混凝土与砂浆2

第6章

混凝土及砂浆

主要介绍了普通混凝土的组成材料，混凝土拌合物的和易性，硬化混凝土的强度、变形、耐久性，混凝土外加剂的作用原理和应用，普通混凝土配合比设计方法等，简要介绍了轻混凝土及其他品种混凝土，如体现混凝土发展动态的高强混凝土、高性能混凝土等。本章提要6.1概述1混凝土的定义及分类

混凝土是以胶凝材料、水和骨料按适当比例配合拌制成拌和物，经硬化后得到的人工石材。混凝土

胶凝材料

骨料

水港工混凝土水工混凝土耐碱混凝土耐酸混凝土耐热混凝土防水混凝土按使用功能分2、混凝土的种类超高强混凝土高强混凝土早强混凝土高性能混凝土按强度特征分超早强混凝土按坍落度大小分低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土流态混凝土大流动性混凝土坍落度：测定混凝土拌和物和易性的一种指标，用拌和物在自重作用下向下坍落的高度表示。其单位为cm。按维勃稠度分特干硬性混凝土半干硬性混凝土干硬性混凝土超干硬性混凝土按施工工艺分普通浇注混凝土喷射混凝土

泵送混凝土离心成型混凝土按配筋情况分素混凝土钢筋混凝土

纤维混凝土6.1.2混凝土的特性

4.适用范围广泛

3.来源广、造价低

1.混凝土拌合物具有可塑性

2.强度高耐久性好

5.抗拉强度低

6.自重大，比强度小

7.生产工艺复杂，质量难以控制，管理困难

1满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载2满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低、环境负荷少等34土木工程对混凝土的基本要求混凝土的发展趋向1、高性能混凝土（HPC）要求有高强度等级（fcu≥60Mpa）和良好的工作性、体积稳定性和耐久性。

2、绿色高性能混凝土（GHPC）绿色高性能混凝土，符合我国环境保护和可持续发展的战略要求。3、其它新技术混凝土

灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。

水砂水泥石子三峡大坝混凝土工程6.2普通混凝土的组成材料混凝土的宏观结构粗骨料细骨料水泥石过渡区混凝土的组成与结构普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨料新拌混凝土100%体积60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂为了改善或提高混凝土的性能混凝土中的第五种成分水泥砂石水外加剂掺合料普通混凝土曾是主流，目前在民用建筑中仍大量采用外加剂混凝土一级和沿海城市，70%以上现代混凝土目前正在推广应用混凝土原材料混凝土体积构成水泥石——25％左右；砂和石子——70％以上；孔隙和自由水——1％～5%。组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用各组成成分的作用外加剂化学外加剂：改善混凝土的性能缓凝剂——使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂——使水泥浆凝结硬化速度减慢；减水剂——减少拌和需水量；引气剂——在混凝土中引起封闭气孔；矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰硅灰矿渣外加剂和矿物掺合料被称为混凝土第五组分

理想的混凝土结构

密实较大颗粒堆聚所留下的孔隙由较细颗粒填充，较细颗粒堆聚所留下的孔隙由更细颗粒所填充;密实度最大或总孔隙率最小时，固体颗粒的总比表面积最小;界面致密。均匀各种物相分布均匀均匀、密实的多物相堆积体6.2.1水泥1水泥品种的选择

水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。如高温车间结构混凝土有耐热要求，一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等等。2水泥强度等级的选择

水泥强度等级的选择原则为：混凝土设计强度等级越高，则水泥强度等级也宜越高；设计强度等级低，则水泥强度等级也相应低。例如：C40以下混凝土，一般选用强度等级32.5级；C45～C60混凝土一般选用42.5级，在采用高效减水剂等条件下也可选用32.5级；大于C60的高强混凝土，一般宜选用42.5级或更高强度等级的水泥；对于C15以下的混凝土，则宜选择强度等级为32.5级的水泥，并外掺粉煤灰等混合材料，满足工程上的要求。骨料骨料的定义与用途骨料是岩石类材料骨料在土木工程中的应用：水泥混凝土沥青混凝土道路基础铁路道渣砂浆每年用量约为20亿吨

混凝土中的骨料经济上：在不影响混凝土性能的条件下，在混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝土的成本；骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。

混凝土中骨料的基本要求

具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。骨料的特性及其影响骨料的含水状态骨料的密度骨料的粒径与级配骨料的孔隙率骨料的形状骨料的表面特征骨料的弹性模量骨料的强度骨料的坚固性骨料的硬度混凝土配合比设计所要求影响新拌混凝土性能影响硬化混凝土性能骨料的种类按照骨料粒径粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎石细骨料：粒径小于4.75mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、海砂按照骨料的密度普通骨料：堆积密度在1520～1680kg/m3的骨料

密度在2500～2700kg/m3轻骨料：堆积密度＜1120kg/m3的骨料

密度在～1000kg/m3重骨料：堆积密度＞2080kg/m3的骨料

密度在3500～4000kg/m3如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。如铁矿石、重晶石等。碎石卵石普通骨料轻骨料重骨料骨料的分类6.2.2细骨料定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。分类按产源分按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等1细骨料的技术要求（1）含泥量、石粉含量和泥块含量泥：妨碍水泥与砂粘结石粉：增大拌合物需水量，增大干缩泥块：薄弱部位严格控制三者含量（2）有害杂质含量草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物云母、轻物质、硫化物、硫酸盐、氯盐等有害杂质的种类：粘土、泥块、云母；硫酸盐、硫化物、有机质；活性SiO2；针片状颗粒等。有害杂质的危害：影响水泥的水化、腐蚀水泥石；影响混凝土的和易性影响混凝土的强度与耐磨性；增大混凝土的收缩；引起碱－骨料反应等。含泥量很大的骨料（3）砂的颗粒级配和细度模数Mx

颗粒级配：指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况——不同粒径颗粒的分布。影响砂堆积孔隙：颗粒级配合理可减少堆积孔隙；单一粒径越大，堆积孔隙越多。

粒径越大，堆积的空隙越多，所需水泥浆用量越大级配不合理(阻力大)级配合理(阻力小)砂的颗粒级配砂的颗粒级配指砂不同大小颗粒的搭配情况

单一粒径两种粒径多种粒径颗粒级配示意图细度模数Mx细度模数表征砂的粗细程度，可以理解为质均粒径，由筛分法测定。细度模数越大，骨料越粗。砂子的总表面积越大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆越多细砂（2.2～1.6）总表面积大中砂（3.0～2.3）粗砂（3.7～3.1）总表面积小，水泥用量省拌制砼以中砂为宜，普通砼用砂的细度模数为3.7~1.6砂的颗粒级配与细度模数的测定筛分法：砂子标准筛：9.504.752.361.180.600.300.15mm共七个孔径的筛。方法：将500g烘干的砂子试洋由粗到细一次过筛，然后称出余留在各个筛上的砂子质量。计算：各个筛上的余量为分计筛余ai，各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余Ai。

则：累计筛余Ai=ai

（i=1……i）然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线。并用下式计算细度模数：

式中：Mx——细度模数；A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率，％。小练习：称取500g砂子，已知4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm,各筛的分计筛余重量为39g、77g、70g、78g、95g、106g和筛底34g，求Mx（4）砂的强度与坚固性强度

一般以碎石或卵石的立方体强度或压碎指标来表示。

立方体强度用505050mm3的立方体(或5050

mm的圆柱体)岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。压碎指标将气干状态下10~20mm的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在160~300s内加荷至200kN，卸荷后称取试样质量（G），然后用孔径为2.5mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（G1）。

压碎指标=[(G-G1)/G]100%

坚固性

可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固性。

PP骨料颗粒压碎强度试验示意图

>1.5倍（1.2~1.7）混凝土强度压碎指标：将一定质量气干状态下粒径10~20mm的石子装入标准圆筒内，放在压力机上，在3~5min内均匀加载达200KN，其压碎的细粒（小于2.5mm）占试样重量的百分率为压碎指标。（5）体积密度、堆积密度、空隙率体积密度（大于2500kg/m3）测量可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密度。直接测得的密度实际是骨料的表观密度，但由于砂、石的孔隙率小，将此法测得的密度为视密度—密度。大多数天然骨料的视密度为2.4～3.0堆积密度（应大于1350kg/m3）测量砂、石的堆积密度一般用固定体积法测量；砂用5升的体积的质量确定；石用10升体积的质量确定。骨料堆积密度取决于颗粒粒径与级配空隙率应小于47％（6）碱－骨料反应定义：

骨料中的活性SiO2与水泥中的Na＋、K＋等碱金属离子间的形成碱－硅酸盐凝胶的化学反应；危害：

在骨料与水泥石的界面产生的碱－硅酸盐凝胶吸水后体积膨胀，导致水泥石开裂；原因：水泥中的含碱(Na2O、K2O)量＞0.6%骨料中含有活性SiO2

；经碱-骨料反应检验后，应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。碱－硅酸盐凝胶碎石卵石6.2.3粗骨料（卵石、碎石）粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎石粗骨料的技术要求（1）含泥量与泥块含量（2）有害物质（3）颗粒形状及表面特征颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有：等径颗粒球形体颗粒：没有菱角和边；多面体颗粒：有菱角和边。针状颗粒—长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍；片状颗粒—厚度小于平均粒径的0.4倍。骨料的表面特征表面粗糙程度；是否有菱角；干净程度等。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。针片状骨料颗粒针片状球状

表面特征与形状对混凝土性能的影响1、表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响混凝土的成本2、影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动3、影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大4、影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料（4）最大粒径及颗粒级配最大粒径指的是粗骨料公称粒级的上限—允许最大值颗粒级配指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况——不同粒径颗粒的分布。石子的级配有连续级配和间断级配两种：连续级配要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有适当比例，这种级配较好；间断级配是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成粒级的间断，大粒径骨料间的空隙由比其小几倍的小粒径颗粒填充，从而降低堆积空隙率。单粒粒级不宜使用石子的颗粒级配也用筛分法测定。（5）坚固性粗骨料不因干/湿循环或冻/融循环等气候变化而产生体积变化导致混凝土的劣化。骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。（6）强度粗骨料的强度对混凝土强度有一定影响，要求骨料强度是混凝土配制强度的1.5倍。一般以碎石或卵石的立方体强度或压碎指标来表示。（7）体积密度、堆积密度和空隙率（8）碱-骨料反应

根据《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—89）的规定，凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制各种混凝土。海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有饰面要求的素混凝土，更不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。值得注意的是，在野外或山区施工采用天然水拌制混凝土时，均应对水的有机质、Cl-和含量等进行检测，合格后方能使用。特别是某些污染严重的河道或池塘水，一般不得用于拌制混凝土。6.2.4拌合用水补充：骨料的含水状态

骨料含水有四种状态：完全干燥骨料表面及内部完全不含水气干骨料表面完全不含水，而内部可能含小量水饱和面干骨料的表面干燥而颗粒内部的孔隙含水饱和，此时的含水率为饱和面干吸水率含水湿润骨料表面吸附水且湿润对应的含水量：吸水量；有效吸水量；表面含水量。含水状态：完全干燥气干饱和面干含水湿润含水量：不含水＜有效含水量＝有效含水量＞有效含水量完全干燥气干饱和面干含水湿润干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态砂的含水状态骨料含水量的影响骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。骨料在饱和面干状态时，既不会从混凝土中吸水，也不会给出水。所含的水对混凝土无有害作用。湿润状态下的自由水将成为混凝土拌和水的一部分，影响混凝土的和易性、强度和耐磨性。6.3混凝土拌合物的和易性

混凝土原材料加水拌合后形成混凝土拌和物，这一拌和物具有一定的流动性、粘聚性和可塑性。随着时间的推移，胶凝材料的反应不断进行，水化产物不断增加，形成凝聚结构。此时混凝土开始凝结硬化，逐步失去流动性和可塑性，最终形成具有一定强度的水泥石。凝结硬化以前的混凝土拌和物通常称为新拌混凝土，凝结硬化以后的混凝土称为硬化混凝土。新拌混凝土的性能包括和易性、凝结时间、含气量、塑性收缩和塑性沉降等。普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨料新拌混凝土100%体积60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂为了改善或提高混凝土的性能混凝土中的第五种成分6.3和易性的概念

和易性是砼拌合物的施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）的难易程度和抵抗离析作用程度并能获得质量均匀，密实砼的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性：和易性粘聚性保水性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质。保证混凝土硬化后的质量6.3.1和易性的含义流动性：流动性是砼拌和物在自重或施工振捣的作用下，产生流动，并均匀、密实地填满模型的性能。流动性反映拌和物的稀稠，关系着施工振捣的难易和浇筑的质量。粘聚性（抗离性）：是砼拌合物在施工过程中互相之间有一定粘聚力，不发生分层、离析、泌水，保持整体均匀的性能。保水性：保水性是砼拌合物保持水分不易析出的能力。砼拌合物中的水，一部分是保证水泥水化所需水量，另一部分是为使砼拌合物具有足够流动性，便于浇捣所需的水量。6.3.2和易性的测定定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。

1.坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值——坍落度（单位mm）。适用范围：集料最大粒径不大于40mm；坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。

2.维勃稠度法

测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围粗骨料最大粒径不大于40mm；坍落度小于10mm，维勃稠度在5s～30s之间的干硬性混凝土。6.3.2和易性的评定3、混凝土拌合物按流动性的分类按《混凝土质量控制标准》（GB50164）的规定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度、维勃稠度分为四级。名称代号指标混凝土拌合物塑性混凝土（坍落度≥10mm）低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土T1T2T3T410mm～40mm50mm～90mm100mm～150mm≥160mm干硬性混凝土（坍落度＜10mm）超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土V0V1V2V3＞31s30s～21s20s～11s10s～5s4、混凝土施工时坍落度的选择

混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。结构种类坍落度，mm基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构10～30板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）50～70配筋特密的结构70～90水泥浆的含量水灰比砂率施工方面原材料品质及性质主要因素6.3.4影响和易性的主要因素1组成材料及其用量之间的关系①水泥浆数量和单位用水量；②骨料的品种、级配和粗细程度；③砂率；④外加剂。

水泥水①砂石子外加剂④水泥浆①骨料②混凝土拌合物6.3.4影响和易性的主要因素2水泥浆数量水泥浆越多，拌合物流动性越大；过多，粘聚性变差越少，导致离析，崩塌3水灰比水灰比越大，流动性大；过大，保水性和粘聚性差越小，流动性小固定单位用水量：用水量一定，调节水泥用量4砂率砂子质量/砂石总质量百分比

合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。砼拌合物的凝结时间初凝时间表示施工时间的极限；终凝时间表示力学强度开始快速发展。砼拌合物的凝结时间与所采用的水泥的凝结时间并不相等。水泥品种，环境温度、湿度、掺和料、外加剂、水泥的水化反应是影响砼凝结时间的主要因素。5.施工时间和环境温度砼拌合物的凝结时间（1）在环境的温度、湿度条件相同且掺合料、外加剂也相同的条件，砼所用水泥的凝结时间长，则砼拌合物凝结时间也相应较长（2）砼的水灰比越大，拌和物的凝结时间越长。（3）掺粉煤灰、缓凝剂，凝结时间增长。（4）混凝土所处环境温度高，拌和物凝结时间缩短。注意：夏季施工，适当增加拌合物用水量6.3.5改善和易性的措施采用合理砂率；改善砂石的级配；掺外加剂或掺合料；根据环境条件，注意坍落度的现场控制；在水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性；在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性。掺外加剂的混凝土6.4硬化混凝土的强度混凝土强度的种类混凝土强度抗拉强度抗折强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土的粘结强度按照标准的制作方法制成边长为150ｍｍ的立方体试件，在标准养护条件（温度２０士2°Ｃ，相对湿度95％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，称为混凝土立方体抗压强度。标准试块

6.4.1立方体抗压强度（fcu）

测定混凝土立方体抗压强度时，也可以采用非标准尺寸的试件，其尺寸应根据混凝土中粗骨料的最大粒径而定，单其测定结果应乘以相应的尺寸换算系数见表强度换算系数(GB/T50081—2002)试件尺寸(mm)骨料最大粒径(mm)强度换算系数100×100×100150×150×150200×200×20031.540630.9511.05边长为100mm的立方体试件边长为200mm的立方体试件边长为150mm的立方体件换算系数为0.95换算系数为1.05换算系数为1.0尺寸选择6.4.2混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，按照GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定，普通混凝土划分为C10，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十四个强度等级。例如，强度等级为C25的混凝土，是指25MPa≤fcu，k＜30MPa的混凝土。钢筋混凝土、预应力混凝土结构的混凝土强度等级分别不低于C15和C30。立方体抗压强度标准值（fcu,k

），是立方体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%。强度等级表示的含义：强度的范围：某混凝土，其fcu＝30.0～34.9MPa；某混凝土，其fcu≥30.0MPa的保证率为95%。C30“C”代表“混凝土”。“30”代表fcu,k＝30.0MPa；立方体标准采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件在立方体抗压强度为0～55MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcu在结构设计计算时，一般取fcp=0.67fcuFF6.4.3混凝土轴心抗压强度fcp6.4.4

混凝土劈裂抗拉强度fts式中：fts——劈裂抗拉强度，MPa；

P——破坏荷载，N；

A——试件劈裂面积，mm2

劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/10～1/20。拉应力压应力PP6.5.7影响混凝土强度的主要因素1水泥的强度和水灰比式中：fcu——混凝土28d龄期的抗压强度值，MPa；

fce——水泥28d抗压强度的实测值，MPa；

——混凝土灰水比即水灰比的倒数；

αa、αb——回归系数。当混凝土水灰比值在0.40～0.80之间时，水灰比越大混凝土的强度越低；水泥强度越高，则混凝土强度越高。2粗集料的品种

碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高；卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。

3养护条件

在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高；低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0℃以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。4龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在7～14d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。

式中：fn、f28——分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa5其他例如：外加剂、混合料、施工工艺等n≥36.4.8提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；（3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣；（5）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；（6）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。6.5混凝土的变形性能80%以上的开裂都是由于混凝土变形所引起，只有很小一部分是由于承载力不足导致。

硬化混凝土的变形来自两方面：环境因素(温、湿度变化)和外加荷载因素，因此有：荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形(弹塑变形);长期荷载作用下的变形(徐变).非荷载作用下的变形化学收缩;干燥收缩;自收缩;温度收缩;塑性收缩;碳化收缩.问题：各种变形的特征是什么(What)？这些变形是如何产生的(How)？影响这些变形的因素有那些(Which)？引深思考：如何减小或消除这些变形的负面影响6.5.1混凝土在非荷载作用下的变形干缩湿胀化学收缩（自收缩）温度变形(1)干缩湿胀变形定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形——湿胀干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的变化引起的。水泥石和混凝土的收缩行为水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀；第1次干燥时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的，即再次吸水不能恢复。混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约束下的收缩将导致混凝土开裂。连续浸泡下的湿胀不可逆收缩可逆收缩应变膨胀收缩第1次干燥时间水泥石或混凝土在干湿循环下的变形行为干缩湿胀的危害：路面板、桥面板、机场道面、停车场等暴露面积大且厚度较小的结构物干缩最为显著；当混凝土的干燥收缩受到约束时，将导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久性。(2)

自收缩条件特征：与外界环境无水分交换；产生的原因：水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛细管压力，引起收缩——自干燥收缩；水泥水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导致混凝土硬化后收缩——化学收缩；特点：收缩值随龄期而增加，早期较快，后期缓慢。影响因素水泥品种主要是矿物组成与混合材种类；水灰比随水灰比减小，收缩增大；骨料及其体积分数水泥用量外加剂内部相对湿度(%)龄期(天)水泥石内部相对湿度随龄期的变化自收缩测量装置水泥品种对自收缩的影响水灰比对自收缩的影响外加剂对自收缩的影响问题？混凝土的干燥收缩与自干燥收缩有何异同？解答：相同点：机理相似，水分损失、毛细张力等；不同点：水分损失的原因不同，前者是因环境湿度变化引起的，后者是由水泥水化引起的；前者主要发生在表面层，而后者发生在整个体积，尤其在中心部位更大。(3)温度变形与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的性质；混凝土的热膨胀系数为1×10－5m

/C；温度变形对大体积混凝土不利，因水泥水化放热，造成内外温差较大，内外膨胀不均，导致外部开裂混凝土的热膨胀系数取决于骨料的热膨胀系数。补充：大体积砼温度应力裂缝的控制

我国规定结构断面最小尺寸超过1m的混凝土，叫大体积混凝土。美国混凝土学会（ACI）规定任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。

适当选用较粗骨料低热水泥或加掺合料降低水泥用量（高效减水剂）加膨胀剂加缓凝剂控制入模温度必要时内部降温外部保温保湿内外温差小于25－30度合适配筋选择配合比设计施工养护三峡大坝泄洪段－发电段

大体积混凝土大体积混凝土的内部降温管6.5.2荷载作用下的变形

1短期荷载作用下的变形－弹塑性变形

2长期荷载作用下的变形—徐变1短期荷载作用下的变形－弹塑性变形1.砼受力变形及破坏的4个阶段(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):当荷载达到“比例极限”(约为极限荷载30%)以前,裂缝无明显变化,并稍有收缩.混凝土处于弹性工作阶段

3070100形变极限荷载(%)IIIIIIIV(II)

裂缝引发阶段荷载介于比例极限30％极限荷载）和临界荷载（70％极限荷载）之间，裂缝数量、长度、宽度逐渐增大，但尚无明显砂浆裂缝。3070100形变极限荷载(%)IIIIIIIV（III）稳定的裂缝增长阶段荷载超过临界荷载后，随着荷载增大，裂缝继续扩大，并开始出现少将裂纹。但荷载保持一定不变时，裂缝也停止。3070100形变极限荷载(%)IIIIIIIV（IV）不稳定的裂缝扩展阶段荷载达到极限荷载之后，荷载不变，裂缝不断扩展。随后应力降低回落，变形继续增大，直至破坏。

3070100形变极限荷载(%)IIIIIIIV混凝土的弹塑变形及弹性模量由混凝土受力破坏特征可知:

混凝土是一种由水泥石、砂、石、孔隙等组成的不匀质的三相复合材料。它既不是一个完全弹性体，也不是一个完全塑性体，而是一个弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力与应变的关系不是直线，而是曲线.(1).砼的弹塑变形:加荷载σ,应变ε,

一部分变形可恢复,叫ε弹,

另一部分,叫ε塑。当应力,反复加荷、卸荷,塑性变形不断增加,直至稳定,即最后一次加荷、卸荷所产生的塑性变型为零.当应力为,反复加荷、卸荷,塑性变形不断增加,最终导致疲劳破坏.

(2)砼的弹性模量(静弹模量)初始切线模量

切线弹性模量

切线弹性模量

应变应变应力切线初始切线割线影响混凝土弹性模量的因素混凝土的强度——混凝土的强度越高，弹性模量越大，当混凝土的强度等级由C10增加到C60时，其弹性模量大致由1.75×104MPa增加到3.60×104MPa;骨料的含量与弹性模量——骨料的含量越多，弹性模量越大，混凝土的弹性模量越高;水泥浆量：水泥浆量越大，弹性模量越小；含气量：混凝土含气量越大，弹性模量越小；养护条件——混凝土的水灰比较小，养护较好及龄期较长时，混凝土的弹性模量就较大。2在长期荷载作用下的变形－徐变1.混凝土徐变的概念

徐变——在长期恒定荷载作用下，随时间而沿受力方向增大的非弹性变形称为徐变。松弛——应变一定时，应力随时间逐渐减小的现象则称应力松弛。两者都是粘弹性材料的典型特征。当一混凝土构件受约束时，其粘弹性表现为应力随时间逐渐减小。因此，在有约束的条件下，收缩应变引起的弹性拉应力和粘弹性引起的应力松弛，是大多数结构变形与开裂的实质。

徐变曲线特征：加上恒定荷载时，混凝土立即产生瞬时弹性变形，随后，徐变随时间增加较快，然后逐渐减慢。卸荷后，一部分变形可恢复，称为弹性恢复；其后将有一个随时间而减小的应变恢复称为徐变恢复；最后残留下来的变形成为不可逆徐变。徐变恢复加荷后的时间(天)弹性恢复不可恢复弹性变形徐变变形卸荷徐变产生的机理：水泥石中的水化物凝胶颗粒之间的粘性流动和剪切滑移；在荷载作用下，凝胶体内的吸附水被挤出；骨料的延后弹性变形；过渡区裂缝的扩展或产生。加荷后，水泥石首先变形，骨料上的应力增大，骨料产生弹性变形——延后弹性变形吸附水吸附水排出徐变徐变机理不利：徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几十年来生产的构件预应力损失达30～50%；混凝土构件会产生随时间变化的挠度或变形。有利徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小；降低结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中的应力峰值。徐变的影响：

西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁(主跨为241m)，由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌(1996年)。影响徐变的因素：

湿含量：混凝土中的湿含量降低，徐变减小；环境湿度：湿度降低，徐变增大；温度：温度升高，徐变增大，70C以上，使徐变降低；骨料用量：体积含量增加，徐变减小；骨料的特性：泊松比和弹性模量，弹模越大，徐变越小；水灰比与龄期：水灰比增大，徐变增大；水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐变减小荷载应力水平：荷载越大，徐变会越大。骨料的体积含量(%)骨料的体积含量对混凝土徐变的影响温度对混凝土徐变的影响荷载作用时间(天)加荷的应力水平对混凝土徐变的影响加荷时间(天)环境湿度对混凝土徐变的影响5.混凝土的徐变对结构物的影响有利面：

徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分布，从而使局部应力集中得到缓解；对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。不利面：

降低混凝土的承载力,增大了钢筋的应力.在预应力钢筋混凝土中，混凝土的徐变将使钢筋的预加应力受到损失。6.6混凝土的耐久性1.耐久性的主要内容（1）抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。耐久性：抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持结构的安全，正常使用的能力。（2）抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25％，且质量损失不超过5％时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。（3）抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性。（4）抗碳化性混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。（5）碱集料反应碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。严寒环境中的混凝土,应掺用引气剂严格控制原材料的质量掺用加气剂或减水剂合理选择水泥品种控制混凝土的水灰比及水泥用量严格控制施工质量提高混凝土耐久性的措施

提高混凝土耐久性的措施环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量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1.干燥环境正常的居住或办公用房屋内不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300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的室内部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ55－2000）6.8普通混凝土的配合比设计

混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例。确定这种数量比例关系的工作，称为混凝土配合比设计。

6.8.1混凝土配合比设计的基本要求和基本参数

混凝土配合比设计必须达到以下四项基本要求，即：

(1)满足结构设计的强度等级要求；

(2)满足混凝土施工所要求的和易性；

(3)满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；

(4)符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。

国家标准《普通混凝土配合比设计规程》

JGJ55-2000于2001.4.1施行混凝土配合比设计的三个基本参数：水灰比、单位用水量和砂率混凝土配合比设计中确定三个参数的原则是：（1）在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比；（2）在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定单位用水量；（3）砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

混凝土配合比设计以计算1m3混凝土中各材料用量为基准，计算时骨料以干燥状态为准。

6.8.2资料准备

（1）混凝土的强度等级、施工管理水平，

（2）对混凝土耐久性要求，

（3）原材料品种及其物理力学性质，

（4）混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。6.8.3混凝土配合比设计的步骤一、初步配合比计算

（1）确定试配强度（fcu,0）式中

fcu,0——混凝土配制强度（MPa）；

fcu,k——设计的混凝土强度标准值（MPa）；

σ——混凝土强度标准差（MPa）．（２）计算水灰比（W/C）

根据强度公式计算水灰比：式中fcu,0——混凝土试配强度,ＭＰa；

fce——水泥28d的实测强度,ＭＰa；

αa,αb—回归系数《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）提供的αa、αb

经验值为：

采用碎石：αa=0.46 αb＝0.07

采用卵石：αa=0.48 αb=0.33注意：由此计算的水灰比必须满足教材92-93页表格6.15相关规定

（３）选定单位用水量（ｍw0）

用水量根据施工要求的坍落度和骨料品种规格，参考表6.21和6.22选用。（４）计算水泥用量（ｍc0）

根据已确定的

W/C和ｍw0，可求出ｌm3混凝土中水泥用量ｍc0：

为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量还应大于表6.15规定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于表6.15规定值，应取规定的最小水泥用量值。（５）选择合理的砂率值（βs）

合理砂率可通过试验、计算或查表求得。表6.23混凝土砂率选用表（%）（JGJ55-2000）水灰比卵石最大粒径碎石最大粒径1020401620400.4026~3225~3124~3030~3529~3427~320.5030~3529~3428~3333~3832~3730~350.6033~3832~3731~3636~4135~4033~380.7036~4135~4034~3939~4438~4336~41（6）计算粗、细骨料用量

①重量法（假定表观密度法）应按下式计算：

ｍc0＋ｍg0＋ｍs0＋ｍw0＝ｍcp②当采用体积法（绝对体积法）时，应按下式计算：

通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量，即初步配合比计算完成。

二、配合比的调整