土木工程概论建筑材料 混凝土

1、 广义：广义：凡由胶凝材料（胶结料）、粗细骨料和水及其 它材料，按适当的比例配合、拌合配制并硬化而成的 具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材，叫做。（如：水泥砼、沥青砼） 即：胶凝材料粒状材料水其它外加材料（外加剂、混合材料） 硬化得 狭义：狭义：指水泥砼（Cement concrete），即： 水泥 砂 石水外加剂（混合材料） 最常用：普通水泥混凝土（Ordinary cement concrete）重混凝土：为了屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度骨料配 制的混凝土，表观密度 2800kg/m3。 骨料为钢屑、重晶石、铁矿石等重骨料，水泥为钡水泥、锶水泥等重水泥。又称防辐射混凝土，用于核能工

2、厂的屏障结构材料。普通混凝土：表观密度 2000 2800kg/m3，骨料为天然砂、石，密度一般多在2500 kg/m3左右，简称砼，用于各种建筑的承重结构材料。轻混凝土：表观密度 60）：水泥标号为砼强度的0.91.5倍原因：（1）低标号水泥配制高强度砼：水泥用量过多 水灰比小 砼太干 施工困难 砼质量难保证且不经济 （2）高标号水泥配制低强度砼：用水量过多 和易 性不好 水泥浆太稀 砼空隙大 细骨料 （Fine aggregate）：粒径为0.15 4.75mm 粗骨料（Coarse-aggregate）：粒径 4.75mm 通常：细、粗骨料的总体积占砼总体积 的70%80%。骨料性能要求

3、：有害杂质含量少；具有良好的颗粒形状， 适宜的颗粒级配和细度；表面粗糙，与 水泥粘结牢固；性能稳定，坚固耐久。1.细骨料（砂FineFine ）（1）种类及特性 河砂：洁净、质地坚硬，为配制混凝土的理想材料 海砂：质地坚硬，但夹有贝壳碎片及可溶性盐类山 砂：含有粘土及有机杂质，坚固性差人工砂：富有棱角，比较洁净，但细粉、片状颗较多，成本高 天然砂（2）砼用砂质量要求）砼用砂质量要求一般要求：质地坚实、清洁、有害杂质含量少。含泥量、石粉含量和泥块含量天然砂含泥量和泥块含量及人工砂石粉含量和泥块含量应分别符合表1和表2的规定。 表1. 天然砂含泥量和泥块含量项 目 指 标类 类类含泥量（按质量计）

4、（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%）01.02.0表2. 人工砂石粉含量和泥块含量 项 目 指 标类 类类亚甲蓝试验MB值1.40或合格含泥量（按质量计）（%）3.05.07.0泥块含量（按质量计）（%） 01.02.0MB值1.40或不合格含泥量（按质量计）（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%） 01.02.0有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物，如含有云母、有机物及硫酸盐等，其含量应符合表3的规定。表3. 砂中有害物质含量 项 目 指 标类 类类云母（按质量计）（%），1.02.02.0轻物质（按质量计）（%），1.01.01.0有机物（比色法）合

5、格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）（%），0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计）（%），0.010.020.03l泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低l含泥量过大，会增加混凝土用水量，从而增大混凝土收缩l云母：表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆粘结力差，易风化，影响混凝土强度及耐久性。l硫化物及硫酸盐：对水泥起腐蚀作用，降低混凝土的耐久性。l有机质：可腐蚀水泥，影响水泥的水化和硬化。l氯盐：腐蚀钢筋（3）砂的粗细程度（）砂的粗细程度（Mx）及颗粒级配）及颗粒级配 砂的表面积(粗细程度)水泥浆用量孔隙率 (颗粒级配)砂的粗细程度及颗粒级配砂的粗细程度及颗粒级配,常用常用的方法进行测

6、定。砂的方法进行测定。砂的的粗细程度用细度模数表示，颗粒级配用级配区表示。粗细程度用细度模数表示，颗粒级配用级配区表示。：用一套方孔孔径为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、 0.6mm、0.3mm、0.15mm的七个标准筛，将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂量，并计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂子总量的百分率）a1、 a2、 a3、 a4、 a5、a6 及累计筛余百分率（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和） A1、 A2、 A3、 A4、 A5、A6计算而得，即 Ai=a1+a2+aia1a2a3a4a5a6A1A2A3A4A

7、5A64.75mm2.36mm1.18mm0.6mm0.3mm0.15mm对于2.36mm孔径，其分计筛余百分率为a2，累计筛余百分率为（a1+a2）其中a1=m1/500，a2=m2/500，A3=m3/500，以此类推。m1，m2，m3等分别为对应各筛的筛余量控制粒径0.6mm：使任一砂样只能处于某一级配区内，不会同时属于两个级配区。500g干砂细度模数（f）通过累计筛余百分率（Cumulative percentage retained）计算而得。11654321005)(AAAAAAAf按f 将砂分为：粗砂： f=3.7 3.1，中砂： f = 3.0 2.3， 细砂： f = 2.2

8、 1.6，特细砂： f = 1.5 0.7普通砼用砂得细度模数： f = 3.7 1.6砂的粗细程度（Coarseness）砂的粗细程度：指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂的粗细程度用细度模数（Fineness Modulus）（ f ）表示。砂的颗粒级配（Gradation）砂的颗粒级配：骨料各级粒径颗粒的分布情况。以级配区或筛 分曲线判定砂级配的合格性。a) 级配区 砂按0.6mm孔径筛的累计筛余百分率，划分成三个级配区即 区、区、区。普通砼用砂的颗粒级配应处于任何一个区内，否则不合格。 b)筛分曲线 以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，作出三个级配区的筛分曲线。观察

9、所计算的砂的筛分曲线是否完全落在三个级配区的任一区内，即可判断该砂级配的合格性。（1）种类与特性）种类与特性 碎石： 河卵石 卵石 （ 砾石） 海卵石 山卵石（2）质量及技术要求）质量及技术要求a）含泥量及泥块含量，其含量应分别符合表4的规定。b）有害物质含量，其含量应分别符合表5的规定。2.粗骨料( (Coarse Coarse 粒径4.75mm的岩石颗粒项 目 指 标类 类类含泥量（按质量计）（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%）01.02.0表4. 卵石、碎石含泥量和泥块含量项 目 指 标类 类类含泥量（按质量计）（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%）01.02.

10、0表5. 卵石、碎石中有害物质含量（3）强度）强度碎石强度： 母岩立方体抗压强度 碎石的压碎指标 一般要求碎石母岩岩石的抗压强度 不小于 混凝土抗压强度的 1.5倍，还要考虑母岩的风化程度。 注意：这里的岩石抗压强度的测定 50mm50mm 50mm的立方体。压碎指标(Aggregate crusing value)将气干状态的1020mm的石子，按一定的方法装入压碎指标值测定仪（内径152mm的圆筒）内，上面加压头后放在试验机上，在35min内均匀加荷到200KN，卸荷后称取试样质量（g0 ),再用孔径为2.5mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（g1 ）,压碎指标Qa 如下计算：%10001

11、0gggQa（4）颗粒形状及表面特征）颗粒形状及表面特征针状：颗粒长度大于平均粒径2.4倍片状：颗粒厚度小于平均粒径0.4倍 越少越好正方形或球状较好平均粒径：一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。卵石：光滑少棱角，孔隙率及总表面积小，工作性好，水泥用 量少，但粘结力差，强度低。碎石：多棱角，孔隙率及总表面积大，工作性差，水泥用 量多，但粘结力强，强度高。（5）最大粒径和颗粒级配）最大粒径和颗粒级配 最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称该粒级的最大粒径。公称粒级：符合某一标准的粒级。选用原则：质量相同的石子，粒径越大，总表面积越小，越节约水泥，故尽量选用大粒径石子。综合考虑以下：a.结构上考虑

12、：建筑构件的截面尺寸及配筋疏密 粗骨料最大粒径：钢筋砼 ： 1/4结构截面最小尺寸 且 人工拌和时S 搅拌时间长，则S大。1、调节混凝土的材料组成 采用合理砂率 改善砂、石的级配 在可能的条件下，尽量 采用较粗的砂、石 坍落度太小水灰比不 变，增加适量的水泥浆； 坍落度太大砂率不变，增加适量的砂石。2、掺加各种外加剂（如减水剂、引气剂等）3、提高振捣机械的效能（五）改善新拌混凝土和易性的措施二、硬化混凝土的强度硬化后混凝土（ Hardened concrete）的强度（Strength）： 立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。 抗压 抗弯 抗剪

13、 抗拉 （一）混凝土的抗压强度与强度等级（一）混凝土的抗压强度与强度等级 混凝土的抗压强度是指其标准试件在压力作用下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力。常作为评定混凝土质量的指标，并作为确定强度等级的依据。 1、立方体抗压强度（立方体抗压强度（fcu） ：按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件，在标准养护条件（温度203，相对湿度90%以上）下，养护至28d龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为“混凝土立方体试件抗压强度”（简称“立方抗压强度”以fcu表示），以MPa计。2、立方体抗压强度标准值（立方体抗压强度标准值（ fcu，k ） :按照标准方法制作和养护的边长为1

14、50mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验测定的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%（即具有95%保证率的抗压强度），以N/mm2即MPa计。3、强度等级（强度等级（Grading strength）：）：混凝土“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。表示方法：用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示。如：“C30”即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k =30MPa我国现行规范（GBJ1089）规定，普通混凝土按立方抗压强度标准值划分为：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度

15、等级。4、砼强度等级的实用意义C7.5C15：用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构；C15C25：用于普通砼结构的梁、板、柱、楼梯及屋架；C25C30：用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等；C30以上：用于预应力钢筋混凝土结构、吊车梁及特种构件等。（二）砼的抗拉强度（二）砼的抗拉强度劈裂试验测得劈裂抗拉强度（Splitting tension strength）混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，故在结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受拉力。确定抗裂度时，须考虑抗拉强度，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标。实验方法：劈裂法，测出强

16、度为劈裂抗拉强度fts （三）砼与钢筋的粘结强度（三）砼与钢筋的粘结强度 主要来源：混凝土与钢筋间的摩擦力、钢筋与水泥石间的粘结力、变形钢筋的表面机械咬合力。影响因素：混凝土质量、钢筋尺寸及种类、钢筋在混凝土中的位置等。（四）影响硬化后水泥砼强度的因素（四）影响硬化后水泥砼强度的因素 硬化水泥石与骨料间破坏砼破坏 硬化水泥石的破坏 骨料本身的破坏 材料组成影响 制备方法因素 养护条件 试验条件混凝土在承受外力前，其内部存在初始应力及裂缝：1.硬化的混凝土，水泥水化造成化学收缩及物理收缩，引起水泥石体积变化，骨料与水泥石之间产生许多微细裂缝。2.混凝土浇注时的泌水作用，产生泌水通道，干硬后形成界

17、面裂缝及孔隙。1、材料组成对混凝土强度的影响材料组成对混凝土强度的影响（1）水泥的强度和水灰比 fcu,28混凝土28d龄期的立方体抗压强度（M Pa）;fce 水泥实际强度（MPa）， fce =1.13 fceb;C/W灰水比；A,B经验常数。碎石A=0.48 B=0.52 卵石A=0.50 B=0.61)(28,BAffWCcecu （2）骨料的影响 有害杂质含量少 级配良好，砂率适当砼强度高 碎石 骨料强度高 球形及立方体形状2、养护条件对混凝土强度的影响养护条件对混凝土强度的影响（1）湿度1-空气养护2-九个月后水中养护3-三个月后水中养护4-标准湿度条件下养护 12340 龄期（月

18、） 12相对强度（%）（2）温度1 龄期（d） 28 相对强度（%）421 46 （3）龄期（Age）砼的强度随龄期的增长而提高。早期显著，后期缓慢。相对强度% 3 7 28 90 龄期（d） 36528lglg28nffn3、试验条件对混凝土强度的影响试验条件对混凝土强度的影响试验条件：试件形状与尺寸 试件湿度、温度 表面状态 加载方式4、施工方法的影响施工方法的影响:采用机械搅拌和振捣。（五）提高混凝土强度的措施（五）提高混凝土强度的措施1、选用高强度水泥和早强型水泥2、采用低水灰比3、掺加混凝土外加剂和掺合料4、采用湿热处理蒸汽养护和蒸压养护5、采用机械搅拌和振捣。 化学变形 化学因素

19、非荷载变形 干湿变形 温度变形 荷载变形 力学因素物理因素导致裂缝，影响强度及耐久性变形（一）化学收缩（自生体积变形）混凝土终凝后，水泥水化引起的体积缩小，又称自身收缩。特点：不能恢复（二）干湿变形（物理收缩）混凝土因为周围环境的湿度变化，产生的干缩湿胀。 1.原因原因砼失去自由水毛细管水蒸发收缩吸附水蒸发胶体失水而紧缩干缩变形干缩后砼 大部分可恢复 30%50%不可逆2.危害性危害性砼表面产生较大的拉应力裂纹降低抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。在空气中硬化继续干燥产生负压继续干燥引起变湿吸水3.干缩率干缩率试验值： （35）10-4，工程中常用： （1.52.0）10-44.影响因素影响因素（

20、1）水泥的用量、细度、及品种水灰比不变： 水泥用量愈多，砼干缩率 水泥颗粒愈细，砼干缩率（2）水灰比的影响水泥用量不变： 水灰比，干缩率（3）施工质量的影响延长养护时间推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微采用湿热法处理养护砼减小砼的干缩率（4）骨料的影响骨料含量多，干缩率。（三）温度变形随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。温度变形系数 ： （0.61.3）10-5 / 。 一般取： =1.010-5 / 主要危害： 大体积砼 纵长的砼结构 大面积砼工程措施：设温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋。四、砼的耐久性 耐久性（Durability）：在实用过程中具有与环境相适应的经久耐用的性质。 耐久

21、性：综合性指标，指抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱骨料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能。1、抗渗性：指砼在有压水、油等液体作用下，抵抗渗透的能力。用抗渗标号（S）表示，有S4、S6、S8、S10、S12等五个等级。砼内部存在：贯穿孔隙、毛细管和孔洞、蜂窝等；措施：降低水灰比提高密实度、改变孔隙结构。2、抗冻性（Frost resistance）3.耐磨性（Wearing capacity）： 抵抗机械磨损的能力。影响因素：砼的表面光滑程度、水泥品种、石子硬度等。 抗冻性用抗冻标号表示，抗冻标号是按规范规定的试验进行反复冻融循环，以同时满足强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%时的循环次数。它分为D25、D50、D100、D250、D300等。 影响因素：密实程度、孔隙特征和数量、孔隙内充水程度4.抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于其所用水泥的品种及混 凝土的密实度。故提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是合理选用水泥品种、降低水灰比、提高混凝土的密实