土木工程材料教案(4)市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

土木工程材料教案土木工程材料教案 第四章第四章 白城师范学院白城师范学院白城师范学院白城师范学院 土木工程系土木工程系土木工程系土木工程系杨杨杨杨 勇勇勇勇第1页4.混凝土与砂浆4.1 普通混凝土组成材料 4.2 混凝土拌合物性能 4.3 硬化后混凝土性能4.4 普通混凝土配合比设计及质量控制4.5 其它种类混凝土及其新进展4.6 砂浆第2页学习目标：掌握普通混凝土组成材料品种、技术要求及选取。熟练掌握混凝土拌合物性质及其测定和调整方法；硬化混凝土力学性质、变形性质和耐久性及其影响原因；普通混凝土配合比设计方法。了解混凝土技术新进展及其发展趋势。掌握砌筑砂浆性质、组成、检测方法及其配合比设计方法。熟悉抹面砂浆主要品种性能要求及其配制方法。第3页混凝土是由胶凝材料、水和粗、细集料按适当百分比配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成人造石材。1）按胶结材料：水泥水泥、沥青、硅酸盐、聚合物、硫磺混凝土等。2）按表观密度：重混凝土（2600）、普通混凝土普通混凝土（2500）、轻混凝土（1950）。3）按施工工艺：泵送、喷射、真空脱水、碾压、热拌混凝土等。4）按用途：防水、防射线、耐酸、装饰、耐火混凝土等。5）按掺料：粉煤灰、硅灰、磨细矿渣、纤维混凝土等。6）按强度：低强（30MPa）、中强（3060MPa）、高强混凝土（60MPa）。7）按水泥用量：贫（170kg）和富混凝土(230kg)。第4页4.1普通混凝土组成材料普通水泥混凝土组成材料主要是水泥、水、细骨料和粗骨料，还常包含掺和料和外加剂（各组成材料作用不一样）。基本工艺包含按配合比称量各组成材料、搅拌、运输、浇注、振捣、养护。第5页4.1.1水泥1）水泥品种选择：依据工程性质、部位、施工条件、环境情况、水泥特征合理选择（表3-10）。2）水泥强度等级选择：应于混凝土设计强度等级相适应。普通以水泥强度为混凝土强度1.52倍为宜。如水泥强度偏低，会使水泥用量过大，不经济，而且会影响混凝土其它技术性质。如水泥强度偏高，则水泥用量偏少，会影响混凝土和易性和密实度，造成该混凝土耐久性差。如必须用高强度水泥配低强度混凝土时，可经过掺入一定量混合材料来改进和易性，提升其密实度。第6页4.1.2集料普通混凝土集料分两种：1）细集料（4.75mm）：碎石和卵石。针状颗粒：长度大于该颗粒所属对应粒级平均粒径2.4倍者。片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍者。第7页2.集料技术性质对混凝土性能影响1）泥和泥块含量）泥和泥块含量含泥量是指砂石中含泥量是指砂石中75m颗粒含量。砂中原粒含量。砂中原1.18mm水洗后手捏水洗后手捏0.6mm颗粒含量为砂泥块含颗粒含量为砂泥块含量。石量。石中原中原4.75mm水洗后手捏水洗后手捏2.36mm颗粒含颗粒含量为石泥块含量。量为石泥块含量。2）有害物质含量）有害物质含量草根、树叶等杂物；有机物、硫化物及硫酸盐；云母、草根、树叶等杂物；有机物、硫化物及硫酸盐；云母、轻物质、氯化物等。轻物质、氯化物等。3）坚固性）坚固性骨料坚固性，按标准要求是用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后其重量损失应符合要求。4）碱含量）碱含量 骨料中若含有活性氧化硅，会于水泥中碱发生碱-骨料反应，产生膨胀并造成混凝土开裂。第8页5）级配和粗细程度）级配和粗细程度骨料级配是指骨料中不一样粒径颗粒分布情况（图4.2）。骨料粗细程度是指不一样粒径颗粒混在一起平均粗细程度。第9页（1）砂颗粒级配和粗细程度 第10页细度模数依据下式计算（准确至0.01）：依据细度模数Mx大小将砂按以下分类：Mx3.7 特粗砂；Mx=3.13.7粗砂；Mx=3.02.3中砂；Mx=2.21.6细砂；Mx=1.50.7特细砂。第11页砂颗粒级配依据0.600mm筛孔对应累计筛余百分率A4，分成区、区和区三个级配区，见下表。级配良好粗砂应落在区；级配良好中砂应落在区；细砂则在区。实际使用砂颗粒级配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.600mm对应累计筛余率外，其余各档允许有5%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。第12页第13页以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，依据上表级区可绘制、级配区筛分曲线，以下列图所表示。在筛分曲线上能够直观地分析砂颗粒级配优劣。第14页（2）石子颗粒级配和最大粒径石子级配分为连续粒级和单粒级两种，也经过筛分确定。公称粒级上限成为最大粒径。粒径大总表面积小，包裹水泥浆少，可节约水泥，粗骨料最大粒径应尽可能大。但粒径大于40可能造成强度下降。规范要求混凝土用骨料最大粒径：11/4截面最小尺寸；23/4钢筋最小净距；31/2板厚或50；4泵送混凝土(d/D)：碎石1/3，卵石1/2.5。混凝土用骨料粒径过大，对运输和搅拌都不方便。第15页6）骨料形状和表面特征）骨料形状和表面特征骨料近似球形或正方体，表面光滑，表面积小，混凝土流动性好，但表面光滑与水泥粘结较差。砂颗粒小较少考虑其形状，石子必须考虑针片状颗粒含量（限值见表4.7）。7）强度）强度骨料强度是指粗骨料强度。碎石可用抗压强度和压碎指标表示；卵石只用压碎指标表示（表4-9）。碎石抗压强度：饱水抗压强度火成岩80MPa，变质岩60MPa，水成岩30MPa。第16页4.1.3混凝土拌合及养护用水凡能引用水和清洁天然水，都可用于混凝土拌制和养护。4.1.4混凝土外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入用以改进混凝土性能物质，其掺量普通小于水泥重量5%。外加剂按其主要功效，普通分为四类：改变混凝土流变性能：减水剂、引气剂、泵送剂等；调整混凝土凝结时间和硬化性能：缓凝剂、早强剂等。改变混凝土耐久性：防水剂、阻锈剂、抗冻剂等。提供特殊性能：加气剂、膨胀剂、着色剂等。第17页1减水剂减水剂减速剂是指在混凝土拌和物坍落度基本相同条件下，能降低拌和用水量外加剂。惯用减水剂分类以下：1按成份：木质素系、萘系、树脂系等；2按效果：普通和高效；3按凝结时间：标准型、早强型和缓凝型；4按是否引气：引气型和非引气型。减水剂使用恰当能增加混凝土流动性、强度和节约水泥。第18页第19页2引气剂引气剂 引气剂是一个再搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭微小气泡外加剂。其对混凝土有以下几个影响：1）改进和易性；2）提升抗渗性和抗冻性；3）强度降低。引气剂有松香树脂类、烷基磺酸盐类、脂肪醇酸盐类、蛋白盐及石油磺酸盐等。第20页3早强剂早强剂早强剂是指能加速混凝土早期强度发展外加剂。分无机（如氯化物系、硫酸盐系等）、有机（如三乙醇胺、三异丙醇胺、乙酸钠等）和有机-无机复合三大类。特点是能促进水泥凝结硬化，提升早期强度，缩短养护周期，增加模板和场地周转率，加紧施工进度。适合用于冬季施工和紧急抢修工程。第21页4缓凝剂缓凝剂缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度外加剂。有木质素磺酸盐类、糖类糖类、无机盐类和有机盐类等。适合用于要求延缓时间施工中，如气温高、运距长可预防坍落度损失，分层浇筑预防冷裂缝，大致积混凝土延长放热时间。4.1.5混凝土掺合料1.粉煤灰2.硅灰第22页4.2混凝土拌合物性能4.2.1和易性1.和易性概念新拌混凝土和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并取得质量均匀密实混凝土一项综合技术性能。混凝土拌合物和易性是一项综合技术性质，包含流动性、粘聚性和保水性等三方面含义。流动性是混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板性能。粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间有一定粘聚力，不致发生分层和离析现象。保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，含有一定保水能力，不致产生严重泌水现象。第23页2.和易性测定方法及评定和易性测定方法及评定将拌好混凝土拌合物按一定方法装入圆锥筒内（坍落度筒），并按一定方式插捣，待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度筒，量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间高度差（mm）即为混凝土坍落度。混凝土拌合物依据坍落度不一样，可分为4级：大流动性（160mm)；流动性（100150mm)；塑性（5090mm)及低塑性（1040mm)。坍落度试验仅适合用于骨料最大粒径小于40mm，坍落度大于10mm混凝土拌合物。第24页当坍落度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终最大和最小直径，在两直径之差小于50mm条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度值；不然试验无效。第25页2维勃稠度试验维勃稠度试验坍落度小于10干硬性混凝土流动性用维勃稠度指标来表示。此法适合用于混凝土骨料最大粒径小于40，维勃稠度在530s之间混凝土拌合物稠度测定。混凝土拌合物按维勃稠度大小，可分为4级：超干硬性（31s）；特干硬性（3021s）；干硬性（2011s）；半干硬性（105s）。第26页第27页3.影响和易性主要原因影响和易性主要原因（1）水泥品种）水泥品种（2）集料性质）集料性质（3）水泥浆数量）水泥浆数量浆集比浆集比（4）水泥浆稠度水灰比（5）砂率（6）外加剂（7）时间和温度第28页第29页第30页4.和易性调整与改进（1）流动性小，为确保强度和耐久性不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆量。（2）坍落度大，保持砂率不变增加砂石用量。降低水泥浆数量。选择合理浆集比。（3）改进集料级配，即可增加流动性，也能改进粘聚性。（4）掺减水剂或引气剂，是改进和易性有效办法。（5）尽可能选择最正确砂率。粘聚性不足可增大砂率。第31页4.2.2新拌混凝土凝结时间 混凝土凝结时间与水泥凝结时间有相同之处，但因为骨料掺入，水灰比变动及外加剂应用，又存在一定差异。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时间，亦即表示施工操作时间极限；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，方便于施工操作；终凝与初凝时间差则越短越好。混凝土凝结时间测定通常采取贯入阻力法。影响混凝土实际凝结时间原因主要有水灰比、水泥品种、水泥细度、外加剂、掺合料和气候条件等等。第32页4.3硬化后混凝土性能4.3.1混凝土强度混凝土在抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度中，抗压强度最大，故混凝土主要用来承受压力作用。1.混凝土立方体强度与强度等级我国以立方体抗压强度为混凝土强度特征值。我国把普通混凝土按立方体强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80 十四个等级。第33页2.混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度（1）轴心抗压强度轴心抗压强度也称为棱柱体抗压强度。因为实际结构物（如梁、柱）多为棱柱体构件，所以采取棱柱体试件强度更有实际意义。它是采取150mm150mm（300450）mm棱柱体试件，经标准养护到28天测试而得。同一材料轴心抗压强度小于立方体强度，其比值大约为=0.70.8。这是因为抗压强度试验时，试件在上下两块钢压板摩擦力约束下，侧向变形受到限制，即“环箍效应”其影响高度大约为试件边长0.866倍，以下列图所表示。所以立方体试件整体受到环箍效应限制，测得强度相对较高。而棱柱体试件中间区域未受到“环箍效应”影响，属纯压区，测得强度相对较低。当钢压板与试件之间涂上润滑剂后，摩擦阻力减小，环箍效应减弱，立方体抗压强度与棱柱体抗压强度趋于相等。第34页第35页（2）轴心抗拉强度混凝土抗拉强度很小，只有抗压强度1/101/20，混凝土强度等级越高，其比值越小。为此，在钢筋混凝土结构设计中，普通不考虑承受拉力，而是经过配置钢筋，由钢筋来负担结构拉力。但抗拉强度对混凝土抗裂性含有主要作用，它是结构设计中裂缝宽度和裂缝间距计算控制主要指标，也是抵抗因为收缩和温度变形而造成开裂主要指标。第36页劈拉试验标准试件尺寸为边长150mm立方体，在上下两相对面中心线上施加均布线荷载，使试件内竖向平面上产生均布拉应力，以下列图所表示。此拉应力可经过弹性理论计算得出，计算式以下：混凝土劈裂抗拉强度（MPa）；P破坏荷载（N）；A试件劈裂面积（mm2）。第37页第38页3.混凝土抗折强度道路路面或机场道面用水泥混凝土通常以抗折强度为主要强度指标，抗压强度仅作为参考指标。道路水泥混凝土抗折强度标准试件尺寸为150mm150mm550mm小梁，在标准条件下养护28天，按三分点加荷方式（以下列图所表示）测定抗折破坏荷载，依据下式计算抗折强度：第39页第40页4.影响混凝土强度原因（1）原材料原因水泥强度；水灰比；集料种类、质量和数量；外加剂和掺合料。（2）生产工艺原因施工条件（搅拌与振捣）；养护条件；龄期。第41页（3）试验原因试件形状尺寸；表面状态；含水程度；加荷速度。4.3.2混凝土变形性能1.化学收缩2.干湿变形湿涨干缩3.温度变形热胀冷缩4.在短期荷载作用下变形弹塑性变形5.长久荷载作用下变形徐变第42页混凝土耐久性1.抗渗性2.抗冻性3.抗侵蚀性4.混凝土碳化5.碱集料反应6.提升混凝土耐久性办法合理选择水泥品种；采取较小水灰比和确保水泥用量；选择质量良好、级配合理集料和合理砂率；掺适量引气剂和减水剂；加强混凝土质量控制。第43页4.4普通混凝土配合比设计1.混凝土配合比设计基本要求(1)满足设计要求强度等级；(2)满足施工要求和易性；(3)满足环境和使用条件要求耐久性；(4)满足经济性标准。2.混凝土质量控制（1）初步控制（2）过程控制（3）合格控制3.混凝土生产质量水平评定第44页4.4.2普通混凝土配合比设计1.混凝土配合比设计主要参数（1）混凝土配合比表示方法每立米各材料用量；各材料质量比。（2）主要参数水灰比；砂率；浆集比（单位用水量）。2.混凝土配合比计算第一步 计算配合比确实定(1)确定配制强度（）第45页(2)确定水灰比（W/C）（表4-17校核）(3)确定1m3混凝土用水量（W）(4)确定1m3混凝土水泥用量（C）（表4-17校核）(5)确定砂率（Sp）第46页(6)确定1m3混凝土砂、石用量（S。、G。）计算砂、石用量方法有重量法和体积法两种。采取重量法时，按下式计算：解联立两式，即可求出S、G。第47页采取体积法时，按下式计算：解联立两式，即可求出S、G。第48页第二步 基准配合比确实定先按计算配合比进行试拌，检验该混凝土拌合物和易性是否符合要求。调整和易性后提出配合比，即是可供混凝上强度试验用基准配合比。第三步 试验室配合比确实定 由基准配合比配制混凝土虽满足了和易性要求，不过否满足强度要求还未可知。检验强度时最少用三个不一样配合比，制作强度试件时，应检验和易性和表观密度。每个配合比最少按标准方法制作一组试件，标准养护28d试压。接着经过将所测混凝土强度与对应灰水比作图或计算，求出混凝土配制强度（）相对应灰水比。最终按以下法则确定1m3各材料用量：第49页用水量（Wb）应取基准配合比中用水量，并依据制作强度试件时测得坍落度或维勃稠度调整。水泥用量（Cb）以用水量乘以选定灰水比计算确定。粗、细骨料用量（b、b）应取基准配合比中粗、细骨料用量，并按选定灰水比调整。至此得到配合比，还应依据实测混凝土拌合物表观密度作校正，以确定1m3混凝土拌合物各材料用量。为此，先按下式计算出混凝土拌合物计算表观密度:第50页再计算出校正系数，最终，按下式计算出试验室配合比（每1m3混凝土各材料用量）：第51页3.混凝土施工配合比 试验室配合比中砂、石是以干燥状态计量，工地使用砂、石含一定水分应作修正，修正后1m3混凝土各材料用量称为施工配合比。设施工配合比1m3混凝土各材料用量为 C、S 、G、W （kg），又设砂含水率为 a，石子含水率为b%，则有：第52页4.5其它种类混凝土及其新进展4.5.1高性能混凝土4.5.2高强混凝土4.5.3抗渗混凝土4.5.4纤维混凝土4.5.5聚合物混凝土4.5.6粉煤灰混凝土4.5.7泵送混凝土第53页4.6砂浆4.6.1砂浆分类、组成材料及技术性质1.砂浆分类依据不一样用途，建筑砂浆可分为砌筑砂浆、抹面砂浆（普通抹面砂浆、防水砂浆、装饰砂浆等）、特种砂浆（如隔热砂浆、耐腐蚀砂浆、吸声砂泵等）。按所用胶凝材料可分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆（如水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆、石灰粘土砂浆等）。第54页2.砂浆组成材料（1）胶结材料（2）砂（3）掺加料（4）水（5）外加剂3.砂浆主要技术性质及测试（1）流动性砂浆流动性也叫稠度，是指在自重或外力作用下流动性能，用砂浆稠度测定仪测定，以沉人度（）表示。沉入度越大，流动性越好。（2）保水性新拌砂浆保持其内部水分不泌出流失能力称为保水性。保水性不良砂浆在存放、运输和施工过程轻易产生离析泌水现象。砂浆保水性用砂浆分层度筒测定，以分层度（mm）表示，分层度大砂浆保水性差，不利于施工。第55页（3）抗压强度与强度等级砂浆强度是指边长70.7mm立方体标准试块，一组六块在标准条件下养护28d后，用标准试验方法测得抗压强度平均值（MPa）。砌筑砂浆强度等级分为：M20，M15，M10，M7.5，M5，M2.5六个等级。不吸水基层（如致密石材）第56页吸水基层（如砖或其它多扎材料）试验统计表明，砂浆强度与水泥强度和水泥用量有以下关系：（4）粘结强度 通常，砂浆抗压强度越高粘结力越大。砂浆粘结力还与基层材料表面状态、清洁程度、润湿情况及施工养护等条件相关。在润湿、粗糙、清洁表面上使用且养护良好砂浆与表面粘结很好。第57页4.6.2砌筑砂浆配合比设计1.砌筑砂浆技术条件（1）强度等级（2）密度（3）稠度、分层度和试配强度同时符合（4）水泥砂浆水泥用量200kg/m3；混合砂浆总量300-350kg/m3（5）抗冻合格2.砌筑砂浆配合比设计步骤用于砌筑吸水基面砂浆配合比确实定（配合比计算及试配、调整与确定）分以下两步：第一步：配合比计算（1）计算砂浆配制强度 第58页（2）依据下式计算每立方米砂浆中水泥用量 QC（kgm3）当计算出水泥用量不足200kg时，应取QC=200kgm3。（3）若为水泥混合砂浆，计算掺合料用量QD（kgm3）为确保良好流动性和保水性，每立方米砂浆中胶结料和掺合料总量QA应在300350kgm3之间,则 QD=QAQC第59页（4）确定砂用量 Qs（kgm3）每立方米砂浆中砂用量应以干燥状态（含水率小于0.5）堆积密度值作为计算值。（5）确定用水量Qw（kgm3）第二步：配合比试配、调整与确定 试配时采取三个不一样配合比，其中一个为试配得出基准配合比。另外两个分别使水泥用量增减10，并在确保稠度、分层度合格条件下，调整其对应用水量和掺合料用量。按国家现行标准建筑砂浆基本性能试验方法要求，以上述三个配比配制砂浆制作试件，并测定砂浆强度等级，选择强度满足要求且水泥用量较少配合比为所需砂浆配合比。第60页4.6.3抹面砂浆1.抹面砂浆定义及特点2.抹面砂浆分类、性能及应用（1）普通抹面砂浆普通抹面砂浆功效是保护结构主体免遭各种侵蚀，提升结构耐久性，改进结构外观。惯用普通抹面砂浆有石灰砂浆、水泥砂浆、水泥混合砂浆、麻刀石灰浆（简称麻刀灰）、纸筋石灰浆（简称纸筋灰）等。为了确保抹灰层表面平整，防止裂缝和脱落，常采取分层薄涂方法，普通分两层或三层施工。底层起粘结作用，中层起抹平作用，面层起装饰作用。第61页（2）防水砂浆用作防水层砂浆称为防水砂浆。砂浆防水层又称刚性防水层，适合用于不受振动和含有一定刚度混凝土或砖石砌体表面。（3）装饰砂浆装饰砂浆是指涂抹在建筑物内外墙表面，含有美观装饰效果抹面砂浆。惯用装饰砂浆施工操作方法有拉毛、甩毛、喷涂、弹涂、拉条、水刷、干粘、水磨、剁斧等等，水磨石、水刷石、剁斧石、于粘石等属石渣类饰面砂浆。第62页（4）隔热砂浆隔热砂浆是以水泥、石灰膏、石膏等胶凝材料与膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、火山渣或浮石砂、陶砂等轻质多孔骨料按一定百分比配制成砂浆。可用于层面隔热层、隔热墙壁以及供热管道隔热层等处。惯用有水湿膨胀珍珠岩砂浆。水泥膨胀蛭石砂浆、水泥石灰膨胀蛭石砂浆等；（5）吸音砂浆由轻质多孔骨料制成隔热砂浆，都含有吸声性能。另外，也可用水泥、石膏、砂、锯末配制成吸音砂浆。还可在石灰、石膏砂浆中掺入玻璃纤维、矿物棉等松软纤维材料得到吸音砂浆。吸音砂浆用于有吸声要求室内墙壁和顶棚抹灰。第63页