知識資料土木工程材料(八)(新版)知識資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或二、混凝土的性能（一）新拌混凝土的性能新拌混凝土是一種將水泥、砂及粗骨料用水拌合而成的尚未凝結(jié)的混合物，也稱為為混凝土拌合物。1．新拌混凝土的和易性（1）和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、運(yùn)輸、灌溉、搗實(shí))并能獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。和易性是一項(xiàng)綜合的技術(shù)性質(zhì),包括有流動性、黏聚性和保水性等三方面的含義。流動性是指混凝土拌合物在本身自重或施工機(jī)械振搗的作用下,能產(chǎn)生流動,并勻稱密實(shí)地填滿模板的性能。黏聚性是指混凝土拌合物在施工過程中其組成材料之間有一定的黏聚力,不致產(chǎn)生分層和離析的現(xiàn)象。保水性是指混凝土拌合物在施工過程中,具有一定的保水能力,不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。發(fā)生泌水現(xiàn)象的混凝土拌合物,因?yàn)樗址置诔鰜頃纬扇菀淄杆目紫?而影響混凝土的密實(shí)性,降低質(zhì)量。由此可見,混凝土拌合物的流動性、黏聚性和保水性有其各自的內(nèi)容,而它們之間是互相聯(lián)系的,但常存在矛盾。因此,所謂和易性就是這三方面性質(zhì)在某種詳細(xì)條件下矛盾統(tǒng)一的概念。（2）和易性的測定主意測定流動性的最常用主意是塌落度實(shí)驗(yàn)主意。按照塌落度不同，可將混凝土拌和物分為：流態(tài)的（塌落度大于80mm）、流動性的（塌落度為30～80mm）、低流動性的（塌落度為10～30mm）及干硬性的（塌落度小于10mm）。塌落度實(shí)驗(yàn)僅適用于骨料最大粒徑不大于40mm，塌落度不小于10mm的混凝土拌和物。混凝土澆筑時的塌落度(mm)表10-5-8結(jié)構(gòu)種類塌落度基礎(chǔ)或地面等的墊層、無配筋的大體積結(jié)構(gòu)(擋土墻、基礎(chǔ)等)或配筋稀疏的結(jié)構(gòu)10~30板、梁和大型及中型截面的柱子等30~50配筋密列的結(jié)構(gòu)(薄壁、斗倉、筒倉、細(xì)柱等)50-70配筋特密的結(jié)構(gòu)70-90注:1.本表系采用機(jī)械振搗混凝土?xí)r的坍落度,當(dāng)采用人工搗實(shí)混凝土?xí)r其值可適當(dāng)增大;2.當(dāng)需要配制大坍落度提凝土?xí)r,應(yīng)摻用外加劑;3.由面或斜面結(jié)構(gòu)棍凝土的坍落度應(yīng)按如實(shí)際需要另行選定;4泵送混凝土的坍落度宜為(80~180)mm。(3)影響和易性的主要因素1)混凝土拌合物單位用水量混凝土拌合物單位用水量增大,其流動性隨之增大,但用水量過大,會使拌合物粘聚性和勻稱性變差,產(chǎn)生嚴(yán)重泌水,分層或流漿,并有可能使混凝土強(qiáng)度和耐久性嚴(yán)重降低?；炷涟韬衔锏膯挝挥盟繎?yīng)按照骨料品種、規(guī)格及施工要求的塌落度按表10-5-9塑性混凝土的用水量(kg/m3)表10－5-9所需塌落度（mm）卵石最大粒徑(mm)碎石最大粒徑(mm)102031.540162031.54010~3019017016015020018517516535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~902151951851752302152051952)水泥漿的數(shù)量混凝土拌合物中的水泥漿,賦予混凝土拌合物以一定的流動性。在水灰比不變的情況下,單位體積拌合物內(nèi),倘若水泥漿愈多,則拌合物的流動性也愈大。但若水泥獎過多，將會浮上流漿現(xiàn)象,黏聚性變差;若水泥漿過少,則骨料之間缺少教結(jié)物質(zhì),易使拌和物發(fā)生離析和崩明。水泥漿數(shù)量的增減實(shí)際上是單位用水量的變化。3)水灰比在水泥用量、骨料用量均不變的情況下,水灰比愈大,拌合物流動性增大,反之則減小。但水灰比過大,會造成拌合物黏聚性和保水性不良;水灰比過小,會使拌合物流動性過低,影響施工。故水灰比不能過大或過小,普通應(yīng)按照混凝土強(qiáng)度和耐久性要求合理選用。需要注重的是在此情況下水灰比的變化實(shí)際上也是單位用水量的變化。4)砂率砂率是提細(xì)骨料含量(分量)占骨料總量的百分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)證實(shí),砂率對拌合物的和易性有很大影響。在保持水和水泥用量一定的條件下,砂率對拌合物塌落度的影響存在極大值。因此,砂率有一合理值,采用合理砂率時,在用水量和水泥用量不變的情況下,可使拌合物獲得所要求的流動性和良好的粘聚性與保水性?；炷恋纳奥势胀砂凑毡締挝粚λ貌牧系氖褂媒?jīng)驗(yàn)選用合理的數(shù)值。如無使用經(jīng)驗(yàn),可按粗骨料的品種、規(guī)格及混凝土的水灰比在表10-5-10的范圍內(nèi)選用?；炷辽奥蔬x用表(%)表10－5－10水灰比(W/C)碎石最大粒徑(mm)卵石最大粒徑(mm)1620401020400.400.500.600.7030~3533~3836~4139~4429~3432~3735~1038~4327~3230~3533~3836~4126~3230~3533~3836~4125~3129~3432~3735~4021~3028~3331~3631~39注:1.摘自《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2000。2.表中數(shù)值系中砂的選用砂率。對細(xì)砂或粗砂,可相應(yīng)地減少或增強(qiáng)砂率。3.本砂率適用于明落度為10mm-60mm的混凝土。塌落度如大于60mm或小于10mm4.只用一個單粒級粗骨料配制混凝土?xí)r,砂率值應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)。5.摻有各種外加劑或摻合料時,其合理砂率應(yīng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)或參照其他有關(guān)規(guī)定選用。5)組成材料特性①水泥水泥對拌合料和易性的影響主要反映在水泥的需水性上。不同品種的水泥、不同的水泥細(xì)度、不同的水泥礦物組成及混合材料,其需水性不同。需水性大的水泥比需水性小的水泥配制的拌合物,在其他條件一定的情況下,流動性變小,但其粘聚性和保水性較好。②骨料骨料因?yàn)槠湓诨炷林姓碱I(lǐng)的體積最大,因此它的特性對拌合物和易性的影響也較大這些特性包括骨料級配、顆粒形狀、表面狀態(tài)及最大粒徑。普通來講,級配好的骨料,其拌合物流動性較大,粘聚性與保水性較好,扁平和針狀骨料較少而球形骨料較多,其拌合物流動性較大;表面光潔的骨料,如河砂、卵石,其拌合物流動性較大;骨料的最大粒徑增大,因?yàn)槠浔砻娣e減小,故其拌合物流動性較大。6)外加劑外加劑對拌合物的和易性有較大影響。如參加減水劑可大幅度提高拌合物的流動性改善粘聚性,降低泌水性;或在保持不摻外加劑的流動性的情況下,大幅度減少用水量。7)溫度和時光混凝土拌合物的和易性隨溫度的升高而降低,這是因?yàn)闇囟壬呖杉铀偎嗟乃?、增?qiáng)水分的蒸發(fā),所以夏季施工時,為了保持一定的和易性應(yīng)適當(dāng)提高拌合物的用水量。因?yàn)榘韬衔锪鲃有詴S時光而變化,因此澆注時的和易性更具實(shí)際意義,所以在施工中測定和易性的時光,應(yīng)以攪拌完后15分鐘為宜。2.新拌混凝土的凝結(jié)時光水泥與水之間的反應(yīng)是混凝土產(chǎn)生凝結(jié)的主要緣故,但是因?yàn)楦鞣N因素,混凝土的凝結(jié)時光與配制該混凝土所用水泥的凝結(jié)時光并不一致,因?yàn)樗酀{體中的凝結(jié)和硬化過程受到水化產(chǎn)物空間填充情況的影響,因此水灰比會顯然影響凝結(jié)時光,而配制混凝土的水灰比與水泥漿體測定凝結(jié)時光時有所不同,故水泥漿體凝結(jié)時光往往與所配混凝土凝結(jié)時光不同。普通,水灰比越大,凝結(jié)時光越長。通常采用貫入阻力儀測定混凝土的凝結(jié)時光,通常情況下混凝土需6h~10h凝結(jié),但水泥的組成、環(huán)境溫度和緩凝劑等都會對凝結(jié)時光產(chǎn)生影響。當(dāng)混凝土拌合物在100C拌制和養(yǎng)護(hù)時,其初凝和終凝時光要比(二)硬化混凝土的性能1.混凝土的抗壓強(qiáng)度按照國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)主意》GBI[50081-2002,混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度(常簡稱為混凝土抗壓強(qiáng)度)是指以邊長為150mm的立方體試件,在標(biāo)準(zhǔn)條件下(溫度20t士3t,相對濕度>90%或水中)養(yǎng)護(hù)至28d齡期,在一定條件下加壓至破壞,以試件單位面積承受的壓力作為混凝土的抗壓強(qiáng)度,并以此作為按照劃分混凝土的強(qiáng)度等級為C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60等十二個等級。對于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件的抗壓強(qiáng)度,可采用折算系數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)試件的強(qiáng)度值。如邊長為100mm的立方體試件,折算系數(shù)為0.95,邊長為200mm的立方體試件,折算系數(shù)為1.050這是因?yàn)樵嚰叽绮煌?會影響試件的抗壓強(qiáng)度值。試件尺寸愈小,測得的抗壓強(qiáng)度值愈大。混凝土的抗壓強(qiáng)度,在諸強(qiáng)度特性中受到異常重視,常用來作為普通評定混凝土質(zhì)量的指標(biāo)。緣故在于:抗壓強(qiáng)度比其他強(qiáng)度大得多,結(jié)構(gòu)物常以抗壓強(qiáng)度為主要參數(shù)舉行設(shè)計(jì);抗壓強(qiáng)度與其他強(qiáng)度有較好的相關(guān)性,只要獲得了抗壓強(qiáng)度值,就可預(yù)測其他強(qiáng)度特性;抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)主意比其他強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)主意容易。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,考慮到受壓構(gòu)件是棱柱體(或圓柱體)而不是立方體,所以采用棱柱體試件比立方體試件能更好地反映混凝土的實(shí)際受壓情況。由棱柱體試件測得的抗壓強(qiáng)度稱為棱柱體抗壓強(qiáng)度,又稱軸心抗壓強(qiáng)度。我國目前采用150mmx150mmx300mm的柱體舉行棱柱體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn),如有須要,也可采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的棱柱體試件,但其(h)與寬(α)之比應(yīng)在2~3的范圍內(nèi)。軸心抗壓強(qiáng)度(fcp)比同截面的立方體抗壓度(fcc)要小,普通二者之間的換算關(guān)系近似為:fcp＝0.8fcc影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素有以下幾個方面:(1)水泥強(qiáng)度等級和水灰比水泥強(qiáng)度等級和水灰比是影響混凝土抗壓強(qiáng)度的最主要因素。因?yàn)榛炷恋膹?qiáng)度主要取決于水泥石的強(qiáng)度及其與骨料間的粘結(jié)力,而水泥石的強(qiáng)度及其與骨料間的粘結(jié)力取決于水泥的強(qiáng)度等級和水灰比的大小。在水泥強(qiáng)度等級相同的情況下,強(qiáng)度將隨水灰比的增強(qiáng)而降低。但倘若水灰比過小,則拌合物過于干硬,在一定的搗實(shí)成型條件下,混凝土難以成型密實(shí),從而使強(qiáng)度下降。另外,在相同水灰比和相同實(shí)驗(yàn)條件下,水泥強(qiáng)度等級越高,則水泥石強(qiáng)度越高,從而使用其配制的混凝土強(qiáng)度也越高。(2)骨料骨料本身的強(qiáng)度普通都比水泥石的強(qiáng)度高(輕骨料除外),所以不直接影響混凝土的強(qiáng)度,但若骨料經(jīng)風(fēng)化等作用而強(qiáng)度降低時,則用其配制的混凝土強(qiáng)度也較低;骨料表面粗糙,則與水泥石粘結(jié)力較大,故用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土強(qiáng)度較高。(3)齡期混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下,其強(qiáng)度將隨齡期的增強(qiáng)而增長。(4)養(yǎng)護(hù)為了獲得質(zhì)量良好的混凝土,混凝土成型后必須舉行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù),以保證水泥水化過程的正常舉行。養(yǎng)護(hù)過程需要控制的參數(shù)為溫度和濕度。因?yàn)樗嗟乃荒茉诔渌拿?xì)孔內(nèi)發(fā)生,因此,必須發(fā)明條件防止水分自毛細(xì)管中蒸發(fā)而失去。另外,水泥水化過程中,大量自由水要為水泥水化產(chǎn)物結(jié)合或吸附,也需不斷提供水分,才干使水泥水化正常舉行,從而產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物使混凝土密實(shí)度增強(qiáng)。倘若濕度不夠,則混凝土強(qiáng)度增長受影響。所以為了使混凝土正常硬化,必須在澆筑后一定時光內(nèi)維持一定的濕潤環(huán)境。普通情況下,使用硅酸鹽水泥、普通水泥和礦渣水泥,應(yīng)在混凝土凝結(jié)后(普通在12h以內(nèi)),用草袋等籠罩混凝土表面并澆水,澆水時光不少于7d,使用火山灰水泥和粉煤灰水泥時,應(yīng)不小于14d,對摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B性要求的混凝土,不小于14d,在夏季因?yàn)檎舭l(fā)較快更應(yīng)異常注重澆水。養(yǎng)護(hù)溫度對混凝土強(qiáng)度發(fā)展也有很大影響。養(yǎng)護(hù)溫度高,可以增大初期水化速度,混凝土早期強(qiáng)度也高。2．混凝土的抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度惟獨(dú)抗壓強(qiáng)度的1/10－1/20,且隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高,比值有所降低,也就是當(dāng)混凝士強(qiáng)度等級提高時,抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)不及抗壓強(qiáng)度提高的快。因此,混凝土在工作時普通不依賴其抗拉強(qiáng)度。3．混凝土的變形（1）化學(xué)收縮因?yàn)樗嗨晌锏捏w積,比反應(yīng)前物質(zhì)的體積小,而使混凝土收縮,這種收縮稱為化學(xué)收縮。其收縮量是隨混凝土硬化齡期的延伸而增強(qiáng)的,大致與時光的對數(shù)成正比,普通在混凝土成型后40多天內(nèi)增長較快,以后就漸趨穩(wěn)定?；瘜W(xué)收縮是不能恢復(fù)的。（2）干濕變形混凝土在凝結(jié)硬化過程中及其在以后的使用過程中,都可能發(fā)生干燥或吸濕,從而導(dǎo)致混凝土體積不穩(wěn)定一一收縮或膨脹,這類變形歸根結(jié)底是混凝土中水分變化引起的?；炷恋母稍锸湛s與水泥品種,水泥用量和用水量有關(guān)。干濕變形可部分恢復(fù)。在普通工程設(shè)計(jì)中,通常采用混凝土的線收縮值為(5~90)X10-5,收縮往往會引起混凝土的開裂，在實(shí)際工程中應(yīng)予注重。因?yàn)楦煽s是混凝土的固有性質(zhì)，故須由鋼筋和伸縮縫加以限制。（3）溫度變形混凝土與其他材料一樣,也具有熱脹冷縮的性質(zhì)?；炷恋臏囟扰蛎浵禂?shù)約為（10－14）X10-8/0C在混凝土硬化初期,水泥水化放出較多的熱量,混凝土又是熱的不良導(dǎo)體,散熱較慢,因此在大體積混凝土內(nèi)部的溫度較外部高,偶爾可達(dá)50~70°C（4）在荷載作用下的變形1）混凝土的彈塑性變形混凝土在受壓時的應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖10－5－1及圖10－5－2措施以隔離侵蝕介質(zhì)不與混凝土相接觸。(4)混凝土的碳化混凝土的碳化是指環(huán)境中的CO2與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2作用,生成碳酸鈣和水，從而使混凝土的堿度降低的現(xiàn)象。碳化對混凝土的物理力學(xué)性能有顯然作用,會使混凝土浮上碳化收縮,強(qiáng)度下降,還使混凝土中的鋼筋因失去堿性保護(hù)而銹蝕。碳化對混凝土的性能也有有利的影響。表層混凝土碳化時生成的碳酸鈣,可減少水泥石的孔隙,對防止有害介質(zhì)的內(nèi)侵具有一定的緩沖作用。影響混凝土碳化的因素有:1)水泥品種:使用普通硅酸鹽水泥要比使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快些,而使用摻混合材的水泥則比普通硅酸鹽水泥要快;2)水灰比:水灰比越低,碳化速度越慢,而當(dāng)水灰比固定,則碳化深度隨水泥用量提高而減小;3)環(huán)境件:常置于水中的混凝土,碳化停止,常處于干燥環(huán)境的混凝土,碳化也會停止,惟獨(dú)對濕度在50%-75%時,碳化速度最快。檢查碳化的簡易主意是鑿下一部分混凝土,除去微粉末,滴以酚酞酒精溶液,碳化分不會變色,而堿性部分則呈紅紫色。(5)混凝土中的堿骨料反應(yīng)當(dāng)混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅時,倘若所用水泥的堿(Na2O和K2O)含較多,則其水解后形成的氫氧化鈉和氫氧化鉀會與骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng),形成復(fù)雜的堿一一硅酸凝膠。這些凝膠可以吸水腫脹,甚至?xí)鸦炷撩浟选＿@種堿性氧化物和骨料中活性氧化硅之間的化學(xué)作用通常稱為堿骨料反應(yīng)。當(dāng)疑惑骨料中含有活性氧化硅時,應(yīng)舉行專門實(shí)驗(yàn),以檢驗(yàn)其堿骨料反應(yīng)。目前檢查堿骨料最常用的主意是長度法，即:采用含活性氧化硅的骨料與高堿水泥配制成1:2.25的膠砂試塊,在恒溫、恒濕條件下養(yǎng)護(hù),定期測定試塊的膨脹值,直到齡期6個月。倘若在3個月時,試塊的膨脹率超0.05%或6