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第六章混凝土,内容提要,本章是建筑材料课程的重点之一。主要介绍普通混凝土的组成材料，新拌混凝土的工作性及评定指标，混凝土外加剂及其作用原理和应用，硬化混凝土的力学性能、耐久性及其影响因素，混凝土配合比设计方法及混凝土质量控制等。同时简要介绍了其他品种混凝土。,混凝土,混凝土的材料组成,硬化混凝土的强度,混凝土的变形性能,混凝土拌合物的和易性,混凝土的外加剂,混凝土的耐久性,混凝土的配合比设计,内容提要,一、混凝土（Concrete）的含义广义：凡由胶凝材料（胶结料）、粗细骨料和水及其它材料，按适当的比例配合、拌合配制并硬化而成的，具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材，叫做砼。（如：水泥砼、沥青砼）即：胶凝材料粒状材料水其它外加材料（外加剂、混合材料）硬化得人工石材狭义：指水泥砼（Cementconcrete），即：水泥砂石水外加剂（混合材料）水泥砼（混凝土）,第一节概述,混凝土的分类,（一）按表观密度分类重混凝土：为了屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度骨料配制的混凝土，表观密度2800kg/m3。骨料为钢屑、重晶石、铁矿石等重骨料，水泥为钡水泥、锶水泥等重水泥。又称防辐射混凝土，用于核能工厂的屏障结构材料。普通混凝土：表观密度20002800kg/m3，骨料为天然砂、石，密度一般多在2500kg/m3左右，简称砼，用于各种建筑的承重结构材料。轻混凝土：表观密度60）：水泥强度等级为砼强度的0.91.5倍,一、水泥,二、骨料（Aggregate）,细骨料（Fineaggregate）：粒径为0.154.75mm粗骨料（Coarse-aggregate）：粒径4.75mm通常：细、粗骨料的总体积占砼总体积的70%80%。,骨料性能要求：有害杂质含量少；具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度；表面粗糙，与水泥粘结牢固；性能稳定，坚固耐久。,产品标准：普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JGJ52-2006）、建筑用砂（GB/T14684-2001）。,细骨料,1.细骨料（砂FineAggregate）（1）种类及特性河砂：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,天然砂,河砂的生产,（2）砼用砂质量要求一般要求：质地坚实、清洁、有害杂质含量少。含泥量、石粉含量和泥块含量天然砂含泥量和泥块含量及人工砂石粉含量和泥块含量应分别符合表1和表2的规定。表1.天然砂含泥量和泥块含量,细骨料,表2.人工砂石粉含量和泥块含量,有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物，如含有云母、有机物及硫酸盐等，其含量应符合表3的规定。,细骨料,表3砂中有害物质含量,细骨料,细骨料,有害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。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：腐蚀钢筋,（3）砂的粗细程度（Mx）及颗粒级配砂的表面积(粗细程度)：相同质量的砂，粗砂的表面积小于细砂的表面积；孔隙率(颗粒级配)：颗粒级配好，则孔隙率小。,砂的粗细程度及颗粒级配,减少水泥浆用量,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。,骨料的颗粒级配,砂的粗细程度及颗粒级配,级配不好级配良好,砂的粗细程度及颗粒级配,常用筛分析的方法进行测定。砂的粗细程度用细度模数表示，颗粒级配用级配区表示。,筛分析：用一套方孔孔径为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm0.6mm、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,砂的粗细程度及颗粒级配,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控制粒径0.6mm：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。,500g干砂,砂的筛分析,细度模数（Mx）通过累计筛余百分率（Cumulativepercentageretained）计算而得。,砂的粗细程度（Coarseness）砂的粗细程度：指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂的粗细程度用细度模数（FinenessModulus）（Mx）表示。,砂的细度模数,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普通砼用砂的细度模数：Mx=3.71.6,砂的细度模数,砂的颗粒级配（Gradation）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。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。普通砼用砂的颗粒级配应处于任何一个区内，否则不合格。,砂的颗粒级配,砂的颗粒级配区,砂的颗粒级配,b)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。,砂的颗粒级配,砂的颗粒级配,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。,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。,砂的颗粒级配计算实例,解：（1）求分计筛余百分率a,砂的颗粒级配计算实例,（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6.4（P74）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,砂的颗粒级配计算实例,（1）种类与特性碎石：河卵石卵石（砾石）海卵石山卵石,（2）质量及技术要求a）含泥量及泥块含量，其含量应分别符合表4的规定。b）有害物质含量，其含量应分别符合表5的规定。,粒径4.75mm的岩石颗粒,2.粗骨料(CoarseAggregate),表4.卵石、碎石含泥量和泥块含量,表5.卵石、碎石中有害物质含量,粗骨料的技术要求,（3）强度碎石强度：母岩立方体抗压强度碎石的压碎指标一般要求碎石母岩岩石的抗压强度不小于混凝土抗压强度的1.5倍，还要考虑母岩的风化程度。注意：这里的岩石抗压强度的测定试件为50mm50mm50mm的立方体。,粗骨料的强度,压碎指标(Aggregatecrusingvalue)将气干状态的1020mm的石子，按一定的方法装入压碎指标值测定仪（内径152mm的圆筒）内，上面加压头后放在试验机上，在35min内均匀加荷到200KN，稳定5s，卸荷后称取试样质量（m0),再用孔径为2.36mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（m1）,压碎指标Qa如下计算：,粗骨料的强度,压碎指标值测定仪,针状：颗粒长度大于平均粒径2.4倍片状：颗粒厚度小于平均粒径0.4倍越少越好正方形或球状较好,平均粒径：一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。卵石：光滑少棱角，孔隙率及总表面积小，工作性好，水泥用量少，但粘结力差，强度低。碎石：多棱角，孔隙率及总表面积大，工作性差，水泥用量多，但粘结力强，强度高。,粗骨料的颗粒形状及表面特征,最大粒径和颗粒级配,最大粒径选用原则：质量相同的石子，粒径越大，总表面积越小，越节约水泥，故尽量选用大粒径石子。,综合考虑以下：a.结构上考虑：建筑构件的截面尺寸及配筋疏密粗骨料最大粒径：钢筋砼：抗剪抗拉（一）混凝土的抗压强度与强度等级混凝土的抗压强度是指其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。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。,二、硬化混凝土的强度,1、立方体抗压强度（fcu）：按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件，在标准养护条件（温度202，相对湿度95%以上）下，养护至28d龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为“混凝土立方体试件抗压强度”（简称“立方抗压强度”以fcu表示），以MPa计。2、立方体抗压强度标准值（fcu，k）:按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验测定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%（即具有95%保证率的抗压强度），以N/mm2即MPa计。,（一）混凝土的抗压强度,混凝土的抗压强度,立方体抗压强度（fcu）只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度标准值（fcu,k）是按数理统计方法确定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。,3、强度等级（Gradingstrength）：混凝土“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。表示方法：用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示。如：“C30”即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k=30MPa,混凝土的抗压强度,测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。但在计算其抗压强度时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试件的试验结果。,混凝土试件不同尺寸的强度换算系数,混凝土的抗压强度,我国现行GB50010-2002混凝土结构设计规范规定，普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。,混凝土的抗压强度,劈裂试验测得劈裂抗拉强度（Splittingtensionstrength）混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，故在结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受拉力。确定抗裂度时，须考虑抗拉强度，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标。,实验方法：劈裂法，测出强度为劈裂抗拉强度fts,（二）砼的抗拉强度,我国现行标准规定，采用标准试件立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：式中fts混凝土劈裂抗拉强度，MPa；F破坏荷载，；试件劈裂面面积，mm2。,混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系，可用经验公式表达如下：,为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。我国现行标准（/T500812002）规定，测定轴心抗压强度采用棱柱体作为标准试件。试验证明，棱柱体强度与立方体强度的比值为0.70.8。,2.轴心抗压强度（fcp）,主要来源：混凝土与钢筋间的摩擦力、钢筋与水泥石间的粘结力、变形钢筋的表面机械咬合力。,（三）砼与钢筋的粘结强度,影响因素：混凝土质量（强度）、钢筋尺寸及种类、钢筋在混凝土中的位置、加载类型、干湿变化和温度变化等。,（四）影响硬化后水泥砼强度的因素,硬化水泥石与骨料间破坏砼破坏硬化水泥石的破坏骨料本身的破坏,材料组成影响制备方法因素养护条件试验条件,（1）水泥的强度和水灰比,fcu,28混凝土28d龄期的立方体抗压强度（MPa）;fce水泥实际强度（MPa），fce=1.13fceb;C/W灰水比；a、b回归系数，碎石：a=0.46；b=0.07卵石：a=0.48；b=0.33以上经验公式一般只适用于流动性混凝土、低流动性混凝土，不适于干硬性混凝土。,1、材料组成对混凝土强度的影响,（）强度与水灰比的关系；（）强度与灰水比的关系,材料组成对混凝土强度的影响,强度与水灰比的关系,（2）骨料的影响有害杂质含量少级配良好，砂率适当砼强度高碎石骨料强度高球形及立方体形状,材料组成对混凝土强度的影响,（1）湿度1-空气养护2-九个月后水中养护3-三个月后水中养护4-标准湿度条件下养护,1,2,3,4,0龄期（月）12,相对强度（%）,2、养护条件对混凝土强度的影响,（2）温度,1龄期（d）28,相对强度（%）,4,21,46,养护条件对混凝土强度的影响,混凝土养护,维持硬化混凝土周围环境一定的温度和湿度；早期精心护理，对今后“茁壮成长”非常重要；,混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）规定的养护措施：,浇筑完12h内覆盖并保湿养护；浇水养护时间：通常不得小于7d；若掺外加剂或有抗渗要求，不得少于14d。浇水次数能够保证混凝土湿润；覆盖严密，保持塑料布内有凝结水。强度达到1.2N/mm2前，不得在其上踩踏或安装模板或支架。,（3）龄期（Age）砼的强度随龄期的增长而提高。早期显著，后期缓慢。,相对强度%,372890龄期（d）365,养护条件对混凝土强度的影响,试验条件：试件形状与尺寸试件湿度、温度表面状态加载方式,混凝土试件不同尺寸的强度换算系数,(1)尺寸,3、试验条件对混凝土强度的影响,(2)试件形状,环箍效应:当试件受压面积相同，而高度不同时，高宽比越大，抗压强度越小。,试验条件对混凝土强度的影响,（3）表面状态,压力机压板试件破坏后不受压板约束时对试件的约束作用残存的棱锥体试件的破坏情况,环箍效应导致的破坏形态,加载速度,1、选用高强度水泥和早强型水泥2、采用低水灰比3、掺加混凝土外加剂和掺合料,4、采用湿热处理蒸汽养护和蒸压养护5、采用机械搅拌和振捣。,（三）提高混凝土强度的措施,蒸汽养护就是将成型后的混凝土制品放在100以下的常压蒸汽中进行养护。以加快混凝土强度发展的速度。混凝土经1620的蒸汽养护后，其强度即可达到标准养护条件下28强度的7080。蒸压养护混凝土在175温度和个大气压的蒸压釜中进行养护。主要适用于硅酸盐混凝土拌合物及其制品。,提高混凝土强度的措施（1）选用高强度水泥和低水灰比水泥是混凝土中的活性组分，在相同的配合比情况下，所用水泥的强度等级越高，混凝土的强度越高。水灰比是影响混凝土程度的重要因素，试验证明，水灰比增加，则混凝土强度将下降，在满足施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，尽可能降低水灰比和提高水泥强度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。,（2）掺用混凝土外加剂在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混凝土强度；掺入早强剂，可提高混凝土的早期强度。在混凝土中掺入矿物外加剂（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以节约水泥，降低成本；减少环境污染，改善混凝土诸多性能。,（3）采用机械搅拌和机械振动成型。采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使混凝土混合料的颗粒产生振动，降低水泥浆的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物转入液体状态，在满足施工和易性要求条件下，可减少拌合用水量，降低水灰比。同时，混凝土混合物被振捣后，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，从而使混凝土的密实度和强度大大提高。,（4）采用湿热处理湿热处理可分为蒸汽养护和蒸压养护两类。蒸汽养护就是将成型后的混凝土制品放在100以下的常压蒸汽中进行养护。以加快混凝土强度发展的速度。混凝土经1620的蒸汽养护后，其强度即可达到标准养护条件下28强度的7080。蒸压养护混凝土在175温度和个大气压的蒸压釜中进行养护。主要适用于硅酸盐混凝土拌合物及其制品。,三、混凝土的变形性能（Deformation）,化学变形化学因素非荷载变形干湿变形温度变形荷载变形力学因素,物理因素,导致裂缝，影响强度及耐久性,变形,（一）化学收缩（自生体积变形）混凝土终凝后，水泥水化引起的体积缩小，又称自身收缩。特点：不能恢复（二）干湿变形（物理收缩）混凝土因为周围环境的湿度变化，产生的干缩湿胀。,砼中的水：自由水（孔隙水）变化时不会产生变形毛细管水吸附水变化时会产生干湿变形,砼失去自由水毛细管水蒸发收缩吸附水蒸发胶体失水而紧缩干缩变形干缩后砼大部分可恢复30%50%不可逆2.危害性砼表面产生较大的拉应力裂纹降低抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。,在空气中硬化,继续干燥,产生负压,继续干燥,引起,变湿,吸水,3.干缩率试验值：（35）10-4，工程中常用：（1.52.0）10-4,4.影响因素（1）水泥的用量、细度、及品种水灰比不变：水泥用量愈多，砼干缩率水泥颗粒愈细，砼干缩率（2）水灰比的影响水泥用量不变：水灰比，干缩率（3）施工质量的影响延长养护时间推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微采用湿热法处理养护砼减小砼的干缩率,（4）骨料的影响骨料含量多，干缩率。,（三）温度变形随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。温度变形系数：（0.61.3）10-5/。一般取：=1.010-5/主要危害：大体积砼纵长的砼结构大面积砼工程措施：设温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋。,（四）在荷载作用下的变形1.砼在短期作用下的变形砼为弹塑性体，受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力应变关系呈曲线。,应力,应变,A,B,O,（四）在荷载作用下的变形,2.砼在长期荷载作用下的变形徐变（Creep）混凝土在持续荷载作用下，随时间增加的变形称为徐变。亦称蠕变。特点：可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分配使砼构件中局部应力得到缓和。使钢筋的预加应力受到损失（预应力），使构件强度减小。,混凝土抗拉强度太低，正常使用条件下受拉区的混凝土就开裂，构件的刚度降低挠度增大，钢筋外露导致锈蚀破坏。如果不允许构件出现裂缝，钢筋的拉应力仅为2030MPa；如果限制裂缝的宽度在0.2mm以下，钢筋的拉应力也只能达到150MPa。在普通钢筋混凝土结构中，钢筋的强度未能充分发挥。既要充分发挥钢筋的作用，又要使构件不出现裂缝或裂缝很小，只有改造混凝土。,在混凝土构件的受拉区预先施加压力，产生预压应力，造成一种人为的应力状态。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，混凝土才开始受拉和开裂。因而可以推迟裂缝出现，减小裂缝的宽度。如果施加的预压应力足够大，甚至不出现裂缝。这种在构件受荷以前预先对受拉区混凝土施加压应力的结构称为预应力混凝土。,预压应力的作用：部分抵消或全部抵消外荷载所引起的拉应力，因此延缓了混凝土构件的开裂。混凝土本身的强度等级愈高，预压应力值就可愈大，构件抗裂性愈好。实际上，预应力混凝土构件是利用了混凝土固有的抗压强度来提高构件的抗裂性。,徐变变形与徐变恢复,西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁（主跨为241m）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌（1996年）。,（五）防止徐变的措施1.正确选择砂石级配2.严格控制砼水灰比3.振捣密实4.施工时保证早期养护5.控制熟料成分铁铝酸四钙含量高，抗裂6.骨料：硬质7.选用后期强度增长快的粉煤灰及矿渣水泥等。,产生徐变原因：由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生粘性流动，向毛细孔内迁移所致。,砼内毛细孔数量越多，徐变越大加荷龄期越长，徐变越小水泥用量和水灰比越小，徐变越小所用骨料弹性模量越大，徐变越小所受应力越大，徐变越大,混凝土的耐久性是要求混凝土具有良好的长期环境适应性。近年来，混凝土结构的耐久性及耐久性设计受到普遍关注。材料破坏所引起的结构维修与更换费用在整个施工预算中占有很大的比重，全世界每年因混凝土耐久性问题造成的社会经济损失十分巨大，修复和重建费用上千亿美元。材料的耐久性与可持续发展存在密切联系。我国基本建设正处于高速发展时期，如何确保重大混凝土工程的耐久性延长其使用寿命，既是重大科学技术问题，又是重大社会问题。混凝土结构的使用寿命：一般为50年，多数专家认为可达1502000年。,三、砼的耐久性,国际高耐久混凝土工程,英国北海采油平台和日本明石跨海大桥100年；加拿大联盟大桥120年；沙特阿拉伯巴林高速公路的跨海大桥150年；荷兰东谢尔德海闸250年；中国三峡工程500年。,采用含盐砂的混凝土路面因膨胀而在预留的胀缝处被挤碎,超盐浸土地区埋设的混凝土试件,混凝土结构房屋腐蚀严重,耐久性：综合性指标，指抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱骨料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能。,1、抗渗性：指砼在有压水、油等液体作用下，抵抗渗透的能力。用抗渗等级（P）表示，有P4、P6、P8、P10、P12等五个等级。砼内部存在：贯穿孔隙、毛细管和孔洞、蜂窝等；措施：降低水灰比提高密实度、改变孔隙结构。,三、砼的耐久性,抗冻性用抗冻等级表示，抗冻标号是按规范规定的试验进行反复冻融循环，以同时满足强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%时的循环次数。它分为F25、F50、F100、F250、F300等。,2、抗冻性（Frostresistance）,抗冻性,影响因素：密实程度、孔隙特征和数量、孔隙内充水程度,耐磨性和抗侵蚀性,3.耐磨性（Wearingcapacity）抵抗机械磨损的能力。影响因素：砼的表面光滑程度、水泥品种、石子硬度等。,4.抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于其所用水泥的品种及混凝土的密实度。故提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是合理选用水泥品种、降低水灰比、提高混凝土的密实度及尽量减少混凝土中的开口孔隙。,5.混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中Ca（OH）2与空气中的CO2时发生化学反应，生成CaCO3和H2O。不利影响：减弱了对钢筋的保护作用。增加混凝土的收缩，降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。有利影响：提高混凝土的密实度，对提高抗压强度有利。,混凝土的碳化,影响因素：二氧化碳的浓度、环境湿度、水泥品种、水灰比等。二氧化碳的浓度高，碳化速度快；环境中湿度在50%75%时，碳化速度最快；湿度小于25%或大于100%时，碳化作用将停止进行采取措施：a.合理选用水泥品种；b.使用减水剂，提高混凝土的密实度；c.采用水灰比小，单位水泥用量较大的混凝土配合比d.在混凝土表面涂刷保护层，防止二氧化碳侵入等；e.加强施工质量控制，加强养护，保证振捣质量。,混凝土的碳化,碱骨料反应是指水泥中的碱（Na2O、K2O）与骨料中的活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成复杂的碱硅酸凝胶，吸水，体积膨胀（可增加3倍以上），从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏，这种现象称为碱骨料反应。,碱骨料反应必须具备的三个条件：a.水泥中碱含量高，(Na2O+0.658K2O)%大于0.6%；b.骨料中含有活性二氧化硅成分，此类岩石有流纹岩、玉髓等；c.有水的存在。,混凝土的碱骨料反应,6.碱骨料反应,混凝土的碱骨料反应,碱骨料反应速度极慢，但造成的危害极大，而且无法弥补，其危害需几年或几十年才表现出来。通常用长度法，如六个月试块的膨胀率超过0.05%或一年中超过0.1%，这种骨料认为具有活性。,1、合理选择水泥品种；2、适当控制砼的水灰比和水泥用量；3、选用品种良好，级配合格的骨料；4、掺外加剂；5、保证砼的施工质量。,提高混凝土耐久性的措施,提高混凝土耐久性的措施,某32.5普通水泥，储存期超过三个月。已测得其3d强度达到强度等级为32.5MPa的要求。现又测得其28d抗折、抗压破坏荷载如下表所示：,计算后判定该水泥是否能按原强度等级使用。,例题1,解:1.抗折破坏强度v=3FL/2b2=0.00234F试件1:v=0.00234*2900=6.786MPa试件2:v=0.00234*2600=6.084MPa试件3:v=0.00234*2800=6.552MPa平均值=(6.786+6.084+6.552)/3=6.474MPa三个值中无超过平均值10%,故无剔除值.故该水泥的抗折强度为6.474MPa.,2.抗压强度c=F/A=F/1600试件1:c=65000/1600=40.6MPac=64000/1600=40MPa试件2:c=64000/1600=40MPac=53000/1600=33.1MPa,例题1,L100mmb40mmh40mm,试件3:c=66000/1600=41.3MPac=70000/1600=43.8MPa平均值=(40.6+40+40+33.1+41.3+43.8)/6=39.8MPa其中33.1超过平均值的10%,应剔除。剩余5个的平均值为:平均值=(40.6+40+40+41.3+43.8)/5=41.1MPa无值超过平均值的10%,故该水泥的抗压强度为41.1MPa。国家标准规定32.5#普通水泥28d抗折强度须大于5.5MPa、抗压强度须大于32.5MPa，根据试验结果得出该水泥28d抗折强度为6.474MPa、抗压强度为41.1MPa，因此该水泥满足28天的强度要求。已测得其3d强度达到强度等级为32.5MPa的要求。故该水泥能按原强度等级使用。,例题1,例题2,例题2,第四节混凝土外加剂,掺量不大于水泥质量的5%，能显著改善砼的性能一、外加剂种类改善工作性：减水性、泵送剂、引气剂调节凝结硬化时间：缓凝剂、早强剂、速凝剂改善耐久性：阻锈剂、防水剂、引气剂其它：加气剂、着色剂、膨胀剂、防冻剂,砼科学技术的发展的主要方向是高强、耐久、轻质、多功能、节能、快硬和流态，砼存在许多不足之处，为满足不同工程的需要，掺入不同种类的外加剂，可获得提强、改性、节泥、节能、加速减轻带动强度等效益。外加剂视为砼的第五种组材，我国的品种达100多种。,1.减水剂,在砼坍落度基本相同条件下，加入能减少拌和用水量的外加剂。水泥加水拌和，水泥浆成絮凝结构，包裹一部分拌和水，降低了流动性，加减水剂后，（1）其疏水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同电荷，斥力作用使水泥颗粒分开，放出絮凝结构游离水，增加流动性。,1、作用机理：表面活性剂,（2）亲水基吸附大量极性水分子，增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度，起润滑作用，改善工作性；（3）减水剂降低表面张力，水泥颗粒更易湿润。增大流动性（100200mm）；提高强度（W/C）1520；节约水泥，1015,2、减水剂的作用效果,掺量为水泥量的0.5%1.0%，减水率为10%27%；28d强度提高30%50%；当水泥用量相同和强度相近时，可使塑性混凝土的坍落度增加150mm以上。适用于蒸养混凝土、高强混凝主、早强混凝土及流态混凝土。,3、减水剂的种类,4、注意,木质素系、糖蜜系、萘系、树脂系、氨基磺酸盐、聚羧酸。,减水剂的掺入方法,先掺法：减水剂与水泥混合后再与骨料和水一起搅拌。同掺法：减水剂溶于水后再加入拌合物中一起搅拌。后掺法：混凝土运送到浇筑地点后，加入减水剂再次搅拌。滞水法：在搅拌过程中减水剂滞后13min加入。,2.引气剂,搅拌混凝土时，能引入大量均匀、稳定而封闭的微小气泡；作用：改善和易性、抗冻性、抗渗性、保水性和粘聚性，降低强度；主要产品：松香热聚物、松脂皂和烷基磺酸盐等；不适宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,加速砼早期强度发展的外加剂，后期强度无显著影响，用于冬季施工和抢修工程。砼短期拆膜，加快模板的周转率。1机理早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。,3.早强剂,2种类常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早强剂。通常采用复合早强剂，可以获得更为有效的早强作用。,1）CaCl2反应生成不溶于此混合物的物质，硬化快，早强高，掺量为水泥质量的1%2%，2-3d强度显著提高。注意：Cl-易使钢筋产生原电池腐蚀。2）Na2SO4Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4.2H2O+2NaOH+C3A水泥硫化铝酸钙可用于不允许掺用氯盐的砼，但严禁用于含有活性骨料的砼。3）复合早强剂掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（2d强度）40%以上，使砼达到28d强度的养护时间缩短1/2。常用于混凝土快速低温施工。,1）机理缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无不利影响的外加剂。缓凝剂能延缓水泥凝结时间，是因为在水泥及其水化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。2）常用缓凝剂的种类羟基羧酸盐如酒石酸、酒石酸甲纳、柠檬酸、水杨酸等。多羟基碳水化合物如糖蜜、含氧有机酸、多元醇等。无机化合物如Na3PO4、Na2B4O7、Na2SO4等。,4.缓凝剂,主要产品：木钙、糖蜜等；,速凝剂使水泥中的石膏变成Na2SO4。,3）应用缓凝剂用于桥梁大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，延长放热时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性。,作用：保坍、防冷缝、大体积混凝土施工；,最常用的两大种,粉煤灰硅粉,火力发电厂工业废渣,生产硅铁合金或硅钢的副产品具有很高的火山灰活性,配制一般混凝土，掺量为水泥用量的5%10%；配制高强混凝土，掺量为水泥用量的20%30%。,二、掺合料,二、掺合料,拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料；常用的有粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、烧粘土、天然火山灰质材料（如凝灰岩、沸石岩粉）、磨细自然煤矸石和石灰石等；混凝土“第六组分”。产品标准：用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB1596-2005、用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T18046-2000等。,掺合料对混凝土的作用,火山灰效应（活性效应）；形态效应。如：玻璃微珠的“滚珠轴承”作用；填充效应。密实与减水；,超细粉的作用更加明显,掺合料对混凝土的作用效果,增塑。坍落度经时损失少；增强。特别是长期强度；提高耐久性；保护环境。,粉煤灰库,.,.,.,.,.,.,.,.,自密实混凝土,.,混凝土和艺术,用混凝土制作的足球队艺术博物馆，Bernried,4.7混凝土质量控制与强度评定混凝土质量控制标准（GB50164-92）,一、混凝土的质量控制,初步控制。人员、设备、材料、配合比；生产控制。计量、搅拌、运输、浇筑、振捣、养护；合格控制。质量验收。,二、混凝土强度质量的评定,混凝土的质量是波动的。可以用数理统计的方法来检验混凝土的强度。混凝土强度是随机变化的，可以看作一个随机变量；混凝土强度一般均接近正态分布曲线。,变异系数：,1.几个概念,强度保证率,混凝土强度总体中大于设计的强度等级值的概率。,混凝土强度保证率,概率度t与保证率P（t）的对应关系。,不同t值的P（t）值（%）,混凝土的配制强度,2.根据混凝土强度检验评定标准GBJ107-87进行合格评定,（1）统计方法评定,生产条件及强度稳定，由连续的3组试件组成一个验收批。,生产条件及强度不稳定，或没有足够数据确定标准差时，由不小于10组的试件组成一个验收批。,合格判定系数1，2,（2）非统计方法评定。,3.一个统计周期内强度均值符合下式要求：,4.一个统计周期内，混凝土生产管理水平达到下表优良或一般的水平：,混凝土生产管理水平,Concretemixdesign,第四节普通混凝土的配合比设计,普通混凝土的配合比,砼配合比：是指砼各组成材料数量间的关系。这种关系常用两种方法表示：1）单位用量表示法以每1m3混凝土种各种材料的用量表示（例如水泥：水：砂：石子=330kg：150kg：706kg：1264kg）。2）相对用量表示以水泥的质量为1，并按“水泥：砂：石子；水灰比”的顺序排列表示（例如1：2.14：3.82；W/C=0.45）。砼配合比设计：确定这种数量比例关系的工作叫砼配合比设计。,配合比设计的任务：根据原材料的技术性能及施工条件，确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。基本要求：满足结构物设计强度的要求满足施工工作性的要求满足环境耐久性的要求满足经济的要求,一、混凝土配合比设计的基本要求,（1）了解工程设计要求的混凝土强度等级，以备确定混凝土配制强度。,二、混凝土配合比设计的资料准备,（2）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。（3）了解结构构件断面尺寸及钢筋配置情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。（4）了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌合物坍落度及骨料最大粒径。,（5）掌握原材料的性能指标，包括：水泥的品种、等级、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；外加剂的品种、性能、适宜掺量。,二、混凝土配合比设计的资料准备,1.体积法假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气体积之和。,三、砼配合比设计的方法与原理,式中c水泥密度，可取29003100（kgm3）；g粗骨料的表观密度（kgm3）；s细骨料的表观密度（kgm3）；w水的密度，可取1000（kg/m3）；混凝土的含气率（%），在不使用引气型外加剂时，可取1。,砼配合比设计的方法与原理,2.质量法（假定表观密度法）该法假定混凝土拌合物的表现密度为一固定值，混凝土拌和物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。因此可列出以下两式,砼配合比设计的方法与原理,式中mc0、mg0、ms0和mw0每立方米混凝土的水泥、粗骨料细骨料和水的用量（kg）；s砂率（）；cp1m3混凝土拌合物的假定湿表观密度（kg/m3），在22602450kg范围内选定。一般C7.5C15取23002350kg/m3，C20C30取23502400kg/m3，C40取2450kg/m3。,砼配合比设计的方法与原理,4个基本变量（材料参数）：水泥、水、砂子、石子（1）水和水泥的关系（水灰比）三个关系（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）,四、砼配合比设计基本参数,C,W,S,G,水泥浆,骨料,满足各项技术要求，且经济的砼,满足强度、耐久性前提下，取较大值,达到流动性前提下，取较小值,保证粘聚性前提下，取较小值,砼配合比设计基本参数,计算“初步计算配合比”。根据原始资料，按我国现行的配合比设计方法，算出初步计算配合比，即水泥水砂子石子=mc0mw0ms0mg0。提出“基准配合比”。根据初步配合比，采用施工实际资料，进行试料，测定混凝土拌和物的工作性（坍落度或维勃稠度），调整材料用量，提出一个满足工作性要求的“基准配合比”，即mc0mw0ms0mg0。,五、混凝土配合比设计的步骤,确定“试验室配合比”（设计配合比）。以基准配合比为基础，增加和减少水灰比，拟定几组（通常为三组）适合工作性要求的配合比，通过制备试块、测定强度，强度既符合强度和工作性要求，又较经济的试验室配合比，即mcmwmsmg。（4）换算“施工配合比”。根据工地现场材料的实际含水率，将试验室配合比换算为工地配合比，即mcmwmsmg。,混凝土配合比设计的步骤,（一）初步计算配合比1.确定砼配制强度（fcu，o）fcu，o=fcu，k+1.645式中fcu,o混凝土配制强度（MPa）；fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；混凝土强度标准差（MPa）。,六、砼配合比设计,值确定方法如下：A.当施工单位具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差按下式计算：,式中fcu,i第i组试件的强度值（Mpa）；,n组试件强度的平均值（Mpa）；n混凝土试件的组数，n25。当混凝土强度等级为C20或C25时，如计算值2.5MPa，取=2.5MPa；当强度等级等于或大于C30时，如计算值3.0MPa，取3.0MPa。,B.当施工单位无历史统计资料时，可按表取用。,混凝土值,2.确定水灰比（WC）,fce水泥28d抗压强度实测值（MPa）。水泥厂为保证水泥出厂强度，所生产水泥实际强度要高于其强度的标准值，在无法取得水泥实际强度数据时，可按式fce=1.13fceb,碎石：a=0.46；b=0.07卵石：a=0.48；b=0.33,砼配合比设计,求得的W/C还必须进行耐久性复核。查表，取两者的较小值。,3.选定砼拌和用水量（mw0）根据所用骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，根据有关规范，查表选取1m3混凝土的用水量。,A.干硬性和塑性混凝土用水量的确定a.水灰比在0.400.80范围时，根据粗骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表选取1m3混凝土的用水量。b.水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土的用水量，应通过试验确定。,砼配合比设计,干硬性混凝土的用水量(kg/m3),砼配合比设计,塑性混凝土的用水量(kg/m3),砼配合比设计,B.流动性和大流动性混凝土的用水量计算a.以表6.18中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm，用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时混凝土的用水量。b.掺外加剂时的混凝土用水量按下式计算：mwa=mw0(1-)式中mwa掺外加剂时，每1m3混凝土的用水量(kg/m3)；mw0未掺外加剂时，每1m3混凝土的用水量(kg/m3)；外加剂的减水率（），应经试验确定。,砼配合比设计,求得的mc0还必须进行耐久性复核。查表取两者的较大值。,4.确定水泥用量（mc0）,砼配合比设计,混凝土的砂率（）（JGJ/T55一2000）,5.确定砂率（s）,砼配合比设计,6.计算砂、石用量（1）体积法,砼配合比设计,（2）质量法,7.写出砼配合比1m砼各种材料用量：水泥：砂：石：水=1：x:y:zW/C=z,砼配合比设计,（二）配合比的试配、调整与确定（基准配合比）1.配合比的试配,砼配合比设计,试拌调整混凝土拌合物的和易性符合要求提出供检验强度用的基准配合比。砼拌和物和易性调整:1）若坍落度不满足：过小保持W/C不变，增加水泥浆量；过大保持砂率不变，增加骨料；2）若粘聚性、保水性不满足要求:应保持骨料总量不变，调整砂率。,和易性调整后混凝土拌合物的实测表观密度,砼配合比设计,2.基准配合比的调整与确定,强度复核：采用3个不同的配合比：（1）基准配合比（2）基准配合比的水灰比+0.05（3）基准配合比的水灰比0.05用水量与基准配合比相同，砂率可作适当调整（增、减1%）每个配合比做1组试件标准养护28d抗压强度代表值,砼配合比设计,（三）实验室配合比的确定（设计配合比）,根据强度检验结果修正配合比确定用水量（mwb）取基准配合比中的用水量（mw0），并根据制作强度检验试件时测得的坍落度（或维勃稠度）值加以适当调整。确定水泥用量（mcb）取用水量乘以由“强度水灰比”关系定出的，为达到配制强度（fcu,0）所必须的水灰比。确定粗、细骨料用量（msb、msb）取基准配合比中砂、石用量，并按定出的水灰比做适当调整。,砼配合比设计,（三）施工配合比换算设施工现场实测砂、石含水率分别为a%、b%，则,砼配合比设计,混凝土配合比设计实例,某工程的预制钢筋混凝土梁不受风雪影响。混凝土设计强度等级为C25，要求强度保证率95%。施工要求坍落度为3050mm（混凝土由机械搅拌，机械振捣），该施工单位无历史统计资料。采用的材料：普通水泥42.5#（实测28d强度43.5MPa），c=3000kg/m3;中砂，表观密度s=2650kg/m3；,；,混凝土配合比设计实例,碎石，表观密度g=2700kg/m3，最大粒径为20mm；自来水。试设计该混凝土的配合比。施工现场砂含水率3%，碎石含水率1%，求施工配合比。解：（一）初步配合比的计算1.确定配制强度（fcu，o）fcu，o=fcu，k+t其中t=1.645，查表，取=5.0MPa,fcu，o=25+1.6455.0=33.2MPa2.确定水灰比（W/C）碎石回归系数a=0.46，b=0.07,由于结构物处于干燥