掌握装饰材料的基本功能与选择⑾ 工程现场或混凝土搅拌站应根据实测的细骨料含水率a%和粗骨料含水率b%,将实验室配合比换算为施工配合比:_(c)=(m)_(c),_(c)=(m)_(c),_(c)=(m)_(c)_(c)=(m)_(c)_(c)=(m)_(c)_(c)=(m)_(c)_(c)=(m)_(c)若不经换算直接用于工程施工,则配制的混凝土水胶比将增大,硬化混凝土强度将下降。例题5-1:普通混凝土的主要组成材料有哪些?在混凝土中的主要作用是什么?答:混凝土主要组成材料有:水泥、水、细骨料和粗骨料、化学外加剂和矿物掺合料。细骨料和粗骨料的作用:① 骨架作用; ② 抑制收缩。水泥、掺合料、化学外加剂和水的作用:① 形成水泥浆,包裹骨料表面并填充骨料间空隙;② 混凝土硬化前起润滑作用,赋予混凝土拌合物流动性,便于施工;③ 硬化后起胶结作用,使混凝土产生强度,成为坚硬的人造石材。外加剂的作用:调整混凝土拌合物和硬化混凝土性能。矿物掺合料的作用:①降低成本; ②改善混凝土性能。例题5-2:什么叫骨料的级配?骨料级配良好的标准是什么?答:骨料的颗粒级配是指粒径大小不同的骨料之间的搭配情况。骨料级配良好的标准是:骨料堆积密度小,堆积空隙率小。例题5-3:骨料粒径大小和级配好坏对混凝土有什么样的技术经济意义?答:骨料粒径较小时,颗粒比表面积较大,发挥润滑作用的水泥浆用量较大;骨料级配较差时,骨料堆积空隙率较大,发挥填充作用的水泥浆用量也较大;因此,骨料粒径过小或骨料级配较差时,混凝土拌合物水泥用量较大,不经济。例题5-4:砂筛分结果计算(见Ⅵ《土木工程材料》期中试题)例题5-5:什么是混凝土的和易性?它包括哪些方面的意义?答:混凝土的和易性又称工作性,是指混凝土拌合物易于施工操作(拌和、运输、浇筑和振捣),不发生分层、离析、泌水等现象,以获得质量均匀、密实混凝土的性能,包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的意义。例题5-6:影响混凝土和易性的因素有哪些?答:水泥浆数量和水灰比(或胶浆数量和水胶比):在适当范围内,水泥浆数量越多,水灰比越大,拌合物流动性越好,但水泥浆数量或水灰比过大时,混凝土拌合物粘聚性、保水性较差。砂率:砂率不宜过大或过小,过小,混凝土拌合物粘聚性和保水性较差;过大,骨料比表面积增大,相同水泥浆用量条件下,混凝土拌合物流动性下降,相同流动性条件下,水泥浆用量增多,不经济。水泥:采用矿渣水泥拌制的混凝土易泌水。骨料:骨料粒径减小或级配不良时,混凝土拌合物流动性下降。外加剂:掺加引气剂、减水剂等有助改善混凝土拌合物和易性。温度和时间:环境温度较高时,水泥水化反应速度快,水分易蒸发,混凝土拌合物流动性损失较快;随时间延长,混凝土拌合物流动性也会下降。例题5-7:如何调整混凝土和易性?调整和易性时为什么要保持水灰(胶)比不变?答:改善混凝土拌合物粘聚性和保水性的措施主要有:① 选用级配良好的粗、细骨料,并选用连续级配;② 适当限制粗骨料的最大粒径,避免选用过粗的细骨料;③ 适当增大砂率或掺加粉煤灰等矿物外加剂;④ 掺加减水剂和/或引气剂。改善混凝土拌合物流动性的措施主要有:① 尽可能选用粒径较大的粗、细骨料;② 采用泥、泥块等杂质含量少、级配好的粗、细骨料;③ 保证粘聚性和保水性前提下尽量选用较小砂率;④ 在上述基础上,保持水灰比不变,适当增加水泥用量和用水量;如流动性太大,则保持砂率不变,适当增加砂、石用量;⑤ 掺加减水剂和/或引气剂。调整和易性时必须保持水灰(胶)比不变,否则会影响混凝土强度。例题5-8:什么叫砂率和合理砂率?采用合理砂率配制混凝土有什么意义?答:砂率是指混凝土中砂的重量占砂、石总重量的百分比。合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下,能使混凝土拌合物获得最好的流动性,且保持粘聚性及保水性良好时的砂率;或在保持混凝土拌合物坍落度基本相同,且能保持粘聚性及保水性良好的情况下,水泥用量最少时的砂率。采用合理砂率配制混凝土有助于在保证混凝土拌合物和易性前提下,尽量减少水泥用量。例题5-9:影响混凝土强度的因素有哪些?答:水泥强度和水灰比:在保证能充分密实条件下,水泥强度越高,水灰比越小,混凝土强度越高。骨料:骨料强度越高,表面越粗糙,混凝土强度越高。施工方法:机械搅拌和机械振捣有助于提高混凝土强度。养护温度和湿度:养护温度越高,混凝土强度发展越快,但可能会影响后期强度。保证足够的养护湿度有助于混凝土的强度正常发展。养护龄期:龄期越长,混凝土强度越高。实验条件:加荷速度越快,实测强度越高;试件尺寸较大、表面凹凸不平均导致混凝土强度下降。例题5-10. 混凝土从拌制到使用可能会产生哪些变形?引起这些变形的原因是什么?答:混凝土从拌制到使用可能发生的主要变形及产生变形的原因是:塑性收缩:在浇筑以后到终凝前,混凝土尚属于一定的塑性状态,由于沉降动力、失水、毛细管收缩压力、早期化学收缩以及自收缩等引起的体积变化。这类收缩与一次性浇筑高度、结构中钢筋配置及养护等有关。化学收缩:其变形原因是由于混凝土在硬化过程中,水泥水化产物体积小于反应物(水泥与水)的体积,故导致混凝土在硬化时产生收缩。干缩湿胀:其变形原因是由于毛细管吸收水分或失去水分时产生的毛细作用力所致。热胀冷缩:其变形原因是由于环境温度变化引起的材料本身的体积膨胀与收缩。弹塑性变形:是由瞬时荷载作用引起的变形;徐变变形:是由长期荷载引起的变形。例题5-11. 什么叫混凝土的标准养护、自然养护、蒸汽养护和蒸压养护?答:标准养护是指将混凝土放在(20±2)℃,相对湿度为95%以上的标准养护室或(20±2)℃不流动Ca(OH)2 饱和溶液中进行的养护。自然养护是指混凝土在自然条件下于一定时间内使混凝土保持湿润状态的养护,包括洒水养护和喷涂薄膜养护两种。蒸汽养护是指将混凝土在常压蒸汽中进行养护的一种养护方法。蒸压养护是将混凝土在175℃及8个大气压的压蒸釜中进行养护的一种养护方法。例题5-12:混凝土减水剂的减水机理是什么?常用的减水剂有哪些?答:减水剂的减水机理主要是吸附-分散作用。常用的减水剂有:木质素类、萘系、树脂系、聚羧酸系、氨基磺酸盐系等。例题5-13:常见混凝土耐久性问题有哪些?如何提高混凝土的耐久性?答:常见混凝土耐久性问题有:抗渗性、抗冻性、碳化、抗化学侵蚀、碱骨料反应等。提高混凝土耐久性的措施有:① 选择适宜的水泥品种和强度等级,根据使用环境条件,掺加适量活性矿物掺合料。② 采用较小水灰比,限制最大水灰比和最小水泥用量,以保证混凝土的孔隙率较小。③ 采用杂质少、级配好、粒径较大或适中的粗骨料,并采用坚固性好的粗、细骨料。④ 掺加减水剂和引气剂。减水剂和引气剂可显著提高混凝土的耐久性。⑤ 加强养护,特别是早期养护。⑥ 采用机械搅拌和机械振动成型。例题5-14:今有按C30配合比浇注的混凝土9组,其强度分别为31.0、32.5、33.0、33.5、34.0、34.5、35.0、35.5和36.0MPa。试对该混凝土强度进行检验评定(合格评定)。(fcu平均值≥1.15fcu,k,fcu,min≥0.95fcu,k)。

解:用计算器算得, fcu平均值=33.9 MPa<1.15fcu,k =1.15×30=34.5 MPa

fcu,min=31.0 MPa≥0.95fcu,k =0.95×30=28.5 MPa,该组混凝土强度检验评定结果不合格。

例题5-15:今有按C30配合比浇注的混凝土10组,其强度分别为29.0、31.0、32.5、33.0、33.5、34.0、34.5、35.0、35.5和36.0MPa。试对该混凝土强度进行检验评定(合格评定)。(fcu平均值-1.15Sfcu≥f cu,k,fcu,min≥0.9fcu,k)。

解:用计算器算得,Sfcu =2.145=2.1 MPa。小于2.5MPa,取2.5MPa

f cu平均值=33.4≥f cu,k+1.15Sfcu =30.0+1.15×2.5=32.9 MPa

f cu,min=29.0 ≥0.9f cu,k=0.9×30=27.0 MPa。该组混凝土强度检验评定结果合格。

例题5-16:某混凝土预制构件厂,生产钢筋混凝土梁需用设计强度等级为C30的混凝土,现场拟用原材料情况如下:水泥:42.5级普通硅酸盐水泥,密度为3.10g/cm3,水泥强度富余系数为1.07;级配合格的细砂,表观密度为2.63 g/cm3,含水率为3%;公称粒级为5~20mm的碎石,级配合格,表观密度为2.70g/cm3,含水率为1%。已知混凝土要求的坍落度为35~50mm。试计算:

(1) 混凝土的初步配合比;

(2) 假定按初步配合比进行试拌调整后,混凝土拌合物和易性已能满足要求,且强度校核后计算得到的水灰比能够满足混凝土强度设计要求,试计算混凝土施工配合比;

(3) 计算每拌2包水泥时混凝土各材料的用量(1包水泥重50kg);

(4) 如在上述混凝土中掺入0.5%的非引气型高效减水剂,减水10%,减水泥5%,求此时每m3混凝土中各材料的用量。

解:

(1)确定配制混凝土的计算配合比

(A)确定配制强度 fcu,0= fcu,k + 1.645σ= 30+1.645×5.0 = 38.2(MPa)

(B)确定水灰比或水胶比 W/B=W/C=afb/( fcu,0 + a b fb) = 0.53×42.5×1.07/(38.2+0.53×0.20×42.5×1.07) = 0.56。

(C)确定用水量(mW0)查表,按坍落度要求35~50mm,碎石最大粒径为20mm,则1m3混凝土的用水量可选用mW0=195kg。

(D)确定水泥用量(mC0) ,mC = mW/(W/C) = 195/0.56 =368(kg)。

(E)确定砂率(βs)查表,W/C = 0.56 和碎石最大粒径为20mm时,可取βs =36%。

[(32+37)/2=34.5,(35+40)/2=37.5,βs =34.5+(37.5-34.5)/10×6=36% ]

(F)确定1m3混凝土砂、石用量(mS、mG)采用体积法,有:

解得 mS =650kg;mG =1155kg。

得混凝土计算配合比1m3混凝土的材料用量为:

mC:mW:mS:mG = 368:195:650:1155=1:0.56:1.77:3.14,ρ=2368kg/m3。

(2)计算混凝土施工配合比

mC，=mC=368,mW，=mW-mS·a%-mG·b%=195-650×3%-1155×1%=164,

mS，=mS(1+a%)=650(1+3%)=670,mG，=mG(1+b%)=1155(1+1%)=1167

mC，:mW，:mS，:mG，=368:164:670:1167。

(3)每拌2包水泥的混凝土时各材料用量 mC，:mW，:mS，:mG，=100:45:182:317。

(4)如果在上述混凝土(初步计算配合比)中掺入0.5%UNF-2减水剂,并减水10%,减水泥5%,求混凝土的施工配合比。

原初步配合比 mC:mW:mS:mG = 368:195:650:1155

加入减水剂后,

mC=368(1-0.05)=350,mW=195(1-0.10)=175.5,mJ=350×0.5%=1.75,W/C=175.5/350=0.50

解得混凝土计算配合比1m3混凝土的材料用量为:

mC0: mW0: mS0: mG0 : mJ= 350:175.5:675:1200:1.75=1:0.50:1.93:3.43:0.005。

重新计算混凝土施工配合比:

mC，=mC=350,mW，= mW-mS·a%-mG·b%=175.5-675×3%-1200×1%=143,

mS，=mS(1+a%)=675(1+3%)=695,mG，=mG(1+b%)=1200(1+1%)=1212,

mC，: mW，: mS，: mG，: mJ=350:143:695:1212:1.75。

例题5-17:某实验室试拌混凝土,经调整后各材料用量为:普通水泥4.5kg,水2.7kg,砂9.9kg,碎石18.9kg,又测得拌合物的表观密度为2380kg/m3,试计算:

(1) 每立方米混凝土中各材料的用量;

(2) 当施工现场细骨料含水率为3.5%,粗骨料含水率为1%时,求施工配合比;

(3) 如果把实验室配合比未经换算成施工配合比就直接用于现场施工,则现场混凝土的实际配合比是怎样的?对混凝土的强度将产生多大的影响?

解:(1) 每立方米混凝土中各材料的用量:

(2) mC，=mC=297.5

mW，= mW-mS·a%-mG·b%=178.5-654.5×3.5%-1249.5×1%=143

mS，=mS(1+a%)=654.5(1+3.5%)=677

mG，=mG(1+b%)=1249.5(1+1%)=1262

故混凝土施工配合比为:mC，:mW，:mS，:mG，:mJ=297.5:143:677:1262

(3) 若实验室配合比未经换算成施工配合比就直接用于现场施工,则现场混凝土的实际配合比为:

mC=mC，=297.5

mS=mS，/(1+a%)=654.5/(1+3.5%)=632

mG=mG，/(1+b%)=1249.5/(1+1%)=1237

mW=mW，+mS·a%+mG·b%=178.5+632×3.5%+1237×1%=213

即实际混凝土的水灰比W/C=0.716

若所用水泥为42.5水泥,其强度富余系数为1.06,则估计混凝土实际强度为:

fcu,28= afb/(B/W-b)=0.53×42.5×1.06×(297.5/213-0.20)=28.6

而原混凝土强度为: fcu,28= afb/(B/W-b) = 0.53×42.5×1.06×(297.5/178.5-0.20)=35.0MPa

若实验室配合比未经换算成施工配合比就直接用于现场施工,现场混凝土的实际强度将明显下降。

例题5-18:一组尺寸为100×100×100 mm的混凝土试块,标准养护9天龄期,作抗压强度试验,其破坏荷载为355、405、505 kN。试求该混凝土28 d龄期的抗压强度。

解:fcu=F/A×0.95×lg28/lg9=405×1000/(100×100)×0.95×lg28/lg9=58.3MPa。

例题5-19:一组尺寸为200×200×200mm的混凝土试块,标准养护到28天龄期,作抗压强度试验,其破坏荷载为800、900、1000kN。试求该混凝土28d龄期的抗压强度。

解:fcu=F/A×1.05 =(800+900+1000)/3×1000/(200×200)×1.05 =23.6MPa。

例题5-20:由初步配合比经试拌调整后,求混凝土的基准配合比。先称取以下材料进行试拌:32.5级复合水泥8.0kg、水4.0kg、中砂14.0kg、碎石22.0kg。试验结果坍落度比要求的小。经加入调整材料(为初拌材料用量的10%)后重新试验,和易性达到要求。并测得表观密度为2460kg/m3。求(1)该混凝土的初步配合比。(2)基准配合比。(3)估计该混凝土的强度等级(水泥强度富余系数为1.05,强度标准差为3.5或5.0MPa)。

解:(1)该混凝土的初步配合比。mC:mW:mS:mG = 8.0:4.0:14.0:22.0=1:0.50:1.75:2.75。

(2)基准配合比。确定配制混凝土的基准配合比———经试拌满足和易性要求。

(3) 强度标准差为3.5MPa时,估计混凝土的强度等级:

fcu,28= afb/(B/W-b)=0.53×32.5×1.05(440/220-0.20)=32.6 (MPa)

fcu,0= fcu,k+1.645σ= fcu,k+1.645×3.5=32.6 (MPa),fcu,k=26.8 (MPa),该混凝土强度等级为C25。

(4) 强度标准差为5.0MPa时,估计混凝土的强度等级:

fcu,28= afb/(B/W-b) =0.53fce(C/W-0.20)=0.53×32.5×1.05(440/220-0.20)=32.6 (MPa)

fcu,0= fcu,k+1.645σ= fcu,k+1.645×5.0= 32.6 (MPa),fcu,k=24.4 (MPa),该混凝土强度等级为C20。

例题5-21:现浇钢筋混凝土板,设计强度等级为C30,抗渗等级为P8(砂率选用36%),采用42.5普通水泥(强度富余系数为1.07),中砂,碎石。现假定该混凝土的表观密度为2430kg/m3,确定单位用水量为190kg/ m3。试求初步计算配合比。

解:fcu,0=fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2 MPa,fcu=0.53fb(B/W-0.20)=0.53×42.5×1.07(B/W-0.20)

令fcu,0= fcu,解得: W/B=0.56

∵ 抗渗等级为P8,其水胶比最大应不大于0.55

∴ 取W/B=W/C=0.55;

∴ mc =190/0.55=345

解得初步计算配合比为: mC:mW:mS:mG=345:190:682:1212 =1:0.55:1.98:3.51

例题5-22:现浇钢筋混凝土板,设计强度等级为C30,抗渗等级为P8 (砂率为36%),采用42.5普通水泥(强度富余系数为1.07,密度为3.1 g/cm3),中砂(表观密度为2650 kg/m3),碎石(表观密度为2750 kg/m3).现假定该混凝土的单位体积用水量为190kg/ m3。试求初步计算配合比。

解:fcu,0=fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=28.2 MPa,fcu=0.53fb(B/W-0.20)=0.53×32.5×1.07(B/W-0.20)

令fcu,0= fcu,解得: W/B=0.56

∵ 抗渗等级为P8,其水胶比最大应不大于0.55

∴ 取W/B=W/C=0.55;

∴ mc =190/0.55=345

解得初步计算配合比为: mC:mW:mS:mG =345:190:673:1196 =1:0.55:1.95:3.47,ρ=2404 kg/m3。

例题5-23:某一混凝土施工配合比为42.5级普通水泥(强度富余系数为1.08)100 kg、自来水45 kg、含水率为2.0 %的中砂150 kg 和含水率为1.5 %的碎石为300 kg。试估算该混凝土28 d龄期的抗压强度,并求该混凝土的实验室配合比。

解:mC，=mC=100kg

mS，=mS(1+a%)=mS(1+2.0%)=150kg

mG，=mG(1+b%)=mG(1+1.5%)=300kg,

mW，=mW-mS·a%-mG·b%=mW-mS·2.0%-mG·1.5%=45kg

解得mC:mW:mS:mG =100:52.4:147.0:295.6 =1:0.52:1.47:2.96。(即为实验室配合比)

fcu=0.53fb(B/W-0.20)=0.53×42.5×1.08(1/0.52-0.20)=41.9MPa。

例题5-24:某工程需配制坍落度要求为155~170mm的C40大流动性混凝土,所用水泥为42.5普通水泥,其实测强度为49.0MPa,采用天然中砂和5~20mm碎石进行配制,所用减水剂为聚羧酸高性能减水剂,其最佳掺量为1.2%,减水率为20%。已知混凝土拌合物坍落度要求为75~90mm、碎石最大粒径为20mm时,国家标准推荐的单位用水量为215kg,另已知砂率为45%时可满足混凝土拌合物的和易性要求,试求该混凝土的初步配合比。(假定混凝土强度标准差为4.5MPa,计算得到的水灰比和水泥用量能够满足混凝土耐久性要求)