混凝土的性能与组成

1、4/23/20221混凝土的组成与性能混凝土的组成与性能 山东省建筑科学研究院山东省建筑科学研究院沈文忠沈文忠 高工高工4/23/20222混凝土的定义混凝土的定义 混凝土是由胶凝材料、水、细集料、粗集料以及必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按一定比例配合，经搅拌、振实成型、养护硬化而成的一种人造石材。4/23/20223混凝土的分类混凝土的分类 （一）按干表观密度分 特重砼特重砼 2500kg/m2500kg/m3 3普通砼普通砼 20002000kg/m3 2800kg/m2800kg/m3 3轻砼轻砼 2000kg/m2000kg/m3 3 （二）按功能、用途分 结构混凝土、耐酸混凝土结

2、构混凝土、耐酸混凝土防辐射混凝土、绝热混凝土防辐射混凝土、绝热混凝土耐火混凝土、修补混凝土等等耐火混凝土、修补混凝土等等4/23/20224混凝土的分类混凝土的分类 （三）按拌合物稠度分 干硬性混凝土干硬性混凝土 10mm=160mm=160mm（四）按强度分 普通混凝土普通混凝土C10C10C55C55高强混凝土高强混凝土C60C60超高强混凝土超高强混凝土C100C1004/23/20225其他分类方式其他分类方式 按施工工艺、配筋情况、胶凝材料等 4/23/202264/23/202274/23/20228普通混凝土各组成材料的作用。 砂、石对混凝土起骨架作用，水泥和水组成水泥浆包裹在骨

3、料的表面并填充骨料的空隙中。在混凝土拌和物中，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌和物流动性，便于施工；在混凝土硬化后起胶结作用砂子水泥浆石子：4/23/20229硬化混凝土的结构 硬化混凝土是水泥石和骨料组成的颗粒状复合材料： 基 相水泥石 增强相骨料 过渡相界面4/23/202210 水泥石：由水泥的水化产物（水化硅酸钙、氢氧化钙和钙矾石等）、未水化的水泥颗粒、孔隙和水组成 骨料：由形成砂、石的岩石矿物组成 界面：主要是氢氧化钙和钙矾石组成，为一多孔、薄弱层4/23/202211普通混凝土的组成材料 混凝土的质量，很大程度上原材料的技术性质是否符合要求。因此，为了选用材料和保证混凝土的质量，必须

4、掌握原材料的技术质量要求。 水泥细集料粗集料水外加剂掺合料混凝土4/23/202212水泥水泥品种和选择 根据工程特点、所处环境条件及施工条件，进行合理选择。水泥强度等级的选择 高强度等级的水泥配制高强度等级的混凝土，低强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土。根据经验，一般以水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的 1.5-2.0倍为宜4/23/2022134/23/202214普通混凝土骨料按粒径大小分为两种，粒径小于5mm的颗粒称为细骨料。细骨料主要采用天然砂和人工砂。一、细骨料4/23/2022154/23/2022162、砂的颗粒级配及粗细程度砂的颗粒级配：砂大小颗粒的搭配情况。砂的粗

5、细程度：不同粒径的砂混合在一起总体的粗细程度。总表面积小空隙率小4/23/202217 良好的级配应当能使骨料的空隙率和总表面积均较小，从而不仅使所需水泥浆量较少，而且还可以提高混凝土的密实度、强度及其他性能。 若骨料的粒径全在同一尺寸范围内，则会产生很大空隙率。4/23/2022183、粗骨料技术要求：有害杂质含量骨料的颗粒形状和表面特征：针片状颗粒含量骨料的强度颗粒级配与最大粒径坚固性4/23/202219 卵石 碎石4/23/2022201、颗粒级配与最大粒径粗骨料颗粒级配 粗骨料的颗粒级配按供应情况分连续粒级和单粒级。粗骨料最大粒径:粗骨料公称粒级的上限。粗骨料颗粒级配评定方法 同砂子

6、颗粒级配的评定方法。 2、粗骨料的颗粒形状和表面特征针状颗粒：长度大于该颗粒所属平均粒径2.4倍的。片状颗粒：厚度小于该颗粒所属平均粒径0.4倍的。4/23/202221 最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4；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1/2且不得超过50mm；对于泵送混凝土，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。4/23/202222混凝土的第五组分-混凝土外加剂 混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料；被称为混凝土的第五组分。 4/23/2022234/23/20

7、2224常用的混凝土外加剂土木工程常用的外加剂有： 普通减水剂及高效减水剂 引气剂及引气减水剂 缓凝剂及缓凝（高效）减水剂 早强剂及早强减水剂 膨胀剂 泵送剂 聚羧酸系高性能减水剂4/23/2022252、减水剂的作用机理 1、吸附-分散作用2、润滑作用3、湿润作用4/23/202226 使用减水剂可取得的技术经济效果：使用减水剂可取得的技术经济效果： 混凝土中掺入减水剂，在不改变混凝土拌和用水量时，可大幅度提高新拌混凝土的流动性；当减水但不减少水泥用量时，可提高混凝土强度；若减水，同时适当减少水泥用量，则可节约水泥。同时混凝土的耐久性也能得到显著改善。 4/23/202227混凝土第六组分矿

8、物掺合料 在拌制混凝土过程中掺入的、具有一定细度和水硬性的、用以改善混凝土拌合物和硬化混凝土性能（特别是耐久性）的某些矿物类产品，称为矿物掺合料或矿物外加剂。被誉为混凝土的第六组份。 4/23/202228常用的矿物掺合料 矿物掺合料能显著改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度、抗渗性、耐腐蚀性和强度等，应用十分普遍。土木工程中常用的矿物掺合料有： 粉煤灰或磨细粉煤灰 磨细矿渣 硅灰 磨细天然沸石 复合矿物掺合料4/23/202229掺合料的物理作用4/23/202230 化学作用： 水泥水化析出的氢氧化钙和掺入的石膏将与掺合料中的活性氧化硅、活性氧化铝发生二次水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝

9、酸钙、水化硫铝酸钙或水化硫铁酸钙等水化产物；减少了水化产物中的氢氧化钙，增加水化硅酸钙等胶结力较强的水化产物。这种作用称为火山灰效用。4/23/202231混凝土的基本性能 混凝土拌合物性能 GB/T 500802002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 混凝土力学性能GB/T 500802002 普通混凝土力学性能试验方法标准 混凝土长期性能和耐久性能GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准4/23/2022322.1.1、混凝土搅拌 环境条件：环境温度205材料用量：按配合比计算每盘材料质量，拌和体积大于所需混凝土1.5倍，不少于20L。 搅拌程序：搅拌机具先

10、湿润，用同材料配比进行涮膛，加料顺序为石子、砂、水泥拌匀徐徐加水，铁盘上翻拌1-2min，从试样制备完毕到开始做各项试验（坍落度、表观密度、含气量）不宜超过5min（不包括成型试件）。4/23/202233 普通混凝土的主要性质 ： 混凝土在凝结硬化前称为混凝土拌合物。混凝土拌合物不同的施工环境和施工条件下表现出不同的特征，而混凝土施工过程对硬化后的混凝土具有重大的影响，因此必须找出评价混凝土施工过程中的性质。这样才能保证混凝土的质量。拌合物状态时要求具有良好的和易性（或称工作性），硬化后的混凝土应具有足够的强度和必要的耐久性。新拌混凝土的和易性4/23/202234 和易性是指混凝土拌合物易

11、于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。混凝土拌合物和易性概念 和易性包含的内容：流动性、粘聚性和保水性。 离析是指拌合物各组分分离造成不均匀及失去流动性的现象。对于流动性较大的混凝土拌合物，因各组分粒度及密度不同，易引起砂浆与石子间的分层离析现象。对于硬性或少砂的混凝土拌合物，若装卸及浇注方法不当，也会发生离析现象。 泌水是指拌合水按不同方式从拌合物中分离出来的现象。 无论是离析，还是泌水对硬化后混凝土的强度和耐久性都将有很大的影响。 4/23/202235 混凝土拌合物和易性的测定方法 混凝土拌合物的稠度可采用坍落度法和维勃稠度法测定。 由于和易性是一项综合的

12、技术性制，因此很难找到一种能全面反映拌合物和易性的测定方法。通常以测定流动性（即稠度）为主，而对粘聚性和保水性主要通过观察进行评定。 坍落度试验 坍落度法适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度值大于10mm的塑性和流动性混凝土拌合物稠度测定。 4/23/202236坍落度测试坍落度测试使用仪器有：坍落度筒、捣棒、钢板尺等。在平板上踏紧坍落筒，分三层1/3筒高装料，插捣25次，垂直提筒5-10s内完成，测试全过程150s内完成，测量精度精确至1mm，结果修约5mm。当两次出现崩塌或一边剪切破坏记录为和易性不好。4/23/2022374/23/202238坍落度试验4/23/202239对混凝土

13、对混凝土重新翻拌重新翻拌注意垂直注意垂直提坍落度筒提坍落度筒对混凝土对混凝土重新翻拌重新翻拌对混凝土对混凝土重新翻拌重新翻拌错误：错误：注意水平注意水平最高点测量最高点测量4/23/202240坍落扩展度试验4/23/202241 b)严重露石d)严重离析和泌水c)严重发散和泌水a)理想 4/23/202242 注意事项：注意事项：装料不均匀，石子在一个角落。装料不均匀，石子在一个角落。混凝土插捣不规则，尤其是第三层混凝土插捣不规则，尤其是第三层 。（插捣运动轨迹呈螺旋形，控制插捣深度，防止拌和物分层离析）（插捣运动轨迹呈螺旋形，控制插捣深度，防止拌和物分层离析）脚踏不住，插捣时容易出现浮筒。

14、脚踏不住，插捣时容易出现浮筒。测量位置不是在最高点，随意性测量。测量位置不是在最高点，随意性测量。测试过程记录不完善，绝大多数记坍落度值，其它现测试过程记录不完善，绝大多数记坍落度值，其它现象及和易性评价不记录。象及和易性评价不记录。4/23/202243坍落度大于220mm，用钢尺测量最大直径和最小值径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用算术平均值作为坍落扩展度值；否则此次试验无效。 本项目是重要指标之一，不但能评价混凝土本项目是重要指标之一，不但能评价混凝土工作性能，还可测量在自重作用下流动的工作性能，还可测量在自重作用下流动的抗剪性抗剪性4/23/2022444/23/202245

15、 混凝土含气量混凝土含气量 仪器标定仪器标定（量钵、（量钵、0%含气量、标准曲线）含气量、标准曲线）混凝土含气量测定混凝土含气量测定结果处理及注意事项结果处理及注意事项2.3、混凝土拌合物含气量试验方法、混凝土拌合物含气量试验方法4/23/202246 混合式气压法含气量测定仪气室气室出水口出水口排气阀排气阀压力表压力表手泵手泵微调阀微调阀阀门杆阀门杆量钵量钵 7L4/23/2022472.3.1、含气量测定仪定期标定 用水量标定钵体积； 含气量0%的标定； 含气量1%10%的标定； 绘制含气量与压力表标准曲线4/23/202248用水标定钵体积（6.9 L 7.1L）, 含气量0%点标定:量

16、钵灌满水,排气注水,确保被水冲满,打气并调到压力表为0.1MPa，此时的含气量为零。含气量1%10%点标定:根据量钵标定的体积（6950)1% =695mL放水，打开排气阀，使量钵内压力与大气压平衡，然后重新用手泵加压，并用微调准确地调到0.1MPa，按1-2次阀杆，记录压力表压力，重复放695mm放水，此时含气量为2%，重复以上方法至含气量10%止，压力表读值为横座标，含气量值为纵座标，绘制含气量与压力关系曲线，4/23/202249砼含气量标准曲线图含气量测定仪筒体积7000ml标准曲线图水容积(ml)压力表读数含气量%12平均数70610.0960.0960.096069900.0820

17、.0830.083169190.0710.0720.072268480.0620.0630.063367770.0570.0550.056467060.0520.0510.052566350.0480.0470.048665640.0430.0450.044764930.0410.0410.04184/23/202250 含气量检验流程图：4/23/2022512.3.2、混凝土含气量测定混凝土含气量测定 均匀加料，振动15-30s，也可用人工分3次装入含气量仪，每次用捣棒插捣25次，均匀布满混凝土面,表面光滑无气泡，密封加盖。； 打开排气阀，注水至满流出，关闭后打气加压调至0.1MPa， 按

18、下阀门杆12次，压力表读数PO1； 重测一次压力表读数PO2， 两次相对误差大于0.2%，加一次，仍是大于0.2%作废重做 4/23/202252含气量率定曲线含气量率定曲线对照，确定混凝土的含气量A1。 测定骨料校正因素C。 计算混凝土含气量：A=A1-C式中：A为混凝土含气量；A1为含气量筒测定的含气量值；C为骨料含气量。4/23/202253 混凝土凝结时间混凝土凝结时间 仪器要求与环境条件仪器要求与环境条件混凝土凝结时间测定混凝土凝结时间测定结果处理及注意事项结果处理及注意事项2.4、砼拌和物凝结时间试验方法、砼拌和物凝结时间试验方法4/23/202254 2.4.1、贯入阻力仪： 量

19、值100N，刻度盘精度为10N；测针：长约130mm，平面针头圆面积为100mm2、50mm2、20mm2三种；在离贯入端25mm处刻有标志， 试验温度202，尽可能与现场相同的环境， 人体磅秤人体磅秤阻力显示器阻力显示器加力杆加力杆测测 针针4/23/2022552.4.2、试样制备 4.1、取样：取样：取代表性样（应记录加水时间），用4.75mm筛筛出砂浆,再人工翻拌,入模。每批砼拌合物取一个试样，共取3个，分装3个试模。 4.2、振实：振实： 坍落度不大于不大于70mm的，用振动台振动台，至表面出浆，避免过振。坍落度大于大于70mm的，用捣棒人工捣棒人工捣实，螺旋由外向中心均匀插捣25次

20、，橡皮锤轻击试模侧面排除空洞。调整砂浆表面，使其低于试模上沿约10mm，筒应立即加盖。4/23/2022562.4.3、测试方法：测试方法： 将试件放在贯入阻力仪座上，记录砂浆和容器总质量。测初凝时间用100mm2试针，终凝用20mm2试针。 试针接触砂浆表面，使测针在10s内垂直插入试样深度25mm，记录其质量和加水起所经过的时间及环境温度。测针应距边缘至少25mm，测点间净距至少为所用测针直径的两倍，不小于15mm。三个试模每次各测12点，取其算术平均值为该时间的贯入阻力值。 每个试样试验应不小于六次，最后一次的单位面积贯入阻力应不低于28MPa。常温下普通混凝土3h后开始测试，以后每次间

21、隔1h；混凝土或气温较高的情况2h后开始测试，以后每隔0.5h测一次4/23/202257 选针选针：根据阻力不同，选择适宜的测针。一般当砂浆表面根据阻力不同，选择适宜的测针。一般当砂浆表面测孔边出现微裂缝时，应立即换截面积较小的测测孔边出现微裂缝时，应立即换截面积较小的测针。针。单位面积贯入阻力（MPa）0.23.53.520.020.028.0平头测针圆面积(mm2)10050204/23/20225840302010 0 100 200 300 400 500时间与贯入阻力曲线图时间与贯入阻力曲线图贯入阴力MPa时间(min)初凝初凝时间时间终凝终凝时间时间4/23/2022594.4、

22、数据处理：、数据处理： 计算：P F / A P 单位面积贯入阻力，MPa； F 测针贯入深度25mm时的贯入压力，（N）； A 贯入测针截面面积，mm2。 凝结时间取三个试样的平均值。大小值有一个值与中值差不大于10%，否则中值为结果；如果最大与最小与平均值之差大于10%，则试验应重做。 以单位面积贯入阻力为纵坐标，测试时间为横坐标，绘制其关系曲线。 经3.5 MPa及28 MPa画两条平行于横坐标的直线，则直线与曲线相交点的横坐标即为初凝及终凝时间。4/23/2022604.5、注意事项：混凝土拌合物过4.75mm筛析砂浆难度较大；选择测针一般当砂浆表面测孔边出现微裂缝时，更换小针。100

23、mm2：（0.23.5MPa）；50mm2： （3.520MPa）；20mm2 （2030MPa）；3）测试时间的控制； 4/23/202261影响混凝土和易性的因素2 砂率 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。 4 环境因素、施工条件、时间、外加剂1 水泥浆量及水灰比 在水灰比不变的情况下，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大；但若水泥浆过多，使拌合物的流动性、粘聚性变差 。3 水泥品种及细度、骨料的性质 如用矿渣水泥时，坍落度较普通水泥小，泌水性增加。4/23/202262砂率对混凝土坍落度的影响4/23/202263 粗骨料表

24、面状态不同对混凝土和易性的影响：卵石卵石碎石碎石4/23/2022644.4 硬化后混凝土的强度 4.4.1 混凝土的强度与强度等级 1、立方体抗压强度（fcu） 按照标准的制作方法制成边长为150的立方体试件，在标准养护条件（温度士3，相对湿度90以上）下，养护至28龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度。标准试块4/23/202265强度换算系数(GB/T 500812002) 试件尺寸(mm )骨料最大粒径(mm)强度换算系数 100100100150150150200200200 31.54063 0.9511.054/23/202266混凝土立方体抗压标准

25、强度4/23/202267 2、强度等级 混凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。按标准方法制作边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准方法测得的强度总体分布中具有不低于95%保证率的抗压强度值，以fcu.kcu.k表示。 如：C30，表示混凝土立方体抗压强度标准值,fcu,k=30MPa。 我国现行GB50010-2002混凝土结构设计规范规定,普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。4/23/202268抗压试验4/23/202269

26、试件成型：试件成型：规定在5 min内完成坍落度后，在15min成型，坍落度70mm为振动或人工插捣，振动时间为不大于90s，分两层插捣，每100cm2插捣不小于12次，150mm3（不小于30次），锤打10-15下，抹面高低不超过0.5mm；成型后保湿：成型后保湿：在205，相对湿度大于50%环境下养护1-2昼夜，折模编号，移入202，相对湿度大于95%环境下养护28d。 4/23/2022703.1、立方体抗压立方体抗压测量试件尺寸150mm的试件边长公差为1mm。取出试件后保湿,表面擦干,安放试件轴心对中。检查电路和油路，打开电源和油泵升高1cm后调零点。控制加荷速度C30试件取0.30

27、.5MPa/S，C30-C60试件取0.50.8MPa/S 。记录与计算抗压强度精确至0.1MPa，最大或最小值与中值之差15%时，两块平均值，若最大最小值都与中值之差15%结果无效。4/23/2022714.4.2 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素 4.4.2 .1 水泥强度等级和水灰比4/23/202272抗折强度仪器要求、试件尺寸 仪器要求抗折试验机，精度为1%， 抗折专用夹具；钢尺：最小刻度1mm。 试件尺寸 混凝土抗折强度试件小梁，标准试件尺寸为150mm150mm550mm，集料粒径应不大于31.5mm，允许采用100mm100mm400mm试件，集料粒径应不大于30mm；

28、4/23/2022733.4.2、试验步骤试验步骤 2、试件保湿，测量中部量宽度和高度，精确至1mm，（试件1/3长度内不得有蜂窝(大于5mm深度2mm)。 3、试验用三分点外双点加载法，试验机调零，试件在支座上放稳几何对中 承压面应选择试件成型时的侧面。 4、试件的试验应连续而均匀地加荷，其加荷速度为，混凝土强度等级C30时，取0.020.05MPa/s（可事先折算成荷载备用）；混凝土强度等级C30时，取0.050.08MPa/s。当试件接近破坏时，应停止调整油门，直至试件破坏，记录破坏荷载。4/23/2022743.4.3、试验记录和数据处理试验记录和数据处理 抗折强度以3个试件测值的算术

29、平均。3最大值或最小值中如有1个与中间值的差超过中间值的15，则把最大与最小值勤一并会舍除；取中间值作为该组试件的抗折强度值。如有2个测值与中间值的差均超过中间值的15，则该组试件的试验结果无效。 3个试件中如有1个其折断面位于两荷载之外，则该试件的结果应予舍弃，混凝土抗折强度按另2个试件的试验结果计算。如有2个试件的折断面均超出两集中荷载之外，则该组试验无效。4/23/2022753.4.4、注意事项 试件几何对中，抗折夹具球头应润滑灵活， 安装要均匀接触，避免折扭复合破坏； 加荷速度按计算公式代入计算为kN/s， 如0.020.05MPa/s，计算得（150375）N/s, 0.080.1

30、MPa/s， 计算得（600750）N/s 1个试件断裂位于两加荷点之外无效取两个平均。若有两个断裂位于两加荷点之外，结果无效， 强度低和断面薄弱，容易出现断面位于两加荷点之外。 4/23/202276混凝土强度经验公式： 式中：C/W灰水比； fcu混凝土28d抗压强度； fce水泥28d抗压强度实测值。 A,B经验系数； 碎石 A=0.53; B=0.20 卵石 A=0.49; B=0.13k ,ceccefffcu = Afce（C/W-B）4/23/202277骨料的影响： 粗骨料表面状态不同对混凝土强度的影响：4/23/202278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 。公式应用条件： 。 标准养护 中等强度等级的混凝土28lglg28nffn1428抗压强度龄期/d4/23/202279养护的温、湿度4382113龄期抗压强度031421287 养护温度对混凝土强度的影响4/23/202280湿度的影响4/23/202281提高混凝土强度的措施1、高标号的水泥和快硬早强水泥2、干硬性混凝土3、湿热处理 蒸汽养护：将混凝土放在温度低于1