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本部分内容是一级造价工程师资格考试土建技术与计量科目普通混凝土部分的考点汇总,每年考3-5分,是考生必备的内容,学习时采用理解记忆的方式,切忌死记硬背。
(一)组成材料
1.水泥
水泥是影响混凝土强度、耐久性及经济性的重要因素。
泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥,不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。道路工程应采用强度高、收缩小、耐磨性强、抗冻性好的水泥。
对于一般强度的混凝土,水泥强度等级宜为混凝土强度等级的1.5~2.0倍,对于较高强度等级的混凝土,水泥强度宜为混凝土强度等级的0.9~1.5倍。
2.砂
粒径在4.75mm以下的骨料为细骨料(砂)。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格:3.7~3.1为粗砂,3.0~2.3为中砂,2.2~1.6为细砂。粗、中、细砂均可作为普通混凝土用砂,但以中砂为佳。砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。
(2)粗细程度及颗粒级配 砂子过粗,则拌制的混凝土黏聚性较差,容易产生离析、泌水现象;若砂子过细,砂子的总表面积增大,虽然拌制的混凝土黏聚性较好,不易产生离析、泌水现象,但水泥用量增大。所以,用于拌制混凝土的砂,不宜过粗,也不宜过细。
级配良好的砂配制混凝土,不仅所用水泥浆量少,节约水泥,而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。
根据μm筛孔的累计筛余量分成三个级配分区。砂颗粒级配区中,1区砂颗粒较粗,宜用来配制水泥用量多(富混凝土)或低流动性普通混凝土,使用时宜适当提高砂率;2区为中砂,粗细适宜,配制混凝土宜优先选用2区砂;3区颗粒偏细,所配混凝土拌和物黏聚性较大,保水性好,但硬化后干缩较大,表面易产生微裂缝,使用时宜适当降低砂率。
Ⅰ类砂应采用级配区2区砂。对于泵送混凝土,宜选用中砂,通过μm筛孔的砂应不少于15%。对于混凝土路面混凝土板,应采用符合规定级配,细度模数在2.5以上的粗砂、中砂。
(3)坚固性
砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。按砂的坚固性用硫酸钠溶液检验,试样经5次循环后其质量损失应符合该规范中的要求。
3.石子
碎石是由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于4.74mm的岩石颗粒;卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的,粒径大于4.75的岩石颗粒。粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4,且不超过钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板,粗骨料最大粒径不宜超过板厚的1/3,且不得超过40mm。
对于泵送混凝土应根据粗骨料品种、泵送高度、输送管径确定最大粒径,碎石的最大粒径应不大于输送管径的1/3,卵石的最大粒径应不大于输送管径的1/2.5。水泥混凝土路面混凝土板用粗骨料,其最大粒径不应超过40mm。水泥混凝土路面混凝土板用粗骨料,应采用连续粒级5~40mm。
4.水 对于设计使用年限为年的结构混凝土,氯离子含量不得超过mg/L;对使用钢丝或热处理钢筋的预应力混凝土,氯离子含量不得超过mg/L。混凝土企业设备洗刷水不宜用于预应力混凝土、装饰混凝土、不得用于使用碱活性或潜在碱活性骨料的混凝土。在无法获得水源的情况下,海水可用于素混凝土,但不宜用于装饰混凝土。未经处理的海水严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土。
5.外加剂
按主要功能分类:
1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂,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、防冻剂和阻锈剂等。
4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括加气剂、膨胀剂、着色剂等。
常用混凝土外加剂
1)减水剂。混凝土减水剂是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下,具有减水增强作用的外加剂。
混凝土掺入减水剂的技术经济效果:
①保持坍落度不变,掺减水剂可降低单位混凝土用水量,从而降低了水灰比,提高混凝土强度,同时改善混凝土的密实度,提高耐久性;
②保持用水量不变,掺减水剂可增大混凝土坍落度(流动性);
③保持强度不变,掺减水剂可节约水泥用量。减水剂常用品种有普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂等。
①普通减水剂。主要成分为木质素磺酸盐类,如木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁等,具有一定缓凝、减水和引气作用,宜用于日最低气温5℃以上强度等级为C40以下的混凝土,但不宜单独用于蒸养混凝土。
②高效减水剂。混凝土工程可采用的高效减水剂有:萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合的盐类、氨基磺酸盐等多环芳香族磺酸盐类;磺化三聚氰胺树脂等水溶性树脂磺酸盐类;脂肪族羟烷基磺酸盐高缩聚物等脂肪族类。高效减水剂具有较高的减水率,较低的引气量,是我国使用最广,使用量最大的外加剂。高效减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土。缓凝型高效减水剂可用于大体积混凝土、碾压混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土、大面积浇筑的混凝土、避免冷缝产生的混凝土、需较长时间停放或长距离运输的混凝土、自密实混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需要延缓凝结时间且有较高减水率要求的混凝土;宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土。标准型高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土,也可用于蒸养混凝土。
③高性能减水剂。高性能减水剂比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩,且具有一定引气性能的减水剂。聚羧酸系高性能减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土。宜用于高强混凝土、自密实混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、预制构件混凝土和钢管混凝土,具有高体积稳定性、高耐久性或高工作性要求的混凝土。缓凝型聚羧酸系高性能减水剂宜用于大体积混凝土,不宜用于日最低气温5℃以下施工的混凝土。早强型聚羧酸系高性能减水剂宜用于有早强要求或低温季节施工的混凝土,但不宜用于日最低气温-5℃以下施工的混凝土,且不宜用于大体积混凝土。
2)早强剂。混凝土早强剂是指能提高混凝土早期强度,并对后期强度无显著影响的外加剂。若外加剂兼有早强和减水作用则称为早强减水剂。早强剂多用于抢修工程和冬季施工的混凝土。目前常用的早强剂有氯盐、硫酸盐、三乙醇胺和以它们为基础的复合早强剂。早强剂宜用于蒸养、常温、低温和最低温度不低于-5℃环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热条件以及环境温度低于-5℃时不宜使用早强剂。早强剂不宜用于大体积混凝土。
①氯盐早强剂。常用的有氯化钙(CaCl2)和氯化钠(NaCl)。掺入氯化钙能缩短水泥的凝结时间,提高混凝土的密实度、强度和抗冻性。氯盐早强剂不能用于预应力混凝土结构。
②硫酸盐早强剂。常用的硫酸钠(Na2S04)早强剂,又称元明粉。不宜使用无机盐类早强剂的情形有:处于水位变化的结构;露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构;相对湿度大于80%环境中使用的结构;直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构;有装饰要求的混凝土,特别是要求色彩一致或表面有金属装饰的混凝土。
③三乙醇胺[N(C2H4OH3)]早强剂。是一种有机化学物质,对钢筋无锈蚀作用。三乙醇胺等有机胺类早强剂不宜用于蒸养混凝土。单独使用三乙醇胺,早强效果不明显。
3)引气剂及引气减水剂。引气剂是在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀的稳定而密封的微小气泡,以减少拌和物泌水离析、改善和易性,同时显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。兼有引气和减水作用的外加剂称为引气减水剂。
以松香树脂类的松香热聚物的效果较好,最常使用。
引气减水剂减水效果明显,减水率较大,不但能起引气作用而且还能提高混凝土强度,弥补由于含气量而使混凝土强度降低的不利,而且节约水泥。常在道路、桥梁、港口和大坝等工程上采用。解决混凝土遭受冰冻、海水侵蚀等作用时的耐久性问题,可采用的引气减水剂有改性木质素磺酸盐类、烷基芳香磺酸盐类以及由各类引气剂与减水剂组成的复合剂。
引气剂和引气减水剂,除用于抗冻、防渗、抗硫酸盐混凝土外,还宜用于泌水严重的混凝土、贫混凝土以及对饰面有要求的混凝土和轻骨料混凝土,不宜用于蒸养混凝土和预应力混凝土。
4)缓凝剂。缓凝剂是指延缓混凝土凝结时间,并不显著降低混凝土后期强度的外加剂。兼有缓凝和减水作用的外加剂称为缓凝减水剂。
缓凝剂用于大体积混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土或长距离运输的混凝土。最常用的是糖蜜和木质素磺酸钙,糖蜜的效果最好。
5)泵送剂。泵送剂是指能改善混凝土拌合物的泵送性能,使混凝土具有能顺利通过输送管道,不阻塞,不离析,黏塑性良好的外加剂。其组份包含缓凝及减水组份,增稠组份(保水剂),引气组份,及高比表面无机掺合料。应用泵送剂温度不宜高于35℃,掺泵送剂过量可能造成堵泵现象。
泵送剂不宜用于蒸汽养护混凝土和蒸压养护的预制混凝土。
6)膨胀剂
当膨胀剂用于补偿收缩混凝土时,膨胀率相当于或稍大于混凝土收缩,用于防裂、防水接缝、补强堵塞。当膨胀剂用于自应力混凝土时,膨胀率远大于混凝土收缩,可以达到预应力或化学自应力混凝土的目的,常用于自应力钢筋混凝土输水、输气、输油压力管,反应罐、水池、水塔及其他自应力钢筋混凝土构件。
掺硫铝酸钙膨胀剂的混凝土,不能用于长期处于环境温度为80℃以上的工程;掺硫铝酸钙类或石灰类膨胀剂的混凝土,不宜使用氯盐类外加剂。
(二)技术性质
1.混凝土的强度
(1)立方体抗压强度(fcu)。按照标准的制作方法制成边长为mm的立方体试件,在标准养护条件(温度20℃±2℃,相对湿度95%以上或在氢氧化钙饱和溶液中)下,养护到28d,按照标准的测定方法测定其抗压强度值称为混凝土立方体试件抗压强度,简称立方体抗压强度,以fcu表示。而立方体抗压强度(fcu)只是一组试件抗压强度的算术平均值,并未涉及数理统计和保证率的概念。立方体抗压强度标准值(fcu,K)是按数理统计方法确定,具有不低于95%保证率的立方体抗压强度。
混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值(fcu,K)来确定的。
(2)抗拉强度。混凝土在直接受拉时,很小的变形就要开裂。它在断裂前没有残余变形,是一种脆性破坏。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20,且强度等级越高,该比值越小,所以,混凝土在工作时,一般不依靠其抗拉强度。在设计钢筋混凝土结构时,不是由混凝土承受拉力,而是由钢筋承受拉力。但是混凝土的抗拉强度对减少裂缝很重要,有时也用来间接衡量混凝土与钢筋的黏结强度。
混凝土抗拉强度采用劈裂抗拉试验方法间接地求得,称为劈裂抗拉强度。
(3)抗折强度。在道路和机场工程中,混凝土抗折强度是结构设计和质量控制的重要指标,而抗压强度作为参考强度指标。道路水泥混凝土的抗折强度检验的标准试件为mm×mm×mm直方体,是对直角棱柱体小梁按三分点加荷方式测定的。
(4)影响混凝土强度的因素
①水灰比和水泥强度等级。在配合比相同的条件下,所用的水泥强度等级越高,制成的混凝土强度也越高。当用同一品种及相同强度等级水泥时,混凝土强度等级主要取决于水灰比。因为水泥水化时所需的结合水,一般只占水泥重量的25%左右,为了获得必要的流动性,保证浇灌质量,常需要较多的水,也就是较大的水灰比。当水泥水化后,多余的水分就残留在混凝土中,形成水泡或蒸发后形成气孔,减少了混凝土抵抗荷载的实际有效断面,在荷载作用下,可能在孔隙周围产生应力集中。因此可以认为,在水泥强度等级相同情况下,水灰比越小,水泥石的强度越高,与骨料黏结力也越大,混凝土强度也就越高。适当控制水灰比及水泥用量,是决定混凝土密实性的主要因素。
②养护的温度和湿度。混凝土的硬化,关键在于水泥的水化作用,温度升高,水泥水化速度加快,因而混凝土强度发展也快。反之,温度降低,水泥水化速度降低,混凝土强度发展将相应迟缓。因此,在夏季施工中应特别注意浇水,保持必要的湿度,在冬季特别注意保持必要的温度。
③龄期。混凝土在正常养护条件下,其强度随着龄期增加而提高。最初7~14d内,强度增长较快,28d以后增长缓慢。
2.混凝土的和易性
(1)和易性概念。和易性是一项综合技术指标,包括流动性、黏聚性、保水性三个主要方面。
①流动性:产生流动并均匀密实的充满模板的能力。
②黏聚性:使混凝土保持整体均匀性的能力。
③保水性:混凝土拌和物在施工中不致发生严重的泌水现象。
混凝土拌和物和易性通常采用坍落度及坍落扩展度试验和维勃稠度试验进行评定。
(2)影响混凝土和易性的主要因素
1)水泥浆。水泥浆是普通混凝土和易性最敏感的影响因素。
2)骨料品种与品质。
一般采用卵石(河砂)拌制的混凝土拌和物比采用碎石(山砂)拌制的流动性好。
3)砂率。在用水量及水泥用量一定的条件下,存在最佳砂率,使混凝土拌和物获得最大的流动性,且保持黏聚性和保水性。
4)其他因素。①水泥与外加剂;②温度和时间。
3.混凝土耐久性
(1)混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用,长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。
①抗冻性。指混凝土在饱和水状态下,能经受多次冻融循环而不被破坏,也不严重降低强度的性能,是评定混凝土耐久性的主要指标。抗冻性好坏用抗冻等级表示。
混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响抗冻性的重要因素。密实或具有封闭孔隙的混凝土,其抗冻性较好。提高混凝土抗冻性的最有效的方法是采用加入引气剂、减水剂和防冻剂的混凝土或密实混凝土。
②抗渗性。抗渗性好坏用抗渗等级表示。根据标准试件28d龄期试验时,所能承受的最大水压,分为P4、P6、P8、P10、P12五个等级,抗渗等级不低于P6的混凝土为抗渗混凝土。影响混凝土抗渗性的因素有水灰比、水泥品种、骨料的粒径、养护方法、外加剂及掺和料等,其中水灰比对抗渗性起决定性作用。
③抗侵蚀性。混凝土的抗侵蚀性与密实度有关,水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。
④混凝土碳化。使混凝土的碱度降低,减弱了混凝土对钢筋的保护作用。
(2)提高混凝土耐久性的措施。混凝土耐久性主要取决于组成材料的质量及混凝土密实度。
提高混凝土耐久性的主要措施有:
①根据工程环境及要求,合理选用水泥品种。
②控制水灰比及保证足够的水泥用量。
③选用质量良好、级配合理的骨料和合理的砂率。
④掺用合适的外加剂。
(三)配合比设计 设计混凝土配合比的基本要求
(1)满足混凝土设计的强度等级;
(2)满足施工要求的混凝土和易性;
(3)满足混凝土使用要求的耐久性;
(4)满足上述条件下做到节约水泥和降低混凝土成本。从表面上看,混凝土配合比只是计算水泥、砂子、石子、水这四种组成材料的用量。实质上是根据组成材料的情况,确定满足上述四项基本要求的三大参数:水灰比、单位用水量和砂率。
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