土木工程材料3

土木工程材料ThematerialsofCilivEngineering

土木工程系结构工程教研室中心第三章混凝土授课教师:姚运土木工程系结构工程教研室11混凝土概述土木工程系结构工程教研室定义广义：人工石狭义：水泥+砂+水土木工程：水泥+砂+水+石子---砼

分类表观密度重混凝土----表观密度>2500Kg/m3普通混凝土----表观密度(1950-2500)Kg/m3轻混凝土---表观密度<1950Kg/m321混凝土概述土木工程系结构工程教研室强度等级低强度等级混凝土---≤C30高强度等级混凝土---≥C35超高强等级混凝土---C80以上用途普通混凝土---强度等级为C10-C40特种混凝土---强度等级>C50流动性干硬性混凝土---坍落度<1cm常态混凝土---坍落度=3-8cm流态混凝土---坍落度≥14cm31混凝土概述土木工程系结构工程教研室施工对混凝土的基本要求要满足施工要求---和易性要满足强度条件---设计强度要适合混凝土的工作环境---耐久性(抗渗性、抗冻性)在满足以上三个条件的前提下，才能考虑降低成本---经济性

关于混凝土的发展趋势商品混凝土的大规模发展高性能混凝土的发展高强度混凝土的发展高工作性能混凝土---高和易性高耐久性混凝土的发展41混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室混凝土四大成分的作用水泥+水---水泥浆砂+石子---骨料水泥+水+砂---砂浆水泥+水+砂+石子---混凝土水泥浆的作用---硬化前起润滑作用，混凝土硬化后起强度作用砂浆的作用---填充石子之间的间隙，满足混凝土的流动性能石子的作用---起支架作用、骨料作用，提高混凝土的耐久性51混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室水泥水泥品种的选择配制普通混凝土通用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。必要的时候也可以选择快硬硅酸盐水泥或其他水泥。水泥品种的选择应根据混凝土工程的特点、所处于的环境条件及设计施工要求进行考虑。水泥标号的选择一般情况下(≤C30)，fce,b=(1.5-2.5)fcu,k特殊情况下(C35-C50)，fce,b=(0.9-1.5)fcu,k水泥标号选择的原则水泥强度等级应与混凝土的设计强度等级相适应配制高强混凝土选用高强度等级的水泥；配制低强混凝土选用低强度的水泥。61混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室砂定义---粒径≤5.00mm的集料称为细集料，俗称为砂。分类天然砂河砂---质量最好，其中一些杂质含量最小；海砂---含盐量较大，有贝壳，氯离子含量较大(必须淡水洗)山砂---含泥量较大，不利于混凝土的粘结，降低混凝土的强度人工砂---品质较为稳定，但粒径分布不均匀表面较粗糙，还含有一部分石粉，搅拌时需水量大，混凝土的强度降低71混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室砂的品质指标含泥量及泥块含量含泥量---指天然砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。危害---降低水泥与骨料的粘结力、增大混凝土的水灰比，降低了混凝土的强度，还会增加拌水量，加大混凝土的干缩，降低混凝土的抗渗性和抗冻性。泥块的含量---泥块对混凝土性能的影响更为显著，泥块在搅拌时不易散开。云母---白云母和黑云母云母(mica)是钾、铝、镁、铁、锂等层状结构铝硅酸盐的总称。危害---云母本身的强度很低使得混凝土的强度降低；云母与水泥粘结性较差。81混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室工程实例分析现象：某中学为一砖混结构教学楼，在结构完工、进行屋面施工时，屋面局部倒塌。审查设计方面，为发现任何问题。对施工方面审查发现：所设计为Ｃ３０的砼，施工时未留试块，事后鉴定强度仅为Ｃ２０左右，在断口处可清晰看出砂石未洗净，集料中混有一些粘土块和树叶等杂质。原因分析：集料的杂质对混凝土的强度有较大影响。树叶等杂质会影响混凝土的强度，而泥块会影响水泥浆也集料的粘结强度，降低混凝土的强度，还会增加拌水量。91混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室轻物质、有机质、硫酸盐等对混凝土的危害---这些物质对水泥石有腐蚀作用，影响混凝土的耐久性。砂的粗细程度与颗粒级配粗细程度---砂的平均粒径指标---细度模数Mx检测方法---筛析法砂烘干---称取砂子500g---过标准筛(5.00mm,2.50mm,1.25mm,0.63mm,0.315mm,0.16mm)10min---称取每个筛子上砂的质量mi---计算分级筛余ai=mi/500---计算累计筛余Ai=a1+a2+...+ai---计算细度模度Mx=(A2+A3+A4+A5+A6-5A1)/(100-A1)注：做完标准砂筛实验后要检查[(m1+m2+m3+m4+m5+m6+m底)-500]≤5，否则实验误差过大需重做。101混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室Mx=3.1-3.7，粗砂，可以节约水泥Mx=2.3-3.0，中砂Mx<2.2，细砂，浪费水泥且强度不高砂的颗粒级配定义---不同粒径的粒状材料的搭配状态指标---级配曲线，级配区检验方法A4在哪个级配区；A1、A4是否在同一个区：若不在，砂的级配不合格；若在同一个区合格；级配区一区二区三区10.00005.010-010-010-02.5035-525-015-01.2565-3550-1025-00.63085-7170-4140-160.31595-8092-7085-550.160100-90100-90100-90111混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室石---粗骨料定义---粒径大于5.00mm的集料称为粗骨料，俗称为石。来源天然骨料(卵石)---精制混凝土施工性流动性好，但其表面光滑与水泥粘结性差，强度较低，难以配制C80以上的混凝土。人工骨料(碎石)---表面粗糙，混凝土的流动性能差，但与水泥浆体的粘结性能好，混凝土的强度较高，可以配制C80以上的混凝土。粒径小石----粒径在5.00mm---20mm之间；中石----粒径在20mm---40mm之间；大石----粒径在40mm---80mm之间；特大石----粒径在80mm-120mm之间。121混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室品质指标石子中含泥量及泥块含量、云母、轻物质、氯盐含量对混凝土的质量也有较大的影响，其技术要求要比砂更为严格。针状片状骨料的含量针状骨料---L≥2.4d片状骨料---D≤0.4d危害---针状片状骨料本身的强度较低使得混凝土的强度偏低，并且针状片状骨料翻转比较困难，混凝土的流动性差。针片状骨料的控制混凝土的强度等级≤C30，含量≤15-25%混凝土的强度等级>C30，含量≤15%检测方法---针片状规准仪131混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室石的强度要求---粗骨料的强度不小于混凝土强度的1.5倍。测试粗骨料强度的方法把石料加工成50×50×50mm的立方体，立方体的表面要光滑，在饱水状态下测试立方体的强度。把石料加工成圆柱体测试器强度---不同的高径比对结果有影响。三种不同强度的混凝土---实验法混凝土的强度小于石子的强度---砼压碎而石子未压碎；混凝土的强度大于石子的强度；两者的强度相当。压碎指标称取一定质量mc的石子---压碎仪---加200kN的力---过5mm的筛除---称取筛下石子的质量m---压碎指标=m/mc---指标越大，石子强度越低141混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室粗骨料的最大粒径Dm对于钢筋混凝土，Dm≤1/4截面的最小尺寸，Dm≤3/4钢筋的净间距；取两者的较小者。对于素混凝土板若板厚≤100mm，Dm=1/2板厚；若板厚>100mm，Dm=50mm。泵送混凝土，Dm≤d/3最大粒径与水泥用量的关系---最大粒径越大，水泥用量越小151混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室水混凝土拌合用水由于拌合用水中的各种杂质和离子含量对混凝土的质量有较大的影响，必须经过严格控制。混凝土拌合水主要包括饮用水、地表水、地下水、再生水、洗刷水和海水。混凝土养护用水混凝土养护用水可不检验不溶物和可溶物。混凝土养护用水可不检验水泥凝结时间和水泥胶砂强度。161混凝土外加剂土木工程系结构工程教研室混凝土外加剂---在拌制混凝土的过程中掺入，能够显著改善混凝土的性能的物质。混凝土外加剂的分类改善混凝土拌合物的和易性：减水剂、引气剂、泵送剂；调节混凝土的凝结时间：缓凝剂、速凝剂、早强剂；改善混凝土的耐久性：引气剂、防水剂、阻锈剂；改善混凝土的其它性能：膨胀剂、防冻剂、着色剂。外加剂的优点改善混凝土的性能效果显著；用量少，简便经济；171混凝土外加剂土木工程系结构工程教研室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。减水剂的作用原理水泥加水后，形成絮状结构，包裹着部分拌合水，使混凝土拌和物流动性降低。减水剂由亲水和憎水基团组成，加适量减水剂后，减水剂在水泥颗粒表面定向排列，使水泥表面带相同电荷，在电斥力作用下，絮凝结构解体，包裹的游离水释放出来，混凝土流动性增大。水泥颗粒表面吸附减水剂后，形成一层溶剂化水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，起润滑作用。181混凝土外加剂土木工程系结构工程教研室缓凝剂缓凝剂是指延长混凝土凝结时间而不影响混凝土强度的外加剂。应用：高温季节施工、大体积混凝土工程、较长时间停放或远距离运送的商品混凝土。e.早强剂早强剂是指能够提高混凝土早期强度的外加剂。应用：缓凝剂加速混凝土硬化，加快施工进度，提高模板周转率，多用于冬季施工和紧急抢修工程。f.引气剂改善混凝土拌合物的和易性；提高混凝土的抗渗性、抗冻性。191混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室工程实例分析现象：某糖厂建职工宿舍，以自来水拌制混凝土，浇筑后用曾装过食糖的麻袋覆盖于混凝土的表面，再淋水养护。后来发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题。原因分析：由于养护水淋于曾装过食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖的水对水泥的凝结有抑制作用，故水泥混凝土凝结较慢。201混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室工程实例分析现象：北京某旅馆的一层钢筋混凝土工程在冬季施工，为使混凝土防冻，在浇筑混凝土时掺入了水泥用量３％的氯盐。建成后两年，发现楼板以及梁的混凝土有剥落现象，并伴有开裂现象。对设计方面考虑无任何问题；通过钻孔发现，混凝土里面的钢筋锈蚀严重，原直径为８ｍｍ的钢筋锈蚀后仅为６ｍｍ左右。原因分析：由于氯离子容易引起钢筋的锈蚀，对于使用氯离子的外加剂，必须对钢筋进行防锈处理。由于钢筋锈蚀使钢筋截面积减小，混凝土所受拉力增大，因此混凝土开裂剥落。211混凝土的主要技术性质土木工程系结构工程教研室和易性---工作性、施工性和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(搅拌、运输、浇灌、捣实)并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。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，并均匀地填满模板的性能。粘聚性---混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间具有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。保水性---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。221混凝土的主要技术性质土木工程系结构工程教研室混凝土和易性的测试方法坍落度---坍落度筒混凝土按比例拌合---装入坍落度筒里(混凝土分三层装、每层要用捣杆捣25下、捣杆振捣时应由外向里振捣呈螺旋状)---装好混凝土后垂直提坍落度筒---测坍落度T231混凝土的主要技术性质土木工程系结构工程教研室坍落度筒方法的局限性坍落度不小于10mm;集料的最大粒径不大于40mm;当坍落度大于220mm时，误差较大。维勃稠度法对于坍落度小于10mm的混凝土为干硬性混凝土，主要用于道路、桥梁，对于此类混凝土的和易性的测试用维勃稠度仪。维勃稠度法适用于集料最大粒径不超过40mm，维勃稠度在5-30s之间的混凝土拌合物的稠度测定。241混凝土的主要技术性质土木工程系结构工程教研室粘聚性的评定方法用捣棒在已坍落的混凝土锥体的侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下降，则表示混凝土的粘聚性良好；如果锥体倒塌，部分崩裂或出现离析现象，则表示粘聚性不好。保水性的评定方法保水性是以混凝土拌合物中的稀水泥浆析出的程度来评定。坍落度筒提起后，如有较多稀水泥浆从底部析出，锥体部分混凝土的拌合物也因失浆而集料外露，则表明混凝土拌合物的保水性能不好。如坍落度筒提起后无稀水泥浆或仅有少量稀水泥浆自底部析出，则表示混凝土拌合物保水性能良好。251混凝土的主要技术性质土木工程系结构工程教研室影响和易性的因素水泥浆的数量---浆骨比浆骨比是指混凝土拌合物中水泥浆与集料的重量比。水泥浆的稠度---水灰比水灰比是混凝土拌合物中水与水泥的质量比。水泥品种集料的性质砂率---砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。合理砂率---在水泥用量一定的条件下，坍落度达到最大值的砂率值或在坍落度度一定的条件下，水泥用量最小的砂率值。外加剂时间与温度261混凝土的主要技术性质土木工程系结构工程教研室和易性的调整与改善当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，保持水灰比不变，增加水泥浆的数量；当坍落度大于设计要求，在保证砂率不变的前提下，增加砂石的用量，选择合理的浆骨比；改善集料的级配，既可增加混凝土的流动性，也能改善混凝土的粘聚性和保水性；掺减水剂或引气剂，是改善混凝土流动性、粘聚性、保水性的有效措施；尽可能的选用最优砂率。271混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室工程实例分析现象：某混凝土搅拌站采用的集料含水率波动较大，配制的混凝土强度不仅离散程度较大，而且有时会出现卸料及泵送困难，有时又易出现离析现象。原因分析：集料的含水率波动较大，就会影响混凝土的配合比，有可能会造成加水量不足致使混凝土流动性不够，出现卸料及泵送困难；也有可能造成加水量过多，混凝土强度下降，还会出现离析现象。因此配制混凝土一定要考虑集料的含水率。281混凝土的主要组成材料土木工程系结构工程教研室工程实例分析现象：某混凝土搅拌站混凝土配方均可产生性能良好的泵送混凝土。后因供应的问题进了一批针片状的碎石。当班技术人员没有引起重视，后发现配制的混凝土流动性明显减小，难以泵送，故在现场采用临时加水泵送。原因分析：针片状碎石棱角较多，表面积大，泵送过程中摩擦较大，流动性较差，在实际工程应该限制针片状集料的数量；改用加水改变混凝土的流动性这种方法不对，这样改变了混凝土的水灰比，强度会发生较大变化。291硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室混凝土的抗压强度混凝土的强度包括抗压、抗拉、抗弯、抗剪以及握裹钢筋强度。混凝土立方体抗压强度与强度等级采用150mm×150mm×150mm的立方体试件，在标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，用标准试验方法测得的抗压强度，具有95%保证率的强度。采用符号C与立方体抗压强度标准值(

fcu,k,以N/mm２计）表示。C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60…301硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室混凝土的轴心抗压强度为了符合工程实际，在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度。轴心抗压强度的测定采用150×150×300mm的棱柱体作为标准试件。实验表明：轴心抗压强度fc≈（0.70～0.80）fcu

311硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室影响混凝土强度的因素原材料因素水泥的强度---水泥强度的大小直接影响混凝土的强度。实验表明混凝土的强度与水泥的强度成正比。水灰比当用同一种水泥时，混凝土的强度等级主要决定于水灰比。实验表明，混凝土的强度随水灰比的增大而降低，呈曲线变化。321硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室集料的种类、质量和数量水泥石与集料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与集料(尤其是粗集料)的表面状况有关。大量实验表明：混凝土强度与水灰比、水泥强度强度等因素之间保持近似恒定关系。一般采用下面直线型的经验公式来表示：

碎石A=0.46B=0.07卵石A=0.48

B=0.33外加剂与掺合料331硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室生产工艺因素生产工艺因素包括混凝土生产过程中涉及的施工(搅拌、捣实)、养护条件、养护时间等因素。施工条件---搅拌与振捣在施工过程中，必须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇筑后必须振捣密实，才能使混凝土达到预期的强度。养护条件混凝土的养护条件主要指所处于的环境温度和湿度，它们通过影响水泥水化过程而影响混凝土的强度。341硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室养护龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土的强度将随着龄期的增长而增长。351硬化后混凝土的性能土木工程系结构工程教研室提高混凝土强度的措施采用早强型或高强度等级的水泥；采用低水灰比的混凝土拌和物；采用湿热处理；采用机械搅拌和振捣；掺加外加剂、掺合料。361混凝土配合比设计土木工程系结构工程教研室

混凝土配合比的表示方法混凝土配合比指混凝土中组成材料数量之间的比例关系。是以每立方混凝土中各项材料的质量表示。例如：某种C30混凝土的配合比为：水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg。371混凝土配合比设计土木工程系结构工程教研室工程实例：某现浇钢筋混凝土柱，混凝土设计要求强度等级为C25，坍落度要求为35~50mm，使用环境为干燥的办公室。水泥：42.5普通硅酸盐水泥，密度为3000kg/m3，强度富余系数为1.06；砂：Mx=2.6的中砂，Џ区砂，表观密度2650kg/m3；石子：5-40mm碎石，表观密度为2700kg/m3。水：自来水。381混凝土配合比设计土木工程系结构工程教研室混凝土强度等级＜C20C20～C35＞C35σ（MPa）4.05.06.0混凝土的试配强度391混凝土配合比设计土木工程系结构工程教研室混凝土的水灰比碎石A=0.46B=0.07卵石A=0.48

B=0.33环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量（kg）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土1.干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和有除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300401混凝土配合比设计土木工程系结构工程教研室确定混凝土单位用水量拌合物稠度卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标102031.540162031.540坍落度(mm)10-3019017016015020018517516535-5020018017016021019518517555-7021019018017022020519518575-90215195185175230215205195411混凝土配合比设计土木工程系结构工程教研室确定水泥用量环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量（kg）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土1.干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和有除冰剂作用的室内和室外部