土木工程材料——4.水泥混凝土

(5)减水剂的减水机理
★减水剂之所以能减水，是由于它是一种 表面活性剂。其减水机理有三 ①吸附－分散→减水剂的憎水基团定向吸附在
水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电 荷，在电性斥力作用下使水泥颗粒分开，将絮 凝结构内包裹的水分释放出来,从而增加了拌合 物的流动性。 ②润滑作用→水泥颗粒表面吸附了足够的减水剂后， 使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜， 它阻止了水泥颗粒的直接接触，并 在颗粒之间起润滑作用。 ③湿润作用→由于水泥颗粒被有效的 分散，颗粒表面被水充分湿润， 促进了水泥的水化程度，从而 提高了强度。 憎水基团 亲水基团 水 水泥颗粒
压碎指标 = M 0− M M
1 1
压碎指标—是表示粗骨料强度的间接指标。 压碎指标越小,粗骨料强度越高。反之。粗骨料强度越低。
7.颗粒级配
(1)定义— 石子中不同粒径颗粒的搭配情况 (2)目的— 使石子的总空隙率较小→节约水泥用量 (3)测定— 用筛分析方法(简称筛析法)测定 (4)类型— 连续级配和单粒级(间断级配) 连续级配— 石子由小到大各粒级相连的级配. 间断级配— 小颗粒粒径石子直接与大颗粒粒径石子相配,中间 缺了一段粒级的级配. (5)标准筛孔— 2.36，4.75，9.5，16，19，26.5，31.5， 37.5， 53，63，75，90㎜。 8.坚固性— 定义与要求同细骨料 碎石—表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结牢固； 卵石—表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石粘结力较差； 在相同条件下，卵石砼强度较碎石砼强度低； 在单位用水量相同条件下，卵石砼流动性较碎石砼大；
五.外加剂(admixture)
1.定义⎯在拌制砼过程中掺入的用以改善砼性能的物质，掺量一般不
大于水泥重量5%(特殊情况除外)。
2.分类⎯按主要功能分为四类。 3.常用种类⎯减水剂、引气剂、早强剂和缓凝剂等 4.减水剂
(1)定义—在砼拌合物坍落度基本相同的条件下,能减少拌合用水量的外加剂 (2)技术经济效果(作用)
（1）中、低强度等级砼（﹤C60），水泥强度等级=(1.5-2.5)砼强度等级 （2）高强度等级砼（≥C60），水泥强度等级=(0.8-1.5)砼强度等级
二.水(water)
1.基本要求 ⎯ 不影响砼的凝结和硬化；无损于砼强度发展和耐久性；
不加快钢筋锈蚀;不引起预应力钢筋脆断;不污染砼表面.
2.满足 ⎯《砼拌合用水标准》JGJ63-89的规定。凡是能引用的水和洁净
例题某砼柱截面为300×400mm，柱中受力钢筋直径为22mm，受
力筋间距为66mm。则该柱砼所用石子最大粒径为多少mm？ 解：依据GB50204—2002规定：
⎧ d ≤ 300 × 1 = 75 mm ⎫ ⎪ ⎪ 4 Q Min ⎨ ⎬ = 33 mm ，∴ d = 31 . 5 mm ⎪ d ≤ ( 66 − 22 ) × 3 4 = 33 mm ⎪ ⎭ ⎩
(3)危害
(4)要求—符合《建筑用砂》GB/T14684—2001的要求
4.粗细程度
(1)定义—不同粒径的砂粒混合在一起后的平均（总体）粗 细程度 (2)目的—使砂的总表面积较小,包裹砂粒表面的水泥浆较少, 从而节约水泥用量 (3)测定—用筛分析方法(简称筛析法)测定 (4)指标—细度模数
A2 + A3 + A4 + A5 + A6 − 5 A1 μf = 100 − A1
(6)减水剂的种类
按效果分→普通、高效减水剂 按化学成分分→木质素系、奈系、树脂系等
(7)减水剂的掺加方式
减水剂掺入砼的方法主要有：先掺法、同掺法、滞水法、后掺法等四种
先掺法→将减水剂与水泥混合后再与骨料和水一起搅拌 同掺法→将减水剂先溶于形成溶液后再加入搅拌物中一起搅拌 滞水法→在搅拌过程中减水剂滞后1～3min加入 后掺法→在拌合物运送到浇筑地点后，才加入减水剂再次搅拌均匀进行浇筑
的天然水，均可用于砼拌合和养护。
三.细骨料(fine-aggregate)
1.定义 ⎯粒径在0.15mm-4.75mm的骨料称为细骨料，常称作砂(sand)。
按产源分 天然砂⎯河砂、湖砂、山砂、淡化海砂 人工砂⎯机制砂、混合砂 按细度模数分 — 粗砂、中砂、细砂
2.分类
3.泥、泥块、有害物质
⑴含泥量----粒径小于0.075mm的颗粒； 石粉含量----人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒； 泥块含量----粗（细）集料中粒径大于4.75（1.18），水 洗后小于2.23（0.6）mm的颗粒 (2)有害物质— 包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸 盐、氯盐等 泥,泥块,云母,轻物质 ——粘附在砂的表面,妨碍水泥与砂的粘结, 降低砼的强度,增加砼的用水量,加大砼 的收缩,降低砼的抗渗性和抗冻性。 硫化物及硫酸盐——对水泥有(硫酸盐)腐蚀作用 有机物——会分解出有机酸对水泥有腐蚀作用 氯盐——对钢筋有腐蚀作用。
细度模数 μf =[(28+52+82+95+99)-5×10]/(100-10)=3.4,属粗砂 ∵A0.6=82,∴按Ⅰ区评定。经检查所有筛孔Ai均落在Ⅰ区,则 该砂为Ⅰ区砂，级配合格。
四.粗骨料(coarse-aggregate)
1.定义⎯粒径在4.75mm -90mm的骨料称为粗骨料，常称作石子(gravel)。 2.分类 —— 按产源分 — 碎石、卵石
5.引气剂
(1)定义—在砼搅拌过程中能引人大量均匀分布、稳定而封闭的微小气
泡的外加剂
(2)目的(作用)
①改善砼拌合物的和易性 —既提高拌合物流动性，又能改善拌合物粘聚性和保水性 ②提高砼的抗渗性和抗冻性 ③强度有所降低
6.早强剂 7.缓凝剂
六.掺合料(additive) 1.定义⎯与砼其他组分一起，直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废
5.最大粒径(粒径）
(1)定义→粗骨料公称粒级的上限 (2)目的→表示粗骨料的粗细程度。 →粗骨料总表面积较小→节约水泥 条件许可时，粗骨料的最大粒径大应尽量大。 (3)《砼结构工程施工质量验收规范》(GB50204—2002)规定： ①砼梁、柱、墙的粗骨料的最大粒径： ≤1/4截面最小尺寸，且≤3/4钢筋净距。 ②砼板的粗骨料的最大粒径≤1/2板厚，且≤40mm。
砼硬化后(concrete) ⎯ 起胶结作用 砼未硬化前(fresh concrete) ⎯ 起润滑作用
砼
细骨料 骨料 粗骨料
抑制水泥浆收缩、耐磨 起骨架作用、抗风化
第二节.砼组成材料
品种
水泥(cement) 水(water)
强度等级 分类 洁净水 泥、泥块；有害物质 粗细程度 颗粒级配 坚固性 碱活性 分类 泥、泥块；有害物质 最大粒径 颗粒形状 颗粒级配 强度
— 按粒径尺寸分 — 连续级配、单粒级（间断级配）
3.泥wenku.baidu.com泥块、有害物质
泥、泥块—定义详细骨料 有害物质—包括有机物、硫化物及硫酸盐等 危害—详细骨料 要求—符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求
4.颗粒形状(粒形）
（1）最佳形状—球形、正方体形 （2）最差形状—针状颗粒、片状颗粒 针状、片状颗粒—定义详教材 危害—拌合物和易性差，砼强度降低，耐久性差（骨料空隙率大） 要求—符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求
按抗压强度 三.砼特点
1.优点⎯ 就地取材；造价低；可塑性好；耐久性 高；与钢筋有牢固的粘结；性能可调整。 2.缺点⎯ 自重大；比强度小；抗拉强度低，性脆； 导热系数大；硬化慢；生产周期长。
四.砼中各组成材料的作用 砼组成材料 ⎯ 水泥、水、细骨料和粗骨料，以及
适量外加剂和掺合料 水泥 水泥浆 水
标准筛
标准筛
砂的筛分析试验
(1)标准筛孔(方孔)—4.75㎜, 2.36㎜, 1.18㎜,0.6㎜,0.3 ㎜,0.15㎜ (2)标准试样 M = 500g
4.75㎜ 2.36㎜ 1.18㎜ 0.6㎜ 0.3㎜ 0.15㎜ 筛底 筛孔尺寸 mm 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 计算公式 筛余量 mi(g) 50 90 120 150 65 20 mi 分计筛余 ai(%) 10 18 24 30 13 4 ai=(mi/M)100 累计筛余 Ai(%) 10 28 52 82 95 99 Ai =∑ai
6.强度
(1)强度 岩石强度（仅用于碎石，且砼≥C60时才检验） 压碎指标（用于碎石、卵石） a)岩石强度——用母岩制作50mm立方体（或直径和高均为 50mm圆柱体）浸水48h， 测定抗压强度，要 求：岩石抗压强度≥1.5砼强度等级。 b)压碎指标——一定重量气干状态的9.5mm～19mm碎石装 人标准筒内，按规定速度加荷至200KN，卸 荷后称取试样重M0, 用2.36mm筛筛去细粒， 称取筛余重M1。
第四章.水泥混凝土(concrete)
第一节.砼概述
一.砼定义 二.砼分类 按表观密度
重砼(ρ0≥2600kg/m3); 普通砼 (1950kg/m3＜ρ0 ＜2600kg/m3); 轻砼(ρ0≤1950kg/m3 ) 低强砼(fcu＜30MPa); 中强砼(fcu=30-60MPa) 高强砼(fcu≥60MPa); 超高强砼(fcu≥100MPa)
①拌合物用水量不变时,能明显提高拌合物流动性(增大坍落度) ②拌合物坍落度和水泥用量不变时,可减少用水量,且提高砼强度,尤其是早期强度 ③当保持砼强度不变时,节约水泥用量
(3)水泥桨的絮凝结构
水泥加水后,由于水泥颗粒之间的分子凝聚力作用形成的结构.详下图
(4)表面活性剂 ①定义—具有显著改变(通常为降低)液体表面张力或两相间界面张力的物质 ②作用—湿润、乳化、分散、润滑、起泡和洗涤作用 ③构造—分子由亲水基团和憎水基团两部分组成，详下图
(5)分类 —μf = 3.1-3.7为粗砂，μf = 2.3-3.0为中砂， μf = 1.6-2.2为细砂，μf =0.7-1.5为特细砂 配制砼时优先选用中粗砂 5.颗粒级配 (1)定义—砂中不同粒径颗粒的搭配情况
(2)目的—使砂的总空隙率较小，填充砂粒空隙的水泥浆较 少，从而节约水泥用量。 (3)测定—用筛分析方法(简称筛析法)测定 (4)评定— 按0.6mm筛孔累计筛余百分率分成三个级配区 I、 II、 III区。 (5)级配合格的标志 各筛孔累计筛余百分率(Ai)落在任一级配区,级配合格 除4.75mm、0.6mm外，允许有少量超出，但超出总量不大于 5%，级配合格 配制砼时优先选用II区砂 6.坚固性 7.碱活性
料，掺量一般大于水泥重量5%。
2.作用⎯ 改善砼性能，节约水泥 3.常用种类 ⎯ 粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉磨细煤矸石等 4.粉煤灰
按排放方式—分干排灰与湿排灰 按收集方式—分静电收尘灰与机械收尘灰 ①分类 按加工方式—分原状灰与磨细灰 按质量—分高钙灰（CaO＞10%)与低钙灰（CaO＜10%) ②粉煤灰效应—活性效应、形态效应、微骨料效应 ③等级—按细度、烧失量、需水量、三氧化硫、含水量等分为三个等级 ④掺加方式—等量取代法、超量取代法、外掺法 ⑤作用—粉煤灰掺入砼中，可以改善拌合物的和易性、可泵性和可塑性； 降低砼的水化热；使砼的弹性模量提高； 提高砼的耐腐蚀、抗渗性、抗冻性等。 但使砼的早期强度有所降低。
第三节.砼的性能
砼性能
拌合物(fresh concrete)的性能—和易性(Workability) 强度(Strength) 硬化砼的性能 变形(Deformation) 耐久性(Durability)
坍落度(mm) —塑性或流动性砼
一.和易性(Workability)
1.定义 流动性—指标 2.内容 粘聚性
差。 坍落度大，流动性好，反之，则差。 维勃绸度(s)
—干硬性砼
维勃绸度小，流动性好，反之，则
保水性 无指标,靠经验目测 3.坍落度选择 —详《砼结构工程施工质量验收规范 》 (GB50204—2002) 依据— 构件截面尺寸、钢筋疏密和捣实方法来选择
细骨料(fine-aggregate) 砼
Concrete
粗骨料
( coarse - aggregate) 定义、分类 作用 减水剂、引气剂 定义、分类
外加剂(admixture) 掺合料(additive)
作用 粉煤灰、磨细矿渣
一.水泥(cement)
1.品种 ⎯ 依据工程结构特点、使用环境及水泥特性选择 2.强度等级 ⎯ 水泥强度等级应与砼强度等级相适应