建筑材料课件

第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：1、和易性的概念：和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇注、捣实)并能获致质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。

§4-3混凝土的主要技术性质混凝土在凝结硬化以前，称为混凝土拌合物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇注质量；混凝土拌合物凝结硬化以后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计荷载；并应具有必要的耐久性。第一页，共六十二页。第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：混凝土拌合物的流动性、钻聚性和保水性有其各自的内容，而它们之间是互相联系的，但常存在矛盾。因此，所谓和易性就是这三方面性质在某种具体条件下矛盾统一的概念。§4-3混凝土的主要技术性质流动性指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。发生泌水现象的混凝土拌合物，由于水分分泌出来会形成容易透水的孔隙，而影响混凝土的密实性，降低质量。第二页，共六十二页。第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：§4-3混凝土的主要技术性质2、和易性测定方法及指标坍落度T（mm）1）坍落度及其测定第三页，共六十二页。第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：§4-3混凝土的主要技术性质2、和易性测定方法及指标1）坍落度及其测定

在做坍落度试验的同时，应观察混凝土拌合物的粘聚性、保水性及含砂等情况，以更全面地评定混凝土拌合物的和易性。坍落度法适用于骨料最大粒径不大于40㎜，坍落度值不小于10㎜的混凝土拌合物。第四页，共六十二页。第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：§4-3混凝土的主要技术性质2、和易性测定方法及指标1）坍落度及其测定用坍落度划分混凝土T＜10mm干硬性混凝土T=10～40mm低塑性性混凝土T=50～90mm塑性性混凝土T=100～150mm流动性混凝土T≥160mm大流动性混凝土第五页，共六十二页。第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：§4-3混凝土的主要技术性质2、和易性测定方法及指标第六页，共六十二页。第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：§4-3混凝土的主要技术性质2、和易性测定方法及指标1）维勃稠度及其测定第七页，共六十二页。3、影响混凝土拌合物和易性的主要因素⑴水泥浆用量：单位体积混凝土内水泥浆的质量。当水灰比不变，水泥浆含量越多，拌合物流动性越大。⑵水泥浆稠度：取决于水灰比（W/C）的大小。水泥浆稠度的改变对混凝土的技术性质影响较大，所以，一旦混凝土的水灰比确定，就不能轻易改变。混凝土水灰比的大小由混凝土的强度和耐久性确定。⑶砂率：混凝土中砂占砂、石总量的百分率Sp=S÷（S+G）合适的砂率，使骨料的总表面积和空隙率均小，则节约水泥，混凝土拌合物的和易性容易保证，所以应取最佳砂率。⑷水泥品种⑸砂、石表面特征、级配⑹外加剂⑺温度、时间

第四章混凝土一、混凝土拌和物的和易性：§4-3混凝土的主要技术性质第八页，共六十二页。二、混凝土的强度1、立方体抗压强度：按国家标准试验方法规定，将混凝土拌合物制成边长150mm的立方体试件为标准件，在标准养护条件【温度（20+2）℃，相对湿度90%以上】下养护28天，用标准试验方法侧得的极限抗压强度值。2、强度等级：按立方体抗压强度标准值确定混凝土强度等级。表示方法：C和立方体抗压强度标准值如：C15，C20，C25，C30，……，C80。3、轴心抗压强度：即棱柱体抗压强度，小于立方体抗压强度第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质（对于边长为100ｍｍ的立方体试件，换算系数为0.95；边长为200ｍｍ的立方体试件，换算系数为1.05）。第九页，共六十二页。4、影响混凝土抗压强度的主要因素：

⑴水泥强度和水灰比混凝土强度公式：fcu=Afce（－B）CWfcu——混凝土28天龄期抗压强度，Mpafce——水泥的实际强度CW混凝土中水泥与水的用量比，即灰水比A、B——回归系数（经验系数）二、混凝土的强度第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质采用碎石：A=0.46 B＝0.07

采用卵石：A=0.48 B=0.33第十页，共六十二页。4、影响混凝土抗压强度的主要因素：

⑵骨料的影响：碎石混凝土强度高于卵石混凝土强度⑶外加剂：掺入外加剂可改变混凝土强度及强度发展规律。⑷养护条件：温度：4～40度，温度升高则强度增加湿度：12小时覆盖浇水养护

⑸龄期：混凝土强度发展与龄期的关系式大致为：

fn——n天龄期混凝土的抗压强度（Mpa）

f28——28天龄期混凝土的抗压强度（Mpa）n——养护龄期，n≥3天。⑹施工条件：机械拌和、振捣均优于人工拌和、振捣。⑺试验条件：试件尺寸、试件形状、表面状况、加荷速度均对试验结果有影响，所以试验时必须严格按照国家有关试验标准的规定执行。fnf28=lgnlg28二、混凝土的强度第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质第十一页，共六十二页。三、混凝土的耐久性是一综合性质。指混凝土构筑物除要求具有设计的强度，以保证建筑物能安全承受荷载外，还应具有在使用条件下抵抗周围环境各种因素长期作用的能力，即耐久性。包括：１、抗冻性：混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不显著降低强度的性能。用抗冻等级（FN）表示。如：F25、F50２、抗渗性：指混凝土抵抗压力水渗透的能力。用抗渗等级表示。例如：P4、P6、P83、抗冲磨：抵抗高速水流或高速含砂水流冲刷破坏的能力。4、混凝土的碳化：指空气中的CO2在湿度适宜的条件下于水泥石中的Ca（OH）2作用，生成碳酸钙和水的过程。碳化对混凝土强度有影响。第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质第十二页，共六十二页。5、混凝土的碱骨料反应：指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土骨料（砂、石）中的碱活性矿物成分，在混凝土固化后缓慢发生化学反应，产生胶凝物质因吸收水份后发生膨胀，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱-骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂，失去设计性能，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。混凝土工程发生碱-骨料反应需要具有三个条件。首先是混凝土的原材料：水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；其次是骨料中有相当数量活性成分；最后是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。所以，要想抑制碱骨料反应须从这三方面考虑。第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质三、混凝土的耐久性第十三页，共六十二页。混凝土在非荷载作用下的变形1、化学收缩2、干缩变形3、温度变形荷载作用下的变形三、混凝土的变形性能第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形第十四页，共六十二页。1、化学收缩化学收缩是指混凝土拌合物在水化过程中，由于水泥水化生成物体积比体积小，而产生的收缩。2、干缩变形由于混凝土内部吸附水分蒸发，而引起凝胶体失水收缩，毛细管水分蒸发，混凝土系统内的颗粒受毛细管压力作用而产生体积收缩。3、温度变形和其他材料一样，也具有热胀冷缩的性质。混凝土的温度膨胀系数约为1.0—1.510-5。对大体积混凝土不利。第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质三、混凝土的变形性能第十五页，共六十二页。三、混凝土的变形性能第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质弹性模量第十六页，共六十二页。徐变：混凝土在长期荷载作用下，沿作用力方向的变形，且随时间的延长而增长，即荷载不变变形仍随时间增长。第四章混凝土§4-3混凝土的主要技术性质三、混凝土的变形性能第十七页，共六十二页。正态分布曲线概率密度(fcu)Q%P%tfcu.kfcu强度,fcu第四章混凝土混凝土的质量控制fcu,t=fcu·k-tfcu,t=fcu·k+1.645第十八页，共六十二页。一、基本要求根据原材料的技术性质及施工条件合理选择原材料，并确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。满足混凝土结构设计强度要求。满足施工所要求的混凝土拌合物和易性要求。满足在使用条件下的耐久性要求节约水泥，节约能耗，降低成本。第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第十九页，共六十二页。二、配合比的三大参数混凝土配合比设计，实质上就是确定水泥、水、砂与石子这四项基本组成材料用量之间的三个比例关系。即；水与水泥之间的比例关系．常用水灰比表示，砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量(1m’混凝土的用水量)来反映。水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比的三个重要参数，因为这三个参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系，在配合比设计中正确地确定这三个参数．就能使混凝土满足上述设计要求。

W/CSpW第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十页，共六十二页。三、配合比设计的步骤1、初步配合比计算2、配合比的试配、调整与确定3、施工配合比第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十一页，共六十二页。三、混凝土配合比设计的步骤

1.设计的基本资料

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。

2．初步配合比计算

（１）确定试配强度（fcu,0）第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十二页，共六十二页。混凝土强度标准差（σ）

混凝土强度标准差又称均方差，其计算式为

对于C20、C25级混凝土，σ计算值<2.5MPa时,计算配制强度时取σ≮2.5MPa；对于C30级以上的混凝土，σ计算值<3.0MPa时,计算配制强度时取σ≮3.0MPa；第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十三页，共六十二页。当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，σ值可按下表取值。《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-1992第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十四页，共六十二页。（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，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得。《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）提供的αa、αb经验值.第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十五页，共六十二页。注：①本表系采用机械振捣混凝土时的坍落度，采用人工捣实其值可适当增大；②需配制泵送混凝土时，应掺外加剂，坍落度宜为120～180㎜。（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，参考选用。第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十六页，共六十二页。注：①本表用水量系采用中砂时的平均取值，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掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十七页，共六十二页。（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4.0.4规定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于表4.0.4规定值，应取规定的最小水泥用量值。第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第二十八页，共六十二页。第二十九页，共六十二页。（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。

试验是通过变化砂率检测混合物坍落度，能获得最大流动度的砂率为最佳砂率。也可根据骨料种类、规格及混凝土的水灰比，参考表4.0.2选用。第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十页，共六十二页。（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＝ｍcp

第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十一页，共六十二页。②当采用体积法（绝对体积法）时，应按下式计算：第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十二页，共六十二页。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。

3.配合比的调整与确定

通过计算求得的各项材料用量（初步配合比），必须进行试验加以检验并进行必要的调整。（１）调整和易性，确定基准配合比

按初步计算配合比称取材料进行试拌。混凝土拌合物搅拌均匀后测坍落度，并检查其粘聚性和保水性能的好坏。如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度（ρc，t）。此满足和易性的配比为基准配合比。

第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十三页，共六十二页。（２）检验强度和耐久性，确定试验室配合比

基准配合比能否满足强度要求，需进行强度检验。一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定表观密度。各种配比制作两组强度试块，如有耐久性要求，应同时制作有关耐久性测试指标的试件，标准养护28d天进行强度测定。第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计4.配合比的调整与确定第三十四页，共六十二页。（3）配合比的确定

①确定混凝土初步配合比

根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,0）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：

用水量（Ｗ）——取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，进行调整；

水泥用量（Ｃ）——取用水量乘以选定出的灰水比计算而得；

粗、细骨料用量（Ｓ、Ｇ）——取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按定出的灰水比进行调整。

至此，得出混凝土初步配合比。

第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十五页，共六十二页。②确定混凝土正式配合比

在确定出初步配合比后，还应进行混凝土表观密度较正，其方法为：首先算出混凝土初步配合比的表观密度计算值（ρc，c），即ρc，c=Ｃ十Ｗ十Ｓ十Ｇ再用初步配合比进行试拌混凝土，测得其表观密度实测值（ρc，t），然后按下式得出校正系数δ，即

当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的２％时，则上述得出的初步配合比即可确定为混凝土的正式配合比设计值。若二者之差超过２％时，则须将初步配合比中每项材料用量均乘以校正系数得值，即为最终定出的混凝土正式配合比设计值，通常也称实验室配合比。

第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十六页，共六十二页。4.混凝土施工配合比换算

混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定的水分，因此必须将实验室配合比进行换算，换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的配合比。其换算方法如下：

设施工配合比1m3混凝土中水泥、水、砂、石的用量分别为C’、Ｗ’、Ｓ’、Ｇ’；并设工地砂子含水率为a％，石子含水率为b％。则施工配合比1m3混凝土中各材料用量为

C’=C

S’=S·(1+a%)

G’=G·(1+b%)

W’=W－S·a%－G·b%第四章混凝土§4-4普通混凝土的配合比设计第三十七页，共六十二页。三、配合比设计的步骤例：某办公楼要求配制钢筋混凝土梁C20，钢筋密度一般，混凝土的强度保证率95%，要求施工坍落度3~5cm。原材料的情况如下：矿渣硅酸盐水泥，fce=44MPa，c=3.08Kg/m3

河砂，Mx=2.1,s′=2680Kg/m3，。s′=1450Kg/m3

碎石，粒级5~20mm，g′=2720Kg/m3，。g′=1520Kg/m3

自来水第三十八页，共六十二页。三、配合比设计的步骤（一）初步配合比计算1、计算设计强度fcu=fcu·k-t

fcu=fcu·k+1.645=20+1.6455.0

=28.225MPa第三十九页，共六十二页。三、配合比设计的步骤2、确定W/C（1）满足强度的W/Cfcu=A

fce（C/W-B）28.225=0.4844(C/W-0.52)W/C=0.54（2）满足耐久性的要求最大W/C=0.7，所以W/C=0.54第四十页，共六十二页。三、配合比设计的步骤3、1m3混凝土用水量（1）根据工程种类、施工条件选择坍落度T。（2）查表，得W。

W。=195kg细砂增加5~10kg，所以W。=200kg第四十一页，共六十二页。三、配合比设计的步骤4、水泥用量C。

C。=WC/W=2001.85=370kg/m3查表得最小水泥用量为250kg/m3，所以C。=370kg/m3第四十二页，共六十二页。三、配合比设计的步骤5、砂率Sp：应根据混凝土拌合物的和易性来确定。（1）查表法（2）实验法（3）公式法

查表得Sp=0.357因是细砂降低3~5%，所以Sp=32%第四十三页，共六十二页。Sp－Ｔ图

水泥浆用量一定Sp－C图T相同第四十四页，共六十二页。三、配合比设计的步骤6、砂、石用量S。G。（1）绝对体积法C。/c+S。/s′

+G。/g′+W。/w+10=1000S。/（S。+G。）=Sp（2）假定表观密度法C。+S。+G。+W。=。h

S。/（S。+G。）=Sp得：S。=584kgG。=1244kg第四十五页，共六十二页。三、配合比设计的步骤7、混凝土配合比：（1）1m3混凝土用量：C。=370kgS。=584kgG。=1244kgW。=200kg（2）比例法C：S：G=1：1.64：3.49W/C=0.56第四十六页，共六十二页。三、配合比设计的步骤(二)配合比的试配、调整与确定1、坍落度的调整（1）坍落度大，保持砂率不变，提高沙石的用量。（2）坍落度小，保持水灰比不变，提高水泥浆的用量。第四十七页，共六十二页。三、配合比设计的步骤(二)配合比的试配、调整与确定2、所作的配合比的强度不一定满足要求。应调整水灰比，采用三个配合比。其中一个是基准配合比，另外的两个配合比的水灰比分别增减0.05，用水量不变，砂率适当调整。当W/C0.05时，采用中砂时砂率2～3%，细砂时1～2%，特细砂时0.5～1%。三个配合比测28天抗压强度，选取一个最佳的，若三个均不满足，则使用作图法。第四十八页，共六十二页。三、配合比设计的步骤(二)配合比的试配、调整与确定3、校正。h实=。h计

当。h实与。h计之差的绝对值不超过。h计的2%时，以上定的配合比即为确定的设计配合比；若二者之差超过2%时，则将以上混凝土配合比的各材料的用量均需乘以校正系数，从而定出设计配合比。第四十九页，共六十二页。三、配合比设计的步骤（三）施工配合比C`=C。(kg)S`=S。(1+Ws)（kg）G`=G。(1+Wg)（kg）W`=W。-S。Ws-G。Wg（kg）第五十页，共六十二页。一、混凝土外加剂的概念：是指为了改善混凝土的性能，在拌制混凝土的过程中掺入不超过水泥质量5%(特殊情况除外)的其他物质，这些物质能使混凝土按照工程需要改变性质。外加剂的掺量虽小，但其技术经济效果却显著，因此，外加剂已成为混凝土的重要组成部分，被称为第五组分，获得愈来愈广泛的应用。表面活性剂：能溶于水并在界面定向排列，显著降低界面张力的物质。分为：1、离子型(阳离子型;阴离子型;两性离子型2、非离子型：

亲水基团憎水基团表面活性剂定向排列第四章混凝土§4-4混凝土外加剂第五十一页，共六十二页。第四章混凝土§4-4混凝土外加剂

根据《混凝土外加剂的分类、命名与定义》(GB8075—87)的规定，混凝土外加剂按其主要功能分为四类：

(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。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。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。

(3)改善混凝土耐久性的外加剂。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。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂等。二、外加剂的分类第五十二页，共六十二页。三、常用外加剂1、减水剂2、早强剂3、引气剂4、调凝剂第四章混凝土§4-4混凝土外加剂第五十三页，共六十二页。(一)减水剂

减水剂是当前外加剂中品种最多、应用最广的一种，根据其功能分为：

1、普通减水剂(在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂)；

2、高效减水剂(在保持混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少用水量的外加剂)；

3、引气减水剂(兼有引气和减水功能的外加剂)；

4、缓凝减水剂(兼有缓凝和减水功能的外加剂)；

5、早强减水剂(兼有早强和减水功能的外加剂)。第四章混凝土§4-4混凝土外加剂第五十四页，共六十二页。使用减水剂的目的：1、使混凝土的原配合比不变，流动性提高。2、使混凝土的流动性及水泥用量不变，降低用水量，使强度提高。3、保持混凝土拌和物的流动性、水灰比不变，使水泥用量降低。(一)减水剂第四章混凝土§4-4混凝土外加剂减水剂按其主要化学成分为：木质素磺酸盐系；多环芳香族磺酸盐系；水溶性树脂磺酸盐系；糖钙以及腐植酸盐等。第五十五页，共六十二页。减水剂的作用机理第四章混凝土§4-4混凝土外加剂(一)减水剂水泥加水后，产生絮状结构，其原因是：（1）水泥矿物在水化过程中所带电荷不同。（2）在溶液中热运动相互碰撞，相互吸引。（3）粒子间范德华力及初期水化反应引起的。第五十六页，共六十二页。1、当水泥浆中加入减水剂后，减水剂分子中的憎水基定向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，在水泥颗粒表面形成单分子或多分子吸附膜，在电斥力作用下，使原来水泥加水后由于水泥颗粒间分子凝聚力等多种因素而形成的絮凝结构打开，把被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，这就是由减水剂分子吸附产生的分散作用。

2、水泥加水后，水泥颗粒被水湿润，湿润愈好，在具有同样工作性能的情况下所需的拌和水量也就愈少，且水泥水化速度亦加快。

3、当有表面活性剂存在时，降低了水的表面张力和水与水泥颗粒问的界面张力，这就使水泥颗粒易于湿润、利于水化；

4、减水