土木工程材料 第4章 混凝土.ppt

1、第 4 章 混 凝 土（CONCRETE）,定义： 以通用水泥、水和粗、细集料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间凝结硬化而成的人造石材，称为普通水泥混凝土，简称混凝土。 简写为砼（读作“混凝土”）,具有特殊性能的砼： 高强砼 高性能砼 流态砼 耐热砼 耐酸砼,砼材料的特点： 原材料丰富、造价低廉 具有可浇注性（可模性） 强度高、耐久性好、耐火性好 配制灵活、适应性好 与钢筋有牢固的粘结力 生产能耗较低 但自重大、硬化慢、抗拉强度低(脆性),按生产和施工工艺可分为： 预拌砼（商品砼） 泵送砼 喷射砼 碾压砼 水下砼 真空吸水砼 离心砼,土木工程对砼的基本要求： 具有符合设计要求的强度 具有

2、与施工条件相适应的和易性 具有与工程环境相适应的耐久性 具有较好的经济性,4.1 砼的组成材料 砼是由水泥、砂、石和水组成，另外还常 加入适量的掺合料和外加剂。 在砼中，砂、石起骨架作用，称为骨(集)料。 水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结成为一个坚实的整体。,一 水泥 水泥是砼中最重要的组分。 水泥品种的选择： 应根据工程性质与特点，环境条件及施工条件，结合水泥的特性进行合理的选择。 水泥强度等级的选择： 应当与砼的设计强度等级相适应。经验证明，配制C30以下的砼，水泥强度等级为砼强度

3、等级的1.11.8倍，配制40以上的砼，为1.01.5倍。,二 细骨料（砂） 由自然风化、水流搬运和分选、堆积形 成的、粒径小于4.75的岩石颗粒（砂） 称为细骨料。砼用砂的技术要求如下：,1 砂的粗细程度与级配 砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。 在相同用量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在砼中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。 一般说来，用粗砂拌制砼比用细砂所需的水泥浆为省。,级配：指骨料中颗粒的搭配情况，包括颗粒的粒径大小和数量多少。 在砼中砂粒之间的空隙是由水泥

4、浆填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，应尽量减小砂粒之间的空隙。要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。以获得较好的技术经济性。,在拌制砼时，砂的级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均较小（级配良好），这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高砼的密实度与强度。,砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分（析）试验进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。,筛分析的方法： 用一套孔径为9.50、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm的标准筛，将500g的干砂试样由

5、粗到细依次过筛，然后称得各筛余留在筛上的砂的质量（筛余量），并计算出各筛上的分计筛余百分率ai及累计筛余百分率i。,细度模数的计算公式为： ai-分计筛余百分率，即该号筛的筛 余量除以试样总量； i-累计筛余百分率，即该号筛与大于 该号各筛分计筛余百分率之和。,细度模数（x）愈大，表示砂愈粗，砂的 细度模数范围一般为3.70.7，其中 x在 3.7 3.为粗砂， x在.02.3为中砂， x在 2.21.6为细砂， x在 1.50.7为特细砂。 普通砼用砂的细度模数一般在2.2 3.2之间 较为适宜。,国家规范将细度模数为 3.7 1.6 的普通砼用砂，以0.60mm筛孔的累计筛余量分成三个级配

6、区，如表4-1所示及图4-1所示。普通砼用砂的筛分曲线必须包容在三个级配曲线区域中的任一个区域以内。,图4-1砂的1、2、3级配区曲线,例4- 某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配,砂按技术要求分为三类： 类宜用于强度等级 C60的砼 类宜用于强度等级 C30 - C60的砼及有抗冻抗渗或其他要求的砼； 类宜用于强度等级 C30的砼和建筑砂浆,2 砂中有害杂质的含量 为保证砼的质量，砂中有害杂质的含量，应符合国家技术规范的规定。,砂中不应含有活性氧化硅，因为砂中含有的活性氧化硅，能与水泥中的碱分（2及2）起作用，产生碱骨料反应，使砼发生膨胀开裂。,对砂的技术要求

7、：（需记住） 级配好、质地坚硬； 洁净、杂质少； 有害成份不超标。,三 粗骨料（石） 粒径大于4.75的骨料为粗骨料（卵石和碎石）。对用于配制普通砼的卵石和碎石有以下技术要求：,1 最大粒径、颗粒级配 （1）石子最大粒径（Dmax） 石子颗粒的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。 石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，砼中包裹石子所需水泥浆体积减少，即砼用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高砼的强度。,石子最大粒径（Dmax）过大时，由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成砼的强度下降。同时，最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面

8、的限制。,根据我国砼施工规范规定： 粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面短边长度的/；不得大于钢筋最小净距的 /。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。,（2）颗粒级配 粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试验采用筛分法测定，即用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。,石子的级配可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砼混合料，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。,间断级配也称单粒级

9、级配。间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，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。由间断级配制成的砼，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，砼混合物容易产生离析现象，导致施工困难。,石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石、卵石的颗粒级配规格见表4-3 (表 4-6)。,2 粗骨料的强度及坚固性 （1）粗骨料的强度 粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒状石子的压碎指标来表示。 岩石立方强度试验，是用母岩制成555cm 立方体，或直径与高度均为5cm的圆柱体试样，浸泡水中，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的砼强度等级之比，不应低于1.5。,压碎

10、指标是将一定重量气干状态下1020的石子装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到200，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： 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。,（2）骨料的坚固性 骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过规范的规定。,3 有害杂质 粗骨料中的有害杂质主要有：粘土、淤泥及细屑；硫酸盐及硫化物；有机物质；

11、蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒等。 它们的危害作用与在细骨料中相同。各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定。,粗骨料中的针状（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，不仅影响砼的和易性，而且会使砼的强度降低。骨料中针状颗粒含量，应符合规范中的规定。,4 骨料的饱和面干吸水率 骨料的几种含水状态如图所示。,骨料的含水状况除不含水分的绝干状态以外，还有含与大气湿度平衡的水分时的气干状态；颗粒表面干燥，而颗粒内部的孔隙含水饱和的饱和面干状态；颗粒表面吸附了水的润湿状态。,骨料在饱和面干状态时的含水率，称为饱和面干吸水率。当拌制砼时，由于骨料含水量的不同，将影响砼

12、的用水量和骨料用量。 计算砼中各项材料的配合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干的骨料为准。,砂石骨料的这一特性，在设计和称料拌合砼中应加以注意，并作相应调整。 如配合比设计是以干骨料作基准的，确定用水量时应考虑补充干骨料的吸水；当骨料是润湿态时，确定用水量时又应考虑扣除骨料的表面水。,对石子的技术要求（需记住） 级配好、强度高； 粒径适中、粒形好； 洁净、杂质少； 有害成份不超标。,四 水 在拌制和养护砼用的水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护砼。,污水、PH4的酸性水、含硫酸盐（按SO3计

13、）超过1的水均不得使用。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，对水泥石有侵蚀作用，对钢筋也会造成锈蚀，一般不得用海水拌制砼。 对水质有疑问时，可将该水与洁净水分别制成砼试块，进行强度对比试验，如果用该水制成的试块强度不低于洁净水制成的试块强度，就可用此水来拌制砼。,4.2 砼的技术性质 砼在未凝结硬化以前，称为砼拌合物（砼混合料）或新拌砼。 砼拌合物必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇灌质量；砼拌合物凝结硬化以后，应具有足够的强度和适当的变形，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。,4.2 砼的技术性质 砼应具备的四项技术性质： 和易性（工作性） 强度 变形 耐久性

14、,4.2.1 和易性(工作性) 一 和易性的概念 和易性是指砼拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、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性质。,流动性是指砼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。 流动性的大小取决于砼拌合物中用水量或水泥浆含量的多少。,粘聚性是指砼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性能。 粘聚性的大小主要取决于细骨料的用量以及水泥浆的稠度。,保水性是指砼拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重泌水的性能。 保水性差的砼拌

15、合物，由于水分分泌出来会形成容易透水的孔隙，从而降低砼的密实性。,二 和易性测定及评价指标 目前，尚没有能够全面反映砼拌合物和易性的测定方法。 在工地和试验室，通常是测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。,测定方法： （）坍落度法 将砼拌合物按规定方法装入标准圆锥筒（坍落度筒）中，逐层插捣并装满刮平后，垂直提起圆锥筒，砼拌合物由于自重将会向下坍落。坍落的高度（以毫米计），即为坍落度。 坍落度越大，则砼拌合物的流动性越大。,在做坍落度试验的同时，应观察砼拌合物的粘聚性、保水性及含砂等情况，以更全面地评定砼拌合物的和易性。 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

16、砼拌合物。,根据坍落度不同，将砼拌合物分为： 大流动性砼（坍落度大于160） 流动性砼（坍落度为100150） 塑性砼（坍落度为5090） 低塑性砼（坍落度为1040） 小于10的拌合物为干硬性砼,（）维勃稠度法（法） 对干硬性的砼拌合物通常采用维勃稠度仪测定其稠度。,测试方法： 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被水泥浆填满的瞬间，停止秒表，关闭振动台。此时可认为砼混合物已密实。读出秒表的秒数，称为维勃稠度。,该法适用于粗骨料最大粒径不超过40，维勃稠度在30之间的砼拌合物的稠度测定

17、。,三 和易性的选择 砼的坍落度，主要依据构件截面大小，钢筋疏密和捣实方法来确定。 当截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大，钢筋较疏，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。砼结构工程施工及验收规范（GB50204-1992）关于坍落度选择的规定：,四 影响和易性的因素 （）水泥浆的数量 在砼拌合物中，水泥浆包裹骨料表面，填充骨料空隙，使骨料润滑，提高混合料的流动性。 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，混合物的流动性增大。混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜。,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

18、费水泥又降低砼的性能。 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，还会使砼的强度和耐久性降低。,（）水泥浆的稠度 水泥浆的稀稠，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，砼拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大，又会造成砼拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象。,水泥浆的数量和稠度取决于用水量和水灰比。实际上用水量是影响砼流动性最大的因素。当用水量一定时，水泥用量适当变化（增减501003 ）时，基本上不影响砼拌合物的流动性，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

19、度不同的砼。,(3) 砂率 砂率是指砼中砂的用量占砂、石总用量的百分率。 g0每立方米砼的粗骨料用量（kg） s0每立方米砼的细骨料用量（kg） s砂率（） P 粗骨料的空隙率（） 0s 、0g 砂、石堆积密度（kg/m3),混合料中，砂用来填充石子的空隙。在水泥浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的比面及空隙率增大，砼就显得干稠，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，也降低混合物流动性，还会使粘聚性、保水性变差，砼显得干涩，粗骨料离析，水泥浆流失，甚至出现溃散现象。,砂率既不能过大，也不能过小，应

20、通过试验找出最佳（合理）砂率。也可参照表4-7选用。,()其他影响因素 水泥品种，骨料种类，粒形和级配以及外加剂等，都对砼拌合物的和易性有一定影响。,水泥的标准稠度用水量大，则拌合物的流动性小。 骨料的颗粒较大，形状圆整，表面光滑及级配较好时，则拌合物的流动性较大。 在砼拌合物中加入外加剂时（如减水剂），能显著地改善和易性。,砼拌合物的和易性还与时间，温度、湿度有关。 拌合物拌制后，随时间延长，流动性减小。温度越高，水分丢失越快，坍落度损失越大；湿度越大，水分蒸发越慢，坍落度损失越小。,4.2.2 砼的强度 一 砼的强度与强度等级（）抗压强度标准值和强度等级 立方体抗压强度（fcu）按照标准的

21、制作方法制成边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件（温度202，相对湿度95以上）下，养护至28龄期，按照标准的试验方法测定其抗压强度值，称为砼立方体抗压强度（以fcu表示, 单位为a）,测定砼立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。但在计算其抗压强度时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试件的试验结果。 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。, 立方体试件抗压强度标准值（fcu，k） 立方体抗压强度（fcu）只是一组砼试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度

22、标准值（fcu, k）是按数理统计方法确定，具有不低于95保证率的立方体抗压强度。, 强度等级砼的强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。我国现行规范规定，普通砼按立方体抗压强度标准值划分为： C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80等强度等级,(2) 轴心抗压强度（fcp）为了使砼强度接近于实际受力情况，在计算轴心受压构件（如柱子、衍架腹杆等）时，采用砼的轴心抗压强度作为依据。我国标准规定，测定轴心抗压强度采用 150150300mm棱柱体作为标准试件。试验证明，棱柱体强度与立方体强度的比值为0.70.8。,(3) 劈

23、裂抗拉强度（fts） (4) 砼抗折强度( fcf ) 道路路面或机场跑道用砼，是以抗折强度为主要设计指标。 水泥砼的抗弯强度试验是以标准方法制备成 150150550的抗折试件，在标准条件下养护28d后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf ），,(3) 劈裂抗拉强度（fts）我国现行标准规定，采用标准试件150mm立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts 砼劈裂抗拉强度应按下式计算： 式中fts砼劈裂抗拉强度，MPa F破坏荷载， 试件劈裂面面积，mm2,(4) 砼抗弯强度( fcf ) 道路路面或机场跑道用砼，是以抗弯强度（或称抗折强度）为主要设计指标

24、。 水泥砼的抗弯强度试验是以标准方法制备成 150mm150mm550mm的梁形试件，在标准条件下养护28d后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf ），按下式计算：,二 影响砼强度的因素 （1）水泥强度与水灰比 水泥是砼中的活性组分，其强度大小直接影响着砼强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的砼强度也越高。当用同一品种同一标号的水泥时，砼的强度主要取决于水灰比。,因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的25左右，但在拌制砼混合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水（约占水泥重量的4070）。砼硬化后，多余的水分蒸发或残存在砼中，形成毛细管、气孔或水泡，它们减少

25、了砼的有效断面，并可能在受力时于气孔或水泡周围产生应力集中，使砼强度下降。,在保证施工质量的条件下，水灰比愈小，砼的强度就愈高。但是，如果水灰比太小，拌合物过于干涩，在一定的施工条件下，无法保证浇灌质量，砼中将出现较多的蜂窝、孔洞，也将显著降低砼的强度和耐久性。试验证明，砼强度，随水灰比增大而降低，呈曲线关系，而砼强度与灰水比呈直线关系(砼强度公式)。,水泥石与骨料的粘结情况与骨料种类和骨料表面性质有关，表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（砾石）的粘结力大，硅质集料与钙质集料也有分别。在其他条件相同的情况下，碎石砼的强度比卵石砼的强度高。根据大量试验建立的砼强度公式：,式中fcu,0砼28天抗压强

26、度, MPa； fce水泥的实际强度, MPa； 灰水比； 每立方米砼中水泥用量, kg; 每立方米砼中用水量, kg。 a,b为回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得。普通砼配合比设计规程（JGJ552000）提供的a 、b 经验值为： 采用碎石：a=0.46b0.07 采用卵石：a=0.48b =0.33,（2）养护的温度和湿度 砼强度的增长，是水泥的水化、凝结和硬化的过程，必须在一定的温度和湿度条件下进行。在保证足够湿度情况下，不同养护温度，结果也不同。养护温度高，水泥凝结硬化速度快，早期强度高。低温时水泥砼硬化比较缓慢，当温度低至0以下时，硬化不但停止，还有冰冻破坏的

27、危险。砼浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证砼不断地凝结硬化。,(3) 龄期 在正常养护条件下，砼强度的增长遵循水泥水化历程规律，即随着龄期的延长，强度也随之增长。最初714d内，强度增长较快，28d以后增长较慢。但只要温湿度适宜，其强度仍随龄期增长。,普通水泥制成的砼，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（龄期不小于三天）,式中 fnnd龄期砼的抗压程度, MPa； 28 28龄期砼的抗压强度, MPa；lg、lg 28和28的常用对数。,(4) 施工质量施工质量的好坏对砼强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确，搅拌均匀，振捣密实，养护适宜等。任何一

28、道工序忽视了规范管理和操作，都会导致砼强度的降低。 (5) 试验条件试验条件对砼强度的测定也有直接影响。如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。,三 提高砼强度的措施 （1）选用高强度水泥和低水灰比 水泥是砼中的活性组分，在相同的配合比情况下，所用水泥的强度等级越高，砼的强度越高。 水灰比是影响砼程度的重要因素，试验证明，水灰比增加 1，则砼强度将下降5，在满足施工和易性和砼耐久性要求条件下，尽可能降低水灰比和提高水泥强度，这对提高砼的强度是十分有效的。,（2）掺用砼外加剂在砼中掺入减水剂，可减少用水量，提高砼强度；掺入早强剂，可

29、提高砼的早期强度。在砼中掺入矿物外加剂（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以节约水泥，降低成本；减少环境污染，改善砼诸多性能。,（3）采用机拌和机振采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使砼混合料的颗粒产生振动，降低水泥浆的粘度和骨料的摩擦力，使砼拌合物转入液体状态，在满足施工和易性要求条件下，可减少拌合用水量，降低水灰比。同时，砼混合物被振捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使砼内部孔隙大大减少，从而使砼的密实度和强度大大提高。,（4）采用湿热处理湿热处理可采用蒸汽养护。蒸汽养护是将成型后的砼制品放在100以下的常压蒸汽中进行养护，以加快砼强度发展的速度。砼经1620的蒸汽养护后，强度即

30、可达到标准养护条件下28强度的70 80。,4.3 砼的变形引起砼变形的因素很多，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 一 砼在非荷载作用下的变形 （1）化学收缩 砼在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，引起砼产生收缩，称为化学收缩。其收缩量是随着砼龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比一般在砼成型后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，可使砼内部产生微细裂缝。,（2）塑性收缩 砼成型后尚未凝结硬化时属塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩称为塑性收缩。新拌砼若表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，会造成毛细管内

31、部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定引力，便产生了收缩，如果引力不均匀作用于砼表面，则表面将产生裂纹。 预防塑性收缩开裂的方法是降低砼表面失水速率，采取防风、降温等措施。最有效的方法是凝结硬化前保持砼表面的湿润，如在表面洒水、覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。,（3）干湿变形 砼的干湿变形主要取决于周围环境湿度的变化，表现为干缩湿胀。砼在干燥空气中存放时，砼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，也使砼产生收缩。如干缩后的砼再次吸水变湿后，一部分干缩变形是可以恢复的。 砼在水中硬化时，体积不变，甚至有轻微膨胀。这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，

32、胶体粒子间距离增大所致。,砼的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对砼危害较大，干缩可能使砼表面出现拉应力而导致开裂，严重影响砼的耐久性。 影响砼干缩的因素有：水泥品种和细度、水泥用量和用水量等。火山灰质硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥干缩大；水泥越细，收缩也越大；水泥用量多，水灰比大，收缩也大；砼中砂石用量多，收缩小；砂石越干净，捣固越好，收缩也越小。,（4）温度变形 砼与其他材料一样，也具有热胀冷缩的性质，砼的热胀冷缩的变形，称为温度变形。砼温度膨胀系数约为 110-5，即温度升高1，每1m膨胀0.01mm。 温度变形对大体积砼极为不利。砼在硬化初期，水泥水化放出较多的热量，而砼是热的不良

33、导体，散热很慢，使砼内部温度升高，但外部砼温度则随气温下降，致使内外温差达5070，造成内部膨胀及外部收缩，使外部砼产生很大的拉应力，严重时使砼产生裂缝。,对大体积砼工程，应设法降低砼的发热量。如采用低热水泥，减少水泥用量，采用人工降温措施以及对表层砼加强保温保湿等，以减小内外温差，防止裂缝的产生和发展。 对纵向长度较大的砼及钢筋砼结构，应考虑砼温度变形所产生的危害，每隔一段长度应设置温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋。,二 砼在荷载作用下的变形 （1）砼的受压变形与破坏特征硬化后的砼在未施加荷载前，由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起的砂浆体积的变化，在粗骨料与砂浆界面上产生了拉应力，

34、同时砼成型后的泌水聚积于粗骨料的下缘，砼硬化后形成为界面裂缝。砼受外力作用时，其内部产生了拉应力，这种拉应力很容易在具有几何形状为楔形的微裂缝顶部形成应力集中，随着拉应力的逐渐增大，导致微裂缝的进一步延伸、汇合、扩大，形成可见的裂缝，致使砼结构丧失连续性而完全破坏。,当用砼立方体试件进行单轴静力受压试验时，砼的荷载变形曲线如图4-4所示，通过显微观察所查明的砼破坏过程各阶段的裂缝状态如图4-5所示。,图4-4 砼的荷载变形曲线,砼的受压破坏发展过程及各阶段情况如下： 阶段：荷载到达“比例极限”（约为极限荷载的30）以前、界面裂缝无明显变化，荷载与变形比较接近直线关系（图中曲线段） II阶段：荷

35、载超过“比例极限”以后，界面裂缝的数量、长度和宽度都不断增大，界面借摩阻力继续承担荷载，但尚无明显的砂浆裂缝。此时，变形增大的速度超过荷载增大的速度，荷载与变形之间不再为线性关系（图中曲线殷）。,III阶段：荷载超过“临界荷载”（约为极限荷载的7090）以后，界面裂缝继续发展，开始出现砂浆裂缝，并将邻近的界面裂缝连接起来成为连续裂缝。此时，变形增大的速度进一步加快，荷载一变形曲线明显地弯向变形轴方向（图中曲线段）。 IV阶段：荷载超过极限荷载以后，连续裂缝急速发展，此时，砼的承载能力下降，荷载减小而变形迅速增大，以至完全破坏，荷载一变形曲线逐渐下降而最后结束（图中曲线段）。,图4-5 砼不同受

36、力破坏阶段的裂缝状态示意图 由此可见，荷载与变形的关系，是内部微裂缝发展规律的体现。砼在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变发展到质变的过程。,（）弹性模量弹性模量是反应应力与应变关系的物理量，由于砼是弹塑性体，随荷载不同，应力与应变之间的比值成为一个变量，也就是说砼的弹性模量不是定值。按我国GBJ81一85的规定，混凝上弹性模量的测定，是采用150150300mm的棱柱体试件，取其轴心抗压强度值的40作为试验控制应力荷载值，经45次反复加荷和卸荷后，测得应力与应变的比值，即为砼的弹性模量。,影响砼弹性模量的因素有： 砼的强度等级越高，弹性模量越高。水泥用

37、量少，水灰比小，粗细骨料用量较多，弹性模量大。 骨料弹性模量大，砼弹性模量也大。 早期养护温度较低的砼具有较大的弹性模量。在相同强度情况下，蒸汽养护砼弹性模量较在标准条件下养护的砼弹性模量小。 引气砼弹性模量较普通砼低2030。,（3）徐变 砼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，称为砼的徐变。 一般认为，徐变是由于水泥石中凝胶体在外力作用下，粘滞流变和凝胶粒子间的滑移而产生的变形，还与水泥石内部吸附水的迁移等有关。,影响砼徐变因素很多，砼所受初应力越大，在砼制成后龄期较短时加荷，水灰比越大，水泥用量越多，都会使砼的徐变增大；另外砼弹性模量大，会减小徐变，砼养护条件越好

38、，水泥水化越充分，徐变也越小。,砼的徐变会使构件的变形增加，在钢筋砼截面中引起应力的重新分布。对预应力钢筋砼结构，砼的徐变将使钢筋的预应力受到损失。 徐变也对工程有利，如徐变可消除或减小钢筋砼内的应力集中，使应力均匀地重新分布。对大体积砼，徐变能消除一部分由温度变形所产生的破坏应力。,4.4 砼的耐久性 砼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砼的耐久性。包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化、抗碱骨料反应、耐磨等性质。 提高砼耐久性，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。,一 砼的抗渗性 砼的抗渗性是指砼抵抗压力水渗透的能力。 砼渗水的原因，是由于内部孔隙

39、形成连通的渗水孔道。这些孔道主要来源于水泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔、水泥浆泌水所产生的毛细管孔道、内部的微裂缝以及施工振捣不密实产生的蜂窝、孔洞，这些都会导致砼渗漏水。,砼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。 砼的抗渗性与水灰比有密切关系，还与水泥品种、骨料级配、施工质量、养护条件以及是否掺外加剂、掺合料有关。,二 砼的抗冻性 砼的抗冻性是指砼在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不

40、破坏，同时也不严重降低强度的性能。砼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 5时所能承受的最大冻融循环次数来确定的。,砼受冻融作用破坏的原因，是砼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砼抗拉强度时，砼就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。,影响砼抗冻性的因素有： （）砼强度。砼强度愈高，抵抗冻融破坏的能力越强，抗冻性越好。 （）砼密实度、砼孔隙构造及数量。密实度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，

41、静水压力越大，抗冻性越差。 （）砼孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。 （）水灰比。水灰比与孔隙率成正比，水灰比越大，且开口孔隙率大，抗冻性越差。 （）外加剂。在砼中掺入引气剂，可在水泥石中形成无数细小、均匀的气泡，对冰冻破坏起到很好的缓冲作用。适宜的引气量以46为宜。,三 抗侵蚀性抗侵蚀性是指砼在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。砼的抗侵蚀性主要取决于水泥的品种、砼密实度与孔隙特征等。,四 砼的碳化 砼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。碳化对砼性能有明显的影响。 首先是减弱对钢筋的保护作用。由于水泥水

42、化过程中生成大量氢氧化钙，使砼孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，值可达12.613。这种强碱性环境能使砼中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了砼的碱度，当值低于10时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。,其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使砼保护层开裂或剥落，进而又加速砼进一步碳化。 碳化作用还会引起砼的收缩，使砼表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了砼的抗折强度。,影响砼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。水灰比大的砼，因孔隙较多，二氧化碳易

43、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。因为碳化需要水分，但不能堵塞二氧化碳的通道。此外，空气中二氧化碳浓度越高，碳化速度也越快。,（4）硬化条件。空气中或蒸汽中养护的砼，比在潮湿环境或水中养护的砼碳化快。因为前者促使水泥石形成多孔结构或产生微裂缝，后者水化程度高，砼较密实。砼的碳化深度大体上与碳化时间的平方成正比。为防止钢筋锈蚀，必须设置足够的钢筋保护层。,五 碱骨料反应 砼中所含的碱（Na2O或K2O）与骨料的活性成分（活性SiO2），在砼硬化后潮湿条件下逐渐发生化学反应生成复杂的碱硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，导致

44、砼开裂的现象。 碱骨料反应的反应速度很慢，需几年或几十年，因而对砼的耐 久性十分不利。,骨料中含有活性二氧化硅的矿物有：蛋白石、玉髓、鳞石英等。含有活性氧化硅的岩石有：安山岩、凝灰岩、流纹岩等。用这种骨料配制砼时，必须用低碱水泥，控制砼碱含量（折算成Na2O）小于0.6，或采用掺混合材的水泥。对有怀疑的骨料，需做碱骨料试验，防止砼出现碱骨料反应而破坏。,六 提高砼耐久性的主要措施 (1) 合理选择水泥品种 (2) 控制水灰比及水泥用量 水灰比的大小是决定砼密实性的主要因素，它不仅影响砼的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。 保证足够的水泥用量，同样可以起到提高砼密实性和耐久性的

45、作用。普通混凝土配合比设计规程 (JGJ552000)对建筑工程用砼的最大水灰比及最小水泥用量作了规定。,(3) 选用质量良好的砂石骨料 质量良好、技术条件合格的砂、石骨料，是保证砼耐久性的重要条件。改善粗细骨料级配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒径的粗骨料，可减小骨料的空隙率和比面积，也有助于提高砼的耐久性。,(4) 掺入引气剂或减水剂 掺入引气剂或减水剂对提高抗渗、抗冻等有良好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。 (5) 加强砼的施工质量控制 砼施工中，应当搅拌均匀、浇灌和振捣密实并加强养护，以保证砼的施工质量。,4.3 砼的质量控制与评定 在生产与施工中，由于原材料性能波动的影响，

46、施工误差，试验条件的影响，砼的质量波动是客观存在的，因此一定要进行质量管理， 由于抗压强度与其他性能有着紧密的相关性，能较好地反映砼的全面质量，因此工程中常以砼抗压强度作为重要的质量控制指标，并以此作为评定砼生产质量水平的依据。,一 砼强度的波动规律正态分布在一定施工条件下，对同一种砼进行随机取样，制作n组试件（n25），测得28d龄期的抗压强度，以强度为横坐标，强度出现的概率为纵坐标，绘制出砼强度概率分布曲线。实践证明，砼的强度分布曲线一般为正态分布曲线。,二 质量评定的数理统计方法 （）砼强度平均值砼强度平均值可按下式计算：,式中砼强度试件组数； fcu，i 砼第组的抗压强度值。,（）强度

47、标准差（）砼强度标准差又称均方差，其计算式为 标准差是正态分布曲线上拐点至对称轴的垂直距离，可用以作为评定砼质量均匀性的一种指标。,（）变异系数（v）变异系数又称离差系数，其计算式如下,由于砼强度的标准差（）随强度等级的提高而增大，故可采用变异系数（v）作为评定砼质量均匀性的指标。v值愈小，表示砼质量愈稳定；v值大，则表示砼质量稳定性差。,（）强度保证率（） 强度保证率P（）是指强度总体中，大于等于设计强度等级的概率，在砼强度正态分布曲线图中以阴影面积表示，如图。低于设计强度等级（fcu，）的强度所出现的概率为不合格率。,砼强度保证率（）的计算方法为：首先根据砼设计等级（fcu,）、砼强度平均

48、值（ ）、标准差（）或变异系数（v），计算出概率度（），即 则强度保证率（）就可由正态分布曲线方程积分求得，即,实际上当已知值时，可从数理统计的表格内查到值。工程中（）值可根据统计周期内砼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,三 砼的配制强度 在配制砼时，如果所配制砼的强度平均值等于设计强度（fcu,），则强度保证率只有50。 因此，为了保证工程砼具有设计所要求的95强度保证率，在进行砼配合比设计时，必须使砼的配制强度大于设计强度。,砼配制强度可按下式计算（JGJ55-2000）： 式中fcu,0砼配制强度（MPa）； fcu,k设计的砼强度标准值（MPa）； 砼强

49、度标准差（MPa）,当施工单位不具有近期的同一品种砼的强度资料时，值可按表取值。,4.4 普通砼配合比设计砼配合比，是指单位体积的砼中各组成材料的质量比例，确定比例关系的工作，称为砼配合比设计。 砼配合比设计必须达到以下四项基本要求，即： （）满足结构设计的强度要求 （）满足施工要求的和易性 （）满足工程环境对耐久性的要求 （）符合经济原则,一 配合比设计基本参数确定的原则 水灰比、单位用水量和砂率是砼配合比设计的三个基本参数。 砼配合比设计中确定三个参数的原则是： 在满足强度和耐久性的基础上，确定水灰比；在满足施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定单位用水量；砂率应以砂在骨料中的

50、数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。 配合比设计以1m3砼中各材料用量为计算基准，骨料以干燥状态进行计算。,二 配合比设计基本原理 （1）体积法体积法的原理：假定刚浇捣完毕的砼拌合物的体积，等于其各组成材料的绝对体积及砼拌合物中所含空气体积之和。,（）质量法如果原材料比较稳定，可先假设砼的表观密度为一定值，砼拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。,三 配合比设计的步骤 1 设计的基本资料砼的强度等级、施工管理水平，对砼耐久性要求，原材料品种及其物理力学性质，砼的部位、结构构造情况、施工条件等。,2 初步配合比计算（）确定试配强度（fcu,0）,（）计算水灰比 （W/C）根据强度公式

51、计算水灰比： 式中fcu,0砼试配强度, a； fce水泥28d的实测强度,a；a,b回归系数，与骨料品种、水泥 品种有关，可通过试验求得。,（）选定单位用水量（w0）；用水量根据施工要求的坍落度和骨料品种规格，参考下表选用。,（）计算水泥用量（c0） 根据W/C和w0，可求出水泥用量c0： 为保证砼的耐久性，由上式得出的水泥用量还应大于下表规定的最小水泥量。,（）选择合理的砂率值（s） 合理砂率可通过试验、计算或查表求得。也可根据骨料种类、规格及砼的水灰比，参考表选用。,（6）计算粗、细骨料用量 质量法 c0g0s0w0 cp, 体积法,通过以上计算，得出每立方米砼各种材料用量，即初步配合比

52、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。,（）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。砼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，并测定砼拌合物的实际表观密度（c，t）。此满足和易性的配比为基准配合比。,（）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。,（3）配合比的确定 确定砼初步配合比根据试验得出的各灰水比及其相对应的砼强度关系，用作图或计算法求出与砼配制强度（fcu,0）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每立方米砼的材料用量：用水量取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试