第3章 混凝土和砂浆3 硬化性质

1、第第3章章 水泥混凝土和砂浆水泥混凝土和砂浆 土木工程材料土木工程材料 3.4 混凝土的力学性能混凝土的力学性能 3.4.1 混凝土的受压破坏过程混凝土的受压破坏过程 图图3-11 混凝土受压时不同受力阶段裂缝示意图混凝土受压时不同受力阶段裂缝示意图 l硬化后混凝土在外力作用下，界面微裂缝处硬化后混凝土在外力作用下，界面微裂缝处 会出现应力集中，随着外力的逐渐增大，微裂会出现应力集中，随着外力的逐渐增大，微裂 缝就会延伸和扩展，最后导致混凝土破坏缝就会延伸和扩展，最后导致混凝土破坏 图图3-12 混凝土受压变形曲线混凝土受压变形曲线 I界面裂缝无明显变化界面裂缝无明显变化 II界面裂缝增长界面

2、裂缝增长 出现砂浆裂缝和连续裂缝出现砂浆裂缝和连续裂缝 连续裂缝迅速发展连续裂缝迅速发展 裂缝缓慢增长裂缝缓慢增长 裂缝迅速增长裂缝迅速增长 l混凝土的受压破坏过程实际上是其内部微裂纹不断扩展混凝土的受压破坏过程实际上是其内部微裂纹不断扩展 直到贯通的过程。混凝土在单轴受压状态下的荷载直到贯通的过程。混凝土在单轴受压状态下的荷载变变 形曲线可以用来表征混凝土的受压破坏过程形曲线可以用来表征混凝土的受压破坏过程 3）抗弯强度）抗弯强度 强度强度 最大最大 1）抗压强度）抗压强度 2）抗拉强度）抗拉强度 最小最小 3.4.2 混凝土的强度混凝土的强度 4）抗剪强度）抗剪强度 1.立方体抗压强度和强

3、度等级立方体抗压强度和强度等级 （1）立方体抗压强度）立方体抗压强度（Cubic compressive strength of concrete） l边长为边长为150mm的立方体试件，标准方法成型，标准条件的立方体试件，标准方法成型，标准条件 （温度为（温度为202，相对湿度为，相对湿度为95%以上）以上）养护养护，28d龄期龄期 用标准试验方法所测得的抗压强度值用标准试验方法所测得的抗压强度值 。 l强度测定结果处理：以三个试件测值的平均值作为该强度测定结果处理：以三个试件测值的平均值作为该 组试件的强度值组试件的强度值 。 A F fcu 混凝土试模混凝土试模 混凝土装模混凝土装模 混

4、凝土抗压强度试验录像混凝土抗压强度试验录像 （2）立方体试件抗压强度标准值）立方体试件抗压强度标准值（fcu,k） 混凝土立方体抗压强度标准值是指具有混凝土立方体抗压强度标准值是指具有95%以上强以上强 度保证率的立方体抗压强度。度保证率的立方体抗压强度。 混凝土强度保证率混凝土强度保证率 P% 是指混凝土强度总体中大是指混凝土强度总体中大 于设计强度等级的概率。于设计强度等级的概率。 cu cu,k l根据根据 fcu,k划分普通混凝土强度等级划分普通混凝土强度等级 l混凝土强度等级用符号混凝土强度等级用符号“C”和立方体抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值 （以（以MPa计）表示计）表示

5、l普通混凝土的十四个等级（普通混凝土的十四个等级（C15、C20、C25、C30、C35、 C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80） 例如例如, C40表示混凝土立方体抗压强度标准值表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k40MPa （3）混凝土强度等级（）混凝土强度等级（Strength grade of concrete） 不同工程的混凝土，其强度等级的要求也不尽相同，选用不同工程的混凝土，其强度等级的要求也不尽相同，选用 时可参照时可参照GB 500102010的要求的要求： l素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15

6、； l钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20； l当采用强度级别当采用强度级别400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等及以上的钢筋时，混凝土强度等 级不应低于级不应低于C25。 l承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应 低于低于C30。 l预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且，且 不应低于不应低于C30。 2混凝土轴心抗压强度（混凝土轴心抗压强度（Axial compressive strength） 工程实际中，钢筋混凝土结构形式大部分是

7、棱柱体或圆柱体工程实际中，钢筋混凝土结构形式大部分是棱柱体或圆柱体 为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况， 在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱 子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强 度作为依据。度作为依据。 l以以150150300mm的棱柱的棱柱 体为标准试件体为标准试件,其它条件与立其它条件与立 方体抗压强度相同方体抗压强度相同. l与抗压强度关系与抗压强度关系:当混凝土立当混凝土立 方体抗压强度方体抗压强度

8、fcu在在1055MPa 的范围内时的范围内时, fcp=0.70.8fcu F F 3轴心抗拉强度（轴心抗拉强度（Axial tensile strength） 混凝土抗拉强度只有抗压强度的混凝土抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，而且这个比值，而且这个比值 会随着混凝土强度等级的提高而降低。会随着混凝土强度等级的提高而降低。 混凝土抗拉强度的试验方法有两种：轴向拉伸法和劈裂法。混凝土抗拉强度的试验方法有两种：轴向拉伸法和劈裂法。 用轴向拉伸试件测定混凝土的抗拉强度，荷载不易对准轴线，用轴向拉伸试件测定混凝土的抗拉强度，荷载不易对准轴线， 夹具处常发生局部破坏，致使测值很不准，故我国目前

9、采用夹具处常发生局部破坏，致使测值很不准，故我国目前采用 由劈裂抗拉强度试验法间接得出混凝土的抗拉强度，称为由劈裂抗拉强度试验法间接得出混凝土的抗拉强度，称为劈劈 裂抗拉强度（裂抗拉强度（fts）。 劈裂抗拉强度试验劈裂抗拉强度试验 2 0 637 ts FF f. AA 确定混凝土确定混凝土 抗裂度的重抗裂度的重 要指标要指标 劈裂抗拉试验劈裂抗拉试验 原理：原理： 在试件的两个相对的在试件的两个相对的 表面素线上作用着均表面素线上作用着均 匀分布的压应力，这匀分布的压应力，这 样就能够在外力作用样就能够在外力作用 的竖向平面内产生均的竖向平面内产生均 布拉伸应力。布拉伸应力。 试验研究证明

10、，在相同条件下，混凝土的劈裂抗试验研究证明，在相同条件下，混凝土的劈裂抗 拉强度拉强度(fts)与标准立方体抗压强度与标准立方体抗压强度(fcu)之间具有一之间具有一 定的相关性，对于强度等级为定的相关性，对于强度等级为10 50MPa的混凝的混凝 土，其相互关系可近似表示为：土，其相互关系可近似表示为： 3 4 0 35 / tscu f.f 路面、桥面所用的水泥混凝土以抗折路面、桥面所用的水泥混凝土以抗折 强度（或称为抗弯拉强度）为主要强强度（或称为抗弯拉强度）为主要强 度设计指标度设计指标 抗折强度通过抗折强度通过三分点加荷三分点加荷试验测试。试验测试。 试件：试件： 150150550

11、mm 梁梁型试型试 件件 抗折试验装置图（单位抗折试验装置图（单位mm） 1、2、6- 一个钢球一个钢球3、5-二个钢球二个钢球 4-试件试件 7-活动支架活动支架8-机台机台9-活活 动船形垫块动船形垫块 cf2 FL f bh 4混凝土抗折强度（混凝土抗折强度（Bending strength of concrete） 试模试模 试验仪器试验仪器 混凝土抗折强度试验视频混凝土抗折强度试验视频 水泥等级提高水泥等级提高 水泥石强度提高水泥石强度提高 混凝土强度提高混凝土强度提高 与骨料的粘结强度提高与骨料的粘结强度提高 l水泥强度等级和水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因水泥强度等级和水灰比

12、是影响混凝土抗压强度的最主要因 素，也可以说是决定性因素素，也可以说是决定性因素 。 l在水灰比不变的前提下，水泥强度越高，硬化后的水泥石在水灰比不变的前提下，水泥强度越高，硬化后的水泥石 强度和胶结能力越强，配制成的混凝土强度也就越高，混凝强度和胶结能力越强，配制成的混凝土强度也就越高，混凝 土的强度与水泥强度成正比关系土的强度与水泥强度成正比关系 。 1水泥强度等级和水灰比（水泥强度等级和水灰比（Water-cement ratio） 3.4.3 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素 l 在水泥强度等级相同的条件下，混凝土的强度主要取决于在水泥强度等级相同的条件下，混凝土的强度主要取决

13、于 水灰比水灰比 l 水灰比越小，水泥石的强度越高，与骨料的粘结力越强，水灰比越小，水泥石的强度越高，与骨料的粘结力越强， 从而使混凝土强度也越高。从而使混凝土强度也越高。 l 如果水灰比过小，混凝土拌合物过于干稠，在一定的施工如果水灰比过小，混凝土拌合物过于干稠，在一定的施工 振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，混凝土中将出现较振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，混凝土中将出现较 多的蜂窝和孔洞，反而导致强度严重下降多的蜂窝和孔洞，反而导致强度严重下降 。 I II a） b） 图图3-16 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系混凝土强度与水灰比及灰水比的关系 a）强度与水灰比的关系）强度与水灰比的

14、关系 b）强度与灰水比的关系）强度与灰水比的关系 l在原材料一定的情况下，混凝土在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期抗压强龄期抗压强 度（度（fcu）与水泥实际强度（）与水泥实际强度（fce）及水灰比（）及水灰比（W/C） 之间的关系符合下列经验公式之间的关系符合下列经验公式 cuaceb C ff W 2骨料的影响骨料的影响 骨料级配好，砂率适当，配制的混凝土强度高。骨料级配好，砂率适当，配制的混凝土强度高。 在混凝土坍落度相同的情况下，用碎石拌制的混在混凝土坍落度相同的情况下，用碎石拌制的混 凝土强度高于用卵石拌制的混凝土。凝土强度高于用卵石拌制的混凝土。 当骨料中针、片状颗粒较多时当骨

15、料中针、片状颗粒较多时,骨料的总表面积及骨料的总表面积及 空隙率会增大空隙率会增大,增加了混凝土的薄弱环节增加了混凝土的薄弱环节,使混凝使混凝 土的强度降低土的强度降低. 3养护温度及湿度养护温度及湿度 l温度和湿度是混凝土养护期间影响水泥水化程度温度和湿度是混凝土养护期间影响水泥水化程度 和速度的重要因素和速度的重要因素 。 l温度越高，水泥的水化速度越快，混凝土强度越温度越高，水泥的水化速度越快，混凝土强度越 高。高。 l湿度越大，水泥水化程度越高。湿度越大，水泥水化程度越高。 温度温度 水泥水化水泥水化 速度速度 混凝土强度混凝土强度 温度温度 水泥水化速度水泥水化速度 混凝土强度混凝土

16、强度 湿度湿度 水泥水化速度水泥水化速度 混凝土强度混凝土强度 湿度湿度 水泥水化水泥水化 速度速度 混凝土强度混凝土强度 图图3-17 养护温度对混凝土强度的影响养护温度对混凝土强度的影响 图图3-18 混凝土强度与保湿养护时间的关系混凝土强度与保湿养护时间的关系 l在混凝土浇筑后的在混凝土浇筑后的12h内，应加以覆盖或浇水。内，应加以覆盖或浇水。 l对采用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥配制的混凝对采用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥配制的混凝 土，浇水养护时间不得少于土，浇水养护时间不得少于7d； l采用粉煤灰水泥或火山灰水泥，或掺有缓凝剂、膨胀采用粉煤灰水泥或火山灰水泥，或掺有缓凝剂、膨胀

17、 剂，或有防水抗渗要求的混凝土，浇水养护期不得少于剂，或有防水抗渗要求的混凝土，浇水养护期不得少于 14d。 4. 龄期（龄期（Age）的影响）的影响 在正常养护条件下，强度随着龄期的增加而在正常养护条件下，强度随着龄期的增加而 增长，强度与其龄期的常用对数成正比关系增长，强度与其龄期的常用对数成正比关系： n 28 lg lg28 fn f 式中式中 fn混凝土混凝土nd龄期的抗压强度龄期的抗压强度(MPa)； f28混凝土混凝土28d龄期的抗压强度龄期的抗压强度(MPa)； n 养护龄期养护龄期(d)，且，且n3d。 仅适用于正常条件下硬仅适用于正常条件下硬 化的中等强度等级的普化的中等强

18、度等级的普 通水泥混凝土通水泥混凝土 5. 外加剂和掺合料外加剂和掺合料 l掺入减水剂可减少拌合用水量，提高混凝土的掺入减水剂可减少拌合用水量，提高混凝土的 强度；强度； l掺入早强剂可以提高混凝土早期强度，而对后掺入早强剂可以提高混凝土早期强度，而对后 期强度发展无明显的影响。期强度发展无明显的影响。 l混凝土中掺入超细的掺合料可以配制高性能混混凝土中掺入超细的掺合料可以配制高性能混 凝土、超高强混凝土凝土、超高强混凝土 6. 试验因素（试验因素（Testing factors） （1）试件尺寸）试件尺寸 相同配合比的混凝土，试件尺寸越小，测得相同配合比的混凝土，试件尺寸越小，测得 的强度越

19、高。的强度越高。 （2）试件形状）试件形状 试件面积相同而高度不同时，高宽比越大，试件面积相同而高度不同时，高宽比越大， 抗压强度越小。抗压强度越小。 （3）表面状态）表面状态 当试件表面由油当试件表面由油 脂类润滑剂时，环箍脂类润滑剂时，环箍 效益大大减小，测出效益大大减小，测出 的强度较低。的强度较低。 提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施 : （1）采用高强度等级的水泥采用高强度等级的水泥或快硬早强型水泥。或快硬早强型水泥。 （2）采用）采用低水灰比低水灰比的干硬性混凝土，提高混凝土的密实的干硬性混凝土，提高混凝土的密实 度。度。 （3）采用有害杂质少、级配良好、颗粒适当的骨料和合采

20、用有害杂质少、级配良好、颗粒适当的骨料和合 理的砂率理的砂率 （4）采用）采用湿热处理养护措施湿热处理养护措施。蒸汽养护及蒸压养护。蒸汽养护及蒸压养护。 （5）掺用合适的混凝土外加剂和掺合料）掺用合适的混凝土外加剂和掺合料 （6）采用采用机械搅拌与振实机械搅拌与振实等强化施工工艺：强力搅拌，等强化施工工艺：强力搅拌， 高频振捣等工艺。高频振捣等工艺。 l 引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类： 非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。 l 混凝土在非荷载作用下的变形混凝土在非荷载作用下的变形 （1）化学收缩）化学收

21、缩 （2）干湿变形）干湿变形 （3）温度变形）温度变形 l 混凝土在荷载作用下的变形混凝土在荷载作用下的变形 （1）短期变形）短期变形 （2）长期变形）长期变形 3.5 混凝土的变形性能混凝土的变形性能 3.5.1 非荷载作用下的变形非荷载作用下的变形 1化学收缩（化学收缩（Chemical shrinkage） l由于水泥水化产物的总体积小于水化前反应物的总体由于水泥水化产物的总体积小于水化前反应物的总体 积而产生的混凝土收缩积而产生的混凝土收缩 l化学收缩是由水泥的水化反应所产生的固有收缩。是化学收缩是由水泥的水化反应所产生的固有收缩。是 不能恢复的。其收缩量随混凝土的龄期延长而增加，一不

22、能恢复的。其收缩量随混凝土的龄期延长而增加，一 般在混凝土成型后般在混凝土成型后40d内增长较快，以后逐渐趋于稳定。内增长较快，以后逐渐趋于稳定。 但化学收缩的收缩率很小。但化学收缩的收缩率很小。 湿胀湿胀 混凝土长期在水中硬化，体积有微小的膨胀，但远比混凝土长期在水中硬化，体积有微小的膨胀，但远比 收缩值小，一般没有破坏作用。收缩值小，一般没有破坏作用。 干缩干缩 干缩对混凝土的危害较大，会使混凝土表面出现较大干缩对混凝土的危害较大，会使混凝土表面出现较大 拉应力而导致开裂，使混凝土的耐久性严重降低。拉应力而导致开裂，使混凝土的耐久性严重降低。 由于混凝土内部水分的增减变化而引起的体积变化由

23、于混凝土内部水分的增减变化而引起的体积变化 2干湿变形（干湿变形（Deformation at dry and wet） l混凝土中过大的干缩会产生干缩裂缝，不仅降低混凝混凝土中过大的干缩会产生干缩裂缝，不仅降低混凝 土结构的承载能力和安全性，而且使混凝土的抗渗性、土结构的承载能力和安全性，而且使混凝土的抗渗性、 抗冻性及抗侵蚀性等耐久性能变差，因此在设计时必抗冻性及抗侵蚀性等耐久性能变差，因此在设计时必 须加以考虑。须加以考虑。 l混凝土结构设计中干缩率取值一般为混凝土结构设计中干缩率取值一般为（1.52.0） 10-4mm/mm。混凝土干缩主要是水泥石产生的，因此。混凝土干缩主要是水泥石产

24、生的，因此 降低水泥用量，减小水灰比是减少混凝土降低水泥用量，减小水灰比是减少混凝土干缩的关键。干缩的关键。 即即 温度每升降温度每升降1 ，每，每lm胀缩胀缩0.010.015mm. n温度变形对大体积混凝土工程或在温差较大季节施工的混温度变形对大体积混凝土工程或在温差较大季节施工的混 凝土结构极为不利。凝土结构极为不利。 n在混凝土硬化初期在混凝土硬化初期,水泥水化放出较多热量水泥水化放出较多热量,而混凝土又是热而混凝土又是热 的不良导体的不良导体,散热很慢散热很慢,因此造成混凝土内外温差很大因此造成混凝土内外温差很大,有时有时 可达可达5070,这将使混凝土产生内胀外缩这将使混凝土产生内

25、胀外缩,结果在混凝土外结果在混凝土外 表产生很大的拉应力表产生很大的拉应力,严重时使混凝土产生裂缝。严重时使混凝土产生裂缝。 3温度变形（温度变形（Temperature deformation） （1）采用低水化热水泥，并尽量减少水泥用量；）采用低水化热水泥，并尽量减少水泥用量； （2）尽量减少用水量，提高混凝土强度；）尽量减少用水量，提高混凝土强度； （3）选用膨胀系数低的骨料，减小热变形；）选用膨胀系数低的骨料，减小热变形； （4）预冷原材料；）预冷原材料； （5）合理分缝、分块、减轻约束作用；）合理分缝、分块、减轻约束作用； （6）在混凝土中埋冷却水管；）在混凝土中埋冷却水管； （7）

26、表面绝热，调节表面温度的下降速率等）表面绝热，调节表面温度的下降速率等 大体积混凝土施工应采取的措施：大体积混凝土施工应采取的措施： 3.5.2 荷载作用下的变形荷载作用下的变形 1短期荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形 （1）混凝土的弹塑性变形）混凝土的弹塑性变形 图图3-21 混凝土在压力作用下的应力混凝土在压力作用下的应力 -应变曲线应变曲线 OA:加载曲线 AC:卸载曲线 OC:残余应变 l在应力一应变曲线上任一点的应力在应力一应变曲线上任一点的应力与其应变与其应变 的比值，称作的比值，称作混凝土在该应力下的弹性模量。混凝土在该应力下的弹性模量。 l它反映混凝土所受应力与所产生应变之

27、间的关它反映混凝土所受应力与所产生应变之间的关 系。在计算钢筋混凝土结构的变形系。在计算钢筋混凝土结构的变形, ,裂缝开展及大裂缝开展及大 体积混凝土的温度应力时体积混凝土的温度应力时, ,均需知道该混凝土的弹均需知道该混凝土的弹 性模量。性模量。 （2）混凝土的弹性模量）混凝土的弹性模量 图图3-22 低应力重复荷载作用下的应力低应力重复荷载作用下的应力-应变曲线应变曲线tan 混凝土弹性模量的测定：混凝土弹性模量的测定： 在静力受压弹性模量试验中，采在静力受压弹性模量试验中，采 用用150mm150mm300mm的的 棱柱体作为标准试件，使混凝土棱柱体作为标准试件，使混凝土 的应力在的应力

28、在0.4fcp水平下经过多次水平下经过多次 反复加荷与卸荷，最后所得应力反复加荷与卸荷，最后所得应力 -应变曲线与初始切线大致平行，应变曲线与初始切线大致平行， 这样测出的变形模量称为静力受这样测出的变形模量称为静力受 压弹性模量压弹性模量Ec，Ec在数值上与在数值上与 相近相近 。 混凝土弹性模量的影响因素混凝土弹性模量的影响因素 n混凝土的强度越高，弹性模量越大。当混凝土强度等混凝土的强度越高，弹性模量越大。当混凝土强度等 级由级由C10增加到增加到C60时，其弹性模量大致由时，其弹性模量大致由 1.75104MPa增加到增加到3.60104MPa。 n骨料含量越多，或其弹性模量越大，则混

29、凝土的弹性骨料含量越多，或其弹性模量越大，则混凝土的弹性 模量就越高。模量就越高。 n混凝土的水灰比较小，或养护较充分且龄期较长时，混凝土的水灰比较小，或养护较充分且龄期较长时， 混凝土的弹性模量就较大。混凝土的弹性模量就较大。 n在结构设计中，混凝土弹性模量是计算钢筋混凝土的在结构设计中，混凝土弹性模量是计算钢筋混凝土的 变形、裂缝扩展及大体积混凝土的温度应力时所必须变形、裂缝扩展及大体积混凝土的温度应力时所必须 的参数。的参数。 变形特征：变形特征： 弹性变形弹性变形徐徐 变变形变变形 瞬间恢复的变瞬间恢复的变 形形徐变恢徐变恢 复复 永久变形永久变形 （也称残余（也称残余 变形）变形）

30、n混凝土在长期恒定荷载作用下，沿着作用力方向随时混凝土在长期恒定荷载作用下，沿着作用力方向随时 间的延长而不断增加的变形称为徐变间的延长而不断增加的变形称为徐变 。 2长期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形徐变徐变 图图3-23 混凝土的徐变与恢复混凝土的徐变与恢复 l一般认为是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体一般认为是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体 产生粘性流动，向毛细管内迁移，或者凝胶体中的吸附产生粘性流动，向毛细管内迁移，或者凝胶体中的吸附 水或结晶水向内部毛细孔迁移渗透所致。水或结晶水向内部毛细孔迁移渗透所致。 徐变的原因徐变的原因 l从水泥凝结硬化过程可知，随着水泥的

31、逐渐水化，新的从水泥凝结硬化过程可知，随着水泥的逐渐水化，新的 凝胶体逐渐填充毛细孔，使毛细孔的相对体积逐渐减小。凝胶体逐渐填充毛细孔，使毛细孔的相对体积逐渐减小。 在荷载初期或硬化初期，由于未填满的毛细孔较多，凝在荷载初期或硬化初期，由于未填满的毛细孔较多，凝 胶体的迁移较容易，故徐变增长较快。以后由于内部移胶体的迁移较容易，故徐变增长较快。以后由于内部移 动和水化的进展，毛细孔逐渐减小，徐变速度愈来愈慢。动和水化的进展，毛细孔逐渐减小，徐变速度愈来愈慢。 混凝土徐变对结构物的影响混凝土徐变对结构物的影响 n 有利方面有利方面： n 徐变可消除混凝土结构内部的应力集中，通过应徐变可消除混凝土

32、结构内部的应力集中，通过应 力重新分布而使结构物的整体承载能力提高，也力重新分布而使结构物的整体承载能力提高，也 可避免因局部集中应力而造成的逐渐破坏；可避免因局部集中应力而造成的逐渐破坏； n 对大体积混凝土结构，徐变还能消除一部分由于对大体积混凝土结构，徐变还能消除一部分由于 温度变形所产生的破坏应力。温度变形所产生的破坏应力。 n 不利方面不利方面： n 由于徐变变形而使预应力钢筋混凝土中钢筋的预由于徐变变形而使预应力钢筋混凝土中钢筋的预 应力损失。应力损失。 3.6 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 指混凝土能抵抗环境介质作用并长期保持良指混凝土能抵抗环境介质作用并长期保持良 好的使用性能

33、和外观完整性，从而维护混凝土结好的使用性能和外观完整性，从而维护混凝土结 构的安全、正常使用的能力。构的安全、正常使用的能力。 混凝土的耐久性是一个综合性概念，它包含混凝土的耐久性是一个综合性概念，它包含 的内容很多，如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗的内容很多，如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗 碳化反应、碱碳化反应、碱-骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等 被腐蚀的混凝土被腐蚀的混凝土 l 混凝土抵抗压力水（或油）混凝土抵抗压力水（或油） 渗透的能力。渗透的能力。 l 抗渗性是决定混凝土耐久性抗渗性是决定混凝土耐久性 好坏的最基本因素好坏的最基本因素 。直接影直接影 响混凝

34、土的抗冻和防腐性等。响混凝土的抗冻和防腐性等。 抗渗示意图抗渗示意图 3.6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 抗渗试验抗渗试验 抗渗实验采用抗渗实验采用185175150mm的圆台形试件，从圆台的圆台形试件，从圆台 试件底部施加水压力。试件底部施加水压力。 以以28天龄期的标准试件，按规定方法检验混凝土所能承受的天龄期的标准试件，按规定方法检验混凝土所能承受的 最大水压力（最大水压力（MPa），）， （混凝土抗渗试验时一组（混凝土抗渗试验时一组6个试件中个试件中 4个试件未出现渗水时不同的最大水压力）。个试件未出现渗水时不同的最大水压力）。 混凝土的抗渗等级划分为混凝土的抗渗等级划分为P4、

35、P6、P8、P10、P12等五个等等五个等 级，级，分别表示混凝土可抵抗分别表示混凝土可抵抗0.4MPa，0.6MPa，0.8MPa， 1.0MPa及及1.2MPa的静水压力而不渗透。的静水压力而不渗透。 抗渗等级抗渗等级 影响抗渗性的因素影响抗渗性的因素 n水灰比水灰比：水灰比越大，其抗渗性越差。：水灰比越大，其抗渗性越差。 n骨料的最大粒径骨料的最大粒径：在水灰比相同时，混凝土骨料的最：在水灰比相同时，混凝土骨料的最 大粒径越大，其抗渗性能越差。大粒径越大，其抗渗性能越差。 n养护方法养护方法：蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护：蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护 的混凝土要差。在干燥

36、条件下，混凝土早期失水过多，的混凝土要差。在干燥条件下，混凝土早期失水过多， 容易形成收缩裂隙，因而降低混凝土的抗渗性。容易形成收缩裂隙，因而降低混凝土的抗渗性。 n水泥品种水泥品种：水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，：水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小， 强度就越高，则其抗渗性越好。强度就越高，则其抗渗性越好。 n外加剂外加剂：在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，：在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等， 可减小水灰比，提高混凝土的抗渗性能。可减小水灰比，提高混凝土的抗渗性能。 n掺合料掺合料：在混凝土中加入掺合料，可提高混凝土的密：在混凝土中加入掺合料，可提高混凝土的密 实度、细化孔

37、隙，从而提高混凝土的抗渗性。实度、细化孔隙，从而提高混凝土的抗渗性。 l混凝土在水饱和状态下经受多次冻融循环作用，混凝土在水饱和状态下经受多次冻融循环作用， 能保持强度和外观完整性的能力能保持强度和外观完整性的能力 。 1混凝土的冻融破坏机理混凝土的冻融破坏机理 3.6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 （1）静水压理论）静水压理论 （2）渗透压理论）渗透压理论 n混凝土的抗冻性常用抗冻等级表示混凝土的抗冻性常用抗冻等级表示。 n抗冻试验有两种方法，即慢冻法和快冻法抗冻试验有两种方法，即慢冻法和快冻法 n（1）慢冻法）慢冻法 以龄期为以龄期为28d的立方体试件的立方体试件 （100mm100m

38、m100mm）在吸水饱和后承受反复）在吸水饱和后承受反复 冻融循环作用（冻融循环作用（-18冻冻4h，1820融融4h），以抗压强），以抗压强 度下降不超过度下降不超过25%或质量损失不超过或质量损失不超过5%时，所能承受的时，所能承受的 最大冻融循环次数来确定抗冻标号。采用慢冻法时抗冻最大冻融循环次数来确定抗冻标号。采用慢冻法时抗冻 标号表示为标号表示为D25、D50、D100、D150、D200、D250、 D300、D300以上等以上等 2抗冻性的表征抗冻性的表征 n（2）快冻法）快冻法 对高抗冻性的混凝土，可采用快冻法试验。对高抗冻性的混凝土，可采用快冻法试验。 以以100mm100m

39、m400mm的棱柱体试件，标准养护的棱柱体试件，标准养护 28d龄期后进行试验，试件吸水饱和后承受反复冻融循环，龄期后进行试验，试件吸水饱和后承受反复冻融循环， 每次循环需在每次循环需在24h内完成，以相对动弹性模量值下降至内完成，以相对动弹性模量值下降至 不小于不小于60%或质量损失率不超过或质量损失率不超过5%时所能承受的最大冻时所能承受的最大冻 融循环次数来确定抗冻等级，用符号融循环次数来确定抗冻等级，用符号F表示表示 3混凝土的盐中冻融混凝土的盐中冻融 在寒冷地区，特别是有除冰盐或含盐环境中发生的冻在寒冷地区，特别是有除冰盐或含盐环境中发生的冻 融作用并导致钢筋锈蚀是公路结构物损坏或失

40、效的最融作用并导致钢筋锈蚀是公路结构物损坏或失效的最 主要原因主要原因 （1）盐冻破坏机理）盐冻破坏机理 （2）盐冻破坏特征）盐冻破坏特征 （3）单面冻融法（盐冻法）测定混凝土的抗冻性）单面冻融法（盐冻法）测定混凝土的抗冻性 （4）改善盐中冻融破坏的措施）改善盐中冻融破坏的措施 1）掺引气剂，含气量不应低于）掺引气剂，含气量不应低于5%； 2）降低水灰比，且控制水灰比）降低水灰比，且控制水灰比0.45； 3）使用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥；）使用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥； 4）掺加适量的掺合料；）掺加适量的掺合料； 5）混凝土表面涂刷防水涂料。）混凝土表面涂刷防水涂料。 4提高混凝土抗冻性的

41、措施提高混凝土抗冻性的措施 （1）降低混凝土的水胶比，提高混凝土密实度。）降低混凝土的水胶比，提高混凝土密实度。 （2）掺加引气剂或引气型减水剂，改善孔的特征。）掺加引气剂或引气型减水剂，改善孔的特征。 （3）加强早期养护或掺入防冻剂，防止混凝土早期受冻）加强早期养护或掺入防冻剂，防止混凝土早期受冻 3.6.3 混凝土的抗侵蚀性（混凝土的抗侵蚀性（Anti-corrosion） n混凝土的抗侵蚀性是指混凝土在周围各种侵蚀介质作用下混凝土的抗侵蚀性是指混凝土在周围各种侵蚀介质作用下 抵抗侵蚀破坏的能力。抵抗侵蚀破坏的能力。 n环境介质对混凝土的侵蚀主要是化学侵蚀。如软水、硫酸环境介质对混凝土的侵

42、蚀主要是化学侵蚀。如软水、硫酸 盐、镁盐、酸、碱等对水泥石具有侵蚀作用。海水中氯离子盐、镁盐、酸、碱等对水泥石具有侵蚀作用。海水中氯离子 还会对钢筋起锈蚀作用，使混凝土破坏还会对钢筋起锈蚀作用，使混凝土破坏 n 抗硫酸盐侵蚀试验抗硫酸盐侵蚀试验 :采用尺寸为采用尺寸为100mm100mm100mm 的立方体试件，养护至的立方体试件，养护至28d龄期，通过测定混凝土试件在龄期，通过测定混凝土试件在 干湿交替环境中，能够承受的最大干湿循环次数来表示。干湿交替环境中，能够承受的最大干湿循环次数来表示。 抗硫酸盐等级以混凝土抗压强度耐蚀系数下降到不低于抗硫酸盐等级以混凝土抗压强度耐蚀系数下降到不低于

43、75%时的最大干湿循环次数来确定，并以符号时的最大干湿循环次数来确定，并以符号KS表示，表示， 如如KS15、KS30等。等。 n 提高混凝土抗侵蚀性的主要措施，是合理选择水泥品种，提高混凝土抗侵蚀性的主要措施，是合理选择水泥品种， 降低水灰比，提高混凝土密实度和改善孔结构。降低水灰比，提高混凝土密实度和改善孔结构。 贵州铝厂柱开胀贵州铝厂柱开胀 n混凝土的碳化（混凝土的碳化（Carbonation of concrete），是指环境中），是指环境中 的的CO2和水与混凝土内水泥石中的和水与混凝土内水泥石中的Ca（OH）2起反应，生起反应，生 成碳酸钙和水，从而使混凝土的碱度降低（也称中性化）

44、成碳酸钙和水，从而使混凝土的碱度降低（也称中性化） 的现象。的现象。 1. 混凝土保护钢筋不生锈的原因混凝土保护钢筋不生锈的原因 在混凝土的强碱环境中，钢筋表面生成一层厚在混凝土的强碱环境中，钢筋表面生成一层厚2060的的 致密钝化膜，使钢材难以进行电化学反应，即化学腐蚀难致密钝化膜，使钢材难以进行电化学反应，即化学腐蚀难 以进行以进行 3.6.4 混凝土的碳化与钢筋锈蚀混凝土的碳化与钢筋锈蚀 n使混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用使混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用 n引起混凝土显著收缩，使混凝土表面产生拉应力，导致引起混凝土显著收缩，使混凝土表面产生拉应力，导致 混凝土的表面产

45、生微细裂纹，从而使混凝土的抗拉和抗折混凝土的表面产生微细裂纹，从而使混凝土的抗拉和抗折 强度下降强度下降 n水泥石中的水化产物分解水泥石中的水化产物分解 n碳化可使混凝土的抗压强度提高，因为碳化反应生成的碳化可使混凝土的抗压强度提高，因为碳化反应生成的 水分有利于水泥的水化作用，而且反应生成的碳酸钙减少水分有利于水泥的水化作用，而且反应生成的碳酸钙减少 了水泥石内部的孔隙了水泥石内部的孔隙 2碳化对混凝土的影响碳化对混凝土的影响 3影响碳化的因素和防碳化的措施影响碳化的因素和防碳化的措施 （1）影响碳化的因素）影响碳化的因素 l二氧化碳的浓度。二氧化碳的浓度。 l环境湿度。环境湿度。 l水泥品

46、种与掺合料用量。水泥品种与掺合料用量。 l混凝土的密实度混凝土的密实度 （2）防止碳化的措施）防止碳化的措施 l保证足够的混凝土保护层；保证足够的混凝土保护层； l根据工程所处环境和使用条件，合理选用水泥品种；根据工程所处环境和使用条件，合理选用水泥品种； l采用较低的水灰比和较多的水泥用量；采用较低的水灰比和较多的水泥用量； l使用减水剂等，改善混凝土的和易性，提高混凝土使用减水剂等，改善混凝土的和易性，提高混凝土 的密实度；的密实度； l在混凝土表面涂刷保护层，防止二氧化碳侵入；在混凝土表面涂刷保护层，防止二氧化碳侵入； l加强施工质量控制，减少或避免混凝土出现蜂窝等加强施工质量控制，减少或避免混凝土出现蜂窝等 质量事故质量事故 3.6.5 混凝土的碱混凝土的碱-骨料反应骨料反应 指水泥中的碱（指水泥中的碱（Na2O、K2O）与骨料中活性）与骨料中活性 二氧化硅、活性碳酸盐发生化学反应，在骨料表二氧化硅、活性碳酸盐发生化学反应，在骨料表 面生成复杂的碱面生成复杂的碱-硅酸盐凝胶或碱硅酸盐凝胶或碱-碳酸盐凝胶，碳酸盐凝胶， 沉积在骨料与水泥胶体的界面上，这种凝胶吸水沉积在骨料与水泥胶体的界面上，