第五章水泥混凝土

第五章水泥混凝土第1页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.1概述

5.1.1混凝土的定义由胶凝材料、骨料（或称集料）按适当比例配合，拌和制成的混合物，经过一定时间硬化而形成的人造石材，统称之为混凝土。工程上使用最多的是水泥混凝土。第2页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.1.2砼的分类（一）按表观密度大小分类（1）重砼：＞2600kg/m3

，采用重晶石、铁矿石、钢屑等重骨料和钡水泥、锶水泥等重水泥配制而成。适用于国防核能工程的屏蔽结构，防射线、防辐射。第3页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）普通砼：=1950~2500kg/m3，用普通天然砂石为骨料配制而成的，建筑工程中常用的砼，适用建筑物的各种承重构件。（3）轻砼：＜1950kg/m3，采用陶粒等轻质多孔的骨料，或用发泡剂、加气剂形成多孔结构的砼。轻骨料混凝土，多孔混凝土和大孔混凝土。适用轻质结构，绝热材料。第4页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）按胶结材料分类水泥砼、沥青砼、石膏砼、水玻璃砼、聚合物砼。（三）按用途分类结构砼、防水砼、道路砼、防辐射砼、耐热砼、耐酸砼、大体积砼、膨胀砼。第5页，共142页，2023年，2月20日，星期三（四）按生产工艺分类泵送砼、喷射砼、碾压砼、挤压砼、离心砼、压力灌浆砼、预拌砼（商品砼）、拌制砼。（五）按抗压强度分类普通砼、高强砼、超高强砼。第6页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.1.3砼的特点（1）砼用料中80%以上的砂石可就地取材，成本低；（2）凝结前具有良好的可塑性，可以按工程结构的要求，浇筑成各种形状的任意尺寸的整体结构或预制构件；第7页，共142页，2023年，2月20日，星期三（3）硬化后有较高抗压强度和良好的耐久性；（4）砼与钢筋有牢固的粘结力，复合成钢筋混凝土，加大了砼的应用范围；（5）可利用工业废料调制成不同性能的砼，有利于环境保护；第8页，共142页，2023年，2月20日，星期三（6）自重大、比强度小；（7）抗拉强度低；（8）硬化速度慢，生产周期长；（9）强度波动因素多。随着现代混凝土科学技术的发展，混凝土的不足之处已经得到或正在被克服。例如采用轻骨料，可使混凝土的自重和导热系数显著降低；在混凝土内掺入纤维或聚合物，可大大降低混凝土的脆性；混凝十采用快硬水泥或掺入早强剂、减水剂等，可明显缩短其硬化周期。第9页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.1.4混凝土的发展方向自1824年发明了波特兰水泥之后，1830年前后就有了混凝土问世，1867年又出现了钢筋混凝上。混凝土和钢筋混凝土的出现，特别是钢筋混凝土的诞生，被誉为是对混凝土的第一次革命。上世纪30年代预应力钢筋混凝土的出现，被称为是混凝土的第二次革命。70年代出现的混凝土外加剂，认为是混凝土的第三次革命。为了适应将来的建筑向高层，超高层，大跨度发展，以及向地下和海洋开发，混凝土今后的发展方向是：快硬，高强，轻质，高耐久性，多功能和节能。第10页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.1.4砼的组成及各组成的作用砼由水泥、水、砂及石子四种基本材料组成。为节约水泥或改善砼的某些性能，常掺入外加剂和掺合料。外加剂和掺合料逐渐成为混凝土中必不可少的第五种成分。第11页，共142页，2023年，2月20日，星期三混凝土组成的绝对体积比第12页，共142页，2023年，2月20日，星期三水泥和水构成水泥浆，砂和石子为砼的骨料，砂为细骨料，石子为粗骨料，水泥浆和砂构成砂浆。水泥浆的作用：（1）填充砂的孔隙，并包裹砂粒；（2）拌制时在砂、石子之间起润滑作用，便于施工；第13页，共142页，2023年，2月20日，星期三（3）填充石子的空隙并包裹石子；（4）水泥浆硬化后形成水泥石，将砂、石胶结成一个整体。骨料的作用：（1）形成砼的骨架；（2）对水泥石的体积变形起一定的抑制作用。第14页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.1.5对砼的基本要求（1）具有符合设计要求的强度；（2）具有与施工条件相适应的施工和易性；（3）具有与工程环境相适应的耐久性；（4）材料配孔的经济合理性。第15页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.2混凝土的主要技术性质

5.2.1混凝土的和易性

1、定义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。和易性包含流动性、粘聚性、保水性。第16页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、和易性的含义

（1）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。第17页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）粘聚性（抗离性）粘聚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。第18页，共142页，2023年，2月20日，星期三（3）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。第19页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、和易性的测定（1）坍落度一般常用坍落度来表示常态砼流动性的大小。粘聚性及保水性常根据经验，通过试验或施工现场的观察定性地评定其优劣。第20页，共142页，2023年，2月20日，星期三坍落度测量试验第21页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）和易性的评定：流动性：坍落度粘聚性：在坍落的拌合物锥体一侧轻打，若逐渐下沉，表示粘聚性好，如果锥体突然倒塌，部分崩裂，或石子离析则表示粘聚性不好。第22页，共142页，2023年，2月20日，星期三保水性：若提起坍落筒后，有较多稀浆从底部析出，拌合物锥体因失浆而骨料外露，表示保水性不好。若提起坍落筒后，无稀浆析出或仅有少量稀浆自底部析出，砼锥体含浆饱满，表示砼拌合物保水性良好。第23页，共142页，2023年，2月20日，星期三（5）维勃稠度（VB）干硬性砼拌合物，采用维勃稠度作为和易性指标。维勃稠度：混凝土拌和物装入坍落筒内，提出坍落筒后，将透明圆盘置于顶面，启动振动台，圆盘底面完全为水泥浆布满所经历的时间。第24页，共142页，2023年，2月20日，星期三砼按维勃稠度分级及允许偏差第25页，共142页，2023年，2月20日，星期三4、影响砼拌合物和易性的因素

（1）水泥浆含量的影响水泥浆稀稠不变时，水泥浆愈多，流动性愈大。但水泥浆过多，将出现流浆现象，使粘聚性变差，影响强度和耐久性；过少，则不能填满骨料空隙或不能很好包裹骨料表面，产生崩坍现象，粘聚性变差。第26页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）含砂率的影响砂率是指砂的质量占砂、石总质量的百分数。合理砂率：是在水灰比及水泥用量一定的条件下，能使砼拌合物在保持粘聚性和保水性良好的前提下，获得最大流动性的含砂率。第27页，共142页，2023年，2月20日，星期三砂率过小，不能形成砂浆润滑层，流动性差，影响粘聚性、保水性。砂率过大，骨料孔隙率及总表面积大，当水灰比及水泥用量一定时，使拌合物干稠，流动性低；当流动性一定时，使水泥用量显著增大。第28页，共142页，2023年，2月20日，星期三第29页，共142页，2023年，2月20日，星期三（3）水泥浆的稠度的影响水泥浆的稠度由水灰比W/C决定。W/C过小，水泥浆干稠，流动性过低，施工困难；W/C过大，使砼拌合物的粘聚性和保水性不良，产生流浆、离析，影响强度。第30页，共142页，2023年，2月20日，星期三（4）水泥品种和骨料的性质用矿碴水泥和某些粉煤灰水泥，拌合物的坍落度比用普通水泥小，并使拌合物的泌水性显著增加。卵石拌制的拌合物比碎石拌制的流动性好，河砂拌制的拌合物比山砂拌制的流动性好。骨料级配好的砼拌合物的流动性也好。第31页，共142页，2023年，2月20日，星期三（5）时间和温度拌合物拌制后，随时间的延长而逐渐变得干稠，流动性减小。环境温度的升高，水分蒸发及水泥水化反应加快，拌合物的流动性变差，坍落损失也变快。第32页，共142页，2023年，2月20日，星期三5、改善和易性的措施

（1）水灰比一定时，适当增加水泥浆量（2）适宜的水泥品种及掺合料（3）级配良好的骨料，尽量采用较粗的砂、石（4）采用合理砂率（5）掺入适量的减水剂或引气剂第33页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.2.2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。第34页，共142页，2023年，2月20日，星期三（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第35页，共142页，2023年，2月20日，星期三（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。第36页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.2.3混凝土的强度混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等，其中抗压强度最大，砼也主要用于承受压力。第37页，共142页，2023年，2月20日，星期三（一）混凝土的抗压强度1、砼立方体抗压强度与强度等级（1）抗压强度（fcu）标准立方体试件在标准养护条件（20℃±3℃，相对湿度90%以上）下，养护到28d龄期，测得的极限抗压强度值为砼标准立方体抗压强度。第38页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）砼的强度等级根据砼立方体抗压强度标准值，将砼划为12个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。C25表示立方体抗压强度标准值为25MPa。第39页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、砼的轴心抗压强度（fc）砼结构形式大部分是棱柱体型（正方形截面）或圆柱体型，为了使测得的砼强度接近于砼结构的实际情况，在砼结构计算中，计算轴心受压构件（柱子、桁架的腹杆），受弯构件（板、梁）都是采用砼的轴心抗压强度作为依据。第40页，共142页，2023年，2月20日，星期三用棱柱体标准试件测定的轴心抗压强比同截面的立方体抗压强度小，当立方体抗压强度在10～50MPa时，轴心抗压强约为立方体抗压强度的0.70～0.80倍，通常取轴心抗压强为0.67倍立方体抗压强度。第41页，共142页，2023年，2月20日，星期三（三）影响砼强度的因素砼的破坏型式：①骨料和水泥石分界面上的破坏；②水泥石强度低，水泥石本身破坏；骨料的破坏（可能性很小）砼强度取决于：水泥石强度、水泥石与骨料表面的粘结强度第42页，共142页，2023年，2月20日，星期三影响砼强度的因素：①水泥强度与水灰比②骨料种类及级配③养护条件与龄期施工因素外加剂与掺合料等第43页，共142页，2023年，2月20日，星期三1、水泥强度与水灰比①水泥标号：水灰比一定时，水泥标号愈高，水泥石强度愈高，砼强度也愈高②水灰比：水泥标号相同时，水灰比越小，水泥石强度愈高，与骨料粘结力愈大，砼强度就愈高第44页，共142页，2023年，2月20日，星期三第45页，共142页，2023年，2月20日，星期三③砼强度fcu的经验计算公式fcu=Afce（C/W—B）（5—1）fce=c·fce,kA、B—与材料品种和施工条件有关的经验系数c—强度等级富裕系数：1.0～1.13第46页，共142页，2023年，2月20日，星期三砼抗压强度经验公式的运用：1、已知水泥强度，估算某一强度砼的水灰比2、已知水泥强度和水灰比，估算配制出的砼可达到的强度。第47页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、骨料的种类及级配碎石表面愈粗糙，骨料与水泥砂浆之间粘结力愈大，砼的强度愈高。骨料的强度愈高，砼的强度愈高。骨料粒形以三维长度相等或相近的球形或立方体形为好。骨料级配愈好，填充愈密实，砼强度愈高。第48页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、砼的养护条件与龄期砼强度取决于水泥的水化状况，受养护条件及龄期影响。养护条件是混凝土成型后的养护温度与湿度。龄期是砼在正常养护条件下所经历的时间。第49页，共142页，2023年，2月20日，星期三在干燥的环境中，砼强度的发展会随水分的逐渐蒸发而减慢或停止。养护温度高时，硬化速度较快，养护温度低时，硬化比较缓慢，当温度低至0℃以下时，砼停止硬化，且有冰冻破坏的危险。第50页，共142页，2023年，2月20日，星期三砼浇筑后，应在12小时内进行覆盖草袋，塑料薄膜等；使用硅酸盐、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，浇水养护时应不小于7d；使用火山灰水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或掺缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，浇水养护应不小于14天。第51页，共142页，2023年，2月20日，星期三燥热条件下，浇水养护不得少于21d；平均温度低于5℃时，不得浇水养护，可涂刷保护膜，防止水分蒸发。在正常养护条件下，砼的强度将随龄期的增长而不断发展。最初7~14d强度发展较快，28d可达到设计强度，强度发展可持续数十年之久。第52页，共142页，2023年，2月20日，星期三龄期7d28d3m6m1y2y4～5y20y强度0.6～0.7511.251.51.7522.253各龄期混凝土强度的增长值第53页，共142页，2023年，2月20日，星期三根据经验，砼强度与龄期的对数成正比：fn/f28=lgn/lg28fn—砼nd龄期的抗压强度，MPaf28—砼28d龄期的抗压强度，Mpan—养护龄期，n>3d第54页，共142页，2023年，2月20日，星期三4、施工因素的影响搅拌愈均匀，振捣愈密实，砼强度愈高，反之砼强度愈低，机械振捣比人工振捣更充分、均匀，砼强度更高。第55页，共142页，2023年，2月20日，星期三5、外加剂与掺合料掺入早强剂可提高砼的早期强度；掺入减水剂、硅粉可提高砼的各凝期的强度；掺入粉煤灰、矿渣可使砼的早期强度降低，但后期强度提高。第56页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）砼的抗拉强度（ft）砼的抗拉强度很低，一般约为抗压强度的7%~14%，且随着砼强度的提高，拉、压强度比值逐渐减小。抗拉强度与抗压强度的关系：第57页，共142页，2023年，2月20日，星期三受拉构件不以混凝土来承受拉力，而是由内部钢筋承受拉力。对抗裂性要求高的结构（如预应力钢筋混凝土构件、油库、水池、水槽等），结构设计时，抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。第58页，共142页，2023年，2月20日，星期三（四）提高砼强度和促进砼强度发展的措施1、采用高标号和快硬早强类水泥2、采用低水灰比的干硬性砼3、加强养护：蒸汽、蒸压养护4、采用机械搅拌和振捣5、掺入砼外加剂、掺合料第59页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.2.4砼的变形与抗裂性

（一）非荷载作用下的变形

1、湿胀干缩变形砼长期在水中硬化，体积微膨胀；在空气中硬化，水泥石胶体逐渐干燥收缩，产生干缩；干缩砼再次吸水，大部分干缩变形会消失。第60页，共142页，2023年，2月20日，星期三第61页，共142页，2023年，2月20日，星期三（1）干缩率干缩率是按规定试验方法，干缩至规定龄期，测量试件干缩长度占原长度的百分比。（5—3）第62页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）影响砼干缩率的主要因素单位用水量越大，水灰比越大，水泥颗粒越细，掺入促凝剂，干缩率越大；最大粒径MD越大，级配良好，干缩率越小。第63页，共142页，2023年，2月20日，星期三（3）湿胀干缩对结构的影响湿胀系数比干缩系数小得多，而湿胀常产生有利的影响，所以在设计中一般不考虑湿胀的影响。对于干缩，如果构件是能够自由收缩的，则混凝土的干缩只是引起构件的缩短而不会导致干缩裂缝。

但不少结构构件都程度不同地受到边界的约束作用，例如板受到梁的约束，梁受到支座的约束等，对于这些受到约束不能自由伸缩的构件，混凝土的干缩就会使构件表面产生有害的干缩应力（拉应力），导致表面裂缝的产生。结果使混凝土抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性能降低。。第64页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、温度变形温度变形是混凝土随着温度的变化，产生热胀冷缩的变形。（1）温度变形系数第65页，共142页，2023年，2月20日，星期三砼的温度变形系数随骨料的种类和配合比而改变。骨料为花岗岩、石英岩的α大，石灰岩、白云岩、玄武岩的α小。第66页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）不利影响：当温度变形受到约束时，就可能性产生裂缝，约束的程度越大裂缝就越宽。对于大体积混凝土结构来说，由于混凝土硬化过程中，水泥的水化反应产生大量的水化热，导致混凝土内部温度上升，但是混凝土的导热性差，结果就会出现内外温度差，而导致温度应力的产生，使结构内部受压外部受拉，由于混凝土在只有很低的抗拉强度，如果拉应力超过了抗拉强度时，混凝土就要产生裂缝。第67页，共142页，2023年，2月20日，星期三（3）防止温度变形的措施：大体积砼施工时常采用低热水泥，减少水泥用量，掺加缓凝剂及采用人工降温，预冷骨料，以及预埋冷却水管通水冷却等措施。一般纵向较长的钢筋砼结构物，每隔一定长度设置伸缩缝，以及在结构物中设置温度钢筋等。第68页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、砼的自生体积变形（化学收缩）在砼硬化过程中，由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起砼的收缩，称为自生体积变形。自生体积变形是不可恢复的，收缩量随硬化龄期的延长而增加。第69页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）荷载作用下的变形

1、受压应力—应变关系第70页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）荷载作用下的变形

1、受压应力—应变关系Ⅰ阶段：σ＜（0.3~0.5）fcu，σ—ε曲线近于直线，砼的变形主要是弹性变形，也有极少的塑性变形，有局部微裂缝产生。第71页，共142页，2023年，2月20日，星期三Ⅱ阶段：σ=（0.3~0.5）fcu至（0.7~0.9）fcu，σ—ε曲线曲率增大。此阶段的塑性变形与砼内裂缝发展相联系，称为假塑性变形。内裂缝稳定扩展，发展到一定程度会自行停止。第72页，共142页，2023年，2月20日，星期三Ⅲ阶段：σ≥（0.7~0.9）fcu后，砼内出现不稳定裂缝扩展，砼表面出现可见裂缝，变形速度进一步加快。Ⅳ阶段：应力达到极限抗压强度fcu后，裂缝发展为贯通裂缝，承载力下降，变形继续增加，直到破坏。第73页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、受拉应力—应变关系应力较低时，σ—ε曲线更加接近于直线，当应力超过极限抗拉强度的70%时，曲线明显弯曲，随即发生破坏。第74页，共142页，2023年，2月20日，星期三第75页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、重复荷载应力—应变关系当重复应力小于（0.3～0.5）fcu时，每次卸载有少量残余变形，且随重复次数的增加，塑性变形增量逐渐减小，最后稳定下来；当重复应力大于（0.5～0.7）fcu时，塑性变形逐渐增加，最后破坏。第76页，共142页，2023年，2月20日，星期三第77页，共142页，2023年，2月20日，星期三4、徐变与松弛（1）徐变随着荷载作用时间的延长，即使应力不变，砼变形将逐渐增大，这种随时间增长的变形称为徐变。第78页，共142页，2023年，2月20日，星期三混凝土的徐变曲线第79页，共142页，2023年，2月20日，星期三徐变产生的原因a、由水泥石的徐变所引起，而水泥石的徐变则是凝胶体中水份的迁移，及粘性流动所产生的。b、砼内部的微裂缝在荷载的长期作用下不断增加（应力较小时）和扩展（应力较大时）所致。第80页，共142页，2023年，2月20日，星期三a、σ＜（0.3~0.5）fcu时，变形随时间延长而增长，可达到瞬时变形的2~3倍。卸荷后，部分变形可恢复，保留部分永久变形。b、σ＞（0.3~0.5）fcu时，徐变变形增长比应力增加的快。c、σ＞（0.7~0.8）fcu时，砼的徐变不收敛，砼由于变形不断增长而导致破坏，持荷时间越长破坏应力越低。第81页，共142页，2023年，2月20日，星期三影响徐变的因素：①初始应力的大小②加荷龄期越早，徐变越大③W/C大，砼强度低，徐变大④W/C一定，C较多，徐变大⑤水泥质量好，骨料级配好，徐变小；⑥掺入矿渣，火山灰质混合料，徐变大⑦养护质量好，可降低徐变第82页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）应力松驰荷载作用下，砼产生一定变形后，维持此变形不变，随时间的延长，砼内的应力将逐渐降低，这种现象称为应力松驰。加载龄期越早，荷载持续时间越长，应力松弛现象越明显。第83页，共142页，2023年，2月20日，星期三（三）砼的抗裂性

1、砼的裂缝砼的开裂主要是由于拉应力超过了抗拉极限强度。砼的干缩、冷缩、自身体积收缩等收缩变形在受周围约束时，以及自由膨胀变形会在内部引起拉应力，可能导致砼产生裂缝。第84页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、抗裂性指标（1）极限拉伸应变p

（2）抗裂度：极限拉伸应变与温度变形系数的比值D=p/（3）热强比H/R：单位体积的发热量与抗拉强度的比值（4）抗裂性系数CR=p/·△T第85页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、提高砼抗裂性的措施（1）选择适当水泥品种（2）选择适当水灰比（3）选用多棱角的碎石和人工砂（4）掺入适量的粉煤灰或硅粉（5）掺入减水剂和引气剂（6）加强质量管理，提高均匀性（7）加强养护第86页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.2.5砼的耐久性耐久性：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。砼的耐久性包括：抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀、抗碳化等。第87页，共142页，2023年，2月20日，星期三（一）砼的抗渗性1、定义砼的抗渗性是砼抵抗有压介质（水、油、溶液等）渗透作用的能力，它是决定砼耐久性的重要因素。抗渗性↑，抗冻性↑，抗侵蚀性↑；抗渗性↓，抗冻性↓，抗侵蚀性↓第88页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、抗渗性的表示方法①抗渗等级：按标准试验方法标准试件所承受的最大水压力来表示。W2、W4、W6、W8、W10、W12能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压力而不渗透。②渗透系数：越小，抗渗性越强。第89页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、影响砼抗渗性的主要因素砼抗渗性主要与孔隙率（开口孔隙率）有关的因素有关：（1）水泥品种（2）水灰比（3）骨料级配和粒径（4）砂率（5）养护条件与龄期（6）外加剂与混合材料第90页，共142页，2023年，2月20日，星期三4、提高砼抗渗性的主要措施（1）选择合理的水泥品种（2）采用较小的水灰比（3）选择适宜的骨料粒径，级配良好且干净的骨料（4）掺入适量的减水剂、引气剂、放水剂和粉煤灰等混合材料（5）适当增加砂率（6）加强养护第91页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）砼的抗冻性1、定义抗冻性是砼在水饱和状态下能经受多次冻融作用而不破坏，同时出不严重降低强度的性能。第92页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、表示方法抗冻等级是以28天龄期砼标准试件，在水饱和状态下所能承受的冻融循环次数N来确定。要求其强度降低不超过25%，质量损失不超过5%。F50、F100、F150、F200、F300、F400第93页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、砼抗冻等级的选用根据工程所处环境，年冻融循环次数按有关规范选用。

抗冻性好的砼，抗温度变化，抗干湿变化、抗风化等性能也好，因此温和地区的水工建筑、民用建筑也应提出抗渗要求。第94页，共142页，2023年，2月20日，星期三4、影响抗冻性的因素：（1）水泥品种、标号（2）水灰比（3）外加剂、掺合料（4）骨料品质第95页，共142页，2023年，2月20日，星期三（三）砼的抗磨及抗气蚀性1、有抗磨性要求的砼，强度等级不应低于C30，2、有抗气蚀性要求的应采用C50以上的细石砼，并在砼中掺入硅粉及高效减水剂，严格控制施工质量，保证砼密实、均匀、表面平整。第96页，共142页，2023年，2月20日，星期三（四）砼的抗侵蚀性主要取决于水泥的抗蚀性（五）砼的碱骨料反应水泥中的碱类与骨料发生化学反应，使砼发生不均匀膨胀，造成裂缝，强度模量下降等不良现象，这类碱与骨料发生的反应统称碱骨料反应。第97页，共142页，2023年，2月20日，星期三发生碱骨料反应的必要条件：①骨料中含有一定量的活性成分（活性氧化硅）②混凝土中含碱量（K2O及Na2O）较高③砼中有水分第98页，共142页，2023年，2月20日，星期三防止碱骨料反应措施：①选择非活性骨料；②选用低碱水泥，控制砼总含碱量；③在砼中掺入活性掺合料，抑制碱骨料反应；④在砼中掺入引气剂⑤防止外界水分渗入砼内部第99页，共142页，2023年，2月20日，星期三（六）砼的碳化（中性化）1、定义水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2，在有水分存在的条件下，发生反应生成CaCO3，并使砼中Ca(OH)2浓度下降，称为砼的碳化。第100页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、碳化对砼的不利影响（1）碳化引起砼收缩，使砼表层产生微细裂缝，严重影响砼结构的使用寿命。（2）碳化发展到钢筋层时，使钢筋表层的钝化膜遭到破坏，发生生锈，最终导致钢筋砼结构的破坏。第101页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、碳化对砼的有利影响碳化作用产生的CaCO3填充了水泥石的孔隙，产生的水分有助于未水化的水泥水化，从而可提高砼碳化层的密实度，对提高抗压强度有利。第102页，共142页，2023年，2月20日，星期三4、影响碳化速度的主要因素：（1）环境中的CO2浓度（2）水泥品种（3）水灰比（4）环境湿度第103页，共142页，2023年，2月20日，星期三5、减少碳化作用不利影响的措施（1）采用适当的保护层（2）合理选择水泥品种（3）采用水灰比小，单位水泥用量较大的砼配合比（4）使用减水剂，改善砼的和易性，提高砼的密实度（5）加强施工质量控制第104页，共142页，2023年，2月20日，星期三（七）提高砼耐久性的主要措施1、合理选择水泥品种2、选用质量良好，合格的砂石骨料3、严格控制水灰比，提高砼密实性4、掺入减水剂及引气剂，改善砼内孔隙结构5、改善施工操作，保证质量第105页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.3砼的组成材料砼是一个宏观匀质，微观非匀质的堆聚结构。水泥浆包裹砂粒，填充砂粒间的空隙形成水泥砂浆，水泥砂浆包裹石子并填充石子间的空隙而形成砼。第106页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.3.1水泥

（一）水泥品种的选择一般采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。第107页，共142页，2023年，2月20日，星期三水泥进场须有出厂合格证或进场试验报告，对品种、标号、包装或散装仓号、出厂日期等应检查验收。当对水泥质量有怀疑或出厂日期超过三个月（快硬硅酸盐水泥超过一个月）时，应复查试验，并试验结果使用。第108页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）水泥标号的选择根据砼设计强度等级选择，砼强度等级高，水泥标号也高。水泥标号=（1.5～2）砼强度等级高强砼：水泥标号=（0.9～1.5）砼强度等级。第109页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.3.2细骨料（砂）

细骨料是粒径为0.16～5mm的骨料。细骨料有天然砂（河砂、海砂、山谷砂等）和人工砂（含6%~12%粒径小于0.16mm的石粉），其中以河砂的质量最好。第110页，共142页，2023年，2月20日，星期三（一）颗粒形状及表面特征1、山谷砂和人工砂的颗粒多棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，砼强度较高，但拌和物的流动性较差。2、河砂和海砂的颗粒少棱角，表面光滑，与水泥粘结较差，砼强度较低，但拌和物的流动性较好第111页，共142页，2023年，2月20日，星期三（二）细骨料的有害杂质有害杂质：云母、粘土、淤泥、有机物、化合物、轻物质等。民用建筑用砂符合《普通砼用砂质量标准及检验方法》；水工砼用砂符合《水工砼施工规范》；水运工程砼用砂符合《水运工程混凝土施工规范》。第112页，共142页，2023年，2月20日，星期三（三）砂的粗细程度与颗粒级配1、砂的粗细程度砂的粗细程度是反映不同粒径的砂粒，混合后的总体粗细程度。细度模数（μf）是指不同粒径的砂粒混在一起后的平均粗细程度，用来表示砂的粗细程度。第113页，共142页，2023年，2月20日，星期三（5—11）A1、A2、A3、A4、A5、A6—分别为用5.0、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm各筛上累计筛余百分率第114页，共142页，2023年，2月20日，星期三第115页，共142页，2023年，2月20日，星期三粗砂μf=3.7~3.1中砂μf=3.0~2.3细砂μf=2.2~1.6特细砂μf=1.5~0.7拌制砼以中砂为宜，普通砼用砂的细度模数为3.7~1.6第116页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、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。砂的级配常用各筛上累计筛余量百分率来表示，共分为I、II、III区级，级配较好的砂应处于同一区间。拌制砼应优先选择Ⅱ区的砂。第117页，共142页，2023年，2月20日，星期三单一粒径两种粒径多种粒径颗粒级配示意图第118页，共142页，2023年，2月20日，星期三第119页，共142页，2023年，2月20日，星期三第120页，共142页，2023年，2月20日，星期三（四）砂的物理性质1、砂的视密度、堆积密度及空隙率（1）砂的视密度反映砂的密实程度一般砂：ρ视=2.5g/cm3石英砂：ρ视=2.6~2.7g/cm3第121页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）砂的堆积密度：自然状态：=1400~1600kg/m3密实堆积：

=1600~1700kg/m3（3）空隙率天然河砂的空隙率为40%~45%级配良好河砂的空隙率＜40%第122页，共142页，2023年，2月20日，星期三2、砂的含水状态（1）含水状态①干燥状态：在不超过110℃的温度下烘干至恒重，砂含水率为零。②气干状态：砂含水率与大气湿度相互平衡时的状态。第123页，共142页，2023年，2月20日，星期三③饱和面干状态：砂子表面干燥而内部孔隙含水达到饱和时的状态。饱和面干砂既不从砼拌合物中吸取水分，也不放出水分，配制砼较好。④湿润状态：砂子不仅内部孔隙含水饱和，而且表面也吸附一层自由水。第124页，共142页，2023年，2月20日，星期三干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态砂的含水状态第125页，共142页，2023年，2月20日，星期三（2）饱和面干吸水率饱和面干砂的含水率称为饱和面干吸水率，简称吸水率。砂的颗粒越坚实，吸水率就越小，品质就越好。工民建按干燥状态砂（含水率<0.5%）及石子（含水率<0.2%）来设计砼配合比。第126页，共142页，2023年，2月20日，星期三3、砂的坚固性砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。第127页，共142页，2023年，2月20日，星期三5.3.3粗骨料粗骨料是粒径>5mm的骨料。常用的粗骨料有卵石和碎石。（一）颗粒形状及表面特征较理想的颗粒形状：三维长度相等，相近的球形或立方体颗粒。较差的颗粒形状：三维长度相差较大的针、片状颗粒。第128页，共142页，2023