建筑材料与检测教案模块三---单元一--混凝土概述;---单元二--混凝土对组成材料的要求.doc

《建筑材料与检测》课程教案
单元一 水泥混凝土概述
一、水泥混凝土定义
凡由水泥、骨料（砂、石）、水及外加剂（或掺合料）按适当的比例配合，经搅拌、成型、养护等工艺，经一定时间后硬化而成的人造石材，称为水泥混凝土（砼）。
二、混凝土分类
1、按表观密度分
混凝土种类
表观密度
组成材料
用途
重混凝土
干表观密度大于2800kg/m3。
重晶石、铁矿石、钢渣、重水泥（钡水泥、锶水泥）
防辐射工程，又称防辐射混凝土。
普通混凝土
干表观密度在2000～2800kg/m3
天然砂、石，水泥
建筑物的承重结构材料
轻混凝土
干表观密度小于1950kg/m3
轻骨料
用作承重结构、保温结构和承重兼保温结构
2、按生产和施工方式分
预拌混凝土(商品混凝土)
泵送混凝土
喷射混凝土
碾压混凝土
3、按用途分
抗渗混凝土
高性能混凝土
泵送混凝土
4、按抗压强度大小分
低强混凝土(fcu＜30MPa)、中强混凝土(30 MPa≤fcu＜60 MPa)、 高强混凝土(60 MPa≤fcu＜100MPa)和超高强混凝土(fcu≥100 MPa)等。
5、按流动性分
干硬性混凝土(T＜10mm)、塑性混凝土(T=10～90mm)、流动性混凝土(T=100～150mm)、大流动性混凝土(T≥160mm)等。

6、按性能分
抗渗混凝土、
抗冻混凝土、
高强高性能混凝土、
大体积混凝土等。
三、水泥混凝土的特点
1、优点
(1) 原材料资源丰富，造价低廉。
(2) 良好的可塑性。
(3) 可调整性能。
(4) 抗压强度高。
（5）与钢筋间有着良好的握裹力。
(6) 耐久性好。
2、缺点
(1) 自重大，比强度小。
(2) 抗拉强度低。
(3) 硬化慢，生产周期长。
(4) 导热系数大。普通混凝土导热系数为1.4W/m·k，近是红砖的两倍，保温隔热性能差。
四、水泥混凝土的发展
混凝土发展趋势——高强高性能、多功能、绿色环保三个方向。
现代建筑物发展趋势——高层化、大跨化、轻量化方向。

单元二 水泥混凝土对组成材料的技术要求

普通水泥混凝土——水泥、水、细集料（骨料）、粗集料（骨料）、必要时加入外加剂和掺合料组成。
水泥浆体——在混凝土硬化前起润滑作用，硬化后起胶结作用；
粗、细骨料——骨架、支撑和稳定体积(减少水泥在凝结硬化时的体积变化)的作用；
外加剂和掺合料——改善混凝土性能、降低混凝土成本的作用。
一、水泥
1．水泥品种的选择
根据： 工程性质、结构部位、气候条件、环境条件及施工设计的要求；
水泥的特性；
水泥价格。
常用水泥品种的选用见教材表。
2．强度等级的选择
配一般混凝土，水泥强度为混凝土设计强度等级的1.5～2.0倍；配高强度混凝土，为设计强度等级的0.9～1.5倍。
二、集料
（一）细集料
1、定义及分类
细集料是指粒径小于4.75mm大于等于0.15㎜的颗粒，常称作砂。水泥混凝土用砂分类见下表。
水泥混凝土用砂分类
分类方式
类别
按产源
天然砂
人工砂
河沙、山砂、湖砂、淡化海砂
机制砂、混合砂
按规格
（细度模数）
粗砂
中砂
细砂
3.7～3.1
3.0～2.3
2.2～1.6
按技术要求
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ

2、技术要求
按国家标准《建筑用砂》(GB/T14684—2011)的规定，混凝土用砂的技术要求和技术标准如下：
（1）物理常数
① 表观密度
砂的表观密度通常在2.5～2.6g/cm3之间。
② 堆积密度
在自然状态下，干砂在松散堆积密度约为1400～1600kg／ｍ3，振实后的堆积密度可达1600～1700kg/ｍ3。
③ 空隙率
带有棱角的砂空隙率较大；一般天然河砂的空隙率为40％～45％。级配良好的砂，空隙率可小于40％。
（2）有害物质
有害物质的种类和害处见教材表。
天然砂的含泥量和泥块含量、人工砂的石粉含量和泥块含量应该符合规范要求。
(3)砂的坚固性
（4）级配和粗细程度
① 级配
(a) 一种粒径 (b) 两种粒径 (c) 三种粒径
图4—1 不同粒径的砂搭配结构示意图

级配——集料中不同粒径颗粒的分布情况。良好的级配是集料的空隙率和总表面积均较小，保证水泥浆用量少，混凝土的密实度高、强度高。相同粒径的砂搭配起来，空隙率最大；不同粒径的颗粒相互搭配填充时，形成最密集的堆积，空隙率达到最小。
级配的确定——筛分析方法。
筛分析——将预先通过9.5mm孔径的烘干砂，称取500g置于一套孔径分别为4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15mm(方孔筛)的标准筛上，由粗到细依次过筛，然后分别得到存留在各筛上砂的质量，并按下述方法计算各级配参数：
ⅰ.分计筛余百分率；ⅱ.累计筛余百分率；ⅲ.质量通过百分率
② 粗细程度
(4-4)
Mx=3.1～3.7—粗砂；Mx =2.3～3.0—中砂；Mx =1.6～2.2—细砂；
理想的组成——总表面积和空隙率都小，保证水泥浆用量最少。
③ 级配区
规范将砂分为三个级配区
用于水泥混凝土中细度模数为1.6～3.7的砂，宜优先选用粗细程度适中的2区砂；当采用1区砂时，砂率应较2区提高，
（二）粗集料
1、定义及分类
水泥混凝土用粗集料是指粒径大于4.75mm的岩石颗粒，常称作粗骨料。
2、技术要求
（1）物理常数
① 表观密度、堆积密度、空隙率
表观密度大于2500kg /m3；松散堆积密度大于1350kg／m3；空隙率小于47％。
(2) 有害杂质含量
杂质——粘土、淤泥、硫酸盐、硫化物、有机质等。
危害——与细骨料相同。
(3) 最大粒径及颗粒级配
① 最大粒径
最大粒径——通过率为100%的最小标准筛所对应的筛孔尺寸，通常为公称粒级的上限。
规定——粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小净距的3/4。对于混凝土实心板，粗骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。
② 颗粒级配
确定方法——筛分法。
标准筛——2.36、4.75、9.50、16．0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90（mm）共十二种孔径的方孔筛。
级配分类——连续级配+间断级配。
(4) 颗粒形状及表面特征
(5) 强度和坚固性
① 强度
压碎值指标可间接表示粗骨料强度，粗骨料的压碎值。
② 坚固性
用硫酸钠坚固法检验，试样经5次循环后，其质量损失应符合现行标准
三、拌和及养护用水
1、水的类型和应用选择
水源的分类及在混凝土工程中的应用要求
水源
应用
备注
饮用水
符合国家标准的饮用水，可直接用于拌制和养护混凝土
有害物质含量应符合表4-19的规定
地表水或
地下水
地表水或地下水，首次使用，必须进行适用性检验，合格才能使用。
海水
只允许用来拌制素混凝土，不得用于拌制钢筋混凝土、预应力混凝土和有饰面要求的混凝土。
工业废水
必须经过检验，经处理合格后方可使用。
生活污水
不能用作拌制混凝土

2、水的技术标准
有关拌和和养护混凝土的水中有害物质含量的规定，见表3-26。
表3-26 混凝土拌和用水质量要求
项 目
预应力混凝土
钢筋混凝土
素混凝土
pH值
＞4
＞4
＞4
不溶物(mg/L)
＜2000
＜2000
＜5000
可溶物(mg/L)
＜2000
＜5000
＜10000
氯化物(以Cl-1计)(mg/L)※
＜500
＜1200
＜3500
硫酸盐(以SO42-计)(mg/L)
＜600
＜2700
＜2700
硫化物(以S2-计)(mg/L)
＜100
－
－

四、矿物掺合料
混凝土中的矿物掺合料包括——粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉、钢渣粉等。
也可将上述两种或两种以上的矿物掺合料按一定比例复合使用。
一）粉煤灰
1、含义——火力发电厂的煤粉燃烧后排放出来的废料。
2、分类——
1）按照氧化钙含量分——高钙灰、低钙灰、。
2）按技术品质划分——Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类。
3）按煤种划分——C类和F类。F类粉煤灰是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰；C粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其CaO含量大于10%。
3、适用范围——一般工业和民用建筑结构和构筑物的混凝土，尤其适用于泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗化学侵蚀混凝土、蒸汽养护混凝土，地下工程和水下工程混凝土等。
4、粉煤灰对混凝土的性能影响：
1）改善新拌混凝土的和易性。减少用水量或增大拌合物的流动性；增加拌合物的黏聚性，减少泌水。
2）提高硬化混凝土的强度。减少用水量，从而提高混凝土的强度。
3）提高了混凝土的长久性能。活性二氧化硅二次水化反应，提高了混凝土的后期强度和耐腐蚀性，减少了碱集料反应的危害。
4）降低混凝土的水化升温。减少水泥用量，降低由于大量水泥水化而导致的混凝土温升。
二）硅灰
铁合金厂在生产金属硅或硅铁时得到的产品，又称硅粉、硅尘。
硅灰在混凝土工程中具有以下应用：
1、 配制高强混凝土
二氧化硅含量不小于90%的硅灰，掺量为5%~15%，并掺入高效减水剂时，常规的施工方法，可配制出C100级混凝土。
2、配制抗冲耐磨混凝土
成倍的提高水工混凝土的抗磨性能。
3、配制抗化学腐蚀混凝土
掺入硅粉，混凝土结构紧密，能提高混凝土的抗化学侵蚀能力。
4、抑制碱—骨料反应
减少了混凝土中氢氧化钙的含量，从而抑制了碱—骨料反应。
5、配制喷射混凝土
加入3%～5%的硅粉，节约了原材料，加快了施工速度，降低工程成本。
6、配制泵送混凝土
混凝土中掺入少量硅粉，可使混凝土长距离泵送拌合物增加黏性、减少泌水，容易泵送。
7、用于基础灌浆
浆液稳定性良好，不易分离，不堵管，且能很密实地填充到岩隙中。
五、混凝土外加剂
1、定义
混凝土拌和物中掺入的不超过水泥质量5%(特殊情况除外)并能使水泥混凝土的使用性能得到一定程度改善的物质。
2、外加剂的作用
(1) 改善混凝土拌和物的和易性，利于机械化施工，保证混凝土的浇筑质量。
(2) 减少养护时间，加快模板周转。
(3) 提高混凝土的强度，增加混凝土的密实度、耐久性、抗渗性等。
(4) 节约水泥，降低混凝土的成本。
3、外加剂的分类
(1) 改变混凝土拌和物流动性的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。
(2) 调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。
(3) 改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。
(4) 改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂等。
目前建筑工程中应用较多和较成熟的外加剂有减水剂、早强剂、引气剂、调凝剂等。
4、常用的混凝土外加剂
(1) 减水剂
减水剂——在保持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌和用水量的外加剂；
或在保持混凝土拌和物用水量不变的情况下，增大混凝土坍落度的外加剂。
1) 减水剂的分子结构特性
减水剂多属于表面活性剂，由亲水(憎油)基团和憎水(亲油)基团两部分组成。
图4-3 减水剂的分子结构
图 4-4 减水剂分子的定向吸附行为

2) 减水剂的减水机理
水泥加水拌和后，产生许多絮状物，形成的絮凝结构 (如图4—5所示)中包裹了许多拌和水，从而降低了混凝土拌和物的流动性。

3) 减水剂的技术经济效果
① 原配合比不变，可增大拌和物的坍落度(约100～200mm)，且不影响混凝土的强度。
② 流动性和水泥用量不变，可显著减少拌和用水量(约10％～20％)；降低水灰比，混凝土的强度提高(约提高15％～20％)，早期强度提高约30%～50%。
③ 混凝土强度和流动性不变，可节约水泥用量10％～15％。
④ 提高了混凝土的耐久性。
显著地改善了混凝土的孔结构，透水性降低，抗渗、抗冻、抗化学腐蚀等能力。
⑤ 改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，减慢了水泥水化放热速度，延缓了混凝土拌合物的凝结时间。
(2) 速凝剂
能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。
1）常用速凝剂
按重要成分可分为以铝酸钠或铝酸钙和氟铝酸钙或硅酸盐为主要成分的速凝剂。
2）速凝机理
①能消除水泥中石膏的缓凝作用。速凝剂中的碳酸钠与水泥中的石膏发生化学反应，生成硫酸钠及碳酸钙，从而使石膏丧失缓凝作用；
②速凝剂在水泥浆体中产生大量的铝离子，并生成大量的水化铝酸三钙，使水泥浆体迅速凝固。
3）作用效果
掺用速凝剂的混凝土，水灰比一般不大于0.4.掺速凝剂后，混凝土的干缩有增加趋势，弹性模量、抗剪强度、粘结力等有所降低。
4）应用
常用于隧道工程、饮水涵洞、地下工程的岩壁衬砌及喷锚支护等的喷射混凝土和喷射砂浆施工。
(3) 早强剂
能提高混凝土早期强度，对后期强度无显著影响的外加剂。
加速水泥水化和硬化，缩短养护周期，提高模板和场地的周转率，加快施工进度。
(5) 防冻剂
在规定温度下，能显著降低混凝土冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定时间内获得预期强度的外加剂。
5、外加剂的选择和使用
(1) 外加剂品种的选择
根据——工程需要、现场的材料条件，并参考有关资料，通过试验确定外加剂品种、品牌。(2) 外加剂掺量的确定
适宜掺量，掺量过小，达不到预期效果；掺量过大，影响混凝土质量，甚至造成质量事故。结论——通过试验试配确定最佳掺量。
(3) 外加剂的掺加方法
①水剂 对于可溶于水的外加剂，应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。
②干掺 对不溶于水的外加剂，应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。切忌直接加入混凝土搅拌机内。
（4）掺入时间 可视工程的具体要求，选择同掺、后掺、分次掺入等掺加方法。

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