混凝土基础知识

1、第四章普通(ptng)混凝土共三百零四页目 录4.1 概述(i sh)4.2 混凝土组成材料4.3 混凝土和易性4.4 混凝土强度4.5 混凝土耐久性4.6 混凝土配合比设计4.7 新型混凝土共三百零四页4.1 概述(i sh)何为(h wi)混凝土混凝土起源应用领域混凝土分类混凝土特性Back共三百零四页混凝土是由胶凝材料、骨料及其它外加材料按适当比例配制(pizh)，再经硬化而成的人工石材其中应用最广的是以水泥为胶凝材料，以砂石为骨料，加水拌和而成的拌合物，经一定时间硬化而成的水泥混凝土普通混凝土。何为(h wi)混凝土？Back共三百零四页混凝土的起源可以追塑到埃及金字塔（最新研究认为：

2、金字塔石料不是天然材料，而是用粘土(zhn t)、石灰等材料制备而成的人工材料）、古罗马时代宫殿的落成。八十年代，我国甘肃省秦安县大地湾新时期时期遗址出土了5000年前的混凝土100m3，其的抗压强度为10MPa，这一发现堪称世界建筑史的一大奇迹。混凝土起源(qyun)Fig.4.1.2 Dadiwan of QinFig.4.1.1 ParthenonBack共三百零四页目前混凝土的用量约为120亿吨，是世界上用量最大的人工建筑材料，随着混凝土性能的不断提高，其用量及应用范围还会增加。混凝土广泛应用于建筑、桥梁(qioling)、道路等土木工程领域。广泛应用Fig.4.1.3 Widely

3、Usages of ConcreteBack共三百零四页混凝土可应用于大坝等水利工程工业与民用建筑给水排水工程公路、铁路等交通工程水利(shul)与水电工程地下工程国防工程Fig.4.1.4 Concrete Dam应用领域Back共三百零四页胶凝材料(cilio)混凝土水泥(shun)混凝土石膏混凝土沥青混凝土混凝土按胶凝材料分为水泥混凝土、石膏混凝土和沥青混凝土等。水泥混凝土主要用于建筑结构工程，沥青混凝土主要用作路面材料。混凝土分类Back共三百零四页ConcreteApparent densityLightweight ConcreteNormal concreteHeavy conc

4、rete按表观(bio un)密度0分为:轻混凝土（01900），广泛用于高层建筑、大跨度桥梁及高强预制构件等。包括轻骨料混凝土多孔混凝土大孔混凝土普通混凝土（0=2000-2500）：各种承重结构；重混凝土（02600）：原子能工程的屏蔽材料。混凝土分类(fn li)共三百零四页按强度(qingd)分为：普通混凝土（抗压强度60 MPa）超高强混凝土（抗压强度80 MPa）O.CH.S.CS.S.CCompressive strength6080MPaBack混凝土分类(fn li)共三百零四页按成型或施工工艺现浇混凝土预拌混凝土灌浆(gungjing)混凝土喷射混凝土Forming or

5、constructionTechnologyConcretePrecast concreteDeposit concreteShotcrete concreteBack混凝土分类(fn li)共三百零四页混凝土在土建工程中能够得到广泛的应用，是由于它具有优越的技术性能及良好的经济效益。它具有以下(yxi)特点：原材料来源丰富性能可调可塑性好可用钢筋增强耐久性好自重大脆性混凝土特性(txng)Back共三百零四页Disadvantage of Concrete Large deadweightBrittleBackPlasticityAdvantage of Concrete Adjustabl

6、e technical propertiesPreferable DurabilityLow CostCapable of being reinforced by steel bar混凝土特性(txng)共三百零四页4.2 混凝土组成(z chn)材料4.2.1 水泥(shun)4.2.2 骨料4.2.3 水4.2.4 添加剂 Back共三百零四页Sketch Map of Concrete混凝土由以下材料组成 水泥浆水泥(shun)水骨料 砂石添加剂 混凝土组成(z chn)材料共三百零四页品种选择(xunz)根据工程环境的要求选择合适的水泥品种。工程中最常用的是六大水泥。强度等级选择根据混

7、凝土的强度等级，选择合适的水泥等级。对普通混凝土, 水泥等级1.5-2倍的混凝土强度等级。对高强混凝土,水泥等级0.9-1.5倍的混凝土强度等级。水泥(shun)Back共三百零四页4.2.2 骨料( lio)分类细骨料砂粗骨料石Back4.2 混凝土组成(z chn)材料共三百零四页分类(fn li)Aggregate Fine Aggregate Coarse AggregateRecycled concrete aggregatePrimary aggregate骨料按来源可分为原生(yun shn)骨料和再生骨料。 目前大量工程中应用的是原生骨料，如砂和石。地壳表面绝大多数的岩石可作用

8、原生骨料。骨料的性质对混凝土性质有很大的影响。Back共三百零四页细骨料( lio)砂定义与标准分类技术要求有害杂质(zzh)颗粒形状与表面特征级配粗细程度Back共三百零四页定义：粒径小于5mm的岩石颗粒标准混凝土用砂质量标准 JGJ5292 建筑工程用砂质量标准 GB/T14684-2001分类按来源可分为天然(tinrn)砂和人工砂天然砂按来源又可分为河砂海砂山砂细骨料( lio)砂按技术要求分为3类:用于C60的混凝土:用于C30C60的混凝土:用于C30的混凝土及建筑砂浆共三百零四页Sandraw materialHill sandSea sandRiver sandNatural

9、sandArtificial sand细骨料( lio)砂Sandtechnical requirement共三百零四页ImpuritiesOrganic substanceSiltClayMica砂的技术(jsh)要求定义：骨料中妨碍水泥水化或引起水泥石腐蚀，降低水泥石与骨料粘附性的各种物质(wzh)。种类：云母、粘土、淤泥和有机物等。 危害性：妨碍水泥与骨料的粘结，影响混凝土强度；增大用水量，收缩增大；引起水泥石腐蚀。处理方法：当砂中有害杂质含量多，但必须使用时，可用清水加以冲洗，如冲洗后符合要求，则可使用。有害杂质含量应符合GB/T14684-2001(JGJ52-92) Tab. 4.

10、2.1.的要求。有害杂质共三百零四页项目 指标含泥量，% 1.0 2.0 5.0泥块含量，% 0 1.0 2.0云母，% 1.02.02.0轻物质，% 1.01.01.0有机物(比色法)合格合格合格硫化物及硫酸盐，% 0.50.50.5氯化物，% 15%增强率 20%节省水泥 10-20%有微缓凝作用大部分为非引气型，不影响强度共三百零四页萘系减水剂适宜(shy)配制高强混凝土高性能混凝土流态混凝土泵送混凝土冬季施工混凝土等Application应用(yngyng)萘系减水剂共三百零四页掺量0.5%-2%，减水率为20%-30%分散、减水和增强的效果比萘系好早强型7天强度(qingd)可达到2

11、8天的强度28天强度增加30%-60%。优点(yudin)缺点价格贵树脂系减水剂树脂系减水剂属于高效减水剂我国的产品主要是蜜胺树脂（SM），减水效果最佳Back共三百零四页早强剂定义(dngy)应用常用早强剂 氯盐类硫酸盐类三乙醇胺类Back共三百零四页定义(dngy)早强剂能显著提高混凝土早期强度，而不明显影响后期(huq)强度的外加剂可广泛应用于冬季施工紧急抢修工程工期要求紧的工程举例早强剂可以使C20混凝土在16小时内达到拆模强度（1.5MPa）36小时达到在上面安装楼板的强度（3.0MPa）从而加快施工进度应用共三百零四页氯盐类早强剂CaCl2是应用最广的品种(pnzhng)效果好价格

12、低使用方便掺加 0.5-1% 氯盐类早强剂2-3d 强度能够(nnggu)提高 50-100%7d 强度提高20-40% 性能-提高早强典型类型共三百零四页CaCl2，与C3A和CH反应，生成新的水化产物水化氯铝酸钙，在早期析出形成骨架，促进了水泥石结构的形成CH浓度降低这两种因素加速了 C3S 的水化因而，早期强度(qingd)得到了提高早强机理(j l)共三百零四页早强机理(j l)早期析出CH 浓度降低水化氯铝酸钙形成骨架加速浆体结构的形成加速水化提高早期强度共三百零四页早强机理(j l)加速水化形成新的水化加速水泥的溶解提高早期强度Chloride hardening accelera

13、tor共三百零四页 硫酸钠是应用最广泛(gungfn)的品种。当硫酸盐掺量为11.5时，混凝土强度(qingd)达到设计强度(qingd)70的时间缩短50。硫酸盐类早强剂典型类型性能提高早期强度共三百零四页硫酸盐类早强剂机理(j l)提高早期强度Na2SO4+Ca(OH)2+H2O NaOH+CaSO42H2OCHAft形成骨架加速浆体结构的形成加速水化共三百零四页TEA 是有机胺类减水剂最主要(zhyo)的类型，它是浅色油状液体，掺量为 0.020.05%有机(yuj)胺类早强剂典型类型早期强度提高50。 28d强度基本不变。有一定的缓凝作用。性能提高早期强度Back共三百零四页引气(yn

14、 q)剂定义机理性能提高耐久性提高和易性降低混凝土强度(qingd)应用常用引气剂 共三百零四页定义(dngy)指在混凝土拌和(bn hu)物中引入小气泡的物质。大量 分散独立微小均匀引气剂Definition共三百零四页引气(yn q)剂它是憎水性表面活性物质减小表面张力能定向吸附于气泡表面使混合搅拌过程中进入的空气形成不易破裂(pli)、微小、独立且均匀分布的气泡。机理共三百零四页性能(xngnng)引气(yn q)剂降低混凝土强度提高和易性提高耐久性引气剂能够提高耐久性和可塑性，但是降低混凝土强度。共三百零四页性能怎样(znyng)得到提高引气剂 改善孔结构(jigu)，提高耐久性气泡起

15、滚球轴承的作用，提高流动性及粘聚性提高含气量，降低强度连通的孔隙引气剂封闭的孔隙图 4.2.2 提高耐久性示意图共三百零四页引气(yn q)剂这类外加剂常用于有冻融循环的环境(hunjng)中。 在混凝土结构中不可避免地降低其强度。应用常用引气剂松香皂和松香热聚物等掺量为 0.005%-0.012%引入 D=0.05-1.25mm 的气泡使混凝土含气量达到 2%-6%共三百零四页缓凝剂和速凝剂定义：能延缓混凝土凝结时间，而不显著(xinzh)影响混凝土后期硬化的外加剂常用类型：M剂、糖蜜、柠檬酸等应用大体积混凝土工程水工工程滑模施工高温季节施工搅拌与浇筑成型时间间隔较长的工程缓凝剂共三百零四页

16、定义能使混凝土速凝，并能改善混凝土的粘结性和稳定性的外加剂。无机盐类速凝剂按其主要成分大致(dzh)可分为三类：以铝酸钠为主要成分以铝酸钙为主要成分 以硅酸盐为主要成分速凝剂缓凝剂和速凝剂共三百零四页常用(chn yn)品种红星型2.5%-4%711 型2.5%-3.5%应用喷射混凝土、堵漏工程等性能初凝时间为5min终凝时间为10min在1小时内形成强度1天强度提高2-3倍28天强度约为不掺时的80%-90%速凝剂共三百零四页膨胀剂 定义(dngy)能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀的外加剂 常用品种 U型膨胀剂等性能掺量10%-15%，抗渗性提高Back共三百零四页防冻剂Back定义：使混凝土

17、在负温下正常硬化的外加剂。起降低冰点、防冻、增进早强的作用 常用品种 NaNO2和Ca(NO2)2 掺1%-8%降低冰点、早强、阻锈 CaCl2和NaCl掺0.5%-1% 工程上使用的都是复合防冻剂，由防冻、早强、减水组分甚至引气(yn q)组分复合，以提高防冻效果。共三百零四页4.3 新拌混凝土的和易性4.3.1 混凝土的技术性质(xngzh)要求4.3.2 和易性4.3.3 测试方法4.3.4 选择与分类4.3.5 主要影响因素4.3.6 提高和易性的措施Back共三百零四页混凝土的技术(jsh)性质要求混凝土的技术性质要求混凝土主要包括(boku)：和易性、强度、耐久性、经济性和体积稳定

18、性等。QualityStrengthDurabilityWorkabilityEconomyBack共三百零四页新拌混凝土的和易性概念(ginin) 重要性流动性粘聚性保水性Back共三百零四页新拌混凝土 硬化前的混凝土，又称混凝土拌合物和易性混凝土拌合物易于施工(sh gng)操作，并且获得均匀密实的混凝土的性质概念(ginin)新拌混凝土的和易性Fig.4.3.1 Concrete in Construction共三百零四页新拌混凝土的和易性决定了混凝土是否能正常施工，以满足硬化(ynghu)后的性能要求不同的混凝土工程对和易性有不同的要求重要性新拌混凝土的和易性MobilityVisci

19、dityWorkabilityWater retention共三百零四页和易性和易性的综合含义流动性+粘聚性+保水性=和易性流动性拌合物在自重或外力作用下产生流动,均匀、密实地填充模板的性能粘聚性施工过程中各种组成材料之间有一定的粘聚力,不致产生离析或分层现象.离析:由于密度(md)和粒径不同,在外力作用下组成材料的分离析出的现象分层:层状离析离析和分层使混凝土不均匀，影响硬化后的性能共三百零四页请点击(din j)右键选择“播放”观看Flash动画共三百零四页和易性保水性混凝土在施工过程中有一定的保持水分的能力,不致产生严重的泌水现象泌水水分从浆中分离出来,上浮至表面的现象。危害(wihi)

20、泌水通道或水囊影响耐久性沉降(由于泌水使表面下降的现象)沉降龟裂浮浆妨碍与继续浇注的混凝土的粘结, 必须去除浮浆 共三百零四页请点击右键选择“播放(b fn)”观看Flash动画共三百零四页Harm泌水通道(tngdo)净浆沉降(chnjing)耐久性降低混凝土裂纹降低粘结性Back共三百零四页指标定量测定坍落度值定性判断(pndun)粘聚性和保水性适用范围Dmax40mm坍落度10mm和易性测试(csh)Back 坍落度试验和易性可采用坍落度试验和维勃稠度试验二种方法进行测试试验方法将拌合物按规定方法装入坍落度筒内,刮平,垂直提起坍落度筒,测量拌合物下落的距离。坍落度=筒高塌落后拌合物的最高

21、点(mm or cm)共三百零四页坍落度试验(shyn)Fig.4.3.2 Slump Cone共三百零四页和易性分析和判断流动性 坍落度大 流动性大粘聚性用捣棒在的拌合物的侧面轻轻敲打，出现图示的三种情况真实坍落 粘聚性好沿斜面下滑或骨料外露 粘聚性差 崩裂(bngli)保水性观察稀浆析出 较多的稀浆析出保水性差 无稀浆析出保水性好和易性测试(csh)共三百零四页请点击右键选择“播放(b fn)”观看Flash动画共三百零四页适用范围:Dmax40mm维勃稠度5-30s之间干硬性或低塑性混凝土试验方法将拌合物装入坍落度筒内, 移开漏斗,把透明圆盘(yun pn)转至拌合物顶面,与之接触,开动

22、振动台,计时, 透明圆盘表面刚被水泥浆布满时,停止计时, 记录的时间维勃稠度值和易性测试(csh)维勃稠度试验共三百零四页Fig4.3.3 Vebe Consistometer Instrument 维勃稠度(chu d)试验共三百零四页Thin CompositeLowVebe ConsistometerGreat MobilityHighVebe ConsistometerThick CompositeSmall MobilityBack分析和判断(pndun)维勃稠度值小 拌合物稀 流动性大 维勃稠度值大 拌合物稠 流动性小共三百零四页在不影响施工操作和保证密实(m shi)成型的前提下

23、,应尽量选择较小的流动性。总原则(yunz)选择根据构件截面的大小、捣实方法和钢筋疏密等条件确定 Back选择与分类共三百零四页Example举例(j l)选择(xunz)与分类当构件截面尺寸较小、人工捣实、钢筋较密时,坍落度选大些;反之,选小些 共三百零四页Tab4.3.1拌合物分类(fn li)及应用 坍落度(mm) 拌合物类型 应用范围 160大流动性泵送、不易浇注的窄面及钢筋密布的结构100-150流动性泵送、不易浇注的窄面及钢筋密布的结构50-90塑性普通结构,最常用10-40低塑性(低流动性)强力振捣、预制构件及基础、无配筋的厚大结构等Back共三百零四页组成材料的影响(yngxi

24、ng)水灰比水泥浆数量Sp骨料环境因素的影响时间温度和易性的影响(yngxing)因素Back共三百零四页Back水灰比(水泥浆稠度) 当水泥用量一定(ydng)时 水灰比小混凝土干坍落度小不易密实成型；水灰比过小崩溃粘聚性差硬化后混凝土的强度及耐久性降低 水灰比大混凝土稀坍落度大易离析、分层、泌水硬化后强度及耐久性降低水灰比合适拌合物能均匀且密实成型必须根据混凝土的强度和耐久性的要求来选择W/C组成(z chn)材料的影响W/C的影响共三百零四页Low W/CDry compositeSmall slumpW/C的影响(yngxing)共三百零四页Excessively low W/CCom

25、posite will breakdownLow viscidityDifficult to be condensedPoor strength and durabilityW/C的影响(yngxing)共三百零四页High W/CThin compositeLarge slumpW/C的影响(yngxing)共三百零四页Tend to segregate, bleedPoor strength and durabilityExcessively high W/CW/C的影响(yngxing)共三百零四页Proper W/CComposite can be condensed favorabl

26、y and stabilityInfluence of W/CBackW/C的影响(yngxing)共三百零四页水泥浆数量 (用水量或浆/集比)W/C一定水泥浆多流动性大;过多流浆粘聚性差影响硬化后的性质 水泥浆数量少流动性小不密实；过少崩溃(bngku)粘聚性差影响硬化后的性质 水泥浆数量适量满足流动性的要求且有较好的粘聚性和保水性根据施工要求的坍落度选择 水泥浆数量(shling)的影响Back组成材料的影响共三百零四页Excessive pasteMore pasteGreat mobilityExcessive mobilityLow viscidityPoor strength an

27、d durability水泥浆数量(shling)的影响共三百零四页砂率Sp指混凝土中砂的质量占砂石总量的比例Sp=S/(S+G)当W和C一定时，Sp决定(judng)了骨料的空隙率和总表面积砂率过小砂浆数量不足对骨料的润滑作用差流动性差且易离析 砂率过大总表面积大水泥浆多用于包裹砂子及填空 润滑作用小流动性小砂率 Sp的影响(yngxing)Back组成材料的影响共三百零四页Low SpLack of mortarPoor lubrication of the surface of aggregatesPoor mobility and tend to segregate共三百零四页Larg

28、e surface areaHigh SpCement mortar for wrapping up sand and filling, lack of pasteWeak lubrication of the surface of aggregatesLow mobility共三百零四页合理砂率(最优砂率) 在W和C一定(ydng)时,使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持良好的粘聚性和保水性的砂率保持混凝土拌合物的坍落度一定的条件下，使水泥用量最低的砂率。合理(hl)砂率共三百零四页SlumpSp优 SpSp优 SpAmount of cement共三百零四页 Sp的选择(xunz)根据试

29、验和经验选择，选择原则:在保证拌合物不离析,又能捣实的条件下, Sp应尽可能小些石子的大，且级配好，表面(biomin)光滑，则Sp可小些砂较细, Sp小些W/C小，水泥浆稠，Sp小些大流动性，Sp应大些（避免离析） 掺外加剂时，Sp可小些 有抗渗要求时，Sp应大些共三百零四页Low slumpHigh slumpIncrease the cement paste with fixed W/CIncrease the use of aggregates with fixed Sp如何(rh)调节和易性Back共三百零四页颗粒形状(xngzhun)与表面特征级配最大粒径骨料( lio)的影响Ba

30、ck和易性的影响因素共三百零四页Gravel or Pit SandCoarse texture, multi-angleLow mobilityScreeSmooth and RoundHigh mobility颗粒(kl)形状与表面特征碎石或山砂的表面粗糙(cco)、多棱角流动性差卵石或河砂的表面光滑、圆润 流动性好共三百零四页Large voidage ( W is certain)Proper size distributionSmall voidage(W is certain)High mobilityPoor size distributionPoor mobility级配级配好

31、 W一定(ydng)时，空隙小 流动性好级配差 W一定时，空隙大 流动性差共三百零四页Large particle sizeSmall surface area(cement paste is certain)High mobilityInfluence of aggregates最大粒径DmaxDmax大水泥浆一定(ydng)时，表面积小流动性好共三百零四页Mobility decreases accordinglyHydrationVaporizationWater absorbed by aggregates Time时间(shjin)的影响时间延长水化作用+水分蒸发+骨料吸水流动性时间

32、与坍落度的关系(gun x)如图4.3.5的所示施工中,测坍落度在混凝土拌合物拌好15分钟内进行Back环境因素的影响共三百零四页SlumpTimeTimeFig.4.3.5 Relationship between Slump and TimeBack时间(shjin)的影响共三百零四页温度升高流动性温度与坍落度的关系如图4.3.6的所示（举例：海信立交桥施工）施工中为了(wi le)保证一定的工作性,必须注意环境温度的影响,夏季混凝土拌合物用水量冬季用水量. SlumpTemperatureFig.4.3.6 Relationship between Slump and Temperatu

33、reBack温度(wnd)的影响环境因素的影响共三百零四页提高(t go)和易性的措施当坍落度偏小时(xiosh)，保持W/C 不变，增加水泥浆的数量当坍落度偏大时，保持Sp 不变，增加砂石的数量选择合理 Sp改善骨料级配选择较大粒径的骨料采用添加剂Back共三百零四页4.4 混凝土强度(qingd)混凝土质量荷载下的变形和破坏过程强度的定义(dngy)普通混凝土的强度等级其它类型的强度强度影响因素提高强度的方法途径Back共三百零四页混凝土的质量通过下述值进行(jnxng)评定：强度耐久性体积稳定性Back混凝土质量(zhling)共三百零四页硬化的混凝土必须有足够的外力以承受(chngsh

34、u)结构荷载所造成的应力。由于拌合物的多样性，混凝土必须达到足够高的强度。强 度Back混凝土质量(zhling)耐久性混凝土必须能够承受各种劣化作用如： 冻融循环 干湿交替 腐蚀和化学侵蚀共三百零四页由于外部荷载和混凝土自身的化学反应作用，合格的混凝土应该(ynggi)有最小的收缩或膨胀。体积(tj)稳定性Back混凝土质量共三百零四页 受力变形(bin xng)和破坏过程：受压破坏过程初始裂纹单轴静力受压破坏Back受力变形和破坏(phui)过程共三百零四页混凝土受压破坏(phui)形式破坏形式 原因可能性水泥石破坏水泥等级低造成经常出现粘结面(界面)破坏由于表面裂缝经常出现粗骨料破坏正常

35、情况下 ， f岩石fcu,很少出现表 4.4.1受力破坏(phui)形式，原因及可能性分析 在压力作用下混凝土破坏有三种破坏形式：破坏类型，原因和可能性分析如表 4.4.1 和图 4.4.1 所示， 共三百零四页共三百零四页受力作用(zuyng)破坏类型图 4.4.1 受力作用下的破坏(phui)类型Back共三百零四页由于混凝土界面初始(ch sh)裂纹的存在，界面破坏经常发生。初始(ch sh)裂纹是指混凝土受力前，粗骨料与砂浆界面等部位已有裂纹。 初始裂纹示意图如图4.4.2.所示初 始 裂 纹图 4.4.2 初始(ch sh)裂纹示意图共三百零四页初始(ch sh)裂纹类型干缩冷缩体积

36、减缩(jin su)沉缩塑性收缩泌水通道Back共三百零四页单轴静力受压破坏(phui)过程 机理混凝土在外力作用下,内部产生变形，变形增大, 裂纹扩展,连通,使结构破坏。方法变形/破坏与内部裂纹变化通过力学试验、 显微镜观察(gunch)研究。抗压强度试验如录像所示抗压强度试验仪器如图 4.4.3.所示共三百零四页不同应力(yngl)阶段混凝土内部裂缝示意图Back共三百零四页混凝土破坏过程与内部(nib)裂纹变化关系阶段荷载内部裂缝-OA 比例极限 (30%极限荷载)= 无明显变化 -AB临界荷载(70%-90%的极限荷载) 产生裂纹,限于界面(尺寸,数量增加)-BC极限荷载100 蒸汽养

37、护可使掺混合材料水泥的28d提高1040%. P.、P.及P.O降低1015%.共三百零四页C.压力 8 个标准大气压 温度 174.5 场所(chn su):高压釜中蒸压养护(yngh)共三百零四页图 4.4.10 抗压强度(kn y qin d)和龄期的关系龄 期共三百零四页适用范围对数(du sh)公式f28=fn (lg28/lgn)fn 混凝土n天的强度(qingd) f28 混凝土28天强度标准条件养护32.5 42.5 级的 P.O (n3)Back共三百零四页试验(shyn)条件混凝土强度影响因素操作试验设备试件表面形状尺寸Back共三百零四页试验条件 环箍效应尺寸效应试验(s

38、hyn)条件共三百零四页环箍效应(xioyng)混凝土试件受轴向压力作用压力机压板横向变形小于混凝土横向变形故混凝土试件在与压板的接触面上受到向内的约束力此力在 范围内有效使混凝土强度提高。试件被破坏后上、下部(xi b)各呈一个较完整的棱锥体。共三百零四页共三百零四页骨料 Dmax（mm） 试件尺寸 （mm） 环箍效应 强度换算系数60 40 31.5 200 150 100 弱 偏低 强 偏高 1.051.00 0.95 试件尺寸(ch cun) 3Dmax尺寸(ch cun)效应 表4.4.3 试件尺寸对混凝土强度的影响 混凝土强度的尺寸效应 如表4.4.3所示。 Back共三百零四页采

39、用高强度等级的水泥和快硬早强水泥。降低水灰比，提高混凝土密实度。采用干硬性混凝土(多用于预制构件或条件好的工地)：强力振捣 。其强度=1.41.8普通混凝土强度 。湿热(sh r)处理：可提高效率,节约场地提高强度采用机械搅拌和振捣：强力搅拌,高频振捣等工艺.掺外加剂及掺合料:代表混凝土的发展方向。 Back提高(t go)混凝土强度的途径共三百零四页4.5 混凝土耐久性定义重要性抗渗性抗冻性碳化/中性化 碱骨料( lio)反应提高耐久性的措施Back共三百零四页混凝土抵抗环境介质作用，并长期保持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。简单地说，耐久性指混凝土在长期

40、使用中能保持(boch)质量稳定的性质。包括： 抗渗性 抗冻性 防腐 抗碳化 耐磨损 耐碱骨料反应等定 义Back共三百零四页材料破坏所引起的结构修理和更换在整个施工预算(y sun)中占有很大的比重，总投资的较大比例用于现有结构的修理和维护，防止材料过早和突然破坏所导致的人身和经济两者损失。耐久性的重要性图4.5.1 工程(gngchng)中混凝土的劣化共三百零四页材料破坏所引起的结构修理和更换在整个施工预算中占有很大的比重(bzhng)，工业发达国家建筑工业总投资40%以上用于现有结构的修理和维护，60%以下用于新的设施图 4.5.2 建设(jinsh)投资比例耐久性的重要性Back共三百

41、零四页混凝土抵抗压力水渗透(shntu)的能力。抗渗性是混凝土耐久性的一个重要标志。直接影响混凝土的抗冻和防腐性等。抗 渗 性定 义图 4.5.3 抗渗示意图 Back共三百零四页图 4.5.4 抗渗试验(shyn)仪器设备共三百零四页以28天令期标准试件，按规定方法检验混凝土所能承受的最水压力（MPa），例如，P2、P4、P8分别(fnbi)表示混凝土能抵抗0.2、 0.4、0.8MPa的水压力而不渗水.抗渗等级(dngj)共三百零四页提高密实度、改善孔隙构造(guzo)等 如减小W/C，掺加引气剂、膨胀剂提高(t go)抗渗性的措施图 4.5.5 海工混凝土柱的开裂 Back共三百零四页混

42、凝土吸水饱和后，能抵抗冻融循环作用，不破坏的性质。混凝土的密实度、孔隙数量及构造、孔隙的充水程度均是决定(judng)抗冻性的重要因素。对寒冷地区，与水接触，且受冻的环境中使用的混凝土，采用F50以上的抗冻混凝土。定 义Back抗 冻 性共三百零四页抗冻等级以28天试件在吸水饱和后，承受反复(fnf)冻融循环，抗压强度下降不大于25%，重量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环的次数表示。 抗 冻 等 级例如(lr): F25、F50、F100F300选择抗冻等级应根据当地气候、环境及构筑物类别选择。如环境为海水，每天两次涨落，冬季（北方）混凝土频繁受冻融循环。如天津新港，每冬可能发生冻融循环

43、82次，选F250。共三百零四页图 4.5.6 抗冻试验(shyn)仪器设备Back共三百零四页碳化 /中性化图 4.5.7 混凝土碳化示意图碳化是指混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应。 碳化引起混凝土的中性化，使混凝土保护钢筋的性能降低减弱对钢筋的保护增大混凝土的收缩，产生细微裂纹使抗压强度增加（回弹法应考虑） CaCO3堵孔，碳化放出水分(shufn)，有利水泥水化Back共三百零四页图 4.5.8 碳化试验(shyn)仪器设备共三百零四页影响(yngxing)碳化的主要因素水泥品种（有掺合料的碳化快）水灰比碳化时间湿度CO2浓度外加剂 碳化 /中性化共三百零四页碱骨料( lio)反

44、应图 4.5.9 碱骨料( lio)反应示意图水泥中碱性物质(氧化钠或氧化钾)过多，且粗骨料中含有活性成分（活性氧化硅或活性氧化铝）,二者反应生成碱硅酸凝胶,引起体积膨胀,使混凝土开裂，最终破坏的现象共三百零四页Active aggregateWaterCement with high alkali content 水泥(shun)含碱量高(0.6%) 骨料含活性氧化硅水份碱骨料反应(fnyng)的条件Alkali-aggregate Reaction图 4.5.10 碱骨料反应条件示意图Back共三百零四页合理选择水泥品种控制最大水灰比和最少水泥用量选择合适的骨料选择合适的掺合料和外加剂保证

45、施工(sh gng)质量提高(t go)混凝土耐久性的措施Back共三百零四页什么是配合比任务基本要求(yoqi)原理方法和步骤初步计算配合比确定基准配合比实验室配合比施工配合比4.6 混凝土配合(pih)比设计Back共三百零四页什么(shn me)是配合比？配合比表示混凝土中各组成材料用量之间的比例关系(gun x)表示方法用1m混凝土中各种材料的重量表示 C S G W (Kg/m) 300 720 1200 180 用各种材料的重量比例表示(水泥用量为1) C:S:G=1:2.4:4.0 W/C=0.6如果掺外加剂，其用量以水泥重量的百分数表示。Back共三百零四页混凝土配合比设计(s

46、hj)的任务根据以下(yxi)因素合理选择原材料技术性质结构要求 施工条件确定出满足工程所要求的技术经济指标确定材料的用量Back共三百零四页配合(pih)比设计基本要求强度(qingd)符合结构设计的要求和易性符合施工条件的要求耐久性符合工程环境的要求经济合理Back共三百零四页混凝土配合(pih)比设计的原理混凝土性能变化规律W/CSpW0WCSGBack混凝土配合比设计的基本原理是建立在混凝土性能变化规律的基础。普通(ptng)混凝土配合比由四个基本变量:C、W、S、G共三百零四页方法(fngf)和步骤Back初步计算配合比确定实验室配合比确定基准配合比确定施工配合比共三百零四页(一)初

47、步(chb)计算配合比确定混凝土的试配强度依照普通(ptng)混凝土配合比设计规范 (JGJ55-2000)混凝土的试配强度由下式计算:fcu，0 混凝土的试配强度, MPa;fcu，k 设计要求的混凝土立方体抗压强度标准值 混凝土强度离散程度. 1.Back共三百零四页如何(rh)得到 值有统计资料时,可参考(cnko)下式计算无统计资料时,可参考下表选择。混凝土强度等级低于 C20C20C35高于 C354.05.06.0表 4.6.1 值的选择共三百零四页 确定水灰比根据强度(qingd)计算2.c=1.13共三百零四页确定(qudng)水灰比依据耐久性核对为了保证混凝土的耐久性，W/C

48、不得大于满足耐久性要求的最大W/C (表4.6.2)；否则取规范中规定的最大值。2.共三百零四页环境条件 结构类别 最大水灰比 最小水泥用量（Kg） 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 干燥环境正常的居住或办工房屋内 不作规定 0.65 0.60 200 260 300 潮湿环境无冻害高湿度的屋内 室外部位 在非侵蚀性土和（或）水中的部件 0.70 0.60 0.60 225 280 300 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 高湿度且经受冻害中的室内部件 0.55 0.55 0.55 250 280 300 有冻害和除冰剂的潮

49、湿环境 经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件 0.50 0.50 0.50 300 300 300 表 4.6.2 最大水灰比和最小水泥(shun)用量 共三百零四页表 4.6.3 干硬性(yngxng)和塑性混凝土的用水量 确定(qudng)单位用水量3.根据坍落度、粗骨料的种类和最大粒径，参考表4.6.3确定用水量。拌合物稠度卵石最大粒径(mm) 碎石的最大粒径（mm）项目指标102040162040维勃稠度 （S）15201015510175180185160165170145150155180185190170175180155160165坍落度（mm）1030305050707090

50、190200210215170180190195150160170175200210220230185195205215165175185195共三百零四页当材料确定时，在一定的水灰比范围内，达到一定的流动性要求，拌和(bn hu)用水量基本是一定的。相同的用水量形成相同流动性的情况下，不同的水灰比将产生不同的混凝土强度。根据该原理，可以选择满足一定坍落度要求的混凝土拌合用水量固定(gdng)用水量原理共三百零四页确定单位(dnwi)水泥用量水泥(shun)的用量由下式来计算：此外，为了满足耐久性的要求，计算出的单位水泥用量不应低于表4.6.2中所规定的最小水泥用量。4.共三百零四页5.选择(

51、xunz)合理的砂率 Sp. 计算(j sun)法查表法 在表 4.6.4 中，选择Sp值。试验法通过坍落度的试验选择 Sp共三百零四页 W/C 碎石最大粒径（mm）卵石最大粒径（mm）16 20 40 10 20 40 0.400.500.600.70 3035333836413944 2934323735403843 2732303533383641 2632303533383641 2531293432373540 2430283331363439 表 4.6.4 选择(xunz) Sp(%)共三百零四页两种方法计算砂和石的用量：绝对体积法假定(jidng)表观密度法计算(j sun)砂

52、(S0)及石(G0)的用量6.共三百零四页计算(j sun)砂(S0)及石(G0)的用量6.C0、S0、G0、W0混凝土组分的单位用量；0s, 0g砂和石的表观密度(近似密度) ；混凝土的含气量(qling)、不使用外加剂时为1。绝对体积法：假设混凝土的组成材料的体积总和为1。共三百零四页计算(j sun)砂(S0)及石(G0)的用量假定表观密度(md)法：假定混凝土的表观密度(md)为常数（普通混凝土为 20002400） 6.当C0, S0, G0, W0 按照上述的步骤确定后（我们称之为初步配合比），仍然需要进一步的工作确定混凝土最终的配比。首先，按照初步配合比配制混凝土，评估其可行性。

53、按照下表调整配合比Back共三百零四页(二) 基准(jzhn)配合比概念：初步计算配合比经和易性试拌调整(tiozhng)所得到的配合比称为基准配合比。调整和易性的步骤和方法坍落度试验按初步配合比称料，拌匀并测坍落度，同时观察粘聚性和保水性。和易性调整：见表4.6.5坍落度满足要求后，测出试拌调整后的实际表观密度 ，供确定试验室配合比使用。确定基准配合比C拌=Co+C S拌=So+S G拌=Go+G W拌=Wo+WBack共三百零四页低坍落度高坍落度保持W/C不变，提高水泥浆用量保持Sp不变提高骨料的用量如何(rh)调整和易性坍落度 现象 调整大 薄; 易流淌保持Sp，提高 S 和 G 小稠；

54、 easy to isolate 保持 w/c, 提高 C 和 W 表4.6.5 调整(tiozhng)混凝土和易性共三百零四页(三)试验室配合(pih)比 基准配合比经强度检验调整所得到的配合比称为试验室配合比。采用三组不同(b tn)的配合比同时进行强度检验： Group 1: W/C基准 W Sp Group 2: W/C基准+0.05WSp Group 3: W/C基准-0.05 W Sp Back共三百零四页两种选择方法：选择强度满足要求，且水泥用量最少的配合比：作图或计算(j sun)：由三组配合比作出f-C/W图，求出与Rh对应的C/W，即为所求的配合比。(三)试验室配合(pih

55、)比 C/WC / W共三百零四页共三百零四页(三)试验室配合(pih)比显然(xinrn)，在实验室中配制1m3混凝土并不实用。所以，配合比仍然需要根据下式进行表观密度校正。oh r 混凝土拌合物的测试密度oh c 混凝土拌合物的计算密度. Ifoh r -oh c2%oh c, 不需要校正，上述方法确定的配合比即为试验室配合比；If oh r -oh c2%oh c, 各材料用量均乘以，换算为1m3混凝土各材料用量。共三百零四页(四) 施工(sh gng)配合比 考虑(kol)到砂和石中的含水量， 实验室配合比应根据下式换算成施工配合比：C=CS=S（1+a%）G=G（1+b%）W=W-S

56、a%-Gb%C, S, G, W施工配合比中的各组分含量C, S, G, W 实验室配合比中的各组分含量a, b砂和石的含水量 Back共三百零四页4.7 新型(xnxng)混凝土4.7.1混凝土第六组分 4.7.2 高强混凝土 (HSC)4.7.3 高性能混凝土 (HPC)4.7.4 泵送混凝土4.7.5 水下(shu xi)不分散混凝土 (NDC)4.7.6 耐海水混凝土4.7.7 绿色混凝土Back共三百零四页4.7.1 混凝土第六组分(zfn)概述(i sh)改性型第六组分功能型第六组分智能型第六组分Back共三百零四页混凝土第六组分是指除水泥、水、砂、石及化学外加剂之外的，用于改善混

57、凝土性能或增加其功能或赋予其智能的成分。按其特性(txng)可分为三大类。 改性型功能型智能型概述(i sh)Back共三百零四页改性型第六组分(zfn)改性型第六组分主要作用是显著改善(gishn)混凝土物理力学性能主要有矿物外加剂聚合物各类纤维共三百零四页矿物(kungw)外加剂矿物外加剂是在混凝土搅拌过程中加入的、具有一定(ydng)细度和活性的用于改善混凝土拌合物和硬化混凝土性能(特别是混凝土耐久性)的某些矿物产品。矿物外加剂主要品种有硅灰磨细粉煤灰矿渣微粉沸石粉等 改性型第六组分共三百零四页聚合物聚合物水泥(shun)混凝土和砂浆的性能主要是受聚合物的种类、掺量的影响。纤维(xinw

58、i)在传统混凝土中掺入碳纤维、钢纤维、有机纤维等纤维，可提高混凝土的抗拉、韧性、抗裂、抗疲劳等性能。. 改性型第六组分共三百零四页图4.7.1纤维增强水泥(shun)基复合材料受弯时典型的荷载挠度曲线Back共三百零四页功能型第六组分(zfn)功能型第六组分可赋予混凝土特殊功能，如防辐射防静电补偿收缩水耐磨保温隔热等这类第六组分主要(zhyo)用于配制功能混凝土。共三百零四页导电(dodin)混凝土 导电混凝土的导电组分的掺量存在一个临界值，当导电组分的掺量超过(chogu)该临界值时，复合材料的电导率急剧增加，如图4.7.2所示。功能型第六组分图4.7.2水泥基导电复合材料的导电率与碳纤维掺

59、量的关系Back共三百零四页智能型第六组分(zfn) 智能型混凝土包括交通导航混凝土损伤自诊断混凝土调湿混凝土温度(wnd)自监控混凝土温度自监控混凝土在最高温度为70、最大温差为l 5的范围内，温差电动势与温差之间具有良好稳定的线性关系，如图4.7.3所示。随养护龄期延长，温差电动势率趋于稳定，如图4.7.4所示。Back共三百零四页图4.7.3水泥基复合材料温差(wnch)电动势与温差(wnch)的关系共三百零四页图 4.7.4 养护龄期(ln q)对热电效应的影响共三百零四页仿生自愈合(yh)混凝土图 4.7.5 仿生自愈合水泥(shun)基复合材料自愈合机理示意图Back共三百零四页4

60、.7.2高强(goqing)混凝土 (HSC)简介原材料选择(xunz)水泥优质骨料 高效减水剂决定混凝土强度的主要因素 Back共三百零四页简介(jin ji)在我国，HSC应被认为是强度等级不低于C60的混凝土。它是采用以下方法制取的混凝土优质骨料等级不低于42.5级的水泥较低的水灰比在强烈振动密实作用(zuyng)下。高效减水剂的使用，为配制高强度大流动性混凝土创造了条件。HSC的分类见表4.7.1Back共三百零四页表4.7.1高强(goqing)混凝土的类型 类型W/C Fc28，MPa 说明 大流动性高强混凝土0.250.4040.070.0150200mm坍落度 ，水泥用量大正常