建筑材料第四章混凝土.ppt

1、土木工程材料,绪论 材料的基本性质 气硬性胶凝材料 水泥 混凝土 建筑砂浆 烧结砖 建筑钢材 建筑塑料 沥青材料 木材,混凝土 concrete,4.1 混凝土概述,一、混凝土的定义 是由胶凝材料将天然的（或人工的）骨料粒子或碎片集聚在一起，形成具有一定强度和其他性能的人造石材。 目前使用最多的是以水泥为胶凝材料的混凝土，称为水泥混凝土，简称混凝土。,砼,80年代，我国甘肃省秦安县大地湾新时期时期遗址出土了5000年前的混凝土100m3，其抗压强度为10MPa，这一发现堪称世界建筑史的一大奇迹。,Dadiwan of Qin,Widely Usages of Concrete,目前混凝土的用量

2、约为120亿吨，是世界上用量最大的人工建筑材料，随着混凝土性能的不断提高，其用量及应用范围还会增加。 混凝土广泛应用于工业与民用建筑、公路、铁路、桥梁、给水排水工程、水利与水电工程、地下工程、国防工程。,水泥混凝土（最常用） 沥青混凝土 聚合物混凝土 石膏混凝土 水玻璃混凝土等,按胶结材料,二、混凝土的分类,普通混凝土 其表观密度为1900-2500kg/m3，一般多在2400kg/m3左右。它是用普通的天然砂、石作骨料配制而成，为建筑工程中最常用的面广量大的混凝土，通常简称混凝土。主要用作各种建筑的承重结构材料。 轻混凝土 其表观密度小于1900kg/m3。它是采用轻质多孔的骨料，或者不用骨

3、料而掺入加气剂或泡沫剂等，造成多孔结构的混凝土。其用途可分为结构用、保温用和结构兼保温等几种。 重混凝土 其表观密度大于2500kg/m3。它是采用了密度很大的重骨料重晶石、铁矿石、钢屑等配制而成，也可以同时采用重水泥钡水泥等进行配制。重混凝土具有防射线的性能，故又称防辐射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。,按表观密度分类,二、混凝土的分类,预拌混凝土（商品混凝土） 泵送混凝土 喷射混凝土 压力灌浆混凝土（预填骨料混凝土） 挤压混凝土 离心混凝土 真空吸水混凝土 碾压混凝土 热拌混凝土等,按施工工艺,二、混凝土的分类,结构混凝土（即普通混凝土） 防水混凝土 耐热混凝土 耐酸混凝土 装饰混

4、凝土 大体积混凝土 膨胀混凝土 防辐射混凝土 道路混凝土,按用途分为,二、混凝土的分类,粉煤灰混凝土 硅灰混凝土 磨细高炉矿渣混凝土 纤维混凝土,按掺合材料,二、混凝土的分类,低强混凝土80MPa 超高强混凝土100MPa,按抗压强度,二、混凝土的分类,贫混凝土230kg,按每m3水泥用量,二、混凝土的分类,三、组成材料及作用,水 水泥 砂子 石子 外加剂 掺合料,水泥浆,骨料 （集料）,混凝土,作用：,润滑,胶结,作用：,骨架（抑制水泥石收缩）,组 合 一,作用：,显著改善混凝土性能,作用：,利用工业废料，调节强度等级，改善性能,三、组成材料及作用,水 水泥 砂子 石子 外加剂 掺合料,水泥

5、浆,混凝土,组 合 二,水泥砂浆,包裹与填充,1、砂、石作为骨料，起骨架和体积稳定作用。 2、水+水泥 在凝结硬化前形成水泥浆起润滑作用并赋予浆体可塑性。 在凝结硬化后起胶结作用并产生强度 3、外加剂显著改变混凝土水化与凝结硬化的性质及强度、耐久性等。 4、掺合料改变混凝土水化与凝结硬化的性质及强度、耐久性等。,各组成材料及作用：,四、混凝土特点,五、生产工艺,计量 measure,搅拌 mix,运输 transport,浇灌 place,振捣 vibrate,抹面 finish,养护cure,运输 快速、不离析，防止水分蒸发和温度升高,浇灌 避免离析,捣实 充分，不过分,抹面 掌握时机 (找

6、平、镘平、镘光),养护 保证温度、湿度,脱模 不得过早,六、组织结构,不均质的结构体,七、工程对混凝土的基本要求,和易性：混凝土拌合物应具有与施工条件相适应的和易性，便于施工时浇筑振捣密实，并能保证混凝土的均匀性。 强度：浇筑后的混凝土经养护至规定龄期，应达到设计要求的强度。 耐久性：硬化后的混凝土应具有与工程环境条件相适应的耐久性，如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等。经济性：在满足上述三方面要求的前提下，混凝土各组成材料的配合比应经济合理，尽量降低成本。,4.2 混凝土的组成材料,组成材料及作用,水 水泥 砂子 石子 外加剂 掺合料,水泥浆,骨料 （集料）,混凝土,作用：,润滑,胶结,作用：,骨架

7、（抑制水泥石收缩）,组 合 一,作用：,显著改善混凝土性能,作用：,利用工业废料，节约水泥，调节强度等级，改善性能,1、作用,水泥是混凝土中最重要的组分,胶结、润滑,2、选用品种、强度等级,根据混凝土工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择。 水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。 水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.0倍,3、注意,不同品种水泥不能混用,fce 过高,fc 过低,（强度） 大,（耐久） 小,W 不变,C 增加,掺加 混合材,措施,fce 过低,fc 过高,（强度） 小,（耐久） 小,W 增加,C 增加,掺加 外加剂,和易性差,

8、分类, 细骨料 0.165mm 天然砂：河砂、湖砂、海砂、山砂 人工砂 粗骨料 5mm 碎石 卵石,按技术要求分为3类: :用于C60的混凝土 :用于C30C60的混凝土 :用于C30的混凝土及建筑砂浆,普通混凝土用砂、石质量及检验标准 JGJ522006,水工混凝土施工规范DL/T5144-2001,（一）泥和泥块、石粉的含量 含泥量：骨料中粒径小于0.08mm颗粒的含量 泥块含量：在细骨料中粒径大于1.25mm，经水洗，手捏后变成小于0.63mm的颗粒含量；在粗骨料中粒径大于5mm，经水洗、手捏后变成小于2.50mm的颗粒含量。 石粉含量：JGJ52-2006规定人工砂中公称粒径小于0.0

9、8mm，且其矿物成分和化学成分与被加工母岩相同的颗粒含量；DL/T5144-2001规定为人工砂中粒径小于0.16mm的颗粒的含量。 由于泥和石粉颗粒极细，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的胶凝能力;泥块会在混凝土中形成薄弱部分，影响混凝土质量。 具体规定见书上表4-1、4-2。,（二）有害杂质 有机杂质 泥 泥块 硫化物、硫酸盐 云母(砂中) 轻物质(砂中) 氯盐(砂中), 妨碍水泥水化； 降低界面粘结，增加用水量； 形成薄弱区； 体积膨胀反应； 与水泥粘结差； 形成薄弱区； 促进钢筋锈蚀。,具体含量要求见书上表4-3。,（三）砂颗粒级配、粗细程度,（1） 级配 ：骨料中各粒径 颗粒的

10、分布情况,如果砂的粒径相同，则空隙率很大，在混凝土中填充砂子空隙的水泥浆用量就多；当用两种粒径的砂空隙就减少了，而用三种粒径的砂组配，空隙就更少。 砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中粗颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，即具有良好的颗粒级配，则可达到使砂的空隙率和总表面积均较小，这种砂是比较理想的。,（2）砂的粗细程度-不同粒径的砂混合在一起后 的平均粗细程度。,（3）砂级配、粗细程度技术性质 砂的级配、粗细程度细度模数 常用筛分法测定 用5.00、2.5、1.25、0.630、0.315、0.160的标准筛，将抽样所得的500g干砂，又粗到细依次过筛，然 后称留在各筛上的砂质量，并计算各筛于百分率

11、a1、a2、a3、a4、a5、a6，及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6。,分计筛余和累计筛余的关系,注：分计筛余百分率：各筛的筛余量/砂的总量（g）。 累计筛余百分率：各筛的分计筛余率加上比该筛大的所有筛的分计筛余百分率之和。,砂的级配曲线,级配曲线分析,区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土。 区:中砂为主,最适合配制普通混凝土。 区:细砂为主,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩。,细度模数的计算公式为,细度模数愈大，表示砂愈粗。 其中:3.7 3.1为粗砂 .02.3为中砂 2.21.6为细砂 1.50.7为特细砂,计算结果保留到小数点后两位有效数字,

12、若砂子用量很大，应贯彻就地取材的原则。 若有些地区砂子过粗、过细或级配不良时，在可能的情况下，应将粗细砂掺配使用。 在只有细砂或特细砂的地方，可以考虑采用人工砂，或采取一些措施以降低水泥用量，如掺入一些碎石屑或掺用减水剂、引气剂等。,思考： 砂颗粒级配与细度模数的关系？ 细度模数相同，级配一定相同 级配相同，细度模数一定相同,例题：,（四）石子的颗粒级配、最大粒径,、分为连续级配和间断级配,连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的级配。 间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而

13、使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。,通常根据最大粒径的不同，将石子分为二级、三级或四级，分别堆放，拌制混凝土时按各级石子所占比例掺用，进行堆积密度试验，从中选出几组堆积密度较大的级配，再进行混凝土和易性试验，选出既能满足和易性要求且水泥用量又较小的搭配比例。,、最大粒径(Dmax) 骨料中公称粒级的上限,采用较大粒径的粗骨料对混凝土强度有利。 原因：粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减小，因此包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥，并且在一定和易性

14、及水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。 当最大粒径超过40 mm，并无多大好处。因为这时由于减少用水量获得的强度提高，被大粒径骨料造成的较少粘结面积和不均匀性的不利影响所抵消。,Dmax的限制条件 .经济性: Dmax增大,表面积减小,水泥用量减少 .结构限制: Dmax 1/4结构截面最小尺寸; Dmax 3/4钢筋最小净距; Dmax =1/3实心板厚度，且Dmax 40mm。 .施工方面：Dmax过大，在搅拌、运输以及振捣时易产生离析或易损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。,Dmax结构截面最小尺寸的1/4； Dmax钢筋间最小净距的3/4； 对于混凝土实心板：Dmax板厚的1/3，

15、且Dmax40mm； 对于泵送混凝土：泵送高度在50m以下时，骨料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1/3，卵石不宜大于1/2.5； 当混凝土搅拌机容量0.81m3， Dmax 80mm； 即便是大容量搅拌机也不宜超过150mm。,（五）坚固性,指在环境因素作用下抵抗破坏的能力，用硫酸钠溶液循环浸渍检验。 骨料坚固性指标,（六）碱活性,危害：集料中的活性SiO2与水泥中的碱发生反应，产生膨胀并导致混凝土开裂,检测：化学法、长度法等,工程实例：国外某钢筋混凝土结构住宅 墙面开花 竣工后第二年，混凝土外墙可见直径30mm，深10mm左右的圆锥状混凝土被挤出，形成孔穴。 原因：骨料中含有白云石矿

16、物CaMg（CO3）2，其分解物和水泥中的碱反应，膨胀挤掉表面混凝土，引起圆锥形爆裂。 查阅施工记录后知，预拌工厂运输骨料的卡车在前些天曾运过白云石矿物，粘附在卡车车厢板上的残物混进了骨料。,（七）骨料的形状和表面特征,骨料的颗粒形状近似立方形或球形，且表面光滑时，表面积较小，对混凝土流动性有利，然而表面光滑的骨料与水泥石粘结较差。 骨料中的针状（颗粒长轴长度大于平均粒径的倍）和片状（厚度小于平均粒径的0.4倍）颗粒，不仅影响混凝土的和易性，而且会使混凝土的强度降低。骨料中针状颗粒含量，应符合规范中的规定。,Needle and Slice Shape Particles,碎石和卵石的比较,当

17、拌制混凝土的水灰比较小时，碎石混凝土较卵石混凝土在其他条件相同的情况下强度高；当水灰比较大时，碎石混凝土的强度却与卵石混凝土相当，为什么？,（八）强度粗骨料的强度,为了保证混凝土的强度，粗骨料必须致 密并具有足够的强度。 碎石可用抗压强度和压碎指标表示。 卵石只能用压碎指标表示。,岩石抗压强度试验 用母岩制成505050mm 立方体，或直径与高度均为50mm的圆柱体试样，浸泡水中48，待吸水饱和后进行抗压试验。 其抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比1.5。 岩浆岩强度不宜低于80MPa； 变质岩不宜低于60MPa； 水成岩不宜低于45MPa 。,压碎指标是将一定重量气干状态下1020的石子

18、装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到 200K，卸荷后称取试样质量（0），再用孔径为2.36的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1），用下式计算压碎指标： 式中a-压碎指标值，%； 0-试样质量，g； m1-压碎试验后试样的筛余量，g。 压碎指标值越小，骨料的强度越高。,压碎指标,表 碎石的压碎指标值,表 卵石的压碎指标 (GB/T14685-2001),混凝土用水的质量要求是：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土。 混凝土中用水中的物质含量限值见表4.10。 凡符合现行国家生活饮用水标准的饮用水可不经检验

19、直接用于混凝土拌制和养护；海水不宜拌制钢筋混凝土、预应力混凝土及有饰面要求的混凝土；工业废水须经处理后才能使用。,水泥胶砂强度与混凝土骨料试验,试验内容 水泥胶砂强度：28天龄期抗折强度、抗压强度；混凝土用砂石料：砂筛分试验、砂视密度及吸水率、砂堆积密度、粗骨料视密度及吸水率。 试验地点 取试件：水建楼东侧实验室 骨料试验、强度试验水建楼一楼,定义：掺量水泥质量的5%，使砼显著改性的 物质。 分类： 改善混凝土拌合物流变性减水剂、泵送剂 调节混凝土凝结硬化性能缓凝剂、早强剂 改善混凝土的耐久性引气剂、阻锈剂 提供混凝土特殊性能膨胀剂、防水剂,1、减水剂 作用：在保持混凝土稠度不变的条件下，具

20、有减水作用； 在保持用水量不变的条件下，具有增塑作用。 主要成份表面活性剂,减水剂作用机理,水泥颗粒,游离水,电性斥力,减水剂,水泥颗粒,游离水,溶剂水膜,掺用减水剂的目的： 用水量、强度一定时，流动性 流动性一定时， 用水量 水泥用量不变强度 流动性、强度一定时， 用水量 水泥用量 节约水泥 经济 常用减水剂 木质素磺酸盐系 、萘系减水剂、树脂系减水剂,木质素系减水剂,由木桨废液，经磺化、干燥制成。 最常用木质素磺酸钙木钙 用量：0.20.3% 效果：减水率为10%，或使坍落度提高10cm左右；强度增加1020% 性能特点 缓凝作用：掺0.25%的M剂，凝结时间延迟1-3h 引气作用：使混凝

21、土的含气量由2%增加为3.6%，故使强度下降，但耐久性提高。 应用：适用于大模板、滑模施工；大体积混凝土、泵送混凝土及夏季施工等。,萘系减水剂,由煤焦油中分馏出萘及其同系物，经磺化缩合而成，主要成分为芳香属磺酸盐甲醛浓缩物。 目前国产萘系减水剂常用的品种：NF、NNO、FDN、UNF、MF、AF和建1等。,简介,性能,掺量0.21.0% 由于具有高分散性，属于高效减水剂 减水率 15% 增强率 20% 节省水泥 10-20% 有微缓凝作用 大部分为非引气型，不影响强度,2、引气剂 作用：能在混凝土拌合物中产生一定量均匀 分布、稳定、微细、独立气泡。,引气剂对混凝土的影响 提高流动性，减少泌水量

22、 提高抗渗性、抗冻性 降低强度 常用引气剂 松香树脂（最常用）、烷基磺酸盐、脂肪醇磺酸盐、蛋白盐及石油磺酸盐等,3、早强剂 作用：加速混凝土早期强度发展 分类：无机的（氯盐类、硫酸盐等） 有机的（三乙醇胺、三异丙醇胺、乙酸钠等） 复合的（有机-无机） 特征：促进水泥早期水化和硬化，提高早期强度，缩短养护周期，从而加快施工进度。尤其适用于冬季施工和紧急抢修。,4、缓凝剂 作用：延缓混凝土凝结时间，不显著影响混凝土后期强度。 分类：木质素磺酸盐类、糖类、无机盐类和有机酸类等。 特征：气温高，运距长； 分层浇筑； 大体积混凝土等,五、掺合料 定义：在配制混凝土是直接加入具有一定活性的矿物细粉材料（大

23、多数来自工业固体残渣） 掺合料用于混凝土中可以取代水泥，节约成本；改善混凝土拌合物和硬化混凝土的各项性能；改善环境，减少二次污染。 常用：粉煤灰、硅灰、矿渣微粉,粉煤灰（飞灰） 来源：火力发电厂的工业废料 粉煤灰可以改善混凝土拌合物的和易性、可泵性和抹面性； 能降低混凝土凝结硬化过程的水化热； 能提高硬化混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性； 抑制碱骨料反应等耐久性能。,硅灰 硅灰是电弧炉冶炼金属或硅铁合金时的副产品。 硅灰可以取代水泥，节约成本；改善混凝土拌合物的粘聚性、和保水性；可降低水化热，提高混凝土的抗冻、抗渗和抗腐蚀能力。 目前国内外，常用硅灰配制100MPa以上的特高强混凝土。,矿渣微粉

24、矿渣微粉是水淬粒化高炉矿渣经磨细加工后形成的细微材料。 矿渣微粉可以取代水泥；显著改善和提高混凝土的综合性能（如和易性等）。 矿渣微粉不仅用于配制高强、高性能混凝土，而且也十分适用于中强混凝土、大体积混凝土，以及各种地下、水下混凝土工程。,4.3新拌混凝土的和易性,新拌混凝土指将水泥、砂、石和水的尚未凝固时的拌和物(Fresh concrete) 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）不易发生分层离析、泌水等现象，并能获得质量均匀、成型密实混凝土的性能。 和易性为一综合技术性能，它包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。,一、和易性概念,WORKABILITY,流动性是指

25、混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。 粘聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致生离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。 保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。 混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性，三者是互相关联又互相矛盾的。,粘聚性不良造成的离析分层,二、和易性的测定方法,混凝土拌合物和易性内容比较复杂，通常是采用一定的实验方法测定混凝土拌合物的流动性，再辅以经验直观目测评定粘聚性和保水性。 混凝土拌合物的流动性以坍落度或维勃稠度作为指标。坍落度适用于流动性较大

26、的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。,坍落度试验 将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆台筒中，逐层插捣并装满刮平后，垂直提起圆台筒，混凝土拌合物由于自重将会向下坍落。量测坍落的高度（以毫米计），即为坍落度。坍落度越大，则混凝土拌合物的流动性越大。,指标 定量测定坍落度值 定性判断粘聚性和保水性 适用范围 Dmax40mm 坍落度10mm,请点击右键选择“播放”观看Flash动画,坍落度试验插捣,坍落度试验提桶,坍落度试验,坍落度试验测量,拌合物分类：按流动性,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。,针对不同情况，可参照表4-13选用混凝土拌合物的坍

27、落度值。,坍落度的选定原则：在便于施工操作并能保证混凝土振捣密实的条件下，应尽可能取用较小的坍落度，以便节约水泥并获得质量较好的混凝土。,维勃稠度测定 在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物，垂直提起坍落度筒，在拌合物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，在透明圆盘的底面完全为水泥浆所布满的瞬间，停止秒表，关闭振动台。此时可认为混凝土混合物已密实。读出秒表的秒数，称为维勃稠度。,拌合物分类：按流动性,该法适用于粗骨料最大粒径不超过40，维勃稠度在30之间的混凝土拌合物的稠度测定。,Vebe Consistometer Instrument,维勃稠度试验,三、影响和易性的主要

28、因素,1、水泥浆用量的影响 在混凝土拌合物中，水泥浆包裹骨料表面，填充骨料空隙，使骨料润滑，提高拌和物的流动性； 在水灰比不变的情况下，单位体积混合物内，随水泥浆的增多，拌合物的流动性增大。 若水泥浆过多，超过骨料表面的包裹限度，就会出现流浆现象，这既浪费水泥又降低混凝土的性能； 如水泥浆过少，达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的，使粘聚性变差，流动性低，不仅产生崩塌现象，还会使混凝土的强度和耐久性降低。 拌合物中水泥浆的用量以满足流动性要求为宜。,在水灰比一定的前提下，用水量的变化就是水泥浆 用量的变化。实际上用水量是影响混凝土流动性最大的因素。,当用水量一定时，水泥用量适当变化（增减5010

29、03 ）时，基本上不影响混凝土拌合物的流动性，即流动性基本上保持不变。由此可知，在用水量相同的情况下，采用不同的水灰比可配制出流动性相同而强度不同的混凝土。,混凝土的恒（固）定用水量法则,为什么？,三、影响和易性的主要因素,2、水泥浆稀稠的影响 水泥浆的稀稠，在水泥品种一定的前提下，取决于水灰比的大小。 水灰比小，水泥浆稠，拌合物流动性就小，混凝土拌合物难以保证密实成型； 若水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象。 水灰比虽然直接也影响到混凝土拌合物的和易性，但并不可以通过调整水灰比来改善和易性，因为水灰比也是决定混凝土强度与耐久性的主要因素，一经确定不可随

30、意变动。,三、影响和易性的主要因素,3、砂率的影响 砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总用量的百分率。,砂率与坍落度的关系,合理砂率(最优砂率) 在W和C一定时,使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持良好的粘聚性和保水性的砂率。 保持混凝土拌合物的坍落度一定的条件下，使水泥用量最低的砂率。,注意 在水泥浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大，混凝土拌合物就显得干稠，流动性小。如要保持一定的流动性，则要多加水泥浆，耗费水泥。 若砂率过小，砂浆量不足，不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用，也会降低混合物的流动性，同时会使粘聚性、保水性变差，使混凝土混合物显得粗涩，粗骨

31、料离析，水泥浆流失，甚至出现溃散现象。因此，砂率既不能过大，也不能过小，应通过试验找出最佳（合理）砂率。,三、影响和易性的主要因素,4、组成材料性质的影响 水泥：主要是品种和细度。 骨料：主要包括级配、颗粒形状、表面特征及粒径。 外加剂：加入减水剂或引气剂可明显提高流动性，引气剂可明显改善拌合物的粘聚性和保水性。,三、影响和易性的主要因素,5、温度和时间的影响 拌合物的流动性随温度升高而降低。 这是因为温度升高加速水泥水化，增加水分的蒸发。 拌合物随时间延长而变干稠，流动性降低。 这是因为一部分水份被骨料吸收，一部分水份蒸发，一部分水份与水泥水化。,影响和易性的主要因素 水泥浆用量单位用水量

32、，决定混凝土拌合物的流动性 砂率 ，决定混凝土拌合物的粘聚性和保水性 水泥浆稀稠水灰比 ，虽然也影响着混凝土拌合物的和易性，但并不可通过改变水灰比的大小来调整和易性，即拌制混凝土时不可随意加水。水灰比一经确定不可随意变动。,提高和易性的措施,当坍落度偏小时，保持W/C 不变，增加水泥浆的数量 当坍落度偏大时，保持Sp 不变，增加砂石的数量 选择合理 Sp 改善骨料级配 选择较大粒径的骨料 采用外加剂,Back,4.4硬化混凝土的强度,混凝土抗压强度试验录像,一、抗压强度和强度等级,混凝土标准立方体抗压强度：以边长为150mm的立方体试件为标准试件，按标准方法成型，在标准养护条件（温度20士3C

33、，相对湿度90以上）下，养护到28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度。 混凝土非标准立方体抗压强度：边长为100或200mm的立方体试件，可采用折算系数折算成标准件的强度值。（100mm的折算系数0.95,200mm的折算系数1.05） 强度等级：在混凝土立方体抗压强度总体分布中，具有95保证率的抗压强度，称为立方体抗压强度标准值。（我国把混凝土划分为C15、C20C80等等级）,混凝土强度保证率 P% 是指混凝土强度总体中大于设计强度等级的概率。,图 4.4.5 混凝土强度保证率 P% 示意图,普通混凝土强度等级,根据 fcu,k.划分普通混凝土强度等级的 普通混凝土的十四个等级如下图

34、所示：,Grades,C60,C65,C70,C55,C50,C35,C15,C20,C25,C30,C45,C40,C25,concrete,fcu,k,C75,C80,混凝土轴心抗压强度 在结构设计中，常采用棱柱体而不是立方体，棱柱体能更好的反映混凝土实际受压情况。 棱柱体试件测得的抗压强度称轴心抗压强度。 我国目前采用150150300mm的棱柱体进行抗压实验。 若采用非标准尺寸的棱柱体试件，其高与宽之比应在23之间。 轴心抗压强度(fc)比同截面面积的立方体抗压强度(fcu)要小，当标准立方体抗压强度在10-50MPa范围内，两者的换算关系近似为,受力作用破坏类型,Back,普通混凝土

35、受压破坏形式,二、影响混凝土抗压强度的因素 1、水泥强度等级与水灰比的影响 普通混凝土受力破坏一般首先出现粘结面破坏形式，当水泥石强度较低时，水泥石本身首先破坏也是常见的破坏型式。所以混凝土的强度，主要决定于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力。而它们又取决于水泥强度及水灰比的大小，即水泥强度与水灰比是影响混凝土强度的主要因素，也是决定因素。 由于拌制混凝土拌合物时为了获得必要的流动性，常需要加入较多的水，多余的水所占空间在混凝土硬化后成为毛细孔，使混凝土密实度下降。 试验证明：在水泥强度不变的情况下，水灰比越小，水泥石强度越高，胶结力越强，从而使混凝土强度也越高。,保罗米公式： 在原材料一定的条

36、件下，混凝土28天龄期抗压强度（fcu,0）与水泥实际强度（fce）及水灰比（W/C）之间的关系（试验得）：,A、B回归系数,用途：已知fce 、W/C，求fcu 已知fcu,0、fce，求W/C 已知fcu,0、 W/C ，求fce,二、影响混凝土抗压强度的因素 2、骨料的影响 骨料本身的强度一般都比水泥石强度高，所以一般不会直接影响混凝土的强度。 若骨料经风化作用而强度降低时，则其配制混凝土强度也降低。 表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（砾石）的粘结力大。在其他条件相同的情况下但多用水泥，碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高（水灰比较小）。,二、影响混凝土抗压强度的因素 3、龄期 混凝土强度

37、随着混凝土龄期的增加而不断增大。 最初7天内强度增长较快;28天以后强度增长较慢。 普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，其强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期不小于3天）。,式中:fnnd龄期混凝土的抗压程度, MPa； 28 28龄期混凝土的抗压强度, MPa； lg、lg 28（不小于3）和28的常用对数。,二、影响混凝土抗压强度的因素 4、养护温度及湿度的影响 为了获得良好的混凝土，混凝土成型后必须进行适当的养护。 （1）温度 混凝土养护温度高，混凝土早期强度发展快，反之，低温下混凝土强度发展迟缓。 （2）湿度 较高的湿度有利于混凝土早期的强度。,三、抗拉强度,混凝土抗拉强度很

38、低，只有抗压强度的1/101/20，故在混凝土结构设计中，不考虑混凝土承受拉力。 混凝土的抗拉强度是确定抗裂度的重要指标。 用轴心抗拉法或劈裂法试验测试。,四、提高混凝土强度的措施,采用高强度水泥和低水灰比 掺加混凝土外加剂和掺合料 采用湿热养护 采用机械搅拌和振捣,4.5硬化混凝土的变形性,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。 非荷载变形包括化学减缩、温度变形（热胀冷缩）、湿度变形（湿胀干缩）等。 荷载变形根据施加荷载的方式不同包括短期一次加载下的变形、固定荷载长期作用的变形（徐变）、重复荷载作用等。,一、化学减缩 混凝土在硬化过程中，由于水泥水化

39、产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。 其收缩量是随着混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比一般在混凝土成型后40内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。 化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生微细裂缝，这些裂缝可能会影响到混凝土的受载性能和耐久性能。,二、温度变形 混凝土与其他材料一样，也具有热胀冷缩的性质，混凝土的热胀冷缩的变形，称为温度变形。混凝土温度膨胀系数约为 110-5m/m，即温度升高1，每m膨胀0.01。 温度变形对大体积混凝土极为不利。混凝土在硬化初期，水泥水化放出较多的热量，而混凝土是热的不良导体，散热很慢，使混凝土内部温度升高，但

40、外部混凝土温度则随气温下降，致使内外温差达5070，造成内部膨胀及外部收缩，使外部混凝土产生很大的拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。,防裂措施： 低热中热硅酸盐水泥、掺混合材的水泥。 减少水泥用量、提高混凝土强度。 外加剂缓凝剂、减水剂。 选用膨胀系数低的骨料，减小热变形。 混凝土表面保温。 在混凝土中埋冷却管。 合理分缝、分块、减轻约束。,三、混凝土的干缩湿胀 混凝土在干燥空气中存放时，混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产生紧缩，以及毛细管内游离水分蒸发，毛细管内负压增大，也使混凝土产生收缩。如干缩后的混凝土再次吸水变湿后，一部分干缩变形是可以恢复的。 混凝土在水中硬化时，体积不变，甚至有

41、轻微膨胀。这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大所致。,混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩可能使混凝土表面出现拉应力而导致开裂，严重影响混凝土的耐久性。 干缩主要是水泥石产生的，因此降低水泥用量，减少水灰比是减少干缩的关键。,四、荷载作用下的变形 1、短期荷载作用下的变形 混凝土在短期荷载作用下的变形可分为四个阶段,不同应力阶段混凝土内部裂缝示意图,混凝土破坏过程与内部裂纹变化关系,2、长期荷载作用下的变形徐变 混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。,混凝土的徐变有利于混凝土内应力集中的释

42、放，但会使预应力混凝土产生应力松弛。 影响混凝土徐变因素很多，混凝土所受初应力越大，在混凝土制成后龄期较短时加荷，水灰比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的徐变增大；另外混凝土弹性模量大，会减小徐变，混凝土养护条件越好，水泥水化越充分，徐变也越小。,4.6硬化混凝土的耐久性,混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工作量，提高经济效益具有重要的意义。,1、混凝土的抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水、油等渗透的能力。混凝土的抗渗性以抗渗等级来表示。抗渗等级是以28龄期的标准抗渗试件，按规定方法试验，以不渗水时所能

43、承受的最大水压力来表示，划分为P2、P4、P6、P8、P12 等等级，它们分别表示能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.2 MPa的水压力而不渗透。提高混凝土抗渗性的措施：严格控制水灰比并保证足够的水泥用量；掺用减水剂、引气剂等外加剂；选用品质良好、级配合格的骨料；加强养护等。,2、混凝土的抗冻性 混凝土的抗冻性是指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，同时也不严重降低强度的性能。 混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是采用龄期28的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25，而且质量损失不超过 时所能承受的最大冻融循环次数来确定的。5016492将混

44、凝土划分为以下抗冻等级：10、F15、F25、F50、F150、F200、F250、F300等九个等级，分别表示在标准试验条件下混凝土能够承受反复冻融循环次数为10、25、25、50、100、150、200、250和300次。,混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内部的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力，因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力所产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。 提高抗冻性方法：减小水灰比，掺加引气剂或减水性引气剂。,3、混凝土的抗侵蚀性 抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到

45、化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥的品种、混凝土密实度与孔隙特征等。,4、混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水，碳化又叫中性化。 碳化对混凝土的影响：减弱对钢筋的保护作用。 引起混凝土的收缩，使混,凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝， 从而降低了混凝土的强度。 表面生成的碳酸钙填充水泥石的孔隙，增大密实度。,弊大于利 措施：降低水灰比，提高密实度,影响混凝土碳化速度的主要因素有：（1）水泥品种。掺混合材的水泥，因其氢氧化钙含量较少，碳化比普通水泥快。 （2）水灰比。水灰比大的混凝土，因孔隙较多，二氧化碳

46、易于进入，碳化也快。 （3）环境湿度。在相对湿度为5075的环境时，碳化最快。相对湿度小于25或达到100时，碳化停止。,5、混凝土的碱-骨料反应 反应机理：a-SiO22mNaOH mNaOSiO2nH2O (吸水膨胀) 必要条件：水泥含碱过量 集料含一定数量含活性SiO2 水分存在 抑制措施：使用非活性集料 低碱水泥(Na2O当量含量小于0.6%) 不掺含活性SiO2的细粉。,4.7混凝土质量控制与强度评定,一、混凝土的质量控制 混凝土质量控制包括以下三个过程” 1、混凝土生产前的初步控制-人员配备、设备调试、材料检验、配合比的确定和调整等 2、混凝土生产过程的控制- 3、混凝土生产后合格

47、性控制-混凝土强度的验收评定 以上过程的任一步骤中都存在质量波动，所以进行混凝土质量控制时如要做出质量评定必须用数理统计方法。,二、混凝土的强度质量评定 1、混凝土强度的波动规律 可用两个统计量对此图作出描述 - 强度平均值 - 强度标准差,强度平均值,式中混凝土强度试件组数 fcu，i 混凝土第组的抗压强度值,强度标准差（均方差）,标准差是正态分布曲线上拐点至对称轴的垂直距离，可用以作为评定混凝土质量均匀性的一种指标。,越 大强度分布曲线越矮而宽，说明强度的离散度较大，反映了管理水平低下，强度质量不稳定。,变异系数 在相同生产管理水平下,混凝土的强度标准差会随平均强度水平而增加,所以平均强度

48、水平不同的混凝土之间质量稳定性比较,可用变异系数Cv表征,v值愈小，表示混凝土质量愈稳定。,强度平均值、标准差、变异系数 平均值 标准差 变异系数, 强度的总体大小, 强度的波动情况 强度离散,相对标准差 砼质量稳定,2、混凝土强度保证率,混凝土的强度保证率P（）是指混凝土强度总体中，大于等于设计强度等级的概率，在混凝土强度正态分布曲线图中以阴影面积表示，见图所示。低于设计强度等级（fcu，）的强度所出现的概率为不合格率。,混凝土强度保证率（）的计算方法为：首先根据混凝土设计等级（fcu,）、混凝土强度平均值（ ）、标准差（）或变异系数（v），计算出概率度（），即,则强度保证率（）就可由正态分

49、布曲线方程积分求得，即,概率度定义：,t0，f ft 的保证率 P(t)50% t 0，f ft的保证率 0% ft的保证率 50% P(t) 100%,但实际上当已知值时，可从数理统计书中的表内查到值。 工程中（）值可根据统计周期内混凝土试件强度不低于要求强度等级的组数N0与试件总组数（）之比求得，即,3、混凝土配制强度 在施工中配制混凝土时，如果所配制混凝土的强度平均值（ ）等于设计强度 （fcu,），这时混凝土强度保证率只有50。因此为了保证工程混凝土具有设计所要求的95强度保证率，在进行混凝土配合比设计时，必须使混凝土的配制强度大于设计强度（fcu，）,目前我国混凝土配制强度可按下式计

50、算：,当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，值可按下表取值。,4、强度评定 稳定生产按统计方法评定 不稳定生产按非统计方法评定, 平均值标准值0.7 最小值标准值0.7 混凝土强度等级不高于C20时，最小值0.85标准值 混凝土强度等级高于C20时，最小值0.90标准值, 平均值1.15标准值 最小值0.95标准值,4.8普通混凝土的配合比设计,一、混凝土配合比设计基本要点 （一、二、三、四）,一 个 目的,两 个 基准,混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例，确定这种数量比例关系的工作，称为混凝土配合比设计（既要使混凝土各项技术性质满足要求，又经济）,混凝土配合

51、比设计以计算1m3混凝土中各材料用量为基准（也可以各材料质量比表示：C:W:S:G:外加剂等） 计算时骨料以干燥状态为准（水工混凝土配合比设计以饱和面干状态为基准）。,水灰比 、单位用水量 、和砂率,三 个 参数,水 水泥 砂子 石子 外加剂 掺合料,水泥浆,骨料 （集料）,混凝土,在满足混凝土强度和耐久性的前提下，取较 值，以节约水泥,（浆骨比）,确定原则,在满足混凝土拌合物粘聚性、保水性的前提下，取较 值，以节约水泥,在满足混凝土拌合物流动性的前提下，取较 值，以节约水泥,大,小,小,表4.16 或假定混凝土中用砂填充石子空隙并略有富余，以拨开石子，在石子周围形成足够的砂浆层。,三 个 参

52、数,水灰比 、单位用水量 、和砂率,初步确定方法,由强度,强,由耐久性,耐,表4.34,表4.14,推导该公式,（）满足结构设计的强度等级要求； （）满足混凝土施工所要求的和易性； （）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求； （）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。,四项基本要求,二、配合比设计前的准备工作 工程要求与施工水平方面 设计要求的混凝土强度等级 使用条件及对混凝土耐久性要求 和易性要求 混凝土的部位、构件断面尺寸及配筋情况 施工条件、施工管理水平等原材料 水泥品种与强度等级、视密度 砂粗细程度、石Dm、级配、品种、视密度、含水率等 是否掺外加剂、掺料、品种性能 水质等,（1）初步确定水灰比 （W/C）,第一步：初步配合比的确定,三、实验室配合比的设计过程,（2）选定单位用水量（W0）,（3）计算水泥用量（C0）,为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量还应大于下表 (表4.34)规定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于下表规定值，应取规定的最小水泥用量值。,（4）确定砂率值（SP）,（5）、确定1m3混凝土砂石用量（S0，G0）,质量法,通过以上计算，得出每立方米混凝