中心实验室田小岩主任桂松工区培训课件-混凝土...ppt

1、黔中水利枢纽一期工程 桂松工区技术交流会-混凝土,混凝土Concrete,1 混凝土的基本概念 2 普通混凝土配合比设计 3普通混凝土拌合物性能试验 4普通混凝土物理力学试验 5混凝土质量控制,1. 混凝土的定义和分类,1.1定义 广义上-凡由胶凝材料、骨料按适当比例配合，拌合制成的混合物，经一定时间硬化而成的人造石材统称之为混凝土。 目前工程上使用最多的是以水泥为胶结材料，以砂、石为骨料，加水及掺入适量外加剂和掺和料拌制的普通水泥混凝土（简称普通混凝土）,1.2混凝土的分类,按表观密度分类 特重混凝土其表观密度大于2700kg/m3，用重骨料和钡水泥、锶水泥等重水泥配制而成。具有防射线的性能

2、，又称防辐射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。 普通（重）混凝土表观密度1900kg/m32500kg/m3，用普通的天然砂石为骨料配制而成，为建筑工程中常用的混凝土。 轻混凝土表观密度小于1900kg/m3，是采用陶粒等轻质多孔的骨料，或者不采用骨料而掺入加气剂或泡沫剂，形成多孔结构的混凝土。主要用作轻质结构材料和绝热材料。,按用途分类,结构混凝土 防水混凝土 道路混凝土 防辐射混凝土 耐热混凝土 耐酸混凝土 大体积混凝土 膨胀混凝土等。,按胶结材料分类,硅酸盐水泥混凝土 铝酸盐水泥混凝土 沥青混凝土 树脂混凝土,按流动性分类,干硬性混凝土：坍落度小于10，用维勃稠度表示稠度 塑性混凝

3、土：坍落度1090 流动性混凝土：坍落度100150 大流动性混凝土：坍落度大于160,按其抗压强度（fcu）,混凝土还可分为： 普通混凝土（10MPafcu50MPa) 高强度混凝土（fcu60MPa) 超高强度混凝土（fcu100MPa),按生产和施工方法分类,泵送混凝土 喷射混凝土 滑模混凝土 碾压混凝土 自密实混凝土 离心混凝土 压力灌浆混凝土、 预拌混凝土（商品混凝土）,1.3混凝土的主要性质,包括： 混凝土硬化前: 混凝土拌合物的和易性（工作性Workability） 混凝土硬化后: 混凝土的强度、变形性能和耐久性,(1) 混凝土拌合物的工作性,新拌混凝土（Fresh Concre

4、te）的施工性、施工前后如何保持匀质性 包括：工作性的定义 工作性的评定方法 影响工作性的因素 实际工程调整工作性的方法 新拌混凝土混凝土的各组成材料按一定比例搅拌而制成的尚末凝固的混凝土拌和物。,工作性的概念,工作性指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作（搅拌、运输、浇注、捣实）并能获得质量均匀，成型密实的混凝土的性能。 工作性是一项综合性的技术指标，包括： 流动性 粘聚性 保水性 不同的施工方式，所要求的工作性不同。,粘聚性,粘聚性是指混凝土拌和物内部组分之间具有一定的凝聚力，在运输和浇注过程中不致发生分层离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。 粘聚性差的混凝土拌合物，在施工过程中易出现分层

5、、离析现象。 离析指混凝土拌合物各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。常有两种形式：粗骨料从混合料中分离；稀水泥浆从混合料中淌出。 分层指混凝土浇注后由于重力沉降产生的不均匀分布现象。,流 动 性,流动性是指混凝土拌和物在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。 （广义上：流动性是固、液体混合物，即分散系统中克服内阻力而产生变形的性能，其大小取决于固、液相的比例）。 流动性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠，直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。,保 水 性,保水性是指混凝土拌和物具有一定的保持内部水份的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。 保水性差的混凝土拌和物

6、，在施工过程中，一部分水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的密实性变差，降低混凝土的强度和耐久性。它反映混凝土拌和物的稳定性。,矛盾的统一,混凝土拌和物的流动性、粘聚性、保水性，三者之间互相关联又互相矛盾。 如粘聚性好则保水性往往也好，但当流动性增大时，粘聚性和保水性往往变差，反之亦然。 所谓拌和物的工作性良好，就是要使这三方面的性能在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使矛盾得到统一。,流动性（坍落度）的选择*,需考虑的因素： 结构类型 构件截面大小 配筋疏密 搅拌方式机械、人工 输送方式 浇注方法是否泵送 捣实方法等 原则： 在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可

7、能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量高的混凝土。,影响工作性的因素,1 水泥浆的数量 2 水泥浆的稠度 3 砂率 4 组成材料性质的影响 5 外加剂 6 时间和温度,实际工程中调整和易性的原则：,通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率； 改善砂、石（特别是石子）的级配； 在可能条件下，尽量采用较粗的砂、石； 当混凝土拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石； 有条件时尽量掺用外加剂减水剂、引气剂。,（2）混凝土的力学性能,混凝土强度的意义： 强度是混凝土最重要的力学性质，混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力。 混凝土强度与

8、混凝土的其它性能关系密切，一般来说，混凝土的强度愈高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高，通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。,混凝土强度的分类,包 括： 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 抗剪强度 与钢筋的粘结强度等。,砼的抗压强度与强度等级,定义： 混凝土的抗压强度是指标准试件在压力作用下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力（亦称极限强度）。 混凝土结构物常以抗压强度为主要参数进行设计，而且抗压强度与其它强度及变形有良好的相关性，因此，抗压强度常作为评定混凝土质量的指标，并作为确定强度等级的依据。,立方体标准试件抗压强度与强度等级的关系,依据国家标准普通混凝土力学性能试

9、验方法所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。 砼强度等级:依据混凝土立方体抗压强度标准值（以fcu.k表示），将混凝土划分为十二个强度等级： C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60 混凝土立方体抗压强度标准值fcu.k系指对按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5。,影响混凝土强度的因素,混凝土破坏的断面形式分： 骨料剥离型 骨料破裂型 粘结界面破坏型 混凝土强度关系式 fcu=f(骨料强度、水泥石强度、界面强度),水

10、泥标号与水灰比,水泥标号和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素。 水灰比不变时，水泥标号越高，则硬化水泥石强度越大，对骨料的胶结力也就越强，配制成的混凝土强度也就愈高。 水泥标号相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度愈高。 但水灰比过小，拌和物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，反将导致混凝土强度严重下降。 W/C理论=0.223 W/C实际=0.40.6,强度与水灰比的关系示意图,图3-6 龄期与水灰比对混凝土强度的影响,砼强度与W/C、水泥强度等的经验公式,fcu=Afce（C/WB） 式中 fcu 混凝土28d龄期

11、的抗压强度（Mpa）； C每立方米混凝土中水泥用量（Kg）； W每立方米混凝土中水的用量（Kg）； C/W混凝土的灰水比； fce水泥的实际强度（Mpa）。 在无法取得水泥实际强度时，可用式 fce=. fce.k代入， 其中fce.k为水泥标号，为水泥标号值的富余系数（一般为1.13）。,A、B经验系数（骨料系数）,A、B经验系数，与骨料品种及水泥品种等因素有关，其数值通过试验求得。若无试验统计资料，则可按普通混凝土配合比设计规程（JGJ5596）提供的A、B经验系数取用： 采用碎石 A0.46 B0.07 采用卵石 A0.48 B0.33 公式的适用范围：只适用于流动性混凝土及低流动性混凝

12、土，对于干硬性混凝土则不适用。 混凝土强度公式的应用：可根据所用的水泥标号和水灰比来估计所配制混凝土的强度，也可根据水泥标号和要求的混凝土强度等级来计算应采用的水灰比。, 骨料的影响,影响因素： 骨料的强度 骨料的种类 骨料的级配 骨料的表面状态 骨料的粒形 骨料的有害杂质和弱颗粒含量, 龄 期,定义： 龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。 在正常养护的条件下，混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展，最初714天内强度发展较快，以后逐渐变缓，28天达到设计强度。28天后强度仍在发展，其增长过程可延续数十年之久。,砼强度与龄期的关系图,龄期与强度经验公式,在标准养护条件下，混凝土强度的发展

13、，大致与其龄期的常用对数成正比关系（龄期不小于3d）。 式中 fnnd龄期混凝土的抗压强度（MPa）； f2828d龄期混凝土的抗压强度（MPa）； n养护龄期（d），n3。,龄期与强度经验公式的应用,可以由所测混凝土早期强度，估算其28d龄期的强度。 或者可由混凝土的28d强度，推算28d前混凝土达到某一强度需要养护的天数，如确定混凝土拆模、构件起吊、放松预应力钢筋、制品养护、出厂等日期。,养护温度及湿度的影响,混凝土强度是一个渐进发展的过程，其发展的程度和速度取决于水泥的水化，而混凝土成型后的温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土浇捣成型后，必须在一定时间内保持适当的温

14、度和足够的湿度以使水泥充分水化，保证混凝土强度不断增长，以获得质量良好的混凝土。,温度影响,养护温度高，水泥水化速度加快，混凝土强度的发展也快； 在低温下混凝土强度发展迟缓。当温度降至冰点以下时，则由于混凝土中水分大部分结冰，不但水泥停止水化，混凝土强度停止发展，而且由于混凝土孔隙中的水结冰产生体积膨胀（约9），而对孔壁产生相当大的压应力（可达100MPa），从而使硬化中的混凝土结构遭受破坏，导致混凝土已获得的强度受到损失。 混凝土早期强度低，更容易冻坏。 冬季施工时，要特别注意保温养护，以免混凝土早期受冻破坏。,湿度影响,周围环境的湿度对水泥的水化能否正常进行有显著影响。 湿度适当，水泥水化

15、反应顺利进行，使混凝土强度得到充分发展，因为水是水泥水化反应的必要成份。 如果湿度不够，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止水化，严重降低砼强度，而且使砼结构疏松，形成干缩裂缝，增大了渗水性，从而影响混凝土的耐久性。 施工规范规定：在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖，以防止水分蒸发过快。在夏季施工混凝土进行自然养护时，使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥时，浇水保湿应不少于7d；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求时，应不少于14d。,砼强度与保湿时间的关系图,试验条件对砼强度测定值的影响,试验条件是指： 试件的尺寸 试件形状 试件表面状态 加荷速度等,提高

16、混凝土强度的措施,采用高标号水泥或早强型水泥 采用低水灰比的干硬性混凝土 采用湿热处理养护混凝土 采用机械搅拌和振捣 掺入混凝土外加剂、掺合料等,（3）混凝土变形的性能,分类： 化学收缩 非荷载作用下的变形 干湿变形 温度变形 荷载作用下的变形 短期荷载作用下的变形 长期荷载作用下的变形徐变,（4） 混凝土的耐久性,长期以来，人们一直认为混凝土材料是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物使用寿命长久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已经使用了100年上下仍然完好。但与此同时不少结构物过早地毁坏，维修困难而且费用高昂，促使人们重视耐久性问题；许多大型结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石

17、油钻井平台、核废料储存容器等，对使用寿命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至几百年 定义混凝土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，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性。,混凝土的抗渗性： 抗渗性是决定混凝土耐久性最主要的因素，若混凝土的抗渗性差，不仅周围水等液体物质易渗入内部，而且当遇有负温或环境水中含有侵蚀性介质时，混凝土就易遭受冰冻或侵蚀作用而破坏，对钢筋混凝土还将引起其内部钢筋锈蚀并导致表面混凝土保护层开裂与剥落。因此，对地下建筑、水坝、水池、港工、海工等工程，必须要求混凝土具有一定的抗渗性。 抗渗等级：抗渗等级是以28d龄期的标准试件，在标准试

18、验方法下所能承受的最大静水压来确定的。抗渗等级有P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的静水压力而不渗透。 提高混凝土抗渗性的主要措施：提高混凝土的密实度;改善混凝土中的孔隙结构，减少连通孔隙;可通过低的水灰比、好的骨料级配、充分的振捣和养护、掺入引气剂等方法来实现。,混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低确定的性能。 在寒冷地区，特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土要求具有较高的抗冻性 抗冻等级：以28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以抗压强度损失不超过25，且质量损失不

19、超过5时所能承受的最大循环次数来确定。 混凝土的抗冻等级有F10 、F15、 F25、 F50、 F100、 F150、 F200、 F250和 F300等九个等级，分别表示混凝土能承受冻融循环的最大次数不小于10、15、25、50、100、150、200、250和300次。,混凝土的碳化（中性化）是指混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳，在湿度相宜时发生化学反应，生成碳酸钙和水，也称中性化。 碳化作用引起的碱度降低减弱了对钢筋的保护作用。因钢筋处在碱性环境中而在表面生成一层钝化膜，保护钢筋不易腐蚀；当碳化深度穿透混凝土保护层而达钢筋表面时，钢筋钝化膜被破坏而发生锈蚀，此时产生体积膨胀

20、，致使混凝土保护层产生开裂；开裂后的混凝土有利于二氧化碳、水、氧等有害介质的进入，更加剧了碳化的进行和钢筋的锈蚀，最后导致混凝土产生顺筋开裂而破坏。 影响碳化的因素： 环境中二氧化碳的浓度二氧化碳浓度高（如铸造车间），碳化速度快 水泥品种掺混合材的水泥碱度较低，碳化速度随混合材料掺量的增多而加快。 水灰比水灰比愈小，混凝土愈密实，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就慢。 环境湿度当环境中的相对湿度在5075时，碳化速度最快，当相对湿度小于25或大于100时，碳化将停止。,提高混凝土耐久性的措施,合理选择水泥品种。 选用质量良好，技术条件合格的砂石骨料。 控制水灰比及保证足够的水泥用量是保证混凝土密

21、实度的重要措施，是提高混凝土耐久性的关键。 掺入减水剂或引气剂，改善混凝土的孔结构，对提高混凝土的抗渗性和抗冻性有良好作用。 改善施工操作，保证施工质,1.2混凝土材料及作用,水泥(Cement)：颗粒尺寸1-50m 密度3.1g/cm3 骨料(Aggregate): 粗骨料（粒径大4.75mm） 细骨料（粒径小于4.75mm） 密度 2.7g/cm3 水(water)： 密度1g/cm3 化学外加剂(admixture) 和 矿物掺合料,水泥浆的作用：在混凝土硬化前，水泥桨起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性，便于施工。水泥桨硬化后，起胶结作用，把砂石骨料胶结在一起，成为坚硬的人造石材砼

22、，并产生力学强度。 砂石材料作用：填充、骨架；约束收缩 外加剂：有效改善新拌混凝土的工作性、凝结时间，硬化混凝土的强度、耐久性等性质。,2 混凝土配合比设计,目的： 确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。 常用的表示方法： 以每1混凝土中各项材料的质量表示， 水泥（mc）300 kg、水（mw）180 kg、砂（ms）720 kg、石子（mg）1200 kg； 以各项材料的质量比来表示（以水泥质量为1） 如 水泥：砂：石子：水1：2.4:4:0.6,（1）混凝土配合比设计的基本要求,1) 满足混凝土结构设计强度等级； 2) 满足混凝土施工和易性； 3) 满足工程所处环境耐久性的要求； 4)

23、 符合经济原则尽可能采用当地材料。,混凝土配合比设计的资料准备,了解工程设计要求的混凝土强度等级，以便确定混凝土配制强度。 了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。 了解结构构件断面尺寸及钢筋配制情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。 了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌和物坍落度及混凝土强度的标准差。 掌握原材料的性能指标。 水 泥品种、标号、密度； 砂、石骨料种类、表观密度、级配、 最大粒径等； 拌和用水水质情况； 外加剂品种、性能、适宜掺量； 掺和料粉煤灰、矿渣、硅粉等。,混凝土配合比设计中的三个参数,、水与水泥之间的比例关系水灰比表

24、示； 、砂与石子之间的比关系砂率表示； 、水泥浆与骨料之间的比例关系单位体积用水量来表示。,确定三个参数的基本原则：,在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比； 在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定混凝土的单位用水量； 砂在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定砂率。,混凝土配合比设计的步骤,初步计算配合比, 实验室配合比, 基准配合比, 施工配合比,调整坍落度,校核强度、耐久性,扣减工地砂石含水量,二、初步计算配合比,计算步骤： 第一步：确定配制混凝土强度(fcu,t) 第二步：确定水灰比(w/c) 第三步：确定用水量W0 第四步：确定水泥用

25、量C0 第五步：确定砂率s 第六步：确定砂石用量S0,G0,第一步：混凝土配制强度的确定,依据公式： fcu.0 fcu.k + 1.645 式中：fcu.0混凝土配制强度（MPa） fcu.k混凝土立方体抗压强度标准值； 混凝土强度标准差（MPa）。 的确定： A、施工单位有强度历史资料时，依公式计算； B、施工单位无强度历史资料时， C40时, =5.5,第二步: 初步确定水灰比（W/C）,依混凝土强度公式： fcu,o=Afce(C/W-B) W/C=Afce/(fcu,o+ABfce) 耐久性校核： 水灰比还不得大于P238表8.4中规定的最大水灰比值 结果两者取最小值。,第三步 :选

26、取M3混凝土的用水量（mwo),根据所用粗骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表8.5，选取1 M3混凝土的用水量。,第四步: 计算1M3混凝土的水泥用量（mco）,计算根据确定的水灰比（W/C）和选用的单位用水量（mwo），可计算出水泥用量（mco）。 W/C=mwo/mwc mco=mwo/(W/C) 校核为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的水泥用量还应满足P238表8.4规定的最小水泥用量的要求； 取值两者最大值。,第五步: 选取合理砂率值（s）,方法： 、依据填充理论和砂石状态参数，计算砂率； 、根据混凝土拌和物的和易性，通过试验求出合理砂率坍落度最大的最小砂率； 、如无试

27、验资料，可根据骨料品种、规格和水灰比，按P239表8.6选用。,第六步: 计算粗、细骨料的用量（mgo）及（mso）,A 质量法： 若原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌和物的表观密度将接近一个固定值。 B体积法： 假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和。,A、质量法：,假设1M3混凝土拌和物的质量为某一确定值mcp，则可列方程： 式中 mco每立方米混凝土的水泥用量（kg）； mgo-每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）; mso每立方米混凝土的细骨料用量（kg）； s砂率（）； mcp1m3混凝土拌和物的假定质量,其值可取24002500kg. 联立两式，即可求出mgo、mso。,B、 体积法,假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和，可列出下式： 式中 c水泥密度,可取29003100 （kg/m3）； g粗骨料的表观密度（ kg/m3 ）； s细骨料的表观密度（ kg/m3 ）；