第四章混凝土主要技术性质

1、 4.4.2 2 普通混凝土的主要技术性质普通混凝土的主要技术性质混凝土拌合物（新拌混凝土）的性能混凝土拌合物（新拌混凝土）的性能一一. .新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性1 1、和易性的概念、和易性的概念和易性（工作性）和易性（工作性）是指混凝土拌合物易于各工序是指混凝土拌合物易于各工序( (搅搅拌、运输、浇注、捣实拌、运输、浇注、捣实) )施工操作，并获得质量均匀、施工操作，并获得质量均匀、成型密实的混凝土性能。成型密实的混凝土性能。和易性是一项综合的技术指标，包括和易性是一项综合的技术指标，包括流动性、粘聚性流动性、粘聚性和和保水性保水性等三方面的含义。等三方面的含义。 混凝土的主要

2、技术性质包括混凝土的主要技术性质包括混凝土拌合物的混凝土拌合物的1 1、和易性和易性、硬化硬化混凝土的混凝土的2 2、强度强度及及3 3、耐久性耐久性。混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物或称新拌混凝土，相对混凝土拌合物或称新拌混凝土，相对“硬化混凝土硬化混凝土”而言。而言。和易性和易性粘聚性粘聚性保水性保水性流动性流动性易达结构均匀易达结构均匀易成型密实易成型密实好好好好在本身自重或施工在本身自重或施工机械振捣作用下，机械振捣作用下，能产生能产生流动并且均流动并且均匀密实地填满模板匀密实地填满模板的性能的性能。各组成材料之间具各组成材料之间具有一定的内聚力，有

3、一定的内聚力，在运输和浇注过程在运输和浇注过程中不致产生中不致产生离析和离析和分层分层现象的性质。现象的性质。具有一定的保具有一定的保持内部水分的持内部水分的能力，在施工能力，在施工过程中不致发过程中不致发生生泌水泌水现象的现象的性质。性质。保证混凝土保证混凝土硬化后的质硬化后的质量量 2 2、和易性的测定方法、和易性的测定方法 根据我国现行标准普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T50080-2002)(GB/T50080-2002)，用坍落度和维勃稠度测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。评定和易性好坏，主要以测定流动性指标为主，评定和易性好坏，主要以测定流动性指标为

4、主， 辅以观察其粘聚性、保水性。辅以观察其粘聚性、保水性。 坍落度试验坍落度试验将混凝土拌合物分三层装入标准坍落度筒中，每层插捣2525次并装满刮平。垂直向上将筒提起，混凝土拌合物由于自重将会向下坍落。量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差（以mmmm计），即为坍落度。坍落度越大，表示混凝土拌合物的流动性越大。在进行坍落度试验的同时，在进行坍落度试验的同时，应观察混凝土拌合物的粘聚应观察混凝土拌合物的粘聚性、保水性，以便全面地评性、保水性，以便全面地评定混凝土拌合物的和易性。定混凝土拌合物的和易性。坍落度测定坍落度测定 3. 3. 流动性流动性( (坍落度坍落度) )的选择的选择 根据坍

5、落度的不同，可将混凝土拌合物分为： 低塑性混凝土( (坍落度值为101040 mm)40 mm) 塑性混凝土( (坍落度值为505090mm)90mm) 流动性混凝土( (坍落度值为100100150mm)150mm) 大流动性混凝土( (坍落度值150mm)150mm)。 坍落度试验适用于骨料最大粒径不大于40mm40mm，坍落度值不小于10mm10mm的塑性混凝土拌和物；坍落度值小于10mm10mm的干硬性混凝土拌和物应采用维勃稠度法测定。 当构件截面较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选大些；反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣时，坍落度可选择小些。 根据混凝土结构

6、工程施工质量验收规范（GB50204-2002GB50204-2002）的规定，混凝土浇筑时的坍落度宜按下表选用。 混凝土浇筑时的坍落度混凝土浇筑时的坍落度 该表是采用机械振捣的坍落度，该表是采用机械振捣的坍落度，采用人工捣实时可适当增大采用人工捣实时可适当增大。当施工工艺采用混凝土当施工工艺采用混凝土泵送泵送混凝土拌合物时，则要求混凝土混凝土拌合物时，则要求混凝土拌合物具有高流动性，其坍落度通常在拌合物具有高流动性，其坍落度通常在80-180mm80-180mm。 （2 2）维勃稠度试验 对坍落度值小于1010的干硬性混凝土，采用维勃稠度试验。 在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物

7、，提起坍落度筒，在拌合物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，当水泥浆完全布满透明圆盘底面的瞬间，记下秒表的秒数，称为维勃稠度。混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小，混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小，可分为四级：可分为四级：超干硬性：超干硬性：31 s31 s特干硬性：特干硬性：303021 s21 s干干 硬硬 性：性：202011 s11 s半干硬性：半干硬性：10105 s5 s（1 1）水泥浆的用量）水泥浆的用量（2 2）水泥浆的稠度）水泥浆的稠度（3 3）砂率）砂率（4 4）组成材料的品种及性质）组成材料的品种及性质 （5 5）外加剂）外加剂（6 6）时间及温度）时间及温度（

8、1 1）水泥浆的数量 在混凝土拌合物中，水泥浆包裹骨料表面，填充骨料空隙，使骨料润滑，提高混合料的流动性；在水灰比不变的情况下，单位体积混合物内，随水泥浆的增多，混合物的流动性增大。 若水泥浆过多，超过骨料表面的包裹限度，就会出现流浆现象，这既浪费水泥又降低混凝土的性能； 如水泥浆过少，达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的，使粘聚性变差，流动性低，不仅产生崩塌现象，还会使混凝土的强度和耐久性降低。混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜。（2 2）水泥浆的稠度（有时写作：水灰比W/CW/C或灰水比C/WC/W） 水灰比，是指单位砼用水量与水泥用量的质量比，以W/CW/C表示。 水泥浆的稀稠，取决

9、于水灰比的大小。 水灰比小，水泥浆稠，拌合物流动性就小，会使施工困难，混凝土拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。水灰比不能过大或过小，依据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。4 4、影响和易性的主要因素、影响和易性的主要因素 无论是水泥浆的多少或是水泥浆的稀稠，实际上都反映了用水量是对混凝土拌合物流动性起决定性作用的因素。因为在一定条件下，要使混凝土拌合物获得一定的流动性，所需的单位用水量基本上是一个定值。 单纯加大用水量会降低混凝土的强度和耐久性，因此，对混凝土拌合物流动性的调整，应在保持水灰比不变的条件

10、下，以改变水泥浆量的方法来调整，使其满足施工要求。 （3 3）砂率 定义定义：混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。 砂率的变动会使骨料的砂率的变动会使骨料的总表面积总表面积及及空隙率空隙率都会发生变都会发生变化。化。水泥砂浆在砼拌和物中起润滑作用，可以减少粗集水泥砂浆在砼拌和物中起润滑作用，可以减少粗集料颗粒之间的摩阻力，所以在料颗粒之间的摩阻力，所以在一定砂率范围内一定砂率范围内，随，随着砂率的增加，润滑作用也明显增加，提高了混凝着砂率的增加，润滑作用也明显增加，提高了混凝土拌和物的流动性。土拌和物的流动性。 4 4、影响和易性的主要因素、影响和易

11、性的主要因素 砂率过大砂率过大，即石子用量过少，砂子用量过多，即石子用量过少，砂子用量过多, ,骨料的空隙率和总表面积增加骨料的空隙率和总表面积增加, ,在一定数量水泥在一定数量水泥浆条件下浆条件下, ,砼拌合物会显得干稠砼拌合物会显得干稠, ,流动性减小流动性减小. . 砂率过小砂率过小，即石子用量过大，砂子用量过少，即石子用量过大，砂子用量过少时，水泥砂浆的数量不足以包裹石子表面，在时，水泥砂浆的数量不足以包裹石子表面，在石子之间没有足够的砂浆层，减弱了水泥砂浆石子之间没有足够的砂浆层，减弱了水泥砂浆的润滑作用，不但会降低混凝土拌和物的流动的润滑作用，不但会降低混凝土拌和物的流动性，而且会

12、严重性，而且会严重影响其粘聚性和保水性影响其粘聚性和保水性，容易，容易产生产生离析离析现象。现象。 因此，砂率既不能过大，也不能过小，应有一个合理砂率值合理砂率值。 当砂率适宜时，砂不但填满石子间的空隙，而且还能保证粗骨料间有一定厚度的砂浆层以减小粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土拌和物有较好的流动性且能保持粘聚性和保水性良好，这个适宜的砂率称为合理砂率。 合理砂率可通过试验、计算、查表等方法确定合理砂率可通过试验、计算、查表等方法确定。 图图4-7 4-7 砂率与坍落度的关系砂率与坍落度的关系 图：砂率与水泥用量的关系图：砂率与水泥用量的关系 （水与水泥用量一定）（水与水泥用量一定） （达到相同的

13、坍落度）（达到相同的坍落度） （4 4）组成材料的品种及性质水泥品种，集料种类、形状和级配等，都对混凝土拌合物的和易性有一定影响。需水量大的水泥拌合物，其流动性小。如普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰的和易性好。在相同用水量条件下，集料表面光滑、少棱角、形状较圆的卵石所拌制的拌合物流动性较碎石的大。4 4、影响和易性的主要因素、影响和易性的主要因素 （5 5）外加剂 在拌制混凝土时，加入少量的外加剂能使混凝土拌和物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性，不仅流动性显著增加，而且有效地改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性。4 4、影响和易性的主要因素、影响和易性的主要因素（6 6）时间及温度

14、拌合后的混凝土拌合物，随时间延长而逐渐变得干稠，流动性减小，原因是一部分水供水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸发以及混凝土凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。 拌合物的和易性也受温度的影响。因为环境温度的升高，水分蒸发及水化反应加快，坍落度损失也变快。因此施工中为保证一定的和易性，必须注意环境温度的变化，并采取相应的措施。 4 4、影响和易性的主要因素、影响和易性的主要因素（1 1）改善砂、石的级配（特别是石子的级配），也有利于砼质量的提高，但要增加备料工作；（2 2）尽量采用较粗大的砂、石；（3 3）尽可能降低砂率，通过试验采用合理砂率；有利于提高砼质量和节约水泥；（4

15、4）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。（5 5）混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，适当增加水泥浆用量，当坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石用量；（6 6）掺外加剂或掺合料； 4.2.2 混凝土的强度混凝土是高度不均质的材料，它的强度不仅取混凝土是高度不均质的材料，它的强度不仅取决于各组成材料的强度，而且也取决于这些组决于各组成材料的强度，而且也取决于这些组成材料的相互作用。成材料的相互作用。粗骨料：一种脆性材料，其强度远远超过混凝土的强度。水泥浆体：抗压强度要高于砂浆和混凝土，但弹性模量较低。水泥砂浆：水泥浆加入砂，弹性模量增加，但强

16、度降低。混凝土：水泥砂浆加入石，弹性模量几乎不变，但强度降低。砼强度的来源: 1.水泥石强度 2.水泥与骨料之间的粘结力 3.骨料本身强度4.2.2 混凝土的强度一、混凝土强度的种类混凝土强度混凝土强度抗拉强度抗拉强度抗剪强度抗剪强度抗压强度抗压强度握裹强度握裹强度轴心抗压强度轴心抗压强度立方体抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土钢筋与混凝土的粘结强度的粘结强度1、抗压强度、抗压强度根据我国普通混凝土力学性能试验方法规定根据我国普通混凝土力学性能试验方法规定立方体试件的标准尺寸为立方体试件的标准尺寸为150mm150mm150mm 标准养护条件为标准养护条件为温度温度202，相对湿度，相对湿度9

17、5%以上以上 标准龄期为标准龄期为28天天 非标准尺寸可进行折算非标准尺寸可进行折算cuf2.混凝土强度等级u 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C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十四个强度等级。u 立方体抗压强度标准值（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”代表代表

18、“混凝土混凝土”。“30”代表代表fcu,k30.0MPa；如：如：C30表示立方体抗压强度标准值为表示立方体抗压强度标准值为30MPa，亦即混凝土立方体抗压强度亦即混凝土立方体抗压强度30MPa的概率的概率要求要求95%以上以上3.轴心抗压强度u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。 u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以换算系数0.95和1.05。FF4. 劈裂抗拉强度式中：fts劈裂抗拉强度

19、，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拉应力拉应力压应力压应力PP钢筋钢筋沉降裂缝沉降裂缝水囊水囊混凝土表面混凝土表面n 水泥石破坏 n 骨料破坏 n 粘结界面破坏 混凝土强度关系式： fcu=f(骨料、水泥石、界面)混凝土破坏形式二、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； :即水灰比的倒数；A、B回归系数。 fce,k -水泥标号振 动手 工 捣 实充 分 密 实 的 混 凝 土不 完 全 密

20、实 的 混 凝 土fcumw/mcfcumc/mw）（BmmfAfwccecuwc/ mm 当用同一品种同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决于水灰比。水灰比愈小，混凝土的强度就愈高。 水泥强度越高，则混凝土强水泥强度越高，则混凝土强度越高。度越高。碎石 A=0.46; B=0.07 卵石 A=0.48; B=0.33k ,cecceff水泥强度等级富余系数（c 1.05-1.15）一般取1.13（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。

21、 （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。（4）龄期龄期是指混凝土在正常养护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、f2

22、8分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。（5）外加剂28lglg28nfnfn3三、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，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。 三、试验条件对混凝土强度的影响三、试验条件对混凝土强度的影响 试件尺寸 相同配合比的混凝土，试件的尺寸越小，测得的强度越高，反之亦然。 试件尺寸影响的主要原因是：试件尺寸大时，内部孔隙、缺陷等出现的机率也越大，导致有效受力面积的

23、减小，从而引起强度的降低。 我国标准规定采用150mm150mm150mm150mm150mm150mm的立方体试件作为标准试件，当采用非标准的其它尺寸试件时，所测得的抗压强度应乘以下表的换算系数。混凝土试件不同尺寸的强度换算系数表混凝土试件不同尺寸的强度换算系数表 试件的形状 当试件受压面积(a(aa)a)相同，高度(h)(h)不同时，高宽比(h/a)(h/a)越大，抗压强度越小。 原因： 环箍效应这是由于试件受压时，试件受压面与试件承压板之间的摩擦力，对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用，该约束有利于强度的提高。愈接近试件的端面，这种约束作用就愈大，在距端面大约 的范围以外，约束作用才

24、消失。试件破坏后，其上下部分各呈现一个较完整的棱柱体，这就是这种约束作用的结果。通常称这种作用为环箍效应。a23图：图： 混凝土受压试验混凝土受压试验图：图： 混凝土试件受压的环箍效应混凝土试件受压的环箍效应 PP压力机压板对压力机压板对试件的约束试件的约束a压板压板环箍效应环箍效应试验破坏后残存的棱锥体试验破坏后残存的棱锥体不受压板约束时试件不受压板约束时试件破坏情况破坏情况涂油涂油摩擦力摩擦力压板表面约束压板表面约束表面状态 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。 当试件受压面上有油脂类润滑剂时，试件受压时的环箍效应大大减小，试件将出现直裂破坏，测出的强度值也较低

25、。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。当加荷速度超过1.0Mpa/s1.0Mpa/s时，这种趋势更加显著。 我国标准规定混凝土抗压强度的加荷速度为0.30.30.8MPa/s0.8MPa/s，且应连续均匀地加荷。提高混凝土强度的主要措施：1.1.在混凝土配合比相同的情况下，在混凝土配合比相同的情况下，采用高强度等级水泥采用高强度等级水泥，混，混凝土强度越高。采用凝土强度越高。采用早强型水泥早强型水泥可提高混凝土的早期强度，可提高混凝土的早期强度，有利于加快施工进度。有利于加快施工进度。2.2.减小水灰比减小水灰比，或采用用水量较少的干硬性砼。，或采用用水量

26、较少的干硬性砼。3.3.改进施工工艺，改进施工工艺，采用机械搅拌和机械振捣采用机械搅拌和机械振捣。4.4.采用采用合理砂率合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎良好的碎石石；5.5.采用采用湿热处理湿热处理养护混凝土。养护混凝土。 (1)(1)、蒸汽养护蒸汽养护：将混凝土放在温度低于：将混凝土放在温度低于10001000的常压蒸汽的常压蒸汽中进行养护。一般混凝土经过中进行养护。一般混凝土经过161620h20h蒸汽养护，其强度可蒸汽养护，其强度可达正常条件下养护达正常条件下养护28d28d强度的强度的70708080。 (2)(2)、蒸压养护蒸压养护：将静

27、停：将静停8 810h10h的混凝土构件放在温度的混凝土构件放在温度17501750、0.8MPa0.8MPa的蒸压锅中进行养护。的蒸压锅中进行养护。6.6.掺入外加剂、掺合料掺入外加剂、掺合料。 混凝土在荷载作用下产生弹性与非弹性变形，在硬化过程和干燥或冷却作用下也要产生变形，当变形受约束时常会引起开裂。 80%80%以上的开裂都是由于混凝土变形所引起，以上的开裂都是由于混凝土变形所引起，只有很小一部分是由于承载力不足导致。只有很小一部分是由于承载力不足导致。 裂缝治理专家裂缝治理专家 王铁孟王铁孟4.2.3 硬化混凝土的变形性混凝土变形的类型分类： 化学收缩 非荷载作用下的变形 干湿变形

28、温度变形 短期荷载作用下的变形 荷载作用下的变形 长期荷载作用下的变形徐变 一、非荷载作用下的变形包括： 1、化学收缩 2、温度变形 3、干湿变形(干缩湿胀） （一） 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（V前V后），从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。特点： 化学收缩是不可恢复的。 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。 化学收缩值很小（小于1），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。（二） 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。参数混凝土的温度线膨胀系数为（

29、0.61.3）10-5/，即温度升高1，每m膨胀0.006-0.013mm。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。热裂缝出现的机理u在混凝土硬化初期，水泥水化放出较多热量，而混凝土又是热的不良导体，散热很慢，因此造成混凝土内外温差很大，有时可达5070。u这将使混凝土产生内胀外缩，结果在外表混凝土中将产生很大的拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。 热裂缝的控制 自20世纪初起，为了减小水化放热产生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30年代又开发出低热水泥。利用1、加大粗骨料粒径、2、非常低的水泥用量、3、预冷拌合物原材料、4、限制浇注层高和 5、管道冷却等

30、措施，进一步获得了降低水化热最大值、抑制热裂缝的效果。三峡大坝泄洪段发电段大体积混凝土三峡大坝混凝土的“外衣”大体积混凝土的内部降温管三峡大坝搅拌站热收缩与开裂 近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土开裂的现象增多，同时发现干燥收缩通常在这里并不重要了。水化热以及温度变化已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土约束应力和开裂的主导原因。大体积混凝土的定义大体积混凝土的定义 任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。 美国混凝土学会（ACI）（三） 干湿变形（干缩湿胀）定义由于混凝土周围环境湿度的变化，会

31、引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。机理： 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（内部压强减小），随者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。干湿变形的特点 可恢复性吸水膨胀； 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。 但干缩收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出现拉应力而导致开裂，严重影响混凝土的耐久性。影响因素有:水泥用量、细度、W/C、骨料、养护条件等。 一般条件下混凝土最大收缩值为(5090)105mm/mm左右，在工程设计时，混凝土的线收缩采用(1520)10-5mm/

32、mm，即每m收缩0.150.20mm。二、二、 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弹塑性变形2、长期荷载作用下的变形徐变混凝土的受压变形与破坏特征混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变发展到质变的过程。一个从量变发展到质变的过程。1、在短期荷载作用下的变形弹塑性变形混凝土的特点：v混凝土是一种由水泥石、砂、石、孔隙等组成的不匀质的三相复合材料。它既不是一个完全弹性体，也不是一个完全塑性体，而是一个弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力与应变的

33、关系不是直线，而是曲线，如下图混凝土应力应变图 图图3-12 3-12 硬化水泥浆体、骨料与混凝土的应力应变关系：硬化水泥浆体、骨料与混凝土的应力应变关系：（a a）三者的应力）三者的应力- -应变曲线应变曲线 （b b）混凝土在加）混凝土在加/ /卸载循环时的应力卸载循环时的应力- -应变关系应变关系 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量v定义在应力应变曲线上任一点的应力与其应变的比值，称作混凝土在该应力下的变形模量。v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、裂缝开展及大体积混凝土的温度应力时，均需知道混凝土的变形模量。v在混凝土结构或钢筋混凝土设计中，常采用一种

34、按标准方法测得的静力受压弹性模量。混凝土的弹性模量的测定 根据普通混凝土力学性能试验方法（GBJ85）中规定，采150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，取测定点的应力为试件轴心强度的40（即0.4fcp）,经三次以上反复加荷与卸荷后，测得的变形模量值，即为该混凝土的弹性模量。影响混凝土弹性模量的因素 在匀质材料里，弹性模量和密度直接相关；而多相材料，例如混凝土中，主要组分所占体积及其密度和弹性模量，以及过渡区的特性决定弹性性质; 混凝土的强度混凝土的强度越高，弹性模量越大，当混凝土的强度等级由C10增加到C60时，其弹性模量大致由1.75104MPa增加到3.60 104MPa;

35、骨料的含量与弹性模量骨料的含量越多，弹性模量越大，混凝土的弹性模量越高; 养护条件等混凝土的水灰比较小，养护较好及龄期较长时，混凝土的弹性模量就较大。2、在长期荷载作用下的变形徐变 定义混凝土在长期荷载作用下，随时间而增长的变形称为徐变。（1）、混凝土徐变原因水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动，并向毛细孔内迁移的结果。在混凝土的较早龄期加荷，水泥尚未充分水化，所含凝胶体较多，且水泥石中毛细孔较多，凝胶体易流动，所以徐变发展较快；在晚龄期，水泥继续硬化，凝胶体含量相对减少，毛细孔亦少，徐变发展愈慢。（2）、影响混凝土徐变的因素 水灰比混凝土的水灰比较小或在水中养护时，徐变较小； 水泥用量

36、水灰比相同的混凝土，其水泥用量愈多，徐变愈大； 骨料的性质混凝土所用骨料的弹性模量较大时，徐变较小； 荷载所受应力越大，徐变越大。环境湿度对徐变的影响（3）、混凝土的徐变对结构物的影响 有利面： 徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重分布，从而使局部应力集中得到缓解； 对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。 不利面： 在预应力钢筋混凝土中，混凝土的徐变将使钢筋的预加应力受到损失。西太平洋西太平洋CarolineCaroline群岛上的一座桥梁（主跨为群岛上的一座桥梁（主跨为241m241m）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加

37、剧徐变，使该桥在建成不到板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到2020年后年后坍塌坍塌 （19961996年）。年）。徐变引起的桥梁垮塌图存在只有二十年！存在只有二十年！拆除前的西直门桥 4.2.4 混凝土耐久性u混凝土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，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性。u在环境介质的长期作用下造成混凝土使用性能的降低，称为混凝土的劣化混凝土耐久性的重要性 保证混凝土构筑物运行的安全性 延长混凝土构筑物的服役寿命 节约混凝土构筑物维护成本 节约自然资源，减少消耗 改善人类居住的环境条件拆除前的西直门桥拆除前的西直门桥一座桥何以只有二十年寿命？

38、一座桥何以只有二十年寿命？碱碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝Map Cracking碱碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝碱碱骨料反应引起的错位骨料反应引起的错位一、混凝土的抗渗性 定义：混凝土抵抗压力水(油、液体)渗透的能力，称为抗渗性。 评价指标：抗渗标号P以28d龄期的混凝土标准试件，按标准方法进行抗渗试验，以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压确定。 1.1.指砼抵抗压力水渗透作用的能力。指砼抵抗压力水渗透作用的能力。( (关系到砼的阻水能力关系到砼的阻水能力, ,直接影响抗冻性和抗腐蚀

39、性的强直接影响抗冻性和抗腐蚀性的强弱弱.).)v决定混凝土耐久性最主要的因素决定混凝土耐久性最主要的因素v抗渗等级：抗渗等级：P P4 4、P P6 6、P P8 8、P P1010、P P1212等五个等级，表示能等五个等级，表示能抵抗抵抗0.40.4、0.60.6、0.80.8、1.01.0、1.2MPa1.2MPa的静水压力而不渗的静水压力而不渗透。透。2、为什么混凝土会渗水 混凝土内部存在孔隙通道是其渗水的根本原因！ 孔隙通道包括：混凝土中可蒸发水蒸发后留下的孔道；拌合物泌水时在骨料和钢筋下方形成的水囊与水膜；混凝土各种原因引起的体积变形所产生的收缩裂缝；混凝土在荷载作用下的变形 1

40、1、高孔隙率、低渗透性、高孔隙率、低渗透性4 4、多孔、高渗透性、多孔、高渗透性3 3、多孔、低渗透性、多孔、低渗透性2 2、低孔隙率、高渗透性、低孔隙率、高渗透性孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系高渗透性高渗透性高水灰比的水泥石高水灰比的水泥石低水灰比的水泥石低水灰比的水泥石低渗透性低渗透性 水灰比是混凝土抗渗性的重要影响因素！水灰比是混凝土抗渗性的重要影响因素！为什么？为什么？提高混凝土抗渗性的主要措施提高混凝土抗渗性的主要措施v采用低的水灰比v改善骨料级配并适当减小骨料粒径v使用外加剂，如引气剂、减水剂等v使用矿物掺合料v合理的水泥品种v加强养护v充分振捣二、混

41、凝土抗冻性v指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而保持强指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而保持强度和外观完整性的能力。度和外观完整性的能力。v抗冻等级抗冻等级以以28d28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以抗压强度损失不超过环，以抗压强度损失不超过2525，且质量损失不超过，且质量损失不超过5 5时时所能承受的最大循环次数来确定。所能承受的最大循环次数来确定。F10 F10 、F15F15、 F25 F25、 F50F50、 F100 F100、 F150 F150、 F200 F200、 F250 F250和和 F30

42、0F300等九个等级等九个等级冻 害 什么引起冻害?混凝土内部孔中的水结冰水结冰使体积膨胀9%。 冻害破坏影响到水泥石和骨料 冻害破坏的外观模式剥落 龟裂、分层 构筑物的什么位置最易受损?北方气候混凝土路面、桥面板、挡土墙混凝土的冻融破坏原因与模式 原因：混凝土中大毛细孔里的水结冰时，体积大约要膨胀9 %如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能引起开裂的压力作用于孔缝的壁上，导致孔缝扩展和连接反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断增多，并扩展和连通，造成强度下降破坏模式：表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象质量损失强度、弹性模量下降冻害造成冻害造成D-D-型裂缝型裂缝路面受盐冻剥落路面受盐冻剥落铁

43、路桥梁的冻铁路桥梁的冻害剥落破坏害剥落破坏铁路桥梁的冻害铁路桥梁的冻害剥落破坏剥落破坏铁路桥梁的冻铁路桥梁的冻害剥落破坏害剥落破坏混凝土冻害机理 水自由流动，作用于玻璃瓶壁的压力较小 水结冰开始，冰膨胀对瓶壁作用一个拉应力 随着结冰进行，瓶壁对冰的约束，产生累计应变能寻求释放 内压很大以至于导致瓶壁破裂让冰膨胀和能量释放三、混凝土抗侵蚀性主要是对水泥石的腐蚀，并导致钢筋锈蚀软水侵蚀硫酸盐侵蚀镁盐侵蚀碳酸侵蚀海工结构所受的腐蚀海水侵蚀u与所用水泥品种、混凝土的密实程度和孔隙特征等有关。u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是提高混凝土抗侵蚀性的主要措施。抗侵蚀性四、碱骨料反

44、应 什么是碱骨料反应？ 碱骨料反应的破坏形式和机理有哪些？ 如何抑制混凝土中的碱骨料反应什么是碱骨料反应？什么是碱骨料反应？ 最常见、最重要的反应是碱最常见、最重要的反应是碱硅反应，硅反应，它是骨料中所含的它是骨料中所含的无定形硅无定形硅与与孔隙里含碱孔隙里含碱(钠、钾、钙的氢氧化物钠、钾、钙的氢氧化物)的溶液反应，生成的溶液反应，生成易于易于吸水膨胀的碱吸水膨胀的碱-硅凝胶硅凝胶，当结构物暴露，当结构物暴露在潮湿环境中，混凝土体内相对湿度超过在潮湿环境中，混凝土体内相对湿度超过85%时，就会出现膨胀，直到引起混凝土时，就会出现膨胀，直到引起混凝土开裂与破坏。开裂与破坏。常见的碱常见的碱骨料反

45、应破坏形式骨料反应破坏形式碱碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝如果碱含量低如果碱含量低于于0.6%,0.6%,膨胀膨胀不会发生不会发生水泥中碱含量对水泥中碱含量对ASRASR引起的破坏的影响引起的破坏的影响混凝土中的碱含量与其膨胀的关系混凝土中的碱含量与其膨胀的关系相对湿度低相对湿度低于于80，膨，膨胀很小胀很小相对湿度对相对湿度对ASRASR破坏的影响破坏的影响抑制碱抑制碱骨料反应的措施骨料反应的措施选择非活性骨料；选择非活性骨料；选择含碱量选择含碱量0.60.6的水泥；的水泥；掺加活性混合材，如：硅灰、粉煤灰等；掺加活性混合材，如：硅灰、粉煤

46、灰等；提高混凝土的密实性或阻止水分渗入。提高混凝土的密实性或阻止水分渗入。五、混凝土的抗碳化性 定义：碳化是指环境中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH) 2作用生成碳酸钙和水，从而降低混凝土中碱度的现象。 危害：由于碱度的降低，混凝土中的钢筋失去保护膜，引起钢筋锈蚀；混凝土表面出现碳化收缩，导致微裂缝的产生，降低混凝土的强度和耐久性。 影响因素：CO2浓度、相对湿度、混凝土的密实度、水泥品种和掺和料等。随时间发展随时间发展钢筋钢筋混凝土表面碳化混凝土表面碳化碳化趋于严重碳化趋于严重钢筋失去保护生锈钢筋失去保护生锈钢筋保护层钢筋保护层pH=11.5pH=11.5pH=9.88pH=9.88pH

47、=13pH=13钢筋钝化膜稳定钢筋钝化膜稳定钢筋钝化膜不稳定钢筋钝化膜不稳定钢筋无钝化膜钢筋无钝化膜在空气在空气中中COCO2 2与水的与水的作用下作用下六六 、混凝土的、混凝土的 抗火性抗火性 随着温度升高，发生以下三种变化：随着温度升高，发生以下三种变化：l 升温时混凝土内的水分逐渐蒸发，接着结合比较牢升温时混凝土内的水分逐渐蒸发，接着结合比较牢固的水分也逐步逸出；固的水分也逐步逸出；l 由于硬化水泥浆体和骨料热膨胀系数的差异，产生由于硬化水泥浆体和骨料热膨胀系数的差异，产生温度应力并导致过渡区开裂，这是温度应力并导致过渡区开裂，这是500500以上时强度以上时强度迅速丧失的主要原因。石灰石和轻骨料混凝土抗火性迅速丧失的主要原因。石灰石和轻骨料混凝土抗火性能较优异。能较优异。l 硬化水泥浆体的水化产物到接近硬化水泥浆体的水化产物到接近10001000的时候分解的时候分解完毕，强度完全丧失。完毕，强度完全丧失。 混凝土强度随温度的变化混凝土强度随温度的变化问题？问题？1. 1. 与普通强度混凝土相比，高强混凝土与普通强度混凝土相比，高强混凝土抗火性较差还是较好？为什么？抗火性较差还是较好？为