中心实验室田小岩主任桂松工区培训课件-混凝土

黔中水利枢纽一期工程桂松工区技术沟通会-混凝土混凝土

Concrete1混凝土的基本概念2一般混凝土协作比设计3一般混凝土拌合物性能试验4一般混凝土物理力学试验5混凝土质量限制1.混凝土的定义和分类1.1定义广义上----凡由胶凝材料、骨料按适当比例协作，拌合制成的混合物，经确定时间硬化而成的人造石材统称之为混凝土。目前工程上运用最多的是以水泥为胶结材料，以砂、石为骨料，加水及掺入适量外加剂和掺和料拌制的一般水泥混凝土（简称一般混凝土）1.2混凝土的分类按表观密度分类特重混凝土——其表观密度大于2700kg/m3，用重骨料和钡水泥、锶水泥等重水泥配制而成。具有防射线的性能，又称防辐射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。一般（重）混凝土——表观密度1900kg/m3～2500kg/m3，用一般的自然砂石为骨料配制而成，为建筑工程中常用的混凝土。轻混凝土——表观密度小于1900kg/m3，是接受陶粒等轻质多孔的骨料，或者不接受骨料而掺入加气剂或泡沫剂，形成多孔结构的混凝土。主要用作轻质结构材料和绝热材料。按用途分类结构混凝土防水混凝土道路混凝土防辐射混凝土耐热混凝土耐酸混凝土大体积混凝土膨胀混凝土等。按胶结材料分类硅酸盐水泥混凝土铝酸盐水泥混凝土沥青混凝土树脂混凝土按流淌性分类干硬性混凝土：坍落度小于10，用维勃稠度表示稠度塑性混凝土：坍落度10～90流淌性混凝土：坍落度100～150大流淌性混凝土：坍落度大于160按其抗压强度（fcu）混凝土还可分为：一般混凝土（10MPa≤fcu≤50MPa)高强度混凝土（fcu≥60MPa)超高强度混凝土（fcu≥100MPa)按生产和施工方法分类泵送混凝土喷射混凝土滑模混凝土碾压混凝土自密实混凝土离心混凝土压力灌浆混凝土、预拌混凝土（商品混凝土）1.3混凝土的主要性质包括：

混凝土硬化前:混凝土拌合物的和易性（工作性Workability）

混凝土硬化后:混凝土的强度、变形性能和耐久性(1)混凝土拌合物的工作性新拌混凝土（FreshConcrete）的施工性、施工前后如何保持匀质性包括：工作性的定义工作性的评定方法影响工作性的因素实际工程调整工作性的方法新拌混凝土——混凝土的各组成材料按确定比例搅拌而制成的尚末凝固的混凝土拌和物。工作性的概念工作性——指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作（搅拌、运输、浇注、捣实）并能获得质量匀整，成型密实的混凝土的性能。工作性是一项综合性的技术指标，包括：流淌性粘聚性保水性不同的施工方式，所要求的工作性不同。粘聚性粘聚性——是指混凝土拌和物内部组分之间具有确定的凝合力，在运输和浇注过程中不致发生分层离析现象，使混凝土保持整体匀整的性能。粘聚性差的混凝土拌合物，在施工过程中易出现分层、离析现象。离析——指混凝土拌合物各组分分别，造成不匀整和失去连续性的现象。常有两种形式：粗骨料从混合料中分别；稀水泥浆从混合料中淌出。分层——指混凝土浇注后由于重力沉降产生的不匀整分布现象。流动性流淌性——是指混凝土拌和物在自重或机械振捣作用下，能产生流淌，并匀整密实地填满模板的性能。（广义上：流淌性是固、液体混合物，即分散系统中克服内阻力而产生变形的性能，其大小取决于固、液相的比例）。流淌性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠，干脆影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。保水性保水性——是指混凝土拌和物具有确定的保持内部水份的实力，在施工过程中不致产生严峻的泌水现象。保水性差的混凝土拌和物，在施工过程中，一部分水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的密实性变差，降低混凝土的强度和耐久性。它反映混凝土拌和物的稳定性。冲突的统一混凝土拌和物的流淌性、粘聚性、保水性，三者之间相互关联又相互冲突。如粘聚性好则保水性往往也好，但当流淌性增大时，粘聚性和保水性往往变差，反之亦然。所谓拌和物的工作性良好，就是要使这三方面的性能在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使冲突得到统一。流淌性（坍落度）的选择*需考虑的因素：结构类型构件截面大小配筋疏密搅拌方式——机械、人工输送方式浇注方法——是否泵送捣实方法等原则：在不阻碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能接受较小的坍落度，以节约水泥并获得质量高的混凝土。影响工作性的因素1水泥浆的数量2水泥浆的稠度3砂率4组成材料性质的影响5外加剂6时间和温度实际工程中调整和易性的原则：通过试验，接受合理砂率，并尽可能接受较低的砂率；改善砂、石（特殊是石子）的级配；在可能条件下，尽量接受较粗的砂、石；当混凝土拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石；有条件时尽量掺用外加剂－减水剂、引气剂。（2）混凝土的力学性能混凝土强度的意义：强度是混凝土最重要的力学性质，混凝土主要用于承受荷载或抗拒各种作用力。混凝土强度与混凝土的其它性能关系亲密，一般来说，混凝土的强度愈高，其刚性、不透水性、抗拒风化和某些侵蚀介质的实力也愈高，通常用混凝土强度来评定和限制混凝土的质量。混凝土强度的分类包括：抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度与钢筋的粘结强度等。砼的抗压强度与强度等级定义：混凝土的抗压强度是指标准试件在压力作用下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力（亦称极限强度）。混凝土结构物常以抗压强度为主要参数进行设计，而且抗压强度与其它强度及变形有良好的相关性，因此，抗压强度常作为评定混凝土质量的指标，并作为确定强度等级的依据。立方体标准试件抗压强度与强度等级的关系依据国家标准《一般混凝土力学性能试验方法》所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。砼强度等级:依据混凝土立方体抗压强度标准值（以fcu.k表示），将混凝土划分为十二个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60混凝土立方体抗压强度标准值fcu.k系指对按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，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％。影响混凝土强度的因素混凝土破坏的断面形式分：骨料剥离型骨料裂开型粘结界面破坏型混凝土强度关系式fcu=f(骨料强度、水泥石强度、界面强度)①水泥标号与水灰比水泥标号和水灰比是确定混凝土强度最主要的因素。水灰比不变时，水泥标号越高，则硬化水泥石强度越大，对骨料的胶结力也就越强，配制成的混凝土强度也就愈高。水泥标号相同的状况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度愈高。但水灰比过小，拌和物过于干稠，在确定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，反将导致混凝土强度严峻下降。W/C理论=0.223W/C实际=0.4~0.6强度与水灰比的关系示意图图3-6龄期与水灰比对混凝土强度的影响砼强度与W/C、水泥强度等的阅历公式fcu=Afce（C/W—B）

式中fcu———混凝土28d龄期的抗压强度（Mpa）；C————每立方米混凝土中水泥用量（Kg）；W————每立方米混凝土中水的用量（Kg）；C/W———混凝土的灰水比；fce———水泥的实际强度（Mpa）。在无法取得水泥实际强度时，可用式fce=γ.fce.k代入，其中fce.k为水泥标号，γ为水泥标号值的富余系数（一般为1.13）。A、B——阅历系数（骨料系数）A、B——阅历系数，与骨料品种及水泥品种等因素有关，其数值通过试验求得。若无试验统计资料，则可按《一般混凝土协作比设计规程》（JGJ55－96）供应的A、B阅历系数取用：接受碎石A＝0.46B＝0.07接受卵石A＝0.48B＝0.33公式的适用范围：只适用于流淌性混凝土及低流淌性混凝土，对于干硬性混凝土则不适用。混凝土强度公式的应用：可依据所用的水泥标号和水灰比来估计所配制混凝土的强度，也可依据水泥标号和要求的混凝土强度等级来计算应接受的水灰比。②骨料的影响影响因素：骨料的强度骨料的种类骨料的级配骨料的表面状态骨料的粒形骨料的有害杂质和弱颗粒含量③龄期定义：龄期——是指混凝土在正常养护条件下所阅历的时间。在正常养护的条件下，混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展，最初7～14天内强度发展较快，以后渐渐变缓，28天达到设计强度。28天后强度仍在发展，其增长过程可持续数十年之久。砼强度与龄期的关系图龄期与强度阅历公式在标准养护条件下，混凝土强度的发展，大致与其龄期的常用对数成正比关系（龄期不小于3d）。

式中fn———nd龄期混凝土的抗压强度（MPa）；f28———28d龄期混凝土的抗压强度（MPa）；n———养护龄期（d），n≥3。龄期与强度阅历公式的应用可以由所测混凝土早期强度，估算其28d龄期的强度。或者可由混凝土的28d强度，推算28d前混凝土达到某一强度须要养护的天数，如确定混凝土拆模、构件起吊、放松预应力钢筋、制品养护、出厂等日期。④养护温度及湿度的影响混凝土强度是一个渐进发展的过程，其发展的程度和速度取决于水泥的水化，而混凝土成型后的温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土浇捣成型后，必需在确定时间内保持适当的温度和足够的湿度以使水泥充分水化，保证混凝土强度不断增长，以获得质量良好的混凝土。温度影响养护温度高，水泥水化速度加快，混凝土强度的发展也快；在低温下混凝土强度发展迟缓。当温度降至冰点以下时，则由于混凝土中水分大部分结冰，不但水泥停止水化，混凝土强度停止发展，而且由于混凝土孔隙中的水结冰产生体积膨胀（约9％），而对孔壁产生相当大的压应力（可达100MPa），从而使硬化中的混凝土结构遭遇破坏，导致混凝土已获得的强度受到损失。混凝土早期强度低，更简洁冻坏。冬季施工时，要特殊留意保温养护，以免混凝土早期受冻破坏。湿度影响四周环境的湿度对水泥的水化能否正常进行有显著影响。湿度适当，水泥水化反应顺当进行，使混凝土强度得到充分发展，因为水是水泥水化反应的必要成份。假如湿度不够，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止水化，严峻降低砼强度，而且使砼结构疏松，形成干缩裂缝，增大了渗水性，从而影响混凝土的耐久性。施工规范规定：在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖，以防止水分蒸发过快。在夏季施工混凝土进行自然养护时，运用硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥和矿渣水泥时，浇水保湿应不少于7d；运用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求时，应不少于14d。砼强度与保湿时间的关系图试验条件对砼强度测定值的影响试验条件是指：试件的尺寸试件形态试件表面状态加荷速度等提高混凝土强度的措施接受高标号水泥或早强型水泥接受低水灰比的干硬性混凝土接受湿热处理养护混凝土接受机械搅拌和振捣掺入混凝土外加剂、掺合料等（3）混凝土变形的性能分类：化学收缩Ⅰ非荷载作用下的变形干湿变形温度变形

Ⅱ荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形—徐变（4）混凝土的耐久性长期以来，人们始终认为混凝土材料是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建立的结构物运用寿命许久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已经运用了100年上下照旧完好。但与此同时不少结构物过早地毁坏，修理困难而且费用昂扬，促使人们重视耐久性问题；很多大型结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石油钻井平台、核废料储存容器等，对运用寿命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至几百年定义——混凝土抗拒环境介质作用并长期保持其良好的运用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的平安、正常运用的实力称为耐久性。混凝土的抗渗性：抗渗性是确定混凝土耐久性最主要的因素，若混凝土的抗渗性差，不仅四周水等液体物质易渗入内部，而且当遇有负温或环境水中含有侵蚀性介质时，混凝土就易遭遇冰冻或侵蚀作用而破坏，对钢筋混凝土还将引起其内部钢筋锈蚀并导致表面混凝土疼惜层开裂与剥落。因此，对地下建筑、水坝、水池、港工、海工等工程，必须要求混凝土具有确定的抗渗性。抗渗等级：抗渗等级是以28d龄期的标准试件，在标准试验方法下所能承受的最大静水压来确定的。抗渗等级有P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，表示能抗拒0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的静水压力而不渗透。提高混凝土抗渗性的主要措施：提高混凝土的密实度;改善混凝土中的孔隙结构，削减连通孔隙;可通过低的水灰比、好的骨料级配、充分的振捣和养护、掺入引气剂等方法来实现。混凝土的抗冻性——是指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严峻降低确定的性能。在寒冷地区，特殊是在接触水又受冻的环境下的混凝土要求具有较高的抗冻性抗冻等级：以28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以抗压强度损失不超过25％，且质量损失不超过5％时所能承受的最大循环次数来确定。混凝土的抗冻等级有F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300等九个等级，分别表示混凝土能承受冻融循环的最大次数不小于10、15、25、50、100、150、200、250和300次。混凝土的碳化（中性化）——是指混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳，在湿度适宜时发生化学反应，生成碳酸钙和水，也称中性化。碳化作用引起的碱度降低减弱了对钢筋的疼惜作用。因钢筋处在碱性环境中而在表面生成一层钝化膜，疼惜钢筋不易腐蚀；当碳化深度穿透混凝土疼惜层而达钢筋表面时，钢筋钝化膜被破坏而发生锈蚀，此时产生体积膨胀，致使混凝土疼惜层产生开裂；开裂后的混凝土有利于二氧化碳、水、氧等有害介质的进入，更加剧了碳化的进行和钢筋的锈蚀，最终导致混凝土产生顺筋开裂而破坏。影响碳化的因素：①环境中二氧化碳的浓度——二氧化碳浓度高（如铸造车间），碳化速度快②水泥品种——掺混合材的水泥碱度较低，碳化速度随混合材料掺量的增多而加快。③水灰比——水灰比愈小，混凝土愈密实，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就慢。④环境湿度——当环境中的相对湿度在50～75％时，碳化速度最快，当相对湿度小于25％或大于100％时，碳化将停止。提高混凝土耐久性的措施合理选择水泥品种。选用质量良好，技术条件合格的砂石骨料。限制水灰比及保证足够的水泥用量是保证混凝土密实度的重要措施，是提高混凝土耐久性的关键。掺入减水剂或引气剂，改善混凝土的孔结构，对提高混凝土的抗渗性和抗冻性有良好作用。改善施工操作，保证施工质1.2混凝土材料及作用水泥(Cement)：颗粒尺寸1-50μm密度3.1g/cm3骨料(Aggregate):粗骨料（粒径大4.75mm）细骨料（粒径小于4.75mm）密度2.7g/cm3水(water)：密度1g/cm3化学外加剂(admixture)和矿物掺合料材料名称检测频次水泥同品种、同等级的水泥200t，或＜200t为一批钢材同型号以60t为一批，不足60t者也为一批砂、碎石以每600t为一批，不满600t时也为一批粉煤灰同品种、同等级的粉煤灰200t，或＜200t为一批减水剂掺量大于1％（含1％）同品种的外加剂每一编号为100t，掺量小于1％的外加剂每一编号为50t，不足50t的也可按一个批量计水泥浆的作用：在混凝土硬化前，水泥桨起润滑作用，赐予混凝土拌合物确定的流淌性，便于施工。水泥桨硬化后，起胶结作用，把砂石骨料胶结在一起，成为坚硬的人造石材－砼，并产生力学强度。砂石材料作用：填充、骨架；约束收缩外加剂：有效改善新拌混凝土的工作性、凝合时间，硬化混凝土的强度、耐久性等性质。

2混凝土协作比设计目的：确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法：以每1混凝土中各项材料的质量表示，水泥（mc）300kg、水（mw）180kg、砂（ms）720kg、石子（mg）1200kg；以各项材料的质量比来表示（以水泥质量为1）如水泥：砂：石子：水＝1：2.4:4:0.6（1）混凝土协作比设计的基本要求1)满足混凝土结构设计——强度等级；2)满足混凝土施工——和易性；3)满足工程所处环境——耐久性的要求；4)符合经济原则——尽可能接受当地材料。混凝土协作比设计的资料准备了解工程设计要求的混凝土强度等级，以便确定混凝土配制强度。了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。了解结构构件断面尺寸及钢筋配制状况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌和物坍落度及混凝土强度的标准差。驾驭原材料的性能指标。水泥──品种、标号、密度；砂、石骨料──种类、表观密度、级配、最大粒径等；拌和用水──水质状况；外加剂──品种、性能、适宜掺量；掺和料——粉煤灰、矿渣、硅粉等。混凝土协作比设计中的三个参数Ⅰ、水与水泥之间的比例关系——水灰比表示；Ⅱ、砂与石子之间的比关系——砂率表示；Ⅲ、水泥浆与骨料之间的比例关系——单位体积用水量来表示。确定三个参数的基本原则：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；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，依据粗骨料的种类和规格确定混凝土的单位用水量；砂在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定砂率。混凝土协作比设计的步骤Ⅰ初步计算协作比Ⅲ试验室协作比Ⅱ基准协作比Ⅳ施工协作比调整坍落度校核强度、耐久性扣减工地砂石含水量二、初步计算协作比计算步骤：第一步：确定配制混凝土强度(fcu,t)其次步：确定水灰比(w/c)第三步：确定用水量W0第四步：确定水泥用量C0第五步：确定砂率βs第六步：确定砂石用量S0,G0第一步：混凝土配制强度的确定依据公式：fcu.0＝fcu.k

+1.645σ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；B、施工单位无强度历史资料时，

<C20时,σ=3.5C20-C40时,σ=4.5>C40时,σ=5.5其次步:初步确定水灰比（W/C）依混凝土强度公式：fcu,o=Afce(C/W-B)

W/C=Afce/(fcu,o+ABfce)耐久性校核：水灰比还不得大于P238表8.4中规定的最大水灰比值结果——两者取最小值。第三步:选取M3混凝土的用水量（mwo)

依据所用粗骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表8.5，选取1M3混凝土的用水量。第四步:

计算1M3混凝土的水泥用量（mco）计算——依据确定的水灰比（W/C）和选用的单位用水量（mwo），可计算出水泥用量（mco）。W/C=mwo/mwcmco=mwo/(W/C)校核——为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的水泥用量还应满足P238表8.4规定的最小水泥用量的要求；取值——两者最大值。第五步:选取合理砂率值（βs）方法：Ⅰ、依据填充理论和砂石状态参数，计算砂率；Ⅱ、依据混凝土拌和物的和易性，通过试验求出合理砂率——坍落度最大的最小砂率；Ⅲ、如无试验资料，可依据骨料品种、规格和水灰比，按P239表8.6选用。第六步:计算粗、细骨料的用量（mgo）及（mso）A质量法：若原材料状况比较稳定，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确定体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和。A、质量法：假设1M3混凝土拌和物的质量为某一确定值mcp，则可列方程：

式中mco───每立方米混凝土的水泥用量（kg）；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2400～2500kg.联立两式，即可求出mgo、mso。B、

体积法假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料确定体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和，可列出下式：

式中ρc───水泥密度,可取2900～3100（kg/m3）；