2010年巖土工程師基礎知識:混凝土

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混凝土是由膠凝材料、水和粗細骨料按適當比例配合、拌制拌合物,經―定時間硬化而成的人造石材。
    分類:
    按表觀密度分為:重混凝土(ρo>2 600kg/m3)、普通混凝土(ρo=1950~2500kg/m3)和輕混凝土(ρo<1950kg/m3)。
    特種混凝土有:高強混凝土、流態(tài)混凝土、防水混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土和噴射混凝土等。
    工程上對混凝土質量的基本要求是:符合設計要求的強度;與施工條件相適應的施工和易性;與工程環(huán)境相適應的耐久性。
    lO.4.1普通混凝土的組成材料
    普通混凝土(簡稱混凝土)是由水泥、砂、石和水所組成。為改善混凝土的某些性能還常加入適量的外加劑和摻合料。
    1.混凝土中各組成材料的作用
    在混凝土中,砂、石起骨架作用,稱為骨料;水泥與水形成水泥漿,水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前,水泥漿起潤滑作用,賦予拌合物―定的和易性,便于施工。水泥漿硬化后,則將骨料膠結成一個堅實的整體。
    2.混凝土組成材料的技術要求
    混凝土的技術性質在很大程度上是由原材料的性質及其相對含量決定的,因此必須了解其原材料的性質、作用及其質量要求,合理選擇原材料,這樣才能保證混凝土的質量。
    1)水泥
    (1)水泥品種選擇。采用何種水泥,應根據混凝土工程的特點和所處環(huán)境條件,參照下表10.4.1
    表10.4.1 常用水泥的選用
    
    注:蒸汽養(yǎng)時用的水泥品種,宜根據具體條件通過試驗確定。
    (2)水泥強度等級的選擇。原則上是配制高強度等級的混凝土,選用高強度等級水泥;配制低強度等級的混凝土,選用低強度等級水泥。―般地,水泥強度為混凝土配制強度的1.5~2.0倍為宜。
    2)細骨料的質量要求
    粒徑在0.16~5 mm之間的骨料為細骨料(砂)。―般用天然砂。
    (1)要求清潔、不含雜質。砂中如含云母、粘土、淤泥等,會妨礙水泥與砂的粘結、增大用水量,從而降低混凝土強度和耐久性,也增大混凝土收縮。―些有機雜質、硫化物及硫酸鹽,對水泥有腐蝕作用。氯化物對鋼筋有銹蝕作用。因此,均應限制含量。
    重要工程混凝土用砂,應進行堿活性檢驗(指砂中所含的活性氧化硅)。
    (2)砂的顆粒級配及粗細程度。①砂的顆粒級配:是指砂大小顆粒的搭配情況。級配良好的砂,具有較小的空隙率。砂的級配用級配區(qū)表示。②砂的粗細程度:是指不同粒徑的砂?;旌显讪D起后的總體的粗細程度(砂的粗細程度用細度模數Mx表示,Mx愈大表示砂愈粗)。通常有粗砂、中砂和細砂之分。在相同質量(或體積)條件下,細砂總表面積較粗砂的大。
    砂的粗細程度和級配情況用篩分析法測定。
    根據《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》(JGJ52—92)的規(guī)定:普通混凝土用砂的粗細程度按細度模數分為粗、中、細三級:Mx在3.7~3.1為粗砂,Mx在3.0~2.3為中砂,Mx2.2~1.6為細砂。配制混凝土時宜優(yōu)先選用中砂。
    普通混凝土用砂分三個級配區(qū)(1、2、3區(qū)),混凝土中砂的顆粒級配應處于其中任何―個級配區(qū)以內。配制混凝土時宜優(yōu)先選用2區(qū)砂。
    在配制混凝土時,砂的顆粒級配和粗細程度這兩個因素應同時考慮。當砂中含有較多的粗粒徑砂,并以適當的中粒徑砂及少量細粒徑砂填充其空隙,則可達到空隙率及總表面積均較小,這樣的砂比較理想,不僅水泥漿用量較少,而且還可提高混凝土的密實性與強度。因此顆粒級配和細度模數是評定砂質量的重要指標。僅用粗細程度(Mx)這―指標是不能作為判據的。
    (3)砂的堅固性。砂的堅固性是指砂在氣候、環(huán)境變化或其他物理因素作用下,抵抗破壞的能力。按標準規(guī)定,砂的堅固性用硫酸鈉溶液檢驗。以質量損失率作為指標,有具體規(guī)定。
    3)粗骨料的質量要求
    混凝土粗骨料常用碎石或卵石,由天然巖石破碎,篩分而得,粒徑大于5 mm。
    (1)有害雜質的危害作用與在細骨料中相同,它們的含量也均有限制。這里特別要提出的是,當粗骨料中夾雜著活性氧化硅(它們的礦物形式有蛋白石、玉髓和鱗石英等)時,如混凝土中所用的水泥又含有較多的堿,就可能發(fā)生堿骨料破壞。因此,主要工程的混凝土使用的骨料應進行堿活性檢驗。經判定骨料有潛在危害時,應遵守有關規(guī)定使用。
    (2)顆粒形狀。粗骨料中有時含有針狀顆粒(顆粒長度大于該粒級平均粒徑的2.4倍)和片狀顆粒(厚度小于平均粒徑的0.4倍)。這種針、片狀顆粒過多,會降低混凝土強度,它們的含量應符合標準中的規(guī)定。
    (3)粒徑。粗骨料中公稱粒級的上限稱為該粒級的粒徑(如5~20 mm粒級,粒徑為20 mm)。在條件許可下,盡量選用較大的粒徑,可節(jié)約水泥用量。但骨料粒經要受結構型式和配筋疏密限制,按規(guī)范規(guī)定,不得超過結構截面最小尺寸的1/4,同時不得大于鋼筋間最小凈距的3/4;對混凝土實心板,可允許達1/2板厚但不得超過50 mm。
    的粒徑取決于混凝土的水泥用量,在水泥用量少的混凝土中,采用大骨料是有利的,而對于高強混凝土,因其水泥用量較多,采用的粗骨料粒徑則要小,―般不應大于31.5 mm。
    (4)顆粒級配。石子級配好壞對節(jié)約水泥和保證混凝土具有良好的和易性有很大關系,特別是對高強混凝土。石子級配的原理與砂相同,也是通過篩分試驗來確定。在JGJ53—92中有粗骨料顆粒級配范圍的規(guī)定。石子級配分連續(xù)粒級(粒徑由大至小連續(xù)分布)。單粒級用于組合成具有要求級配的連續(xù)粒級;也可與連續(xù)粒級混合使用,以改善級配或配成較大粒度的連續(xù)級配。
    (5)強度。粗骨料的強度,用巖石立方體強度做檢驗,―般生產控制可用壓碎指標值檢驗。要求立方體(或圓柱體)試件,在水飽和狀態(tài)下,其抗壓強度與設計要求的混凝土強度等級之比不應小于1.5。
    (6)堅固性。有抗凍要求的混凝土所用粗骨料,要求測定其堅固性。檢驗方法與砂相同。
    4)水
    混凝土拌合用水的質量要求是:不得影響混凝土的和易性及凝結;不得有損于混凝土強度發(fā)展;不得降低混凝土耐久性、加快鋼筋腐蝕及導致預應力鋼筋脆斷;不得污染混凝土表面。
    飲用水、清潔的天然水都可用來拌制和養(yǎng)護混凝土。
    在《混凝土拌合用水標準》中,規(guī)定水中物質含量限值。