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5 4混凝土强度 混凝土质量荷载下的变形和破坏过程强度的定义普通混凝土的强度等级其它类型的强度强度影响因素提高强度的方法途径 混凝土的质量通过下述值进行评定 强度耐久性体积稳定性 Back 混凝土质量 硬化的混凝土必须有足够的外力以承受结构荷载所造成的应力 由于拌合物的多样性 混凝土必须达到足够高的强度 强度 Back 混凝土质量 耐久性 混凝土必须能够承受各种劣化作用如 冻融循环干湿交替腐蚀和化学侵蚀 由于外部荷载和混凝土自身的化学反应作用 合格的混凝土应该有最小的收缩或膨胀 体积稳定性 Back 混凝土质量 受力变形和破坏过程 受压破坏过程初始裂纹单轴静力受压破坏 Back 受力变形和破坏过程 混凝土受压破坏形式 表4 4 1受力破坏形式 原因及可能性分析 在压力作用下混凝土破坏有三种破坏形式 破坏类型 原因和可能性分析如表4 4 1和图4 4 1所示 受力作用破坏类型 图4 4 1受力作用下的破坏类型 Back 由于混凝土界面初始裂纹的存在 界面破坏经常发生 初始裂纹是指混凝土受力前 粗骨料与砂浆界面等部位已有裂纹 初始裂纹示意图如图4 4 2 所示 初始裂纹 图4 4 2初始裂纹示意图 初始裂纹类型 干缩冷缩体积减缩沉缩塑性收缩泌水通道 Back 单轴静力受压破坏过程 机理混凝土在外力作用下 内部产生变形 变形增大 裂纹扩展 连通 使结构破坏 方法变形 破坏与内部裂纹变化通过力学试验 显微镜观察研究 混凝土破坏过程与内部裂纹变化关系 表4 4 2混凝土破坏过程与内部裂纹变化关系 表4 4 2说明了混凝土破坏过程与内部裂纹变化关系 关于强度有三个重要的概念 混凝土立方体抗压强度混凝土强度保证率混凝土立方体抗压强度标准值 强度定义 Back 混凝土抗压强度 图4 4 3混凝土抗压强度试验仪器 概念边长为150mm的立方体试件 标准方法成型 标准条件养护 28d龄期的抗压强度 标准条件温度 20 3 湿度 90 标准条件养护试验仪器设备如图4 4 4 所示 混凝土立方体抗压强度 fcu 图4 4 4强度试验仪器 混凝土强度保证率P 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 混凝土立方体抗压强度标准值是指具有95 以上强度保证率的立方体抗压强度 混凝土立方体抗压强度标准值 fcu k fcu k是结构设计强度取值的依据 fcu k被用于质量控制 fcu k被用于工程验收 例如 非统计法验收混凝土 平均值 1 15fcu k 最小值fcu min 0 95fcu k 说明 混凝土立方体抗压强度标准值 fcu k Back 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十二个等级如下图所示 C25 concrete fcu k Back 轴心抗压强度fcp以150 150 300mm的棱柱体为标准试件 其它条件与立方体抗压强度相同 与抗压强度关系 fcp 0 7 0 8fcu 其它强度 Back 抗拉强度 劈裂抗拉强度 原理在试件的两个相对的表面素线上作用着均匀分布的压应力 这样就能够在外力作用的竖向平面内产生均布拉伸应力 该力可据弹性理论计算得出 公式P 破坏荷载 NA 试件的劈裂面面积 mm 图4 4 6劈裂抗拉试验示意图 抗折强度 抗折强度通过三分点加荷试验测试 图4 4 7是混凝土抗折试验示意图试件 150 150 600 550 mm梁型试件 图4 4 7混凝土抗折强度试验示意图 公式 Back 水泥强度等级 水灰比 混凝土强度公式 骨料的影响 养护条件 试验条件 Back 强度影响因素 水泥强度等级 水泥强度等级对混凝土强度是很重要的一个因素 配合比相同时 水泥强度等级提高 水泥石本身的强度及与骨料的粘结强度高 混凝土的强度高 Back 上述规律的前提条件是混凝土密实成型 强度降低 过大的孔隙率 水泥用量过低 水泥强度等级过高 Back 水泥强度等级 水灰比 水泥品种及强度等级均相同的情况下 混凝土的强度取决于W C I W C在一定范围内 混凝土密实成型 W C降低 抗压强度增大 II 当W C过小 不能密实成型 W C降低 孔隙率升高 强度降低 I II w c过小 W C在一定范围内 W C 强度 W C 强度 人工振捣 f28 W C 机械振捣 图4 4 7f28与W C关系 水灰比 f28与W C关系如图4 4 7所示 正常水泥水化仅需水泥用量23 的水量 W C 0 23 为了使混凝土拌合物有较好的流动性 加入的拌合水量一般为水泥量的40 70 W C 0 4 0 7 多余的水分在混凝土中留下了许多孔隙 使混凝土的实际受力面积下降 形成应力集中 混凝土强度降低 水灰比 说明 水灰比 彻底排气 减少拌和用水量 密实度 强度 目前合理的方法是减少拌合用水并同时彻底排气 使混凝土密实度提高 提高混凝土的强度 目前 工程中采用下述的施工技术高速搅拌声波搅拌高频振幅多频振幅 水灰比 提高施工技术 Back 混凝土强度公式 fcu 混凝土28d抗压强度 Mpa fce 水泥的实际强度 fceb 水泥28d的抗压强度Kc 水泥的富裕系数 1 13AB 经验系数 与骨料的种类有关 公式 适用范围 塑性和低塑性混凝土 AB碎石0 460 07卵石0 480 33 骨料的影响 骨料的影响 粗骨料的强度 粒径及级配等是影响混凝土强度的重要因素 Back 粗骨料的强度 裂纹扩展至骨料时绕界面而过 骨料强度高 混凝土强度高 Factorsofaggregate 当骨料强度高时 裂纹扩展至骨料时绕界面而过 混凝土强度高 Dmax对普通混凝土的影响小对于高强混凝土 Dmax提高 则强度降低 尺寸效应 粒径Dmax Dmax 强度 尺寸效应 粒径 无影响 W C 0 65 fcu碎石 1 38fcu卵石 W C 0 4 W C 0 65 表面特征对强度没有影响 W C 0 4fcu碎石 1 38fcu卵石 Back 表面特征 养护条件 混凝土强度受到水泥水化程度和速度的影响 而这又受到湿度和温度的影响 温度越高 水泥的水花速度越快 混凝土强度越高 湿度越大 水泥水化程度越高 温度 水泥水化速度 混凝土强度 温度 水泥水化速度 混凝土强度 Back 养护条件 温度对强度的影响 养护条件 f28 养护 混凝土成型后一段时间内维持一定的温度和相对湿度 保证混凝土强度等性能的正常发展 这个过程叫做养护 有三种类型的养护 自然养护 蒸汽养护和蒸压养护 A 自然养护 自然温度和温度条件下养护 P P P O P S养护7d P P及P F养护14d 高铝水泥养护3d B 蒸汽养护 蒸汽养护压力 1个标准大气压温度 100 蒸汽养护可使掺混合材料水泥的28d提高10 40 P P 及P O降低10 15 C 压力 8个标准大气压温度 174 5 场所 高压釜中 蒸压养护 龄期 适用范围 对数公式 f28 fn lg28 lgn fn 混凝土n天的强度f28 混凝土28天强度 标准条件养护 32 5 42 5级的P O n 3 Back 试验条件 Back 试验条件 环箍效应 混凝土试件受轴向压力作用压力机压板横向变形小于混凝土横向变形故混凝土试件在与压板的接触面上受到向内的约束力此力在范围内有效使混凝土强度提高 试件被破坏后上 下部各呈一个较完整的棱锥体 试件尺寸 3Dmax 尺寸效应 表4 4 3试件尺寸对混凝土强度的影响 混凝土强度的尺寸效应如表4 4 3所示 Back 采用高强度等级的水泥和快硬早强水泥 降低水灰比 提高混凝土密实度 采用干硬性混凝土 多用于预制构件或条件好的工地 强力振捣 其强度 1 4 1 8普通混凝土强度 湿热处理 可提高效率 节约场地提高强度采用机械搅拌和振捣 强力搅拌 高频振捣等工艺 掺外加剂及掺合料 代表混凝土的发展方向 Back 提高混凝土强度的途径 5 5混凝土的变形 一 化学收缩水泥水化后生成物的体积比反应前物质的总体积小 而使混凝土产生收缩 这种收缩称为化学收缩 化学收缩不可恢复 收缩量随龄期延长而增加 早期收缩大 后期收缩小 收缩量与水泥用量和水泥品种有关 水泥用量越大 化学收缩值越大 二 干湿变形周围环境的湿度变化时 混凝土将产生湿涨干缩 湿涨变形量很小 一般没有破坏作用 但干缩变形对混凝土的危害较大 可使混凝土表面出现较大的拉应力 引起表面开裂 导致混凝土的耐久性下降 混凝土干缩变形主要是由混凝土中水泥石的干缩引起的 骨料对干缩有制约作用 混凝土中水泥浆含量越多 混凝土的干缩率越大 三 温度变形与其他材料一样 砼也具有热胀冷缩的性能 温度变形对大体积混凝土 纵长结构混凝土及大面积混凝土非常不利 极易产生温度裂缝 四 荷载作用下的变形1 短期荷载作用下的变形1 弹塑性变形和弹性模量混凝土时一种弹塑性体 2 混凝土的徐变混凝土在长期荷载作用下随时间而增加的变形称为徐变 5 6混凝土耐久性 定义重要性抗渗性抗冻性碳化 中性化碱骨料反应提高耐久性的措施 Back 混凝土抵抗环境介质作用 并长期保持良好的使用性能和外观完整性 从而维持混凝土结构安全 正常使用的能力 简单地说 耐久性指混凝土在长期使用中能保持质量稳定的性质 包括 抗渗性抗冻性防腐抗碳化耐磨损耐碱骨料反应等 定义 Back 材料破坏所引起的结构修理和更换在整个施工预算中占有很大的比重 总投资的较大比例用于现有结构的修理和维护 防止材料过早和突然破坏所导致的人身和经济两者损失 耐久性的重要性 图4 5 1工程中混凝土的劣化 材料破坏所引起的结构修理和更换在整个施工预算中占有很大的比重 工业发达国家建筑工业总投资40 以上用于现有结构的修理和维护 60 以下用于新的设施 图4 5 2建设投资比例 耐久性的重要性 Back 混凝土抵抗压力水渗透的能力 抗渗性是混凝土耐久性的一个重要标志 直接影响混凝土的抗冻和防腐性等 抗渗性 定义 Back 图4 5 4抗渗试验仪器设备 以28天龄期标准试件 按规定方法检验混凝土所能承受的最水压力 MPa 例如 P2 P4 P8分别表示混凝土能抵抗0 2 0 4 0 8MPa的水压力而不渗水 抗渗等级 提高密实度 改善孔隙构造等如减小W C 掺加引气剂 膨胀剂 提高抗渗性的措施 图4 5 5海工混凝土柱的开裂 Back 混凝土吸水饱和后 能抵抗冻融循环作用 不破坏的性质 混凝土的密实度 孔隙数量及构造 孔隙的充水程度均是决定抗冻性的重要因素 对寒冷地区 与水接触 且受冻的环境中使用的混凝土 采用F50以上的抗冻混凝土 定义 Back 抗冻性 抗冻等级以28天试件在吸水饱和后 承受反复冻融循环 抗压强度下降不大于25 重量损失不超过5 时所能承受的最大冻融循环的次数表示 抗冻等级 例如 F25 F50 F100 F300 选择抗冻等级应根据当地气候 环境及构筑物类别选择 如环境为海水 每天两次涨落 冬季 北方 混凝土频繁受冻融循环 如天津新港 每冬可能发生冻融循环82次 选F250 图4 5 6抗冻试验仪器设备 Back 碳化 中性化 图4 5 7混凝土碳化示意图 碳化是指混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应 碳化引起混凝土的中性化 使混凝土保护钢筋的性能降低减弱对钢筋的保护增大混凝土的收缩 产生细微裂纹使抗压强度增加 回弹法应考虑 CaCO3堵孔 碳化放出水分 有利水泥水化 Back 图4 5 8碳化试验仪器设备 影响碳化的主要因素水泥品种 有掺合料的碳化快 水灰比碳化时间湿度CO2浓度外加剂 碳化 中性化 碱骨料反应 图4 5 9碱骨料反应示意图 水泥中碱性物质 氧化钠或氧化钾 过多 且粗骨料中含有活性成分 活性氧化硅或活性氧化铝 二者反应生成碱 硅酸凝胶 引起体积膨胀 使混凝土开裂 最终破坏的现象 水泥含碱量高 0 6 骨料含活性氧化硅水份 碱骨料反应的条件 Alkali aggregateReaction 图4 5 10碱骨料反应条件示意图 Back 合理选择水泥品种控制最大水灰比和最少水泥用量选择合适的骨料选择合适的掺合料和外加剂保证施工质量 提高混凝土耐久性的措施 Back 5 6混凝土的外加剂 混凝土第五组分 化学外加剂 定义 在混凝土拌和时或拌和中掺入的 掺量不大于水泥质量5 特殊情况下除外 并能对混凝土的正常性能按要求而改善的物质 种类 改善新拌混凝土流变性能的外加剂 如普通减水剂 高效减水剂 早强减水剂 缓凝减水剂 引气减水剂 泵送剂 调节混凝土凝结硬化性能的外加剂 如早强剂 缓凝剂 速凝剂 调节混凝土气体含量的外加剂 如引气剂 加气剂 泡沫剂 改善混凝土耐久性的外加剂 如阻锈剂 防冻剂 混凝土第六组分 定义 除水泥 水 砂 石及化学外加剂之外的 用于改善混凝土性能或增加其功能或赋予其智能的成分 分类 按特性 改性型第六组分能显著改善混凝土物理力学性能 主要有矿物外加剂 聚合物和各类纤维 功能型第六组分赋予混凝土一些功能特性性能 主要形成以下特殊混凝土 如导电混凝土 磁性混凝土 屏蔽磁场混凝土 屏蔽电磁波混凝土 智能型第六组分赋予混凝土一些智能属性或机敏特性 主要有 应力 应变和损伤自检混凝土 温度自测混凝土 调湿混凝土 仿生自愈合混凝土 混凝土外加剂功能 品种较多 功能各异 提高和改善混凝土各项性能 外加剂新品种和应用技术迅速发展 促进了混凝土施工新技术的发展 在保证顺利施工和控制质量方面功效巨大 满足工程耐久性要求的最佳 最有效 最易行的途径之一 改善混凝土性能 促进了施工技术革命 通过应用泵送剂和泵送技术将混凝土一泵到顶 投资5 6亿美元88层420 5米中国第三高楼 金茂大厦 上海中心大厦 建筑造价 148亿127层632米中国国内规划的第一高楼 台北101 建筑造价 580亿新台币地上101层 地下3层508米 哈利法塔 迪拜塔 总投资超70亿美元160层828米世界第一高楼 三峡大坝 以百年耐久性设计为目标的举世瞩目的工程 青藏铁路 自然条件严酷的青藏铁路顺利施工 世界最长的跨海大桥造桥史上的丰碑筑向大海的世纪长虹全长36公里 投资118亿 混凝土240万方 桥墩660个 杭州湾跨海大桥 外加剂 优质工程必不可少的新材料 高难混凝土技术的实现都离不开混凝土外加剂 几乎所有重要的混凝土工程 所有的混凝土搅拌站均使用各类外加剂 外加剂促进了工业副产品 如磨细矿渣 粉煤灰 硅灰 钢渣等 的应用 节约水泥10 15 即少用20 45kg m3 一个工程可以节约成千上万吨的水泥 卢沟桥畔300万t钢渣堆场 混凝土外加剂功能 节约资源 保护环境 木质素磺酸盐减水剂环保作用 每生产1吨木质素磺酸盐减水剂可以消纳2 5吨造纸废液 浓度40 避免了废液直接排入江河中造成环境污染在取得良好经济效益的同时 为保护环境做出了突出的贡献 在改善和提高混凝土各种物理性能 延长建筑工程的使用寿命的同时 减少了混凝土现场搅拌时产生的粉尘污染和施工噪音 改善了现场施工环境 外加剂在商品混凝土中使用 外加剂的发展历程 国际 上个世纪30年代开始30年代 美国E W 斯克里彻用亚硫酸盐纸浆废液改善砼性能 62年 日本服部键一成功合成萘磺酸盐甲醛缩合物 高效减水剂 同年 联邦德国研制成功三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物 我国 上个世纪50年代开始70年代外加剂行业开始兴起 1982年成立了中国混凝土外加剂学会 1986年成立了中国混凝土外加剂协会 经过近30年的努力 我国的外加剂行业已经得到长足的发展 减水剂 概念减水剂是指在保持混凝土稠度不变的条件下 具有减水增强作用的外加剂 根据减水剂的作用效果及功能情况 可分为普通减水剂 高效减水剂 早强减水剂 缓凝减水剂 缓凝高效减水剂及引气减水剂等 分类 减水剂 作用机理 常用减水剂均属表面活性物质 其分子是由亲水基团和憎水基团两个部分组成 减水剂 水泥加水拌合后结构特征 当水泥加水拌合后 由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用 使水泥浆形成絮凝结构 减水剂的表面活性作用 致使憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面 亲水基团指向水溶液 使水泥颗粒表面带有相同的电荷 在电斥力作用下 水泥颗粒互相分开 絮凝结构解体 包裹的游离水被释放出来 从而有效地增加了混凝土拌合物的流动性 减水剂作用原理可由吸咐 分散作用 润滑作用 湿润作用三部分组成 只要掺入少量的减水剂 就可使硬化前混凝土和易性改善 硬化后混凝土性能改善 减水剂已成为高性能混凝土主要成分 减水剂的技术经济效果根据使用目的不同 在混凝土中加入减水剂后 一般可取得以下效果 增加流动性在用水量及水泥用量不变时 混凝土坍落度可增大100 200mm 明显提高混凝土流动性 且不影响混凝土的强度 泵送混凝土或其他大流动性混凝土均需掺入高级减水剂 提高混凝土强度在保持流动性及水泥用量不变的条件下 可减少拌合水量10 15 从而降低了水灰比 使混凝土强度提高15 20 特别是早期强度提高更为显著 掺人高效减水剂是制备早强 高强 高性能混凝土的技术措施之一 减水剂 减水剂 节约水泥在保持流动性及水灰比不变的条件下 可以在减少拌合水量的同时 相应减少水泥用量 即在保持混凝土强度不变时 可节约水泥用量10 15 且有利于降低工程成本 改善混凝土的耐久性由于减水剂的掺入 显著地改善了混凝土的孔结构 使混凝土的密实度提高 透水性降低 从而可提高抗渗 抗冻 抗化学腐蚀及防锈蚀等能力 掺用减水剂后 还可以改善混凝土拌合物的泌水 离析现象 延缓混凝土拌合物的凝结时间 减慢水泥水化放热速度 防止因内外温差而引起的裂缝 早强剂 定义是加速混凝土早期强度发展 并对后期强度无显著影响的外加剂 早强剂能加速水泥的水化和硬化 缩短养护期 从而达到尽早拆模 提高模板周转率 加快施工速度的目的 早强剂可以在常温 低温和负温 不低于一5 C 条件下加速混凝土的硬化过程 多用于冬季施工和抢修工程 分类无机盐类 氯盐类 硫酸盐类 有机胺 有机一无机的复合物 概念是指能延缓混凝土凝结时间 并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂 分类 缓凝剂主要有四类 糖类 如糖蜜 木质素磺酸盐类 如木钙 木钠 羟基羧酸及其盐类 如柠檬酸 酒石酸 无机盐类 如锌盐 硼酸盐等 常用的缓凝剂是木钙和糖蜜 基中糖蜜的缓凝效果最好 缓凝剂 缓凝剂的作用原理缓凝剂的作用原理十分复杂 至今尚没有一个比较完满的分析理论 常有以下几种解释 吸附理论认为缓凝剂被吸附在未水化水泥颗粒表面上 这是通过离子键 氢键或偶极间作用 由于屏蔽而防止水分子靠近 阻碍了水化反应 沉淀理论认为是缓凝剂与水泥中某些组分生成了不溶性物质 它包围了水泥颗粒从而阻碍了水化反应进行 又有的理论认为是Ca OH 2晶核上吸附了缓凝剂 妨碍了它的进一步生成 长大 这须使溶相中达到一定过饱和以后 Ca OH 2才能继续生长 由于Ca 0H 2不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步水化 缓凝剂 引气剂 是指在混凝土搅拌过程中 能引入大量分布均匀的微小气泡 以减少混凝土拌合物的泌水 离析 改善和易性 并能显著提高硬化混凝土抗冻性 耐久性的外加剂 种类应用较多的引气剂为松香热聚物 松香皂 烷基苯磺酸盐等性能特点松香热聚物是松香与苯酚 硫酸 氢氧化钠以一定配比经加热缩聚而成 松香皂是由松香经氢氧化钠皂化而成 松香热聚物的适宜掺量为水泥质量的0 005 0 02 混凝土的含气量为3 5 减水率为8 左右 概念 引气剂属憎水性表面活性剂 表面活性作用类似减水剂 区别在于减水剂的I界面活性作用主要发生在液一固界面 而引气剂的界面活性作用主要在气一液界I面上 由于能显著降低水的表面张力和界面能 使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡 气泡直径多在50 250 m 同时 因引气剂定向吸附在气泡表面 形成较为牢固的液膜 使气泡稳定而不破裂 按混凝土含气量3 5 计 不加引气剂的混凝土含气量为1 1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡 由于大量微小 封闭并均匀分布的气泡的存在 使混凝土的某些性能得到明显改善或改变 引气剂 改善混凝土拌合物的和易性 显著提高混凝土的抗渗性 抗冻性 降低混凝土强度一般混凝土的含气量每增加1 时 其抗压强度将降低4 6 抗折强度降低2 3 引气剂可用于抗渗混凝土 抗冻混凝土 抗硫酸盐侵蚀混凝土 泌水严重的混凝土 贫混凝土 轻混凝土 以及对饰面有要求的混凝土等 但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土 引气剂 作用 概念是能使混凝土在负温下硬化 并在规定养护条件下达到预期足够防冻强度的外加剂 分类常用的防冻剂为复合型 由防冻 早强 减水 引气等多组分组成各尽其能 完成预定抗冻性能 防冻剂 应用不同类别的防冻剂 性能具有差异的 合理的选用十分重要 氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土 氯盐阻锈类防冻剂可用于钢筋混凝土 无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土工程和预应力钢筋混凝土工程 硝酸盐 亚硝酸盐 碳酸盐易引起钢筋的应力腐蚀 故此类防冻剂不适用于预应力混凝土以及与镀锌钢材相接触部位的钢筋混凝土结构 含有六价铬盐 亚硝酸盐等有毒成分的防冻剂 严禁用于饮水工程及与仪器接触的部位 防冻剂用于负温条件下施工的混凝土 目前 国产防冻剂品种适用于0 一20 C的气温 当在更低气温下施工时 应增加其他混凝土冬季施工措施 如暖棚法 原料 砂 石 水 预热法等 防冻剂 定义是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂 类别速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类 我国常用的速凝剂是无机盐类 主要有红星I型 711型 728型 8604型等 在满足施工要求的前提下 以最小掺量为宜 性能特点能使混凝土在5min内初凝 10min内终凝 1h就可产生强度 1d强度提高2 3倍 但后期强度会下降 28d强度约为不掺时的80 90 工程应用矿山井巷 铁路隧道 引水涵洞 地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程 速凝剂 定义混凝土很大的一个缺点是在干燥条件下产生收缩 这种收缩导致了硬化混凝土的开裂和其他缺陷的形成和发展 使混凝土的使用寿命大大下降 在混凝土中加入减缩剂能大大降低混凝土的干燥收缩 典型性的能使混凝土的28d收缩值减少50 80 最终收缩值减少25 50 机理主要是能降低混凝土中的毛细管张力 从本质上讲 减缩剂是表面活性物质 有些种类的减缩剂还是表面活性剂 当混凝土由于干燥而在毛细孔中形成毛细管张力使混凝土收缩时 减缩剂的存在使毛细管张力下降 从而使得混凝土的宏观收缩值降低 所以混凝土减缩剂对减少混凝土的干缩和自缩有较大作用 应用混凝土减缩剂已经发展成为一个新系列的混凝土外加剂 随着对混凝土减缩剂研究的深入以及其性能的提高 在日益关注混凝土耐久性的情况下 混凝土减缩剂作为一种能提高混凝土耐久性的外加剂即将会有大的发展 减缩剂 外加剂的选择和使用在混凝土中掺用外加剂 若选择和使用不当 会造成质量事故 因此 应注意以下几点 外加剂品种的选择外加剂品种 品牌很多 效果各异 特别是对不同品种水泥效果不同 在选择外加剂时 应根据工程需要 现场的材料条件 参考有关资料 通过试验确定 外加剂掺量的确定混凝土外加剂均有适宜掺量 掺量过小 往往达不到预期效果 掺量过大 则会影响混凝土质量 甚至造成质量事故 因此 应通过试验试配 确定最佳掺量 外加剂的选择和使用 外加剂的掺加方法外加剂的掺量很少 必须保证其均匀分散 一般不能直接加入混凝土搅拌机内 掺入方法会因外加剂不同而异 其效果也会因掺入方法不同而存在差异 故应严格按产品技术说明操作 如 减水剂有同掺法 后渗法 分掺法等三种方法 同掺法为减水剂在混凝土搅拌时一起掺入 后掺法是搅拌好混凝土后间隔一定时间 然后再掺入 分掺法是一部分减水剂在混凝土搅拌时掺人 另一部分在间隔一段时间后再掺人 而实践证明 后掺法最好 能充分发挥减水剂的功能 外加剂的选择和使用 外加剂的储运保管混凝土外加剂大多为表面活性物质或电解质盐类 具有较强的反应能力 敏感性较高 对混凝土性能影响很大 所以在储存和运输中应加强管理 失效的 不合格的 长期存放 质量未经明确的禁止使用 不同品种类别的外加剂应分别储存运输 应注意防潮 防水 避免受潮后影响功效 有毒的外加剂必须单独存放 专人管理 有强氧化性外加剂必须进行密封储存 同时还必须注意储存期不得超过外加剂的有效期 外加剂的储运和保管 5 7混凝土的质量控制 为保证结构的可靠 必须在施工过程的各个工序对原材料 混凝土拌和物及硬化后的混凝土进行必要的质量检验和控制 一 混凝土质量波动的规律 波动的因素 正常因素 是指施工中不可避免的正常变化因素 如砂 石质量的波动 称量时的微小误差 操作人员技术上的微小差异等 受正常因素的影响而引起的质量波动 是正常波动 异常因素 是指施工中出现的不正常情况 如搅拌时任意改变水灰比而随意加水 混凝土组成材料称量误差等 它们是可以避免克服的因素 受异常因素影响引起的质量波动 是异常波动 混凝土质量控制的目的 在于发现和排除异常因素 使混凝土质量波动呈正常波动状态 二 混凝土的质量检验 包括 组成材料的质量和用量进行检验 拌和物的质量检验 和易性和水灰比 按规定在搅拌机出口检查和易性是混凝土质量控制的一个重要环节 硬化后混凝土的质量检验 抗压强度 或其它力学性能及抗渗 抗冻试验 对已建成的混凝土结构 也可采用非破损试验方法进行检验 三 混凝土质量评定的数理统计方法 根据 混凝土及预制混凝土构件质量控制规程 CECS40 92 在正常生产控制的条件下 用数理统计的方法 求出混凝土强度的算术平均值标准差大于或等于要求强度等级值的百分率等指标 综合评定混凝土质量 绘出混凝土质量控制图进行混凝土强度等质量控制 数理统计指标 1 强度平均值式中n 试件组数 fcu i 第i组试验值 2 标准差 3 百分率 P 式中No 统计周期内同批混凝土试件强度大于或等于规定强度等级值的组数 N 统计周期内同批混凝土试件总组数 N 25 混凝土质量控制图 质量控制图说明 中心控制线为强度平均值fcu 也是混凝土的配制强度fcu o 下控制线为混凝土的设计强度等级fcu k 最低限值线fcu min fcu k 0 7 把每次试验结果逐日填画在图上 若强度测定值全部落在上 下控制线内 而且其排列是随机的没有异常情况 说明生产过程处于正常稳定状态 如果强度测定值落在下控制线以下 就要及时查明原因予以纠正 如果强度测定值落于最低限制线以下 则混凝土质量有问题 不能验收 四 混凝土强度的合格评定 根据 混凝土强度检验评定标准 GBJ107 混凝土强度评定可分为 统计方法 适用于预拌混凝土厂 预制混凝土构件厂和采用现场集中搅拌混凝土的施工单位 非统计方法 适用于零星生产的预制构件厂或现场搅拌批量不大的混凝土 统计方法评定 A 标准差已知方案 连续的三组试件组成一个验收批 1 其强度应同时满足 fcu fcu k 0 7 fcu min fcu k 0 7 2 强度 C20时 应同时满足 fcu min 0 85fcu k3 强度 C20时 应同时满足 fcu min 0 90fcu k B 标准差未知方案 不少于10组的试件组成一个验收批 其强度应同时满足 fcu 1Sfcu 0 9fcu kfcu min 2fcu k式中Sfcu 同一验收批混凝土立方体抗压强度标准差 1 2 合格判定系数 混凝土强度的合格判定系数 验收批混凝土的标准差Sfcu 非统计方法评定 对小批量零星混凝土的生产 不具备统计方法评定混凝土强度的条件 可采用非统计方法 其强度应同时满足 fcu 1 15fcu kfcu min 0 95fcu k 混凝土强度的合格性判定 混凝土强度应分批进行检验评定 当检验结果能满足以上评定公式的时 则该批混凝土判为合格 否则为不合格 不合格批混凝土制成的结构或构件 应进行鉴定 对不合格的结构或构件必须及时处理 什么是配合比任务基本要求原理方法和步骤初步计算配合比确定基准配合比实验室配合比施工配合比 5 7混凝土配合比设计 Back 什么是配合比 配合比表示混凝土中各组成材料用量之间的比例关系表示方法用1m 混凝土中各种材料的重量表示CSGW Kg m 3007201200180用各种材料的重量比例表示 水泥用量为1 C S G 1 2 4 4 0W C 0 6如果掺外加剂 其用量以水泥重量的百分数表示 Back 混凝土配合比设计的任务 根据以下因素合理选择原材料技术性质结构要求施工条件确定出满足工程所要求的技术经济指标确定材料的用量 Back 配合比设计基本要求 强度 符合结构设计的要求和易性 符合施工条件的要求耐久性 符合工程环境的要求经济合理 Back 混凝土配合比设计的原理 Back 混凝土配合比设计的基本原理是建立在混凝土性能变化规律的基础 普通混凝土配合比由四个基本变量 C W S G 配合比设计方法和步骤 Back 一 初步计算配合比 计算步骤 第一步 确定配制混凝土强度第二步 确定水灰比第三步 确定用水量第四步 确定水泥用量第五步 确定砂率第六步 确定砂石用量 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 查表取用 如何得到 值 有统计资料时 可参考下式计算 无统计资料时 可参考下表选择 表4 6 1 值的选择 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 A B fce 耐久性校核 水灰比还不得大于表5 17中规定的最大水灰比值结果 两者取最小值 第三步选取1m3混凝土的用水量 mwo 根据所用粗骨料种类 最大粒径及施工所要求的坍落度值 查表5 15选取1m3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 mcomco 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表5 17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 SP 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 如无试验资料 可根据骨料品种 规格和水灰比 按表5 16选用 混凝土的砂率 第六步计算粗 细骨料的用量 So 及 Go A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 B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 A绝对体积法 二 基准配合比 概念 初步计算配合比经和易性试拌调整所得到的配合比称为基准配合比 调整和易性的步骤和方法坍落度试验按初步配合比称料 拌匀并测坍落度 同时观察粘聚性和保水性 和易性调整 见表4 6 5坍落度满足要求后 测出试拌调整后的实际表观密度 供确定试验室配合比使用 确定基准配合比C拌 Co CS拌 So SG拌 Go GW拌 Wo W Back 如何调整和易性 表4 6 5调整混凝土和易性 三 试验室配合比 基准配合比经强度检验调整所得到的配合比称为试验室配合比 采用三组不同的配合比同时进行强度检验 Group1 W C基准WSpGroup2 W C基准 0 05WSpGroup3 W C基准 0 05WSp Back 两种选择方法 1 选择强度满足要求 且水泥用量最少的配合比 2 作图或计算 由三组配合比作出f C W图 求出与fcu 0对应的C W 即为所求的配合比 三 试验室配合比 三 试验室配合比 显然 在实验室中配制1m3混凝土并不实用 所以 配合比仍然需要根据下式进行表观密度校正 oh 计 C W S G oh 实 oh 计 ohr 混凝土拌合物的测试密度 ohc 混凝土拌合物的计算密度 If ohr ohc 2 ohc 不需要校正 上述方法确定的配合比即为试验室配合比 If ohr ohc 2 ohc 各材料用量均乘以 换算为1m3混凝土各材料用量 四 施工配合比 考虑到砂和石中的含水量 实验室配合比应根据下式换算成施工配合比 C CS S 1 a G G 1 b W W S a G b C S G W 施工配合比中的各组分含量C S G W 实验室配合比中的各组分含量a b 砂和石的含水量 Back 混凝土配合比设计实例 1 某工程现浇钢筋混凝土梁 混凝土设计强度等级为C25 施工要求坍落度为50 70mm 不受风雪等作用 施工单位的强度标准差为4 0MPa 所用材料 42 5普通硅酸盐水泥 实测28d强度48MPa c 3 15g cm3 中砂 符合 区级配 0s 2 6g cm3 碎石 粒级5 40mm 0g 2 65g cm3 自来水 求初步配合比 初步配合比的计算 1 确定配制强度2 初步确定水灰比值 W C 并查表5 17校核3 选择每1m3混凝土的用水量 W0 4 计算混凝土的单位水泥用量 C0 并查表5 17校核5 选取合理砂率Sp6 计算1m3混凝土中砂 石骨料的用量体积法 重量法7 书写初步配合比 确定配制强度 计算混凝土试配强度 fcu 0 fcu 0 fcu k t 25 1 645 4 31 58MPa 确定水灰比 W C 校核耐久性 查表5 17 选择每1m3混凝土的用水量 W0 查表5 15 取W0 185kg 计算混凝土的单位水泥用量 C0 校核耐久性 查表5 17 选取合理砂率Sp 参照本章5 3查表5 16 取Sp 35 绝对体积法 重量法 一般强度等级为C7 5 C15的混凝土 其表观密度为2360kg m3左右 强度等级C20 C30的为2400kg m3左右 强度等级C40 为2450kg m3 W0 C0 S0 G0 oh185 285 S0 G0 2400式中 oh 为捣实后混凝土的表观密度 S0 676kg G0 1254kg 书写初步配合比 绝对体积法结果 C0 S0 G0 285 658 1222 1 2 31 4 29W0 C0 185 285 0 65假定表观密度法结果 C0 S0 G0 285 676 1254 1 2 37 4 4W0 C0 0 65 基准配合比的确定 根据骨料最大粒径 配制30L混凝土拌合物 在此以绝对体积法的配比为例 测定其坍落度值为85mm 大于设计要求的50 70mm 故需进行坍落度调整 其方法如下 保持水灰比不变 增加砂用量1 和碎石用量1 后 测得坍落度为70mm 粘聚性 保水性均良好 满足设计要求 同时 测得混凝土表观密度为2410kg m3 由此得到基准配合比为 C1 S1 G1 W1 290 676 1256 188 1 2 33 4 33 0 65 实验室配合