第4章-混凝土-清华版土木工程材料ppt课件

1、第四章 混凝土,主讲人：陈德鹏,教学目标 掌握：混凝土拌和物的性能、测定和调整方法；硬化混凝土的力学、变形性能和耐久性；普通混凝土配合比设计。 熟悉：水泥混凝土的基本组成材料、分类和性能要求；水泥混凝土的外加剂和矿物掺合料 了解：混凝土质量控制与强度评定；高性能混凝土；特种混凝土及其应用与发展。 教学重点 普通混凝土组成材料的主要技术要求 新拌混凝土和易性及其测试评价方法 硬化混凝土的力学性能、变形性能及耐久性 普通混凝土配合比设计,本章主要教学内容与要求,混凝土（Concrete,混凝土概述 普通混凝土的基本组成材料 普通混凝土拌合物的性能 普通混凝土硬化后的性能 混凝土外加剂与掺合料 普通

2、混凝土配合比设计 混凝土质量控制与强度评定 高性能混凝土 特种混凝土及其发展 本章知识归纳,广州中信广场 (319m） 世界最高纯混凝土结构,分类 混凝土的胶结材料可以是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合,混凝土的定义及分类,按胶凝材料,定义 混凝土是由胶凝材料、粗集料、细集料和水按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。 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,根据干表观密度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

3、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,生产与施工工艺： 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,经济性：原材料来源丰富、价格低廉，可就地取材，可充分利用工业废弃物。 可靠性：配制不同强度等级的混凝土；与钢筋能够协同工作。 可塑性：混凝土凝结前有良好的可塑性，利于施工成型，可利用模板浇筑成各种形状及尺寸的构件或结构物。 耐久性：在自然环境中使用时，具有良好的耐久性。

4、 耐火性：混凝土在高温或火灾中，能够较长时间保持强度，与钢结构相比具有很大优势。 可改造性：可根据不同工程需要，通过采用新材料、新配方或施工方法配制出不同性质的混凝土，满足工程的多重要求,混凝土的特点（相对优点,抗拉强度低，性脆易裂：素混凝土抗拉强度很低，受拉时易产生脆性破坏，在冲击荷载作用下很容易发生脆断。 自重大、比强度低：表观密度大、比强度低，不利于用于向高层、大跨度结构物和构筑物。 体积稳定性差：容易发生各种形式的收缩变形，产生内部缺陷和收缩开裂，影响结构耐久性。 保温隔热性能较差：导热系数较大，不利于保温隔热。 生产周期长：浇筑后需要较长时间的养护才能达到预期强度，不利于加快施工进度

5、和结构修补施工后尽快恢复交通。 混凝土性能受施工质量影响大：混凝土施工中的搅拌、浇筑和振捣等影响密实，养护影响强度形成和发展，施工质量的好坏严重影响混凝土硬化后的强度和耐久性能,混凝土的特点（缺点,数千年前，石灰与砂混合砌筑房屋； 公元前约500年，古罗马人配制了使用火山灰的混凝土； 1824年，英国人阿普斯丁发明波特兰水泥（Portland Cement），现代混凝土随后问世。 1850年法国人朗波特首次制成钢筋混凝土船，1967年法国人莫尼埃用铁丝加固砼制成花盆，并申请多项相关专利； 1884年，德国人提出板中钢筋应配置在受拉部位并，提出钢筋混凝土板计算理论。 1916年，混凝土强度的水灰

6、比理论；1930年瑞士鲍罗米提出公式； 1925年，水灰比学说和恒定用水量法则； 1928年，法国人佛列西涅发明预应力混凝土工艺； 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,混凝土理论与技术发展简史,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

7、； 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,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， 凝结后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,

8、Civil Engineering Materials,清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS,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，

9、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0.91.5倍的水泥,水泥,细集料,粒径在0.154.75mm之间的集料，称为细集料。细骨料主要采用天然砂和机制砂,根据砂的技术要求，可分为类、类和类。类砂宜用于配制强度等级大于C60的混凝土，类砂宜用于配制强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，类砂宜用于配制强度等级小于C30 的混凝土和建筑砂浆,细 集 料 技 术 要 求,含泥量、石粉含量和泥块含量,有害物质含量,表观密度、堆积密度、空隙率,坚固性,粗细程度和颗粒级配,碱活性,含泥量、泥块含量、石粉含量（GB/T 146842011,砂中有害物质含量（

10、GB/T 146842011,坚固性指标(GB/T 146842011,压碎指标(GB/T 146842011,砂的坚固性 是指砂在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力,碱活性、表观密度、堆积密度、空隙率,碱活性（碱集料反应） 碱集料反应：水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。 碱活性：能够和混凝土组成物中的碱发生反应的化学活性 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%。 此外，含水率和饱和面干吸水率,混凝土用砂为何对粗细

11、程度及颗粒级配有要求,砂子粗细 比表面积 空隙率 强度 和易性,砂的粗细程度及颗粒级配,最理想的情况：砂的空隙率及总表面积均较小,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

12、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,粗 集 料 技 术 要 求,含泥量和泥块含量,有害物质含量,表观密度、堆积密度、空隙率,坚固性,最大粒径和颗粒级配,针片状含量,强度,碱-集料反应,粗集料最大粒径 粗集料公称粒级的上限

13、 粒径增大，总比面积减小，但超过40mm可能强度下降 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 颗粒级配分为连续粒级、间断级配(单粒级)。 评价方法 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,粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料的技术要求最大粒径,GB502042002规定 最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且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1/3且不得超过40mm； 任何情况下，组集料最大粒径不得大于150mm； 对于泵送混凝土

14、，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 （泵送高度50m）,粗集料的技术要求指标（GB/T146852011,粗集料技术要求针片状颗粒含量,定义 针状颗粒：颗粒长度大于其所属相应粒级平均粒径的2.4倍； 片状颗粒：颗粒厚度小于其所属相应粒级平均粒径的0.4倍。 针片状颗粒不利影响 本身受力时易折断； 易产生架空现象增大集料孔隙率，降低混凝土拌合物和易性和强度； 影响配筋较密构件的浇筑质量 测试方法 针状颗粒规准仪和片状颗粒规准仪,粗集料技术要求强度,碎石的强度指标：抗压强度、压碎值； 卵石的强度指标：压碎值,1)抗压强度: 将母岩制成50mm50mm50mm的

15、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。 通常混凝土等级C60时必须检验。 不应小于混凝土强度的1.5倍 (2)压碎值指标,气干状态5.519mm石子去除针片状颗粒后装入标准筒，35min中均匀加荷至200kN并持荷5s,坚固性,定义 卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。 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,混凝土用水

16、是混凝土拌合用水和混凝土养护用水的总称。 氯离子含量：设计使用年限为100年的结构混凝土，500mg/L；使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，350mg/L。 未经处理的海水严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土； 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。 满足混凝土用水标准 (JGJ 63-2006)的其他规定,水,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,混凝土拌合物的和易性概念,混凝土拌合物是指由混凝土组成材料拌和而成、尚

17、未凝结硬化的混合料，又称新拌混凝土。 和易性 指混凝土拌合物组分均匀，易于施工操作（拌和、运输、浇筑和振捣），以获得质量均匀、密实的混凝土的性能。 混凝土拌合物和易性是一项综合技术性能，反映混凝土拌合物易于流动但组分间又不分离的一种性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。 流动性：拌合物在自重或施工机械振捣力的作用下，能产生流动，并均匀密实地充满模板的性能。 粘聚性：拌合物内部各组分间具有一定的粘聚力，在施工过程中不产生分层、离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。 保水性：拌合物具有保持内部水分不流失，不致在施工中产生严重泌水现象的性能,骨料,水,可见表面泌水,内泌水,和易性的测定方法

18、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/T 500802002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 (GBT 50080-2002,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

19、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,坍落度测量结果的分级评定,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，取平均值为坍落扩展度,220mm,坍落度试验评价和易性,测定混凝土坍落度后，用捣棒在已坍落的拌合物锥体侧面轻轻击打，如果锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好；如果突然倒坍，部分崩裂或石子离析，则为粘聚性不良。 提起坍落度筒后，观察地面上是否有较多的稀浆流淌，集料是否因失浆而大量裸露，存在上述现象表明保水性不好，反之保水性良好,泌水率测定仪（保水性,维勃稠度试验,透明圆盘,从开启振动台至透明

20、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,坍落度选择原则： 混凝土拌合物流动性（坍落度）的选择应根据施工捣实方法、结构构件截面尺寸的大小、配筋的疏密程度和环境温度等来确定。 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。 温度低于30时（高于时提高1525mm），可按下表,坍落度的选择,混凝土和易性的主要影响因素,水泥浆量,水泥浆是混凝土拌和物产生流动的决定因素。 在水胶比（水与水泥质量之比）不变的情况下，单位体积拌合物内水泥浆数量愈多，混凝土拌合物

21、流动性愈大。 但若水泥浆过多，将会出现流浆现象；若水泥浆过少，则集料之间缺少粘结物质，易使拌合物发生离析和崩坍，流动性下降，粘聚性也变差。 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,水胶比是混凝土拌和物中用水量与水泥等胶凝材料用量的比值： W/C = 用水量(W)/水泥用量(C) 水泥浆的水胶比决定了其稠度，水胶比越大，水泥浆越稀，在集料用量不变的情况下

22、，拌合物流动性增大；水胶比越小，则流动性减小。 但若水胶比过大，会造成拌合物粘聚性和保水性不良；水胶比过小，会使拌合物流动性过低，施工困难,混凝土和易性的主要影响因素,水胶比,无论是水泥浆数量的影响还是水胶比的影响，本质上都是单位用水量（每立方米混凝土的用水量）的影响,恒定需水量法则,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,恒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

23、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，就可以配制出坍落度相近而强度不同的混凝土,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,混凝土和易性的主要影响因素,水泥品种及细度,主要原因在于不同水泥的需水量差异，不同水泥品种、熟料颗粒细度、矿物组成、水泥中混合材和拌制混凝土时加入的掺合料，需水量不同。 在其他条件相同的情况下，需水量大的水泥配制的拌合物比需水量小的水泥配制的拌合物流动性要小，但粘聚

24、性和保水性表现较好。比如，矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时小，且矿渣水泥易使混凝土拌合物泌水。 水泥颗粒越细，总表面积越大，润湿水泥颗粒表面及吸附在颗粒表面的水越多，在其他条件相同的情况下，拌合物的流动性变小,集料对混凝土拌合物和易性的影响主要在于集料总表面积、集料的空隙率和集料间摩擦力大小的差异，具体表现为集料颗粒形状、级配、表面特征及粒径的影响。 集料在混凝土中体积比例可达6575%，影响不容忽视,卵石,碎石,集料的性质,表面光滑的集料，如河砂、卵石，其拌合物流动性较大,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

25、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,外加剂的加入将对混凝土拌合物和易性产生影响，尤其是减水剂或引气剂的加入，将明显增大拌合物的流动性，引气剂还可有效改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性,外加剂和掺合料,随环境温度的升高，水泥水化加快、水分蒸发加快，使得混凝土拌合物的坍落度损失加快。 随着混凝土拌合后时间的延长，由于混凝土拌合物中水分被水泥水化、集料吸收

26、和蒸发所消耗，混凝土拌合物变得干稠，流动性降低,温度和时间,同样的混凝土拌合物，不同的搅拌和振捣方式影响和易性如机械拌和的坍落度大于人工拌和，且搅拌时间相对越长，则坍落度越大,施工工艺,混凝土拌合物和异性的改善措施,采用合理砂率：使水泥混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好。同时可以节约水泥、提高混凝土强度。 改善砂、石的级配：尤其是改善组集料的级配，可以改善混凝土拌合物的和易性。集料的最大粒径相对增大，可使集料的总表面积小，拌和物的和易性也随之改善。 调整水泥浆用量：当拌和物坍落度太小时，保持水胶比不变，增加适量的水泥浆；当拌和物坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石（

27、相当于减小了水泥浆的用量）。 掺加适宜的外加剂和掺合料：少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性。选择需水量较小粉煤灰或磨细矿渣可以改善混凝土拌合物的和易性。 提高振捣机械的效能：振捣效能提高可降低施工条件对混凝土拌和物和易性的要求,混凝土浇筑后的性能,混凝土宏观堆聚分层现象 混凝土在流动状态时，原材料中密度不同固体粒子在自重作用下的相对运动 集料和水泥颗粒沉积于下部，水分被挤上升至表面或粗集料下方,泌水 泌水通道增加混凝土的渗透性；内泌水形成水囊和空隙；表面形成返浆层 塑性沉降 自重不同相对运动和泌水，使混凝土整体沉降 塑性收缩 主要因表面水分的蒸发速度大于泌水

28、速度,混凝土浇筑后的性能,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,混凝土拌合物的性能（小结,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

29、 施工工艺 搅拌、振捣方式和工艺,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,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

30、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、扩展直至连通的过程，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

31、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,立方体抗压强度试验,混凝土试件 几何形状

32、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%； 养护龄期：28d,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

33、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)f

34、cu 换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小,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，其对应破坏形式不一，所测强度值大小不同。 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,强度换算系数(GB/T 500812002,环箍效应,强度-概率分布曲线,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

35、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,抗拉强度试验,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

36、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,影响混凝土强度的因素,水泥强度等级和水灰比,混凝土强度经验公式,式中：B/W胶水比； fcu混凝土28d抗压强度； fce水泥28d抗压强度实测值。 （c 1.12、1.16、1.10） a、b经验系数； 碎石 a=0.53; b=0.20 卵石 a=0.49; b=0.13,集料的影响,Civil Engineering Materials,颗粒形状 表面

37、特征 泥块含量 有害物质含量 级配 集胶比的概念： 集料与胶凝材料的质量之比,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

38、护 与施工现场保持一致,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,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,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

39、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，又称化学减缩。 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

40、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。 干缩裂缝：由于混凝土抗拉强度低，而干缩变形又比较大，所以很容易产生干缩裂缝。干缩裂缝的产生使混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀能力变差，对混凝土耐久性极为不利,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,混凝土的干缩主要发生在早期，因此加强混凝土的早期养护，延长湿养护时间，对延迟混凝土干缩裂缝具有重要作用,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

41、程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。 大体积混凝土施工时，必须采取措施来减小混凝土内外温差和温度应力，以防止混凝土温度裂缝,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,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：(1.754.9)104MPa,混凝土是一种弹塑性体，静力受压时，既产生可以恢复的弹性变形，又产生不可恢复的塑性变形，其应力和应变之间的关系关系是一条曲线,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

42、性流动 影响因素： 水泥用量 水灰比 弹性模量 徐变作用,混凝土结构中：有利于削弱由温度、干缩等引起的应力，减少裂缝的发生 预应力混凝土结构中：产生应力松弛，引起预应力损失,硬化混凝土的耐久性,混凝土耐久性 混凝土在外部环境因素和内部不利因素的长期作用下，能保持正常使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构预定的安全性和正常使用的能力,混凝土抗渗仪,混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力液体（水、油和溶液等）渗透作用的能力，是决定混凝土耐久性最主要的因素。 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。 混凝土水灰比和养护等对抗渗性起决定性作用。 提高混凝土抗渗性

43、的根本措施在于增强混凝土的密实度或改变混凝土孔隙特征,抗渗性,混凝土抗渗标号采用顶面直径为175mm、底面直径为185mm、高度为150mm的圆台体标准试件；在规定的试验条件下，以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力乘以10来确定混凝土的抗渗等级。P=10H-1,抗冻性是指混凝土在使用环境中，能经受多次冻融循环能保持强度和外观完整性的能力，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。 混凝土抗冻等级可通过慢冻法(立方体，抗压强度下降率不超过25%或质量损

44、失率不超过5%)、快冻法(棱柱体，相对动弹性模量不小于60%、质量损失率不超过5%)和盐冻法进行试验确定。 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,碳化,混凝土的碳化：混凝土内水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2在一定湿度条件下发生化学反应，生成CaCO3和H2O的过程，因碳化反应后混凝土内部碱度下降，故又称中性化。 碳化的作用 引起钢筋锈蚀（碱度下降），顺筋开裂 碳化收缩引起微细裂纹，降低强度 生成的碳酸钙填充水泥石的孔隙，提高密实度、强度，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、水胶比 外加剂,混凝土碳化深度的检测方法有X射

45、线法和化学试剂法（酚酞酒精溶液、彩虹指示剂）两类,混凝土的碱-骨料反应,混凝土的碱骨料反应：水泥、外加剂等混凝土构成物及环境中的碱与具有碱活性的集料之间在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。 根据集料中活性成分的不同，碱集料反应分为三种类型：碱硅酸反应、碱碳酸盐反应和碱硅酸盐反应。 反应发生必备条件 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； 严格控制含碱量； 掺入火山灰质混合料； 加入引气剂,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

46、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 耐磨性实验方法：滚动轴承法（路面混凝土,提高混凝土耐久性的措施,耐久性改善措施（提高密实度、改善孔结构） 合理选用水泥品种，以适应工程环境 较小水灰比和保证足够胶凝材料用量，提高密实度 级配合理、质量好的砂石集料，提高密实度 合理砂率，提高密实度 外加剂和掺合料的使用，改善孔结构、提高密实度 施工质量控制，保证混凝土均匀密实，提高密实度,水泥、砂、石、水：是配制混凝土的基本原材料，随着现代建筑技术的不断发展，仅仅通过使用四种组分生产混凝土，显然已难以满足对现代混凝土材料提出的新要求。 第五、第六组分：现代混凝土技术的迅速发展使

47、得掺合料、外加剂广泛应用，以满足现代施工技术和建筑要求，达到技术先进、经济合理、节能环保、高强性、防腐耐久等目的，促进了混凝土生产和应用技术的发展,混凝土外加剂与掺合料,混凝土外加剂,定义 在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大于水泥重量的5% 。 为什么要使用外加剂？ 单纯靠调节水、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,外加剂的作用 改善混凝土拌合物

48、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； 改善耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等； 改善其它性能：减缩剂、膨胀剂，防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。 根据混凝土外加剂（GB 8076），分为8类： 高性能减水剂（早强型、标准型、缓凝型）、高效减水剂（标准型、缓凝型）、普通减水剂（早强型、标准型、缓凝型）、引气减水剂 泵送剂、早强剂、缓凝剂、引气剂,外加剂的种类,减水剂,减水剂是指在混

49、凝土拌合物坍落度（表示混凝土流动性的指标）基本相同的条件下，能较为显著减少拌合用水量的外加剂。在混凝土工程中应用最为广泛，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。 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)。 高性能减水剂。 复合功能 早强减水剂； 缓凝减水剂； 引气减水剂,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、

50、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,分散作用（打破絮凝结构） 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

51、，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,减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附,减水剂的作用机理,加减水剂前的絮凝结构,加入减水剂后，絮凝结构被打破,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

52、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,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,减水剂（水剂） 减水剂（粉剂,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

53、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； 脂肪族减水剂 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,高性能减水剂High Performance Water-reducer,高性能减水剂包括聚羧酸系减水剂、氨基羧酸系减水剂以及其他能够达到混凝土外加剂（GB 80762008）指标要求的减水剂。 高性能减水剂具有一定的

54、引气性，较高的减水率和良好的坍落度保持性能。 与其他减水剂相比，高性能减水剂在配制高强度混凝土和高耐久性混凝土时，具有明显的技术优势和较高的性价比。 聚羧酸系减水剂是通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而得到的一类减水剂。该减水剂具有低掺量、高减水、不缓凝和低坍落度损失等特点，是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种高效减水剂,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

55、%； 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,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

56、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,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

57、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,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,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。

58、 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。但其中最大障碍就是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,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 加入掺合料目的 改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥 “掺合料”与“混合材” 混凝土中为什么要使用掺合料？ 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

59、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； 沸石粉 沸石岩经粉磨加工制成的含水化硅铝酸盐为主的矿物火山灰质活性掺合材料，含有一定量的活性SiO2和Al2O3 磨细石灰石粉 将石灰石骨料开采时的碎屑磨成粉末,粉煤灰,粉煤灰是火力发电厂等以煤粉为燃料的烟道气体中所收集的粉末，由结晶体、玻璃体以及少量未燃尽的碳粒所组成。 粉煤灰按煤种可分为两类： 由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰为F类粉煤灰，其氧化钙含量低于10%； 由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰为C类粉

60、煤灰，其氧化钙含量一般大于10，因此又被称为高钙粉煤灰。 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰分为三个等级：级、级、级。 I级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土； II级粉煤灰适用于钢筋混凝土和素混凝土； III级粉煤灰主要用于素混凝土,粉煤灰,粉煤灰对混凝土性能改善的原因在于“粉煤灰效应”，粉煤灰掺入混凝土中可产生的三种效应： “活性效应” “形态效应” “微集料效应” 粉煤灰掺入混凝土中的效果与其掺量有关，掺量大小应通过试验确定。确定粉煤灰掺量的方法通常有以下三种： 等量取代法：等质量取代水泥 超量取代法：超量取代水泥 外加法 ：水泥不变，增加粉煤灰,混凝土的配制强度,配合比设计的