试验员培训第二讲

第二讲 混凝土的主要技术性质,2.1混凝土拌合物的和易性 2.2 混凝土强度 2.3 混凝土变形 2.4 混凝土耐久性,混凝土的主要技术性质,混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性，混凝土强度、变形及耐久性等。 混凝土各组成材料按一定比例搅拌后尚未凝结硬化的材料称为混凝土拌合物。,2.1.1 和易性概念,和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。,2.1 混凝土拌合物的和易性,(1)流动性 是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并均匀密实地填充整个模型的性能。流动性好的混凝土拌合物操作方便、易于捣实和成型。 (2)粘聚性 是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。,(3)保水性 是指拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性三者既互相联系，又互相矛盾。施工时应兼顾三者，使拌合物既满足要求的流动性，又保证良好的粘聚性和保水性。,普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T 500802002)规定采用坍落度及坍落扩展度试验和维勃稠度试验进行评定。 (1)坍落度及坍落扩展度试验 将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度(如图2.1)。,2.1.2 和易性测定,根据坍落度大小，可将混凝土拌合物分成4级，见表2.1。 混凝土拌合物的坍落度应在一个适宜的范围内。其值可根据工程结构种类、钢筋疏密程度及振捣方法按表2.2选用。 对于干硬性混凝土，和易性测定常采用维勃稠度试验。,(2)维勃稠度试验 维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图2.2)。 透明圆盘的底面被水泥浆布满所需要的震动时间(以秒计)，称为该混凝土拌合物的维勃稠度。维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为4级，见表2.3。,图2.1 坍落度测定,表2.1 混凝土拌合物按坍落度分级,表2.2 混凝土浇筑时的坍落度,图2.2 维勃稠度仪,表2.3 混凝土按维勃稠度的分级,(1)水泥浆的数量 在水灰比不变的条件下，增加混凝土单位体积中的水泥浆数量，能使骨料周围有足够的水泥浆包裹，改善骨料之间的润滑性能，从而使混凝土拌合物的流动性提高。但水泥浆数量不宜过多，否则会出现流浆现象，粘聚性变差，浪费水泥，同时影响混凝土强度。,2.1.3 影响混凝土和易性的主要因素,(2)水泥浆的稠度 水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.400.75之间，并尽量选用小的水灰比。,(3)砂率(S) 砂率是指混凝土内砂的质量占砂、石总量的百分比。 选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率(如图2.3、图2.4)。合理砂率一般通过试验确定，在不具备试验的条件下，可参考表2.4选取。,(4)原材料的性质 水泥品种 在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。 骨料 如其他条件相同，卵石混凝土比碎石混凝土流动性大，级配好的比级配差的流动性大。,(5)其他因素 外加剂 拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性 温度 混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低。 时间 随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小。,图2.3 砂率与坍落度关系,(水及水泥用量不变),图2.4 砂率与水泥用量关系,(坍落度不变),表2.4 混凝土砂率(%),小例题,2.1坍落度小于20mm的新拌混凝土，采用维勃稠度仪测定其工作性。W 2.2影响混凝土流动性的因素有胶凝材料的用量 W 2.3（ ）是指混凝土拌合物在自重或机械力作用下，能产生流动，并均匀地填满模板的性能。 A.泌水性 B.粘聚性 C.保水性 D.流动性 2.4关于水灰比对混凝土拌合物特性的影响，说法不正确的是（ ）。 A.水灰比越大，粘聚性越差 B.水灰比越小，保水性越好 C.水灰比过大会产生离析现象 D.水灰比越大，坍落度越小 2.5关于合理砂率对混凝土拌合物特性的影响，说法不正确的是（ ）。 A.流动性最小 B.粘聚性良好 C.保水性良好 D.水泥用量最小 2.6、下列关于混凝土用骨料（砂、石）叙述正确的是（ ）。 A.要求骨料空隙率小、总表面积小。 B.配制低于C30的混凝土用砂，其含泥量应不大于3.0% C.压碎指标可用来表示细骨料的强度 D.当粗骨料中夹杂着活性氧化硅时，有可能使混凝土发生碱骨料破坏,2.2.1 混凝土立方体抗压强度,普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，制作150mm150mm150 mm的标准立方体试件(在特殊情况下，可采用150mm300mm的圆柱体标准试件)，在标准条件(温度202，相对湿度95%以上或在温度为202的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中）养护到28d，所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。,2.2 混凝土强度,试验条件对试验结果的影响（加载速度、试件表面吐不涂油、尺寸、龄期、养护环境）,当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度。换算方法是将所测得的强度乘以相应的换算系数(见表2.5)。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值表示。普通混凝土通常划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级(C60以上的混凝土称为高强混凝土)。,表2.5 强度换算系数(GB/T 500812002),小例题P219,2.7某混凝土，取立方体试件一组，试件尺寸为150mm150mm150mm，标准养护28d所测得的抗压破坏荷载分别为801kN、641kN、684kN。计算该组试件标准立方体抗压强度值为（ ）MPa。A.29.5 B.28.4 C.29.8 D.30.4 2.8、某工地实验室做混凝土抗压强度的所有试块尺寸均为100mm100mm100mm，经标准养护28d测其抗压强度值，问如何确定其强度等级（ ）。 A.必须用标准立方体尺寸150mm150mm150mm 重做 B.取其所有小试块中的最大强度值 C.可乘以尺寸换算系数0.95 D.可乘以尺寸换算系数1.05,小例题,2.9、采用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥、碎石和天然砂配制混凝土，制作尺寸为100mm100mm100mm试件3块，标准养护7d，测得破坏荷载分别为140kN、135kN、142kN。该该尺寸混凝土7d立方体抗压强度为（ ）MPa。 A.13.6 B.13.9 C.12.1 D.14.4,小例题,2.10、用统计法评定现浇混凝土强度时，试件组数不得少于10组。,普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，采用150mm150mm300 mm的棱柱体作为标准试件，测得的抗压强度为轴心抗压强度fcp。 混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为1055MPa的范围内，fcp=(0.70.8)fcu。,2.2.2 混凝土轴心抗压强度,混凝土的抗拉强ftk比抗压强度低得多。一般只有抗压强度的1/201/10，fcu,k越大ftk/fcu,k值越小，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘结强度。采用表面粗糙的骨料及较好的养护条件可提高ftk值。轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。,2.2.3混凝土的抗拉强度ftk,混凝土强度主要取决于水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度，而水泥石强度及其与骨料的粘结强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系。同时，龄期及养护条件等因素对混凝土强度也有较大影响。,2.2.4 影响混凝土强度的主要因素,(1)水泥强度等级和水灰比 配合比相同时，水泥强度等级越高，混凝土强度也越大；在一定范围内，水灰比越小，混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水灰比呈曲线关系，而与灰水比呈直线关系(见图2.5)。其强度计算公式是：,(2)粗骨料的颗粒形状和表面特征粗骨料对混凝土强度的影响主要表现在颗粒形状和表面特征上。当粗骨料中含有大量针片状颗粒及风化的岩石时，会降低混凝土强度。碎石表面粗糙、多棱角，与水泥石粘结力较强，而卵石表面光滑，与水泥石粘结力较弱。因此，水泥强度等级和水灰比相同时，碎石混凝土强度比卵石混凝土的高些。,(3)养护条件 试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB 502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。混凝土强度与保持潮湿日期的关系见图2.6，温度对混凝土强度的影响见图2.7。,(4)龄期 混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期增长而提高。在最初37d内，强度增长较快，28d后强度增长缓慢(见图2.7)。混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系：,(5) 试验条件 试件尺寸 相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。 试件的形状 当试件受压面积(aa)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。见图2.8 表面状态 加荷速度,图2.5 混凝土强度与水灰比及灰水比关系,(a)强度与水灰比关系；(b)强度与灰水比关系,图2.6 混凝土强度与保持潮湿时间的关系,1长期保持潮湿；2保持潮湿14d；3保持潮湿7d； 4保持潮湿3d；5保持潮湿1d,图2.7 温度、龄期对混凝土强度影响参考曲线,图2.8 混凝土试件的破坏状态,(a)立方体试件；(b)棱柱体试件；(c)试件破坏后的棱锥体； (d)不受承压板约束时试件的破坏情况,混凝土力学性能的检测 （普通混凝土力学性能试验方法和标准 GB/T50081-2002P219,混凝土立方体抗压强度的检测 试件的制作：三组试件为一组，且来自同一盘或同一车。 压力机的精度和量程：1，2080 结果评定：,规范6.0.5 P224,混凝土轴心抗压强度和受压弹性模量的检测,标准试件：边长为150mm150mm300mm的棱柱体试件是测试混凝土静力受压弹性模量（轴心抗压强度）的标准试件 。 试件数量：6个，3个用来测强度，3个用来测弹模,P226,2.2.5混凝土强度的检验评定（混凝土强度检验评定标准GBJ107-87）P275,1.一般规定 混凝土构件预制厂、商品混凝土搅拌站应定期对混凝土强度进行统计分析，控制混凝土质量，具体要求体现在检验的标准差和保证率上。,N组数,2. 统计评定法 （1）当混凝土的生产条件在较长时间内能保持一致，且同一品种混凝土的强度变异性能保持稳定时,应由连续的三组试件组成一个验收批（验收期不超过3个月，总批数不得少于15），其强度应同时满足下列要求：P259纠错,5.2.5混凝土强度检验与评定,同一验收批混凝土立方体强度最小值,5.2.5混凝土强度检验与评定,2. 统计评定法 （2）当混凝土的生产条件在较长时间内不能保持一致，且混凝土强度变异性不能保持稳定时,或在前一个检验期内的同一品种混凝土没有足够的数据用以确定验收批混凝土立方体抗压强度的标准差时，应由不少于10组的试件组成一个验收批,其强度应同时满足：,此时的标准差用下式表示（第i组，n 组数）,混凝土强度检验与评定,3.非统计评定方法,同一验收批混凝土立方体抗压强度的最小值,某工程设计要求混凝土强度等级为C25，工地一月内按施工配合比施工，先后取样制备了30组试件（150mm150mm150mm立方体），测出每组（3个试件）28d抗压强度代表值依次为（MPa）：26.5、26.0、29.5、27.5、24.0、25.0、26.7、25.2、27.7、29.5、26.1、28.5、25.6、26.5、27.0、24.1、25.3、29.4、27.0、29.3、25.1、26.0、26.7、27.7、28.0、28.2、28.5、26.5、28.5、28.8，该批混凝土强度的标准差为（ ）MPa 。 A.2.0 B.1.58 C.1.64 D.1.70,(1) 采用高强度等级水泥 (2) 采用干硬性混凝土(3) 采用蒸汽或蒸压养护 (4) 采用机械搅拌和振捣 图2.9 (5) 掺入减水剂或早强剂,2.2.6 提高混凝土强度的措施,图2.9 捣实方法对混凝土强度的影响,小算例,2.9采用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥、碎石和天然砂配制混凝土，制作尺寸为100mm100mm100mm试件3块，标准养护7d，测得破坏荷载分别为140kN、135kN、142kN。该尺寸混凝土7d立方体抗压强度为13.9MPa。 2.10采用32.5级普通水泥拌制的混凝土，在10C的条件下养护7d，测得其150mm150mm150mm立方体试件的抗压强度为15MPa。估算该混凝土在此温度下28d的强度为25.7 MPa。,2.3.1 非荷载作用下的变形,非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。 (1)化学收缩是指由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，致使混凝土产生收缩。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。,2.3 混凝土变形,(2)干湿变形即混凝土干燥、潮湿引起的尺寸变化。其中湿胀变形量很小，一般无破坏性，但干缩对混凝土危害较大，应尽量减小。 (3)温度变形即混凝土热胀冷缩的性能。由于水泥水化放出热量，因此，温度变形对大体积混凝土工程极为不利，容易引起内外膨胀不均而导致混凝土开裂。,收缩的特点：由收缩试验结果如图1-30可以看出：混凝土的收缩是随时间而增长的变形，结硬初期收缩较快1个月大约可完成1/2的收缩，3个月后增长缓慢，一般2年后趋于稳定，最终收缩应变大约为(25)10-4，一般取收缩应变值为：310-4。,图2.10 混凝土的收缩,引起收缩的主要原因：干燥失水是引起收缩的重要因素。使用环境的温度越高、湿度超低，收缩越大。蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为高温高温可加快水化作用减少混凝士的自由水分加速了凝结与硬化的时间。通过试验还表明，水泥用量越多、水灰比越大，收缩越大；骨料的级配好、弹性模量大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。,收缩对结构的影响：混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短；对于周边有约束而不能自由变形的构件， 收缩会引起构件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生。在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土由于粘结力的作用，相互之间变形是协调的。混凝土具有收缩的性质。而钢筋并没有这种性质，钢筋的存在限制了混凝土的自由收缩，使混凝土受拉、钢筋受压，如果截面的配筋率较高时会导致混凝土开裂。,(2)混凝土的温度变形当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质。当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。在大体积混凝土中 ，由于混凝土表面较内部的收缩量大，再加上水泥水化热使混凝土的内部温度比表面温度高，如果把内部混凝土视为相对不变形体，它将对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝士形成拉应力， 如果内外变形差较大，将会造成表层混凝土开裂。,2.3.2 载荷作用下的变形,（1）受压混凝土一次短期加荷的-曲线,受压混凝土一次短期加荷的-曲线,混凝土在荷载长期持续作用下的变形，称谓徐变，是指在长期不变的荷载作用下，随时间而增长的变形。图2.11表示混凝土徐变的曲线。混凝土徐变大小与许多因素有关。如水灰比、养护条件、水泥用量等均对徐变有影响。,（2）混凝土在荷载长期持续作用下的变形,图2.11 混凝土徐变曲线,徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。 徐变的产生，有利也有弊。,徐变与时间的关系(图2.11)加以说明，当加荷应力达到0.5fc时，其加荷瞬间产生的应变为瞬时应变 。若荷载保持不变随着加荷时间的增长，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变应变 。徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定。徐变应变值约为瞬时弹性应变的14倍。两年后卸载，试件瞬时恢复的应变 已略小于瞬时应变 。,徐变的特点,产生徐变的原因： a.水泥石由结晶体荷凝胶体组成，在外力长期持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产生持续变形； b.混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩展，导致应变的增加。,影响徐变的因素： a.混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素 b.加荷时混凝土的龄期 c.混凝土的组成和配合比 d.骨料 e.构件形状及尺寸 f.养护及使用条件下的温湿度,混凝土的组成和配合比是影响徐变的内在因素、水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大。骨料越坚硬、弹性模量越高徐变就越小。骨料的相对体积越大，徐变越小。另外，构件形状及尺寸，混凝土内钢筋的面积和钢筋应力性质，对徐变也有不同的影响。养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。养护时温度队湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小，采用蒸汽养护可使徐变减小约2035。受荷后构件所处环境的温度越高、湿度越低，则徐变越大、如环境温度为70的试件受荷-年后的徐变，要比温度为20的进件大1倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。,混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小。混凝土应力越大，徐变越大、随着混凝土应力的增加徐变将发生不同用情况，图1-28为不同应力水平下的徐变变形增长曲线。由图可见，当应力较小时(fc)，曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力成正比，这种情况称为线性徐变，一般的解释认为是水泥胶体的粘性流动所致。当施加于混凝土的应力。=(0.50.8)fc时，徐变与应力不成正比徐变比应力增长较快，这种情况为非线形徐变，一般认为发生这种现象的原因，是水泥胶体的粘性流动的增长速度已比较稳定，而应力集中引起的微裂缝开展则随应力的增大而发展。,当应力0.8fc时，徐变的发展是非收敛的，最终将导致混凝土的破坏。实际=0.8fc即为混凝土的长期抗压强度。图2-12为不同加荷时间的应变增长曲线与徐变极限和强度破坏时的应变极限关系。,图2-12 初应变对徐变的影响,从试验曲线得出结论：试件的变形与加载时间有关；强度破坏极限随加载时间而降低。,图2-13 加载时间与徐变极限及强度破坏极限的关系,徐变对混凝土结构的影响： a.使钢筋与混凝土产生应力重分布，引起超静定结构产生应力松弛（因为超静定结构的变形受到约束，混凝土的应力随时间的增长而降低，即产生应力松弛）可缓解应力集中、调节温度应力、调节由支座不均匀沉降产生的附加应力。 b.造成结构变形增大对结构不利 c.引起预应力混凝土结构中预应力损失对于预应力结构建立有效预应力不利 减小徐变的措施：加强养护、减小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密实度等。,小例题,2-11、立方体抗压强度标准值是混凝土抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值得百分率不超过（ ）。C A、15% B、10% C、5% D、3% 2-12、普通混