建筑材料混凝土解析

建筑材料混凝土解析第1页/共133页

混凝土(Concrete,砼）是由胶凝材料、骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化而成的人造石材。

按胶凝材料不同，分为水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；

★按表观密度不同，分为重混凝土(ρ0＞2600kg/m3)、普通混凝土(ρ0=1950~2500kg/m3)、轻混凝土(ρ0＜1950kg/m3)；第2页/共133页

按使用功能不同，分为结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；

按施工工艺不同，又分为喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。

★混凝土的特点：

可塑性好、性能可调、可用钢筋增强、耐久性好、原材料来源丰富；但自重大、呈脆性、施工过程影响因素多。第3页/共133页本章内容4.1

普通混凝土的组成材料4.2

混凝土的主要技术性质4.3

混凝土外加剂4.4

普通混凝土配合比设计4.5

其他品种混凝土第4页/共133页4.1普通混凝土的组成材料

普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌和，经硬化而成的一种人造石材。

★砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。

水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚固的整体。其结构如图4.1。第5页/共133页图4.1普通混凝土结构示意图1—石子；2—砂子；3—水泥浆；4—气孔第6页/共133页1）水泥品种的选择配制混凝土时，一般可采用六大品种水泥，必要时也可采用快硬水泥、铝酸盐水泥等。

详见第3章内容。1水泥第7页/共133页水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。一般以水泥强度(以MPa为单位)为混凝土强度等级的1.5~2.0倍较适宜，水泥强度等级过高或过低，会导致水泥用量过少或过多，对混凝土的技术性能及经济效果都不利。2）水泥强度等级的选择第8页/共133页普通混凝土的细骨料主要采用天然砂和人工砂。

天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。按产源不同，天然砂分为山砂、河砂和海砂。

人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。2细骨料－砂子第9页/共133页常用砂第10页/共133页

《建筑用砂》GB/T14684-2001砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；

Ⅱ类宜用于强度等级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。第11页/共133页为了节约水泥，并使混凝土结构达到较高密实度，选择骨料时，应尽可能选用总表面积较小、空隙率较小的骨料，而砂子的总表面积与粗细程度有关，空隙率则与颗粒级配有关。

(1)粗细程度

砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。1）砂的粗细程度及颗粒级配第12页/共133页(2)颗粒级配

砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图4.2所示。第13页/共133页图4.2骨料颗粒级配示意图(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径第14页/共133页★(3)砂的粗细程度与颗粒级配的评定砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表4.1。第15页/共133页砂子的筛分析试验第16页/共133页总称量500g第17页/共133页表4.1累计筛余率与分计筛余率计算关系筛孔尺寸筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)×100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)×100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)×100%A3=a1+a2+a3600μmm4a4=(m4/500)×100%A4=a1+a2+a3+a4300μmm5a5=(m5/500)×100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150μmm6a6=(m6/500)×100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6筛底m7a7=(m7/500)×100%A7=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7第18页/共133页砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下：建筑用砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂：3.7~3.1；中砂：3.0~2.3；细砂：2.2~1.6。第19页/共133页砂的颗粒级配用级配区表示，以级配区或级配曲线判定砂级配的合格性。对细度模数为3.7~1.6的建筑用砂，根据600μm筛的累计筛余百分率分成3个级配区，见表4.2。为了更直观地反映砂的颗粒级配，以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，根据表4.2的数值可以画出砂子3个级配区的级配曲线，如图4.3所示。第20页/共133页表4.2建筑用砂的颗粒级配(GB/T14684—2001)筛孔尺寸1区2区3区累计筛余百分率(%)9.50mm0004.75mm10~010~010~02.36mm35~525~015~01.18mm65~3550~1025~0600μm85~7170~4140~16300μm95~8092~7085~55150μm100~90100~90100~90第21页/共133页图4.3砂的级配曲线第22页/共133页【例题】用500g烘干砂进行筛分试验，其结果如表4.3所求。试分析该砂的粗细程度与颗粒级配。【解】计算细度模数Mx

评定结果：将累计筛余百分率与表4.2作对照，或绘出级配曲线，此砂处于2区，级配良好；细度模数为2.66，属中砂。第23页/共133页筛孔尺寸筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mm27.55.55.52.36mm428.413.91.18mm479.423.3600μm191.538.361.6300μm102.520.582.1150μm8216.498.5<150μm7.51.5100表4.3砂样筛分结果第24页/共133页

含泥量是指天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。天然砂的含泥量应符合表4.4的规定。人工砂的石粉含量应符合表4.5的规定。砂中泥块含量应符合表4.4和表4.5的规定。2）含泥量、石粉含量和泥块含量第25页/共133页表4.4天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）（%）<1.0<3.0<5.0泥块含量（按质量计）（%）0<1.0<2.0第26页/共133页表4.5人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类1亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量(按质量计)(%)<3.0<5.0<7.02泥块含量(按质量计)(%)0<1.0<2.03MB值≥1.40或不合格石粉含量(按质量计)(%)<1.0<3.0<5.04泥块含量(按质量计)(%)0<1.0<2.0第27页/共133页国家标准规定砂中不应混有草根、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂物，砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表4.6的规定。3）有害物质含量第28页/共133页项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(按质量计)(%，小于）1.02.02.0轻物质(按质量计)(%，小于）1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.50.50.5氯化物(以氯离子质量计)(%，小于)0.010.020.06表4.6砂中有害物质含量（GB/T14684—2001）第29页/共133页

砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表4.7的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表4.8的规定。4）坚固性第30页/共133页表4.7坚固性指标(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失（%，小于）8810表4.8压碎指标(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级最大压碎指标(%，小于)

202530第31页/共133页砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。5）表观密度、堆积密度、空隙率第32页/共133页普通混凝土常用的粗骨料分卵石和碎石两类。

卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵石、海卵石、山卵石等。

碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。3粗骨料－石子第33页/共133页

《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2001卵石、碎石按技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。

Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；

Ⅱ类宜用于强度等级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混凝土。第34页/共133页(1)最大粒径Dmax粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粗骨料的最大粒径增大，则其总表面积相应减小，包裹粗骨料所需的水泥浆量就减少，可节约水泥；或者在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。1）最大粒径和颗粒级配第35页/共133页(2)颗粒级配良好的粗骨料，对提高混凝土强度、耐久性，节约水泥是极为有利的。粗骨料的颗粒级配分连续粒级和单粒粒级。粗骨料颗粒级配好坏的判定也是通过筛分析法进行的。据国家标准，建筑用卵石、碎石的颗粒级配应符合表4.9的规定。第36页/共133页第37页/共133页表4.9建筑用卵石、碎石的颗粒级配(GB/T14685—2001)第38页/共133页

粗骨料中含泥量是指粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。粗骨料中含泥量和泥块含量应符合表4.10的规定。2）含泥量和泥块含量第39页/共133页表4.10含泥量和泥块含量(GB/T14685—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）（%）<0.5<1.0<1.5泥块含量（按质量计）（%）0<0.5<0.7第40页/共133页

卵石和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倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。针片状颗粒易折断，且会增大骨料的空隙率和总表面积，使混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性降低。其含量应符合表4.11的规定。3）针片状颗粒含量第41页/共133页表4.11针片状颗粒含量(GB/T14685—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒(按质量计)(%，小于)

51525第42页/共133页

卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。卵石和碎石中如含有有机物、硫化物及硫酸盐，其含量应符合表4.12的规定。4）有害物质第43页/共133页项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.51.01.0表4.12有害物质含量(GB/T14685—2001)第44页/共133页坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表4.13的规定。5）坚固性第45页/共133页表4.13坚固性指标(GB/T14685—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失(%，小于)

5812第46页/共133页(1)岩石抗压强度

岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×

50mm的立方体试件或50mm×50mm的圆柱体试件，测得的其在饱和水状态下的抗压强度值。国家标准规定，岩石抗压强度：火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。★6）强度第47页/共133页(2)压碎指标

压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，将直径为10-20mm的碎石分三层装入标准圆筒内，按一定方法加压至200kN，再过2.36mm的筛。其值越小，说明强度越高。压碎指标＝碎石、卵石的压碎指标应符合表4.14的规定。第48页/共133页项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%，小于）102030卵石压碎指标（%，小于）121616表4.14压碎指标(GB/T14685—2001)第49页/共133页

碎石和卵石的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。7）表观密度、堆积密度、空隙率

经碱集料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10%。8）碱集料反应第50页/共133页★骨料的四种含水状态干燥状态第51页/共133页

对混凝土用水的质量要求：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度的发展；不得降低混凝土的耐久性，加快钢筋锈蚀及导致预应力钢筋脆断；不得污染混凝土表面。

《混凝土拌和用水标准》(JGJ63—2006)对混凝土用水提出了具体的质量要求。4混凝土用水第52页/共133页4.2混凝土的主要技术性质混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性，混凝土强度、变形及耐久性等。混凝土各组成材料按一定比例搅拌后尚未凝结硬化的材料称为混凝土拌合物。第53页/共133页1）和易性概念

和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。★1混凝土拌合物的和易性第54页/共133页第55页/共133页(1)流动性是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并均匀密实地填充整个模型的性能。流动性好的混凝土拌合物操作方便、易于捣实和成型。(2)粘聚性是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。第56页/共133页(3)保水性是指拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性三者既互相联系，又互相矛盾。施工时应兼顾三者，使拌合物既满足要求的流动性，又保证良好的粘聚性和保水性。第57页/共133页

《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GB/T50080—2002)规定采用坍落度试验和维勃稠度试验进行评定。

(1)坍落度将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度(如图4.4)。2）和易性测定第58页/共133页根据坍落度大小，可将混凝土拌合物分成4级，见表4.15。混凝土拌合物的坍落度应在一个适宜的范围内。其值可根据工程结构种类、钢筋疏密程度及振捣方法按表4.16选用。对于干硬性混凝土，和易性测定常采用维勃稠度试验。第59页/共133页(2)维勃稠度试验维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图4.5)。所用的时间(以秒计)称为该混凝土拌合物的维勃稠度。维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为4级，见表4.17。第60页/共133页图4.4坍落度测定第61页/共133页表4.15混凝土拌合物按坍落度分级级别名称坍落度(mm)允许偏差(mm)T1T2T3T4

低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土10~4050~90100~150＞160±10±20±30±30第62页/共133页表4.16混凝土浇筑时的坍落度项次结构种类坍落度(mm)1基础或地面等的垫层、无筋的厚大结构(挡土墙、基础或厚大的块体等)或配筋稀疏的结构10~302板、梁和大型及中型截面的柱子等30~503配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)50~704配筋特密的结构70~90第63页/共133页图4.5维勃稠度仪第64页/共133页级别名称维勃稠度（s）V0V1V2V3

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≥3130~2120~1110~5表4.17混凝土按维勃稠度的分级第65页/共133页(1)水泥浆的数量在水灰比不变的条件下，增加混凝土单位体积中的水泥浆数量，能使骨料周围有足够的水泥浆包裹，改善骨料之间的润滑性能，从而使混凝土拌合物的流动性提高。但水泥浆数量不宜过多，否则会出现流浆现象，粘聚性变差，浪费水泥，同时影响混凝土强度。3影响混凝土和易性的主要因素第66页/共133页(2)水泥浆的稠度水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.40~0.75之间，并尽量选用小的水灰比。第67页/共133页(3)砂率(βS或SP)

砂率是指混凝土内砂的质量占砂、石总量的百分比。选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率(如图4.6、图4.7)。合理砂率一般通过试验确定，在不具备试验的条件下，可参考表4.18选取。第68页/共133页图4.6砂率与坍落度关系(水及水泥用量不变)第69页/共133页图5.7砂率与水泥用量关系(坍落度不变)第70页/共133页表4.18混凝土砂率(%)水灰比(W/C)卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)1020401020400.400.500.600.7026~3230~3533~3836~4125~3129~3432~3735~4024~3028~3331~3634~3930~3533~3836~4139~4429~3432~3735~4038~4327~3230~3533~3836~41第71页/共133页(4)原材料的性质

①水泥品种在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。

②骨料如其他条件相同，卵石混凝土比碎石混凝土流动性大，级配好的比级配差的流动性大。第72页/共133页(5)其他因素

①外加剂拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性

②温度混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低。

③时间随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小。第73页/共133页★1）混凝土立方体抗压强度

《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081—2002)规定，制作150mm×150mm×150mm的标准立方体试件(在特殊情况下，可采用150mm×300mm的圆柱体标准试件)，在标准条件(温度20±2℃，相对湿度95%以上)下养护到28d，所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。2混凝土强度第74页/共133页当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度。换算方法是将所测得的强度乘以相应的换算系数(见表4.19)。

混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k是指具有95%强度保证率的立方体抗压强度。

fcuP=95%+fcu,k第75页/共133页表4.19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第76页/共133页混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值表示。普通混凝土通常划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级(C60以上的混凝土称为高强混凝土)。第77页/共133页

混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为10~55MPa的范围内，fcp=(0.7~0.8)fcu。2）混凝土其他强度

（1）轴心抗压强度fcp

以150×150×300mm的棱柱体为标准试件，其他条件与立方体抗压强度相同。第78页/共133页

（2）抗拉强度

抗拉强度通过劈裂抗拉强度进行测试。原理：在试件的两个相对的表面素线上作用着均匀分布的压应力，这样就能够在外力作用的竖向平面内产生均布拉伸应力。公式P—破坏荷载,NA—试件的劈裂面面积,mm²第79页/共133页(3)抗折强度抗折强度通过三分点加荷试验测试。试件：150×150×550mm梁型试件第80页/共133页

混凝土强度主要取决于水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度，而水泥石强度及其与骨料的粘结强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系。同时，龄期及养护条件等因素对混凝土强度也有较大影响。

★3）影响混凝土强度的主要因素第81页/共133页(1)水泥强度等级和水灰比

配合比相同时，水泥强度等级越高，混凝土强度也越大；在一定范围内，水灰比越小，混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水灰比呈曲线关系，而与灰水比呈直线关系(见图4.8)。其强度计算公式是：AB碎石0.460.07卵石0.480.33第82页/共133页图4.8混凝土强度与水灰比及灰水比关系(a)强度与水灰比关系；(b)强度与灰水比关系第83页/共133页(2)粗骨料的颗粒形状和表面特征粗骨料对混凝土强度的影响主要表现在颗粒形状和表面特征上。当粗骨料中含有大量针片状颗粒及风化的岩石时，会降低混凝土强度。碎石表面粗糙、多棱角，与水泥石粘结力较强，而卵石表面光滑，与水泥石粘结力较弱。因此，水泥强度等级和水灰比相同时，碎石混凝土强度比卵石混凝土的高些。第84页/共133页卵石碎石第85页/共133页(3)养护条件

试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。

《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204—2002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。混凝土强度与保持潮湿日期的关系见图4.9，温度对混凝土强度的影响见图4.10。第86页/共133页图4.9混凝土强度与保持潮湿时间的关系1—长期保持潮湿；2—保持潮湿14d；3—保持潮湿7d；4—保持潮湿3d；5—保持潮湿1d第87页/共133页图4.10温度、龄期对混凝土强度影响参考曲线第88页/共133页第89页/共133页(4)龄期混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期增长而提高。在最初7~14d内，强度增长较快，28d后强度增长缓慢(见图4.10)。混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系：第90页/共133页(5)

试验条件

①试件尺寸相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。

②试件的形状当试件受压面积(a×a)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。见图4.11

③表面状态

④加荷速度

第91页/共133页图4.11混凝土试件的破坏状态(a)立方体试件；(b)棱柱体试件；(c)试件破坏后的棱锥体；(d)不受承压板约束时试件的破坏情况第92页/共133页

(1)

采用高强度等级水泥

(2)

采用干硬性混凝土

(3)

采用有害杂质少、级配良好的集料和合理的砂率

(4)采用机械搅拌和振捣图4.12

(5)采用蒸汽或蒸压养护

(6)

掺入合适的外加剂和掺合料★4）提高混凝土强度的措施第93页/共133页图4.12捣实方法对混凝土强度的影响第94页/共133页1）非荷载作用下的变形非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。

(1)化学收缩是指由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，致使混凝土产生收缩。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。3混凝土变形第95页/共133页

(2)干湿变形即混凝土干燥、潮湿引起的尺寸变化。其中湿胀变形量很小，一般无破坏性，但干缩对混凝土危害较大，应尽量减小。

(3)温度变形即混凝土热胀冷缩的性能。由于水泥水化放出热量，因此，温度变形对大体积混凝土工程极为不利，容易引起内外膨胀不均而导致混凝土开裂。第96页/共133页

荷载作用下的变形主要是徐变，所谓徐变是指在长期不变的荷载作用下，随时间而增长的变形。图4.13表示混凝土徐变的曲线。混凝土徐变大小与许多因素有关。如水灰比、养护条件、水泥用量等均对徐变有影响。徐变的产生，有利也有弊。2）载荷作用下的变形第97页/共133页图4.13混凝土徐变曲线第98页/共133页工程中混凝土的劣化第99页/共133页1）混凝土耐久性概念

★混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性及抗碳化性、碱集料反应等等。4混凝土耐久性第100页/共133页(1)抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能，是评定混凝土耐久性的主要指标。

抗冻等级根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响抗冻性的重要因素第101页/共133页(2)抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。

提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。第102页/共133页(3)抗侵蚀性腐蚀的类型通常有软水腐蚀、硫酸盐腐蚀、强碱腐蚀等，其腐蚀机理详见第3章。混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。第103页/共133页

(4)抗碳化性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，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略增加CaCO3堵孔，碳化放出水分，有利水泥水化第104页/共133页

★(5)碱集料反应

是指水泥中的碱性物质(氧化钠或氧化钾)过多，且集料中含有活性二氧化硅时，二者反应生成碱—硅酸凝胶,不断吸水引起体积膨胀,使混凝土开裂、最终破坏的现象。第105页/共133页

(1)根据工程所处环境及要求，合理选择水泥品种。

(2)控制水灰比及保证足够的水泥用量(表4.20)

(3)改善粗细骨料的颗粒级配。

(4)掺加外加剂，以改善抗冻、抗渗性能。

(5)加强浇捣和养护，以提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象。

(6)采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层。2）提高混凝土耐久性措施第106页/共133页表4.20混凝土的最大水灰比和最小水泥用量(JGJ55—2000)第107页/共133页4.3混凝土外加剂

国家标准GB8076—1997《混凝土外加剂》按外加剂的主要功能将混凝土外加剂分为4类：

(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，其中包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，其中包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。1外加剂的分类第108页/共133页

(3)改善混凝土耐久性的外加剂，其中包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。

(4)改善混凝土其他性能的外加剂，其中包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。第109页/共133页1）减水剂

减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。(1)减水剂的减水作用水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物［图4.14(a)］。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来［图4.14(b)］。2常用的外加剂第110页/共133页图4.14水泥浆结构1—水泥颗粒；2—游离水(a)未掺减水剂时的水泥浆体中絮状结构；(b)掺减水剂的水泥浆结构第111页/共133页★(2)使用减水剂的技术经济效果

①在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌和水量5%~25%或更多。

②在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100~200mm)。

③若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%~20%。

④提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。第112页/共133页(3)常用的减水剂

目前，减水剂主要有木质素系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐殖酸等几类，各类可按主要功能分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等几种。详细介绍见教材P77。

第113页/共133页

加速混凝土早期强度发展的外加剂称为早强剂。这类外加剂能加速水泥的水化过程，提高混凝土的早期强度并对后期强度无显著影响。

目前常用的早强剂有氯盐、硫酸盐、三乙醇胺三大类及以它们为基础的复合早强剂。2）早强剂第114页/共133页

在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.05~1.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。

常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸钠及烷基苯磺酸钠等。3）引气剂第115页/共133页

延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂。

常用的缓凝剂有无机盐类，如硼砂(Na2B4O7·10H2O)，其掺量为水泥质量0.1%~

0.2%；磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)，其掺量为水泥质量0.1%~1.0%等。还有有机物羟基羟酸盐类，如酒石酸，掺量为0.2%~0.3%；柠檬酸，其掺量为0.05%~0.1%；以及使用较多的糖蜜类缓凝剂，其掺量为0.1%~0.5%。4）缓凝剂第116页/共133页

能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂称为防冻剂。在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。

常用的复合防冻剂有NON-F型、NC-3型、MN-F型、FW2、FW3、AN-4等。5）防冻剂第117页/共133页(1)外加剂品种的选择选择外加剂时，应根据工程需要、现场条件及产品说明书进行全面考虑。(2)外加剂掺量的选择外加剂品种选定后，还要认真确定外加剂的掺量。(3)外加剂的掺入方法先掺法、后掺法、同掺法等。3外加剂施工和保管注意事项第118页/共133页★4.4普通混凝土配合比设计第119页/共133页第120页/共133页【例题】某工程钢筋混凝土大梁，混凝土设计强度等级为C20，施工要求坍落度为35~50mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。采用材料：普通水泥，32.5级，实测强度为34.8

MPa，密度为3100kg/m3；中砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1450kg/m3；卵石，最大粒径20mm，表观密度为2.73g/cm3，堆积密度为1500kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比(按干燥材料计算)。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%，求施工配合比。第121页/共133页【解】(1)确定配制强度。

(2)确定水灰比(W/C)

(3)确定用水量(mW0)

(4)计算水泥用量(mC0）

(5)确定砂率

(6)计算砂、石用量mS0、mG0

(7)计算初步配合比

(8)配合比调整

(9)试验室配合比

(10)施工配合比第122页/