《普通砼技术性质》PPT课件.ppt

第三章 水泥混凝土和砂浆,第一节 普通水泥混凝土,主要内容： 普通水泥混凝土的组成材料 普通水泥混凝土的技术性质 普通水泥混凝土以抗压强度为指标的配合比设计 路面水泥混凝土配合比设计 普通水泥混凝土的质量控制,第一节 普通水泥混凝土,二、普通混凝土的技术性质 （一）新拌混凝土的工作性（和易性） （二）硬化后混凝土的力学性质 （三）混凝土的耐久性,第一节 普通水泥混凝土,一、普通水泥混凝土的技术性质 优质混凝土应具备的性质： 1. 良好的工作性（和易性） 2.硬化后足够的力学强度 3.必要的耐久性,第一节 普通水泥混凝土,（一）新拌混凝土的工作性（和易性） 混凝土在未凝结硬化之前，称为新拌混凝土或混凝土拌和物。 新拌混凝土具有良好的工艺性质，称之为工作性（或称和易性）。,第一节 普通水泥混凝土,1、新拌混凝土工作性的含义 和易性（又称工作性）是混凝土在凝结硬化前必须具备的性能，是指混凝土拌和物易于施工操作（拌和、运输、浇灌、捣实）并获得质量均匀、成型密实的混凝土性能。 和易性是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性、保水性和捣实性四方面的含义。,第一节 普通水泥混凝土,流动性是指混凝土拌和物在本身自重或施工机械振捣的作用下，克服内部阻力和与模板、钢筋之间的阻力，产生流动，并均匀密实地填满模板的能力。 粘聚性是指混凝土拌和物具有一定的粘聚力，在施工、运输及浇注过程中，不致出现分层离析，使混凝土保持整体均匀性的能力。,第一节 普通水泥混凝土,保水性是指混凝土拌和物具有一定的保水能力，在施工中不致产生严重的泌水现象。 捣实性是指混凝土拌合物易于振捣密实、排除所有被挟带空气的性质。,第一节 普通水泥混凝土,有关粘聚性和保水性的相关术语 分层：混凝土拌合物粗骨料下沉、砂浆或水泥净浆上浮，从而导致混凝土沿垂直方向不均匀的现象。 离析：混凝土拌合物在运动过程中粗骨料、细骨料及水泥浆运动速度不相同，从而导致它们相互分离的现象。 泌水：混凝土拌合物中的拌合水，在毛细管力作用下，沿混凝土中的毛细管通道，向上泌至拌合物表面，导致拌合物表层部分水灰比大幅度增大或出现一层清水的现象。,和易性好的混凝土,第二节 混凝土拌合物的性能,粘聚性、保水性差的混凝土,第二节 混凝土拌合物的性能,第一节 普通水泥混凝土,2、工作性的测定方法 我国行业标准公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTG E30-2005）规定，测定流动性的方法有坍落度试验和维勃稠度试验两种方法。,第一节 普通水泥混凝土,（1）坍落度试验 将标准圆锥坍落度筒（无底）放在水平的、 不吸水的刚性底板上并固定，混凝土拌和物按规定方法装入其中，装满刮平后，垂直向上将筒提起，移到一旁，筒内拌和物失去水平方向约束后，由于自重将会产生坍落现象。然后量出向下坍落的尺寸（mm）就叫做坍落度，作为流动性指标。坍落度越大表示混凝土拌和物的流动性越大。,第一节 普通水泥混凝土,用捣棒轻敲拌合物，若拌合物缓缓坍落，则粘聚性好；若崩坍，则不好。 观察拌合物周边是否有大量的清水流出，若有，则保水性不好；若没有，则保水性好。,适用范围 坍落度筒法适用于骨料最大粒径不大于40mm，坍落度 不小于10mm的流动性及塑性混凝土拌合物。,第一节 普通水泥混凝土,（2）维勃稠度试验击震力下的坍落度法 标准振幅、频率的振动台，置钢制圆筒，圆筒内置坍落度筒。 维勃稠度法适用于维勃稠度530s，骨料最大粒径小于40mm的干硬性混凝土拌合物（坍落度小于10mm）。,第一节 普通水泥混凝土,维勃稠度试验 按规定的方法在坍落度筒内装满混凝土拌和物，提起坍落度筒，在混凝土拌和物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时以秒表计时，到透明圆盘表面完全为水泥浆所布满时，记录秒表时间，即为该混凝土拌和物的维勃稠度值，常用Vt（秒）表示。 Vt ，流动性 。,第一节 普通水泥混凝土,3、影响新拌混凝土工作性的主要因素（内因和外因） 组成材料质量及用量（内因） （1）水泥浆的数量 原材料一定时，坍落度主要取决于水泥浆量多少和粘度大小。,不能过多，也不能过少。,第一节 普通水泥混凝土,在水灰比不变的情况下，水泥浆过少，其不能完全填充骨料空隙或包裹骨料表面，会使混凝土拌合物产生崩坍，粘聚性变差。随着水泥浆增多，混凝土拌合物流动性增大，但水泥浆过多，超过了填充骨料颗粒间空隙及包裹骨料颗粒表面所需的浆量时，就会出现流浆现象，使拌合物粘聚性变差。因此，水泥浆要适量，以满足流动性要求为度。,第一节 普通水泥混凝土,（2）水灰比的影响 水灰比是指水与水泥的质量比。 水泥浆稠度是由水灰比决定的。在水泥用量不变时，水灰比小，则水泥浆稠度大，混凝土拌合物的流动性小，当水灰比过小，在一定的施工方式下就不能保证混凝土的密实成型。若水灰比过大，水泥浆过稀，虽然混凝土拌合物的流动性增加，但可能会引起混凝土拌合物黏聚性和保水性不良，超过某一极限值时，将产生严重的泌水、离析现象。,第一节 普通水泥混凝土,（3）单位用水量 单位用水量实际上决定了混凝土拌合物中水泥浆的数量。 水灰比一定时，若单位用水量过小，则水泥浆数量过少，集料颗粒间缺少足够的黏结材料，混凝土拌合物的黏聚性较差，易发生离析和崩坍，不易成型密实；若单位用水量过多，在混凝土拌合物流动性增加的同时，黏聚性和保水性也恶化，会出现泌水、分层或流浆现象，产生离析。 混凝土拌合物需水量法则：当使用确定的材料拌制混凝土时，在水泥用量增减不超过50100kg/m3的情况下，用水量大小决定混凝土拌合物的流动性。,第一节 普通水泥混凝土,（4）砂率 砂率是指混凝土中细集料（或砂）的质量占全部集料（砂、石）总质量的百分率。 在混凝土拌和物中，是砂子填充石子(粗骨料)的空隙，而水泥浆则填充砂子的空隙，同时有一定富裕量去包裹骨料的表面，润滑骨料，使拌和物具有流动性和易密实的性能。,第一节 普通水泥混凝土,但砂率过大，细骨料含量相对增多，骨料的总表面积明显增大，包裹砂子颗粒表面的水泥浆层显得不足，这时，拌合物的流动性随着砂率的增大将降低。 砂率过小，砂浆数量不足会使混凝土拌合物的黏聚性和保水性降低，产生离析和流浆现象。 最佳砂率在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌和物获得最大的流动性，且保持粘聚性及保水性良好。,第一节 普通水泥混凝土,（5）水泥的品种和集料的性质 A、不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，需水量大的水泥拌制的混凝土，达到同样坍落度时，就需要较多的用水量。 普通水泥的混凝土拌合物比矿渣水泥、火山灰水泥的工作性好；矿渣水泥拌合物的流动性虽大，但黏聚性差，易产生泌水离析；火山水泥流动性小，但黏聚性好。 水泥的细度对和易性也有影响，提高细度可改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性，减少拌合物泌水、离析现象，但其流动性变差。,第一节 普通水泥混凝土,B、混凝土拌合物的工作性主要与集料的级配、颗粒形状、表面特征、最大粒径有关。一般级配好的集料，其流动性较大，黏聚性与保水性较好；表面光滑的集料，其流动性较大，总表面积减小，流动性增大；集料棱角较少者流动性较大。,第一节 普通水泥混凝土,（6）外加剂 加入少量外加剂，可在不增加用水量和水泥用量的情况下，有效地改善混凝土拌合物的工作性，提高混凝土的强度和耐久性。,第一节 普通水泥混凝土,外界因素的影响（外因） 环境因素主要由温度、湿度、风速等。 拌合物随时间的延长而逐渐变得干稠，和易性变差。原因是：水泥水化，骨料吸水，水分蒸发。温度升高，拌合物流动性降低，每升高10度，拌合物坍落度减少20mm。 搅拌时间也影响工作性，如时间不足工作性较差，质量不均匀，规范规定最小搅拌时间为13min。,第一节 普通水泥混凝土,4、混凝土拌合物和易性的选择 混凝土拌合物和易性根据结构物的断面尺寸、钢筋配置的疏密以及捣实的机械类型和施工方法等来选择。 公路桥涵用混凝土拌合物的和易性 道路混凝土拌合物的工作性选择 按水泥混凝土路面施工及验收规范（GBJ97-1987）规定，水泥混凝土路面用道路混凝土坍落度以为1025mm；坍落度小于10mm时，采用维勃稠度仪测定维勃时间宜为1030s。,第一节 普通水泥混凝土,（二）硬化后混凝土的力学性质 主要包括强度和变形两方面。 1、强度（立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等 ） （1）混凝土的立方体抗压强度（fcu）,第一节 普通水泥混凝土,根据国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T500812002)制作边长150mm的立方体标准试件，在标准条件（温度202，相对湿度90以上）下，养护28d龄期，测得的抗压强度值作为混凝土的立方体抗压强度值，用fcu表示。 式中：fcu混凝土的立方体抗压强度，MPa F破坏荷载，N； A试件承压面积，mm2。,第一节 普通水泥混凝土,A、混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k） 混凝土立方体抗压标准强度是指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强度总体分布中具有不低于95保证率的抗压强度值，用fcu,k表示。,第一节 普通水泥混凝土,B、强度等级 混凝土强度等级是按照立方体抗压标准强度来划分的。混凝土强度等级用符号“C”与“立方体抗压强度标准值（以MPa计）”表示，普通混凝土划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70 C75、C80等十四个等级。 混凝土结构设计规范（GB500102002）,第一节 普通水泥混凝土,不同工程或用于不同部位的混凝土，其强度等级要求也不相同，一般是： C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。 C20C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构。 C25C30用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等。 C40C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于2530层。 C50C60用于30层至60层以上高层建筑。 C60C80用于高层建筑,采用高性能混凝土。,第一节 普通水泥混凝土,（2）混凝土轴心抗压强度（fcp） 在结构设计中 国家标准规定采用150mm150mm300mm的标准棱柱体试件进行抗压强度试验，在立方体抗压强度1055MPa的范围内，轴心抗压强度（fcp）和立方体抗压强度（fcu）之比为0.700.80。,第一节 普通水泥混凝土,（3）混凝土抗折强度（fcf） 混凝土抗折强度试验采用边长为150mm150mm550mm的棱柱体试件作为标准试件，按三分点加荷方式加载测得其抗折强度，计算公式为： 式中：fcf 混凝土抗折强度MPa； F破坏荷载，N； L支座间跨度，mm； 当尺寸为100mm100mm400mm非标准试件应乘以换算系数0.85；当混凝土强度等级不小于C60时宜采用标准试件。,第一节 普通水泥混凝土,（4）劈裂抗拉强度（fts） 我国标准规定，劈裂抗拉强度采用标准试件边长为150mm的立方体，按规定的劈裂抗拉装置检测劈拉强度。计算公式为： 式中：fts 劈裂抗拉强度，MPa； F破坏荷载，N； A试件劈裂面面积，mm2。,第一节 普通水泥混凝土,2、影响水泥混凝土强度的因素 混凝土破坏形式有三种：骨料与水泥石的界面破坏；水泥石本身的破坏；骨料的破坏。 在普通混凝土中，水泥石的强度及其与骨料的粘结强度与水泥的强度等级、水灰比及骨料的性质有很大关系，另外混凝土强度还与施工质量、养护条件及龄期有关，除此之外还有试验因素的影响：试件形状尺寸、表面状态、试件湿度、加荷速度、加载方式、支撑条件等。,第一节 普通水泥混凝土,1）组成材料 （1）水泥强度与水灰比 式中：fcu,o混凝土28天抗压强度，MPa fce水泥的28天实际强度测定值，MPa； C每立方米混凝土中水泥用量，kg； W每立方米混凝土中用水量，kg；,第一节 普通水泥混凝土,a、b回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，普通混凝土配合比设计规程（JGJ552000）提供的数据如下： 采用碎石：a =0.46, b =0.07； 采用卵石：a =0.48, b =0.33；,第一节 普通水泥混凝土,（2）集料特性 如集料的强度大于水泥石强度，则混凝土强度由界面强度及水泥石强度所支配； 如集料强度小于水泥石强度，则混凝土强度与集料强度有关。集料形状接近球形或立方形为好。 （3）浆集比 混凝土中水泥浆的体积和集料体积之比值。水灰比相同的条件下，在达到最优浆集比后，混凝土的强度随着浆集比的增加而降低。,第一节 普通水泥混凝土,2）养护温度与湿度 养护温度和湿度是决定水泥水化速度的重要条件。 养护温度越高水泥水化速度越快，达到相同龄期时混凝土的强度越高。 但初期温度过高将导致混凝土的早期强度发展较快，引起水泥凝胶体发育不良，对混凝土的后期强度发展不利，有可能降低混凝土的后期强度。 湿度适当水泥能够顺利进行水化，混凝土强度能够得到充分发展。如果湿度不够混凝土会失水干燥而影响水泥水化的顺利进行。,第一节 普通水泥混凝土,3）龄期 在正常养护条件下，混凝土的强度随龄期的增长而增加。发展趋势可以用下式的对数关系来描述。 式中：fnn天龄期混凝土的抗压强度，MPa； f2828天龄期混凝土的抗压强度，MPa； n养护龄期（n3），d。 仅适用于普通硅酸盐水泥拌制的混凝土，且龄期3d。,覆盖养护,喷养护液养护,野外公路的遮阳保湿,第一节 普通水泥混凝土,3、提高混凝土强度的技术措施 （1）选用高强度等级水泥 在混凝土配合比相同的情况和满足施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，水泥强度等级越高，混凝土强度越高。 对于抢修工程、桥梁拼装接头、严寒的冬季施工以及其他要求早强的结构物，可采用特种水泥配置的混凝土。,第一节 普通水泥混凝土,（2）降低水灰比（或水胶比） 水灰比越低，混凝土硬化后留下的孔隙少，混凝土密实度高，强度可显著提高。 降低浆集比，减薄水泥浆层的厚度，充分发挥集料的骨架作用，对混凝土强度也有一定帮助。,第一节 普通水泥混凝土,（3）掺用混凝土外加剂、掺和料 掺入外加剂，可减少用水量，提高混凝土强度。 一般掺入矿物细掺料，在低浆集比下配置混凝土是提高强度的重要途径，尤其是掺加硅灰既能提高混凝土的早期强度，又能够提高混凝土的后期强度。,第一节 普通水泥混凝土,（4）采用湿热处理方法 蒸汽养护：一般养护温度为6080，恒温养护时间以58h为宜。火山灰水泥和矿渣水泥配置的混凝土，蒸汽养护的效果比普通水泥混凝土好。 蒸压养护：此法对掺活性混合材料的水泥配置的混凝土，对掺有磨细石英砂混合材料的硅酸盐水泥更有有效。,第一节 普通水泥混凝土,（5）采用机械搅拌和振捣混凝土 机械搅拌不仅比人工搅拌工效高，而且更均匀，所以能提高混凝土的强度。 混凝土拌合物被振捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部孔隙大大减少，因此提高混凝土的密实度和强度。,第一节 普通水泥混凝土,4、混凝土的变形 硬化后水泥混凝土的变形，包括非荷载作用下的化学变形、干湿变形和温度变形以及荷载作用下的弹-塑性变形和徐变。,第一节 普通水泥混凝土,1)非荷载作用变形 （1）化学收缩 由于水泥水化产物的总体积小于水化前反应物的总体积而产生的混凝土收缩称为化学收缩。一般对结构无影响。,第一节 普通水泥混凝土,（2）干湿变形 混凝土在干燥过程中，首先发生气孔水和毛细水的蒸发。气孔水的蒸发并不引起混凝土的收缩。毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随着空气湿度的降低，负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。 混凝土干缩主要是水泥石产生的，因此尽量降低水泥用量，减少水灰比是减少混凝土干缩的关键。,第一节 普通水泥混凝土,(3)温度变形 混凝土与其他材料一样，也会随着温度的变化产生热胀冷缩的变形，对大体积及大面积混凝土极为不利。 对于大体积混凝土工程尽量减少混凝土的发热量，常采用的办法有最大限度减少用水量和水泥用量；大量掺加粉煤灰、磨细矿渣等掺合料；采用低热水泥；选用热膨胀系数低的骨料，减小热变形；对混凝土合理分缝、分块等。,第一节 普通水泥混凝土,2)荷载作用下的变形 （1）弹-塑性变形和弹性模量 由于混凝土内部结构本身的不均质性（砂石骨料、水泥石、游离水分和气泡），因此它不是完全的弹性体，而是一种弹塑性体。受力时，混凝土既产生可以恢复的弹性变形，又会产生不可恢复的塑性变形，其应力与应变关系为曲线。 在应力应变曲线上任一点的应力与应变的比值，叫做混凝土在该应力下的弹性模量。,第一节 普通水泥混凝土,（2）徐变 定义：混凝土在恒定荷载的长期作用下，沿着作用力方向的变形随时间不断增长，一般要延续23年才逐渐趋于稳定。这种在长期荷载作用下产生的变形，称为徐变。 混凝土在变形稳定后，如卸去荷载，一部分变形瞬间恢复，还有一部分要若干天内才能逐渐文帝，称为徐变恢复，剩下不可恢复部分称为残余变形。,第一节 普通水泥混凝土,徐变变形主要是水泥石徐变变形引起的，因此混凝土中集料的体积率越大，混凝土的徐变变形越小。 影响混凝土徐变的因素： 混凝土水灰比大，龄期短，徐变量大； 荷载应力大，徐变大； 水泥用量多时，徐变量大； 混凝土弹性模量小，徐变大。,第一节 普通水泥混凝土,（三）混凝土的耐久性 混凝土的耐久性是它暴露在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。 耐久性主要是抗冻性，其次是耐磨性、碱集料反应、混凝土的碳化和抗侵蚀性等。,第一节 普通水泥混凝土,1、抗冻性 （1）抗冻性定义与冻融破坏机理 混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。,第一节 普通水泥混凝土,（2）抗冻性的表征 混凝土抗冻性用抗冻等级表示。抗冻试验有两种方法：慢冻法和快冻法。 慢冻法：采用立方体试块，以龄期28天的试件在吸水饱和后承受反复冻融循环作用（冻4h，融4h），以抗压强度下降不超过25%，质量损失不超过5%时所承受的最大冻融循环次数表示，例如D50、D100。,第一节 普通水泥混凝土,快冻法： 采用100mm100mm400mm的棱柱体试件，在28d后进行试验，试件饱和吸水后承受反复冻融循环，一个循环在24h内完成，以相对动弹性模量值不小于60%，而且质量损失率不超过5%所承受的最大循环次数表示，例如F150、F200、F300。抗冻等级F50的混凝土为抗冻混凝土。,第一节 普通水泥混凝土,（3）提高混凝土抗冻性的措施 降低混凝土水胶比，降低孔隙率 ； 掺加引气剂，保持含气量在45% ； 提高混凝土强度，在相同含气量的情况下，混凝土强度越高，抗冻性越好。,第一节 普通水泥混凝土,2、耐磨性 耐磨性是道路路面和桥梁工程用混凝土的最重