第六讲 混凝土

1混凝土概述混凝土—现代社会的基础。在我们的日常生活中，一定会涉及到各类混凝土。美国著名混凝土专家J.FrancisYoung

近代文明的许多成就大多都取决于混凝土，正如古罗马，古希腊早期文化的成就取决于古代混凝土一样。2混凝土的发展：1824年，波特兰水泥的出现，出现了水泥混凝土混凝土外加剂的推广应用，高效减水剂的出现。商品混凝土的出现高强混凝土出现-HSC高性能混凝土的出现-HPC绿色高性能混凝土的出现－GHPC3输水管线外径7.5m内径6.6m混凝土输水管45巴西ItaipuDam混凝土大坝6三峡工程全貌7普通混凝土的特点:优点：就地取材，价格低廉（与传统材料比）良好的可塑性较高的抗压强度较好的耐久性较好的耐火性缺点：自重大；脆性材料；生产周期长8普通混凝土分类及组成材料混凝土拌和物的性质硬化混凝土的力学性质，变形性和耐久性。普通混凝土配合比设计。混凝土技术的新进展及发展趋势。本章重点9混凝土的分类1：1.按表观密度分类：a.重混凝土b.普通砼c.轻混凝土10混凝土的分类22、按用途分类：结构混凝土水工混凝土海洋混凝土道路混凝土。。。。。。11混凝土的分类33.按胶结材料分水泥砼沥青砼硅酸盐砼聚合物胶结砼聚合物浸渍砼.聚合物水泥砼水玻璃砼石膏砼硫磺砼氯氧镁砼12混凝土的组成材料有六种基本组成材料水泥＋水＋砂子＋石子＋外加剂＋矿物掺合料结构构成：逐级填空：石子砂子浆体13

组成材料的作用：

砂、石---骨架作用，水泥浆--包裹在骨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；硬化后:胶结作用。砂子水泥浆石子14思考讨论：在混凝土配制过程中，如何的确定水泥浆的量？如何确定石子的量？如何确定砂子的量？包裹部分＋填充部分混凝土的体积相当刚好填满石子的空隙略有富余15一、水泥（品种、等级的选用）水泥品种的选择工程性质、部位、施工条件、环境情况(2)水泥强度等级的选择一般以选择的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。16提问：1、兰州地区有腐蚀介质存在的混凝土灌注桩应选择什么品种的水泥？2、水工大坝混凝土工程应选择什么品种的水泥？掺合料水泥，最好是PP水泥选择中热或低热水泥17工程实例：某施工队使用火山灰水泥铺筑路面，见图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝，试分析原因。

18原因分析：按JTJ012－94《公路混凝土路面设计规范》，对于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。

19二、骨料骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的60％～80％，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。20⑴细骨料－a、种类及其特征4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为:

天然砂

人工砂河砂海砂山砂表面光滑，形态园整表面粗糙，多棱角经除土处理的机制砂、混合砂的统称。思考：河砂、山砂拌制混凝土时，各有什么利弊？21项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(按质量计)(%，≤）1.02.0轻物质(按质量计)(%，≤）1.0有机物（比色法）合格硫化物及硫酸盐(按SO3质量计)（%）≤0.5氯化物(以氯离子质量计)(%，≤)0.010.020.06*贝壳（按质量计）%≤3.05.08.0*该指标仅适用海砂，其他砂不作要求1、砂中有害物质含量（GB/T14684—2011）

222、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23筛分析试验——评定砂的粗细程度和颗粒级配0.30mm0.60mm1.18mm2.36mm4.75mm分计筛余量：各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率。累计筛余量：各筛与比该筛粗的所有筛之分计筛余百分率之和。0.15mm方孔筛24累计筛余与分计筛余的关系筛孔尺寸，mm分计筛余，%累计筛余，%4.752.361.180.600.300.15a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=

a1+a2+a3+a4+a5+a625

细度模数的计算3.7-3.1为粗砂（I区）3.0-2.3为中砂（II区）2.2-1.6为细砂（III区）26砂颗粒级配区

筛孔尺寸(mm)级配区1区2区3区累计筛余(按质量计)(%)9.50OOO4.7510∽O10∽O10∽O2.3635∽525∽015∽01.1865∽3550∽1025∽100.6085∽7170∽4140∽160.3095∽8092∽7085∽550.15100∽90100∽90100∽9027例4-６．某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配2829303.砂的含泥量、石粉含量和泥块含量含泥量：天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量石粉含量：机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量泥块含量：砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。项目指标I类II类III类含泥量,%≤1.0≤3.0≤5.0泥块含量,%0≤1.0≤2.0314.坚固性类别IIIIII质量损失，%≤8≤10采用硫酸钠溶液法，测质量损失。5.表观密度、松散堆积密度、空隙率表观密度不小于2500kg/m3;松散堆积密度不小于1400kg/m3；空隙率不大于44%326.碱集料反应在规定的试验龄期膨胀率小于0.10%7.含水率和饱和面干吸水率用户有要求时，应测。33⑵粗骨料卵石碎石粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。34粗骨料技术要求（GB/T14685-2011)1.颗粒级配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：同砂子颗粒级配的评定方法2.含泥量和泥块含量含泥量：卵石、碎石中粒径小于75μm的颗粒含量泥块含量：卵石、碎石中原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。项目指标I类II类III类含泥量,%≤0.5≤1.0≤1.5泥块含量,%0≤0.2≤0.535粗骨料技术要求（GB/T14685-2011)3.针片状颗粒含量卵石、碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍为针状颗粒，厚度小于平均粒径0.4倍为片状颗粒。4.有害物质类别IIIIII针片状颗粒总含量，%≤5≤10≤15有机物，硫化物及硫酸盐符合限量。36粗骨料技术要求（GB/T14685-2011)5.坚固性

有抗冻要求的混凝土所用粗骨料,要求测定其坚固性。即用硫酸钠溶液法检验,试样经五次循环后,其质量损失应不超过表中

的规定。

类别IIIIII质量损失，%≤5≤8≤1237粗骨料技术要求（GB/T14685-2011)6.强度粗集料在水泥混凝土中起骨架作用，应具有一定的强度。表示方法：2）压碎指标:1）抗压强度：母岩50mm的立方体（或直径与高度均为50mm的圆柱体）试件，在饱和水状态下测定的抗压强度值。用19~9.5筛余；施压后2.36筛余200KN，3～5s38粗骨料压碎指标要求类别IIIIII碎石压碎指标%≤10≤20≤30卵石压碎指标%≤12≤14≤1639粗骨料技术要求（GB/T14685-2011)7.表观密度、连续级配松散堆积空隙率表观密度不小于2600kg/m3类别IIIIII空隙率，%≤43≤45≤478.吸水率类别IIIIII吸水率，%≤1.0≤2.0≤2.040粗骨料技术要求（GB/T14685-2011)9.碱集料反应经碱集料反应试验后，试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%10.含水率和堆积密度41骨料的含水状态42砼外加剂（一）a.减水剂（为表面活性剂）作用机理：43砼外加剂（二）b.早强剂：氯盐、硫酸盐、有机胺c.引气剂d.缓凝剂e.速凝剂f.防冻剂：冬季施工g.膨胀剂h.泵送剂44砼掺合料（1）粉煤灰一般分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级（2）硅粉提高强度，改善孔结构（3）矿粉提高流变性，改善耐久性45新拌砼的和易性1.概念：流动性、粘聚性、保水性2.测定方法：a.坍落度测定适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度值为10~220mm的塑性和流动性混凝土拌合物稠度测定。46坍落度试验47b维勃稠度法维勃稠度法适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度在5~30s之间的混凝土拌合物稠度的测定。维勃稠度试验48C.坍落度大于220mm时，采用扩展度试验49掺高效减水剂后的坍落度503.影响因素：浆体数量、浆体稠度、砂率、水泥品种和骨料性质、外加剂、时间和温度砂率对混凝土坍落度的影响51硬化砼的强度（一）1.立方体抗压强度边长为150mm的立方体试件，在标准条件［温度（20±3）℃，相对湿度90%以上］下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值，确定砼强度等级（16个）。非标准尺寸，乘换算系数52硬化砼的强度（二）2.影响抗压强度的因素：胶凝材料强度和水胶比：fcu=αa×fb(B/W-αb)骨料：养护温度和湿度的影响龄期与强度的关系：fn=f28(lgn/lg28)53硬化砼的变形性（一）1.化学减缩水泥水化物的固体体积小于水化前（水＋水泥）的体积.C3A水化后体积减少量达23％左右；是化学收缩最严重的矿物，其次分别是C4AF、C3S、C2S控制措施：选用C3A含量低的水泥；降低水泥用量；选用较低的水胶比.54硬化砼的变形性（二）2.温度变形热胀冷缩：取决于其热膨胀系数水泥水化热在大体积砼内部不易散失，导致裂缝.其解决办法有：（1）低水化热水泥和减少水泥用量；（2）减少用水量；（3）选用热膨胀系数低的骨料；（4）预冷原材料；（5）合理分缝、分块；（6）在砼中埋冷却水管（7）表面绝热55硬化砼的变形性（三）3.干缩湿胀水分散失引起体积收缩，称为干燥收缩；受潮后体积膨胀，称为湿胀.4.荷载作用下的变形（1）短期荷载作用下的弹塑性变形（2）长期荷载作用下的徐变砼承受持续荷载时，随时间的延长而增加的变形称为徐变.56硬化砼的耐久性混凝土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。GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，2010年7月1日实施57用P4、P6、P8表示抗渗等级，表示砼承受0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa的水压力而不渗水.1.砼的抗渗性（水渗透)3/658抗冻标号：慢冻法，立方体，D100抗冻等级：快冻法，棱柱体，F1002.砼的抗冻性指标：抗压强度损失不超过25％质量损失不超过5％无破损指标：动弹性模量损失不超过40％59快速自动冻融试验机6061

如果骨料的坚固性良好，主要侵蚀是由于环境介质对水泥石的化学侵蚀，如酸、碱、硫酸盐等.3.砼的抗侵蚀性抗硫酸盐侵蚀试验：干湿交替环境中经受的最大干湿循环次数，KS90100mm立方体，测试强度损失，不低于75%624.砼的碳化概念：砼碱性降低，中性化的过程，结果是使钢筋失去碱性保护而锈蚀。（1）水泥品种与碳化速度（3）环境条件：相对湿度50％～70％最快掺混合材的水泥＞普通硅酸盐水泥＞早强硅酸盐水泥（2）水胶比影响因素63

含有活性二氧化硅的骨料与水泥和外加剂中带入的碱（Na2O＋0.66K2O）在有水环境发生反应，生成吸水肿胀的碱－硅酸凝胶导致砼胀裂的耐久性破坏.5.砼的碱－骨料反应破坏特征：时间性、表面开裂、膨胀、渗出凝胶、内部凝胶、反应环、内部裂纹Na＋（K+)+SiO2+OH-

==Na(K)---Si---Hgel64其他耐久性实验抗氯离子渗透收缩试验（自由收缩）早期抗裂试验受压徐变试验混凝土中钢筋锈蚀试验抗压疲劳变形试验65提高砼耐久性措施合理选用水泥品种（如低碱水泥）最大水灰比和最小水泥用量限值非活性骨料加入掺合料和外加剂改善施工和使用条件end66混凝土的发展方向

高强混凝土高性能混凝土绿色混凝土耐久混凝土：抗冻混凝土、抗渗混凝土等67混凝土配合比设计Ⅰ初步计算配合比Ⅲ实验室配合比Ⅱ试拌（基准)配合比Ⅳ施工配合比调整坍落度校核强度、耐久性扣减工地砂石含水量68第一步：混凝土配制强度的确定设计强度小于C60：fcu.0

＝fcu.k

+1.645σ(≥C60:fcu.0

＝1.15fcu.k)式中：fcu.0——混凝土配制强度（MPa）

fcu.k——混凝土立方体抗压强度标准值；

σ——混凝土强度标准差（MPa）。σ的确定：A、施工单位有强度历史资料时，依公式计算；当计算结果小于（<C30,取3.0;C30-C60,取4.0)B、施工单位无强度历史资料时，≤C20:σ=4.0；C25-C45：σ=5.0；C50-C55:σ=6.0《混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011从2011年12月1日开始实施69第二步、初步确定水胶比（W/B）强度小于C60时，水胶比计算：胶凝材料28d无抗压强度实测值时，按下式计算：水泥胶砂28d强度无实测值时，按下式计算：按统计资料确定，缺乏资料时，按表取值70水泥强度等级富余系数水泥强度等级值32.542.552.5富余系数1.121.161.10种类掺量(%)粉煤灰影响系数f粒化高炉矿渣粉影响系数s01.001.00100.85～0.951.00200.75～0.850.95～1.00300.65～0.750.90～1.00400.55～0.650.80～0.9050-0.70～0.85粉煤灰影响系数(f)和粒化高炉矿渣粉影响系数(s)注：①宜采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰宜取上限值；②采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值，采用S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加0.05。

③当超出表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数应经试验确定。71混凝土结构的环境类别（GB50010-2010)《混凝土结构设计规范》环境类别条件

一室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境二a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境二b干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三a严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境三b盐渍土环境；除受冰盐作用环境；海岸环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境72结构混凝土材料的耐久性基本要求（GB50010-2010)《混凝土结构设计规范》环境等级最大水胶比最低强度等级最大氯离子含量（%）最大碱含量kg/m3一0.6C200.30不限制二a0.55C250.203.0二b0.50（0.55）C30(C25)0.15三a0.45（0.50）C35(C30)0.15三b0.40C400.10

注：1氯离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比；

2预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%；其最低混凝土强度等级宜按表中的规定提高两个等级；

3素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松；

4当有可靠工程经验时，处于二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级；

5处于严寒和寒冷地区二b、三a类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数；

6当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。73除配制C15及以下强度等级的混凝土外，胶凝材料须满足下表要求，《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011最大水灰（胶）比最小胶凝材料用量（kg/m3）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土0.602502803000.552803003000.50320≤0.45320混凝土的最小胶凝材料用量74《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-201175第三步、确定用水量(mw0)

干硬性混凝土或塑性混凝土用水量应符合下列规定：1.水胶比在0.40-0.80范围内时，干硬性混凝土（坍落度小于10mm且须用维勃稠度(s)表示其稠度）用水量按表5.2.1-1选取：拌合物稠度卵石最大公称粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标10.020.040.016.020.040.0维勃稠度(s)16～2017516014518017015511～151801651501851751605～10185170155190180165干硬性混凝土的用水量(kg/m3)76水胶比在0.40-0.80范围内时，塑性混凝土(坍落度10-90mm）用水量按下表选用注：①本表用水量系采用中砂时取值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5~10㎏，采用粗砂则可减少5～10㎏。②掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。2.水胶比小于0.40，由试验确定。77掺外加剂时，流动性（坍落度100-150mm）或大流动性(坍落度大于160mm)混凝土的用水量（mw0）可按下式计算：——外加剂的减水率（%），应经混凝土试验确定。─计算配合比每m3混凝土的用水量(kg/m3)；─未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每m3混凝土用水量(kg/m3)，以表中90㎜坍落度的用水量为基础，按每增大20㎜坍落度相应增加5kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到180㎜以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少；

78每立方米混凝土中外加剂用量(ma0）应按下式计算：─计算配合比每m3混凝土中外加剂用量(kg/m3)；

─计算配合比每m3混凝土中胶凝材料用量(kg/m3)；─外加剂掺量(%),应经混凝土试验确定。79第四步胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量每m3混凝土的胶凝材料用量(mbo)应按式5-20计算，并应进行试拌调整，在拌合物性能满足的情况下，取经济合理的胶凝材料用量。(5-20)

─计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m3)；

─计算配合比每m3混凝土的用水量(kg/m3)；─混凝土水灰（胶）比。80每m3混凝土的矿物掺合料用量()应按式5-21计算：(5-21)式中：─计算配合比每m3混凝土中矿物掺合料用量(kg/m3)；每m3混凝土的水泥用量()应按式5-22计算：─矿物掺合料掺量(%)；

(5-22)─计算配合比每m3混凝土中水泥用量(kg/m3)81第五步选取合理砂率值（βs）当缺乏砂率的历史资料时，混凝土砂率的确定应符合下列规定：1．坍落度＜10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。2．坍落度为10～60mm的混凝土砂率，其砂率可根据粗骨料品种、最大公称粒径及水灰（胶）比按表5-36选取。3．坍落度＞60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表5-26的基础上，按坍落度每增大20mm、砂率增大1％的幅度予以调整。8283第六步粗、细骨料的用量

A质量法：若原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌和物的表观密度将接近一个固定值。B

体积法：假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和。84质量法：mgo------每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）;mso──－每立方米混凝土的细骨料用量（kg）；

βs────砂率（％）；

mcp──1m3混凝土拌和物的假定质量,其值可取2350～2450kg.