第四章普通混凝土

1、第五章 普通混凝土51 概 述一、混凝土的定义混凝土 由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。 普通混凝土 由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为20002800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。 二、混凝土的分类按体积密度分重混凝土 02800kg/m3。 普通混凝土 0 20002800kg/m3。 轻混凝土 02000kg/m3。 按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混

2、凝土等。 按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等 。二、混凝土的分类按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、等。按强度分普通混凝土 C60。高强混凝土 C60。超高强混凝土 100MPa。按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。三、混凝土的特点优点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低 ；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性； 混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋 。缺点抗拉强度低（约为抗压强度的1/101/20）、变形性能差；导热系数大约为1.8W/（mK）；体

3、积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。 52 普通混凝土组成材料（一） 普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨 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混凝土的结构混凝土的结构 水泥+水水泥浆+砂水泥砂浆+石子混凝土拌合物硬化混凝土组成材料的作用粗集料细集料水泥浆孔 隙泌水形成的孔隙混凝土体积构成水泥石25左右；砂和石子70以上；孔隙和自由水15%。 组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用一、水泥的选择品种的选择 配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土

4、的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。 强度等级的选择原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.0倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右。 二、砂的技术质量要求 定义 砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。 分类按产源分按技术要求分 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土； 类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。 砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等二、砂的技术质

5、量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率表观密度02500kg/m3；松散堆积密度o1350kg/m3；空隙率P47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。二、砂的技术质量要求项 目指 标类类类含泥量（质量计，%）1.03.05.0泥块含量（质量计，%）01.02.0天然砂含泥量和泥块含量项 目指 标类类类亚甲蓝试验MB值1.40或合格石粉含量（%）3.05.07.0泥块含量（%）01.02.0MB值1.40或不合格石粉含

6、量（%）1.03.05.0泥块含量（%）01.02.0人工砂石粉含量和泥块含量二、砂的技术质量要求3.有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。项 目指 标类类类云母（%)（质量计）1.02.02.0轻物质（%)（质量计）1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（SO3质量计）0.50.50.5氯化物（氯离子质量计）0.010.020.06二、砂的技术质量要求4.颗粒级配（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。（2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以

7、节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。（3）颗粒级配采用筛分法确定，详见实验部分。（4）颗粒级配的指标 级配区 按600m筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。 级配合格判定 砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600m筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。 二、砂的技术质量要求方筛孔累计筛余率，1区2区3区9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600m300m150m010035565358571958010090010025050107041927010090010015025040168555100901）砂的实际颗粒级配与

8、表中所列数字相比，除4.75mm和600m筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。2）1区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10085，2区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10080，3区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10075。砂的颗粒级配区二、砂的技术质量要求（5）级配的选择 宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。5.规格 砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂 Mx =3.73.1；中砂 Mx =3.02.3；细砂 Mx =2.21.6。 细度模数按下式计算：式中：Mx细度模数； A1、A2、A3、A4、A

9、5、A6分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m、150m筛的累计筛余百分率，。1165432x1005)AAAAAAAM（问题？问题？v砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什么？为什么？ 答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程度的差别。细程度的差别。v细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细度模数相同吗？度模数相同吗？ 答：细度模数相同，级配不一定相同；但级答：细度模数相同，级配不一定相同；但级配相同，细度模数一定相同。配相同，细度模数一定相同。三

10、、石子的技术质量要求三、石子的技术质量要求定义定义 粒径大于粒径大于4.75mm4.75mm的骨料称为粗骨料。的骨料称为粗骨料。分类分类按产源分：卵石和碎石按产源分：卵石和碎石按技术要求分：按技术要求分： 类类 宜用于强度等级大于宜用于强度等级大于C60C60的混凝土；的混凝土； 类类 用于强度等级为用于强度等级为C30C30C60C60及抗冻、及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；抗渗或其他要求的混凝土； 类类 宜用于强度等级小于宜用于强度等级小于C30C30的混凝土和的混凝土和建筑砂浆。建筑砂浆。三、石子的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率表观密度02500kg/m3；松散堆积密度013

11、50kg/m3；空隙率P47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。三、石子的技术质量要求3.针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。项 目指 标类类类含泥量（质量计，%）0.51.01.5泥块含量（质量计，%）00.50.7碎石、卵石含泥量和泥块含量三、石子的技术质量要求项 目指 标类类类针、片

12、状颗粒（%）（质量计）51525碎石、卵石针片状颗粒含量4.有害物质含量 卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。项 目指 标类类类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（%） （SO3质量计）0.51.01.0三、石子的技术质量要求5.强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验： 岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。 压碎指标是将一定质量风干状态下9.5019.0mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算： 式中

13、：Qc压碎指标值 ； G1试样的质量 ，g； G2压碎后的筛余量，g。%100121cGGGQ 6.颗粒级配为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。 连续级配是石子由小到大连续分级； 间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。三、石子的技术质量要求项 目指 标类类类碎石压碎指标（%）102030卵石压碎指标（%）121616碎石、卵石的压碎指标三、石子的技术质量要求7.最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。从结构上考虑 根据规定，混

14、凝土用粗骨料的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间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑 对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：31：4，超高层建筑宜在1：41：5。从经济上考虑 当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加， 当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。表面特征与形状对混凝土性能的表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？有何影响？v表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响混凝土的成本。影响混凝

15、土的成本。v影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动。动。v影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大。料与水泥浆的界面结合力较大。v影响混凝土的强度影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料四、拌合用水

16、的技术质量要求混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合混凝土拌合用水标准（JGJ631989）的规定。53 混凝土拌合物的技术性质一、和易性（工作性）的概念 混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性：和易性粘聚性保水性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致

17、发生泌水现象的性质。保证混凝土硬化后的质量二、和易性的评定定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。 1.坍落度法 测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值坍落度（单位mm）。 适用范围： 集料最大粒径不大于40mm； 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。 二、和易性的评定2.维勃稠度法 测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围 粗骨料最大粒径不大于40mm； 坍落度小于10mm，维勃稠度在5s30s之间的干硬性混凝土。 三、混凝土拌合物按流动性的分类 按混凝土质量控制标准（GB50164）的规定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度 、维勃稠度分为四级。见下表。

18、名 称代号指标混凝土拌合物塑性混凝土（坍落度10mm）低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土T1T2T3T410mm40mm50mm90mm100mm150mm160mm干硬性混凝土（坍落度10mm）超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土 V0V1V2V331s30s21s20s11s10s5s四、混凝土施工时坍落度的选择 混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。 见下表。结 构 种 类坍落度，mm基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构1030板、梁和大型及中型截面的柱子等3050配筋密列的

19、结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）5070配筋特密的结构7090五、影响和易性的因素1.组成材料及其用量之间的关系水泥浆数量和单位用水量；骨料的品种、级配和粗细程度；砂率 ；外加剂 。 见下图。2.施工环境的温度、搅拌制度等。 水泥水砂石子外加剂水泥浆骨料混凝土拌合物cwmm 水灰比100%gsssmmm 砂率五、影响和易性的因素合理砂率的确定 合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。 T，mms合理砂率水泥浆数量一定坍落度、强度一定合理砂率mc，kgs六

20、、改善和易性的措施 采用合理砂率； 改善砂石的级配； 掺外加剂或掺合料； 根据环境条件，注意坍落度的现场控制； 在水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性； 在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性。掺外加剂的混凝土54 硬化混凝土的技术性质一、混凝土的强度混凝土强度的种类混凝土强度抗拉强度抗剪强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土的粘结强度一、混凝土的强度1.立方体抗压强度 以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为202，相对湿度为95以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压

21、极限强度。用fcu表示。 当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表： 标准试验方法是指普通混凝土力学性能试验方法（GB/T500812002 ），详见实验部分。试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150150150401.00非标准试件100100100300.95200200200601.05一、混凝土的强度2.混凝土强度等级 按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十五个强度等级。 立方

22、体抗压强度标准值（fcu,k ） ，是立方体抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。 强度等级表示的含义： 强度的范围：某混凝土，其fcu30.034.9MPa； 某混凝土，其fcu30.0MPa的保证率为95%。C30“C”代表“混凝土”。“30”代表fcu,k30.0MPa；一、混凝土的强度3.轴心抗压强度采用150mm150mm300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为055MPa范围内fcp=（0.70.8）fcu 。在结构设计计算时，一般取fcp0.67fcu。 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm100mm和200mm200mm，测得的抗压强度值应分别乘

23、以换算系数0.95和1.05。FF一、混凝土的强度4. 劈裂抗拉强度式中：fts劈裂抗拉强度，MPa； P破坏荷载，N； A试件劈裂面积，mm2。 劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/101/20。 APAPf637. 02ts拉应力压应力PP一、混凝土的强度5.影响抗压强度的因素（1）水泥的强度和水灰比 式中：fcu混凝土28d龄期的抗压强度值，MPa； fce水泥28d抗压强度的实测值，MPa； 混凝土灰水比，即灰水比的倒数； a、b回归系数。振动手工捣实充分密实的混凝土不完全密实的混凝土fcumw/mcfcumc/mw）（bwcceacummffwc/ mm当混凝土水灰比值在0.400

24、.80之间时越大，则混凝土的强度越低；水泥强度越高，则混凝土强度越高。一、混凝土的强度（2）粗集料的品种 碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高； 卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。 在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。 （3）养护条件 在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高； 低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。 混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。一、混凝土的强度（4）龄期 龄期是指混凝土在正常养护

25、条件下所经历的时间。 在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在714d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。 由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。 当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。 式中： fn、f28分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。（5）外加剂28lglg28nfnfn3一、混凝土的强度6.提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；（3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺

26、，加强搅拌和振捣；（5）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；（6）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。 二、混凝土在非荷载作用下的变形v干燥收缩干燥收缩v自收缩自收缩v温度变形温度变形(1) 湿胀干缩变形v定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形湿胀湿胀干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的变化引起的。变化引起的。v水泥石和混凝土的收缩行为水泥石和混凝土的收缩行为水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀；水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀；第第1 1次干燥时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的，次干燥

27、时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的，即再次吸水不能恢复。即再次吸水不能恢复。试验证明：相对湿度为试验证明：相对湿度为70%70%的空气中的收缩值为水中膨的空气中的收缩值为水中膨胀值的胀值的6 6倍，相对湿度为倍，相对湿度为50%50%，为，为8 8倍。倍。v混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约束下的收缩将导致混凝土开裂。束下的收缩将导致混凝土开裂。连续浸泡连续浸泡下的湿胀下的湿胀不可逆收缩可逆收缩应变膨胀收缩第1次干燥时间水泥石或混凝土在干湿循环下的变形行为混凝土的干缩机理混凝土的干缩机理v干缩来自材料内部水的损失，二者的关系如干缩来自材

28、料内部水的损失，二者的关系如图所示，收缩值随着水的损失变化的斜率不图所示，收缩值随着水的损失变化的斜率不一致。一致。v环境湿度不同，有以下几种不同的干缩机理：环境湿度不同，有以下几种不同的干缩机理：毛细张力毛细张力 毛细孔和较大的凝胶孔中的自由水因毛细孔和较大的凝胶孔中的自由水因大气水蒸气压降低而蒸发时，表面张力增加，产大气水蒸气压降低而蒸发时，表面张力增加，产生拉伸应力，使得孔壁受压而收缩；生拉伸应力，使得孔壁受压而收缩；分离压分离压 水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁间存在分离压力间存在分离压力( (湿胀的原因湿胀的原因), ),因干燥而吸附水损因干燥而吸

29、附水损失时，将降低孔壁的分离压，引起整体收缩；失时，将降低孔壁的分离压，引起整体收缩；层间可挥发水的迁移层间可挥发水的迁移 0510152025-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0水损失对水灰比为0.5的水泥石干缩的影响变形百分率(%)水损失量（质量百分数%)毛细水吸附水分离压干燥收缩的危害干燥收缩的危害u路面板、桥面板、机场道面、停车场路面板、桥面板、机场道面、停车场等暴露面积大且厚度较小的结构物干等暴露面积大且厚度较小的结构物干缩最为显著；缩最为显著；u当混凝土的干燥收缩受到约束时，将当混凝土的干燥收缩受到约束时，将导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久导致裂缝，影响混

30、凝土的强度和耐久性。性。混凝土干缩的影响因素混凝土干缩的影响因素v混凝土组成与配合比混凝土组成与配合比混凝土的干缩小于水泥石，因此，骨料体积含量越大，混凝土的干缩小于水泥石，因此，骨料体积含量越大，干缩越小：干缩越小： c c p p (1-(1-V Vg g) )n n ( (n n1.21.7)1.21.7)水泥用量水泥用量 水灰比一定时，水泥用量越多，干缩越大；水灰比一定时，水泥用量越多，干缩越大；用水量用水量 水泥用量一定时，用水量越多，干缩越大。水泥用量一定时，用水量越多，干缩越大。水泥种类与细度水泥种类与细度 细度越细，干缩较大。细度越细，干缩较大。 v良好养护可以减小收缩良好养护

31、可以减小收缩v构件几何尺寸和形状构件几何尺寸和形状表面积与体积比值越大，收缩越大；表面积与体积比值越大，收缩越大；湿度扩散的路径越长，收缩速率越低。湿度扩散的路径越长，收缩速率越低。骨料的体积百分数(%)干缩值比骨料体积含量对混凝土干缩的影响普通混凝土范围水泥石的孔隙率干缩率(%)孔隙率对水泥石干缩的影响不可逆收缩可逆收缩第1次收缩(2) 自收缩v条件特征：与外界环境无水分交换；条件特征：与外界环境无水分交换；v产生的原因：产生的原因：水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛细管压力，引起收缩细管压力，引起收缩自干燥收缩；自干燥收缩；水泥

32、水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导水泥水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导致混凝土硬化后收缩致混凝土硬化后收缩化学收缩；化学收缩；v特点：特点：收缩值随龄期而增加，早期较快，后期缓慢。收缩值随龄期而增加，早期较快，后期缓慢。v影响因素影响因素水泥品种水泥品种 主要是矿物组成与混合材种类；主要是矿物组成与混合材种类；水灰比水灰比 随水灰比减小，收缩增大随水灰比减小，收缩增大 ；骨料及其体积分数骨料及其体积分数水泥用量水泥用量外加剂外加剂内部相对湿度(%)龄期(天)水泥石内部相对湿度随龄期的变化自收缩测量装置0100200300400500600700800900100000.5

33、1.534.56时间（天）自收缩（微应变）普通硅酸盐中热水泥快硬铁铝酸盐硫铝酸盐水泥品种对自收缩的影响水灰比对自收缩的影响0200400600800100000.51.534.56时间（天）自收缩（微应变）W/C=0.45W/C=0.35W/C=0.30W/C=0.250200400600800100000.51.534.56时间（天）自收缩（微应变）(W/C)e=0(W/C)e=0.045(W/C)e=0.07外加剂对自收缩的影响骨料与未水化水泥颗粒的含量(%)收缩值之比骨料和未水化水泥颗粒含量对收缩值的影响问题？v混凝土的干燥收缩与自干燥收缩有何异同？混凝土的干燥收缩与自干燥收缩有何异同？

34、解答：解答：相同点：机理相似，水分损失、毛细张力等；相同点：机理相似，水分损失、毛细张力等；不同点：不同点：u 水分损失的原因不同，前者是因环境湿度变化引起的，水分损失的原因不同，前者是因环境湿度变化引起的，后者是由水泥水化引起的；后者是由水泥水化引起的；u 前者主要发生在表面层，而后者发生在整个体积，尤前者主要发生在表面层，而后者发生在整个体积，尤其在中心部位更大。其在中心部位更大。(3) (3) 温度变形温度变形v与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的性质；性质；v混凝土的热膨胀系数为混凝土的热膨胀系数为1 110105 5/ / C C；v温度变形对

35、大体积混凝土不利，因水泥水化温度变形对大体积混凝土不利，因水泥水化放热，造成内外温差较大，内外膨胀不均，放热，造成内外温差较大，内外膨胀不均，导致外部开裂；导致外部开裂；v混凝土的热膨胀系数取决于骨料的热膨胀系混凝土的热膨胀系数取决于骨料的热膨胀系数。数。3 3、混凝土的徐变混凝土的徐变v什么是徐变？什么是徐变？ 在持续（恒定）荷载作用下，混凝土在持续（恒定）荷载作用下，混凝土产生随时间而增加的变形称为徐变。产生随时间而增加的变形称为徐变。v徐变曲线特征？徐变曲线特征？v徐变产生的机理？徐变产生的机理？v徐变对混凝土结构有何影响？徐变对混凝土结构有何影响？v影响徐变的因素有那些？影响徐变的因素

36、有那些？徐变曲线特征：徐变曲线特征：v加上恒定荷载时，混凝土立即产生瞬时弹性加上恒定荷载时，混凝土立即产生瞬时弹性变形，随后，徐变随时间增加较快，然后逐变形，随后，徐变随时间增加较快，然后逐渐减慢。渐减慢。v卸荷后，卸荷后，一部分变形可恢复，称为弹性恢复；一部分变形可恢复，称为弹性恢复；其后将有一个随时间而减小的应变恢复称为徐变其后将有一个随时间而减小的应变恢复称为徐变恢复；恢复；最后残留下来的变形成为不可逆徐变。最后残留下来的变形成为不可逆徐变。徐变恢复加荷后的时间加荷后的时间( (天天) )弹性恢复不可恢复弹性变形徐变变形卸荷徐变产生的机理徐变产生的机理：v水泥石中的水化物凝胶颗粒之间的粘

37、性流动水泥石中的水化物凝胶颗粒之间的粘性流动和剪切滑移；和剪切滑移；v在荷载作用下，凝胶体内的吸附水被挤出；在荷载作用下，凝胶体内的吸附水被挤出；v骨料的延后弹性变形骨料的延后弹性变形 ；v过渡区裂缝的扩展或产生。过渡区裂缝的扩展或产生。 加荷后，水泥石首先变形，骨料上的应力增大，骨料产生弹性变形延后弹性变形吸附水吸附水吸附水排出吸附水排出徐变徐变徐变机理徐变机理 不利： 徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几十年来生产的构件预应力损失达3050%； 混凝土构件会产生随时间变化的挠度或变形。 有利 徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小； 降低结构应力集中区和因基础不均匀沉

38、陷引起局部应力的结构中的应力峰值。徐变的影响： 西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁(主跨为241m)，由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌 (1996年)。影响徐变的因素：影响徐变的因素： v湿含量：混凝土中的湿含量降低，徐变减小；湿含量：混凝土中的湿含量降低，徐变减小；v环境湿度：湿度降低，徐变增大；环境湿度：湿度降低，徐变增大；v温度：温度升高，徐变增大，温度：温度升高，徐变增大，7070 C C以上，使徐变降低；以上，使徐变降低；v骨料用量：体积含量增加，徐变减小；骨料用量：体积含量增加，徐变减小；v骨料的特性：泊松比和弹性模量，弹模越大

39、，徐变越小；骨料的特性：泊松比和弹性模量，弹模越大，徐变越小；v水灰比与龄期：水灰比增大，徐变增大；水灰比与龄期：水灰比增大，徐变增大；v水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐变减小水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐变减小v荷载应力水平：荷载越大，徐变会越大荷载应力水平：荷载越大，徐变会越大 。骨料的体积含量骨料的体积含量(%)骨料的体积含量对混凝土徐变 的影响温度对混凝土徐变的影响荷载作用时间荷载作用时间(天天)加荷的应力水平对混凝土徐变的影响加荷时间加荷时间( (天天) )环境湿度对混凝土徐变的影响骨料的弹性模量对混凝土徐变的影响加荷时间加荷时间(对数对数)三、混凝土的耐久性1.耐久性

40、的主要内容（1）抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。 混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。（2）抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。 用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25，且质量损失不超过5时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、F25

41、、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。 三、混凝土的耐久性（3）抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。 合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性。 （4）抗碳化性 混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。 混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。（5）碱集料反应 碱集料反应是指水泥、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。 应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。 三、混凝土的耐久性2.提高混凝土耐久性的措施 （1

42、）合理选择混凝土的组成材料 根据混凝土工程特点或所处环境条件，选择水泥品种； 选择质量良好、技术要求合格的骨料。（2）提高混凝土制品的密实度 严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。见下页表。 选择级配良好的骨料及合理砂率，保证混凝土的密实度。 掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。 严格按操作规程进行施工操作。（3）改善混凝土的孔隙结构 在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔结构，封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。 三、混凝土的耐久性环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量素混凝土钢筋混凝土 预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土 预应力混凝土1.干燥环境 正常的居住或办公用

43、房屋内不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害 高湿度的室内部件 室外部件 在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害 经受冻害的室外部件 在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件 高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境 经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ552000）55 混凝土外加剂外加剂及其分类定义 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥

44、质量的5%。按主要功能的分类（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。 一、减水剂 混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。 1.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；掺入减水剂前： 当水泥加水拌合形成水泥浆的过

45、程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥； 一、减水剂掺入减水剂后： 表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高； 表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。 游离水水泥颗粒电性斥力减水剂水泥颗粒游离水溶剂化水膜水泥颗粒絮凝状结构一、减水剂2.减水剂的作用效果（1）减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的

46、强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量525（普通型515，高效型1030）。（2）提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100200mm。（3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥520。（4）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。 一、减水剂3.常用的减水剂 （1） 木质素系减水剂（M型） 木质素系减水剂主要使用木质素磺酸钙（木钙），属于阴离子表面活性剂，为普通减水剂，其适宜掺量为0.20.3，减

47、水率10左右。 对混凝土有缓凝作用，一般缓凝。（2）萘系减水剂 高效减水剂，其主要成分为一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建型等。 萘系减水剂适宜掺量为0.51.0，其减水率较大，为1025%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。一、减水剂（3）树脂类减水剂 为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂，为阴离子表面活性剂。我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好

48、。 SM适宜掺量为0.52.0，减水率达2027。（4）糖蜜类减水剂 普通减水剂。它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。 适宜掺量0.20.3，减水率10左右，属缓凝减水剂。二、早强剂 早强剂是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度，对后期强度无明显影响的外加剂。 种 类无机盐类早强剂有机物类早强剂复合早强剂主要品种氯化钙、硫酸钠三乙醇胺、三异丙醇胺、尿素等二水石膏+亚硝酸钠+三乙醇胺适宜掺量氯化钙12；硫酸钠0.520.020.052二水石膏+1亚硝酸钠+0.05三乙醇胺作用效果氯化钙：可

49、使2d3d强度提高40100，7d强度提高25能使3d强度提高50注意事项氯盐会锈蚀钢筋，掺量必须符合有关规定对钢筋无锈蚀作用早强效果显著，适用于严格禁止使用氯盐的钢筋混凝土常用早强剂的品种、掺量及作用效果 56 普通混凝土配合比设计一、配合比及其表示方法混凝土的配合比是指混凝土各组成材料用量之比。主要有“质量比”和“体积比”两种表示方法。工程中常用“质量比”表示。质量配合比的表示方法（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。例如水泥mc295kg，砂ms648kg，石子mg1330kg，水mw165kg。（2）以各组成材料用量之比表示。例如上例也可表示为：mc：ms：mg1：2.20：

50、4.51，mw/mc0.56。二、配合比设计的要求满足结构设计的强度等级要求； 满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。三、配合比设计基本参数 水灰比（ mw/mc ）、单位用水量（mw）和砂率（s）是混凝土配合比设计的三个基本参数。水泥水砂石子水泥浆骨料混凝土单位用水量mw砂率w水灰比 mw/mc与强度、耐久性有关与流动性有关与粘聚性、保水性有关四、配合比设计的步骤与方法（一）确定混凝土基准配合比（二）试配、调整，确定设计配合比（三）计算施工配合比（一）确定混凝土基准配合比1.计算施工配制强度 fcu,0式中: fcu,0

51、混凝土配制强度，MPa； fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值，MPa； 混凝土强度标准差，MPa。 混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定，并应符合以下规定： 计算时，强度试件组数不应少于25组； 当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准差计算值2.5MPa时，取2.5MPa；当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值3.0MPa时，取3.0MPa； 当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值按现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204）的规定取用。 645. 10kcucuff，（一）确定混凝土基准配合比2.确定水灰比mw/mc（1）

52、按混凝土强度要求计算水灰比式中： a、b回归系数；应根据工程所用的水泥、集料，通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；当不具备上述试验统计资料时，可取碎石混凝土 a0.46，b0.07；卵石混凝土a0.48，b0.33。 fce水泥28d抗压强度实测值，MPa。强度等级C20C20C35C35标准差，MPa4.05.06.0混凝土强度标准差 ceba0cuceacwfffmm，（一）确定混凝土基准配合比（2）复核耐久性 为了使混凝土耐久性符合要求，按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值，否则混凝土耐久性不合格，此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值。3.确定单位用水量m

53、w（1）水灰比在0.400.80范围内时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的坍落度，按下表选取。拌合物稠度卵石最大粒径，mm碎石最大粒径，mm项目指标102031.540162031.540坍落度，mm1030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195塑性混凝土的单位用水量，kg （一）确定混凝土基准配合比（2）水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定。（3）掺外加剂时混凝土的单位用水

54、量可按下式计算： mwamw0（1）式中： mwa掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg； mw0未掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg； 外加剂的减水率，应经试验确定。拌合物稠度卵石最大粒径，mm碎石最大粒径，mm项目指标102040162040维勃稠度，s16201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165干硬性混凝土的单位用水量，kg （一）确定混凝土基准配合比4.计算水泥用量mc（1）计算（2）复核耐久性 将计算出的水泥用量与规定的最小水泥用量比较：如计算水泥用量不低于规定的最小水泥用量，则耐久性合格；否则耐久性不

55、合格，此时应取规定的最小水泥用量。5.确定砂率s （1）坍落度为1060mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按下表选取。（2）坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定；也可在下表基础上，坍落度每增大20mm，砂率增大1确定。（3）坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。cww0c0/mmmm （一）确定混凝土基准配合比6.计算砂、石子用量ms0、mg0 （1）体积法 又称绝对体积法。 1m3混凝土中的组成材料水泥、砂、石子、水经过拌合均匀、成型密实后，混凝土的体积为1m3，即： Vc + Vs + Vg + Vw + Va 1混凝土砂率， 水灰比mw/mc卵石最大粒径，

56、mm碎石最大粒径，mm1020401620400.402632253124303035293427320.503035293428333338323730350.603338323731363641354033380.70364135403439394438433641（一）确定混凝土基准配合比 解方程组，可得ms0、mg0 。式中： c、s、g、w分别为水泥的密度、砂的表观密度、石子的表观密度、水的密度，kg/m3。水泥的密度可取29003100kg/m3； 混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取1。（2）质量法 质量法又称为假定体积密度法。假定混凝土拌合物的质量为mcp ，kg。101. 0ww0gg0ss0cc0mmmm100g0s0s0s mmm（一）确定混凝土基准配合比 解方程组可得ms0、mg0。式中： mc0、ms0、mg0、mw0分别为1m3混凝土中水泥、砂、石子、水的用量，kg； mcp1m3混凝土拌合物的假定质量，kg。可取23502450kg/m3。 s混凝土砂率。7.计算基准配合比（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。（2）以组成材料用量之比表示：mc0：ms0：mg01：x：y， mw/mc ？。 cpw0g0s0c0mmmmm100g0s0s0s mmm（二）试配调整，确定设计配合比1.试配 按基准配合比称取一定质量