土木工程材料之混凝土(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ）和易性 ：是指混凝土拌合物能保持其組成成分均勻，不發生分層離析、泌水等現象，適于運輸、澆筑、搗實成型等施工作業，并能獲得質量均勻、密實的混凝土的性能。和易性為一綜合技術性能，它包括流動性、粘聚性和保水性三方面的涵義。 流動性 是指混凝土拌合物在自重或機械振搗力的作用下，能產生流動并均勻密實地充滿模型的性能。流動性的大小，反映拌合物的稀稠，它直接影響著澆搗施工的難易和混凝土的質量。 粘聚性 是指混凝土拌合物內部組分間具有一定的粘聚力，在運輸和澆筑過程中不致發生離析分層現象，而使混凝土能保持整體均勻的性能。粘聚性差的混凝土拌合物，或者發澀，或者產生石子下沉，石子與砂漿容易分離，振搗后會出現蜂窩、空洞等現象。 保水性 是指混凝土拌合物具有一定的保持內部水分的能力，在施工過程中不致產生嚴重的泌水現象。保水性差的拌合物，在混凝土振實后，一部分水易從內部析出至表面，在水滲流之處留下許多毛細管孔道，成為以后混凝土內部的透水通路。另外，在水分上升的同時，一部分水還會滯留在石子及鋼筋的下緣形成水隙，從而減弱水泥漿與石于及鋼筋的膠結力。所有這些都將影響混凝土的密實性，降低混凝土的強度及耐久性。：混凝土拌合物和易性內容比較復雜，通常是采用一定的實驗方法測定混凝土拌合物的流動性，再輔以直觀經驗目測評定粘聚性和保水性。混凝土拌合物的流動性以坍落度或維勃稠度作為指標。坍落度適用于流動性較大的混凝土拌合物，維勃稠度適用于干硬的混凝土拌合物。（ 混凝土拌和試驗 ） 測定坍落度的方法是：將混凝土拌合物按規定方法裝入坍落筒一一標準截頭圓錐筒 (無底 )內，裝搗利平后，將筒垂直向上提起，這時錐體混凝土拌合物則因自重而產生坍落，用尺量出其坍落的高度值，以 mm計，即為混凝土拌合物的坍落度。坍落度愈大，表示混凝土拌合物的流動性愈好。由于此法簡便，目前世界各國普遍采用。在測定坍落度的同時，還應用搗棒敲擊已坍落的混凝土拌合物試體，觀察其受擊后下沉、坍落情況及四周泌水情況，然后憑目測判定混凝土拌合物的粘聚性和保水性。 JGJ552022《 普通混凝土配合比設計規程 》 ：塑性混凝土 1090mm，流動性混凝土 100150mm，大流動性混凝土大于等于 160mm。調整方法：坍落度過小，保持水灰比不變，增加水泥漿的量，坍落度過大，保持砂率不變，增加砂石用量。塌落度測定 1塌落度測定 2塌落度測定 3維勃稠度儀開始在坍落度筒中按規定方法裝滿拌合物，提起坍落度筒，在拌合物試體頂面放一透明圓盤，開啟振動臺，同時用秒表計時，當振動到透明圓盤的底面被水泥漿布滿的瞬間停止計時，并關閉振動臺。由秒表讀出時間即為該混凝土拌合物的維勃稠度值，精確至 1s。工程中選擇混凝土拌合物的坍落度，要根據結構構件截面尺寸大小、配筋疏密和施工搗實方法等來確定。當構件截面尺寸較小或鋼筋較密，或采用人工插搗時，坍落度可選擇大些。反之，如構件截面尺寸較大或鋼筋較疏，或者采用振動器振搗時，坍落度可選擇小些。正確選擇混凝土拌合物的坍落度，對于保證混凝土的施工質量及節約水泥，具有重要意義。在選擇坍落度時，原則上應在不妨礙施工操作并能保證振搗密實的條件下，盡可能采用較小的坍落度，以節約水泥并獲得質量較高的混凝土。 　　和易性的影響因素有：水泥漿量、水灰比、砂率、骨料的品種、規格和質量、外加劑、溫度和時間及其他影響因素。 拌合 物內的阻力主要來自兩個方面，一為骨料間的摩阻力，一為水泥漿的粘聚力。骨料間摩阻力的大小主要取決于骨料顆粒表面水泥漿層的厚度，亦即水泥漿的數量；水泥漿的粘聚力大小主要取決于漿的干稀程度，亦即水泥漿的稠度。 （ 1） 水泥漿量 ——水泥漿量是指混凝土中水泥及水的總量。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，如果水泥漿越多，則拌合物的流動性越大。但若水泥漿過多，使拌合物的粘聚性變差。（ 2）水灰比 —— 拌制水泥漿、砂漿和混凝土混合料時，水與水泥的質量比稱為水灰比（ W/C）。水灰比的倒數稱為 灰水比 。在水泥用量不變的情況下，水灰比越小，水泥漿就越稠，混凝土拌合物的流動性便越小。水灰比過大，又會造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而產生流漿、離析現象，并嚴重影響混凝土的強度。無論是水泥漿數量的影響，還是水泥漿稠度的影響，實際上都是水的影響。因此，影響混凝土拌合物和易性的決定性因素是其拌合用水量的多少。實踐證明，在配制混凝土時，當所用粗、細骨料的種類及比例一定時，為獲得要求的流動性，所需拌合用水量基本是一定的，即使水泥用量有所變動 (1m3混凝土水泥用量增減 50～ 100kg)時，也無甚影響。這一關系稱為 “ 恒定用水量法則 ” ，它為混凝土配合比設計時確定拌合用水量帶來很大方便。在配制混凝土時，按骨料品種、規格及施工要求的坍落度值選擇每立方米混凝土的用水量，一般可根據本單位所用材料的使用經驗選定，如使用經驗不足，可按下表選取。 （ 3）砂率 ——砂率是指砂用量與砂、石總用量的質量百分比，它表示混凝土中砂、石的組合或配合程度。砂影響混凝土拌合物流動性有兩個方面：一方面是砂形成的砂漿可減少粗骨料之間的摩擦力，在拌合物中起潤滑作用，所以在一定的砂率范圍內隨砂率增大，潤滑作用愈加顯著，流動性可以提高；另一方面在砂率增大的同時，骨料的總表面積隨之增大，包裹集料的水泥漿層變薄，拌合物流動性降低。另外，砂率不宜過小，否則還會使拌合物粘聚性和保水性變差，產生離析、流漿等現象。砂率對混凝土拌合物的和易性有重要影響。 在配制混凝土時，砂率不能過大，也不能太小，應選用 合理砂率 值。所謂合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動性，且能保持粘聚性及保水性能良好時的砂率值。或者，當采用合理砂率時，能在拌合物獲得所要求的流動性及良好的粘聚性與保水性條件下，使水泥用量最少。 砂率與坍落度的關系 砂率與水泥用量的關系（水泥漿用量一定時） （坍落度一定時）砂率的選擇、粗集料最大粒徑、中砂及施工時混凝土的坍落度。　　當無歷史資料可參考時，混凝土砂率的確定應符合下列規定：坍落度為 10～ 60mm的混凝土砂率，可根據粗骨料品種、粒徑及水灰比按 下表選取。 60mm的混凝土砂率，可經試驗確定，也可在上表的基礎上，按坍落度每增大 20mm，砂率增大 1％的幅度予以調整。 10mm的混凝土，其砂率應經試驗確定。3)水泥品種：在水泥用量和用水量一定的情況下，采用礦渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流動性比用普通水泥時為小，這是因為前者水泥的密度較小，所以在相同水泥用量時，它們的絕對體積較大，且在相同稠度下需水量要大一些，因此混凝土就顯得較稠。若要二者達到相同的坍落度，則前者每立方米混凝土的用水量必須增加。另外，礦渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性較大。4)骨料性質：骨料性質指混凝土所用骨料的品種、級配、顆粒粗細及表面性狀等。在混凝土骨料用量 一定的情況下，采用卵石和河砂拌制的混凝土拌合物，其流動性比用碎石和山砂拌制的好， 這是因為前者骨料表面光滑，摩阻力小；用級配好的骨料拌制的混凝土拌合物和易性好，因為骨料級配好時其空隙少，在水泥漿用量 — 定的情況下，填充空隙的水泥漿就少，相對來說包裹骨料顆料表面的水泥漿層就增厚，和易性就好；用細砂拌制的混凝土拌合物的流動性較差，但粘聚性和保水性好。5)外加劑的影響： 混凝土拌合物摻入減水劑或引氣劑，流動性明顯提高，引氣劑還可有效地改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，二者還分別對硬化混凝土的強度與耐久性起著十分有利的作用。6)拌合物存放時間及環境溫度的影響： 攪拌制備的混凝土拌合物，隨著時間的延長會變得越來越干稠，坍落度將逐漸減小，這是由于拌合物中的一些水分逐漸被骨料吸收，一部分水被蒸發、以及水泥的水化與凝聚結構的逐漸形成等作用所致。混凝土拌合物的和易性還受溫度的影響。 1.改善新拌混凝土和易性的措施1）選用合適的水泥品種和水泥的強度等級；2）通過試驗，采用最佳砂率，以提高混凝土的質量及節約水泥；3）改善砂、石級配；在可能條件下盡量采用較粗的砂、石； 4）當混凝土拌合物坍落度太小時，保持水灰比不變，增加適量的水泥漿；當坍落度太大時，保持砂率不變，增加適量的砂、石；5）有條件時盡量摻用外加劑 —— 減水劑、引氣劑。采用機械振搗。 四、硬化混凝土性能（一）硬化混凝土強度混凝土的 強度 是指混凝土試件達到破壞極限的應力最大值。混凝土所受應力超過其強度時，混凝土將產生裂縫而破壞。混凝土的破壞過程可分為四個階段：通過顯微鏡觀察，混凝土內部裂縫的發展可分為四個階段。?? ① 第 Ⅰ 階段：荷載約為極限荷載的 30％以內，界面裂縫無顯著變化，荷載與變形呈直線關系。?? ② 第 Ⅱ 階段：荷載超過比例極限，界面裂縫的數量、寬度、長度不斷增加，界面借摩擦阻力繼續承擔荷載，但尚無明顯砂漿裂縫出現。此時變形的增長率大于荷載的增長率，荷載與變形間不再是線性關系。?? ③ 第 Ⅲ 階段：荷載超過臨界荷載（極限荷載的 70％～ 80％）后裂縫繼續開展，開始出現砂漿裂縫，部分界面裂縫連接成為連續裂縫，變形增長率進一步加大，曲線明顯彎向變形橫坐標軸。?? ④ 第 Ⅳ 階段：達到極限荷載 C點以后，連續裂縫急速地發展，混凝土的承載能力下降，變形自動增大直至完全破壞，曲線斜率變成負值。：混凝土抗壓強度是確定混凝土強度等級的依據，混凝土強度等級是混凝土結構設計時強度計算取值的依據。抗壓強度包括立方體抗壓強度和棱柱體抗壓強度，前者是評定混凝土強度等級和混凝土施工中控制工程質量和工程驗收時的重要依據，后者是鋼筋混凝土結構設計中軸心受壓構件 (如柱、桁架腹桿 )強度計算取值的依據。 ⑴ 標準 立方體抗壓強度 (standardcubepressivestrength)　　國家標準 GB/T50081－ 2022《 普通混凝土力學性能試驗方法標準 》 規定，將混凝土拌合物制作邊長為 150mm的立方體試件，在標準條件（溫度 20℃ 177。2℃ ，相對濕度 95％以上）下，養護到 28d齡期，測得的 抗壓強度值 為混凝土立方體試件抗壓強度（簡稱立方體抗壓強度），以 fcu表示。⑵ 混凝土強度等級 (strength grading) 　　按照國家標準 GB50010－ 2022《 混凝土結構設計規范 》 ，混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值系指按標準方法制作和養護的邊長為 150mm的立方體試件，在 28d齡期用標準試驗方法測得的具有 95％保證率的抗壓強度，以 fcu， k表示。普通混凝土劃分為十四個強度等級： C1 CC2 C C3 C C4 C50、 C5 C60、 C6 C70、 C75和 C80。混凝土強度等級是混凝土結構設計、施工質量控制和工程驗收的重要依據。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同強度等級的混凝土，一般有一定的選用范圍。 ?在實際施工中，根據混凝土所用粗骨料的最大粒徑，允許采用非標準尺寸的試體，但應將其抗壓強度折算成標準尺寸試件的抗壓強度值，其換算系數對邊長為10cm(骨料最大粒徑 )和 20cm(60mm)的分別為 ，混凝土試件尺寸愈小，測得的抗壓強度值愈大，這包括兩方面的原因：一是 “ 環箍效應 ” ；二是由于大試件內存在的孔隙 、裂縫和局部較差等缺陷的機率大，從而降低了材料的強度。環箍效應 ： 因為混凝土試件在壓力機上受壓時，在沿加荷方向發生縱向變形的同時，也按泊松比效應產生橫向膨脹。而鋼制壓板的橫向膨脹較混凝土小，因而在壓板與混凝土試件受壓面形成磨擦力，對試件的橫向膨脹起著約束作用，這種約束作用稱為 “環箍效應 ”。 “環箍效應 ”對混凝土抗壓強度有提高作用。離壓板越遠， “環箍效應 ”小，在距離試件受壓面約 （ α為試件邊長）范圍外這種效應消失。當采用非標準尺寸試件時，應將其抗壓強度折算為標準試件抗壓強度。折算系數需按表 4－ 20的規定。不同的建筑工程，不同的部位常采用不同強度等級的混凝土，在我國混凝土工程目前水平情況下，一般選用范圍如下：　　 ① C10～ C15——用于墊層、基礎、地坪及受力不大的結構。　　 ② C20～ C25——用于梁、板、柱、樓梯、屋架等普通鋼筋混凝土結構；　　 ③ C25～ C30——用于大跨度結構、要求耐久性高的結構、預制構件等；?? ④ C40～ C45——用于預應力鋼筋混凝土構件、吊車梁及特種結構等，用于 25～ 30層；?? ⑤ C50～ C60——用于 30層至 60層以上高層建筑；?? ⑥ C60～ C80——用于高層建筑，采用高性能混凝土； ?? ⑦ C80～ C120——采用超高強混凝土于高層建筑。?? 將來可能