建筑材料教学案4章混凝土.doc

专业资料整理分享 课题：混凝土及组成材料课时：4课型：讲解教学目的：通过本次课程的学习，学生掌握混凝土的分类以及普通混凝土四种组成原材料各自的性质和技术要求。教学重、难点：普通混凝土的四种组成材料教学步骤：复习引入：新课：第一节：混凝土的概述1、混凝土的定义：广义的混凝土是由胶凝材料、骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化而成的人造石材。普通混凝土是由水泥作为胶凝材料、石子和砂为粗细骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化而成的人造石材。也是工程中应用最为广泛的。2、混凝土的分类：A、按表观密度： 重砼 普通砼 轻砼B、按照用途分： 结构砼 道路砼 水工砼 防水砼C、按胶凝材料： 水泥砼 石膏砼 水玻璃砼 硅酸盐砼 D、按拌合物的坍落度： 干硬性砼 塑性砼 流动性砼 大流动性砼E、按强度： 低强度砼 中强度砼 高强度砼 超高强度砼3、混凝土的特点：混凝土的优点：（1）原材料丰富，成本低，砂石等材料占80%以上；（2）凝结前具有良好的可塑性；（3）硬化后具有较高的强度和耐久性；（4）与钢筋有牢固的粘接力；（5）可根据不同的要求，通过调整配合比得到不同性能的混凝土；（6）可利用工业废料，利于环境保护。混凝土的缺点：（1）自重大；（2）比强度低、属刚性材料，抗拉强度低；（3）硬化速度慢，生产周期长；第二节：普通混凝土及组成材料在土木工程中，应用最广的是以水泥为胶凝材料，普通砂、石为骨料，加水拌成拌合物，经凝结硬化而成的水泥混凝土，又称为普通混凝土。其结构如图6-1所示。普通混凝土（简称为混凝土）一般是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。图6-1 混凝土结构一、对混凝土材料的基本要求：1、混凝土拌合物有和易性；2、符合设计要求的强度；3、与工程环境相适应的耐久性；4、满足经济性要求；二、混凝土的组成：(一) 在混凝土中，砂、石材料的体积占80%以上，称为骨料。骨料的作用：1、起承力骨架的作用，以石子为主，砂子为辅。2、能够减小混凝土在硬化过程中的体积变化。3、能够增加混凝土的抗风化能力。4、能够提高混凝土的耐磨性。（二）水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹骨料并填充其空隙。其作用：1.水泥浆能充填砂的空隙，起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性。 2.水泥砂浆能充填石子的空隙，起润滑作用，也能流动。 3.水泥浆在砼硬化后起胶结作用，将砂石胶结成整体，产生强度，成为坚硬的 水泥石。混凝土组成与作用见下：其组成过程为：水水泥 水泥浆砂水泥砂浆粗骨料砼三、水泥水泥是普通混凝土的胶凝材料，其性能对混凝土的性质影响很大，在确定混凝土组成材料时，应正确选择水泥品种和水泥强度等级。（一）、水泥品种的选用应根据混凝土工程特点、所处的环境条件和施工条件等进行选择。（二）、水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应，水泥强度等级标准值（MPa）为混凝土强度等级（MPa）的1.52.0倍为宜。三、骨料 （集料）（一）定义：混凝土中用的砂子、石子两种起骨架作用材料的总称。（二）分类：（补充新规范，书上是旧规范） 细骨料（0.15-4.75mm） 天然砂：河砂：砂粒洁净、圆滑、拌制的混凝土流动性好； 机制砂：砂粒表面粗糙，拌制的混凝土强度高； 骨料 粗骨料（4.75mm-150mm） 卵石：如河卵石：表面光滑、洁净、拌制的混凝土性好； 碎石：颗粒表面粗糙、多棱角、拌制的混凝土强度好；粒径小于0.08mm为粉尘。河砂：洁净、质地坚硬，为配制混凝土的理想材料；海砂：质地坚硬，但夹有贝壳碎片及可溶性盐类；山砂：含有粘土及有机杂质，坚固性差； 人工砂：富有棱角，比较洁净，但细粉、片状颗较多，成本高 。 四、细骨料(一)、细骨料的概念粒径在0.154.75mm之间的颗粒为细骨料，混凝土用砂分为天然砂、人工砂、混合砂。（1）天然砂：由自然条件作用而形成的；（2）人工砂：岩石经除土开采、机械粉碎、筛分而成的；（3）混合砂：由天然砂与人工砂按一定比例组合而成的砂；细骨料一般采用天然砂，按产源不同，有河砂、海砂及山砂，以洁净的河沙优先，尽量做到因地制宜。砂按技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土。类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土。类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。（二）、砂的主要质量要求1、含泥量、石粉含量及泥块含量含泥量：天然砂中粒径小于80m（新规范75m）的颗粒含量。石粉含量：人工砂或混合砂中粒径小于80m的颗粒含量。泥块含量：砂中原粒径大于1.25mm（新规范1.18mm），经水洗、手捏后小于630m（600m）的颗粒含量。有害物质产生危害的原因：泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；含泥量过大，会增加混凝土用水量，从而增大混凝土收缩； 云母表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆粘结力差，易风化，影响混凝土强度及耐久性；泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；硫化物及硫酸盐：对水泥起腐蚀作用，降低混凝土的耐久性； 有机质可腐蚀水泥，影响水泥的水化和硬化。 氯盐会腐蚀钢筋。2、有害物质含量采用海砂时，含盐量应控制在0.1%以内，防止对钢筋有锈蚀作用。在混凝土中，砂作为细骨料，起承力骨架的作用，因此要求质地坚实，混凝土用砂要求洁净、有害杂质少。砂中含有的云母、泥块、淤泥、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等，都对混凝土的性能有不利的影响，是有害杂质。砂中有害杂质的含量应符合P50页表格中的规定。3、砂的粗细程度及颗粒级配（1）砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混在一起的平均粗细程度。用细度模数来表示，根据细度模数的大小，把砂分为粗砂、中砂、细砂、特细砂。在相同砂用量条件下，粗砂的总表面积比细砂小，则所需要包裹砂粒表面的水泥浆少。因此，用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥量要省。测定方法：筛分析：用一套方孔孔径为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm的七个标准筛，将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂量，并计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂子总量的百分率）a1、 a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和） A1、 A2、A3、A4、A5、A6计算而得，即 Ai=a1+a2+ai 如：对于2.36mm孔径，其分计筛余百分率为a2，累计筛余百分率为（a1+a2） 。 其中a1=m1/500，a2=m2/500，a3=m3/500，以此类推。m1，m2，m3等分别为对应各筛的筛余量。分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系见表5.2.4。表5.2.4 分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系筛孔尺寸分计筛余（）累计筛余（）4.75a1A1=a12.36a2A2=a1+a21.18a3A3=a1+a2a30.6a4A4=a1+a2a3a40.3a5A5=a1+a2a3a4a50.15a6A6=a1+a2a3a4a5a6 其中0.6mm为控制粒径，它使任一砂样只能处于某一级配区内，不会同时属于两个级配区。 砂的粗细程度用细度模数（Mx）表示。 细度模数（Mx）通过累计筛余百分率计算而得。 按Mx将砂分为：粗砂： Mx=3.73.1；中砂：Mx= 3.02.3； 细砂： Mx= 2.21.6；特细砂：Mx= 1.50.7 普通砼用砂得细度模数： Mx= 3.71.6 普通混凝土用砂的细度模数大于3.7时，则拌合物的和易性不易控制，且不易振捣成型；砂的细度模数小于0.7时，将增加较多的水泥用量，而且强度显著降低。（2）砂的颗粒级配骨料各级粒径颗粒的分布情况，以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为节约水泥和提高混凝土强度，就应尽量减小砂粒之间的空隙。从表示骨料颗粒级配的图6-3可以看出：如果用同样粒径的砂，空隙率最大；两种粒径的砂搭配起来，空隙率就减小；三种粒径的砂搭配，空隙率就更小。因此，要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒合理搭配。图6-3 砂的颗粒级配在选择混凝土用砂时，砂的颗粒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，则可使砂的空隙率及总表面积均较小，这样不仅水泥浆用量较少，而且混凝土的密实性较好，强度较高。配制混凝土时宜优先选用2区的砂。当采用1区的砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；当采用3区的砂时，应适当降低砂率，以保证混凝土强度。对于泵送混凝土，宜选用中砂，且砂中小于0.315mm的颗粒应不少于15%。如果砂的自然级配不符合级配区的要求，可采用人工级配的方法来改善。通常，可将粗砂、细砂按适当比例搭配，掺合使用。为调整级配，在不得已时，也可将砂中过粗或过细的颗粒筛除。a) 级配区 砂按0.6mm孔径筛的累计筛余百分率，划分成三个级配区即区、区、区，见书P52表4-5。普通砼用砂的颗粒级配应处于任何一个区内，否则不合格。表4-5 颗粒级配筛孔尺寸/mm级 配 区I区II区III区累计筛余（按质量计）/%10.005.002.501.250.630.3150.1601003556535857195801009001002505010704192701009001001502504016855510090b)筛分曲线 以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，作出三个级配区的筛分曲线。观察所计算的砂的筛分曲线是否完全落在三个级配区的任一区内，即可判断该砂级配的合格性。筛分曲线砂的颗粒级配是指不同粒径砂颗粒的分布情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为节省水泥和提高混凝土的强度，就应尽量减少砂粒之间的空隙。要减少砂粒之间的空隙,就必须有大小不同的颗粒合理搭配。（3）砂的选用原则 一般配制砼时，宜优先选用区砂。 若选用区砂，应该适当提高砂率，保证水泥用量。 若选用区砂，应该适当降低砂率，保证强度。 若某一地区砂料过细，可采用人工级配。 图6.2.3和图6.2.4均为级配较差的砂。 图5.2.3 级配较差的砂图5.2.4级配较差的砂例题：特制砼采用河砂，取砂样烘干，特取500g，按规定步骤进行了筛分，称得各筛号上的筛余量如下表。 筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.15 0.15筛 编 号1234567筛余量（ g）15757010012010020 求：（1）该砂的细度模数；（2）判断该砂的级配合格否？（3）绘制筛分曲线图。 解：（1）求分计筛余百分率 （2）求累计筛余百分率A （3）计算砂的细度模数 （4）判断：用各筛号的A值与表6.5对比，该砂的累计筛余百分率落在区，该砂级配合格。 因Mx= 2.67，所以是中砂 （5）绘制筛分曲线图(如图5.2.4)。 图5.2.4 筛分曲线四、粗骨料石子（一）概念：凡混凝土中颗粒粒径大于5mm（新规范4.75mm）的骨料称为粗骨料。卵石、碎石按技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土。类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土。类宜用于强度等级小于C30的混凝土。建筑工程中常用的粗骨料一般有两种：卵石和碎石。案例一：比较同等条件下，谁配制出的混凝土强度大？答案：碎石。碎石是经过人工或机械破碎而成；卵石是天然岩石经风化而成。因为碎石的表面粗糙，与水泥石粘接度大；颗粒均匀，且坚固；不含杂质，清洁度好；针、片状含量少，所以，配制出来的混凝土强度大。（二）混凝土用粗骨料的质量要求1、粗骨料中含的泥块、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机物是有害杂质。它们的危害与在细骨料中的相同。粗骨料中含泥量是指粒径小于75m的颗粒含量。泥块含量是指原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。它们的含量一般应符合书P53页表4-6中规定。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒。厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。针片状颗粒易折断，且会增大骨料的空隙率和总表面积，使混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性降低。卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。卵石和碎石中如含有有机物、硫化物及硫酸盐，其含量应符合相关规定。2、形状：粗骨料成圆柱形或立方体的好，针、片状含量必须满足表4-10中规定。 针状颗粒：凡颗粒的长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍的为针状颗粒。 片状颗粒：凡颗粒的厚度小于平均粒径0.4倍为片状颗粒。 平均粒径：该粒级上、下限粒径的平均值。3、颗粒级配 最大粒径粗骨料中公称粒级的上限称为最大粒径。当骨料粒径增大时，其比表面积减小，混凝土的水泥用量也减少。因此，粗骨料的最大粒径应在满足技术要求的条件下，尽量选得大些。试验研究表明，骨料的最大粒径与构件的截面尺寸、混凝土的强度、水泥用量和施工工艺等有关。a.结构上考虑：建筑构件的截面尺寸及配筋疏密。钢筋砼 ：粗骨料最大粒径 1/4，结构截面最小尺寸且3/4钢筋间最小净距； 砼实心板：粗骨料最大粒径不宜超过/2板厚且不超过40mm； b.从施工方面考虑：根据搅拌、运输、振捣方式，选择合适的粒径。对泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1：2.5；c.从经济上考虑：粒径越大，水泥用量越小。当最大粒径小于40mm时，节约效果显著，粒径再大，节约效果不明显。故一般取粒径小于40mm。 粗骨料的级配用筛分试验来确定，应符合普通混凝土用碎石及卵石的颗粒级配规定，见表4-11。 颗粒级配 良好的级配可减小孔隙率，节约水泥，提高密实度及良好的工作性。粗骨料的级配也是1通过筛分试验来确定，其方孔标准筛为孔径2.36、4.75、9.50、16、19、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0及90mm共12个筛孔。普通混凝土用卵石及碎石的颗粒级配应符合国家标准的规定。粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种。a）连续级配：石子颗粒尺寸由小到大连续分级，每级骨料都占有一定比例，如天然卵石。通常工程中多采用连续级配的石子。工程中较为常用。b）间断级配：人为剔除某些中间粒级颗粒，用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，颗粒级差大，空隙率的降低比连续继配快得多，可最大限度地发挥骨料的骨架作用，减少水泥用量。理论上可获得较小的空隙率，但实际使用中，混凝土拌和物易产生离析现象，工程应用较少。c）单粒级：预先分级筛分的粗骨料，用来改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。空隙率大，工程中不用，只用于配制连续级配或间断级配。 应用：分别堆放，需要时按要求的比例配合。4、强度为保证混凝土的强度要求，粗骨料都必须是质地致密、具有足够的强度。碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示。（1）用岩石立方体强度表示粗骨料强度。是将岩石制成5cm5cm5cm的立方体（或直径与高均为5cm的圆柱体）试件，在水饱和状态下，其抗压强度（MPa）与设计要求的混凝土强度等级之比，作为碎石或碎卵石的指标，根据JG5392规定不应小于1.5。（2）用压碎指标表示粗骨料的强度时，是将一定质量气干状态下1020mm石子装入一定规格的圆筒内，在压力机上施加荷载到200KN，卸荷后称取试样质量（m0），用孔径为2.5mm筛筛除压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1）。（二）拌和用水与养护用水混凝土拌和用水标准(JGJ63-1989)对混凝土用水提出了具体的质量要求：(1)混凝土用水应为清洁可饮用的水；(2)对于水质有怀疑的水（地表水、地下水、经处理的工业废水）需经检验合格，方可使用；(3)海水只可用于无饰面要求的素混凝土。课题：混凝土的主要技术性能课时：4课型：讲解教学目的：通过本次课程的学习，学生掌握混凝土的主要技术性能。教学重、难点：普通混凝土的主要技术性能教学步骤：复习引入：混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形性及耐久性等。混凝土各组成材料按一定比例搅拌后，尚未凝结硬化的材料称为混凝土拌合物，也称混凝土混合料、新拌混凝土。新课：一、混凝土拌合物的和易性（一）和易性的概念尚未凝结硬化的混凝土，称为混凝土拌和物，和易性是指混凝土拌和物易于施工操作（搅拌、运输、浇灌、捣实等）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，并与施工工艺密切相关，通常包括有流动性（稀稠、软硬程度）、粘聚性和保水性三方面的含义。（1）流动性 指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下易与产生流动、易于输送和易于充满混凝土模板的性质。是混凝土和易性中最重要的性质。一定的流动性保证了混凝土构件或结构的形状与尺寸以及构件或结构的密实性。对强度有较大的影响。（2）粘聚性 混凝土拌合物在施工过程中保持其整体均匀一致的能力。粘聚性好可保证混凝土拌合物在输送、浇灌、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀。此项性质对混凝土的强度和耐久性有较大的影响。分层有外分层和内分层。外分层是从结构断面上看，粗的在下方，越向上越细，最上方为水及水泥浆；内分层是在钢筋或较粗的骨料下方，形成的由水及水泥稀浆所填充的空窝。离析也常有二种情况，一是水泥浆从中分离出来，对于流动性较大的混凝土易发生，若成型时模板漏浆，则会形成“蜂窝”；另一种是干硬性混凝土中，粗骨料易从中分离出来。（3）保水性 混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。保水性好可保证混凝土拌合物在输送、成型及凝结过程中，不发生大的或严重的泌水，既可避免由于泌水产生的大量的连通毛细孔隙，又可避免由于泌水，使水在粗骨料和钢筋下部聚积所造成的界面粘结缺陷。如水份积聚在模板附近，则会出现“麻面”。保水性对混凝土的强度、耐久性及表面质量有较大的影响。泌水会在混凝土中形成贯穿的毛细孔道，影响混凝土的强度和耐久性能。混凝土拌和物的和易性是流动性、粘聚性和保水性的综合体现，混凝土的流动性、粘聚性和保水性之间既互相联系，又常存在矛盾。因此，在一定施工工艺的条件下，混凝土的和易性是以上三方面性质的矛盾统一。（二）测定方法和选用原则通过试验测定流动性，以目测和经验评定粘聚性和保水性。普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T 50080-2002)规定测定方法有坍落度与维勃稠度法两种。对于流动性较大的混凝土，测定坍落扩展度。对于干硬性混凝土，和易性测定常采用维勃稠度试验。（A）坍落度法1、适用范围：对于骨料最大粒径小于或等于40mm，坍落度大于10mm的新拌混凝土，采用坍落度法测定其流动性。2、方法：将新拌混凝土按规定方法装入标准圆锥形坍落度筒（无底）内，装满刮平后，垂直提起坍落度筒，新拌混凝土因自重而向下坍落；所坍落的高度（单位为mm）称为坍落度，作为流动性指标。坍落度愈大表示流动性愈大。图6-5所示为坍落度试验。图6-5 坍落度法混凝土拌合物按坍落度分级在测定坍落度的同时，应观察混凝土拌合物的粘聚性及保水性，以全面地评定新拌混凝土的和易性。1、坍落度及坍落扩展度试验混凝土拌合物的坍落度应在一个适宜的范围内。其值可根据工程结构种类、钢筋疏密程度及振捣方法按下表选用。（B）维勃稠度法1、适用范围：对于坍落度小于10mm的干硬性混凝土，采用维勃稠度法测定稠度。2、测定方法：是在坍落度筒中按规定方法装满拌合物，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，当透明圆盘的底面完全为水泥浆所布满时，停止计时，关闭振动台。此时所读秒数，称为维勃稠度。（维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪，所用时间（以秒计）称为该混凝土拌合物的维勃稠度。）该法适用于维勃稠度在530s之间的新拌混凝土的测定。图6-6 维勃稠度法维勃稠度越大，则混凝土的流动性越小。新拌混凝土按坍落度和维勃稠度大小，分别都可分为四级。表6-5 新拌混凝土按坍落度和维勃稠度的分级级别名称坍落度/mm级别名称维勃稠度/sT1低塑性混凝土1040V0起干硬性混凝土31T2塑性混凝土5090V1特干硬性混凝土3021T3流动性混凝土100150V2干硬性混凝土2011T4大流动性混凝土160V3半干硬性混凝土105（三）影响混凝土和易性的主要因素新拌混凝土的流动性是保证混凝土均匀密实的前提，流动性的选择，应根据施工工艺、结构类型、构件截面大小、钢筋疏密和捣实方法等确定。当构件截面较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选大些。反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣时，坍落度选择可小些。1、水泥特性的影响A、水泥浆的数量混凝土拌合物中的水泥浆，赋予混凝土拌合物以一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内，如果水泥浆愈多，则拌合物的流动性愈大。但若水泥浆过多，将会出现流浆现象，使拌合物的粘聚性变差，同时对混凝土的强度与耐久性也会产生一定影响，且水泥用量也大。水泥浆过少，至使其不能填满骨料空隙或不能很好包裹骨料表面时，就会产生崩坍现象，粘聚性变差。因此，混凝土拌合物中水泥浆的含量应以满足流动性要求为度，不宜过量。2、骨料特性的影响一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流动性好。河砂拌制的混凝土拌合物比山砂拌制的流动性好。骨料级配好的混凝土拌合物的流动性也好。骨料的粗细和级配良好的混凝土拌和物和易性好。3、水泥浆的稠度（水灰比）水泥浆的稠度是由水灰比所决定的。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小，水泥浆就愈稠，混凝土拌合物的流动性便愈小。4、砂率（1）定义：砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率砂质量/砂、石总质量。砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的总表面积有显著改变，因而对混凝土拌合物的和易性产生显著影响。（2）砂率的影响A、砂率过大时，骨料的总表面积及空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，相对地水泥浆显得少了，减弱了水泥浆的润滑作用，而使混凝土拌合物的流动性减小。B、砂率过小，又不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，也会降低混凝土拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。C、合理砂率当采用合理砂率时，在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性，或者，当采用合理砂率时，能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性，而水泥用量为最少。D、外加剂在拌制混凝土时，加入很少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得很好的和易性，增大流动性和改善粘聚性、降低泌水性。并且由于改变了混凝土结构，尚能提高混凝土的耐久性。因此这种方法也是常用的。5、环境温度与时间拌合物的和易性也受温度的影响，因为环境温度的升高，水分蒸发及水泥水化反应加快，拌合物的流动性变差，而且坍落度损失也变快。拌合物拌制后，随时间的延长而渐变得干稠，流动性减小，原因是有一部分水供水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸发以及凝聚结构的渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。二、混凝土的强度和强度等级混凝土的强度包括抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度等，其中，抗压强度最大，抗拉强度最小。在工程中混凝土主要用于承受压力。（一）、混凝土的抗压强度按照国家标准普通混凝土力学性能试验方法（修订版），混凝土制作成边长150mm的立方体试件，在标准条件（温度（202），相对湿度95%以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（fcu），简称立方体抗压强度。（二）、混凝土立方体抗压标准强度与强度等级混凝土立方体抗压标准强度（或称立方体抗压强度标准值）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抗压强度总体分布中，具有不低于95%保证率的抗压强度值，以fcu,k表示。混凝土强度等级是按混凝土立方体抗压标准强度来划分的。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（单位为MPa）表示。混凝土结构设计规矩（GB50010-2020）规定：普通混凝土划分为C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75和C80等14个等级。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。（三）、影响混凝土强度的因素1、水泥的强度和水灰比水泥的强度和水灰比是决定混凝土强度的最主要因素。水泥是混凝土中的胶结组分，其强度的大小直接影响混凝土的强度。在配合比相同的条件下，水泥的强度越高，混凝土强度也越高。当采用同一水泥（品种和强度相同）时，混凝土的强度主要决定于水灰比；在混凝土能充分密实的情况下，水灰比愈大，水泥石中的孔隙愈多，强度愈低，与骨料粘结力也愈小，混凝土的强度就愈低。反之，水灰比愈小，混凝土的强度愈高。混凝土的抗压强度与水灰比和水泥强度之间符合以下近似关系：fcu=afce(C/Wb)式中，C每立方米混凝土中的水泥用量，kg；W每立方米混凝土中的用水量，kg；fcu混凝土 28d抗压强度，MPa；fce水泥的实际强度，MPa；a，b经验系数，与骨料品种等有关，其数值需通过试验求得，通常取值如下：对于碎石：a=0.46，b=0.07。对于卵石：a=0.48，b=0.33。fce应通过试验确定。当无法取得水泥实际强度数值时，可采用下式估计：fce=cfce,k式中，fce,k水泥强度等级值，MPa；c水泥强度等级值的富余系数（一般取1.13）。2、骨料的影响骨料的表面状况影响水泥石与骨料的粘结，从而影响混凝土的强度。碎石表面粗糙，粘结力较大；卵石表面光滑，粘结力较小。因此，在配合比相同的条件下，碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高。骨料的最大粒径对混凝土的强度也有影响，骨料的最大粒径愈大，混凝土的强度愈小。3、外加剂和掺合料在混凝土中掺入外加剂，可使混凝土获得早强和高强性能，混凝土中掺入早强剂，可显著提高早期强度；掺入减水剂可大幅度减少拌合用水量，在较低的水灰比下，混凝土仍能较好地成型密实，获得很高的28d强度。在混凝土中加入掺合料，可提高水泥石的密实度，改善水泥石与骨料的界面粘结强度，提高混凝土的长期强度。因此，在混凝土中掺入高效减水剂和掺合料是制备高强和高性能混凝土必需的技术措施。4、养护的温度和湿度、龄期混凝土的硬化是水泥水化和凝结硬化的结果。养护温度对水泥的水化速度有显著的影响，养护温度高，水泥的初期水化速度快，混凝土早期强度高。湿度大能保证水泥正常水化所需水分，有利于强度的增长。混凝土在正常养护条件下，其强度将随着龄期的增加而增长。最初的714d内，强度增长较快，28d以后增长缓慢，龄期延续很长，混凝土的强度仍有所增长。三、混凝土耐久性的概念及类型（一）、混凝土耐久性的基本概念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。（二）、混凝土耐久性的主要表征耐久性抗渗性抗冻性抗侵蚀性碳化碱骨料反应抗渗性1、定义：抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。它直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。2、混凝土本质上是一种多孔性材料，混凝土的抗渗性主要与其密度及内部孔隙的大小和构造有关。混凝土内部的互相连通的孔隙和毛细管通路，以及由于在混凝土施工成型时，振捣不实产生的蜂窝、孔洞都会造成混凝土渗水。3、混凝土的抗渗性我国一般采用抗渗等级表示，抗渗等级是按标准试验方法进行试验，用每组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力来表示的。如分为P4、P6、P8、P10、P12 五个等级，即相应表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0及1.2MPa的水压力而不渗水。4、影响混凝土抗渗性的主要因素是水灰比，水灰比越大，水分越多，蒸发后留下的孔隙越多，其抗渗性越差。抗冻性1、定义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。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能。2、混凝土冰冻破坏的原因由于混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移所造成的渗透压力。当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。3、影响因素混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素。因此，当混凝土采用的原材料质量好、水灰比小、具有封闭细小孔隙（如掺入引气剂的混凝土）及掺入减水剂、防冻剂等其抗冻性都较高。抗侵蚀性混凝土的侵蚀机理详见第五章水泥石的腐蚀及防治。混凝土的抗侵蚀性与所用水泥的品种、混凝土的密实程度和孔隙特征有关。密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，故其抗侵蚀性较强。所以，提高混凝土抗侵蚀性的措施，主要是合理选择水泥品种、降低水灰比、提高混凝土的密实度和改善孔结构。混凝土的碳化混凝土的碳化作用是二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。因此，气体扩散规律决定了碳化速度的快慢。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，从而对混凝土的化学性能和物理力学性能有明显的影响，主要是对碱度、强度和收缩的影响。碳化对混凝土性能既有有利的影响，也有不利的影响。碳化使混凝土的抗压强度增大，其原因是碳化放出的水分有助于水泥的水化作用，而且碳酸钙减少了水泥石内部的孔隙。由于混凝土的碳化层产生碳化收缩，对其核心形成压力，而表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，而使混凝土抗拉、抗折强度降低。碱骨料反应碱骨料反应是指硬化混凝土中所含的碱(Na2O和K2O)与骨料中的活性成分发生反应，生成具有吸水膨胀性的产物，在有水的条件下吸水膨胀，导致混凝土开裂的现象。混凝土只有含活性二氧化硅的骨料、有较多的碱(Na2O和K2O)和有充分的水三个条件同时具备时才发生碱骨料反应。因此，可以采取以下措施抑制碱骨料反应：1、选择无碱活性的骨料。2、在不得不采用具有碱活性的骨料时，应严格控制混凝土中总的碱量。3、掺用活性掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰（高钙高碱粉煤灰除外）等，对碱骨料反应有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土中的碱起反应，反应产物均匀分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不会发生有害的膨胀，从而降低了混凝土的含碱量，起到抑制碱骨料反应的作用。4、控制进入混凝土的水分。碱骨料反应要有水分，如果没有水分，反应就会大为减少乃至完全停止。因此，要防止外界水分渗入混凝土以减轻碱骨料反应的危害。提高耐久性的措施混凝土的耐久性是一项综合性能，虽然混凝土在不同环境条件下的破坏过程各不相同，但是，提高混凝土的耐久性，却有很多共同之处。这就是合理选择原材料，提高混凝土的密实度和改善混凝土的孔结构。因此，提高混凝土耐久性的措施有以下几个方面：1、合理选择原材料，包括水泥、砂石材料、外加剂和掺合料的品种、成分和质量。2、适当控制混凝土的水灰比及水泥用量，它们是决定混凝土密实性的主要因素，它不但影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性。见表6-6。3、掺入外加剂和掺合料，掺用引气剂或减水剂可改善混凝土的孔隙结构，大幅度的提高混凝土的抗渗性和抗冻性。掺入掺合料可提高混凝土的密实度，减少混凝土中对耐久性有害的成分，从而提高混凝土的抗渗性和抗侵蚀性，抑制碱骨料反应。4、加强混凝土生产的质量控制，在混凝土的施工中，除应搅拌均匀、浇灌和振捣密实外，应特别注意加强养护，保证与环境介质接触混凝土的密实性。四、外加剂概念及分类（一）外加剂的概念混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的5%（特殊情况除外）。（二）外加剂的分类根据混凝土外加剂的分类、命名与定义（GB807587）的规定，混凝土外加剂按其主要功能分为四类：1、改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括普通减水剂和高效减水剂、引气剂和泵送剂等。2、调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。3、改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。4、改善混凝土其他性能的外加剂。包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。（三）常用外加剂1、减水剂（1）概念：减水剂是使混凝土拌合物达到同样坍落度时，用水量明显减少的外加剂，又可称为塑化剂。（2）常用减水剂A、木质素磺酸盐减水剂：木钙（M型减水剂）、木钠、木镁。B、多环芳香族磺酸盐系减水剂（萘系）：萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物。C、水溶性树脂系减水剂。（3）减水机理减水剂是一种表面活性剂，其分子由亲水基团和憎水基团两个部分组成，它加入水溶液中后，其分子中的亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列，形成定向吸附膜，降低水的表面张力和二相间的界面张力。水泥加水后，由于水泥颗粒间分子凝聚力等因素，形成絮凝结构（图6-7a）。当水泥浆体中加入减水剂后，其憎水基团定向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，在水泥颗粒表面形成单分子或多分子吸附膜，并使之带有相同的电荷，在静电斥力作用下，使絮凝结构解体（图6-7b），被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，由于减水剂分子吸附产生的分散作用，使混凝土的流动性显著增加。减水剂还使水泥颗粒表面的溶剂化层增厚（图6-7c），在水泥颗粒间起到润滑作用。图6-7 减水剂的作用机理（4）减水剂的作用A、改善性能（工作性、耐久性）-在保持用水量不变的情况下，掺减水剂可使混凝土坍落度增大10cm20cm，使困难的浇筑变得方便容易。B、提高强度-在保持和易性不变的情况下，掺减水剂可使混凝土的单位用水量减少5%30%，这意味着有效地降低了水灰比，从而可能较大幅度地提高混凝土的早期或后期强度，也提高了混凝土的密度性和耐久性。C、节约水泥-在保持混凝土强度不变以及和易性不变的情况下，掺减水剂在减少用水量的同时按水灰比不变的原则，减少水泥用量，从而节约水泥。一般可以节约水泥5%20%。2、早强剂能加速混凝土早期强度发展的外加剂，称为早强剂。早强剂主要有无机盐类、有机物类和矿物类。常用的早强剂有：（1）氯盐类早强剂：主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁、氯化铝等，氯盐类早强剂均有良好的早强作用。其中氯化钙早强效果好、成本低，其适宜掺量为水泥质量的0.5%1.0%。但这类早强剂易使混凝土中的钢筋锈蚀，在混凝土结构中的应用受到限制。（2）硫酸盐类早强剂：主要有硫酸钠（即元明粉）、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝等。其中，硫酸钠应用最多，效果较好。硫酸钠早强剂的掺量，一般为水泥质量的0.5%2.0%。若掺入量过多，则会导致混凝土后期性能变差，且混凝土表面易析出“白霜”，影响外观。且会提高混凝土中的碱含量，当混凝土中有碱活性骨料时，会加速碱骨料反应，因此，硫酸钠不得用于含有碱活性骨料的混凝土。（3）有机胺类早强剂：主要有三乙醇胺（简称FEA）、三异丙醇胺（简称TP）、二乙醇胺等。其中，早强效果以三乙醇胺为最佳。三乙醇胺的掺量为水泥质量的0.02%0.05%。三乙醇胺对水泥有一定的缓凝作用，应严格控制掺量，掺量过多时，会造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降。单独掺加三乙醇胺会增加混凝土的收缩，特别是早期收缩，使用时应予注意。（4）复合早强剂：在实际使用中，早强剂复合掺加比单独掺加效果好。因此，应用较多的是由多种组分配成的复合早强剂，尤其是早强剂与减水剂复合使用效果最好。早强剂可加速混凝土硬化，缩短养护周期，加快施工进度，提高模板周转率。多用于冬季施工或紧急抢修工程。3、缓凝剂定义：缓凝剂是能延长混凝土凝结时间的外加剂。常用缓凝剂的主要种类有：羟基羧酸及其盐类，如酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸及其盐类以及水杨酸；含糖碳水化合物类，如糖蜜、葡萄糖、蔗糖等；无机盐类，如硼酸盐、磷酸盐、锌盐等；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠等。缓凝剂的使用：缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土。缓凝剂不宜用于日最低气温5以下施工的混凝土，也不宜用于有早强要求的混凝土和蒸养混凝土。4、引气剂引气剂是在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。主要有松香热聚物、松香皂和烷基苯磺酸盐等。引气剂的掺量虽然很小，但对混凝土性能影响很大。其主要有以下影响：(1)、改善混凝土拌和物的和易性。(2)、显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。(3)、降低混凝土强度。5、防冻剂防冻剂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性能的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类、氯盐阻锈类、物氯盐类。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015的气温，当在更低气温下施工时，应增加其它混凝土冬季施工措施。6、速凝剂速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐和有机物类两类。我国常用的速凝剂使无机盐类，主要有红星I型、711型、728型、8604型等。速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，1h就可产生强度，1d强度提高23倍，但后期强度会下降，28d强度约为不掺时的8090。速凝剂的速凝早强作用机理，是使水泥中的石膏变成Na2SO4，失去缓凝作用，从而促使C3A迅速水化，并在溶液中析出其水化产物晶体，导致水泥浆迅速凝固。速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、饮水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。7、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：（1）.外加剂品种的选择在选择外加剂时，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。（2）.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。8、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。对于可溶于水的外加剂，应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。对于不溶于水的外加剂，应与适量水泥或砂混合均匀后，再加入搅拌机内。另外，根据外加剂的掺入时间，减水剂有同掺法、后掺法、分掺法等三种方法。实践证明，后掺法最好，能充分发挥减水剂的功能。课题：混凝土的配合比设计课时：4课型：讲解教学目的：通过本次课程的学习，学生掌握混凝土的配合比设计。教学重、难点：普通混凝土的配合比设计教学步骤：复习引入：新课：一、混凝土配合比设计的任务、要求及方法（一） 基本概念1、混凝土配合比是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法有两种：一种是以每1m3混凝土中各项材料的质量表示，如水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg，其每1m3混凝土总质量为2400kg；另一种表示方法是以各项材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），将上例换算成质量比为：水泥砂石水=12.440.60。（二）混凝土配合比设计包括两方面的工作1、选择确定混凝土的原材料；2、确定原材料的相应数量即配合比。（三）混凝土配合比设计的基本要求设计混凝土配合比的任务，就是要