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混凝土质量控制探讨,2010年3月,目录,1混凝土结构的发展与应用概况2混凝土的定义和分类3混凝土的主要性质4混凝土结构耐久性设计暂行规定5混凝土质量控制6混凝土质量通病的预防7高性能混凝土的几个误区,1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。,混凝土结构的发展与应用概况,混凝土结构的发展与应用概况,第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。第二阶段：从上世纪20年代到第二次世界大战前后。混凝土和钢筋强度的不断提高。1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（.）开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。,混凝土结构的发展与应用概况,第三阶段：二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。,混凝土的定义和分类,混凝土泛指由无机胶结材料(水泥,石灰,石膏或水玻璃等)或有机结合材料(沥青,树脂等),水,骨料(粗骨料和细骨料),外加剂,外掺料,按一定比例拌合并在一定条件下凝结,硬化而成的复合体材料的总称。一般所称的混凝土是指水泥混凝土，它的胶结材料是水泥，由水泥，水，砂石，外加剂外掺料等按一定比例配制，经搅拌，成型，凝结，硬化而成的复合固体建筑材料，称为普通混凝土，在以下的探讨中我们称之为混凝土。,混凝土的定义和分类,混凝土的分类标准较多，分类也显得庞杂，一般有以下分类：（1）按密度分类特重混凝土：密度大于2700Kg/m3重混凝土：密度在1900-2500Kg/m3轻混凝土：密度小于1900Kg/m3（2）按性能和用途分类结构混凝土，耐热混凝土，防水混凝土，绝热混凝土，耐油混凝土，耐酸混凝土，耐碱混凝土，防护混凝土及补偿收缩混凝土等。（3）按胶结材料分类硅酸盐水泥混凝土，铝酸盐水泥混凝土，沥青混凝土，硫磺混凝土，树脂混凝土，聚合物水泥混凝土及石膏混凝土等。,混凝土的定义和分类,（4）按流动性（或稠度）分类干硬性混凝土：坍落度一般小于10mm,需用维勃稠度（s)表示塑性混凝土：坍落度一般在10-90mm之间。流动性混凝土：坍落度一般在100-150mm之间。大流动性混凝土：坍落度一般大于160mm。（5）按强度分类普通混凝土;抗压强度在10-20MPa之间。高强混凝土：抗压强度大于60MPa.超高强混凝土：抗压强度大于或等于100MPa.（6）按施工方法分类泵送混凝土，喷射混凝土，离心混凝土，真空混凝土，水下混凝土。,混凝土的主要性质,1.混凝土的工作性（流动性、粘聚性、保水性等）2.混凝土的力学性能（强度、弹性模量）3.混凝土的变形性能（收缩、徐变、体积稳定性）4.混凝土的耐久性能,混凝土的主要性质,1.混凝土工作性混凝土工作性指的是新拌混凝土（混凝土拌合物)的工艺性能，有时也以和易性的概念出现，实际上是指新拌混凝土在工艺上可操作，易于运输，浇筑，密实成型的，最终硬化形成结构物的工艺性能，实际上就是流动性和粘聚性的综合。混凝土必须不离析，不泌水且具有恰当的流动性。一般的，在实际施工中，普通混凝土的工作性主要由坍落度和和易性来表示。,混凝土工作性,和易性概念：混凝土拌合物易于施工操作，并且获得均匀密实的混凝土的性质。重要性：新拌混凝土的和易性决定了混凝土是否能正常施工，以满足硬化后的性能要求；不同的混凝土工程对和易性有不同的要求。流动性流动性：拌合物在自重或外力作用下产生流动,均匀、密实地填充模板的性能。粘聚性粘聚性：施工过程中各种组成材料之间有一定的粘聚力,不致产生离析或分层现象。离析：由于密度和粒径不同，在外力作用下组成材料的分离析出的现象。保水性保水性：混凝土在施工过程中有一定的保持水分的能力，不致产生严重的泌水现象。泌水：水分从浆中分离出来，上浮至表面的现象。,混凝土工作性,危害性,混凝土工作性,和易性测试（坍落度试验、维勃稠度试验）1.坍落度试验指标定量测定坍落度值，定性判断粘聚性和保水性。适用范围Dmax40mm、坍落度10mm。试验方法将拌合物按规定方法装入坍落度筒内，刮平，垂直提起坍落度筒，测量拌合物下落的距离。坍落度=筒高塌落后拌合物的最高点(mmorcm)。,混凝土工作性,和易性测试流动性：坍落度大流动性大；粘聚性：用捣棒在的拌合物的侧面轻轻敲打，出现图示的三种情况(真实坍落表明粘聚性好；沿斜面下滑或骨料外露表明粘聚性差；崩裂)；保水性：较多的稀浆析出保水性差；无稀浆析出保水性好。,混凝土工作性,维勃稠度试验适用范围干硬性或低塑性混凝土D40mm，维勃稠度5-30s之间(slump10mm)。试验方法将拌合物装入坍落度筒内，移开漏斗，把透明圆盘转至拌合物顶面，与之接触，开动振动台，计时，透明圆盘表面刚被水泥浆布满时，停止计时，记录的时间维勃稠度值。维勃稠度值小拌合物稀流动性大；维勃稠度值大拌合物稠流动性小。,混凝土工作性,混凝土工作性,选择与分类1.总原则在不影响施工操作和保证密实成型的前提下，应尽量选择较小的流动性。2.选择根据构件截面的大小、捣实方法和钢筋疏密等条件确定。,混凝土工作性,和易性的影响因素（组成材料的影响，环境因素的影响）1.组成材料的影响W/C的影响(水泥浆稠度)当水泥用量一定时：水灰比小混凝土干坍落度小不易密实成型；水灰比过小崩溃粘聚性差硬化后混凝土的强度及耐久性降低；水灰比大混凝土稀坍落度大易离析、分层、泌水硬化后强度及耐久性降低；水灰比合适拌合物能均匀且密实成型必须根据混凝土的强度和耐久性的要求来选择W/C。水泥浆数量的影响水泥浆数量(用水量或浆/集比)W/C一定水泥浆数量适量满足流动性的要求且有较好的粘聚性和保水性根据施工要求的坍落度选择。水泥浆多流动性大；过多流浆粘聚性差影响硬化后的性质。水泥浆数量少流动性小不密实；过少崩溃粘聚性差影响硬化后的性质。,混凝土工作性,砂率Sp砂率Sp指混凝土中砂的质量占砂石总量的比例。砂率过小砂浆数量不足对骨料的润滑作用差流动性差且易离析；砂率过大总表面积大水泥浆多用于包裹砂子及填空润滑作用小流动性小；合理砂率(最优砂率)：在W和C一定时,使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持良好的粘聚性和保水性的砂率；保持混凝土拌合物的坍落度一定的条件下，使水泥用量最低的砂率。选择原则：根据试验和经验选择；在保证拌合物不离析，又能捣实的条件下，Sp应尽可能小些；石子的大，且级配好，表面光滑，则Sp可小些；砂较细，Sp小些；W/C小，水泥浆稠，Sp小些；大流动性，Sp应大些（避免离析）；掺外加剂时，Sp可小些；有抗渗要求时，Sp应大些。,混凝土工作性,骨料的影响颗粒形状与表面特征：碎石或山砂的表面粗糙、多棱角流动性差；卵石或河砂的表面光滑、圆润流动性好。级配：级配好W一定时，空隙小流动性好；级配差W一定时，空隙大流动性差。最大粒径：Dmax大水泥浆一定时，表面积小流动性好。,混凝土工作性,环境因素的影响时间的影响时间延长水化作用+水分蒸发+骨料吸水流动性时间与坍落度的关系如图4.3.5的所示。施工中，测坍落度在混凝土拌合物拌好15分钟内进行。,图4.3.5时间与坍落度的关系,混凝土工作性,温度的影响温度升高流动性。施工中为了保证一定的工作性，必须注意环境温度的影响，夏季混凝土拌合物用水量冬季用水量。,图4.3.6温度与坍落度的关系,混凝土工作性,提高和易性的措施当坍落度偏小时，保持W/C不变，增加水泥浆的数量；当坍落度偏大时，保持Sp不变，增加砂石的数量；选择合理Sp；改善骨料级配；选择较大粒径的骨料；采用添加剂。,混凝土的主要性质,2.混凝土的力学性能主要指强度和弹性模量。强度反应的是材料的基本性质，与材料的特性有关，一般有立方体抗压强度，轴心抗压强度，抗折强度，抗劈裂强度，抗拉强度以及抗剪强度等。弹性模量反映材料在外力作用下的变形能力，在弹性假设下指的是应力与应变的比值。,混凝土的力学性能,强度定义关于强度有三个重要的概念：混凝土立方体抗压强度，混凝土强度保证率和混凝土立方体抗压强度标准值。1.混凝土立方体抗压强度fcu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=202，湿度95%标准条件养护。2.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。3.混凝土立方体抗压强度标准值-fcu,k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。说明：fcu,k是结构设计强度取值的依据，被用于质量控制以及工程验收。例如：非统计法验收混凝土:平均值fm1.15fcu,k;最小值fcu,min0.95fcu,k。,混凝土的力学性能,图4.4.5混凝土强度保证率P%示意图,混凝土的力学性能,受力变形和破坏过程1.混凝土受压破坏形式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。,图4.4.1受力作用下的破坏类型,混凝土的力学性能,初始裂纹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。初始裂纹类型：干缩；冷缩；体积减缩；沉缩；塑性收缩；泌水通道。,图4.4.2初始裂纹示意图,混凝土的力学性能,混凝土抗压强度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：,混凝土的力学性能,强度影响因素1.水泥强度等级2.水灰比3.混凝土强度公式4.骨料的影响5.养护条件6.试验条件1.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。,混凝土的力学性能,2.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。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。当W/C过小(不能密实成型)W/C降低，孔隙率升高，强度降低。f28与W/C关系如图4.4.8所示：说明：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4070%。(W/C=0.40.7)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。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。,图4.4.8f28与W/C的关系,混凝土的力学性能,3.混凝土强度公式公式: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=1.13；A,B经验系数，与骨料的种类有关；碎石：A=0.46，B=0.07；卵石：A=0.48，B=0.33。适用范围：塑性和低塑性混凝土。,混凝土的力学性能,4.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。粗骨料的强度当骨料强度高时，裂纹扩展至骨料时绕界面而过，混凝土强度高。粒径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)表面特征W/C0.65,表面特征对强度没有影响。W/C0.4fcu碎石=1.38fcu卵石。,混凝土的力学性能,5.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，水泥的水化速度越快，混凝土强度越高。湿度越大，水泥水化程度越高。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。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。蒸汽养护:压力为1个标准大气压；蒸汽养护可使掺混合材料水泥的28d强度提高1040%；P.、P.及P.O降低1015%。,混凝土的力学性能,6.试验条件混凝土强度影响因素包括形状，试件表面，操作，试验设备，尺寸。它们会产生环箍效应和尺寸效应。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3a/2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。尺寸效应,表4.4.3试件尺寸对混凝土强度的影响(试件尺寸3Dmax),混凝土的力学性能,提高混凝土强度的途径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。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。,混凝土的变形性能,混凝土的变形性能混凝土材料在应力作用下会发生变形，如弹性变形，塑性变形等。1、混凝土的收缩混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,混凝土的变形性能,影响因素混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。（1）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。（3）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。（4）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。（5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。（6）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。（7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。,混凝土的变形性能,混凝土的徐变混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel（=si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。如在时间t卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变eel。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变eel小于加载时的瞬时弹性应变eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr,混凝土的变形性能,影响因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。,混凝土的变形性能,混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm或者150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。,混凝土的耐久性能,4.混凝土的耐久性能定义: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。包括：抗渗性，抗冻性，防腐，抗碳化，耐磨损，抗碱骨料反应等。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。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,混凝土的耐久性能,抗渗性1.定义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。2.抗渗等级以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。3.提高抗渗性的措施提高密实度、改善孔隙构造等，如：减小W/C；掺加引气剂、膨胀剂。,混凝土的耐久性能,抗冻性1.定义混凝土吸水饱和后，能抵抗冻融循环作用，不破坏的性质。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。2.抗冻等级抗冻等级以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。例如：F25、F50、F100F300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。3.影响因素决定抗冻性的重要因素：混凝土的密实度孔隙数量及构造孔隙的充水程度,混凝土的耐久性能,碳化/中性化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。1.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。2.对混凝土性能的影响碳化引起混凝土的中性化；使混凝土保护钢筋的性能降低；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。总而言之，碳化的弊大于利，所以应降低碳化的速度。,混凝土的耐久性能,碱骨料反应对混凝土的影响水泥中碱性物质(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。碱骨料反应的条件水泥含碱量高(0.6%)骨料含活性氧化硅水份,图4.5.9碱骨料反应条件示意图,图4.5.8碱骨料反应示意图,混凝土的耐久性能,提高混凝土耐久性的措施合理选择水泥品种；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。小结：混凝土的耐久性是一种广义的概念，它与混凝土结构所处的环境有关。还是一个相对概念，如按一定要求配置的混凝土，在一种特定的环境中是耐久的，但在另一种环境中，可能是劣化的。混凝土结构的强度设计，主要考虑荷载作用下的承载力要求，所依赖的是材料的强度。人们对混凝土的性能过分强调了强度，在一段时间内，甚至还以能否配置高强混凝土为判定混凝土技术的唯一标准。没有考虑结构长期使用过程中由于环境作用引起材料性能劣化对结构安全性与适用性的影响。,混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设2005157号,混凝土结构耐久性：在预定作用和预期的维护与使用条件下，结构及其部件能在预定的期限内维持其所需的最低性能要求的能力。铁路混凝土结构所处环境类别分为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境。混凝土的耐久性一般包括混凝土的抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱一骨料反应性等。混凝土耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。,混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设2005157号,3.42混凝土耐久性的一般要求：1、混凝土的电通量应满足表342的规定。混凝土的电通量：在60V直流恒电压作用下6h内通过混凝土的电量。,表3.42混凝土的电通量,混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设2005157号,2混凝土的抗裂性应通过对比试验。3钢筋的混凝土保护层厚度应满足表6010的规定。4混凝土的抗碱一骨料反应性能应符合下列规定：1)骨料的碱一硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱一碳酸盐反应岩石柱膨胀率应小于0.10；2)当骨料的碱一硅酸反应砂浆棒膨胀率在010一020时，混凝土的碱含量应满足表51.4的规定；当骨料的砂浆棒膨胀率在020030时，除了混凝土的碱含量应满足表514的规定外，混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和外加剂，并经试验证明抑制有效。3.47处于严重腐蚀环境下的混凝土结构，尚应根据第8章的规定采取必要的附加防腐蚀措施。,混凝土质量控制,如何控制混凝土的质量？要采取过程控制的办法：1.加强对原材料的选择和进场验收2.优化混凝土配合比设计，注重四个方面:强度，和易性，耐久性以及经济合理。3.加强混凝土生产和施工控制，确保混凝土搅拌、运输、振捣、养护等工序衔接有序，符合要求。,水泥,1.品种选择根据工程环境的要求选择合适的水泥品种工程中最常用的是六大水泥。2.强度等级选择根据混凝土的强度等级，选择合适的水泥等级。对普通混凝土,水泥等级1.5-2倍的混凝土强度等级。对高强混凝土,水泥等级0.9-1.5倍的混凝土强度等级。水泥的验收与保管水泥进场时应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查，并应对其强度、安定性及其他必要的性能指标进行复验，其质量必须符合现行国家标准GB175-2007等的规定。当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥超过一个月）时，应进行复验，并按复验结果使用。钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构中，严禁使用含氯化物的水泥。检查数量：按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥，袋装不超过200t为一批，散装不超过500t为一批，每批抽样不少于一次。,检验方法：检查产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。为能及时得知水泥强度，可按水泥强度快速检验方法（ZBQll004）预测水泥28d强度。入库的水泥应按品种、强度等级、出厂日期分别堆放，并树立标志。做到先到先用，并防止混掺使用。为了防止水泥受潮，现场仓库应尽量密闭。包装水泥存放时，应垫起离地约30cm，离墙亦应在30cm以上。堆放高度一般不要超过10包。临时露天暂存水泥也应用防雨篷布盖严，底板要垫高，并采取防潮措施。水泥贮存时间不宜过长，以免结块降低强度。常用水泥在正常环境中存放三个月，强度将降低10%20%；存放六个月，强度将降低15%30%。为此，水泥存放时间按出厂日期起算，超过三个月应视为过期水泥，使用时必须重新检验确定其强度等级。水泥不得和石灰石、石膏、白垩等粉状物料混放在一起。,骨料,分类细骨料砂粗骨料石1.分类骨料按来源可分为原生骨料和再生骨料。目前大量工程中应用的是原生骨料，如砂和石。地壳表面绝大多数的岩石可作用原生骨料。骨料的性质对混凝土性质有很大的影响。,细骨料-砂,2.细骨料砂定义粒径小于5mm的岩石颗粒。必须符合混凝土用砂质量标准JGJ5292建筑工程用砂质量标准GB/T14684-2001。分类按来源可分为天然砂和人工砂。天然砂按来源又可分为：河砂，海砂，山砂。按技术要求分为三类:,。:用于C60的混凝土:用于C30C60的混凝土:用于C30的混凝土及建筑砂浆,细骨料-砂,砂的技术要求有害杂质定义：骨料中妨碍水泥水化或引起水泥石腐蚀，降低水泥石与骨料粘附性的各种物质。种类：云母、粘土、淤泥和有机物等。危害性：妨碍水泥与骨料的粘结，影响混凝土强度；增大用水量，收缩增大；引起水泥石腐蚀。处理方法：当砂中有害杂质含量多，但必须使用时，可用清水加以冲洗，如冲洗后符合要求，则可使用。有害杂质含量应符合GB/T14684-2001(JGJ52-92)表4.2.1.的要求。,细骨料-砂,细骨料-砂,颗粒形状与表面特征砂的颗粒形状与表面特征及其对混凝土性能的影响见表4.2.2。,细骨料-砂,颗粒级配颗粒级配指砂的大小颗粒搭配的情况。颗粒级配及级配区如表4.2.3和表4.2.4所示：,细骨料-砂,区：粗砂为主，易泌水，不易密实成型，可配制混凝土。区：中砂为主，最适合配制普通混凝土。区：细砂为主，配制的混凝土拌合物粘性大，保水性好，但易干缩。,细骨料-砂,粗细程度：不同粒径的砂混合在一起后总体的粗细程度。表示方法：粗细程度用细度模数表示。细度模数：粗细程度的划分如表4.2.5所示：粗细程度的划分如表4.2.5所示：,细骨料-砂,合理级配：粗细颗粒含量适当；空隙率小；总表面积小；水泥浆的用量少；混凝土的和易性好；密实度高；强度及耐久性高。,粗骨料石,定义粒径大于5mm的岩石颗粒。必须符合混凝土用砂质量标准JGJ5392以及建筑工程用砂质量标准GB/T14685-2001。分类按来源分碎石和卵石，工程中常用碎石配制混凝土。按技术要求分为三类：用于C60的混凝土。：用于C30C60的混凝土。：用于C30的混凝土及建筑砂浆种类及含量限制有害杂质种类及含量限制:含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量及有害物含量等均应符合GB/T14685-2001(或JGJ52-92)的要求。,粗骨料石,碱骨料反应：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。颗粒形状及表面特征颗粒形状及表面特征与砂相同。级配级配实验方法及有关参数的计算与细骨料相同，只是筛孔尺寸和级配要求不同。标准筛：2.36（2.5）、4.75（5）、9.5（10）、16（15）、19（20）、26.5（25）、31.5、37.5（40）、53（50）、63、75（80）及90（100）等共12个。,粗骨料石,图4.2.2振动筛,粗骨料石,颗粒级配石子级配分为：连续级配：从小到大每个粒级的石子均占一定的比例，和易性好，适合配制普通混凝土；单粒级：剔除某些粒级的颗粒,使空隙率下降，易产生离析。可配制高强混凝土或干硬性混凝土，须强力振捣。最大粒径石子公称粒级的上限Dmax如520是常用的一种粒级，20mm是该粒级的上限，即最大粒径。Dmax的限制条件：.经济性：Dmax增大,表面积减小，水泥用量减少；.结构限制：Dmax1/4结构截面最小尺寸；Dmax3/4钢筋最小净距；Dmax1/2实心板厚度，且Dmax50mm。.施工方面：Dmax过大，在搅拌、运输以及振捣时易产生离析或易损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。,粗骨料石,石子强度二种强度：岩石立体强度，压碎指标。岩石的立方体强度：将岩石制成边长7cm的立方体，水饱和状态测抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比。普通混凝土1.5fcu高强混凝土2.0fcu石子强度也可根据岩石种类，参照表4.2.6选择：,图4.2.3测量岩石立方体强度示意图,粗骨料石,压碎指标的要求见表4.2.7和表4.2.8：压碎指标的要求见表4.2.7和表4.2.8：采用哪种石子强度？岩石立体强度压碎指标岩石立体强度用于高强混凝土。当二种方法有争议时，以岩石立体强度为准。,粗骨料石,压碎指标：将直径为9.5-13.2mm的碎石分三层装入标准圆筒内，放恒应力压力机加压10min达到400kN，再过2.36mm的筛。Q,a=m1/m0100m0试验前干燥石料的质量；m1试验后通过2.36mm筛孔的细料的质量；,图4.2.4测量压碎指标示意图,水,拌制混凝土用水必须选用洁净水，凡PH1%的工业废水不能使用。拌制钢筋混凝土及预应力混凝土不应使用含硫酸盐、氯盐和氧化物的水。水中物质含量限制见表4.2.9。,骨料的含水状态,矿物掺合料,矿物掺合料，指以氧化硅、氧化铝为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土性能，且掺量不小于5%的具有火山灰活性的粉体材料。矿物掺合料是混凝土的主要组成材料，它起着根本改变传统混凝土性能的作用。在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺合料，可以起到降低温升，改善工作性，增进后期强度，改善混凝土内部结构，提高耐久性，节约资源等作用。其中某些矿物细掺合料还能起到抑制碱-骨料反应的作用。可以将这种磨细矿物掺合料作为胶凝材料的一部分。高性能混凝土中的水胶比是指水与水泥加矿物细掺合料之比。矿物掺合料不同于传统的水泥混合材，虽然两者同为粉煤灰、矿渣等工业废渣及沸石粉、石灰粉等天然矿粉，但两者的细度有所不同，由于组成高性能混凝土的矿物细掺合料细度更细，颗粒级配更合理，具有更高的表面活性能，能充分发挥细掺合料的粉体效应，其掺量也远远高过水泥混合材。不同的矿物掺合料对改善混凝土的物理、力学性能与耐久性具有不同的效果，应根据混凝土的设计要求与结构的工作环境加以选择。使用矿物细掺合料与使用高效减水剂同样重要，必须认真试验选择。,矿物掺合料,10-1-5-1粉煤灰1品质指标粉煤灰按其品质分为I、II、III三个等级。其品质指标应满足表10-10的规定。这些指标适用于一般工业与民用建筑结构和构筑物中掺粉煤灰的混凝土和砂浆。粉煤灰品质指标和分类表10-10,矿物掺合料,2粉煤灰验收粉煤灰的供货方应按规定对粉煤灰进行批量检验，并签发出厂合格证，其内容包括：（1）厂名和批号；（2）合格证编号及日期；（3）粉煤灰的级别及数量；（4）检验结果（按表10-10的要求）。检验批以一昼夜连续供应200t相同等级的粉煤灰为一批，不足200t者按一批计。粉煤灰供应的数量按干灰（含水率1）的重量计算，必要时，使用者可对粉煤灰的品质进行随机抽样检验。取样的方法有以下两种：（1）散装灰取样：从不同的部位取10份试样，每份不小于1kg，混合拌匀，按四分法缩取比试验所需量大一倍的试样（称为平均试样）。（2）袋装灰取样：从每批中任抽10袋，并从每袋中各取试样不少于1kg，再按与散装灰取样中的方法混合缩取平均试样。每批粉煤灰必须按有关试验方法的要求，检验细度和烧失量，有条件时，可加测需水量比，其他指标每季度至少检验一次。检验后，若粉煤灰符合有关要求的为合格品；若其中任一项不符合要求时，则应重新从同一批中加倍取样，进行复检。复检仍不合格时，则该批粉煤灰应降级处理。3运输和贮存粉煤灰散装运输时，必须采取措施，防止污染环境。干粉煤灰宜贮存在有顶盖的料仓中，湿粉煤灰可堆放在带有围墙的场地上。袋装粉煤灰的包装袋上应清楚标明“粉煤灰”及其厂名、等级、批号及包装日期。,矿物掺合料,4粉煤灰的应用（1）应用范围I级粉煤灰允许用于后张预应力钢筋混凝土构件及跨度小于6m的先张预应力钢筋混凝土构件。II级粉煤灰主要用于普通钢筋混凝土和轻骨料钢筋混凝土。经过专门试验，或与减水剂复合，也可当I级灰使用。III级粉煤灰主要用于无筋混凝土和砂浆。经过专门试验，也可用于钢筋混凝土。（2）性能指标用于地上工程的粉煤灰混凝土，其强度等级龄期定为28d。用于地下大体积混凝土工程的粉煤灰混凝土，其强度等级龄期可定为60d、90d。粉煤灰混凝土的设计强度等级不得低于基准混凝土的设计强度等级。粉煤灰混凝土的标准强度、设计强度和弹性模量，与基准混凝土一样按有关规程、规范取值。粉煤灰混凝土的收缩、徐变、抗渗等性能指标可采用相同强度等级基准混凝土的性能指标。在含气量相同的条件下，粉煤灰混凝土的抗冻性指标也可采用相同强度等级基准混凝土的抗冻性指标。粉煤灰混凝土的抗碳化性能在满足现有规程有关要求或同时掺人减水剂时，也可视为与基准混凝土基本相同。,混凝土外加剂,定义外加剂指在混凝土/砂浆拌合物中掺入的不超过水泥用量5%，且能使混凝土/砂浆按要求改变性能的化学物质。分类外加剂分为以下4类；改善流变性能-减水剂、引气剂和泵送剂等。调节凝结时间、硬化性能-缓凝剂、早强剂和速凝剂等。改造耐久性-引气剂、防水剂和阻锈剂等。改善其它性能-加气剂、膨胀剂、防冻剂和着色剂等。应用采用外加剂是提高混凝土强度、改善性能、节约水泥和能源的最有效的方法之一。近几十年来混凝土外加剂的发展很快，国外许多国家外加剂的使用率达到60-80%，有的甚至高达100%，当前外加剂已成为混凝土的第五大组份。,混凝土外加剂,减水剂定义在保持混凝土和易性不变的情况下，可显著减少拌合用水量的外加剂。或在用水量不变的情况下，可显著增加拌合物流动性的外加剂。分类按效能：1.普通减水剂和高效减水剂。2.普通减水剂减水率10%。3.高效减水剂10%,又称为超塑化剂或流化剂。按对凝结时间的影响：按对凝结时间的影响：标准型、缓凝型和促凝型。按对含气量的影响：按对含气量的影响：引气型和非引气。减水剂作用机理通过以下三方面的作用，使絮凝结构解体：水泥质点表面电性相斥溶剂化膜使滑动能力增加分散度提高，流动性和强度增加技术经济效果减水剂的技术经济效果列于表4.2.10。,混凝土外加剂,基本规定1外加剂的选择（1）外加剂的品种应根据工程设计和施工要求选择，通过试验及技术经济比较确定。（2）外加剂掺入混凝土中，不得对人体产生危害，不得对环境产生污染。（3）掺外加剂混凝土所用水泥，宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，并应检验外加剂对水泥的适应性，符合要求后方可使用。（4）掺外加剂混凝土所用材料如水泥、砂、石、掺合料，外加剂均应符合国家现行的有关标准的要求。试配外加剂混凝土时，应采用工程使用的原材料、配合比及与施工相同的环境条件，检测项目根据设计及施工要求确定，如坍落度、坍落度经时变化、凝结时间、强度、含气量、收缩率、膨胀率等，当工程所用原材料或混凝土性能要求发生变化时，应再进行试配试验。（5）不同品种外加剂复合使用，应注意其相容性及对混凝土性能的影响，使用前应进行试验，满足要求方可使用。混凝土外加剂是在混凝土拌合过程中掺入的，并能按要求改善混凝土性能的材料。选择外加剂的品种，应根据使用外加剂的主要目的，通过技术经济比较确定。外加剂的掺量，应按其品种并根据使用要求、施工条件、混凝土原材料等因素通过试验确定。外加剂的掺量（按固体计算），应以水泥重量的百分率表示，称量误差不应超过规定计量的2%。所用的粗、细骨料，应符合国家现行的有关标准的规定。掺用外加剂混凝土的制作和使用，还应符合国家现行的混凝土外加剂质量标准以及有关的标准、规范的规定。,混凝土外加剂,2外加剂的特别规定（1）碱含量的限制规定：1）为了有效预防混凝土碱骨料反应发生所造成的危害，对于掺入混凝土的外加剂的碱总量（Na2O+0.658K2O）加以规定，由化学外加剂带入混凝土工程中的碱总量防水类应小于等于0.7kg，非防水类应小于等于1.0kg。2）化学外加剂带入混凝土的碱总量计算方法：首先按照每m3混凝土400kg水泥计算化学外加剂的用量M（kg），如外加剂碱含量为R，则带入每m3混凝土的碱总量即为MR100。3）按照中国工程建设标准化协会颁布的CECS53：93混凝土碱含量限值标准规定，矿物外掺料带入混凝土的碱总量以有效含碱量计算。（2）由于含氯外加剂掺入混凝土中会对混凝土中钢筋锈蚀产生不良影响，所以对外加剂的氯离子含量应加以严格控制，针对混凝土种类，其所选用的外加剂氯离子含量为预应力混凝土限制在0.02kg/m3以下，钢筋混凝土限制在0.020.2kg/m3，无筋混凝土限制在0.20.6kg/m3。（3）含尿素、氨类等有刺激性气味成分的外加剂，不得用于房屋建筑工程中。（4）混凝土外加剂中含有的游离甲醛、游离萘等有害身体健康的成分含量应符合国家有关标准的规定；用于饮水工程及与食品相接触的部位时，混凝土外加剂应进行毒性检测；混凝土外加剂掺入后，不应对周围环境及大气产生污染，应符合环保要求。（5）混凝土外加剂的包装除符合混凝土外加剂（GB8076）中有关要求外，还应标明其在使用中的注意事项以及必要的安全措施，即是否含有苛性碱、毒性或腐蚀性。,混凝土外加剂,3外加剂的质量控制选用的外加剂应有供货单位提供：产品说明书，出厂检验报告及合格证，掺外加剂混凝土性能检验报告。外加剂运到工地（或混凝土搅拌站）必须立即取代表性样品进行检验，进货与工程试配时一致方可使用。若发现不一致时，应停止使用。外加剂应按不同供货单位、不同品种、不同牌号分别存放，标识应清楚。外加剂配料控制系统标识应清楚，计量应准确，计量误差为2%。粉状外加剂应防止受潮结块，如有结块，经性能检验合格后，应粉碎至全部通过0.63mm筛后方可作用。液体外加剂应放置阴凉干燥处，防止日晒、受冻、污染、进水或蒸发，如有沉淀等现象，经性能检验合格后方可使用。,混凝土配合比设计,4.6混凝土配合比设计4.6.1混凝土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1m3混凝土中各种材料的重量表示。例：C=300(kg/m3)，S=720(kg/m3)，G=1200(kg/m3)，W=180(kg/m3)。用各种材料的重量比例表示(水泥用量为1)。例：C:S:G=1:2.4:4.0；W/C=0.6。如果掺外加剂，其用量以水泥重量的百分数表示。4.6.2混凝土配合比设计的任务混凝土配合比设计的任务包括三部分：根据技术性质，结构要求，施工条件因素合理选择原材料。确定出满足工程所要求的技术经济指标。确定材料的用量。4.6.3配合比设计基本要求配合比设计基本要求包括四部分：强度，和易性，耐久性以及经济合理。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。,混凝土配合比设计,混凝土配合比设计的原理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。方法和步骤初步计算配合比确定基准配合比确定实验室配合比,混凝土配合比设计,方法和步骤初步计算配合比确定基准配合比确定实验室配合比确定施工配合比1.初步计算配合比确定混凝土的试配强度依照普通混凝土配合比设计规范(JGJ55-2000)混凝土的试配强度由下式计算cu,0-混凝土的试配强度，MPa；cu,k-设计要求的混凝土立方体抗压强度标准值；-混凝土强度离散程度。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。,混凝土配合比设计,确定水灰比根据强度计算：依据耐久性核对：为了保证混凝土的耐久性，W/C不得大于满足耐久性要求的最大W/C(表4.6.2)；,混凝土配合比设计,表4.6.2最大水灰比和最小水泥用量,混凝土配合比设计,确定单位用水量根据坍落度、粗骨料的种类和最大粒径，参考表4.6.3确定用水量。当材料确定时，在一定的水灰比范围内，达到一定的流动性要求，拌和用水量基本是一定的。相同的用水量形成相同流动性的情况下，不同的水灰比将产生不同的混凝土强度。根据该原理，可以选择满足一定坍落度要求的混凝土拌和用水量。,混凝土配合比设计,确定单位水泥用量水泥的用量由下式来计算：此外，为了满足耐久性的要求，计算出的单位水泥用量不应低于表4.6.2中所规定的最小水泥用量。选择合理的砂率Sp计算法：查表法在表4.6.4中，选择Sp值：,混凝土配合比设计,表4.6.4选择Sp(%),混凝土配合比设计,计算砂(S0)及石(G0)的用量两种方法计算砂(S0)和石(G0)的用量：绝对体积法；假定表观密度法；绝对体积法：假设混凝土的组成材料的体积总和为1。C0、S0、G0、W0混凝土组分的单位用量；as,ag混凝土组分的单位用量；混凝土的含气量、不使用外加剂时为1。假定表观密度法：假定混凝土的表观密度为常数（普通混凝土为20002400kg/m3）。当C0,S0,G0,W0按照上述的步骤确定后（我们称之为初步配合比），仍然需要进一步的工作确定混凝土最终的配比。,混凝土配合比设计,2.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。如何调整混凝土和易性：低坍落度，保持W/C不变，提高水泥浆用量；高坍落度，保持Sp不变提高骨料的用量；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=C0+C;S拌=S0+S;G拌=G0+G;W拌=W0+W;,混凝土配合比设计,3.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两种选择方法：选择强度满足要求，且水泥用量最少的配合比；作图或计算：由三组配合比作出f-C/W图，求出与Rh对应的C/W，即为所求的配合比。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：ohr混凝土拌合物的测试密度。ohc混凝土拌合物的计算密度。Ifohr-ohc2%ohc，不需要校正，上述方法确定的配合比即为试验室配合比；Ifohr-ohc2%ohc，各材料用量均乘以，换算为1m3混凝土各材料用量。,混凝土配合比设计,4.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-Sa%-Gb%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-实验室配合比中的各组分含量。,混凝土施工过程控制,搅拌要求搅拌混凝土前，加水空转数分钟，将积水倒净，使拌筒充分润湿。搅拌第一盘时，考虑到筒壁上的砂浆损失，石子用量应按配合比规定减半。搅拌好的混凝土要做到基本卸尽。在全部混凝土卸出之前不得再投入拌合料，更不得采取边出料边进料的方法。严格控制水灰比和坍落度，未经试验人员同意不得随意加减用水量。材料配合比严格掌握混凝土材料配合比。在搅拌机旁挂牌公布，便于检查。混凝土原材料按重量计的允许偏差，不得超过下列规定：1水泥、外加掺合料2%；2粗细骨料士3%；3水、外加剂溶液2%。各种衡器应定时校验，并保持准确。骨料含水率应经常测定。雨天施工时，应增加测定次数。搅拌搅拌装料顺序为石子砂水泥。每盘装料数量不得超过搅拌筒标准容量的10。在每次