混凝土配合比设计及力学性能及氯离子扩散系数试验.docx

1、混凝土配合比设计及力学性能及氯离子扩散系数试验建筑材料实验报告（1）C80高强泵送混凝土配合比设计（2）混凝土力学性能、氯离子扩散系数实验内容一 混凝土配合比设计一、实验目的1.掌握混凝土配合比设计的基本方法；2.学习如何测定混凝土拌合物的基本性能；3.为混凝土力学性能实验准备试件。二、实验安排146人为一小组,全班分成4个小组；2混凝土强度等级建议选C40混凝土、C80高强泵送混凝土，同学也可以自选其它强度等级。3混凝土实验用量按25升计算，成型试件如下： 100100100 3条 100100400 1条 100100200 3条4抗压强度测试R7和R28，其它性能测21天。三、选题介绍

2、本次配合比设计实验，我们选择的是制作C80高强泵送混凝土。一下是关于C80高强泵送混凝土的介绍：随着混凝土技术的不断发展，高效减水剂和高活性的混凝土掺和料不断得到开发与应用以及工程结构向大跨度、高层、超高层及超大型发展的需要，混凝土强度、性能不断提高，特别是越来越多的大跨桥梁、高层建筑、地下、水下建筑工程的修建和使用，使高强和高性能化的混凝土已逐渐成为主要的工程结构材料。由于工程建设的范围与规模不断扩大，要求混凝土具有高强、高体积稳定性、高弹性模量、高密实度、低渗透性、耐化学腐蚀性及高耐久性并具有高工作性等特性。因此，高强高性能混凝土在工程建设中将占据主要地位。C80高强高性能混凝土是一种新型

3、高技术混凝土，它是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在严格的质量管理条件下制成的。除了水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物质超细粉与高效外加剂。它是重点保证耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性的一种新材料。1.C80高强高性能混凝土的技术要求 C80高强高性能混凝土是在严酷环境下使用的，要求易于泵送、浇筑、捣实，不离析，能长期保持高强、高韧性与体积稳定性，且使用寿命长。因此它必须具有工程设计和施工所要求的优异的综合技术特性，具体如下： （1）具有高抗渗性和高抗介质侵蚀能力。高抗渗性是高耐久性的关键。 （2）具有高体积稳定性，即低

4、干缩、低徐变、低温度应变率和高弹性模量。 （3）高强、超早强，即满足工程结构或构件较高要求的承载能力。 （4）具有良好的施工性，即满足施工要求的高流动性、高黏聚性，坍落度损失小，泵送后易于振捣，甚至免振达到自密实。 （5）经济合理，应利于节约资源、能源及环境保护。 2.C80高强高性能混凝土的研制技术途径 C80高强高性能混凝土作为一种新型高技术混凝土，它的研制要求我们必须从原材料，配合比，施工工艺与质量控制等方面综合考虑。首先必须优先选用优质原材料。其次在配合比研制时，在满足设计要求的情况下，尽可能降低水泥用量并限制水泥浆体的体积；根据工程的具体情况掺用一种及一种以上矿物质超细粉掺和料；在满

5、足流动度的前提下，通过优选高效减水剂的品种与剂量，尽可能降低混凝土的水胶比。第三是正确选择施工方法，合理设计施工工艺并强化质量控制意识与措施，以保证C80高强高性能混凝土满足工程结构的需要。 3.原材料的优选 （1）水泥。配制C80高强高性能混凝土宜选用52.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，在选用硅酸盐水泥时还需考虑硅酸盐水泥的矿物组成和细度。 水泥的主要成分C3S，C2S和C3A对混凝土的性能影响较大，C3S对混凝土的早期强度和后期强度均有贡献；C2S水化较慢，通常只对后期强度有利；C3A的水化速度最快，但C3A的含量引起水泥与高效减水剂的相互适应问题，C3A含量高于8%时，混凝土的流

6、动度损失较快，不利于混凝土的泵送与振捣。高细度的水泥早期强度较高，但后期强度增长较少，且早期产生的水化热较高。因此，在选用水泥时，应根据工程的具体情况，综合考虑凝结时间、强度、变形性和耐久性等方面的特殊要求，本着经济合理的原则，宜优先选用C3S含量高，C3A含量低于8%的硅酸盐水泥。在保证强度的前提下，还需满足质量稳定、需水量低、流动性好、活性较高等要求。 （2）细集料。宜优先选用细度模数中等偏粗（控制在2.73.1），质地坚硬、粒形良好的天然河砂。对0.315mm筛孔的通过量不应少于15%，对0.16mm筛孔的通过量不应少于5%，含泥量不应大于1%（不含泥块）。另外，细集料应具有良好的级配，

7、且云母含量按质量计不宜大于1%；轻物质含量按质量计不宜大于1%；硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计）不宜大于0.5%；有机质含量按比色法评介，颜色不应深于标准色。 （3）粗集料。粗集料的性能对高强高性能混凝土的性能有较大影响，其中最主要的是集料的强度与界面的黏结力，以及骨料的物理性能和化学成分。粗集料的颗粒强度、针片状颗粒含量、含泥量及最大粒径等也是高强高性能混凝土强度和性能的控制因素。 粗骨料的强度对高强高性能混凝土的强度影响很大，因此应选用质地坚硬未风化的岩石，骨料母材的抗压强度不应小于混凝土强度标准值的1.3倍，宜优先选用致密的辉绿岩、玄武岩、火成岩、花岗岩、大理石等。 粗骨料针片状颗粒

8、含量不应大于5%，压碎指标值不应大于7%，表观密度应大于2650kg/m3，堆积密度应大于1450kg/m3，吸水率应小于1.0%。 粗骨料的最大粒径不应大于25mm；含泥量不应大于0.5%，不含泥块。粗骨料中不得混入风化和软弱颗粒，且粗骨料应具有良好的颗粒级配。 对于C80高强高性能混凝土，由于碎石的界面黏结力优于卵石混凝土，所以配制C80高强高性能混凝土宜优先选用碎石。 由于碱集料反应对高强高性能混凝土有巨大的破坏作用，所以应尽量选择无碱活性的骨料，且骨料中不含有机质、硫化物和硫酸盐等杂质。 （4）外加剂。新型高效减水剂是配制C80高强高性能混凝土的必需组分。新型高效减水剂对胶凝材料的分散

9、能力强、减水率高，可大幅降低混凝土的单方用水量，不仅能增加混凝土拌和物的流动性，保持混凝土坍落度损失功能好，而且能大幅度地提高混凝土的强度和弹性模量，对减少徐变，提高混凝土的耐久性也非常有利。 在选择高效减水剂时，既要考虑到工程特点、施工条件、耐久性要求，也要考虑到高效减水剂的种类、用量、混凝土强度与水泥的适应性等。对于C80高强高性能混凝土考虑到混凝土拌和物的坍落度损失及现场施工是否便利，可采用与缓凝剂复合的高效减水剂。另外，所选用的高效减水剂的减水率不宜小于18%。 （5）外掺料。优质粉煤灰中含有大量活性较强的SiO2和Al2O3，掺入混凝土拌和物中能与水泥水化产物Ca(OH)2进行二次反

10、应，生成稳定的水化硅酸钙凝胶，具有明显的增强作用。优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，这些玻璃体表面光滑、无棱角、性能稳定，在混凝土中起润滑作用，减小了混凝土拌和物之间的摩擦阻力，能显著改善混凝土拌和料的和易性，提高混凝土拌和物的可泵性。此外，混凝土中掺加优质粉煤灰还可以降低水化热、降低混凝土干燥收缩率，有效提高混凝土的抗渗性、抗冻性、弹性模量等，还可提高混凝土抗硫酸盐腐蚀性能，抑制碱硅反应的膨胀。配制C80高强高性能混凝土应采用级粉煤灰，且SiO2和Al2O3的总含量超过70%。 硅粉中含有大量的非晶体球形颗粒SiO2，颗粒极细、活性较强，掺入到水泥混凝土中，其增强作用表现在：均匀分布于

11、水化产物中，具有良好的微填充效应，使混凝土密实化；对混凝土早、中期的强度发展特别有利；使混凝土中游离的Ca(OH)2减少，原片状晶体尺寸缩小，在混凝土中的分散度提高；且使混凝土中界面结构得到明显改善。这些特性导致混凝土的强度和耐久性得到显著提高。用于C80高强高性能混凝土的硅粉应符合下述质量指标：一是活性无定形二氧化硅含量不小于90%；二是比表面积（BEFN2吸附法）不小于18000m2/kg；三是密度在2200kg/m3左右；四是平均粒径0.1mm0.2mm。 （6）拌和水。配制C80高强高性能混凝土的用水，采用饮用水，水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，pH值应大于4。四、实验原

12、理 （一）混凝土配合比设计1混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质ne量比例，确定这种数量比例关系的工作，就称为混凝土配合比设计2混凝土配合比设计的基本要求（1）满足结构设计的强度等级要求；（2）满足混凝土施工所要求的和易性；（3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；（4）符合经济原则，既节约水泥以降低混凝土成本。3普通混凝土计算配合比的计算步骤（1）确定混凝土配制强度在已知混凝土设计强度和混凝土强度标准差时，则可由下式计算求得混凝土要求的配制强度，即=+1.645混凝土强度等级低于C20C20C35高于C35/MPa4.05.06.0（2）初步确定水灰比鲍罗米公式式中A、B回归

13、系数；fce水泥强度等级；fcu，o混凝土立方体抗压强度标准值（适用于混凝土强度等级小于C60）（3）选定混凝土拌合水用量（4）计算水泥用量（5）确定合理砂率值（6）按照质量法或体积法得出粗细骨料用量 （1）质量法： （2）体积法： （7）计算混凝土外加剂掺量（8）写出混凝土计算配合比注意：计算配合比要经过试配、调整与确定。（二）高强泵送混凝土的工作性（可泵性)试验1用塌落度筒测定拌合物的塌落度SL 、扩展度D实验仪器：坍落度筒（截头圆锥形,由薄钢板或其它金属板制成,形状如下图。尺寸：上口100mm,下口200mm，高300mm 。）、捣帮、装料漏斗、小铁铲、钢直尺、镘刀等。（1）稠度：以坍落

14、度表示，单位mm，精确至5mm。（2）粘聚性：以捣棒轻敲混凝土锥体侧面，如锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好。如锥体倒坍、崩裂或离析，表示粘聚性不好。（3）保水性：提起坍落度筒后，如底部有较多稀浆析出，骨料外露，表示保水性不好；如无稀浆或少量稀浆析出，表示保水性良好。2.用倒置的塌落度筒测定筒内拌合物自由下落的排空时间ts用倒置的塌落度筒测定筒内拌合物自由下落的排空时间，适用于塌落度不小于140mm的拌合物。粗骨料的粒径不应大于25mm。A仪器设备：塌落度筒，另需设置专门的支架，将坍落度筒倒置于支架上，小口朝下，距底板500mm。筒底（小口）处装一可抽出的底板，同时配备秒表。 B试验步骤：将拌合物分

15、三次装入筒内，每次插捣15下，将上口抹平，快速抽出底板，测定拌合物自筒内流出至排空的时间ts。 C结果分析： 如ts在525S范围内且扩展度D大于500 mm，则可认为工作性（可泵性）良好；如ts小于5 S或大于25S，应调整混凝土的配合比或采取其他措施。3.用L形流动仪测定流速注：本实验适用于坍落度不小于140mm的拌合物，粗骨料的粒径不大于25mm。具体试验方法如下：A仪器设备：强制式混凝土搅拌机；L形流动仪（图3-47），为有机玻璃或金属制品；图3-47L形流动仪捣棒、抹刀（与坍落度试验用相同）；秒表（最少可计4点）。B试验步骤：将L形流动仪底面水平放置，并适当湿润其内侧；将混凝土拌合物

16、沿上缘倒入L形流动仪高端一侧的容器中，装满后用捣棒插捣15次（如拌合物流动性较大而能自行充满时，可免去插捣），然后用抹刀抹平；上提隔板使拌合物流出，当流至50mm、100mm、300mm、和500mm远处（图3-47中A、B、C、D点）时，分别按下秒表（如拌合物流不到所测距离，就免去相应点计时），记录时间。C 结果分析：计算拌合物流速（以mm/s计）1=（100-50）/t1；2=（100-50）/t2；3=（100-50）/t3；式中t1 、 t2和t3分别为拌合物从图中A至B、B至C、C至D的通过时间（S）。根据不同的需要，可选择任一值表示试验结果（如拌合物较粘稠，而只能测得1时，则以1表

17、示结果；如拌合物流动性较大，则以2或3表示结果）。五、实验室提供的原材料1水泥 制造厂：北京水泥厂 京都P.O 42.5 28天实际强度 42.5MPa（实际到达52.5MPa以上，本实验中取为52.5MPa计算）2砂 产地：昌平细度模数: 2.3-2.6中砂 表观密度：2.60g/cm3其颗粒级配曲线如下：3石 产地：门头沟 最大粒径：20mm 表观密度：2.70g/cm34掺合料A 粉煤灰 产地：元宝山 级灰B硅粉 挪威5减水剂 聚羧酸减水剂 掺量：C30：1.0%、减水率15% 。 C80：2.0%、减水率30%.六、配合比设计过程（1）关于高强混凝土的配制1.高强泵送混凝土配制的技术措

18、施1)水泥的选择2)掺合料的选用3)减水剂的选用4)砂率的选择5)骨料的选用2.硅粉掺合料对混凝土强度的影响硅粉的增强机理分析1)硅粉的主要特点A活性SiO2含量高,颗粒特别细,粒径约为0.1-0.3m,为水泥颗粒径的1/1001/300.B加入一定量的硅粉,可增加CSH凝胶的数量,减少不利于界面粘接的Ca(OH)2数量,混凝土的过度区界面粘接得到了加强,混凝土的强度得到提高。3.高效减水在配制高强泵送混凝土中的作用1)高效减水剂由于具有高的减水作用，可赋予混凝土拌合物大的流动性，满足泵送施工要求。2)在满足混凝土泵送施工的情况下，可以降低混凝土的水灰比，从而提高混凝土的抗压强度。3)掺入缓凝

19、高效减水剂，可以满足混凝土泵送施工中保塑性的要求（即混凝土的塌落度损失要小）。4.高强泵送混凝土对骨料的要求1.高强泵送混凝土对砂子的要求1)粗细2)级配3)含泥量2.高强泵送混凝土对石的要求1)最大粒径2)抗压强度3)级配（2）我们的C80 高强泵送混凝土配制过程1. 确定所配混凝土的强度： 根据公式，取为80MPa，为6.0MPa计算可得： 2. 根据鲍罗米公式确定水胶比： 查表可知：公式中的A取0.46，B取0.07，水泥强度按52.5MPa算，可得：根据网上的资料有高强混凝土的水灰比在0.250.4之间，同时上述公式在计算高强混凝土过程中不再适用，最后综合考虑，将水灰比取为0.27。3

20、. 查表计算用水量： 根据泵送混凝土规定，其初始坍落度在220240mm，入模坍落度在180mm以上，给定的碎石最大粒径20mm，减水剂掺量为2.2%。加入减水率为33%左右的减水剂，用水量可确定为： 4. 计算胶凝材料用量： 由于要掺入矿物掺合料，水灰比变为水胶比。可以确定胶结材料的用量为： 根据高强混凝土配合比设计规定，所加的胶凝材料总量范围宜为600kg/m以下，因此减少胶结材料用量为600kg/m3，以此为依据进行下面的计算。同时在本次配合比设计过程中，我们打算加入20%粉煤灰，由于粉煤灰的润滑作用，适当减少用水量为162kg/m，同时我们再加入10%硅粉以增加CSH胶凝的数量，减少不

21、利于界面粘结的Ca(OH)2的数量，这样有利于混凝土强度的提高。根据用水量和水灰比算出胶凝材料用量为：1620.27=600kg/m由总胶凝材料的用量有水泥用量为：粉煤灰用量为 硅粉用量为：最后的的胶凝材料用量为：461+92+46=599kg/m减水剂用量为：5990.022=13kg/m6. 骨料用量的确定（质量法）：根据高强混凝土的设计规定有砂率应在42%45%之间。综合考虑取为43%，C80混凝土的表观密度为2460kg/m3。混凝土的的砂石骨料用量为2460-162-46-461-92-13=1686kg/m所以有使用的砂量为16860.43=725kg/m所以石用量为1689-72

22、6=961kg/m最后根据砂的含水率为3%，实际用砂7250.97=748kg/m，实际用水量为140kg对于1m3混凝土有：未考虑砂含水率其配合比为： 原料水泥水减水剂砂石硅粉粉煤灰质量/kg461162137259614692考虑砂含水率其配合比为：原料水泥水减水剂砂石硅粉粉煤灰质量/kg461140137489614692计算得到25L混凝土所需的各种原料用量为：原料水泥水减水剂砂石硅粉粉煤灰质量/kg11.533.50.3318.724.01.152.3七、配制过程1. 仪器设备： 凝土搅拌机，容量为50L100L，转速为（1822）r/min； 台秤，称量50Kg，感量50g； 量筒

23、（100ml、100ml）； 天平； 拌铲与拌板等。 2. 机械搅拌步骤： 按设计的配合比称取各种材料的用量。 用按配合比称量的水泥、砂、水及少量石子在搅拌机中预拌一次，使水泥砂浆部分黏附在搅拌机及叶片上，并刮去多余砂浆，以避免正式搅拌后的配合比改变。 依次向搅拌机内加入石子、砂和水泥，开动搅拌机干拌均匀后，将水徐徐加入，再将减水剂缓慢加入。全部加料时间不超过2min。 将拌合物自搅拌机卸出，倾倒在铁板上 ，在经人工拌合2-3次，即可做拌合物的各项性能实验或成型试件。从开始加水起，全部操作必须在30min内完成。八、关于混凝土工作度本次实验我们的数据如下：实验组编号坍落度/cm扩展度/mmJ2

24、2 324500结果分析：在配制实验中，总体看来，混凝土流动性比较理想，而捣实性，粘聚性都较好。其中，坍落度超过了22-24cm之间，满足设计要求，同时坍落物向四周展开均匀，说明混凝土的匀质性较好，较好地保证了各项性能的稳定。扩展度达到500mm，坍落时向四周均匀展开。另外，也没有出现明显的离析渗水现象流动性，捣。实性及粘聚性都较好，工作度达到了设计要求。我想混凝土的工作度较好跟我们组加入了一定量的粉煤灰是有关的，粉煤灰是球形颗粒，可以起到润滑作用，加入适量的粉煤灰有助于新拌混凝土的工作度的改善，提高了混凝土的和易性。同时我们这次的减水剂掺量是比较适合的，也保证我们在做坍落度实验时并未看到十分

25、明显的离析现象。新拌混凝土的性能另一方面也和实验中的操作有关，注意各种用料的加入顺序和加入方法，例如水要分几次加入，硅粉要保证埋在其它用料中等，这样使得各种成分能更好地混合，使反应均匀而充分，各种物质都能较好地发挥作用。参考资料：新拌混凝土性质之水泥的影响： 普通水泥的混凝土拌和物比矿渣水泥和火山灰水泥拌和物的和易性好。矿渣水泥拌和物的流动性虽然大，但粘聚性差，容易泌水离析； 火山灰水泥流动性小， 但粘聚性好。此外，水泥细度对水泥混凝土拌和物的和易性也有影响，提高水泥的细度可以改善拌和物的粘聚性和保水性， 减少泌水、离析现象。新拌混凝土性质之水灰比的影响： 在单位混凝土拌和物中，集浆比确定后，

26、即水泥浆的用量为一固定数值时，水灰比即决定水泥浆的稠度。水灰比较小，则水泥浆较稠，混凝土拌和物的流动性亦较小，当水灰比小于某一极限时，在一定施工方法下就不能保证密实成型；反之，水灰比较大，水泥浆较稀，混凝土拌和物的流动性虽然较大但粘聚性和保水性却随之变差。当水灰比大于某一极限值时，将产生严重的离析、泌水现象。因此，为了使混凝土拌和物能够密实成型，所采用的水灰比值不能过小；为了保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性和保水性，所采用的水灰比值又不能过大。在实际工作中，为增加拌和物的流动性而增加用水量时，必须保证水灰比不变，同时增加水泥用量，否则将显著降低混凝土的质量。因此，决不能以单纯改变用水量的方法来

27、调整混凝土拌和物的流动性。在通常使用范围内，当混凝土中水量一定时，水灰比在小范围内变化对混凝土拌和物的流动性影响不大。内容二 混凝土力学性能及氯离子扩散系数试验一、实验目的1.掌握混凝土主要力学性的测试方法。2.学习用混凝土中氯离子扩散系数的方法评定混凝土的渗透性二、一般规定（1）混凝土物理力学性能实验一般以三个试件为一组。每组试件所用的拌合物应从实验室用机械一次拌制完成。（2）试件的成型方法应视混凝土上设备条件和混凝土的稠度而定。可采用振实台、振动棒等捣实。棱柱试件宜采用卧式成型。（3）混凝土骨料最大粒径应不大于试件最小边长的1/3。三、实验内容1.混凝土抗压强度2.混凝土劈裂抗拉强度3.混

28、凝土与钢筋握裹强度4.混凝土中氯离子扩散系数四、实验具体内容实验一 混凝土立方体抗压强度试验一、实验仪器（1）压力试验机（精度应为1%，试件的破坏荷载应大于压力机全量程的20%且应小于全量程的80%左右，实验机上下压板应有足够的刚度，其中一块压板应带有球形支座，使压板与试件接触均衡，如右图）；（2）钢尺（量程300mm，最小刻度1mm）二、实验步骤1.试件从养护地点取出后因尽快进行试验，以免时间内部温度发生显著变化。2.试件在试压前应先擦试干净，测量尺寸并检查其外观。试件尺寸测量精确至1mm，并据此计算试件的承压面积。入史册尺寸与工称尺寸之差不超过1mm，可按公称尺寸进行计算。3.将试件安放在

29、试验机下压板上，试件的中心与试验机下压板中心对准，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。4.在试验中应连续均匀的加载，加荷速度应为：混凝土的强度等级C30时，取0.300.50MPa/s；混凝土的强度等级C30时，取0.500.80MPa/s；混凝土的强度等级C60时，取0.81.0MPa/s三、结果计算混凝土立方体抗压强度按下式计算式中，为混凝土立方体试件抗压强度(MPa)；F为破坏荷载(N)；A为试件承压面积(mm2)。混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1 MPa 。强度值得确定应符合下列规定：以三个试件的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。三个测值中的最大值和最小值中如有一个与中间值得差值

30、超过中间值的15%。则把最大及最小一并舍除，取中间值作为改组试件的抗压强度值。如两个测值与中间值相差均超过15%,则该组实验结果无效。取150mm150mm150mm立方体试件的抗压强度为标准值。用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，对本次100mm100mm100mm的试件取值为0.95。四、数据记录1.本次实验测7天强度值的实验数据如下：混凝土立方体抗压强度试验试件编号123破坏荷载/kN710626674抗压强度/MPa71.062.667.4数据偏差5.34%7.12%0.00%数据计算:由以上偏差计算可以看出，3组数据可以认为全部合格。取抗压强度的平均值有：，由于采用的是100mm100mm100mm试块，因此还需乘上换算因子0.95：此即为本组混凝土的7天抗压强度。结果分析:从实验结果来看，我们设计的混