《CDP4普通混凝土》PPT课件.ppt

土木工程材料 （普通混凝土）,陈德鹏,安徽工业大学本科生课程,了解：混凝土的特点及分类；混凝土各组成 材料在混凝土中作用；其他品种混凝土。,掌握：混凝土的主要技术性质及其意义和 影响因素；普通混凝土配合比设计。,熟悉：混凝土对各组成材料的要求，各技 术指标的测试方法的特点及分类。,教学目标,混凝土（Concrete）,混凝土概述 普通混凝土的组成材料 普通混凝土的主要技术性质 混凝土的变形性能 混凝土的耐久性 混凝土配合比设计 其它种类混凝土,性质,一、混凝土的定义： 混凝土是由胶结料和骨料混合、通过一定的工艺成型后、硬化而成的复合材料。 胶结料是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合。 水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材砼，,二、混凝土的分类,一、混凝土的定义及分类,按胶凝材料,根据表观密度0： 普通混凝土 (2400kg/m3)； 轻混凝土 (1950kg/m3)； 重混凝土 (2600kg/m3)。,根据用途(功能)： 普通混凝土； 道路混凝土； 防水混凝土； 耐热混凝土； 耐酸混凝土； 防辐射混凝土； 膨胀混凝土； 装饰混凝土等。,生产与施工方法： 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 挤压混凝土 压力灌浆混凝土 预应力混凝土 离心混凝土等。,水 泥 混 凝 土,水泥混凝土的分类,按照强度分类 低强混凝土 普通强度混凝土 高强混凝土 超高强混凝土,高性能混凝土 HPC,耐久性能好； 组分材料来源丰富，经济性好； 容易成型为任意形状和尺寸的构件； 可大量利用工业废料； 可与钢材复合使用； 混凝土生产能耗较低，维护费用少。 性脆易裂，抗拉强度低； 自重大，比强度小； 耐久性不足； 体积收缩，加速劣化。,混凝土是复杂的、随机性的材料 Concrete is a Complex and Random Materials,其微结构由非匀质的三相组成，而每一相又包含非匀质的多相； 其微结构不是静止的，而是随时间不断变化；新生成的水化物可以填充微裂缝，有自愈性(Heal)； 与其它材料不同，它是使用前才在工程现场或就近生产的。,二、混凝土的特点,1867年，钢筋混凝土理论； 1916年，混凝土强度的水灰比理论； 1925年，水灰比学说和恒定用水量法则； 1928年，混凝土的收缩与徐变理论，预应力技术； 20世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术； 20世纪90年代，高性能混凝土的概念与技术。,三、混凝土理论与技术的历史,“恒定用水量法则“:大量试验证明,当水灰比在一定范围(0.400.80)内而其他条件不变时,混凝土拌合物的流动性只与单位用水量(每立方米砼拌合物的拌合水量)有关,满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载； 满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土； 具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命； 满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低、环境负荷少等。,土木工程对混凝土的基本要求,原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量，多利用工业废料绿色化； 推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的耐久性。,混凝土材料工业 的可持续发展,混凝土的宏观结构,粗骨料,细骨料,水泥石,过渡区,混凝土的组成与结构,裂缝扩展的路径和方向,骨 料,水泥石,骨料周围的过渡区,骨 料 廉价的填充材料，节省水泥用量 混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展 传力作用 降低水化热 提供耐磨性,水泥浆 润滑作用与水形成水泥浆， 赋予新拌混凝土以流动性 胶结作用包裹在所有骨料表面， 通过水泥浆的凝结硬化，将骨料胶结成整体形成固体,各组成材料的作用,界面过渡区 ITZ,水 混凝土中的拌和水有两个作用: 供水泥的水化反应 赋予混凝土的和易性 剩余水留在混凝土的孔（空）隙中 使混凝土中产生孔隙 对防止塑性收缩裂缝与和易性有利 对渗透性、强度和耐久性不利,各组成材料的作用,化学外加剂：改善混凝土的性能 缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢； 促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢； 减水剂减少拌和需水量； 引气剂在混凝土中引起封闭气孔；,矿物掺合料： 减少水泥用量， 改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 矿渣,水泥,水,水泥浆,砂子,石子,骨 料,新拌混凝土,100%体积,6075%,715%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,混凝土外加剂,为了改善或提高混凝土的性能,普通水泥混凝土的组成材料,水泥品种的选择依据 工程性质及所处的环境； 施工条件； 混凝土的强度等级。 若用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，虽然满足强度要求的水泥用量少，但难以满足混凝土的和易性和耐久性的要求，不可取。 若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，满足强度要求的水灰比会很小，其和易性难以满足施工要求，也不可取。 通常宜选用强度等级为混凝土强度等级标准1.52倍的水泥,水泥,一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土； pH值小于4的以及硫酸盐含量（SO3）超过1%的水不能用于配制混凝土； 海水不允许用来配制钢筋混凝土； 含有对水泥水化有害的有机杂质的水不能用来拌制混凝土。 需满足JGJ 63-2006 混凝土用水标准 ,水,细集料,粒径在0.154.75mm之间的岩石颗粒。细骨料主要采用天然砂和人工砂。,表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度不小于2500kg/m3，松散堆积 密度不小于1400kg/m3，空隙率不大于44%。,砂子技术性能,砂中有害物质含量（GB/T 146842011）,坚固性指标(GB/T 146842001),压碎指标(GB/T 146842001),混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？,砂子粗细 比表面积 密实度 强度 和易性 ,砂的粗细程度及颗粒级配,评定砂的粗细程度 和颗粒级配,150m,300m,600m,1.18mm,2.36mm,4.75mm,9.50mm,砂子筛分析,m1,m2,m3,m4,m5,m6,M底,筛余量,筛分曲线,累 计 筛 余,怎 样 计 算 细 度 模 数 Mx ？,细度模数的计算,3.73.1为粗砂，3.02.3为中砂， 2.21.6为细砂。, 计算分计筛余百分率ai 计算累计筛余百分率Ai 计算细度模数Mx 评定级配, A4 ，（初）定级配； A1 ，在范围， 其它，5以内 最终定级配区,粒径在4.7590mm之间的集料谓之粗集料 粗集料的种类,粗集料,按照骨料的密度 普通骨料： 堆积密度15201680kg/m3 密度在25002700kg/m3 轻骨料： 堆积密度1120kg/m3 密度在1000kg/m3 重骨料： 堆积密度2080kg/m3 密度在35004000kg/m3,按照骨料颗粒形状 卵石、碎石,按照GB/T146852011 类、类、类,按照集料来源 天然集料 人工集料 再生集料,集料的特性及其影响,骨料的含水状态 骨料的密度 骨料的粒径与级配 骨料的孔隙率 骨料的形状 骨料的表面特征 骨料的弹性模量 骨料的强度 骨料的坚固性 骨料的硬度,混凝土配合比设计所要求,影响新拌混凝土性能,影响硬化混凝土性能,碎石或卵石中技术指标（GB/T146852011）,颗粒级配,粗骨料颗粒级配 指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况 不同粒径颗粒的分布。 粗骨料的颗粒级配按供应情况分连续粒级、间断级配、单粒级。,评定方法 同砂子颗粒级配的评定方法。,筛孔系列 2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53、63、75、90,最大粒径,最大粒径 公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。,GB502042002规定 最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4； 不得超过钢筋最小净距的3/4； 对于实心板，不得超过板厚的1/2且不得超过50mm； 对于泵送混凝土，最大粒径与输送管道内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。,石子强度指标,(1)岩石立方体强度: 将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50mm的圆柱体试件，在水中浸泡48h以后，取出擦干表面水分，测得其在饱和水状态下的抗压强度值 不应小于混凝土强度的1.5倍,(2)压碎指标值:,坚固性,定义 骨料不因干/湿循环或冻/融循环等气候变化而产生体积变化导致混凝土的劣化。 骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。 测试方法： 用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经5次循环后其质量损失率作为其评价指标。 测试原理： 硫酸钠(NaSO410H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。,定义 在混凝土中加入除四种主要组分以外的其它外加材料。 为什么要使用外加剂？ 单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列问题 用水量与良好和易性间的矛盾； 施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求； 耐久性对低连通孔隙率的要求。 外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径； 现在有7080以上的混凝土使用了外加剂；,混凝土外加剂(Admixtures),外加剂的作用 改善混凝土拌合物的和易性； 加快或延缓凝结时间； 控制强度增长； 提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性； 节约水泥用量，降低成本； 减少放热速度，控制温升。,按照组成 有机质表面活性物质 无机质电解质盐类化合物 按照功能 改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等； 调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等； 减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等； 提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等； 其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。,外加剂的种类,1、减水剂 Water Reducers,减水剂功能上能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或二者都具备又不改变含气量的外加剂。 种类： 减水效果 普通减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)； 高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)。 复合功能 早强减水剂； 缓凝减水剂； 引气减水剂。,1) 减水剂的组成与分子结构特点,减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中： 离子基团是酸根离子或氨基，如：SO3-、COO-、NH 3 +等； 碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。 其结构如下图所示：,木质素磺酸盐的重复结构单元,减水剂的组成结构、物理化学特征,减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中： 离子基团是酸根离子或氨基，如：SO3-、COO-、NH 3 +等； 碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。 可溶于水，能显著降低水的表面张力； 能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水固界面张力。,减水剂的作用效果,通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列效果： 在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于浇注、成型密实； 在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(水胶比) ，提高混凝土强度和抗渗性； 在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥用量。,当水灰比一定时，混凝土拌合物的坍落度随着减水剂掺量的增加而增大,当坍落度恒定时，新拌混凝土的水灰比随着减水剂掺量的增加而减小,减水剂的作用机理,分散作用 当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性： 水具有高表面张力(氢键分子结构) 水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力 当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性静电排斥作用； 由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。 润滑作用（形成溶剂化水膜）,加减水剂前的絮凝结构,减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附,加入减水剂后，絮凝结构被打破,普通减水剂 Water-reducer,特点： 一般含有杂质； 减水率较小，约10%； 有一些副作用； 主要品种 木质素磺酸盐(木钙等 ) 副作用：引进气泡多而大 羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等) 副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气量 多元醇(如糖钙等) ； 副作用：缓凝但不影响含气量,高效减水剂 High-range Water-reducer,特点： 具有较高的分子量，纯度较高； 减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效； 副作用小。 种类： 改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐； 磺化密胺缩合树脂，一般是钠盐； 磺化萘甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐； 含有羧基和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯，聚醚等；,高效减水剂的应用，成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑，应用它可以配制出流动性满足施工需要且水灰比低，因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土，以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。,减水剂的技术经济效果,在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大100200mm； 在保持坍落度不变的情况下，使用水量减少10%15%，抗压强度增加15%40%； 在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥10%15%； 混凝土的渗水性可降低40%80%； 可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂现象。,减水剂水泥的相容性与坍落度损失,相容性，过去称“适应性”，是指减水剂与水泥之间是否有不利于减水剂效率发挥的相互作用。 相容性好表现为减水率大、坍落度损失小，拌合物和易性良好。 一般来说，C3A含量高的水泥与高效减水剂的相容性较差；此外，用含碱量大、放热量大的水泥时，通常相容性较差。 相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评价 当水泥的C3A含量大于6%时，掺木质磺酸盐后反而会使混凝土的水灰比增大。 70年代以后，萘系和密胺两个系列的高效减水剂开始在国内外逐步推广应用。但其中最大的障碍就是掺有这类外加剂后，混凝土坍落度损失迅速，无法满足长途运送与长距离泵送工艺的要求。,调节凝结时间的外加剂种类,早强剂 早强剂能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期强度，而对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。 防冻剂 在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂，它能降低冰点，促使水泥水化放热反应，达到抵抗冰体膨胀的临界强度 速凝剂 能使水泥混凝土急速凝结硬化(15min内初凝，210min内终凝)的外加剂。 缓凝剂 能延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后期强度无显著影响的外加剂,主要成分有： 氯化物：氯化钙、氯化钠； 硫酸盐：石膏、硫酸钠； 三乙醇胺以及复合早强剂。,主要成分有：水溶性铝酸盐、纯碱、碳酸钠，碱金属硅酸盐等。,主要成分有：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐等。,主要成分：糖蜜、酒石酸、柠檬酸、硼酸盐、锌酸盐等。,引气剂,什么是引气剂？ 能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡(孔径为0.012mm)，并在硬化后仍能稳定存在的外加剂。 组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂 物理化学特性： 可溶于水； 降低水的表面张力； 能吸附在气泡表面，使之稳定。,(1) 引气机理,搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么？ 水的表面张力使气泡不稳定！ 水中加入引气剂后 水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡； 通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液气界面能(表面张力)，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。,(2) 引气剂的作用效果,改善拌和物的和易性，减少用水量5%9%，改善保水性，减少泌水性； 混凝土的抗渗性提高50%，抗冻标号提高3倍； 降低混凝土的强度，引入1%的空气，可使强度下降56%； 增大变形性，降低弹性模量，提高抗裂性和抗冲击性。,混凝土掺合料(Admixtures),掺合料 混凝土中掺加量在水泥质量5%以上的天然或人工矿物粉状材料，又称矿物外加剂 掺合料与混合材 混凝土中为什么要使用矿物外加剂或掺合料？ 代替水泥，所以也称水泥代用材料 改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构 改善混凝土性能，尤其是耐久性 保护生态环境，节约资源和能源,主要矿物外加剂(掺合料)的种类,粉煤灰 煤粉在锅炉中燃烧后的灰份； 磨细矿渣 高炉炼铁排出的废渣，经粉磨后使用； 硅灰 生产硅铁合金排出的烟气冷凝形成微细的粉末； 磨细石灰石粉 将石灰石骨料开采时的碎屑磨成粉末,新拌混凝土的性能,硬化混凝土的性能,混凝土拌和物的和易性： 流动性 粘聚性 保水性 塑性收缩等,混凝土微结构： 密实性 均匀性,运输、浇灌和振捣,硬化混凝土性能： 强度fc 弹性模量Ec 徐变 耐久性,新拌混凝土和易性概念,和易性： 混凝土拌合物便于施工并能获得均匀、密实混凝土的一种综合性能，包括： 流动性： 反映混凝土拌合物在自重或施工机械振捣作用下流动的性能，取决于拌和物的稠度。 粘聚性： 反映混凝土拌合物的抗离析、分层的性能。 保水性： 指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。,骨料,水,可见表面泌水,内泌水,和易性的测定与评价,和易性是一项综合性的技术指标，确切评定较困难，具有不确定性。 测定：以测定其流动性为主，辅以对其粘聚性和保水性的观察，然后根据测定和观察结果，综合评价其和易性。 GB/T500802002规定，混凝土拌合物的和易性用两种流动性指标评价： 塑性混凝土的流动性用坍落度或坍落扩展度表示； 干硬性混凝土用为维勃稠度表示。,坍落度法：适用于坍落度10mm，骨料最大粒径40mm的拌合物,维勃稠度法：适用于坍落度小于10mm，维勃稠度在530s的拌合物。,普通混凝土拌合物性能试验方法标准 (GBT50080-2002),坍落度试验Slump Test,标准圆锥筒 将拌和物等体积地分三层填入圆锥筒中 每一层用捣棒插捣25下 用灰刀将表面抹平 垂直提起圆锥筒，拌和物将在自重作用下向下坍落 量出坍落的毫米数坍落度,200mm,坍落度测量结果的评定,坍落度值(mm) 混凝土的和易性 1040 低塑性混凝土 5090 塑性混凝土 100150 流动性混凝土 160 大流动性混凝土 如坍落度值大于220mm，应用钢尺测量混凝土扩展后的最大和最小直径，取平均值为扩展度。,坍落度试验评价和易性,测出坍落度后，用捣棒轻轻敲击混凝土锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的突然崩落，由此判断其粘聚性是否合格； 观察混凝土锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。 由此两方面观察和坍落度测量即可判断混凝土拌和物和易性是否合格。,泌水率测定仪（保水性）,拌合物的和易性与施工工艺,施工工艺 坍落度(mm),碾压混凝土 0 滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混凝土 100 200 自密实混凝土 240,坍落度的选择,原则：根据施工方法、结构条件和制品要求，并参考经验资料进行选择，在满足施工和结构条件的情况下，尽量选用较小的坍落度，以节约水泥，提高混凝土质量。,维勃稠度试验,透明圆盘,从开启振动台至透明圆盘底面与混凝土完全接触所需的时间（秒）为维勃稠度值VB。 本方法适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度值在530s之间的拌和物稠度测定。,维勃稠度仪,3. 影响混凝土和易性的因素,水泥浆量及水灰比 在水灰比不变的情况下，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大；但若水泥浆过多，使拌合物的流动性、粘聚性变差 。,水泥浆是混凝土拌和物产生流动的决定因素。 水泥浆包裹在骨料的表面，在骨料间起润滑作用产生滚珠效应，减小了骨料颗粒间的内摩阻力。所以，水泥浆用量愈多，流动性愈好，拌和物的坍落度增大，同时还增大了拌和物的粘聚性。 水泥浆用量较小，相对骨料用量较大，水泥浆不足以包裹骨料表面形成润滑层，骨料间的摩擦力较大，拌和物不易流动，坍落度减小。,水灰比的影响,水灰比是混凝土拌和物中用水量与水泥用量的比值： W/C = 用水量(W)/水泥用量(C) 水灰比的大小反映水泥浆的稀稠程度(稠度)。 在水泥浆用量一定时，增大水灰比，水泥浆变稀，粘聚性降低，颗粒间内摩阻力减小，流动性会有所增大； 但水灰比过大，水泥浆太稀，保水性变差，会导致混凝土拌和物出现泌水现象。,用水量的影响,每立方米混凝土的用水量单位用水量，它确定了混凝土拌和物的流动性。 当水泥用量一定，增加用水量，水灰比增加，坍落度增大。 当水灰比一定时，增加用水量，就必须同时增加水泥用量水泥浆用量增加，则坍落度增大。,初始自由水量对混凝土拌合物初始坍落度的影响,固定需水量法则,当粗、细骨料的种类和比例一定时，即使水泥用量有适当变化(50100kg/m3)，只要单位用水量不变，混凝土拌和物的坍落度可以基本保持不变，即要使混凝土拌和物获得一定值的坍落度，其所需的单位用水量是一个恒定值。,固定需水量法则的实际意义 它是混凝土配合比设计时，确定单位用水量的理论依据。 在所用粗、细骨料的种类和比例一定的条件下，固定了单位用水量，当单位水泥用量增减不超过50100kg，混凝土拌和物的坍落度基本上可以在某一范围内恒定不变。因此，变动水灰比，就可以配制出强度不同而坍落度相近的混凝土。,砂率对混凝土坍落度的影响,砂率 砂率是指砂用量占砂、石总用量的质量百分比。砂率过大或过小都会导致混凝土和易性变差，应选择合理砂率。,某混凝土搅拌站，砂细度模 数变小后，如何调整砂率？,水泥品种及细度,水泥品种不同，水泥颗粒的密度不同，当水泥用量相同时，密度较大的水泥，其同样质量的水泥颗粒的数量较小，水泥颗粒的总表面积就小，反之亦然。 水泥中混合材粉末颗粒表面特征与水泥颗粒不同，影响颗粒表面吸附特性，即影响水泥浆粘度。 水泥颗粒的细度越大，则同样质量的水泥的总表面积越大。 当水灰比相同时，水泥颗粒的总表面积越大，则水泥浆的稠度越大，塑性越差。从而影响混凝土拌和物的和易性。 水泥颗粒愈细，拌和物的粘聚性和保水性愈好；当水泥的比表面积小于280m2/kg时，混凝土拌和物的泌水性增大。,观察与讨论,试比较石子颗粒形状、最大粒径不同对混凝土和易性的影响：,卵石,碎石,骨料的性质,骨料颗粒级配的影响,级配良好的骨料，较大粒径的颗粒堆积的空隙被较小颗粒填充，较小颗粒堆积的空隙被更小颗粒填充，不但使得骨料颗粒堆积的空隙率较小，填充在空隙中的水泥浆减少，水泥浆主要包裹在骨料的表面，而且可以避免骨料颗粒间的连锁，利于骨料的滑动，拌和物流动性较好。,当用水量相同时，级配良好的骨料可以增大拌和物的流动性。 当流动性相同时，级配良好的骨料可以减小水灰比或减少用水量,小结：影响新拌混凝土和易性的因素,水泥 骨料 外加剂和掺合料 减水剂 引气剂 增稠剂 掺合料：增加粘聚性、保水性和流动性 时间和温度 和易性随时间减小 温度升高，坍落度损失加大,为什么一些楼房在横梁对应的位 置有较浅的裂缝？该如何解决？,为什么浇筑混凝土时，自由 倾落高度不宜超过2m？,新拌混凝土的凝结时间,混凝土拌和后应在足够长的时间内保持塑性，以便运输、浇灌、振动成型、修饰等。 混凝土的凝结时间不同于所用水泥的凝结时间。 初凝：拌和物失去可塑性，不能再搅拌、浇灌、捣实。规定初凝时间不能小于45min； 终凝：混凝土固化，强度以一定速度增长。 规定终凝时间不大于375min； 测量方法：贯入阻力法 筛去砂浆（5mm圆孔筛） 绘制贯入深度时间曲线 贯入阻力为3.5MPa，280MPa的时间分别为初凝、终凝,混凝土强度指标的重要性,在混凝土设计和质量控制中，一般以强度作为评价的指标。 强度是土木工程结构对材料的基本要求； 混凝土的其它难以直接测量的主要性能，如弹性模量、抗水性、抗渗性、耐久性都与强度有直接关系，所以，可以由强度数据推断出其它性能的好坏； 与其它许多性能相比，强度试验比较简单直观，通过制作试件，对其进行强度试验，测得的试件破坏时所能承受的最大内应力，即可计算得出混凝土的强度。 混凝土受力破坏机理是什么？ 混凝土强度有哪些影响因素？ 如何使混凝土获得所需要的强度？,混凝土的宏观结构,粗骨料,细骨料,水泥石,过渡区,混凝土的组成与结构,混凝土受压破坏过程,混凝土受压破坏过程 是内部裂缝的发生、扩展直致连通的过程，也是混凝土内部固体相结构从连续到不连续的发展过程。,裂缝的扩展 混凝土抗拉强度较低，而裂缝尖端的应力集中和受拉区所受的拉应力远远超过其抗拉强度，导致裂缝在较低的压应力水平下扩展和产生。,混凝土受压破坏机理,原始裂缝存在的原因： 水泥水化收缩导致骨料与水泥石之间和水泥石内部产生微裂缝； 由于水泥石与粗骨料的弹性模量的差异，温湿度的变化而导致产生界面微裂缝； 混凝土拌和物的泌水现象，导致骨料下部形成水囊，干燥后即为界面裂缝。,混凝土内部界面区对于混凝土受压破坏很重要,混凝土受压破坏的三种形式,骨料强度小于水泥石强度，则骨料劈裂破坏； 水泥石发生拉伸或剪切破坏； 水泥石与骨料的界面之间的粘结破坏。 过渡区是“链的最薄弱环节”，一般认为是混凝土强度的“限制相”；改善过渡区的措施： 低水灰比（w/c ） 掺加超细矿物掺合料(很大比表面积) 选用骨料的种类,抗压试验 单轴受压 混凝土受单方向压力作用,工程中采用的强度一般是单轴抗压强度； 多轴向受压 混凝土受多方向压应力作用 抗拉试验 直接拉伸试验 劈裂试验 抗弯试验,混凝土强度试验,混凝土的强度是通过对试件进行强度试验获得的。 混凝土的强度试验有：,(1) 抗压强度试验,混凝土试件 几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体，我国以立方体试件为主； 立方体试件的边长有100mm、150mm、200mm三种； 当混凝土中骨料的Dmax20mm 时，可采用100mm立方体； 当混凝土中骨料的Dmax40mm 时，可采用150mm立方体或200mm。 试件的养护条件 标准条件： 202C，相对湿度95%； 工程现场条件。,混凝土抗压强度的几个基本概念,立方体抗压强度 立方体强度标准值 强度等级 实际强度,国家标准规定：制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件(202C，相对湿度95%)下，养护到28天龄期，测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度，以“fcu”表示。,用标准试验方法测得的一组若干个立方体抗压强度值的总体分布中的某一个值，低于该值的百分率不超过5%,该抗压强度值称为立方体抗压强度标准值。以“fcu,k”表示,根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分的等级，以符号CXX表示混凝土立方体强度标准值(fcu,k) 。,将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，作为混凝土施工质量控制和验收依据。,轴心抗压强度 国家规范规定：用尺寸为150 mm 150 mm 300mm的标准棱柱体试件，按规定方法成型、标准条件下养护28天，测得的抗压强度为轴心抗压强度，以fcp表示； 工程结构设计的依据； 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系： fcp = (0.70.8)fcu 换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小。,强度换算系数(GB/T 500812002),强度概率分布曲线,环箍效应,(2) 抗拉强度试验,直接轴心抗拉试验很困难 荷载作用线难以与试件轴线保持重合，发生偏心； 难以保证试件在受拉区断裂。 劈裂抗拉试验 试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件 原理：在试件的相对的表面中心线上作用均匀分布的压应力，从而在竖向平面内产生均匀拉伸应力 四点弯拉试验 试件：150150600(或550)mm3的梁式试件 按三分点加荷进行弯曲试验，在试件下方产生拉伸应力,混凝土受拉伸,直拉试验,劈裂抗拉,四点弯曲拉伸,单轴拉伸作用下混凝土的行为,混凝土的应力-应变曲线、弹性模量和波松比均与单轴受压作用条件下的类似，但是因为在这种应力状态下抑制裂缝发展的可能性小得多，裂缝从扩展开始到失稳的过程短暂，呈现十分明显的脆性断裂。,劈裂抗拉试验 Splitting Test,fs,劈拉强度计算： fts = 2P/ a2 = 0.637(P/ a2) a：立方体试件的边长 ;,150 mm 150 mm 150mm的立方体试件,弯拉试验 Flexural Test/Modules of Rupture,用尺寸为150 mm 150 mm 550mm的梁式试件，标准条件下养护28天，采用三分点加荷方式试验，直至试件断裂。 根据材料力学理论合线弹性应力应变分析，试件断裂是的最大拉伸应力为： fb = PL / bd2 (bd= 试件的截面积) 称为断裂模量 modulus of rupture,(二)影响混凝土强度的因素,1.水泥强度等级和水灰比,混凝土强度经验公式：,式中：C/W灰水比； fcu混凝土28d抗压强度； fce水泥28d抗压强度实测值。 （c 1.13） a、b经验系数； 碎石 a=0.46; b=0.07 卵石 a=0.48; b=0.33,2.集料的影响,颗粒形状、表面状况 杂质含量 级配 集胶比的概念： 集料与胶凝材料的质量之比,3.养护的温、湿度,养护温度对混凝土强度的影响,成熟度,湿度的影响,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。,没有冻结,抗压强度,砼相对强度的增长与冻结时间的关系,受冻越早，强度损失越大。,混凝土受冻时的强度变化,养护条件（温湿度）,自然养护 洒水养护 喷涂薄膜养护 标准养护 （202） ，相对湿度95以上 蒸汽养护 常压蒸汽养护，成熟度 蒸压养护 蒸压釜：175，8个大气压 同条件养护,4.龄期,龄期指混凝土在正常养护条件下所经历的时间，最初的714d发展较快，28d以后增长缓慢 。,n 养护龄期，n3d。 适用于中等强度混凝土,14,28,抗压强度,龄期/d,5.其它因素,施工条件 搅拌 振捣方式 试验条件 试件的形状、尺寸 试件表面状态、含水程度 加荷速度 外加剂和掺合料的掺入。,试验条件对混凝土强度的影响, 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。 表面状态 ：试件表面有、无润滑剂，其对应的破坏形式不一，所测强度值大小不同。 加荷速度 ：加荷速度较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加，所测强度值偏高。,提高混凝土强度的措施,采用高等级水泥或早强型水泥； 采用低水灰比的干硬性混凝土； 采用机械搅拌、机械振捣； 掺入混凝土外加剂、掺合料等 高品质集料及合理及配（最紧密堆积）,(一)非荷载作用下的变形 化学收缩 干湿变形 温度变形 (二)荷载作用下的变形 短期荷载作用下的变形 长期荷载作用下的变形徐变,混凝土的变形性能,化学收缩,定义：在混凝土硬化过程中，由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。 发展规律：其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40天左右增长较快，以后逐渐趋于稳定。 影响：化学收缩值很小（小于1），但是不可恢复，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。,化学收缩示意图,干湿变形,定义：由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。 原因：混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随着空气湿度的降低负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。,弯月面,凝胶孔,干湿变形机理示意图,负压,龄期,应变,水中养护,空气中养护,膨胀,收缩,混凝土的干湿变形示意图,温度变形,定义：混凝土随着温度的变化产生热胀冷缩的变形。 指标：混凝土的温度线膨胀系数为(11.5)10-5/。 危害：温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工 程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。,200m长的大坝，内外温差50。 那么，温度降低到外界温度时， 可产生的变形大约为多少？,短期荷载作用下的变形,变形模量 弹性模量 棱柱体150150300 控制力：fcp3 三次以上反复加荷-卸荷 测“应力应变” E：(1.753.6)104MPa,长期荷载作用下的变形徐变,长期恒荷载作用下，随时间而发展的变形，称之徐变，也叫蠕变,产生原因： 凝胶体产生粘性流动 影响因素： 水泥用量 水灰比 弹性模量 徐变作用：,有利于削弱由温度、干缩等引起的约束变形 产生应力松弛、预应力损失,(一)混凝土的抗渗性（P4、P6、P8、P10、P12） (二)混凝土的抗冻性 (F10、F15、F25 、F50、F100 、F150 、F200、F250、F 300) (三)混凝土的抗碳化性 (四)碱骨料反应 (五)抗化学侵蚀,硬化混凝土的耐久性,混凝土耐久性 混凝土材料在长期使用过程中，抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，而保持混凝土结构的安全、正常使用的性能。 混凝土构筑物的服役寿命 混凝土构筑物受到其服役环境因素的侵蚀和破坏，导致其使用性能下降到最低设计值时，所经历的时间(年)。,混凝土耐久性危机,美国大量混凝土路面受冻融循环侵蚀很快发生剥落,美国等国家大量混凝土桥面板、路面、停车场和港口设施受侵蚀破坏,混凝土抗渗仪,是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。 混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。 提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。,混凝土的抗渗性,抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，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。 抗冻等级根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。 可通过慢冻法或快冻法抗冻性试验确定。 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,抗冻性,混凝土的碳化,混凝土的碳化：指空气中的CO2在湿度适宜的条件下与水泥水化产物Ca(OH)2发生反应，生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程，碳化也称中性化。 碳化的作用 引起钢筋锈蚀（碱度下降） 碳化收缩引起微细裂纹 使有害杂质的进入一定程度上缓冲 影响因素 环境中CO2浓度、环境湿度 水泥品种、水灰比 外加剂,混凝土的耐磨性,混凝土的耐磨性即混凝土表面抵抗磨损的能力。与其混凝土的强度、硬度有关。 表面磨损情况 机械磨耗；冲磨；空蚀 影响耐磨性的因素 混凝土强度 粗骨料的品种和性能 细骨料与砂率 水泥掺合料 养护和施工方法,混凝土的碱-骨料反应,混凝土的碱骨料反应：是指水泥中的碱(Na2O和K2O)含量较高时与骨料中的活性SiO2发生反应，在骨料表面生成碱硅酸凝胶，这种凝胶具有吸水膨胀特性，会使包裹骨料的水泥石胀裂，这种现象称为碱骨料反应。 碱-硅酸反应，碱-碳酸盐反应,碱-硅酸盐反应 必备条件 过量碱 碱活性骨料占骨料总量的比例大于1 潮湿环境（80） 预防措施 非活性骨料；控制含碱量； 掺入火山灰质混合料；加入引气剂,混凝土的强度评定、质量控制,一、混凝土的质量控制 1. 混凝土生产前的初步控制，主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整等项内容。 2.混凝土生产过程中的生产控制，包括控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等项内容。 3.混凝土生产后的合格性控制。包括批量划分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限等项内容。,特点: 正态分布，曲线以平均强度为对称轴； 曲线与横轴之间的面积和为100%； 存在拐点,二、混凝土质量评定的数理统计方法 (一)混凝土强度概率的正态分布,(二) 强度平均值、标准差、变异系数 1.强度平均值,注意:平均值只反应混凝土强度总体强度水平,不能说明强度波动的大小.,2.标准差,注意:标准差小,正态颁布曲线窄而高,说明强度分布集中，混凝土质量均匀性好；反之，混凝土的施工控制质量较差。,3.变异系数，,由于随强度等级的提高而增大，当混凝土强度不同时,可采用v作为评定混凝土质量均匀性的指标。 v，表示混凝土质量；v，则表示混凝土质量。,其计算式如下:,4.强度保证率P,可通过对正态分布曲线方程积分求得。 先计算出概率度t查表求得强度保证率,混凝土强度总体中大于等于设计强度等级的概率，在正态分布曲线中以阴影面积表示,混凝土强度的检验评定,统 计 法,非统计法,混凝土的配制强度,配合比设计的任务,确定各组分材料之间的比例： 水泥(或水泥矿物外加剂)用量 单位用水量 砂率与骨料用量 化学外加剂用量 配合比设计的四项基本要求： 1.满足强度等级要求； 2.满足所要求的和易性； 3.满足工程耐久性的要求； 4.符合经济原则.,混凝土配合比的表示方法,1立方米混凝土中各种材料的质量(kg/m3),各种组成材料的质量比，取水泥为1，其它材料除以水泥用量，就得出比例关系 例如：C:S:G1: 2.4:4.0，W/C0.60 在现场施工时，可根据搅拌机的实际容积，以每次实际投料量表