似,除了微粉的填充效应和对硅酸盐水泥的加速水化作用外,主要是活性SiO2和Al2O3与Ca(OH)2作用生成CSH凝胶和水化铝酸钙(C4AH13、C3AH6)水化硫铝酸钙(C2AH8)。由于其极高的火山灰活性,故有超级火山灰(Super-Pozzolan)之称。

  研究结果表明,掺入偏高岭土能显著提高混凝土的早期强度和长期抗压强度、抗弯强度及劈裂抗拉强度。由于高活性偏高岭土对钾、钠和氯离子的强吸附作用和对水化产物的改善作用,能有效抑制混凝土的碱-骨料反应和提高抗硫酸盐腐蚀能力。J.Bai的研究结果表明,随着偏高岭土掺量的提高,混凝土的坍落度将有所下降,因此需要适当增加用水量或高效减水剂的用量。A.Dubey的研究结果表明,混凝土中掺入高活性偏高岭土能有效改善混凝土的冲击韧性和耐久性。

  我国《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T18736-2002)规定了用于高强高性能混凝土有矿物外加剂的技术性能要求。见表4-23。

        

表4-23 高强高性能混凝土用矿物外加剂的技术要求
试验项目 指标
磨细矿渣 磨细粉煤灰 磨细天然沸石 硅灰
化学性能 MgO/%≤ 14 1
SO3/%≤ 4 3
烧失量/%≤ 3 5 8 6
Cl/%≤ 0.02 0.02 0.02 0.02
SiO2/%≥ 85
吸铵值/mmol/100g≥ 130 100
物理性能 比表面积/m2/kg≥
750 550 350 600 400 700 500 15000
含水率/%≤ 1.0 1.0 3
胶砂性能 需水量比/%≤ 100 95 105 110 115 125
活性指数 3d/%≥ 85 70 55
7d/%≥ 100 85 75 80 75
28d/%≥ 115 105 100 90 85 90 85 85

              (三)外加剂

  高效减水剂(或泵送剂)是高强高性能混凝土最常用的外加剂品种,减水率一般要求大于20%,以最大限度降低水灰比,提高强度。为改善混凝土的施工和易性及提供其它特殊性能,也可同时掺入引气剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂、防冻剂等。掺量可根据不同品种和要求根据需要选用。

  (四)砂、石料

  一般宜选用级配良好的中砂,细度模数宜大于2.6。含泥量不应大于1.5%,当配制C70以上混凝土,含泥量不应大于1.0%。有害杂质控制在国家标准以内。

  石子宜选用碎石,最大骨料粒径一般不宜大于25mm,强度宜大于混凝土强度的1.20倍。对强度等级大于C80的混凝土,最大粒径不宜大于20mm。针片状含量不宜大于5%,含泥量不应大1.0%,对强度等级大于C100的混凝土,含泥量不应大于0.5%。

  二、高强高性能混凝土的配合比设计

  高强高性能混凝土配合比设计理论尚不完善,一般可尊循下列原则进行。

  (一)水灰比W/C

  普通混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的混凝土已不尽适用,但水灰比仍是决定混凝土强度的主要因素,目前尚无完善的公式可供选用,故配合比设计时通常根据设计强度等级、原材料和经验选定水灰比。

  (二)用水量和水泥用量

  普通水泥中用水量根据坍落度要求、骨料品种、粒径选择。高强度高性能混凝土可参考执行,当由此确定的用水量导致水泥或胶凝材料总用量过大时,可通过调整减水剂品种或掺量来降低用水量或胶凝材料用量。也可以根据强度和耐久性要求,首先确定水泥或胶凝材料用量,再由水灰比计算用水量,当流动性不能满足设计要求时,再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。

  (三)砂率

  对泵送高强混凝土,砂率的选用要考虑可泵性要求,一般为34%~44%,在满足施工工艺和施工和易性要求时,砂率宜尽量选小些,以降低水泥用量。从原则上来说,砂率宜通过试验确定最优砂率。

  (四)高效减水剂

  高效减水剂的品种选择原则,除了考虑减水率大小外,尚要考虑对混凝土坍落度损失、保水性和粘聚性的影响,更要考虑对强度、耐久性和收缩的影响。

  减水剂的掺量可根据减水率的要求,在允许掺量范围内,通过试验确定。但一般不宜因减水的需要而超量掺用。

  (五)掺合料

  其掺量通常根据混凝土性能要求和掺合料品种性能,结合原有试验资料和经验选择并通过试验确定。

  其他设计计算步骤与普通混凝土基本相同。

  三、高强高性能混凝土的主要技术性质

  1.高强混凝土的早期强度高,但后期强度增长率一般不及普通混凝土。故不能用普通混凝土的龄期—强度关系式(或图表),由早期强度推算后期强度。如C60~C80混凝土,3天强度约为28天的60%~70%;7天强度约为28天的80%~90%。

  2.高强高性能混凝土由于非常致密,故抗渗、抗冻、抗碳化、抗腐蚀等耐久性指标均十分优异,可极大地提高混凝土结构物的使用年限。

  3.由于混凝土强度高,因此构件截面尺寸可大大减小,从而改变“肥梁胖柱”的现状,减轻建筑物自重,简化地基处理,并使高强钢筋的应用和效能得以充分利用。

  4.高强混凝土的弹性模量高,徐变小,可大大提高构筑物的结构刚度。特别是对预应力混凝土结构,可大大减小预应力损失。

  5.高强混凝土的抗拉强度增长幅度往往小于抗压强度,即拉压比相对较低,且随着强度等级提高,脆性增大,韧性下降。

  6.高强混凝土的水泥用量较大,故水化热大,自收缩大,干缩也较大,较易产生裂逢。

  四、高强高性能混凝土的应用

  高强高性能混凝土作为建设部推广应用的十大新技术之一,是建设工程发展的必然趋势。发达国家早在20世纪50年代即已开始研究应用。我国约在20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用。高层建筑中应用则始于80年代末,进入90年代以来,研究和应用增加,北京、上海、广州、深圳等许多大中城市已建起了多幢高强高性能混凝土建筑。

  随着国民经济的发展,高强高性能混凝土在建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中的应用将越来越广泛,强度等级也将不断提高,C50~C80的混凝土将普遍得到使用,C80以上的混凝土将在一定范围内得到应用。

               

第九节    粉煤灰混凝土


  粉煤灰混凝土是指以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成的混凝土。

  一、粉煤灰的技术要求

  粉煤灰的技术性能和主要功能在“水泥”一章中已有阐述,在混凝土中的主要功能是利用其火山灰活性、玻璃微珠改善和易性及粉末效应。根据《粉煤灰混凝土应用技术规程》(GBJ146—90)和《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—96),粉煤灰按其品质指标分为三级,见表4-24。

表4-24 粉煤灰质量指标的分级
粉煤灰等级 细度(45μm)方孔筛筛余(%) 烧失量(%) 需水量比(%) SO3含量(%)
Ⅰ级 ≤12 ≤5 ≤95 ≤3
Ⅱ级 ≤20 ≤8 ≤105 ≤3
Ⅲ级 ≤45 ≤15 ≤115 ≤3

Ⅰ级灰的品位较高,具有一定减水作用,强度活性也较高,可用于普通钢筋混凝土,高强混凝土和后张法预应力混凝土。Ⅱ级灰一般不具有减水作用,主要用于普通钢筋混凝土。Ⅲ级灰品位较低,也较粗,活性较差,一般只能用于素混凝土和砂浆,若经专门试验也可以用于钢筋混凝土。

  二、粉煤灰取代水泥的最大限量

  混凝土中掺入粉煤灰后,虽然可以改善混凝土的某些性能(降低水化热、提高抗侵蚀性、提高密实度、改善抗渗性等),但由于粉煤灰的水化消耗了Ca(OH)2 ,降低混凝土的碱度,因而影响了混凝土的抗碳化性能,减弱了混凝土对钢筋锈蚀的保护作用。为了保证混凝土结构的耐久性,GBJ146—90中规定了粉煤灰的最大限量,见表4-25。

表4-25 粉煤灰取代水泥的最大限量(GBJ146-90)
混凝土种类 粉煤灰取代水泥的最大限量(%)
硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥
预应力钢筋混凝土 25 15 10
钢筋混凝土,高强度混凝土,高抗冻融性混凝土,蒸养混凝土 30 25 20 15
中、低强度混凝土,泵送混凝土,大体积混凝土,
水下混凝土,地下混凝土,压浆混凝土
50 40 30 20
碾压混凝土 65 55 45 35

三、粉煤灰混凝土配合比设计

  粉煤灰混凝土配合比的设计是以普通混凝土初步计算配合比为标准,按等和易性、等强度原则,用超量取代法、等量取代法或外掺法设计计算,再经试配调整确定。最常用的方法是超量取代法,其配合比设计的基本原理如下。

  1.按表4-25选择粉煤灰取代率(f)。

  2.计算粉煤灰混凝土中水泥用量(C)。

                                      (4-39)

式中:C0——每m3混凝土初步计算水泥用量(kg)。

  3.按表4-26选择超量系数(K)。

表4-26 粉煤灰超量系数(GBJ146-90)
粉煤灰级别
超量系数K 1.0~1.4 1.3~1.7 1.5~2.0

4.计算1m2混凝土中的粉煤灰用量F(kg)。

                                       (4-40)

5.计算超量部分粉煤灰的体积(VR)。

                                          (4-41)

式中:分别为粉煤灰和水泥的密度。

6.计算细骨料(砂)用量。根据粉煤灰混凝土的设计原理,要扣除与粉煤灰超量部分等体积的砂。按下式计算:

                                                         (4-42)

  7.水和粗骨料用量保持不变。

  四、粉煤灰混凝土的主要技术性质

  1.粉煤灰混凝土的施工和易性优于普通混凝土,可泵性明显改善,特别是较易振捣密实,均质性良好,因而抗渗性能较好。

  2.粉煤灰混凝土的水化热较低,较适合于大体积混凝土工程。

  3.粉煤灰混凝土的抗侵蚀性能较好。

  4.粉煤灰混凝土的碱度降低,故抗碳化性能下降,对钢筋的保护作用有所下降。

  5.粉煤灰混凝土的早期强度较低,后期强度增长较大,因此,地下结构和大体积混凝土宜采用56天、60天或90天作为设计强度等级的龄期,地上结构有条件的也可采用56天或60天龄期。对堤坝及某些大型基础混凝土结构甚至可以采用180天龄期。

第十节    轻混凝土


  轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m3的混凝土。可分为轻集料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土三类。轻混凝土的主要特点为:

  1.表观密度小。轻混凝土与普通混凝土相比,其表观密度一般可减小1/4~3/4,使上部结构的自重明显减轻,从而显著地减少地基处理费用,并且可减小柱子的截面尺寸。又由于构件自重产生的恒载减小,因此可减少梁板的钢筋用量。此外,还可降低材料运输费用,加快施工进度。

  2.保温性能良好。材料的表观密度是决定其导热系数的最主要因素,因此轻混凝土通常具有良好的保温性能,降低建筑物使用能耗。

  3.耐火性能良好。轻混凝土具有保温性能好、热膨胀系数小等特点,遇火强度损失小,故特别适用于耐火等级要求高的高层建筑和工业建筑。

  4.力学性能良好。轻混凝土的弹性模量较小、受力变形较大,抗裂性较好,能有效吸收地震能,提高建筑物的抗震能力,故适用于有抗震要求的建筑。

  5.易于加工。轻混凝土中,尤其是多孔混凝土,易于打入钉子和进行锯切加工。这对于施工中固定门窗框、安装管道和电线等带来很大方便。

  轻混凝土在主体结构的中应用尚不多,主要原因是价格较高。但是,若对建筑物进行综合经济分析,则可收到显著的技术和经济效益,尤其是考虑建筑物使用阶段的节能效益,其技术经济效益更佳。

  一、轻骨料混凝土

  用轻粗骨料、轻细骨料(或普通砂)和水泥配制而成的混凝土,其干表观密度不大于1950kg/m3,称为轻骨料混凝土。当粗细骨料均为轻骨料时,称为全轻混凝土;当细骨料为普通砂时,称砂轻混凝土。

  (一)轻骨料的种类及技术性质

  1.轻骨料的种类。凡是骨料粒径为5mm以上,堆积密度小于1000kg/m3的轻质骨料,称为轻粗骨料。粒径小于5mm,堆积密度小于1200kg/m3的轻质骨料,称为轻细骨料。

  轻骨料按来源不同分为三类:①天然轻骨料(如浮石、火山渣及轻砂等);②工业废料轻骨料(如粉煤灰陶粒、膨胀矿渣、自燃煤矸石等);③人造轻骨料(如膨胀珍珠岩、页岩陶粒、粘土陶粒等)。

  2.轻骨料的技术性质。轻骨料的技术性质主要有松堆密度、强度、颗粒级配和吸水率等,此外,还有耐久性、体积安定性、有害成分含量等。

  (1)松堆密度:轻骨料的表现密度直接影响所配制的轻骨料混凝土的表观密度和性能,轻粗骨料按松堆密度划分为8个等级:300、400、500、600、700、800、900、1000kg/m3。轻砂的松堆密度为410~1200kg/m3

  (2)强度:轻粗骨料的强度,通常采用“筒压法”测定其筒压强度。筒压强度是间接反映轻骨料颗粒强度的一项指标,对相同品种的轻骨料,筒压强度与堆积密度常呈线性关系。但筒压强度不能反映轻骨料在混凝土中的真实强度,因此,技术规程中还规定采用强度标号来评定轻粗骨料的强度。“筒压法”和强度标号测试方法可参考有关规范。

  (3)吸水率:轻骨料的吸水率一般都比普通砂石料大,因此将显著影响混凝土拌合物的和易性、水灰比和强度的发展。在设计轻骨料混凝土配合比时,必须根据轻骨料的一小时吸水率计算附加用水量。国家标准中关于轻骨料一小时吸水率的规定是:轻砂和天然轻粗骨料吸水率不作规定,其他轻粗骨料的吸水率不应大于22%。

  (4)最大粒径与颗粒级配:保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻骨料,其最大粒径不宜大于40mm。结构轻骨料混凝土的轻骨料不宜大于20mm。

  对轻粗骨料的级配要求,其自然级配的空隙率不应大于50%。轻砂的细度模数不宜大于4.0;大于5mm的筛余量不宜大于10%。

  (二)轻骨料混凝土的强度等级

  轻骨料混凝土按干表观密度一般为800~1950kg/m3,共分为12个等级。强度等级按立方体抗压强度标准值分为CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50等11个等级。

  按用途不同,轻骨料混凝土分为三类,其相应的强度等级和表观密度要求见表4-26。

表4-26 轻骨料混凝土按用途分类
类别名称 混凝土强度等级的合理范围 混凝土表观密度等级的合理范围 用 途
保温轻骨料混凝土 CL5.0 800 主要用于保温的围护结构或热工构筑物
结构保温轻骨料混凝土 CL5.0、CL7.5、CL10、CL15 800~1400 主要用于既承重又保温的围护结构
结构轻骨料混凝土 CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50 1400~1950 主要用于承重构件或构筑物

轻骨料混凝土由于其轻骨料具有颗粒表观密度小、总表面积大、易于吸水等特点,所以其拌合物适用的流动范围比较窄,过大的流动性会使轻骨料上浮、离析;过小的流动性则会使捣实困难。流动性的大小主要取决于用水量,由于轻骨料吸水率大,因而其用水量的概念与普通混凝土略有区别。加入拌合物中的水量称为总用水量,可分为两部分,一部分被骨料吸收,其数量相当于1h的吸水量,这部分水称为附加用水量,其余部分称为净用水量,使拌合物获得要求的流动性和保证水泥水化的进行。净用水量可根据混凝土的用途及要求的流动性来选择。另外,轻骨料混凝土的和易性也受砂率的影响,尤其是采用轻细骨料时,拌合物和易性随着砂率的提高而有所改善。轻骨料混凝土的砂率一般比普通混凝土的砂率略大。

  对于轻骨料混凝土,由于轻骨料自身强度较低,因此其强度的决定因素除了水泥强度与水灰比(水灰比考虑净用水量)外,还取决于轻骨料的强度。与普通混凝土相比,采用轻骨料会导致混凝土强度下降,并且骨料用量越多,强度降低越大,其表观密度也越小。

  轻骨料混凝土的另一特点是,由于受到轻骨料自身强度的限制,因此,每一品种轻骨料只能配制一定强度的混凝土,如要配制高于此强度的混凝土,即使降低水灰比,也不可能使混凝土强度有明显提高,或提高幅度很小。

  轻骨料混凝土的变形比普通混凝土大,弹性模量较小,约为同级别普通混凝土的50%~70%,制成的构件受力后挠度较大是其缺点。但因极限应变大,有利于改善构筑物的抗震性能或抵抗动荷载能力。轻骨料混凝土的收缩和徐变比普通混凝土相应地大20%~50%和30%~60%,热膨胀系数则比普通混凝土低20%左右。

  (三)轻骨料混凝土的制作与使用特点

  1.轻骨料本身吸水率较天然砂、石为大,若不进行预湿,则拌合物在运输或浇注过程中的坍落度损失较大,在设计混凝土配合比时须考虑轻骨料附加水量。

  2.拌合物中粗骨料容易上浮,也不易搅拌均匀,应选用强制式搅拌机作较长时间的搅拌。轻骨料混凝土成型时振捣时间不宜过长,以免造成分层,最好采用加压振捣。

  3.轻骨料吸水能力较强,要加强浇水养护,防止早期干缩开裂。

  (四)轻骨料混凝土配合比设计要点

  轻骨料混凝土配合比设计的基本要求与普通混凝土相同,但应满足对混凝土表观密度的要求。

  轻骨料混凝土配合比设计方法与普通混凝土基本相似,分为绝对体积法和松散体积法。砂轻混凝土宜采用绝对体积法,即按每立方米混凝土的绝对体积为各组成材料的绝对体积之和进行计算。松散体积法宜用于全轻混凝土,即以给定每立方米混凝土的粗细骨料松散总体积为基础进行计算,然后按设计要求的混凝土表观密度为依据进行校核,最后通过试拌调整得出(详见规范JG51—90)。

  轻骨料混凝土与普通混凝土配合比设计中的不同之处主要有两点,一是用水量为净用水量与附加用水量两者之和;二是砂率为砂的体积占砂石总体积之比值。

  二、多孔混凝土

  多孔混凝土中无粗、细骨料,内部充满大量细小封闭的孔,孔隙率高达60%以上。多孔混凝土可分为加气混凝土和泡沫混凝土两种。近年来,也有用压缩空气经过充气介质弥散成大量微气泡,均匀地分散在料浆中而形成多孔结构。这种多孔混凝土称为充气混凝土。

  根据养护方法不同,多孔混凝土可分为蒸压多孔混凝土和非蒸压(蒸养或自然养护)多孔混凝土两种。由于蒸压加气混凝土在生产和制品性能上有较多优越性,以及可以大量地利用工业废渣,故近年来发展应用较为迅速。

  多孔混凝土质轻,其表观密度不超过1000kg/m3,通常在300~800kg/m3之间;保温性能优良,导热系数随其表观度降低而减小,一般为0.09~0.17W/m·k;可加工性好,可锯、可刨、可钉、可钻,并可用胶粘剂粘结。

  (一)蒸压加气混凝土

  蒸压加气混凝土是用钙质材料(水泥、石灰)、硅质材料(石英砂、尾矿粉、粉煤灰、粒状高炉矿渣、页岩等)和适量加气剂为原料,经过磨细、配料、搅拌、浇注、切割和蒸压养护(在压力为0.8MPa~1.5MPa下养护6~8h)等工序生产而成。

  加气剂一般采用铝粉膏,它能迅速与钙质材料中的氢氧化钙发生化学反应产生氢气,形成气泡,使料浆形成多孔结构。其化学反应过程如下:

             

除铝粉膏外,也可采用双氧水、碳化钙、漂白粉等作为加气剂。

  蒸压加气混凝土通常是在工厂预制成砌块或条板等制品。蒸压加气混凝土砌块按其强度和表观密度划分产品等级。根据我国《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T11968-1997)规定。

表4-27 蒸压加气混凝土砌块的立方体抗强度
强度等级 A1.0 A2.0 A2.5 A3.5 A5.0 A7.5 A10
平均值/MPa      ≥ 1.0 2.0 2.5 3.5 5.0 7.5 10
单块最小值/MPa    ≥ 0.8 1.6 2.0 2.8 4.0 6.0 8.0

强度级别分为A1.0,A2.0,A2.5,A3.0,A3.5,A5.0,A7.5,A10共七个级别,其强度平均值和单块最小值应分别满足表4-27的要求。体积密度级别分为B03,B04,B05,B06,B07,B08共六个级别。各强度级别和密度级别的要求见表4-28。

表4-28 蒸压加气混凝土砌块的强度级别和密度级别
密度等级 B03 B04 B05 B06 B07 B08
强度级别 优等品(A) A1.0 A2.0 A3.5 A5.0 A7.5 A10.0
一等品(B) A3.5 A5.0 A7.5 A10.0
合格品(C) A2.5 A3.5 A5.0 A7.5

蒸压加气混凝土砌块在温度为20±2℃、相对湿度为41%~45%的条件下,测定的干燥收缩值不大于0.5mm/m。表观密度为B03,B04,B05的导热系数分别小于0.10 W/m·k ,0.12 W/m·k ,0.14W/m·k,可用作保温层。

  蒸压加气混凝土砌块适用于承重和非承重的内墙和外墙。强度等级A3.5级、密度等级B05和B06级的砌块用于横墙承重的房屋时,其楼层数不得超过三层。总高度不超过10m; 强度等级A5.0级、密度等级B06级和B07级的砌块,一般不宜超过五层,总高度不超过16m。蒸压加气混凝土砌块可用作框架结构中的非承重墙。

  加气混凝土条板可用于工业和民用建筑中,作承重和保温合一的屋面板和隔墙板。条板均配有钢筋,钢筋必须预先经防锈处理。另外,还可用加气混凝土和普通混凝土预制成复合墙板,用作外墙板。蒸压加气混凝土还可做成各种保温制品,如管道保温壳等。

  蒸压加气混凝土的吸水率大,且强度较低,所以其所用砌筑砂浆及抹面砂浆与砌筑砖墙时不同,需专门配制。墙体外表面必须作饰面处理,与门窗固定方法也与砖墙不同。

  (二)泡沫混凝土

  泡沫混凝土是将由水泥等拌制的料浆与由泡沫剂搅拌造成的泡沫混合搅拌,再经浇注、养护硬化而成的多孔混凝土。

  配制自然养护的泡沫混凝土时,水泥强度等级不宜低于32.5,否则强度太低。当生产中采用蒸汽养护或蒸压养护时,不仅可缩短养护时间,且能提高强度,还能掺用粉煤灰、煤渣或矿渣,以节省水泥,甚至可以全部利用工业废渣代替水泥。如以粉煤灰、石灰、石膏等为胶凝材料,再经蒸压养护,制成蒸压泡沫混凝土。

  泡沫混凝土的技术性质和应用,与相同表观密度的加气混凝土大体相同。也可在现场直接浇注,用作屋面保温层。

  三、大孔混凝土

  大孔混凝土指无细骨料的混凝土,按其粗骨料的种类,可分为普通无砂大孔混凝土和轻骨料大孔混凝土两类。普通大孔混凝土是用碎石、卵石、重矿渣等配制而成。轻骨料大孔混凝土则是用陶粒、浮石、碎砖、煤渣等配制而成。有时为了提高大孔混凝土的强度,也可掺入少量细骨料,这种混凝土称为少砂混凝土。

  普通大孔混凝土的表观密度在1500~1900kg/m3之间,抗压强度为3.5~10MPa。轻骨料大孔混凝土的表现密度在500~1500kg/m3之间,抗压强度为1.5~7.5MPa。

  大孔混凝土的导热系数小,保温性能好,收缩一般较普通混凝土小30%~50%,抗冻性优良。

  大孔混凝土宜采用单一粒级的粗骨料,如粒径为10~20mm或10~30mm。不允许采用小于5mm和大于40mm的骨料。水泥宜采用等级为32.5或42.5的水泥。水灰比(对轻骨料大孔混凝土为净用水量的水灰比)可在0.30~0.40之间取用,应以水泥浆能均匀包裹在骨料表面不流淌为准。

  大孔混凝土适用于制做墙体小型空心砌块、砖和各种板材,也可用于现浇墙体。普通大孔混凝土还可制成滤水管、滤水板等,广泛用于市政工程。

第十一节    特种混凝土


  一、抗渗混凝土

   抗渗混凝土系指抗渗等级不低于P6级的混凝土。即它能抵抗0.6MPa静水压力作用而不发生透水现象。为了提高混凝土的抗渗性,通常采用合理选择原材料、提高混凝土的密实程度以及改善混凝土内部孔隙结构等方法来实现。目前,常用的防水混凝土的配制方法有以下几种。

   (一)富水泥浆法

   这种方法是依靠采用较小的水灰比,较高的水泥用量和砂率,提高水泥浆的质量和数量,使混凝土更密实。

   防水混凝土所用原材料应符合下列要求:

   (1)水泥强度等级不宜低于32.5,其品种应按设计要求选用,当有抗冻要求时,应优先选用硅酸盐水泥;

   (2)粗骨料的最大粒径不宜大于40mm,其含泥量不得大于1%,泥块含量不得超过0.5%;

   (3)细骨料的含泥量不得大于3%,泥块含量不得大于1%;

   (4)外加剂宜采用防水剂、膨胀剂、引气剂或减水剂。

   防水混凝土配合比计算应遵守以下几项规定:

   (1)每立方米混凝土中的水泥用量(含掺合料)不宜少于320kg;

   (2)砂率宜为35%~40%;灰砂比宜为1:2~2.5;

   (3)防水混凝土的最大水灰比应符合表4-29规定。

表4-29 防水混凝土的最大水灰比限值
抗渗等级 P6 P8~P12 P12以上
C20~C30 0.60 0.55 0.50
C30以上 0.55 0.50 0.45

(二)骨料级配法

   骨料级配法是通过改善骨料级配,使骨料本身达到最大密实程度的堆积状态。为了降低空隙率,还应加入约占骨料量5%~8%的粒径小于0.16mm的细粉料。同时严格控制水灰比、用水量及拌合物的和易性,使混凝土结构致密,提高抗渗性。

   (三)外加剂法

   这种方法与前面两种方法比较,施工简单,造价低廉,质量可靠,被广泛采用。它是在混凝土中掺入适当品种的外加剂,改善混凝土内孔结构,隔断或堵塞混凝土中各种孔隙、裂缝、渗水通道等,以达到改善混凝土抗渗的目的。常采用引气剂(如松香热聚物)、密实剂(如采用FeCl3防水剂)、高效减水剂(降低水灰比)、膨胀剂(防止混凝土收缩开裂)等。

   (四)采用特种水泥

   采用无收缩不透水水泥、膨胀水泥等来拌制混凝土,能够改善混凝土内的孔结构,有效提高混凝土的致密度和抗渗能力。

   二、耐热混凝土

   耐热混凝土是指能长期在高温(200~900℃)作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。

   普通混凝土不耐高温,故不能在高温环境中使用。其不耐高温的原因是:水泥石中的氢氧化钙及石灰岩质的粗骨料在高温下均要产生分解,石英砂在高温下要发生晶型转变而体积膨胀,加之水泥石与骨料的热膨胀系数不同。 所有这些,均将导致普通混凝土在高温下产生裂缝,强度严重下降,甚至破坏。

   耐热混凝土是由合适的胶凝材料、耐热粗、细骨料及水,按一定比例配制而成。根据所用胶凝材料不同,通常可分为以下几种:

   (一)矿渣水泥耐热混凝土

   矿渣水泥耐热混凝土是以矿渣水泥为胶结材料,安山岩、玄武岩、重矿渣、粘土碎砖等为耐热粗、细骨料,并以烧粘土、砖粉等作磨细掺合料,再加入适量的水配制而成。耐热磨细掺合料中的二氧化硅和三氧化铝在高温下均能与氧化钙作用,生成稳定的无水硅酸盐和铝酸盐,它们能提高水泥的耐热性。矿渣水泥配制的耐热混凝土其极限使用温度为900℃。

   (二)铝酸盐水泥耐热混凝土

   铝酸盐水泥耐热混凝土是采用高铝水泥或硫铝酸盐水泥、耐热粗细骨料、高耐火度磨细掺合料及水配制而成。这类水泥在300~400℃下其强度会发生急剧降低,但残留强度能保持不变。到1100℃时,其结构水全部脱出而烧结成陶瓷材料,则强度重又提高。常用粗、细骨料有碎镁砖、烧结镁砖、矾土、镁铁矿和烧粘土等。铝酸盐水泥耐热混凝土的极限使用温度为1300℃。

   (三)水玻璃耐热混凝土

   水玻璃耐热混凝土是以水玻璃作胶结材料,掺入氟硅酸钠作促硬剂,耐热粗、细骨料可采用碎铁矿、镁砖、铬镁砖、滑石、焦宝石等。磨细掺合料为烧粘土、镁砂粉、滑石粉等。水玻璃耐热混凝土的极限使用温度为1200℃。施工时严禁加水;养护时也必须干燥,严禁浇水养护。

   (四)磷酸盐耐热混凝土

   磷酸盐耐热混凝土是由磷酸铝和高铝质耐火材料或锆英石等制备的粗、细骨料及磨细掺合料配制而成,目前更多的是直接采用工业磷酸配制耐热混凝土。这种混凝土具有高温韧性强、耐磨性好、耐火度高的特点,其极限使用温度为1500~1700℃。磷酸盐耐热混凝土的硬化需在150℃以上烘干,总干燥时间不少于24h,硬化过程中不允许浇水。

   耐热混凝土多用于高炉基础、焦炉基础,热工设备基础及围护结构、护衬、烟囱等。

   三、耐酸混凝土

   能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。

   (一)水玻璃耐酸混凝土

   水玻璃耐酸混凝土由水玻璃作胶结料,氟硅酸钠作促硬剂,与耐酸粉料及耐酸粗、细骨料按一定比例配制而成。耐酸粉料由辉绿岩、耐酸陶瓷碎料、石英质材料磨细而成。耐酸粗、细骨料常用石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。水玻璃耐酸混凝土的配合比一般为水玻璃:耐酸粉料:耐酸细骨料:耐酸粗骨料=0.6~0.7:1:1:1.5~2.0。水玻璃耐酸混凝土养护温度不低于10℃,养护时间不少于6天。

   水玻璃耐酸混凝土能抵抗除氢氟酸以外的各种酸类的侵蚀,特别是对硫酸、硝酸有良好的抗腐性,且具有较高的强度,其3d强度约为11MPa,28d强度可达15MPa。多用于化工车间的地坪、酸洗槽、贮酸池等。

   (二)硫磺耐酸混凝土

   它是以硫磺为胶凝材料,聚硫橡胶为增韧剂,掺入耐酸粉料和细骨料,经加热(160~170℃)熬制成硫磺砂浆,灌入耐酸粗骨料中冷却后即为硫磺耐酸混凝土。其抗压强度可达40MPa以上,常用于地面、设备基础、贮酸池槽等。

   四、泵送混凝土

   泵送混凝土系指坍落度不小于100mm,并用泵送施工的混凝土。它能一次连续完成水平运输和垂直运输,效率高、节约劳动力,因而近年来国内外应用也十分广泛。

   泵送混凝土拌合物必须具有较好的可泵性。所谓可泵性,即拌合物具有顺利通过管道、摩擦阻力小、不离析、不阻塞和粘聚性良好的性能。

   保证混凝土良好可泵性的基本要求是:

   (一)水泥

   泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

   (二)骨料

   泵送混凝土所用粗骨料宜用连续级配,其针片状含量不宜大于10%。最大粒径与输送管径之比,当泵送高度50m以下时,碎石不宜大于1:3,卵石不宜大于1:2.5;泵送高度在50~100m时,碎石不宜大于1:4,卵石不宜大于1:3,泵送高度在100m以上时,不宜大于1:4.5。宜采用中砂,其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应少于15%,通过0.160mm筛孔的含量不应少于5%。

   (三)掺合料与外加剂

   泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂,并宜掺用粉煤灰或其他活性掺合料以改善混凝土的可泵性。

   (四)坍落度

   泵送混凝土入泵时的坍落度一般应符合表4-30的要求。

表4-30 混凝土入泵坍落度选用表
泵送高度(m) 30以下 30~60 60~100 100以上
坍落度(mm) 100~140 140~160 160~180 180~200

(五)泵送混凝土配合比设计

   泵送混凝土的水胶比不宜大于0.60,水泥和矿物掺合料总量不宜小于300kg/m3,且不宜采用火山灰水泥,砂率宜为35~45%。采用引气剂的泵送混凝土,其含气量不宜超过4%。实践证明,泵送混凝土掺用优质的磨细粉煤灰和矿粉后,可显著改善和易性及节约水泥,而强度不降低。泵送混凝土的用水量和用灰量较大,使混凝土易产生离析和收缩裂纹等问题。

   五、聚合物混凝土

   聚合物混凝土是由有机聚合物、无机胶凝材料和骨料结合而成的新型混凝土,常用的有以下两类。

   (一)聚合物浸渍混凝土(PIC)

   将已硬化的混凝土干燥后浸入有机单体中,用加热或辐射等方法使混凝土孔隙内的单体聚合,使混凝土与聚合物形成整体,称为聚合物浸渍混凝土。

   由于聚合物填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝,从而增加了混凝土的密实度,提高了水泥与骨料之间的粘结强度,减少了应力集中,因此具有高强、耐蚀、抗冲击等优良的物理力学性能。与基材(混凝土)相比,抗压强度可提高2~4倍,一般可达150MPa。

   浸渍所用的单体有:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(S)、丙烯腈(AN)、聚脂—苯乙烯等。对于完全浸渍的混凝土应选用粘度尽可能低的单体,如MMA、S等,对于局部浸渍的混凝土,可选用粘度较大的单体如聚脂—苯乙烯等。

   聚合物浸渍混凝土适用于要求高强度、高耐久性的特殊构件,特别适用于输送液体的有筋管道、无筋管和坑道。

   (二)聚合物水泥混凝土(PCC)

   聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液拌和水泥,并掺入砂或其他骨料而制成。生产工艺与普通混凝土相似,便于现场施工。

   聚合物可用天然聚合物(如天然橡胶)和各种合成聚合物(如聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯等)。矿物胶凝材料可用普通水泥和高铝水泥。

   通常认为,在混凝土凝结硬化过程中,聚合物与水泥之间没有发生化学作用,只是水泥水化吸收乳液中水分,使乳液脱水而逐渐凝固,水泥水化产物与聚合物互相包裹填充形成致密的结构,从而改善了混凝土的物理力学性能,表现为粘结性能好,耐久性和耐磨性高,抗折强度明显提高,但不及聚合物浸渍混凝土显著,抗压强度有可能下降。

   聚合物水泥混凝土多用于无缝地面,也常用于混凝土路面和机场跑道面层和构筑物的防水层。

   六、纤维混凝土

   纤维混凝土是以混凝土为基体,外掺各种纤维材料而成。掺入纤维的目的是提高混凝土的抗拉、抗弯、冲击韧性,也可以有效改善混凝土的脆性性质。

   常用的纤维材料有钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维和合成纤维等。所用的纤维必须具有耐碱、耐海水、耐气候变化的特性。国内外研究和应用钢纤维较多,因为钢纤维对抑制混凝土裂缝的形成,提高混凝土抗拉和抗弯、增加韧性效果最佳,但成本较高,因此,近年来合成纤维的应用技术研究较多,有可能成为纤维混凝土主要品种之一。

   在纤维混凝土中,纤维的含量,纤维的几何形状以及纤维的分布情况,对其性质有重要影响。以钢纤维为例:为了便于搅拌,一般控制钢纤维的长径比为60~100,掺量为0.5%~1.3%(体积比),尽可能选用直径细、截面形状非圆形的钢纤维,钢纤维混凝土一般可提高抗拉强度2倍左右,抗冲击强度提高5倍以上。

   纤维混凝土目前主要用于复杂应力结构构件、对抗冲击性要求高的工程,如飞机跑道、高速公路、桥面面层、管道等。随着纤维混凝土技术的提高,各类纤维性能的改善,成本的降低,在建筑工程中的应用将会越来广泛。

   七、防辐射混凝土

   能遮蔽x、γ射线等对人体有危害的混凝土,称为防辐射混凝土。它由水泥、水及重骨料配制而成,其表观密度一般在3000kg/m3以上。混凝土愈重,其防护x、γ射线的性能越好,且防护结构的厚度可减小。但对中子流的防护,除需要混凝土很重外,还需要含有足够多的最轻元素——氢。

   配制防辐射混凝土时,宜采用胶结力强、水化结合水量高的水泥,如硅酸盐水泥,最好使用硅酸锶等重水泥。采用高铝水泥施工时需采取冷却措施。常用重骨料主要有重晶石(BaSO4)、褐铁矿(2Fe2O3·3H2O)、磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)等。另外,掺入硼和硼化物及锂盐等,也能有效改善混凝土的防护性能。

   防辐射混凝土主要用于原子能工业以及应用放射性同位素的装置中,如反应堆、加速器、放射化学装置、海关、医院等的防护结构。

   八、彩色混凝土

   彩色混凝土,也称为面层着色混凝土。通常采用彩色水泥或白水泥加颜料按一定比例配制成彩色饰面料,先铺于模底,厚度不小于10mm,再在其上浇筑普通混凝土,这称为反打一步成型。也可冲压成型。除此之外,还可采取在新浇混凝土表面上干撒着色硬化剂显色,或者采用化学着色剂渗入已硬化混凝土的毛细孔中,生成难溶且抗磨的有色沉淀物显示色彩。

   彩色混凝土目前多用于制作路面砖,有人行道砖和车行道砖两类,按其形状又分为普通型砖和异型砖两种。路面砖也有本色砖。普型铺地砖有方形、六角形等多种,它们的表面可做成各种图案花纹,异型路面砖铺设后,砖与砖之间相互产生联锁作用,故又称联锁砖。联锁砖的排列方式有多种,不同排列则形成不同图案的路面。采用彩色路面砖铺路面,可形成多彩美丽的图案和永久性的交通管理标志,具有美化城市的作用。

   九、碾压式水泥混凝土

   碾压式水泥混凝土是以较低的水泥用量和很小的水灰比配制而成的超干硬性混凝土,经机械振动碾压密实而成,通常简称为碾压混凝土。这种混凝土主要用来铺筑路面和坝体,具有强度高、密实度大、耐久性好和成本低等优点。

   (一)原材料和配合比

   碾压混凝土的原材料与普通混凝土基本相同。为节约水泥、改善和易性和提高耐久性,通常掺大量的粉煤灰。当用于路面工程时,粗集料最大粒径应不大于20mm,基层则可放大到30~40mm。为了改善集料级配,通常掺入一定量的石屑,且砂率比普通混凝土要大。

   碾压混凝土的配合比设计主要通过击实试验,以最大表观密度或强度为技术指标,来选择合理的集料级配、砂率、水泥用量和最佳含水量(其物理意义与普通混凝土的水灰比相似),采用体积法计算砂石用量,并通过试拌调整和强度验证,最终确定配合比。并以最佳含水率和最大表观密度值作为施工控制和质量验收的主要技术依据。

   (二)主要技术性能和经济效益

   1.主要技术性能。

   (1)强度高:碾压混凝土由于采用很小的水灰比(一般为0.3左右),集料又采用连续密级配,并经过振动式或轮胎式压路机的碾压,混凝土具有密实度和表观密度大的优点,水泥胶结料能最大限度地发挥作用,因而混凝土具有较高的强度,特别是早期强度更高。如水泥用量为200kg/m3的碾压混凝土抗压强度可达30MPa以上,抗折强度大于5MPa。

   (2)收缩小:碾压混凝土由于采用密实级配,胶结料用量低,水灰比小,因此混凝土凝结硬化时的化学收缩小,多余水分挥发引起的干缩也小,从而混凝土的总收缩大大下降,一般只有同等级普通混凝土的1/2~1/3左右。

   (3)耐久性好:由于碾压混凝土的密实结构,孔隙率小,因此,混凝土的抗渗性、耐磨性、抗冻性和抗腐蚀性等耐久性指标大大提高。

   2.经济效益。

   (1)节约水泥:等强度条件下,碾压混凝土可比普通混凝土节约水泥用量30%以上。

   (2)工效高、加快施工进度:碾压混凝土应用于路面工程可比普通混凝土提高工效2倍左右。又由于早期强度高,可缩短养护期、加快施工进度、提早开放交通。

   (3)降低施工和维护费用:当碾压混凝土应用于大体积混凝土工程时,由于水化热小,可以大大简化降温措施,节约降温费用。对混凝土路面工程,其养护费用远低于沥青混凝土路面,而且使用年限较长。

附录:习题与复习思考题


  1. 砂颗粒级配、细度模数的概念及测试和计算方法。

  2. 石子最大粒径、针片状、压碎指标的概念及测试和计算方法。

  3. 粗骨料最大粒径的限制条件。

  4. 路用石料有哪几项主要技术性能指标?

  5. 石料的磨耗率大小与耐磨性能的关系。

  6. 集料磨光值、磨耗值和冲击值表征石料的什么性能?这些数值对路面抗滑层用集料有什么实际意义?

  7. 减水剂的作用机理和使用效果。

  8. 从技术经济及工程持点考虑,针对大体积混凝土、高强混凝土、普通现浇混凝土、混凝土预制构件、喷射混凝土和泵送混凝土工程或制品,选用合适的外加剂品种,并简要说明理由。

  9. 混凝土拌合物和易性的概念、测试方法、主要影响因素、调整方法及改善措施。

  10. 混凝土立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗拉强度和劈裂抗拉强度的概念及相互关系。

  11. 影响混凝土强度的主要因素及提高强度的主要措施有哪些?

  12. 在什么条件下能使混凝土的配制强度与其所用水泥的强度等级相等?

  13. 影响混凝土干缩值大小的主要因素有哪些?

  14. 温度变形对混凝土结构的危害。

  15. 混凝土抗磨性概念和表示方式。

  16. 影响混凝土耐久性的主要因素及提高耐久性的措施有哪些?

  17. 混凝土的合理砂率及确定的原则是什么?

  18. 混凝土质量(强度)波动的主要原因有哪些?

  19. 甲、乙两种砂,取样筛分结果如下:

筛孔尺寸(mm) 4.75 2.36 1.18 0.600 0.300 0.150 <0.150
筛余量(g) 甲 砂 0 0 30 80 140 210 40
乙 砂 30 170 120 90 50 30 10

(1)分别计算细度模数并评定其级配。

  (2) 欲将甲、乙两种砂混合配制出细度模数为2.7的砂,问两种砂的比例应各占多少?混合砂的级配如何?

  20. 某道路工程用石子进行压碎值指标测定,称取13.2~16mm的试样3000克,压碎试验后采用2.36mm的筛子过筛,称得筛上石子重2815克,筛下细料重185克。求该石子的压碎值指标。

  21. 钢筋混凝土梁的截面最小尺寸为320mm,配置钢筋的直径为20mm,钢筋中心距离为80mm,问可选用最大粒径为多少的石子?

  22. 某工程用碎石和普通水泥32.5级配制C40混凝土,水泥强度富余系数1.10,混凝土强度标准差4.0MPa。求水灰比。若改用普通水泥42.5级,水泥强度富余系数同样为1.10,水灰比为多少。

  23. 三个建筑工地生产的混凝土,实际平均强度均为23.0MPa,设计要求的强度等级均为C20,三个工地的强度变异系数Cv值分别为0.102、0.155和0.250。问三个工地生产的混凝土强度保证率(P)分别是多少?并比较三个工地施工质量控制水平。

  24. 某工程设计要求的混凝土强度等级为C25,要求强度保证率P=95%。试求:

  (1)当混凝土强度标准差=5.5MPa时,混凝土的配制强度应为多少?

  (2)若提高施工管理水平,降为3.0MPa时,混凝土的配制强度为多少?

  (3)若采用普通硅酸盐水泥32.5和卵石配制混凝土,用水量为180kg/m3,水泥富余系数Kc=1.10。问 从5.5MPa降到3.0MPa,每m3混凝土可节约水泥多少kg?

  25. 某工程在一个施工期内浇筑的某部位混凝土,各班测得的混凝土28d的抗压强度值(MPa)如下:

  22.6;23.6;30.0;33.0;23.2;23.2;22.8;27.2;21.2;26.0;24.0;30.8;22.4;21.2;24.4;24.4;23.2;24.4;22.0;26.20;21.8;29.0;19.9;21.0;29.4;21.2;24.4;26.8;24.2;19.0;20.6;21.8;28.6;26.8;28.6;28.8;37.8;36.8;29.2;35.6;28.0。(试件尺寸:150mm×150mm×150mm)

  该部位混凝土设计强度等级为C20,试计算此批混凝土的平均强度、标准差、变异系数Cv及强度保证率P。

  26. 已知混凝土的水灰比为0.60,每m3混凝土拌合用水量为180kg,采用砂率33%,水泥的密度=3.10g/cm3,砂子和石子的表观密度分别为=2.62g/cm3=2.70g/cm3。试用体积法求1m3混凝土中各材料的用量。

  27. 某实验室试拌混凝土,经调整后各材料用量为:普通水泥4.5kg,水2.7kg,砂9.9kg,碎石18.9kg,又测得拌合物表观密度为2.38kg/L,试求:

  (1)每m3混凝土的各材料用量;

  (2)当施工现场砂子含水率为3.5%,石子含水率为1%时,求施工配合比;

  (3)如果把实验室配合比直接用于现场施工,则现场混凝土的实际配合比将如何变化?对混凝土强度将产生多大影响?

  28. 某混凝土预制构件厂,生产预应力钢筋混凝土大梁,需用设计强度为C40的混凝土,拟用原材料为:

  水泥:普通硅酸盐水泥42.5,水泥强度富余系数为1.10,=3.15g/cm3:;

  中砂:=2.66g/cm3,级配合格;

  碎石:=2.70g/cm3,级配合格,Dmax=20mm。

  已知单位用水量W=170kg,标准差=5MPa。试用体积法计算混凝土配合比。并求出每拌三包水泥(每包水泥重50kg)的混凝土时各材料用量。

  29. 试用抗弯强度为指标的方法,设计某高速公路路面用水泥混凝土的配合比。设计原始资料如下:

  (1)交通量属于特重级,混凝土设计抗弯拉强度=5.0MPa,施工水平较好,k=1.10。

  (2)施工要求坍落度10~30mm。

  (3)水泥:普通水泥42.5,水泥强度富余系数为1.10,实测抗弯拉强度为8.45MPa(按交通部标准),密度3.10。

  (4)碎石:最大粒径为40mm,饱和面干密度为=2.75g/cm3

  (5)河砂:细度模数为2.6,饱和面干密度为=2.70g/cm3

  30. 今用普通硅酸盐水泥42.5,配制C20碎石混凝土,水泥强度富余系数为1.10,耐久性要求混凝土的最大水灰比为0.60,问混凝土强度富余多少?若要使混凝土强度不产生富余,可采取什么方法?

  31. 某建筑公司拟建一栋面积5000m2的6层住宅楼,估计施工中要用125m3现浇混凝土,已知混凝土的配合比为1∶1.74∶3.56,W/C=0.56,现场供应的原材料情况为:

  水泥:普通水泥32.5,=3.1g/cm3

  砂:中砂、级配合格,=2.60g/cm3

  石:5~40mm碎石,级配合格,=2.70g/cm3

  试求:(1)1m3混凝土中各材料的用量;

  (2)如果在上述混凝土中掺入1.5%的减水剂,并减水18%,减水泥15%,计算每m3混凝土的各种材料用量;

  (3)本工程混凝土可节省水泥约多少吨?

               (转自土木工程材料)

 

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