建筑材料课件混凝土.

1、第第0505章章 混凝土混凝土第第 2页页5.1混凝土概述混凝土概述 n混凝土是指以胶凝材料（胶结料）、骨料（或称集料）、水（或不加水）及其他材料为原料，按适当比例配制，经搅拌、振捣成型后，经一定时间养护硬化而成的具有固定形状和一定强度的人造石材。n根据所用胶凝材料的不同，土木工程中常用的混凝土有：n水泥混凝土n沥青混凝土n石膏混凝土n聚合物混凝土第第 3页页5.1.1水泥混凝土的发展概况水泥混凝土的发展概况 n水泥混凝土自从19世纪20年代问世以来，它在土木工程各领域的应用不断扩展。n水泥混凝土已经成为各种工业与民用建筑、桥梁、铁路、公路、水利、海洋、矿山和地下工程中的主导材料。 n20世纪

2、末，全世界每年平均消耗的水泥混凝土量约为90亿吨，在21世纪它仍将在众多的工程材料中占居主导地位。 第第 4页页5.1.3普通水泥混凝土的特点和发展方向普通水泥混凝土的特点和发展方向 n混凝土的优点： n混凝土组成材料来源广泛。混凝土组成材料来源广泛。n可调整性好。可调整性好。n施工性好。施工性好。n具有较高的抗压强度。具有较高的抗压强度。n与钢筋具有良好的共同工作性（匹配性）。与钢筋具有良好的共同工作性（匹配性）。n具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境破坏作用。具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境破坏作用。n具有较好的耐火性。具有较好的耐火性。第第 5页页n混凝土的缺点：n自重大，比强度低。n抗

3、拉强度小，一般只有其抗压强度的1/101/15，属于一种脆性材料。 n导热系数大。一般为1.5w/mk，相当于粘土砖的两倍。n硬化慢、生产周期长。第第 6页页n普通砼发展趋势：n高强、高性质n轻质n减少生产能耗和劳动强度n砼工业的可持续发展技术第第 7页页5.2.4 混凝土用水混凝土用水 n混凝土拌合用水标准(JGJ63)要求混凝土用水不得妨碍混凝土的凝结和硬化，不得影响混凝土的强度发展和耐久性，不得含有加快钢筋混凝土中钢筋锈蚀的成分，也不得含有污染混凝土表面的成分。混凝土用水中各种物质含量限值应满足下表的要求。 项目 预应力混凝土 钢筋混凝土 素混凝土 pH值不溶物（mg/L）可溶物（mg/

4、L）氯化物（以Cl计）（mg/L）硫酸盐（以SO42-计）（mg/L）硫化物（以S2计）（mg/L） 420002000500600100 42000500012002700 450001000035002700 第第 8页页n若对水质有怀疑，应利用待检验水和蒸馏水分别进行水泥凝结时间、混凝土强度对比试验。n对比试验所测得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不超过30min，且符合标准规定的凝结时间要求时才可以使用。n用待检验水所配制水泥混凝土试件的28d抗压强度，不得低于用蒸馏水所配制对比试件抗压强度的90。 第第 9页页 含糖份水使混凝土两天仍未凝结含糖份水使混凝土两天仍未凝结 n某糖厂建宿舍，

5、以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。象的原因。 n原因分析：由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。 第第 10页页5.3新拌混凝土的性质新拌混凝土的性质 n将粗细骨料、水泥和水等组分按适当比例配合，并经搅拌均匀而成的塑性混凝土混合材料称为新拌混凝土（也称为混凝土拌

6、合物）；凝结硬化后的混凝土混合料称为硬化混凝土（也简称混凝土）。 n混凝土拌合物的性能包括和易性、凝结时间、塑性收缩和塑性沉降等。国家标准GB/T 500802002普通混凝土拌合物性能试验方法标准规定，其试验为：稠度试验、凝结时间试验、泌水与压力泌水试验、表观密度试验、含气量试验和配合比分析试验。 第第 11页页5.3.1新拌混凝土的和易性概念新拌混凝土的和易性概念 n和易性是指在搅拌、运输、浇筑、捣实等施工作业中易于流动变形，并能保持其组成均匀稳定的性能。和易性包括三方面性能： n（1）流动性。流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模板的性能。 n（2）

7、粘聚性。粘聚性是指新拌混凝土内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象，使混凝土能保持整体均匀稳定的性能。 n（3）保水性。保水性是指新拌混凝土具有一定保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。 第第 12页页5.3.2 新拌混凝土和易性的检测新拌混凝土和易性的检测 n根据GB/T50080-2002，土木工程建设中常用坍落度法或维勃稠度法来测定新拌混凝土的流动性，并辅以经验来目测评定其粘聚性和保水性，从而综合判定其和易性。其中：n坍落度法：适用于较稀（自重作用下具有可塑性）的新拌混凝土；n维勃稠度法：适用于较干硬的新拌混凝土。 第第 13页页1.坍落度试

8、验坍落度试验 n标准坍落度圆锥筒为钢皮制成，高度H300mm，上口直径dl00mm，下底直径D200mm。第第 14页页n坍落度试验方法只适用于骨料最大粒径不大于40mm，且坍落度值为10220mm的新拌混凝土。n对于坍落度值大于220mm的新拌混凝土，应以坍落度扩展度检测，即：n测量坍落后混凝土的扩展直径最大和最小两个方向的直径Dmax，Dmin，当二者的差值小于50mm时（当二者的差值大于50mm时则表示因实验操作失误而无效），则以其平均值作为坍落度扩展度。n混凝土的坍落度扩展度值越大，则表明其流动性就越高。n坍落度只对富水泥浆的新拌混凝土才比较敏感，而对贫水泥浆的新拌混凝土则误差较大。第

9、第 15页页依据坍落度值对新拌混凝土流动性的分级依据坍落度值对新拌混凝土流动性的分级 级别级别名称名称坍落度坍落度T T1 1低塑性混凝土低塑性混凝土10104040T T2 2塑性混凝土塑性混凝土50509090T T3 3流动性混凝土流动性混凝土100100150150T T4 4大流动性混凝土大流动性混凝土160160第第 16页页2.维勃稠度试验维勃稠度试验 n将坍落度筒放在直径为240mm、高度为200mm圆筒中，圆筒安装在专用的振动台上。按坍落度试验的方法，将新拌混凝土装入坍落度筒内后再拔去坍落度筒，并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面被水

10、泥浆布满瞬间止，所经历的时间，以s计(精确至1s)，即为新拌混凝土的维勃稠度值。n该法适用于骨料最大粒径小于40mm，维勃稠度在530s之间的新拌混凝土。 第第 17页页混凝土按维勃稠度的分级混凝土按维勃稠度的分级 级别级别名称名称维勃稠度维勃稠度(s)(s)V V0 0超干硬性混凝土超干硬性混凝土3131V V1 1特干硬性混凝土特干硬性混凝土30302121V V2 2干硬性混凝土干硬性混凝土20201111V V3 3半干硬性混凝土半干硬性混凝土10105 5第第 18页页5.3.3 新拌混凝土和易性的选择新拌混凝土和易性的选择 n根据GB 50204-2001混凝土结构工程施工质量验收

11、规范规定，混凝土浇筑时的坍落度，宜参照下表选用。原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较好的混凝土。结构特点 坍落度(mm) 机械捣实 人工捣实 基础或地面等的垫层 030 2040 无配筋的厚大结构或配筋稀疏的结构 1030 3050 板、梁和大型及中型截面的柱子等 3050 5070 配筋较密的结构 5070 7090 配筋特密的结构 7090 90120 第第 19页页混凝土中的蜂窝混凝土中的蜂窝 n请观察图中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30mm。请分析混凝土不密实的原因。 空洞位置局

12、部放大空洞位置局部放大混凝土横梁空洞混凝土横梁空洞第第 20页页5.3.4影响新拌混凝土和易性的因素影响新拌混凝土和易性的因素 n1.水泥浆数量 n在水灰比不变的情况下，新拌混凝土中的水泥浆数量越多，包裹在骨料颗粒表面的浆层越厚，其润滑能力就越强，则会因骨料间摩擦阻力的减小而使新拌混凝土的流动性越大。反之则小。n若水泥浆量过多，不仅浪费了水泥，而且会出现流浆及泌水现象，导致新拌混凝土的粘聚性及保水性变差，甚至对混凝土的强度与耐久性也会产生一定的影响。n若水泥浆数量过少，则不能填满骨料间的空隙或不能完全包裹骨料表面时，新拌混凝土的流动性与粘聚性就会变差，甚至产生崩坍现象。n原则：新拌混凝土中水泥

13、浆数量不能太少，但也不能过多，应以满足流动性要求为度。 第第 21页页2.水泥浆稠度水泥浆稠度 n在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越干稠，水泥浆的粘滞阻力或粘聚力增大，新拌混凝土的流动性就越小。n当水灰比过小时，水泥浆就过于干稠，从而导致新拌混凝土的流动性很低，使其运输、浇注和振实施工操作困难，难以保证混凝土的成型密实质量。n若水灰比过大时，水泥浆因过稀而几乎失去粘聚力，由于其粘聚性和保水性的严重下降而容易产生分层离析和泌水现象，这将严重影响混凝土的强度及耐久性。n工程实际中绝不可以单纯加水的办法来增大流动性，而应在保持水灰比不变的条件下，以增加水泥浆量的办法来提高新拌混凝土的流动

14、性。第第 22页页固定加水量定则固定加水量定则 n在配制混凝土时，当粗、细骨料的种类及比例确定后，对于某一流动性的新拌混凝土，其拌合用水量基本不变，即使水泥用量有所变动（如1m3混凝土水泥用量增减50 100kg）时，新拌混凝土的坍落度也可保持基本不变。这一关系称为“恒定用水量法则或固定加水量定则” 。 n当采用常用水灰比(0.40.8)时，可以根据粗骨料品种、粒径及施工要求的流动性来直接确定配制lm3塑性或干硬性混凝土的用水量。 第第 23页页3.砂率砂率 n砂率(SP)是指混凝土中砂的质量(S)占砂、石(G)总质量的百分率，其表达公式为：100pSS%SG第第 24页页合理砂率合理砂率n合

15、理砂率：在用水量及水泥用量一定的情况下，能使新拌混凝土获得最大的流动性，保持良好的粘聚性和保水性。n合理砂率：使新拌混凝土在具有较好流动性、粘聚性与保水性的同时，而使水泥用量达到最少。 第第 25页页4.组成材料性质的影响组成材料性质的影响 n（1）水泥性质。水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都会影响需水量。 n用普通水泥的拌和物比矿渣水泥和火山灰水泥的和易性好。n矿渣水泥拌和物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析；n火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。n适当提高水泥的细度可改善拌和物的粘聚性相保水性，减少泌水、离析现象。 n（2）骨料性质。骨料性质多指混凝土所用骨料的品种、级配、粒

16、形、颗粒粗细及表面状态等。n采用卵石及河砂拌制的新拌混凝土流动性要比用碎石及山砂拌制的新拌混凝土流动性较好。n骨料级配与粗细也会影响新拌混凝土的和易性。 n（3）外加剂。第第 26页页5.时间及环境温度时间及环境温度 n新拌混凝土会随着存放时间的延长而逐渐变得越来越干稠，坍落度将逐渐减小，这种现象称为混凝土的坍落度损失。 n随着环境温度的升高，混凝土坍落度损失将更快。 第第 27页页5.3.5改善和易性的主要措施改善和易性的主要措施 n1.调节混凝土的材料组成n尽可能降低砂率。通过试验采用合理砂率。有利于提高混凝土的质量和节约水泥。n改善砂、石(特别是石子)的级配，好处同上，但要增加备料工作。

17、n尽量采用较粗的骨料。n当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或者加入外加剂等；当拌合物坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当加砂、石子。第第 28页页n2.掺加各种外加剂 n常用的有减水剂、高效减水剂、流化剂、泵送剂等，不仅可以改善新拌混凝土的和易性，同时还具有提高混凝土强度，改善混凝土耐久性，降低水泥用量等作用。 n3.改进水泥混凝土拌和物的施工工艺 n采用高效率的强制式搅拌机，可以提高水的润滑效率；n采用高效振捣设备，也可以在较小的坍落度情况下，获得较高的密实度。n现代的商品混凝土，在远距离运输时，为了减小坍落度损失，还经常采用二次加水法，即在搅拌

18、站拌和时只加入大部分的水，剩下少部分水在快到施工现场时再加入，然后迅速搅拌以获得较好的坍落度。5.4 5.4 硬化混凝土的性质硬化混凝土的性质 5.4.1 硬化混凝土的力学性质第第 30页页1.混凝土受力破坏过程混凝土受力破坏过程 n第阶段：荷载约为极限荷载的30以内，界面裂缝无显著变化，荷载与变形呈直线关系。n第阶段：荷载超过比例极限，达到极限应力的3050时，尚无明显砂浆裂缝出现。此时荷载与变形间不再是线性关系。当荷载超过极限应力的50时，有些界面裂缝就开始失稳而逐渐扩展延伸至砂浆基体中。n第阶段：荷载超过临界荷载（极限荷载的7090）后裂缝继续开展，在界面裂缝继续扩展的同时，砂浆基体中的

19、裂缝也逐渐增生，并与邻近的界面裂缝连接起来，成为连续裂缝。n第阶段：达到极限荷载以后，连续裂缝急速地发展，混凝土的承载能力下降，变形自动增大直至完全破坏。第第 31页页 2.硬化混凝土的强度硬化混凝土的强度 n混凝土的强度包括：n抗压强度n抗拉强度n抗弯强度n抗剪强度n与钢筋的粘结强度 n混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切。n混凝土的强度越高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些介质侵蚀的能力也越强。n混凝土的抗压强度是结构设计的主要参数，也是混凝土质量评定和控制的主要技术指标。 第第 32页页（1）混凝土的抗压强度）混凝土的抗压强度 n根据普通混凝土力学性能试验方法(GB/T50081-200

20、2)，按规定方法制作而成150mm150mm150mm的标准立方体试件，在标准养护条件（温度20士2，相对湿度大于90或在水中）下养护到28d龄期，用标准试验方法所测得的抗压强度值称为混凝土的立方体抗压强度，并以fcu表示。 n在工程施工中，常需要制作同期标准试件并与混凝土结构同条件养护（简称同条件养护试件），所测试件的抗压强度作为现场混凝土施工工艺和进度控制的依据。n早期推定混凝土强度试验方法)(JG15)：可利用快速养护方法所测定的混凝土促硬强度值来推定28d强度。n对于已形成的混凝土结构物，其抗压强度可采用取芯法检测，或利用回弹法、超声波法等非破损检验推定。 第第 33页页（2）混凝土强

21、度等级）混凝土强度等级 n按照GB 500102002混凝土结构设计规范，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。n立方体抗压强度标准值(fcu，k) 是以立方体抗压强度为基准所确定的混凝土强度统计值。它是用标准试验方法测得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（即具有强度保证率为95的立方体抗压强度）。 n根据混凝土不同的强度标准值可划分为大小不同的强度等级。nC7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75及C80等。n例如,C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k40MPa。 第第 34

22、页页混凝土强度等级的选用混凝土强度等级的选用nC10C15垫层、基础、地坪及受力不大的结构；垫层、基础、地坪及受力不大的结构；nC20C25梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；nC25C30大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；nC40C45预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于2530层；层；nC50C6030层至层至60层以上高层建筑；层以上高层建筑；nC60C80采用高性能混凝土的高层建筑；采用高性能混凝土的高层建筑； nC80C12

23、0采用超高强混凝土的高层建筑。采用超高强混凝土的高层建筑。第第 35页页（3）混凝土轴心抗压强度）混凝土轴心抗压强度 n混凝土轴心抗压强度fcp又称棱柱体抗压强度，它是采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，按照标准养护方法与试验方法所测得轴向抗压强度的代表值。n当fcu在1050MPa范围内时，轴心抗压强度fcp (0.70.8)fcu，其系数一般取0.76。第第 36页页（4）混凝土的抗折强度）混凝土的抗折强度(ftf) n混凝土的抗折强度（弯拉强度）是指处于受弯状态下混凝土抵抗外力的能力。通常抗折强度是利用150mm150mm550mm的试梁在三分点加荷状态下测得的（其试

24、件受力状态见图4-14）。试件受弯状态下的抗折强度计算公式为： ftf混凝土的抗折强度(MPa)； F所承受的最大垂直荷载(N)； L试件两支点间的间距(450mm)； b试件截面宽度 （150mm）； h试件截面高度 （150mm）。图图4-14 4-14 抗折试验装置图（单位抗折试验装置图（单位mmmm）1 1、2 2、6- 6- 一个钢球一个钢球3 3、5-5-二个钢球二个钢球4-4-试件试件 7-7-活动支架活动支架8-8-机台机台9-9-活动活动船形垫块船形垫块2tfF Lfb h第第 37页页道面混凝土抗折强度标准值要求（MPa）普通水泥混凝土抗折强度与抗压强度参考关系 交通等级交

25、通等级特重特重重重中等中等轻轻普通水泥混凝土普通水泥混凝土5.05.05.05.04.54.54.04.0钢纤维混凝土钢纤维混凝土6.06.06.06.05.55.55.05.0抗折强抗折强度度1.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.5抗压强抗压强度度5.05.07.77.711.011.014.914.919.819.824.224.219.719.735.835.841.841.848.448.4第第 38页页（5）混凝土的抗拉强度）混凝土的抗拉强度 n混凝土抗拉强度很低，只有抗压强度的1/101/20(通常取1

26、/15)。 n通常采用劈裂抗拉试验法间接得出混凝土的抗拉强度，并称之为劈裂抗拉强度（fts）。混凝土劈裂抗拉强度是采用边长为150mm的立方体试件，计算公式为： fts 混凝土劈裂抗拉强度，MPa；P 破坏荷载，N；A 试件劈裂面面积，mm2。20 637tsPPf.AA1-1-上压板上压板2-2-下压板下压板 3-3-垫层垫层 4-4-垫条垫条第第 39页页n试验研究证明，在相同条件下，混凝土的劈裂抗拉强度(fts)与标准立方体抗压强度(fcu)之间具有一定的相关性，对于强度等级为10 50MPa的混凝土，其相互关系可近似表示为： 3 40 35/tscuf.f第第 40页页（6）混凝土与钢

27、筋的粘结强度）混凝土与钢筋的粘结强度 n在钢筋混凝土结构中，为使钢筋与混凝土间有效地协同工作，要求它们之间必须有足够的粘结强度（也称为握裹强度）。n粘结强度通常与混凝土抗压强度近似成正比。n粘结强度还受其他许多因素的影响，如钢筋尺寸及变形钢筋种类，钢筋在混凝土中的位置（水平钢筋或垂直钢筋），加载类型（受拉钢筋或受压钢筋），干湿变化或温度变化等。 第第 41页页n为了对比不同混凝土的粘结强度，美国材料试验学会提出了一种拔出试验方法：在边长为150mm的立方体混凝土试件中埋入19mm的标准变形钢筋，以不超过34MPa/min的加荷速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服、混凝土开裂或加荷端钢筋滑移超过

28、2.5mm时，记录出现上述三种中最早出现的任一情况时的荷载值P，并用下式计算混凝土与钢筋的粘结强度： fN粘结强度(MPa)； d钢筋直径(mm)； L钢筋埋入混凝土中的长度(mm)； P测定的荷载值(N)。NPfdL第第 42页页3.影响混凝土强度的主要因素影响混凝土强度的主要因素 n混凝土强度试验的过程表明，正常配比的混凝土在受力破坏混凝土强度试验的过程表明，正常配比的混凝土在受力破坏时主要表现为骨料与水泥石的粘结界面开裂或水泥石本身的时主要表现为骨料与水泥石的粘结界面开裂或水泥石本身的开裂。因此，混凝土的强度主要取决于水泥石强度及其与骨开裂。因此，混凝土的强度主要取决于水泥石强度及其与骨

29、料的粘结强度。而粘结强度又与水泥强度、水灰比及骨料的料的粘结强度。而粘结强度又与水泥强度、水灰比及骨料的性质有密切关系。性质有密切关系。n混凝土的强度还受施工质量、养护条件及龄期的影响。混凝土的强度还受施工质量、养护条件及龄期的影响。 第第 43页页（1）水泥强度与水灰比的影响）水泥强度与水灰比的影响 n水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的最主要因素。n在水灰比不变的情况下，水泥强度越高，则硬化水泥石的强度越大，对骨料的胶结力也就越强，所配制的混凝土强度也就越高。 n当用同一种水泥（品种及强度相同）时，混凝土的强度主要决定于水灰比。这一规律只适用于新拌混凝土已被充分振捣密实的情况。第第 44页页

30、n混凝土的强度(fcu)与水灰比(W/C)之间呈近似双曲线关系，可用方程fcuK（W/C）表示，则fcu与C/W之间呈近似线性关系。第第 45页页混凝土强度公式混凝土强度公式n当混凝土的灰水比在1.22.5之间时，混凝土强度与灰水比、水泥强度之间的关系可用经验公式（鲍罗米公式）表示： fcu混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)； C1m3混凝土中水泥用量(kg)； W1m3混凝土中水的用量(kg)； fce水泥的实际强度(MPa) 。水泥的实际强度通常高于其强度等级的标准值(fce,k)。fcecfce，k代入，其中c为水泥强度等级标准值的富余系数，一般取1.13； A，B回归系数，它与骨料品

31、种及水泥品种等因素有关。cuceCfAfBW第第 46页页回归系数回归系数A,B的取值的取值n按JGJ/T55-2000普通混凝土配合比设计规程，回归系数A，B按下列规定确定：nA，B应根据工程所使用的水泥、骨料，通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；n当不具备上述试验统计资料时，其回归系数可按下表选用:系数系数碎石碎石卵石卵石A A0.460.460.480.48B B0.070.070.330.33第第 47页页n利用混凝土强度计算公式，可初步解决两个问题：n当水泥强度等级已经选定，配制某一强度的混凝土时，算出应用的水灰比近似值。n当已知水泥强度等级及选定水灰比时，可以计算出该混凝

32、土28d可能达到的强度。n该推算公式主要适用于流动性混凝土及低流动性混凝土，对于干硬性混凝土则偏差较大。n对于C60以上等级的混凝土，灰水比（胶水比）与抗压强度之间的线性关系不够明显，不宜简单套用混凝土强度计算公式。第第 48页页例题例题 n已知某混凝土所用水泥强度为已知某混凝土所用水泥强度为36.4MPa，水灰比，水灰比0.45，碎石。试估算该，碎石。试估算该混凝土混凝土28天强度值。天强度值。第第 49页页（2）骨料的影响）骨料的影响 n不同类型的粗骨料直接影响着混凝土的强度（反映在A,B系数上）。 n通常碎石混凝土的强度要高于卵石混凝土的强度。n颗粒以近似球形或立方形的骨料对混凝土强度有

33、利，而过多的针状或片状颗粒将会导致混凝土强度的下降。 n通常将混凝土中骨料质量与水泥质量之比称为集灰比。n在水灰比和坍落度相同的情况下，混凝土强度可随着集灰比的增大而提高，但当骨料过多时也会降低混凝土的强度。第第 50页页（3）养护温度及湿度的影响）养护温度及湿度的影响 第第 51页页n在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖并开始浇水。当日平均气温低于5时不宜浇水，而应以保湿覆盖为主。n混凝土浇水养护的持续时间：当采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥时，不得少于7d；当采用火山灰质硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥时，以及掺用缓凝型外加剂或对混凝土有抗渗性要求时，不得少于14d。第第 5

34、2页页（4）龄期）龄期 n在正常养护条件下，混凝土的强度随龄期的增长而不断发展，最初714d内强度发展较快，以后便逐渐缓慢。尽管通常所指强度是28d强度，但28d后强度仍在发展，只是发展速度较慢。n只要温度和湿度条件适当，混凝土的强度增长过程很长，可延续数十年之久。 第第 53页页n在标准养护条件下，普通水泥混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比例关系，可利用这种关系估算不同龄期的混凝土强度： fn混凝土nd龄期的抗压强度(MPa)； f28混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)； n 养护龄期(d)，且n3d。2828nflgnflg第第 54页页（5）试验条件）试验条件 n对混凝土强度测定

35、值的影响试验条件是指检测混凝土强度时所用试件的尺寸、形状、表面状态，以及试验时的加荷速度等。n试验条件不同，会影响混凝土强度表现值的大小。 第第 55页页 试件尺寸试件尺寸 n对于相同的混凝土，当其试件尺寸较小时，所测得的抗压强度值较大。n我国采用150mm150mm150mm的立方体试件作为标准试件，当采用非标准的其他尺寸试件时，所测得的抗压强度应乘以下表所列的换算系数。混凝土抗压强度试块允许最小尺寸表骨料最大颗粒直径（骨料最大颗粒直径（mmmm）换算系数换算系数试块尺寸（试块尺寸（mmmm）31.531.50.950.95100100 100100 100100（非标准试块）（非标准试块）

36、40 40 1.001.00150150 150150 150150（标准试块）（标准试块）60 60 1.05 1.05 200200 200200 200200（非标准试块）（非标准试块）第第 56页页混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状 第第 57页页 试件表面状态试件表面状态 n混凝土试件承压面的状态，也是影响混凝土强度的重要因素。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。 第第 58页页 加荷速度加荷速度 n试验时加荷速度越快，混凝土强度表现值也就越大。当加荷速度超过1.0MPa/

37、s时，这种趋势很明显。n我国标准规定，混凝土抗压强度的加荷速度为0. 30.8 MPa/s,且应连续均匀地进行加荷；否则，所测得的强度值就不准确。第第 59页页 施工方法的影响施工方法的影响 n若配合比相同且成型密实条件一致时，机械搅拌混凝土的强度一般要比人工搅拌时混凝土的强度提高10左右。 n采用机械振捣比人工捣实要密实得多，这对低水灰比的混凝土尤为显著。 n采用二次搅拌工艺，也能提高混凝土强度。n这种工艺的原理是将骨料和水泥投入搅拌机后，先加少量水拌和，使骨料表面裹上一层水灰比很小的水泥浆（此称“造壳”），以有效地改善骨料的界面结构，从而提高混凝土的强度。这种混凝土称为“造壳混凝土”。 第

38、第 60页页 混凝土强度低屋面倒塌混凝土强度低屋面倒塌 n某县东园乡美利小学某县东园乡美利小学1988年建砖混结构校舍，年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振荡，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至人工搅拌振荡，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至12月月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂层，大梁突然断裂,屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女小学生。屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女小学生。 大梁断裂

39、大梁断裂第第 61页页4.提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施 n（1）采用高强度等级水泥或早强型水泥。 n（2）采用低水灰比的干硬性混凝土。 n（3）采用机械搅拌与振实等强化施工工艺。n（4）采用湿热处理养护措施。n所谓的湿热处理，就是提高水泥混凝土养生时的温度和湿度，以加快水泥的水化，提高早期强度。n常用的湿热处理处理方法，可分为蒸汽养护及蒸压养护两类。第第 62页页蒸汽养护蒸汽养护 n是将混凝土放在温度低于100的常压蒸汽中进行养护。n混凝土经过1620h蒸汽养护，其强度可达正常条件下养护28d强度的70%80。n蒸汽养护时，是使浇筑好的混凝土构件经13h时预养后，再在90以上的相对

40、湿度、60以上温度的饱和水蒸汽中养护。 n蒸汽养护最适于掺活性混合材料水泥：矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥制备的混凝土，最高养护温度一般可达90，恒温养护时间不超过12h。n对普通水泥或硅酸盐水泥配制的混凝土进行蒸汽养护，其早期强度也能得到提高，但后期强度增长速度反而减缓，其28d强度比标准养护28d的强度低1015。所以用普通水泥配制的混凝上养护温度不宜太高，时间不宜太长，一般养护温度为6080，恒温养护时间58h为宜。 第第 63页页蒸压养护蒸压养护n蒸压养护是将浇筑完的混凝土构件静停810h后，放在高温高压（通常为175的温度及8个大气压）的压蒸釜中进行养护。n在高温高压下，水泥水化时

41、析出的Ca(OH)2与混合材料中的活性SiO2反应，生成结晶度较好的水化硅酸钙，可有效地提高混凝土的强度，并加速水泥的水化与硬化。n这种方法对采用掺活性混合材料水泥及掺入磨细石英砂的混合硅酸盐水泥更为有效。 第第 64页页n（5）掺加增强型外加剂。n混凝土中掺入早强剂，可提高其早期强度。n掺入减水剂尤其是高效减水剂，可大幅度减少拌合用水量，使混凝土获得较高的强度。 n（6）掺入掺合料。n对于某些高强混凝土，在掺入高效减水剂的同时，往往还必须掺入磨细的矿物混合材料，如优质粉煤灰、硅灰、沸石粉及超细矿渣粉等。第第 65页页掺合料掺合料 粉煤灰SEM照片 丝光沸石SEM照片 硅灰SEM照片 4 00

42、0 2 00010 000 第第 66页页5.混凝土的变形性能混凝土的变形性能 n混凝土的变形混凝土的变形包括非荷载作用下的变形与荷载作用下的变形。包括非荷载作用下的变形与荷载作用下的变形。n非荷载作用下的变形又分为混凝土化学收缩、干湿变形及非荷载作用下的变形又分为混凝土化学收缩、干湿变形及温度变形；温度变形；n荷载作用下的变形又分为短期荷载作用下的变形及长期荷荷载作用下的变形又分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形（即徐变）。载作用下的变形（即徐变）。 第第 67页页（1）非荷载作用下的变形）非荷载作用下的变形 n 化学收缩。混凝土在硬化过程中，由于水泥水化生成物的固相体积小于水化前

43、反应物的总体积，从而引起混凝土的体积收缩，这种收缩称为化学收缩。n混凝土的化学收缩量通常很小，一般为(4100)106mmmm，通常对混凝土结构几乎没有明显影响，但当其收缩量较大（水泥用量过多）时也可在混凝土内部产生微细裂纹，从而降低混凝土的耐久性。 第第 68页页 干湿变形干湿变形 n混凝土内部所含水分有三种形式：自由水（即孔隙水），毛细管水和凝胶体颗粒吸附水。当后两种水发生变化时，混凝土就会产生干湿变形。 n干缩后的混凝土若再吸水变湿时，有3050的变形已不可恢复。第第 69页页混凝土的干缩变形检测方法混凝土的干缩变形检测方法n用100mm100mm515mm的标准试件，在规定试验条件下直

44、接测得其干缩率。实际混凝土结构的干缩率要比试验值小。通常混凝土的干缩率试验值可达(35)104；在混凝土结构设计时干缩率取值为(1.52.0)104，即每1米混凝土的收缩量为0.150.20mm。n干缩变形对混凝土危害较大，它可导致混凝土表面产生很高的拉应力而产生开裂，不仅降低其结构承载能力与安全性，而且严重降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。 第第 70页页影响水泥混凝土干缩变形的因素影响水泥混凝土干缩变形的因素 n水泥用量、细度及品种n混凝土中水泥浆量愈多，其干缩率就愈大。水泥颗粒愈细，干缩也愈大。采用掺混合材料较多的水泥所配制的混凝土，比用普通水泥配制的混凝土干缩率大。n水灰比n当

45、混凝土中的水泥用量不变时，混凝土的干缩率将随着水灰比的增大而增加。混凝土单位用水量的多少，也是影响其干缩率的重要因素，一般用水量每增加1时，干缩率增大23。n骨料质量n骨料的弹性模量较大时，则其干缩率较小。吸水率较大的骨料其干缩率较大。骨料的含泥量较多时，也会增大混凝土的干缩性。通常，骨料粒径较大且级配良好时，混凝土干缩率较小。n施工质量n利用可靠的成型密实工艺和长期稳定的保湿养护，可推迟混凝土干缩变形的发生和发展，但对混凝土的最终干缩率无显著影响。第第 71页页混凝土干缩缝混凝土干缩缝 n某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂缝。裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半，裂缝上宽下窄，

46、最大宽为0.5 mm。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于完整的砂岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土强度满足要求。经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从C20提高至C30，单位水泥用量增加了90 kg，且当时使用的砂亦恰好细度变细。 n原因分析：从裂缝形状看，可知不属荷载裂缝，为收缩变形产生的裂缝。原因是施工中任意提高混凝土强度，加大水泥用量，且采用细度模数小的砂，这两方面都会使收缩增大，从而导致产生裂缝。第第 72页页 温度变形温度变形 n混凝土热胀冷缩变形对于早期的混凝土结构危害很大，尤其是对大体积混凝土。 n混凝土的温度线膨胀系数为(1. 01. 5) 105

47、，即温度每升降1 ，1m长的混凝土结构物将产生0.010.015mm的膨胀或收缩变形。 n对纵长的混凝土结构或大面积混凝土工程来说，其累计热胀冷缩变形也可能导致结构的破坏。 n通常采用每隔一段距离设置一道伸缩缝，或在结构中设置温度钢筋等措施，以避免其热胀冷缩变形造成的破坏。 第第 73页页（2）荷载作用下的变形）荷载作用下的变形n 混凝土的弹塑性变形第第 74页页 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 n采用其轴心抗压强度(fcp)的40作为试验控制应力荷载值（即=0.4 fcp），经四次以上反复加荷与卸荷后，测得应力与应变的比值，即为混凝土的弹性模量E,它在数值上与tan相近。 第第 75页页影

48、响混凝土弹性模量的因素影响混凝土弹性模量的因素n混凝土的弹性模量随着其强度的提高而增大。n当混凝土强度等级由C10增加到C60时，其弹性模量大致由1.75104MPa增加到3.60104MPa。n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。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。 第第 76页页徐变徐变 n徐变是指混凝土在长期恒荷载作用下，随着时间的延长，沿着作用力的方向发生的变形。这种变形一般要延续23年才逐渐趋向稳定。第第 77页页混凝土产生徐

49、变的原因混凝土产生徐变的原因n一般认为是由于水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下产生粘性流动，使凝胶孔水向毛细孔内迁移渗透所致（渗出假说）。n当混凝土处于硬化初期时，水泥水化量很少，所含毛细孔较多，且凝胶体结构联结不够紧密，凝胶体易于在水泥石中流动，此时过早的加荷将会导致徐变发展较快且徐变量也较大；n当混凝土经充分硬化后，水泥水化量较多，毛细孔相对较少，凝胶体结构联结已较紧密，毛细孔抗变形能力与凝胶体抗流变能力均较高，此时加荷时混凝土的徐变发展缓慢且徐变量也较小。 第第 78页页徐变的影响因素徐变的影响因素n混凝土徐变是其水泥石中毛细孔相对数量的函数。n毛细孔数量越多，混凝土的徐变越大，反之亦然。

50、因此，当混凝土的水灰比较小，硬化龄期较长时，其中毛细孔含量就较少，徐变量也就较小。n混凝土经充分湿养护后，其中毛细孔数量显著减少，内部凝胶体结构较密实，则其徐变量也较小。n混凝土中骨料用量较多，且骨料弹性模量较大、级配较好及最大粒径较大时，则徐变量较小。第第 79页页徐变的影响徐变的影响n混凝土徐变对结构物的影响有利也有弊。n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；n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。n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应力损失。第

51、第 80页页5.4.2硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性 n混凝土的耐久性是指混凝土抵抗环境条件的长期作用，并保持其稳定良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力。氯离子腐蚀氯离子腐蚀酸雨腐蚀酸雨腐蚀 被腐蚀的混凝土被腐蚀的混凝土第第 81页页1.混凝土抗渗性混凝土抗渗性 n混凝土抗渗性是指混凝土抵抗液体（水、油、溶液等）压力渗透作用的能力。 n水灰比大小是影响混凝土中水泥石抗渗性的最主要因素。第第 82页页抗渗等级（抗渗等级（P） n抗渗等级是以28d龄期的标准试件，按标准试验方法进行试验时所能承受的最大水压力来确定。nGB 50164混凝土质量控制标准根据混凝土试

52、件在抗渗试验时所能承受的最大水压力（混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力），将混凝土的抗渗等级划分为P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，分别表示混凝土可抵抗0.4MPa，0.6MPa，0.8MPa，1.0MPa及1.2MPa的静水压力而不渗透。n在工程设计时，应依据工程实际所承受的水压大小来选择抗渗等级。 第第 83页页n试配时应采用水灰比最大的配合比作抗渗试验: n其抗渗试验结果应符合下式要求：PtP/100.2n式中P设计要求的抗渗等级 抗渗等级抗渗等级最大水灰比最大水灰比C20C20C30C30C30C30以上以上P6P60.600.600.550.55

53、P8P8P12P120.550.550.500.50P12P120.500.500.450.45第第 84页页影响抗渗性的因素影响抗渗性的因素 n水灰比：水灰比越大，其抗渗性越差。 n骨料的最大粒径：在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗诊性能越差。 n养护方法：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。 n水泥品种：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。 n外加剂：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。 n掺合料：在混凝土中加入掺合料，可

54、提高混凝土的密实度、细化孔隙，从而提高混凝土的抗渗性。第第 85页页2.混凝土抗冻性混凝土抗冻性 n混凝土抗冻性是指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。 n混凝土的抗冻性常用抗冻等级表示。混凝土的抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以其抗压强度损失不超过25，质量损失不超过5时，混凝土所能承受的最多的冻融循环次数来表示。n常用混凝土的抗冻等级有F10, F15, F25, F50, F100, F150, F200, F250和F300等九个等级；例如其中F150表示混凝土在满足上述条件的情况下，能够承受冻融循环的次数不少于

55、150次。第第 86页页n混凝土的抗冻性与其内部孔隙等缺陷的数量、孔隙特征、孔隙内充水程度、环境温度降低的程度及速度等有关。n当混凝土的水灰比较小、密实度较高、含封闭小孔较多、或开口孔中充水不满时，则其抗冻性好。可见，提高混凝土抗冻性应提高其密实度或改善其孔结构。n工程实际中，混凝土的抗冻等级应根据气候条件或环境温度、混凝土所处部位，以及可能遭受冻融循环的次数等因素来确定。n对于有抗冻要求的混凝土，通常要求其水灰比较小，且应采用质量可靠的原材料及良好的配比，还可通过掺加引气剂或引气型减水剂等手段，使混凝土中含有适量封闭孔隙，以显著提高其抗冻性。 第第 87页页3.混凝土的抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀

56、性 n造成混凝土被腐蚀的形式主要是软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀和强碱侵蚀等。n在海岸与海洋混凝土工程中，海水对混凝土的侵蚀作用除了化学作用外，尚有反复干湿的物理作用、盐分在混凝土内的结晶与聚集、海浪的冲击磨损、海水中氯离子对混凝土内钢筋的锈蚀作用等。这些综合侵蚀作用将会加剧混凝土的破坏速度。 n混凝土的抗侵蚀性与所用水泥品种、混凝土的密实程度及缺陷等有关。 第第 88页页n为保证混凝土的耐久性，还应限制其中侵蚀性较强的氯化物含量，因此， 混凝土质量控制标准(GB50164)要求，混凝土中的氯化物总含量，以氯离子含量计应符合下列规定：n对素混凝土，不得超过水泥质量的2；n

57、对处于干燥环境或有防潮措施的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的1；n对处于潮湿而不含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的0.3；n对在潮湿并含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的0.1；n对于预应力钢筋混凝土及处于易侵蚀环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的0.06。 第第 89页页 4.混凝土的碳化混凝土的碳化 n混凝土的碳化是指在湿度相宜时，混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生化学反应并生成碳酸钙和水的过程，该过程也称为混凝土的中性化。 n混凝土的碳化深度大致与其碳化时间的平方根成正比，可用下式表示： D混凝土碳化深度(mm)； t混凝土碳化时间(d)； 碳化速

58、度系数。Dt第第 90页页碳化对混凝土性能的影响碳化对混凝土性能的影响n碳化不利影响：n主要是碱度降低，减弱了强碱环境对钢筋的保护作用。致使混凝土保护层产生开裂。n碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。 n碳化有利影响：n碳化作用可提高混凝土碳化层的密实度，并对提高其强度与硬度有利。如混凝土预制基桩就可以利用碳化作用来提高桩的表面硬度。 第第 91页页影响混凝土碳化速度的主要因素影响混凝土碳化速度的主要因素n二氧化碳浓度高，混凝土碳化速度快；n当环境的相对湿度为5075时，混凝土碳化速度最快，当相对湿度小于25或在水中时，碳化将停止；n普通硅酸盐水泥碱度高，故其抗碳化能力优于掺混合材料的水泥，且随水泥中混合材料掺量的增多碳化速度加快；n水灰比小的混凝土较为密实，二氧化碳和水不易渗入，故碳化速度就较慢；n混凝土施工振捣不密实或养护不良时，由于密实度较差也会使碳化加快。 第第 92页页防碳化的措施防碳化的措施n在钢筋混凝土结构中，保证足够的混凝土保护层，使碳化深度在建筑物设计年限内不会达到钢筋表面；n根据工程所处环境和使用条件，合理选用水泥品种；