重庆大学 混凝土工程与技术 重点

1、混凝土：由胶结材（无机、有机或两者复合）、颗粒状集料及必要时加入化学外加剂和矿 物掺合料组分，硬化后形成具有堆聚结构的复合材料。组织结构类似于某些天然岩石，故 又称为混凝土人造石，即砼。水泥混凝土的发展路线：复合化 高强化 高性能化高性能混凝土（HPC）: HPC是同时具有某些性能的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺 与优质原材料，配制成便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高，并具有韧性和体 积稳定性等性能的混凝土。混凝土生产绿色化的途径1）降低水泥用量，开发新的水泥品种2）大量利用工业废渣（减 少自然资源和能源的消耗）3）使用人造骨料、海砂、再生骨料等多种代用骨料4）使用绿 色混凝土外加

2、剂5）注重混凝土的工作性（节省人力，减少振捣，降低环境噪音）6）提高 混凝土结构的安全使用寿命（减少因修补或拆除旧混凝土结构物造成浪费）7）推广预拌 混凝土技术（减少环境污染）8）废混凝土的再生循环，保护生态环境9）大力推广高性能 混凝土水泥性能指标：物理：细度、凝结时间、安定性、强度 化学：氧化镁、三氧化硫、氯离 子含量和碱含量凝结时间影响因素：熟料矿物组成，石膏品种和掺量，拌合用水量，环境温度影响水泥强度的因素：熟料矿物组成 水灰比（水胶比W/C）温度和湿度 水泥细 度水泥浆体的体积变化1）体积安定性2）水化减缩（化学减缩）3）环境变化引起的体积变 化颗粒级配：集料中各种不同颗粒之间的数量

3、比例，即各种粒径颗粒的分布或者搭配。 筛分析：粗、细集料的级配都是采用各筛子上的筛余量按质量百分率表示。细度模数:反映集料总的粗细程度的指标。砂分为：粗砂3.13.7中砂2.33.0细砂1.62.2 特细砂0.71.5最大粒径：粗集料公称粒径的上限，现主要用于表示连续级配粗集料的粗细程度。针、片状颗粒含量：由于针、片状颗粒随混凝土强度增大，不良影响更加显著。因此，C50 混凝土中针、片状颗粒含量就不应10%。有害物质：妨碍水泥水化：削弱集料与水泥石的粘结：能与水泥的水化产物发生化 学反应并产生有害膨胀。含泥量集料中粒径小于0.075mm （75 Mm）颗粒含量主要危害：在集料表面形成包裹层，

4、妨碍集料与水泥石粘结；以松散颗粒形态存在，大大增加集料表面积，因而增加混凝 土的用水量。有机物:即使含有0.1%的有机物质，也能降低混凝土强度25%。控制。1含量:Cl-是一种极强的阳极氧化剂。在水泥浸出*PH值仍较高（如13）时，只要 有46 mg /1的C1-就足以破坏钢筋钝化膜，使混凝土中的钢筋易锈蚀。矿物掺合料在混凝土中的作用： 填充水泥的空隙（即填充作用）； 对浆体有稀化作 用（“矿物减水剂”）： 与水泥水化产物发生“二次反应”。SiO2、A12O3是粉煤灰活性的主要成分CaO含量与煤种有关。粉煤灰按煤种分为：F类粉煤 灰一由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰一由褐煤或次烟煤煅

5、烧收集的粉煤灰， 其氧化钙含量一般大于10%。粉煤灰的活性来源主要是玻璃体，结晶相和未燃尽的碳等是惰性的。煤灰中未燃尽的碳粒是有害组分。颗粒表面呈海绵多孔状，增加粉煤灰的需水量；吸附混 凝土某些外加剂，使其掺量要增大；含碳量高的粉煤灰色深，会影响混凝土表面的美观。 粉煤灰的品质指标需水量比：系指在一定的流动度下，掺30%粉煤灰的胶砂混合料的需水量与基准胶砂需水量的比值。水量的大小直接影响混凝土拌合物的流动性。粉煤灰的作用（效应）（1）形态效应：泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面形态、级配等几何 特征以及密度、色度等特征在混凝土中产生的效应活性效应：狭意的理解是指粉煤灰 中活性成分的作用。对于低钙粉

6、煤灰来说，主要是玻璃体中的活性氧化硅、氧化铝与氢 氧化钙发生化学反应，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙、水化铝酸钙微集料效应：粉 煤灰的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，起着像微细集料一样的作用。矿渣粉：细度:GB/T 180462008要求按水泥比表面积测定方法（勃氏法）测定其比表 面积；GB/T187362002要求采用激光粒度分析仪测定其粒度分布，并按仪器说明书给定 的方法计算出比表面积。活性指数：受检胶砂和基准胶砂试件在标准条件下养护至相同规定龄期的抗压强度之比， 用百分数表示流动度比：分别测定试验砂浆和对比砂浆的流动度，二者之比即为流动度 比。Cl 的渗透性:混凝土中掺入超细矿渣粉，

7、能捕捉从混凝土表面渗透的01 ，生成弗里德 尔盐（氯铝酸钙）。因此，在混凝土表面C1量比硅酸盐水泥混凝土的多，但C1的渗透 深度比硅酸盐水泥混凝土小微粒填充:硅灰独特的高细度，使其能很好地填充于水泥细小颗粒的空隙之间。其效果如 同水泥颗粒填充细集料空隙、细集料填充粗集料空隙一样，这种“微粒填充”效应从亚微 观尺度提高了混凝土的密实度。硅灰高度分散的、大量的无定形SiO2在混凝土中能够迅速 与水泥水化产物Ca（OH）2反应生成C-S-H凝胶，即所谓火山灰反应:Ca（OH）2 + SiO2 + H2O -C-S-H凝胶 提高了混凝土的强度和改善其性能。硅灰对混凝土性能的影响:（1）硅灰混凝土需水量

8、一般要增加。硅灰取代水泥量每增加1% （约5kg硅灰），需水量增加7 kg。硅灰非常大的比表面积，能改善混凝土拌合物的均匀性，提高其内聚力，使混凝土拌合物粘聚性显著增强，不易离析。即使是大流动性混凝土也不 易出现分层、泌水。泌水与塑性收缩：当混凝土表面水分损失（蒸发）的速率高于内部水分迁移（泌水）到 表面的速率，则会产生塑性收缩。严重时，会使混凝土表面出现塑性收缩裂纹（缝）。掺 加硅灰能大幅度减少混凝土的泌水抗压强度抗渗性抗化学侵蚀性能水泥石三固相组分：（1） C-S-H内聚结合：物理吸引（范德华引力）；化学键。氢氧化 钙（CH） :Ca（OH）2是C3S、C2S水化时析出的产物，是结晶完好的

9、六方柱晶体。CH在水泥 石固相中约占2025%。由于表面积小，还可能形成层状结构，出现解理面处的最薄弱环 节，这将导致水泥石力学性能的减弱。三硫型水化硫铝酸钙（AFt）和单硫型水化硫铝酸钙（AFm）钙矶石在水化水泥浆体中是六角棱柱晶体，故在显微镜下常看到的是针状晶体。AFt相中 的32个H2O是处于三种状态，即参与结构的OH 和结晶H2O以及柱状结构沟槽中的H2O分 子。在高温（70C）下AF像脱水，脱水顺序为:先沟槽水、后结晶水、最后结构水。过渡区强度取决于：孔的体积和孔径大小；氢氧化钙晶体的大小与取向层；存在的 微裂缝。影响过渡区性能因素:W/C、集料矿物的性质、水泥的强度、掺加高效减水剂

10、等改善过渡区性能途径:1骨料表面形态2掺优质粉煤灰、硅灰3骨料表面预处理4集料裹浆工 艺（SEC）蒸压养护工艺混凝土基本性能：1.工作性（和易性）：指混凝土拌合物从搅拌开始到抹平整个施工过程中易于运输、浇筑、 振捣，不产生组分离析，容易抹平，并获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。工作性涵义：流动性+可塑性+稳定性+易密性。工作性包含两组成部分：流动性：表示 拌合物在自重或外力的作用下，易于流动、填充模板的难易程度。粘聚性：说明拌合物在 运输、浇筑、振捣过程不容易离析分层和泌水的性能。通常，混凝土拌合物接近于一般宾 汉姆体。影响新拌混凝土工作性因素:用水量与高效减水剂集料配比与集料性质水泥和掺

11、合 料特性温度的影响坍落度经时损失：指混凝土拌合物的坍落度值，随搅拌后时间的延 长逐渐减小的现象。减缓坍落度损失措施:1炎热季节采取措施降低集料和拌合水温度；干燥条件下，采取措 施防止水分过快蒸发采用矿渣水泥或粉煤灰等矿物掺合料选择经时损失小的高效减 水剂，同时掺加缓凝剂或引气剂粘聚性（离析与泌水）：指混凝土拌合物保持其组成材料粘集在一起，抵抗分离的能力 离析两种形式：粗集料与砂浆相互分离水和水泥浆从拌合物中分离出去，即泌水 减少泌水的措施：改善集料级配，提高砂率掺加矿物掺合料W/C一定的条件下，增 大水泥用量掺加适量引气剂。影响混凝土强度因素:1水灰比与强度关系水泥强度与混凝土强关系：fc=

12、fce A （C/W） B fc混凝土28d抗压强度；fce水泥28d抗压强度；C/W灰水比；AB经验常数2养护条件3 粗集料对强度的影响粗集料粒径效应：配制富浆混凝土时，增大粗集料的最大粒径会导致混凝土强度的降低。 粗集料粒径效应机理的几种论点:1由于粗集料粒径的增大，削弱了粗集料与水泥浆体的 粘结，增加了混凝土材料内部结构的不连续性。2粗集料在混凝土中对水泥石收缩起着约 束作用。由于两者的弹性模量不同，因而在混凝土内部产生拉应力，此拉应力随粗集料粒 径的增大而增大。3随着粗集料粒径的增大，在粗集料界面过渡区的Ca（OH）2晶体的定向排列程度增大，使界 面结构削弱。测试参数的影响测试参数包括

13、混凝土试件尺寸、几何形状、含水状况以及加荷条件等。产生试件尺寸效应的原因：1支座效应（或称环箍效应）2大尺寸试件中，材料存在缺陷的 几率较高。混凝土的收缩变形类型塑性收缩：混凝土浇筑后的初期，在新拌混凝土状态时表面水分蒸发而引起的收缩变形。干燥收缩：处于未饱和空气中的硬化混凝土由于水分散失引起的体积收缩。（简称干缩）温度收缩：混凝土由于温度变化而产生的收缩变形。碳化收缩：大气中的CO2对混凝土产生碳化作用引起的收缩变形。自身收缩：在水泥水化过程中，混凝土中的水量或内部湿度自发减少导致的收缩。塑性收缩产生原因：对于浇筑后仍处于塑性状态的混凝土，当表面失水的速率超过了内部 水分向表面迁移（泌水）的

14、速率，形成混凝土表层与内部的湿度差，在混凝土表层产生拉 应力使混凝土收缩干燥收缩（干缩）产生原因：饱和状态的硬化水泥浆体露置于低湿度的环境中，水泥石中 的C-S-H凝胶因失去毛细孔里静水张力所保持的水，失去凝胶内的物理吸附水而导致产生 收缩变形。王缩的影响因素：集料的特性、混凝土配合比（W/C、集灰比）、养护条件与龄期等。混凝土渗透性取决于:1硬化水泥浆体的渗透性2所用集料的渗透性和粒径3水泥石与集料 的界面结构状况抗渗性是混凝土耐久性首要控制性能。混凝土抗渗性的表征：透水性、透气性、抗氯离子渗透性提高混凝土抗渗性的措施：选择渗透性小的集料减小可/。，提高混凝土强度掺加优 质矿物掺合料掺加适量

15、引气剂加强养护，避免在施工期干湿交替掺加某些防水剂和 膨胀剂。按化学侵蚀过程的特征可分为:1溶出性侵蚀指能够溶解水泥石组分的液体介质 在混凝土内部发生的全部侵蚀过程。2分解性侵蚀指水泥石组分与溶液间发生化学反应（即 交换反应）引起的侵蚀过程。3膨胀性侵蚀指侵蚀性液体介质与水泥石组分发生化学反应， 其生成物体积膨胀引起的侵蚀破坏过程水泥枉菌首先发现硫酸盐对混凝土的化学侵蚀，指出钙矶石是造成波特兰水泥混凝土在含 硫酸盐的介质中产生膨胀破坏的主要原因。又因其结晶形同针状，故称之为水泥杆菌”。混凝土中钢筋钝化膜破坏原因:1混凝土碳化2氯离子侵蚀。钢筋的钝化膜在3日值小于11.5 时已不稳定影响混凝土碳

16、化的因素:水泥品种和用量W/C和混凝土强度外部环境因素施工质 量Cl破膜的机理:Cl在表层吸附，然后通过钝化膜的表面缺陷穿透到膜里，在钝化膜内 层（铁/氧化物界面）形成FeCl2，从而使钝化膜局部溶解。规定：钢筋混凝土中掺用氯盐类防冻剂，氯盐掺量按无水状态计算不得超过水泥质量的1% 抗冻性：指饱水混凝土抵抗反复冻融作用的性能，是混凝土耐久性的重要表征。混凝土冻融破坏的机理:由于冰的蒸气压小于水的蒸气压，两者的压差使附近尚未冻结的 水向冻结区迁移，并在该冻结区转变为冰。此外，混凝土中的水含有各种盐类，冻结区水 结冰后，未冻溶液中盐的浓度增大，与周围液相中盐的浓度形成浓度差。渗透压是由该冰、 水蒸

17、气压差和盐浓度差两者引起的。影响抗冻性因素：水灰比W/C强度气泡间距最小25mm水泥品种和掺合料集料 碱一集料反应（AAR）:指水泥等原材料中的碱与集料中的活性二氧化硅发生化学反应， 生成碱的硅酸盐凝胶而产生膨胀一种破坏作用分三类:碱一氧化硅反应（ASR）碱一硅酸盐反应（ASR）碱一碳酸盐反应（ACR） 碱一集料反应具备条件：混凝土中含碱量超标集料中含有碱活性成分混凝土暴露在 水中或潮湿环境中含碱量（R2O%）在0.6%以上的水泥容易引起AAR。抑制人、&措施: 使用非活性集料（最有效安全可靠的措施）控制水泥及混凝土中的碱含量控制湿度 使用掺合料或化学外加剂评价抗冻性的方法:抗压或抗弯强度的变

18、化质量损失测动弹性模量的变化体积变 化泵送混凝土：以混凝土输送泵为动力，通过管道将搅拌好的混凝土混合料输送到建筑模板 中去的混凝土可泵性：混凝土混合料具有摩擦阻力小、不离析、不阻塞，粘聚适宜，能顺 利通过管道的性能。可泵性是混合料流动性和压力泌水值的综合反映，用坍落度和压力泌水值来评价。压力泌 水值是表征泵送混凝土混合料粘聚性的一个指标可泵性良好的混合料的特点：较大的流动 性；坍落度经时损失小；泵压下不离析、少泌水；较高水泥砂浆含量以降低与管壁的摩擦 力冬季施工混凝土采用的措施（室外气温连续5d低于5度）：搅拌混凝土时，原材料加热； 施工中采用外部加热的方法，使浇筑好的混凝土在正温下养护若干天

19、在混凝土混合料中 加入防冻剂，降低混合料中液相的冰点，从而使水泥在负温下仍能水化，混凝土在负温下 能硬化。我国混凝土冬季施工方法：混凝土混合料掺防冻剂并结合施工中的蓄热保温措施防冻剂要求1降低冰点效果好2砼在负温下强度增长快3对砼耐久性等无负面效应4对人体 及环境无害混凝土早期冻结，强度降低原因：早期受冻，水结冰膨胀使混凝土内部结构松动集料 与水泥石的界面受损，粘结强度降低致使内部出现微裂纹受冻临界强度:凝土在受冻时必须具备的最小强度。安全养护龄期:保证混凝土受冻时， 强度不受损失所必需的正温养护时间夏季气候的特点：气温高、风速大、水分蒸发快 夏季施工混凝土造成不利影响:1增加混凝土用水量，并

20、且难以控制2混合料坍落度经时损 失加大3高温天气加速了混凝土的凝结硬化4水分蒸发快，容易造成塑性收缩开裂5增大了 产生温度裂缝的可能夏季浇筑混凝土注意：浇筑前应先洒水冷却，充分湿润在浇筑地点设置遮挡阳光和防 止通风的设施，避免温度升高和干燥在浇筑过程中，新老混凝土浇捣时间间隔要短，避 免出现“冷接缝”尽量避免在高温季节施工，不得已也要选择阴凉天气或在夜间施工 混凝土养护注意:浇筑成型后，尽早对表面采取防止失水的措施。在不能覆盖的情况下， 应在表面达到初凝，即开始洒水养护，防止干燥对于表面平整、有抹面加工的混凝土表 面，可采用喷刷养护剂的方法进行养护对刚凝结的混凝土洒水养护时，应在一定时间内 持

21、续保持混凝土表面的湿润，时间至少24h。要防止温度骤变，避免暴晒、风吹和暴雨。 在气温变化较大的夜晚，最好用保温材料覆盖保温。大体积混凝土:混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混 凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土特点:形体庞大、混凝土数量较多和绝热温升高、工 程条件复杂、施工技术和质量要求高等。大体积混凝土常出现的问题是混凝土温度裂缝。 混凝土的温度变形：砼随着温度的变化而发生膨胀或收缩，称为温度变形。原因：由于混 凝土是热的不良导体，水泥水化过程中释放出的水化热短时间内不容易散发。如果混凝土 体积较大以及散热条件不好时，水化热基本上积蓄在混凝土内，从而引起混凝土

22、内部温度 明显升高，砼内部因此产生膨胀变形大体积混凝土的温度裂缝：当混凝土温度变形受到约束而不能自由伸缩时，就会引起温度 应力。该应力超过混凝土的极限应力，就会产生温度裂缝。温度裂缝分类:1表面裂缝内部约束应力产生，危害性较小2冷缩裂缝外部约束应力产生， 危害性极大温度裂缝产生原因1）水泥的水化热2外界气温3）约束条件外约束：指结构物的边界条件，一般指支座或其它外界因素对结构物变形的限制作用。内 约束：指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生 的相互制约。温度裂缝的控制措施：原材料与配合比生产技术与施工工艺1原材料的预冷却2混凝 土分块分层浇筑3降温法温控工艺4

23、保温（隔热）法温控工艺设计措施使水泥石体积发生膨胀而不是收缩的材料：膨胀水泥：水化硬化过程中，以其体积膨胀 量来弥补水泥石收缩的一类水泥。其配制的混凝土称为补偿收缩混凝土自应力水泥：水 化硬化过程中，体积膨胀量较大，可使结构内的钢筋有一定的伸长，而对混凝土产生预压 应力的一类水泥。其配制的混凝土称为自应力混凝土膨胀剂：一种在水泥凝结硬化过程 中，使混凝土产生可控膨胀，减小收缩的外加剂。膨胀剂类型：硫铝酸钙类：硫铝酸钙一氧化钙类：氧化钙类硫铝酸钙类具有膨胀缓和，可控性好，使用安全，存放期长的特点，但不能用于长期处于 80 r的环境中，大多数膨胀混凝土都采用钙矶石为膨胀源。氧化钙类具有膨胀能高，膨

24、胀 爆发力强，早期膨胀大的特点。但煅烧控制不好，易引起后期膨胀，存放期短，控制比较 困难，不适合用于海水或有侵蚀性水的工程补偿收缩混凝土用于提高混凝土抗裂性和改善变形性质，其自应力值一般为0.20.7MPa； 用于后浇带、接缝工程填充时，自应力值为0.51.0MPa。补偿收缩混凝土不适合长期暴露 于干燥空气中的结构限制收缩是混凝土开裂最常见最主要的原因，而限制膨胀这种有利的相向变形，恰好用来 抵消有害的限制收缩，从而达到避免或大大减轻混凝土开裂的目的限制程度分类:小限制：p 0.5%的钢筋限制，以及一般基础摩擦阻力限制。中等限制： M 0.060%的混凝土时， 应预先进行试验研究。限制膨胀率在

25、（2.54.0） 10-4，补偿收缩效果较好应有最低限度 的强度值具有合适的膨胀速度养护是影响质量的重要环节在膨胀混凝土硬化初期必 须供给足够的水分，才能使其发挥膨胀功能。一般膨胀混凝土浇筑后1214 h内开始浇水 养护，养护期以14 d为宜。膨胀混凝土在养护期间，环境温度高，则膨胀小而强度高；反 之，则混凝土膨胀大而强度低。影响钢纤维混凝十.因素：纤维长度（lf）和长径比（七/ df）在2035 mm中选取，常用是2530 mm； lf / df则控制在40100之间，通常为5070。纤维体积率（Vf）划分:低纤维体积率Vf=0.51.0 % ；中Vf=1.03.0 %；高Vf=5 25 % 对钢纤维增强普通和高强混凝土： 不宜低于0.5%，也不宜大于3.0%，以0.62.0%较为 合适混凝土基体要求粗集料最大粒径（Dmax）纤维分布的均匀性是随Dmax/ lf增大而下降。当 Dmax/lf =1/2时，纤维对混凝土的增强效果最好。钢纤维混凝土中，!集料Dmax不宜大于 20mm，以1020mm为宜，即D =（ 1/22/3） 之间。maxf钢纤维混凝土制备搅拌工艺成型工艺搅拌工艺搅拌时注