第五章混凝土.ppt

第四章混凝土,了解：混凝土的特点及分类；混凝土各组成材料在混凝土中作用。,掌握：混凝土的主要技术性质及其意义和影响因素；普通混凝土配合比设计。,熟悉：混凝土对各组成材料的要求，各技术指标的测试方法的特点及分类。,教学目标,第一节概述,正在施工的秦山核电站,一、混凝土的定义,混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为20002800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。,三峡工程钢筋混凝土重力坝,二、混凝土的分类,按表观密度分重混凝土02800kg/m3。普通混凝土020002800kg/m3。轻混凝土02000kg/m3。按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。,二、混凝土的分类,按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土等。按强度分普通混凝土C60。高强混凝土C60。超高强混凝土100MPa。,按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。,喷射混凝土施工,三、混凝土的特点,优点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。缺点抗拉强度低（约为抗压强度的1/101/20）、变形性能差；导热系数大约为1.8W/（mK）；体积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。,第二节普通混凝土组成材料,砂子,水泥浆=水泥+水,石子,混凝土的四种基本组成材料：一、水泥二、砂子三、石子四、水,混凝土的结构,混凝土的结构,混凝土体积构成水泥石25%左右；砂和石子70%以上；孔隙和自由水1%5%,混凝土的结构,组成材料的作用,水泥,水泥浆,+砂,水泥砂浆,混凝土拌合物,混凝土的结构,+石子,+水,硬化混凝土,一、水泥的选择,品种的选择配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。强度等级的选择原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.0倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右。,二、砂的技术质量要求,定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。分类按产源分按技术要求分类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类用于强度等级为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。,砂,天然砂,人工砂,机制砂,混合砂,河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等,砂子技术性能,二、砂的技术质量要求,二、砂的技术质量要求,表观密度、堆积密度及空隙率表观密度s2500kg/m3；松散堆积密度so1350kg/m3；空隙率P47%。含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。,二、砂的技术质量要求,天然砂含泥量和泥块含量,人工砂石粉含量和泥块含量,有害杂质的含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。,二、砂的技术质量要求,坚固性指标(GB/T146842001),压碎指标(GB/T146842001),二、砂的技术质量要求,粗细程度颗粒级配粗细程度和颗粒级配应同时考虑的问题筛分析试验,粗细程度和颗粒级配,混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？,粗细程度和颗粒级配,（1）定义：不同粒径（150m4.75mm）的砂粒，混合在一起的总体平均粗细程度。,粗细程度,粗细程度和颗粒级配,（2）为什么混凝土对砂的粗细程度有要求呢？分析：在砂用量相同的情况下，粗砂的总表面积较小，而细砂的总表面积较大。砂子过细，砂的总表面积较大，需要包裹砂粒表面的水泥浆的数量多，水泥用量就多砂子过粗，混凝土拌和物黏聚性较差，容易发生分层离析现象结论：在其他条件满足要求时，选择较粗的砂子，其需要水泥浆包裹的总表面积较小，节约水泥。,粗细程度,粗细程度和颗粒级配,（1）定义：不同粒径的砂颗粒互相搭配的情况。,颗粒级配,粗细程度和颗粒级配,（2）为什么混凝土对砂子的颗粒级配有要求呢？分析：砂的颗粒级配的状况会影响到砂子堆积起来的空隙率。,粗细程度和颗粒级配,颗粒级配,不良（不合格）砂堆积起来空隙率较大良好（合格）砂堆积起来空隙率较小,粗细程度和颗粒级配,颗粒级配,（2）为什么混凝土对砂子的颗粒级配有要求呢？结论：为了节约水泥、提高混凝土强度，应该选择颗粒级配良好的砂子。,粗细程度和颗粒级配,颗粒级配,在拌制混凝土时，砂的粗细程度和颗粒级配应同时考虑的问题,粗细程度和颗粒级配,当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒和少量的细颗粒填充其空隙，这种砂空隙率和总表面积均较小，比较理想，不仅节约水泥，而且硬化后强度也较高。,（1）主要仪器：标准套筛、摇筛机、天平。,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,150m,300m,600m,1.18mm,2.36mm,4.75mm,9.50mm,粗细程度和颗粒级配,（2）试验步骤：,称取500g干砂，放于最上一只筛子。,将套筛装于摇筛机上，筛析10min。,取下套筛，逐个进行手筛。,称取各筛的筛余量，进行计算。,粗细程度和颗粒级配,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,混凝土用砂筛分析实验,粗细程度和颗粒级配,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,（3）粗细程度的评定：,计算细度模数注意：Ai在计算时不带。,评定标准：,(三)粗细程度和颗粒级配,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,（4）颗粒级配的评定：方法一：用级配区评定；方法二：用级配曲线评定。,方法一：用级配区评定；方法二：用级配曲线评定。,粗细程度和颗粒级配,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,（4）颗粒级配的评定用级配区评定：颗粒级配（GB/T14684_2001),评定标准：当普通混凝土用砂的颗粒级配完全的处于表中的任何一个级配区中，则颗粒级配合格，否则级配不合格。,粗细程度和颗粒级配,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,（4）颗粒级配的评定：方法一：用级配区评定；方法二：用级配曲线评定。,方法一：用级配区评定；方法二：用级配曲线评定。,粗细程度和颗粒级配,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,级配曲线,级配曲线,级配曲线,筛孔尺寸（mm）,累计筛余百分率,0.30,0.60,1.18,2.36,4.75,9.50,0.15,80,60,40,20,0,100,例题,例2某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数，评定其级配，画出级配曲线,例题,解：计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：,例题,计算细度模数：根据细度模数，该砂属粗砂。,例题,在级配区内画出该砂的筛分曲线,级配曲线,筛孔尺寸（mm）,累计筛余百分率,0.30,0.60,1.18,2.36,4.75,9.50,0.15,80,60,40,20,0,100,该曲线落在1区(粗砂区)内，说明该砂为粗砂，级配合格。,三、粗骨料-石子的技术质量要求,定义粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。分类按产源分：卵石和碎石按技术要求分：类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类用于强度等级为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。,三、粗骨料-石子的技术质量要求,表观密度、堆积密度及空隙率表观密度g2500kg/m3；松散堆积密度go1350kg/m3；空隙率P47%。含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。,三、石子的技术质量要求,针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。,碎石、卵石含泥量和泥块含量,三、石子的技术质量要求,碎石、卵石针片状颗粒含量,有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。,三、石子的技术质量要求,强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验：岩石抗压强度：将母岩制成50mm50mm50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。压碎指标：将一定质量风干状态下9.5019.0mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：式中：Qc压碎指标值；G1试样的质量，g；G2压碎后的筛余量，g。,颗粒级配为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。连续级配是石子由小到大连续分级；间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。,三、石子的技术质量要求,碎石、卵石的压碎指标,三、石子的技术质量要求,最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。从结构上考虑根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：31：4，超高层建筑宜在1：41：5。从经济上考虑当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。,三峡大坝石料厂,三峡大坝石料加工厂,骨料粒径太大使转换梁浇筑不密实,工程实例分析,四、拌合用水的技术质量要求,混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合混凝土拌合用水标准（JGJ631989）的规定。,练习,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,第三节混凝土拌合物的技术性质,一、和易性（工作性）的概念,和易性：混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。主要包括流动性、粘聚性和保水性：,和易性,粘聚性,保水性,流动性,易达结构均匀,易成型密实,好,好,在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。,各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。,具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质。,保证混凝土硬化后的质量,二、和易性的评定,定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。,1.坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值坍落度（单位mm）。适用范围：集料最大粒径不大于40mm；坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。,混凝土坍落度试验,二、和易性的评定,2.维勃稠度法测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围粗骨料最大粒径不大于40mm；坍落度小于10mm，维勃稠度在5s30s之间的干硬性混凝土。,三、混凝土拌合物按流动性的分类,按混凝土质量控制标准（GB50164）的规定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度、维勃稠度分为四级。见下表。,四、混凝土施工时坍落度的选择,混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。见下表。,五、影响和易性的因素,1.组成材料及其用量之间的关系水泥浆数量和单位用水量；骨料的品种、级配和粗细程度；砂率；外加剂。2.施工环境的温度、搅拌制度等。,水泥浆数量水泥浆的作用：在混凝土拌合物中，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，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大若水泥浆过多，超过骨料表面的包裹限度，就会出现流浆现象，这既浪费水泥又降低混凝土的性能；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，还会使混凝土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，混凝土拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象。,五、影响和易性的因素,结论：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混凝土流动性最大的因素。当用水量一定时，水泥用量适当变化(增减50100kg/m3)时，基本上不影响混凝土拌合物的流动性，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度不同的混凝土。,五、影响和易性的因素,五、影响和易性的因素,砂率：是指砂用量占砂、石总用量的质量百分比。砂的作用：填充石子间的空隙，并以水泥砂浆包裹在石子的外表面，减少石子间的摩擦阻力，赋予混凝土拌合物一定的流动性砂率的变动会使骨料的空隙率和总表面积有显著改变，因而对混凝土拌和物的和易性产生显著影响。砂率过大时，骨料的空隙率和总表面积都会增大，包裹粗骨料表面和填充粗骨料空隙所需的水泥浆量增大，在水泥浆量一定的情况下相对地水泥浆显得少了，削弱了水泥浆的润滑作用，导致混凝土拌和物的流动性降低；砂率过小时，则不能保证粗骨料间有足够的水泥砂浆，降低拌和物的流动性，并严重影响其粘聚性和保水性而造成离析和流浆等现象。,五、影响和易性的因素,合理砂率的确定合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。,水泥品种及细度、骨料的性质不同品种的水泥需水量不同，在相同配合比时，拌和物的坍落度也将有所不同。普通硅酸盐水泥所配制的混凝土拌合物的流动性和保水性较好矿渣水泥所配制的混凝土拌合物的流动性比较大，但粘聚性差，易泌水。火山灰水泥需水量大，在相同加水量条件下，流动性显著降低，但粘聚性和保水性较好。采用级配良好，较粗大的骨料，在相同配合比时拌和物的流动性较好。,五、影响和易性的因素,观察与讨论,试比较石子表面状态不同对混凝土和易性的影响：,卵石,碎石,五、影响和易性的因素,结论：河砂及卵石多呈圆形，表面光滑无棱角，拌制的混凝土拌和物比山砂、碎石拌制的拌和物流动性好。,水泥,水,砂,石子,外加剂,水泥浆,骨料,混凝土拌合物,五、影响和易性的因素,六、改善和易性的措施,改善砂石的级配；尽量采用较粗大的砂、石尽量降低砂率，通过试验采用合理砂率,混凝土拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，适当增加水泥浆用量，当坍落度太大但粘聚性良好时，可保持砂率不变适当增加砂、石用量掺用外加剂,掺外加剂的混凝土,作业,1.普通混凝土的组成材料有哪几种？在混凝土凝结硬化前后各起什么作用？2.何谓骨料级配？骨料级配良好的标准是什么？混凝土骨料为什么要级配良好？3.什么是混凝土拌和物的和易性？它包含哪些含义？4.影响混凝土拌和物和易性的因素有哪些？如何影响？5.什么是合理砂率？合理砂率有何技术及经济意义？,重点混凝土的强度,一、混凝土的强度,混凝土强度的种类,混凝土强度,抗拉强度,抗剪强度,抗压强度,握裹强度,轴心抗压强度,立方体抗压强度,钢筋与混凝土的粘结强度,抗压试验,a,2a,a,a,圆柱体（美、法、日）,立方体（英、德、中）,试件形状示意图,一、混凝土的强度,1.立方体抗压强度fcu以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为203，相对湿度为90以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。用fcu表示。,试件尺寸换算系数讨论,观察与讨论2,换算系数表,二、影响混凝土的强度的主要因素,一、混凝土的强度,2.混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十五个强度等级。立方体抗压强度标准值（fcu,k），是立方体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%。,fcu,P,fcU,fcu,k,95%,强度概率分布曲线,混凝土立方体抗压强度标准值示意图,0:混凝土强度标准差,强度等级表示的含义：强度的范围：某混凝土，其fcu30.034.9MPa；某混凝土，其fcu30.0MPa的保证率为95%。,C30,“C”代表“混凝土”。,“30”代表fcu,k30.0MPa；,一、混凝土的强度,3.轴心抗压强度采用150mm150mm300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为055MPa范围内fc=（0.70.8）fcu。在结构设计计算时，一般取fc0.67fcu。非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm100mm和200mm200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。,一、混凝土的强度,4.劈裂抗拉强度式中：fts劈裂抗拉强度，MPa；P破坏荷载，N；A试件劈裂面积，mm2。劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/101/20。,拉应力,压应力,P,P,例题,例1现场质量检测取样一组边长为100mm的混凝土立方体试件，将它们在标准养护条件下养护至28天，测得混凝土试件的破坏荷载分别为306、286、270kN。试确定该组混凝土的标准立方体抗压强度、立方体抗压强度标准值，并确定其强度等级（假定抗压强度的标准差为3.0MPa）。,解：100mm混凝土立方体试件的平均强度为：换算为标准立方体抗压强度：混凝土立方体抗压强度标准值为：故该组混凝土的强度等级为C20。,混凝土破坏情况示意图观察混凝土破坏后的断面，其破坏情况有三种：,骨料最先破坏,骨料与粘结面的破坏,水泥石破坏,二、影响混凝土的强度的主要因素,混凝土受力时,引起破坏,骨料与粘结面破坏分析,硬化混凝土在受外力前,裂缝扩大、延长并汇合连通,二、影响混凝土的强度的主要因素,结论：混凝土的强度主要取决于骨料和水泥石的粘结力及水泥石的强度。,而骨料与水泥石的粘结力又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系。此外，混凝土的强度还与养护条件、龄期、试验条件有关。,结论,二、影响混凝土的强度的主要因素,水泥强度等级与水灰比的影响水泥强度等级和水灰比是影响混凝土强度最主要因素。,在W/C不变时，水泥强度等级愈高，则配制的混凝土强度也就愈高,在水泥强度等级一定时，混凝土的强度则主要取决于W/C.。,二、影响混凝土的强度的主要因素,充分密实的砼,混凝土强度与水灰比的关系,水灰比定律在材料相同的条件下，砼强度值随水灰比的增大而减小，其变化规律呈近似双曲线形状。(1918年阿布拉姆斯发表),二、影响混凝土的强度的主要因素,强度与灰水比的关系,抗压强度,C/W,1930年瑞土学者鲍罗米根据大量试验结果，运用数理统计的方法得出：在材料相同的条件下，当砼W/C在0.330.80，砼28d的抗压强度与灰水比呈直线关系。,二、影响混凝土的强度的主要因素,混凝土强度经验公式(又称鲍罗米公式)：,式中：C/W灰水比；fcu混凝土28d抗压强度；fce水泥的28d抗压强度实测值.a、b经验系数；碎石a=0.46;b=0.07卵石a=0.48;b=0.33,二、影响混凝土的强度的主要因素,可根据水泥强度和水灰比来估算所配制混凝土28d的抗压强度；,也可根据水泥强度和要求配制的混凝土强度，估算应采用的水灰比。,利用强度经验公式,二、影响混凝土的强度的主要因素,已知某混凝土所用水泥强度为36.4MPa，水灰比0.45，碎石。试估算该混凝土28天强度值。,【例题】,【解】,因为：W/C=0.45所以C/W=2.22,碎石：a=0.46，b=0.07,代入混凝土强度公式有：fcu=0.4636.4(2.22-0.07)=36.0(MPa),答：估计该混凝土28天强度值为36.0MPa。,根据强度经验公式,作业,1现场质量检测取样一组边长为200mm的混凝土立方体试件，将它们在标准养护条件下养护至28天，测得混凝土试件的破坏荷载分别为515、522、507kN。试确定强度等级,并估算轴心抗压强度.（假定抗压强度的标准差为4.0MPa）。2已知某工厂欲制作C30的梁,所用水泥强度等级为42.5R，采用卵石。试估算应采用的水灰比.,养护温度及湿度的影响砼强度的发展过程也就是水泥水化的过程，而温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。,因此砼成型后必须在一定时间内保持适当的温度和湿度，以使水泥充分水化-即混凝土的养护。,二、影响混凝土的强度的主要因素,温度的影响,养护温度对混凝土强度的影响,二、影响混凝土的强度的主要因素,结论：温度升高，水泥水化速度加快，混凝土强度增长也加快；温度降低，水泥水化作用延缓，混凝土强度增长也较慢,没有冻结,抗压强度,砼相对强度的增长与冻结时间的关系,二、影响混凝土的强度的主要因素,结论:受冻越早，强度损失越大，,冻结的影响,长期保持潮湿,28d抗压强度,龄期,砼强度与保湿养护时间的关系,二、影响混凝土的强度的主要因素,结论：试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。,龄期,龄期指混凝土在正常养护条件下所经历的时间，最初的314d发展较快，28d以后增长缓慢。,n养护龄期，n3d。,14,28,抗压强度,龄期/d,二、影响混凝土的强度的主要因素,通过上式:由所测砼的早期强度，估算其28d龄期；,由砼的28d强度，推算28d前砼达到某一强度所需养护的天数。,二、影响混凝土的强度的主要因素,【例题】【例】某混凝土在标准条件（温度203，湿度95）下养护7d，测得其抗压强度为21.0MPa，试估算该混凝土28d抗压强度可达多少？,【解】根据公式，将数据代入，得该混凝土28d抗压强度f28为：,例题,例配制混凝土时，制作10cm10cm10cm立方体试件3块，在标准条件下养护7d后，测得破坏荷载分别为140kN、135kN、140kN试估算该混凝土28d的标准立方体抗压强度。,解:7d龄期时，10cm混凝土立方体的平均强度为,换算为标准立方体抗压强度：,28d龄期时：,该混凝土28d的标准立方体抗压强度为22.4Pa。,骨料的影响,骨料的级配；,骨料的强度、有害杂质含量等。,骨料的表面状态；,二、影响混凝土的强度的主要因素,观察与讨论,试比较石子形状不同对混凝土强度的影响,卵石,碎石,结论：碎石表面粗糙有棱角，提高了骨料与水泥砂浆时间的机械啮合力和粘结力，所以在坍落度相同的条件下，用碎石拌制的混凝土比用卵石的强度要高,颗粒级配好坏示意图,二、影响混凝土的强度的主要因素,结论：当颗粒级配良好、砂率适当时，由于组成了坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。,试验条件试件的尺寸试件尺寸，应根据骨料的最大粒径选择。在相同的试验条件下，不同大小的试块所测的强度值不同。,二、影响混凝土的强度的主要因素,混凝土试件受压破坏后的形状分析下图是混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状，请分析试件破坏后所得形状的原因。,观察与讨论1,观察,破坏后的形状是环箍效应所致,讨论,环箍效应演示过程,试件破坏后残存的棱锥体,试件形状,a,h,二、影响混凝土的强度的主要因素,试验条件对混凝土强度的影响,试件尺寸相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。试件的形状当试件受压面积(aa)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。表面状态：试件表面有、无润滑剂，其对应的破坏形式不一，所测强度值大小不同，有润滑剂时强度较低。加荷速度：加荷速度较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加，所测强度值偏高。,二、影响混凝土的强度的主要因素,某小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振捣，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上铺设保温层，大梁突然断裂,屋面塌落。,工程实例分析,大梁断裂图,由于混凝土水灰比太大，混凝土离析现象严重，上部为水泥砂浆，下部卵石，造成强度严重降低。事后调查，强度仅为设计强度的一半。,原因分析,该工程为私人挂靠工程，无任何施工经验，在冬施工过程中未采取任何相应措施，不具备应有的素质，且未办理任何基建手续。此外还有监理方、甲方等多种因素。,提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；（3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣；(5)改善养护工艺（6）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；（7）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。,二、影响混凝土的强度的主要因素,练习,配制混凝土时，制作10cm10cm10cm立方体试件3块，在标准条件下养护28d后，测得破坏荷载分别为180kN、187kN、185kN，试估算该混凝土养护多少天后其标准立方体强度可达到12.3MPa。,(一)非荷载作用下的变形化学收缩混凝土的干缩湿胀温度变形(二)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,三、混凝土的变形性能,化学收缩,定义：在混凝土硬化过程中，由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩。发展规律：其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40天左右增长较快，以后逐渐趋于稳定。影响：化学收缩值很小（小于1），但是不可恢复，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。,化学收缩,+,水泥,水,=,水泥,+,水,水泥浆体,=,水泥浆体,大水灰比,小水灰比,化学收缩示意图,干湿变形,定义：由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。原因：混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，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。同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。影响:湿胀变形量很小，对结构一般无破坏作用;干缩变形危害较大,使混凝土表面出现拉应力而开裂.,龄期,应变,水中养护,空气中养护,膨胀,收缩,混凝土的干湿变形示意图,温度变形,定义：混凝土随着温度的变化产生热胀冷缩的变形。指标：混凝土的温度线膨胀系数为（11.5）10-5/。危害：温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。,二、混凝土的耐久性,1.耐久性的主要内容（1）抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。（2）抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25，且质量损失不超过5时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。,二、混凝土的耐久性,（3）抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性。（4）抗碳化性混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。（5）碱集料反应碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。,二、混凝土的耐久性,2.提高混凝土耐久性的措施（1）合理选择混凝土的组成材料根据混凝土工程特点或所处环境条件，选择水泥品种；选择质量良好、技术要求合格的骨料。（2）提高混凝土制品的密实度严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。见下页表。选择级配良好的骨料及合理砂率，保证混凝土的密实度。掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。严格按操作规程进行施工操作。（3）改善混凝土的孔隙结构在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔结构，封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。,二、混凝土的耐久性,混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ552000）,第四节混凝土外加剂,外加剂及其分类,定义混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。按主要功能的分类（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、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）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。,一、减水剂,混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。1.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；掺入减水剂前：当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；,一、减水剂,絮凝状结构,掺入减水剂后：表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高；表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。,一、减水剂,2.减水剂的作用效果（1）减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量525（普通型515，高效型1030）。（2）提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100200mm。（3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥520。（4）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。,一、减水剂,3.常用的减水剂（1）木质素系减水剂（M型）木质素系减水剂主要使用木质素磺酸钙（木钙），属于阴离子表面活性剂，为普通减水剂，其适宜掺量为0.20.3，减水率10左右。对混凝土有缓凝作用，一般缓凝。（2）萘系减水剂高效减水剂，其主要成分为一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建型等。萘系减水剂适宜掺量为0.51.0，其减水率较大，为1025%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。,一、减水剂,（3）树脂类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂，为阴离子表面活性剂。我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。SM适宜掺量为0.52.0，减水率达2027。（4）糖蜜类减水剂普通减水剂。它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。适宜掺量0.20.3，减水率10左右，属缓凝减水剂。,二、早强剂,早强剂是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度，对后期强度无明显影响的外加剂。,常用早强剂的品种、掺量及作用效果,定义在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。特点引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.051.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。,三、引气剂,延长混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的的外加剂称为缓凝剂。,五、缓凝剂,能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂称为防冻剂。,六、防冻剂,在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。,定义,特点,外加剂品种的选择选择外加剂时，应根据工程需要、现场条件及产品说明书进行全面考虑。外加剂掺量的选择外加剂品种选定后，还要认真确定外加剂的掺量。外加剂的掺入方法一般外加剂不能直接加入混凝土搅拌机内。,注意事项,作业,1.影响混凝土强度的因素有哪些？采用哪些措施可提高混凝土强度？2.为了节约水泥，在配制混凝土时应采取哪些措施？3.提高混凝土耐久性的措施？4.常用混凝土外加剂的种类有哪些？,第五节普通混凝土配合比设计重点,1.配合比设计概念,普通混凝土是由不同材料组成的非匀质体,各组成材料之间的数量关系如何？,普通混凝土应具有相应的和易性、强度、耐久性,一、配合比及其表示方法,设计是根据工程已有资料和要求，确定混凝土组成材料数量关系的过程。,2.什么是普通混凝土配合比设计？,配合比设计的表示方法？,什么又是设计？,一、配合比及其表示方法,1.定义：是指混凝土各组成材料之间的数量关系。2.表示方法：1)单位体积混凝土内各项材料的用量，如：mc=270.0；ms=706.1kg；mg=1255.3；mw=180。2)单位体积内各项材料用量的比值。如：水泥：砂子：石子=1:2.3:4.0，W/C=0.63,清水混凝土,一、配合比及其表示方法,3.混凝土配合比设计应满足的要求,一、配合比及其表示方法,1)了解混凝土的设计强度等级fcu.k，坍落度要求2)了解耐久性要求；3)了解钢筋配筋间距和结构的断面尺寸，确定骨料的最大粒径Dmax,4.混凝土配合比设计的资料准备,一、配合比及其表示方法,4)了解施工管理水平、施工方法等，以便正确选择混凝土的各项参数；5)了解各项原材料的物理参数。,水泥的品种、标号、密度；砂、石骨料的种类、表观密度、级配、石子、最大粒径；拌和用水的水质情况；,一、配合比及其表示方法,5、混凝土配合比设计的三参数,混凝土：四个基本变量：水泥、水、砂子、石子三个关系:（1）水和水泥的关系（水灰比）（2）砂和石子的关系（砂率）（3）水泥浆与骨料的关系（单位用水量）,三参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系,一、配合比及其表示方法,水泥,水,水泥浆,砂,石子,骨料,W,s,W/C,受最大水灰比限制(耐久性),决定了强度,受粗骨料种类及规格的影响,决定了工作性,受w/c及粗骨料的种类规格影响,决定了工作性与经济性,一、配合比及其表示方法,初步配合比,基准配合比,设计配合比,施工配合比,6、混凝土配合比设计的步骤,根据普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2000)所规定的步骤进行设计,强度调整,和易性调整,含水率调整,一、配合比及其表示方法,1.确定配制强度(fcu,o),1)当施工单位有25组以上近期该种混凝土的试验资料时：,一、初步配合比的确定,2)当施工单位不具有统计资料时：,当混凝土强度等级为C20或C25时，如计算得到的小于2.5MPa，则取=2.5MPa；当混凝土强度等级等于或大于C25时，如计算得到小于3.0MPa，则取=3.0MPa。,一、初步配合比的确定,2.确定水灰比值(W/C),复核耐久性为了使混凝土耐久性符合要求，按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值，否则混凝土耐久性不合格，此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值。,一、初步配合比的确定,混凝土最大水灰比和最小水泥用量,3.确定用水量(mwo),塑性混凝土用水量水灰比在0.400.80范围时，通过查表确定。,一、初步配合比的确定,水灰比小于0.4的混凝土及采用特殊工艺的混凝土，通过试验确定,4.计算混凝土的单位水泥用量(mco),一、初步配合比的确定,复核耐久性:为了使混凝土耐久性符合要求，满足最小水泥用量，否则混凝土耐久性不合格，此时取规定的最小水泥用量值作为混凝土的水泥用量。,5.确定砂率s坍落度为1060mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按下表选取。,一、初步配合比的确定,6.确定1m3混凝土的砂石用量体积法,质量法,一、初步配合比的确定,1m3砼材料用量：mc0：ms0：mg0=1：x:y，W/C=？,7.得出初步配合比,一、初步配合比的确定,例题,例某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C30。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为3050mm。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下：水泥：普通水泥，强度等级42.5MPa，实测28d抗压强度48.0MPa，密度c3.1g/cm3;砂：中砂，级配2区合格。表观密度s2.65g/cm3;石子：卵石，540mm。表观密度g2.60g/cm3;水：自来水，密度w1.00g/cm3。试用体积法和质量法计算该混凝土的初步配合比。,配合比计算例题,解:1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0：根据题意可得：fcu,k30.0MPa，查表4-16取5.0MPa，则fcu,0fcu,k+1.64530.0+1.6455.038.2MPa2.确定混凝土水灰比W/C（1）按强度要求计算根据题意可得：fce48.0MPa，卵石a0.48，b0.33，则：（2）复核耐久性：查表4-11，0.50260，耐久性合格。mc0=320kg5.确定砂率s根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm）、水灰比0.50，查表4-10s2833，取s30。,配合比计算例题,（1）体积法将数据代入体积法的计算公式，取1，可得：解方程组，可得ms0570kg、mg01330kg。（2）质量法假定混凝土拌合物的质量为mcp2400kg，将数据代入质量法计算公式，得：ms0+mg02400320160解方程组，可得ms0576kg、mg01344kg。,6.计算砂、石子用量ms0、mg0,配合比计算例题,6.初步配合比为（1）体积法mc0:ms0:mg0320:570:13301:1.78:4.16，W/C0.50；（2）质量法mc0:ms0:mg0320:576:13441:1.80:4.20，W/C0.50。,某室内现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C25，施工要求坍落度为3550mm，混凝土为机械搅拌和机械振捣，该施工单位无历史统计资料。采用原材料情况如下：水泥：强度等级42.5的普通水泥，密度c=3.1g/cm3；中砂：级配合格，细度模数2.7，表观密度s=2650kg/m3,堆积密度为s=1450kg/m3；碎石：级配合格，最大粒径为40mm，表观密度g=2700kg/m3，堆积密度为g=1520kg/m3,水：自来水。试求：混凝土的初步配合比。按体积法试配后，检查坍落度为20mm。经一次调整和易性后合格，坍落度测定为42mm，并测得拌和物的实际表观密度oh为2420kg/m3，试求基准配合比,配合比计算练习,1.确定配制强度(fcu,o),2.确定水灰比(W/C),3.确定用水量(mwo)查表，则1m3混凝土的用水量可选用mwo=175。,初步配合比,4.确定水泥用量(mco),5.确定砂率(),由W/C=0.64，碎石最大粒径为40mm，查表525，取合理砂率为36%。,6.计算砂石用量(mso，mgo),解得：mso=702，mgo=1248。,1)体积法,2)质量法假定混凝土拌合物的表观密度为2400/m3，则：,mso+mgo=2400175273,解得：mso=702，mgo=1250初步配合比为：mwo=175，mco=273，mso=702，mgo=1250。,1.试配：称取体积V为15L或25L拌合物，检查和易性；,二、基准配合比的确定,分别测定其和易性、强度。,水泥：m/co=Vmco；水：m/wo=Vmwo砂：m/so=Vmso；石：m/go=Vmgo。,2.配合比调整：保持水灰比不变，相应调整用水量或砂率。坍落度过小应保持W/C不变，增加水泥浆(2%5%)水泥：m/co=m/co(1+5%)水：m/wo=m/wo(1+5%)砂：m/so=m/so石：m/go=m/go坍落度过大应保持s不变，增加砂，石(2%5%)水泥：m/co=m/co水：m/wo=m/wo砂：m/so=m/so(1+5%)石：m/go=m/go(1+5%),二、基准配合比的确定,基准配合比,3.和易性合格后，记录各种材料调整后用量测出该拌合物的实际表观密度(oh)，,二、基准配合比的确定,例题,例某室内现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C25，施工要求坍落度为3550mm，混凝土为机械搅拌和机械振捣.已知初步配合比为：mwo=175，mco=273，mso=702，mgo=1250。(原材料：