第四章、混凝土.ppt

第四章混凝土,第一节概述,第二节普通混凝土的组成材料,第三节混凝土的性能,第四节混凝土质量控制与强度评定,第五节普通混凝土配合比设计,第六节水泥混凝土技术进展,第一节概述,广义地，混凝土是由胶结材料包裹颗粒状集料所形成的拌合料及其硬化而成的人造石材。,狭义地,混凝土是将水泥、砂、石子、水、必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材（简称砼）。,混凝土是在1824年发明波特兰水泥后不久出现的。钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土堪称混凝土发展中的两次革命。1916年建立了混凝土强度的水灰比理论，使混凝土配合比设计成为可能。目前，混凝土是世界上用量最大、应用最广泛的人造建筑材料。,一、混凝土的分类,按表观密度分为：重质混凝土（2500kg/m3），普通混凝土（19002500kg/m3），轻质混凝土（5001900kg/m3），特轻混凝土（30秒），塑性混凝土（坍落度=18cm），大流动性混凝土（坍落度=1015cm），流态混凝土（坍落度16cm）等。,按拌合物中水泥用量多少分为：富混凝土、贫混凝土。,按配筋情况分为：素混凝土，钢筋混凝土，纤维混凝土，钢管混凝土等。,二、混凝土的特性,（1）砂、石集料占混凝土材料用量的80%以上，其资源丰富、易于就地取材、成本低。（2）改变组分及配比可制得具有不同物理力学性能的混凝土，满足不同工程的要求，适用面广。（3）混合料具有可塑性，可按工程结构要求浇筑成不同形状和尺寸的整体结构或预制构件。（4）与钢材有基本相同的热膨胀系数，与钢筋等有牢固的粘结力，可配筋或设预埋件。（5）经久耐用，维修费用低。水硬性材料，耐水性好。（6）生产能耗低于粘土砖、塑料、金属材料等。（7）自重大，脆性，易开裂，抗拉强度低。,三、建筑工程对混凝土的基本要求,（1）新拌混凝土应具有与工程要求和施工条件相适应的和易性，便于施工。（2）混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度。（3）硬化混凝土应具有与使用环境相适应的耐久性。（4）经济合理，减少能耗。,四、混凝土技术的发展方向,高强，快硬早强，轻质，特殊性能（发光，导电，渗滤，不发火花，灌浆等。），利用废料，施工工艺革新，混凝土质量检测技术革新。,第二节普通混凝土的组成材料,混凝土是一种堆聚结构的复合材料。砂、石骨料起骨架作用，水泥石起胶结、填充作用，自由水失去后留下孔隙。混凝土的质量取决于组成材料的性质和用量、施工工艺（搅拌、密实、养护）。,一、水泥,根据所处环境（温度、湿度、侵蚀性介质）、工程特点（高强、快硬、抗渗、耐磨、大体积）、水泥特性合理选用水泥品种。,水泥标号应与混凝土的设计强度相适应，一般以水泥标号为混凝土强度等级的1.52.0倍为宜。用高标号水泥配制低强度混凝土，水泥用量在满足强度要求时不能满足和易性、耐久性要求，若增加水泥用量即造成浪费。用低标号水泥配制高强度混凝土，要求水灰比很小，造成拌合物太干稠，施工困难。,常规检测项目：安定性、标准稠度用水量、细度、水泥胶砂强度。参照标准：水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法、水泥胶砂强度检验方法。,二、细骨料,粒径0.165mm的骨料为细骨料。细骨料性能应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法（JGJ52-92）的要求。检验水泥标号用的标准砂应符合水泥强度试验用标准砂的要求。,1混凝土用砂的种类：,（1）按来源分为：天然砂（多用河砂，若用海砂、山砂应做检验。）、人工砂（采石场的碎屑）。（2）工程上按细度模数将砂分为：粗砂（f=3.73.1）、中砂（f=3.02.3）、细砂（f=2.21.6）、特细砂（f=1.50.7）。一般选用中粗砂。,2混凝土用砂的质量要求：,包括：物理性质（表观密度、堆积密度、含水状态、颗粒形状及表面特征）、有害杂质含量、坚固性、颗粒级配及粗细程度等。其中砂的颗粒级配和粗细程度具有重要技术经济意义，用筛分析试验测定。,3筛分析：,（1）颗粒级配,砂的颗粒级配表示砂中大小颗粒搭配的情况，即砂中各种不同粒径的颗粒所占的比例。用级配区表示（区、区、区）。级配反映了砂的空隙率，级配好指大小颗粒互相填充形成空隙率小的搭配，这样，在配制混凝土时，可用较少的水泥浆来填充空隙，有利于降低水泥用量和混凝土成本，配制较密实的混凝土，且混凝土拌合物和易性良好。,区砂的砂粒较粗，混凝土拌合物保水性较差。适宜配制富混凝土和低流动性混凝土。,区砂的粗细适中，为一般常用砂。,区砂的砂粒较细，混凝土拌合物保水性好，但干缩较大。,（2）粗细程度,砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度，用细度模数表示（细度模数越大，砂越粗）。砂的粗细程度反映砂的比表面积大小。在配制混凝土时，在用砂量相同的条件下，采用较多细砂，比表面积较大，因此包裹砂粒表面所需水泥浆就多，不经济；采用较多粗砂，比表面积虽小，但由于缺少中小颗粒的搭配，使空隙率增加，混凝土拌合物易离析、泌水。因此，砂不宜过细，也不宜过粗。,混凝土用砂应同时考虑其粗细程度和颗粒级配。较理想的砂为：含有较多粗颗粒，并以适当的中颗粒及少量细颗粒填充其空隙，则可达到空隙率及总表面积均较小。,（3）筛分析,用一套孔径为5.00、2.50、1.25、0.630、0.315、0.160mm的标准筛（依次编号1、2、3、4、5、6），从大到小依次由上向下叠起，将500g通过10mm筛的干砂试样装入最上层筛内，由粗到细依次过筛，称得余留在各筛上的砂重量，由此计算出各筛上的累计筛余百分率（依次为1、2、3、4、5、6），按公式：f=（2+3+4+5+6-5*1）/（100-1）计算出细度模数f（精确至0.01）。为直观，可将筛分析数据以筛孔尺寸为横坐标、累计筛余百分率为纵坐标画出折线图，称为筛分曲线。,（4）常规检测,常规检测项目：筛分析，堆积密度，表观密度，含泥量及泥块含量。参照标准：普通混凝土用砂质量标准及检验方法。,三、粗骨料,普通混凝土用的粗骨料指粒径大于5mm的骨料。粗骨料性能应符合普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法（JGJ53-92）的要求。,1混凝土用粗骨料的种类,（1）按外观分为：碎石、卵石（又称砾石）。（2）按级配分为：连续粒级、单粒级。,2混凝土用粗骨料的质量要求：,包括：物理性质（表观密度、堆积密度、异形颗粒含量）、有害杂质含量（包括碱活性）、强度、坚固性、颗粒级配及最大粒径等。其中粗骨料的颗粒级配用筛分析试验测定。,3筛分析：,（1）颗粒级配,级配良好的石子其空隙率和总表面积均小，有利于混凝土节省水泥、保证质量。,石子的级配方法有连续级配、间断级配。连续级配是指石子的粒径由大到小各粒级相连，这样配制的混凝土和易性好，不易发生分层、离析，是建筑工程中最常用的级配方法。间断级配是指人为地剔除一级或几级中间粒径的颗粒级配方法，这样可获得更小的空隙率，密实性更好，节约水泥，但易使混凝土拌合物分层离析，增加施工困难，且石子资源不能充分利用，因此工程中应用较少。,按采石场供应方式，石子分为连续粒级、单粒级。单粒级宜与连续粒级组合使用以改善级配，工程中一般不采用单粒级配制混凝土，因其空隙率较大，水泥用量多。,砂、石配合比例适当，可使砂石混合骨料的空隙率很小（节省水泥）、总表面积较小（减少需水量）、和易性好。砂在骨料中所占比例称为砂率。,（2）最大粒径,公称粒级的上限为该粒级的最大粒径。石子粒径增大，其表面积相应减小，所需水泥浆量就少，因此石子的最大粒径应尽量选得大些。但石子粒径过大，对施工运输和搅拌均不方便。粒径过大，会使骨料与水泥砂浆的粘结面积减小，造成混凝土的不连续性。根据混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-92）的规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板，骨料最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50。对于泵送混凝土（见GBJ204-83），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。对于高强混凝土，粗骨料的最大粒径不宜超过20mm或16mm。对于容量小于0.8m3的搅拌机，骨料最大粒径不得超过80mm，以免打烂叶片。,在水工建筑的大型结构物中，骨料粒级较大。毛石混凝土的最大粒径可达300400mm。,（3）筛分析,石子的标准筛有孔径为2.5、5.0、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100mm共12个一套。通过筛分析试验，取得各粒级上的累计筛余百分数，从而判断粗骨料的粒径范围、是否为连续级配。,常规检测项目：筛分析，堆积密度，表观密度，含泥量及泥块含量。参照标准：普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法。,4常规检测：,四、水,混凝土用水主要包括拌合用水和养护用水。一般地，可饮用的水都能用于混凝土。具体地，应符合混凝土拌合用水标准（JGJ63-89）、钢筋混凝土工程施工及验收规范中的要求。,五、掺合料,在混凝土中使用矿物掺合料，最初的目的是为了充分利用天然资源、处理废料、节约水泥，而目前已认识到，它们具有提高混凝土强度、降低渗透性、改善抗冻性和耐腐蚀性等作用。,混凝土矿物掺合料包括工业废渣（粉煤灰、磨细矿渣、硅粉）、天然岩矿（火山灰、沸石粉）。其中以粉煤灰用量最大、使用范围最广。粉煤灰在混凝土中有提高密实度及强度、改善和易性、节约水泥、减少收缩、降低水化热、改善抗化学侵蚀能力等作用。,混凝土掺合料的掺量一般超过水泥重量的5%，在配合比设计时要考虑其体积或质量变化。,粉煤灰按矿物组成分为低钙粉煤灰（氧化钙含量小于10%）、高钙粉煤灰（氧化钙含量15%35%），我国多为低钙灰。根据用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1596-91）的规定，用于混凝土的粉煤灰分为三个等级：级灰、级灰、级灰。按照粉煤灰混凝土应用技术规范（GBJ146-90）的规定，级灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土，级灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土，级灰主要用于无筋混凝土。对设计强度等级C30以上的无筋粉煤灰混凝土，宜采用级灰、级灰。粉煤灰混凝土的应用范围与普通混凝土相同，尤其适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐和软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、地下和水下工程混凝土、压浆混凝土、碾压混凝土等。详情参阅粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程（JGJ28-86）、粉煤灰混凝土应用技术规范（GBJ146-90）。,六、外加剂,由于外加剂作用显著、使用方便灵活，因此已成为混凝土的基本组分。由于外加剂掺量很少，因此其体积在混凝土配合比设计时忽略不计。,在混凝土拌合物中掺入的、掺量不超过水泥重量5%、并能按要求改善混凝土性能的物质，称为混凝土外加剂。,混凝土外加剂的应用始于二十世纪40年代，其迅速发展是从60年代开始。1935年美国的EWScripture首先研制出以木质素磺酸盐为主要成分的塑化剂（即木钙减水剂）；1962年日本花王石碱公司的服部健一博士等首先研制出以-萘磺酸甲醛缩合物钠盐为主要成分的减水剂（简称萘系减水剂）；1964年德国研制出磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂（简称密胺树脂系减水剂）。由于萘系、密胺树脂系等高效减水剂对混凝土改性方面的重要贡献，使减水剂成为继钢筋混凝土、预应力混凝土之后，混凝土发展史上又一次重大的技术突破。以高效减水剂的研制和应用为标志，混凝土技术进入由塑性干硬性流动性的第三代。,外加剂的分类,按功能分为：（1）改善新拌混凝土流变性能的外加剂。包括：减水剂，泵送剂，引气剂等。（2）调节混凝土凝结硬化性能的外加剂。包括：早强剂，缓凝剂，速凝剂等。（3）调节混凝土含气量的外加剂。包括：引气剂，加气剂，泡沫剂，消泡剂等。（4）改善混凝土耐久性的外加剂。包括：引气剂，抗冻剂，阻锈剂等。（5）为混凝土提供特殊性能的外加剂。包括：膨胀剂，防水剂，着色剂等。,按化学成分分为：（1）无机物类：主要是一些电解质盐类，如CaCl2、Na2SO4等早强剂；此外还有某些金属单质如铝粉等加气剂，以及少量氢氧化物等。（2）有机物类：种类很多，大部分属于表面活性剂，有阴离子型、阳离子型、非离子型以及两性表面活性剂，其中以阴离子表面活性剂应用最多。有些外加剂没有表面活性作用。（3）复合型：将单一功能的外加剂复合使用（有机与有机、有机与无机），可同时具有多种功能。,常用外加剂,1、减水剂,（1）木钙减水剂（又称M型减水剂）：棕黄色粉末，普通型减水剂，属阴离子表面活性剂、缓凝型、引气型。我国以吉林开山屯化纤浆厂的亚硫酸纸浆废液为原料制成。木钙的掺量为水泥重量的0.2%0.3%，减水率10%15%。木钙具有减水、增强、引气、缓凝（13小时）等综合效果，适用于一般混凝土工程，尤其是夏季施工、大模板和滑模施工、大体积混凝土、泵送混凝土等，但不利于冬季施工、蒸汽养护。木钙是我国最常用的一种减水剂，与早强剂、引气剂等复合使用效果较好。注：采用硬石膏或氟石膏作调凝剂生产的水泥，使用木钙会发生速凝现象。,（2）萘系减水剂：棕色粉末或粘稠液体，高效减水剂，非引气型（少数品种有少量引气），主要品种有：NF、FDN、UNF、MF等。萘系减水剂的掺量为水泥重量的0.5%1.0%，减水率10%25%，其减水、增强、改善耐久性的效果比木钙好。萘系减水剂适用于早强、高强（C50以上）混凝土及流态（S150mm）混凝土、泵送混凝土、蒸养混凝土、冬季施工（最低气温0以上）。,（3）密胺树脂减水剂：早强、非引气型高效减水剂，其减水、增强效果比萘系减水剂更好。我国产品有SM减水剂，其掺量为水泥重量的0.5%2.0%，减水率20%27%，对各龄期强度均显著提高，蒸养适应性好，价格昂贵，适用于早强、高强（C80以上）混凝土、流态混凝土、蒸养混凝土、铝酸盐水泥耐火混凝土。,（4）复合减水剂：减水剂可分别与早强剂、引气剂、消泡剂、缓凝剂等复合，形成多功能外加剂。目前使用最多的是早强复合减水剂，由高效减水剂与硫酸钠早强剂复合而成。,2、引气剂,混凝土引气剂主要有松香树脂、烷基苯磺酸盐、脂肪醇磺酸盐等，其中以松香树脂类应用最广，其主要品种有松香热聚物、松香皂，其中又以松香热聚物效果最好。,引气剂属憎水性表面活性剂，能改善拌合物的和易性，提高混凝土抗冻性，减少泌水，提高抗渗性，降低强度。引气剂一般用于水灰比较大、强度要求不太高的混凝土，我国水工混凝土施工规范（SDJ207-82）中规定：有抗冻要求的混凝土必须掺用引气剂。引气剂不适用于蒸养混凝土及预应力混凝土。近年来，引气剂已逐渐被引气型减水剂所代替。,3、早强剂,常用的早强剂有：氯化钙、硫酸钠、三乙醇胺及其复合物。氯化钙是使用历史最久、应用最普遍的一种早强剂，掺量为水泥重量的1%2%，早强效果明显，价格便宜，但氯离子易促使混凝土中钢筋锈蚀，可与阻锈剂复合使用。无水硫酸钠（俗称元明粉）、十水硫酸钠（俗称芒硝）是促凝型早强剂，掺量为水泥重量的0.5%2%，一般不单独使用，常与氯化钠、亚硝酸钠、木钙、三乙醇胺等组成硫酸钠复合早强剂。使用硫酸钠会使混凝土碱度提高，需注意碱-骨料反应。三乙醇胺属非离子型表面活性剂，无色或淡黄色透明油状液体，掺量为水泥重量的0.02%0.05%，单独使用时早强效果不明显，常与氯化钠、亚硝酸钠、二水石膏复合使用，三乙醇胺复合早强剂尤其适用于禁用氯盐的钢筋混凝土。,4、膨胀剂,常用膨胀剂有三类：硫铝酸钙类（明矾石膨胀剂、CSA膨胀剂）、氧化钙类（石灰膨胀剂）、铁粉类。膨胀剂主要用于收缩补偿混凝土、自应力混凝土。掺膨胀剂的混凝土应注意充分供水养护，一般两周内可达到全部膨胀值的60%80%。,第三节混凝土的性能,一、新拌混凝土的性能,和易性是判断混凝土拌合物质量的首要性能。拌合物的其他性能包括含气量、水灰比、水泥含量、凝结时间等。拌合物性能试验应按照普通混凝土拌合物性能试验方法（GBJ80-85）的规定进行。,1、和易性的含义,和易性（又称工作性）是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇注、振捣）并达到质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合性能，包括：流动性、粘聚性、保水性。,2、和易性的测定,目前，还没有一种试验方法能全面反映和易性所包含的所有内容。拌合物性质受流动性影响最大，因此，一般以测定流动性为主，并辅以对粘聚性和保水性的经验观察（目测），最后综合判断混凝土拌合物和易性是否满足要求。按照混凝土质量控制标准（GB50164-92）规定，采用坍落度试验和维勃稠度试验方法来评定拌合物的和易性。测定拌合物流动性的其他方法有：跳桌法、凯利球法（Kellyballmethod）、捣实因素法等。,（1）坍落度试验,这是使用历史最久、最普遍的测定混合料流动性的方法。该方法适用于骨料粒径不大于40mm、坍落度值不小于10mm的混凝土拌合物（坍落度值小于10mm的干硬性混凝土拌合物应采用维勃稠度试验）。该方法的特点：简便易行，测试结果受操作技术影响较大。根据坍落度，可将混凝土拌合物分为四级：大流动性混凝土（S160mm）、流动性混凝土（S=100150mm）、塑性混凝土（S=5090mm）、低塑性混凝土（S=1040mm）。工程中，可根据混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-92）的有关规定选用坍落度。,（2）维勃稠度试验,该方法由瑞士人V勃纳（Bahrner）提出，故称为维勃（或VB）稠度法。该方法适用于骨料粒径不大于40mm、维勃稠度在530秒的混凝土拌合物稠度测定。根据维勃稠度，可将混凝土拌合物分为四级：半干硬性混凝土（VB=510秒）、干硬性混凝土（VB=1120秒）、特干硬性混凝土（VB=2130秒）、超干硬性混凝土（VB31秒）。,3、和易性的影响因素,影响因素：单位用水量、水泥浆含量、水灰比、砂率、组成材料、温度和时间、搅拌条件。改善混凝土拌合物和易性的措施有：选用适宜的水泥品种及掺合料；选用级配良好的骨料，并尽可能采用较粗的砂、石子；采用合理的砂率；掺入适量的减水剂或引气剂；在水灰比不变的情况下，适当增加水泥浆量。,二、硬化混凝土的性能,强度是混凝土硬化后最重要的性质。混凝土的强度与其他性质关系密切。,1、混凝土的强度,混凝土的强度包括：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、握裹强度等。其中最重要的是抗压强度和抗拉强度。,混凝土的抗压强度具有特别重要的地位，它是结构设计、施工验收的主要参数，它与其他强度有较好的相关性。混凝土的抗压强度，我国采用立方体抗压强度（简称抗压强度）、棱柱体抗压强度（又称轴心抗压强度），美国采用圆柱体抗压强度。,根据普通混凝土力学性能试验方法（GBJ81-85），混凝土抗压强度指以边长为150mm的立方体试件、经28天标准养护、按规定方法加压至破坏所得混凝土单位面积能承受的最大压力。对于非标准尺寸试件的抗压强度，应折算成标准尺寸试件的强度值（边长100mm的立方体试件折算系数为0.95，边长200mm的立方体试件折算系数为1.05）。,根据混凝土结构设计规范（GBJ10-89）的规定，按混凝土立方体抗压强度标准值，混凝土分为12个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。我国混凝土工程目前情况：C7.5C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构；C15C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；C20C30用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等；C30以上用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等。,实际施工中，根据普通混凝土力学性能试验方法（GBJ181-85）及混凝土强度检验评定标准（GBJ107-87），以现场制作的混凝土试样强度测定值作为混凝土强度的验收依据。如对混凝土试件强度的代表性有怀疑，可按回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-92）、超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS02:88或DBJ08-223-96）、钻芯法检测混凝土强度技术规程（CECS03:88）进行混凝土强度的无损检测，以推定混凝土强度。,影响混凝土抗压强度的因素有：水泥标号、水灰比、骨料、龄期、养护条件、外加剂与掺合料、试验条件等。提高混凝土抗压强度的措施有：采用高标号水泥；采用干稠拌合物；采用湿热养护可提高早期强度；采用机械搅拌和振捣，可比人工拌和更均匀，比人工捣拌更密实，对于水灰比小的混凝土效果更显著；掺入早强剂或减水剂等。,1918年阿布拉姆斯（D.A.Abrams）发表了水灰比定律：混凝土强度随水灰比的增大而降低。,1930年瑞士学者保罗米（J.Bolomey）提出：水灰比在0.330.80范围内，混凝土28天抗压强度与灰水比呈直线关系。后人不断完善，得出混凝土强度公式（也称保罗米公式）：f28=A*fce*（C/W-B），其中fce为水泥的实际强度，A、B为回归系数。,混凝土的抗拉强度为其抗压强度的1/101/15。在结构设计中，抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。一般采用劈裂抗拉试验测得混凝土的劈裂抗拉强度（简称劈拉强度），以间接反映混凝土的抗拉强度。,2、混凝土的变形,混凝土的变形按起因分为物理化学作用（包括：塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩、温度收缩）、荷载作用（包括：弹塑性变形、徐变）引起的变形。,混凝土的干缩、弹性模量具有重要实际意义。干缩会使混凝土表面产生拉应力而出现裂纹，严重影响混凝土的耐久性。在计算钢筋混凝土的变形、裂缝开展及大体积混凝土的温度应力时，需用到混凝土的弹性模量。,混凝土干缩变形的测定采用100*100*515mm的标准试件。混凝土弹性模量的测定采用150*150*300mm的棱柱体试件。,塑性收缩：混凝土硬化之前产生的收缩。主要由于水泥水化产生体积减缩、多余水分蒸发。干燥收缩：由毛细管水和凝胶水蒸发所引起。碳化收缩：水泥水化产物碳化造成体积减小。温度收缩：由于热胀冷缩造成的变形。弹塑性变形：短期荷载作用下的变形。徐变：长期荷载作用下的变形。,3、混凝土的耐久性,混凝土不仅应具有足够的强度，还应具有耐久性，才能在一定的使用年限内安全使用。耐久性是一个综合性概念，内容包括：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化、碱-骨料反应。,提高混凝土耐久性的措施有：合理选择水泥品种和标号；选用品质良好的骨料；控制水灰比及水泥用量以提高混凝土密实度；使用外加剂、掺合料、降低水灰比以改善混凝土的孔结构；采用机械施工以保证搅拌均匀、振捣密实，同时加强养护、特别是早期养护。,第四节混凝土质量控制与强度评定,混凝土质量控制是对原材料及混凝土生产的各道工序，按有关标准规定进行抽查与试验，将其结果与标准质量要求相比较，据以决定应采取的有效措施，并付诸实施，以使混凝土的最终质量符合标准质量要求的行动过程。按生产顺序分为初步控制、生产控制、合格性控制。,初步控制：原材料质量检验与控制、配合比的确定与调整。生产控制：生产过程中生产者的自我控制，包括：计量、搅拌、运输、浇注、养护等。合格性控制：产品交付使用前进行的合格性检验，包括：批量的划分、每批取样数量、验收函数、验收界限等。,3、运输、浇注与振捣成型应尽量减少混合料的转运次数、缩短运输时间、正确装卸与浇注（自由倾落高度不宜超过1米），避免漏振、过振。,4、养护与拆模一般地，普通水泥混凝土养护不少于14天，掺混合材水泥混凝土养护不少于21天。冬季施工须作好保温措施，避免早期受冻。混凝土达到设计强度的50%100%后才能拆除承重模板。,一、混凝土的施工与质量,1、原材料检验水泥应检验安定性、标号、标准稠度、凝结时间等，并注意存放条件及存放时间；砂应及时测定含水量；石子应注意最大粒径、分级堆放；外加剂应注意有效物含量。,2、称量与拌和水、水泥的称量误差应控制在1%内，骨料的称量误差应控制在2%内。拌和时间根据坍落度要求、搅拌机情况而定，通常为12.5分钟。经常出现的问题是：称量不准，加水控制不严，搅拌时间不足，骨料含水率有变化。,用于评定混凝土强度的试件，应在混凝土施工现场取样，养护至28天龄期之前送检。每个强度代表值取三个试件的算术平均值。根据正态分布规律，由强度代表值计算得到强度标准值。比较强度标准值是否低于混凝土设计强度等级，以判定混凝土强度是否合格。,二、混凝土强度评定,混凝土强度的验收与评定应按现行国家标准钢筋混凝土工程施工及验收规范（GBJ204-83）、混凝土强度检验评定标准（GBJ107-87）执行。,第五节普通混凝土配合比设计,混凝土的配合比是指混凝土各组成材料用量之间的比例关系，常用的表示方法有两种：（1）以每立方米混凝土中各组成材料的用量表示，例如：水泥336kg，砂654kg，石子1215kg，水195kg（2）以水泥为1，表示出各组成材料用量之间的比例，例如上述配合比可表示成：水泥:砂:石子:水=1:1.95:3.62:0.58。,配合比设计的任务就是根据原材料的技术性能及施工条件，确定出满足工程要求的混凝土配合比。,一般地，在满足强度、耐久性要求的前提下，尽可能采用较大的水灰比以节省水泥，但还要考虑和易性的要求（水灰比过大导致拌合物粘聚性、保水性变差）；在达到施工要求的流动性前提下，单位用水量取较小值，以便用较少的水泥浆满足和易性及经济性的要求；在保证和易性的前提下，尽量选用较小的砂率，以满足经济性的要求。,一、配合比设计的一般要求,设计正确的配合比，应同时满足以下几方面要求：混凝土拌合物具有良好的和易性；混凝土具有结构设计及施工进度所要求的强度；混凝土具有所要求的抗渗、抗冻等方面的耐久性；尽量节省水泥、合理使用材料、降低成本。,由于和易性受单位用水量、砂率影响，强度受水灰比影响，耐久性受最大水灰比、最小水泥用量影响，经济性受水泥用量、砂率影响，因此混凝土配合比设计的关键就是合理确定水灰比、单位用水量、砂率这三个参数。通常将水灰比、单位用水量、砂率称为设计三要素。,二、配合比设计的基本资料,在进行配合比设计之前，必须取得以下基本数据：（1）混凝土强度设计要求：混凝土强度等级。（2）混凝土耐久性要求：混凝土所处环境条件或要求的抗冻等级、抗渗等级。（3）原材料情况：水泥（品种、标号、密度、堆积密度）、砂石（品种、表观密度、堆积密度、吸水率、含水率、级配、砂的细度模数、石子的最大粒径）、拌合水（水质、水源）、外加剂（品种、名称、特性）。（4）施工条件及工程性质：搅拌及振捣方法、要求的流动性、施工单位水平、构件形状及尺寸、钢筋的疏密程度等。,初步计算配合比是按原材料性能及混凝土的技术要求，利用经验公式和数据，初步计算出每立方米混凝土中水泥、砂、石子、水的用量。,三、配合比设计的步骤,按照普通混凝土配合比设计规程（JGJ/T55-96）或混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-92）的规定，普通混凝土配合比设计的步骤如下：,1、确定初步计算配合比,（1）确定混凝土试配强度当混凝土强度保证率为95%时，应按下式由设计强度等级（fd）计算出试配强度（fh）：fh=fd+1.645*0,（2）确定水灰比根据试配强度（fh）、水泥强度（fC），按下式计算水灰比（C/W）：采用碎石时：fh=0.46*fC*（C/W-0.52）采用卵石时：fh=0.48*fC*（C/W-0.61）注：计算出的水灰比与规定的最大水灰比之间，取小者。,（3）选取每立方米混凝土的用水量（W0）先根据施工条件查表选用适宜的坍落度，再根据坍落度、石子最大粒径查表选用单位用水量。,（4）计算水泥用量（C0）根据水灰比、单位用水量，可计算出水泥用量。注：计算出的水泥用量与规定的最小水泥用量之间，取大者。同时，水泥用量不宜大于550kg/m3。,（5）选用合理的砂率通过试验，或根据水灰比、石子最大粒径查表选用砂率。,（6）计算砂、石用量（S0、G0）计算砂、石用量有两种方法：绝对体积法（又称体积法）、假定表观密度法（又称重量法）。在条件相同时，用体积法或重量法计算出的结果基本相同。,绝对体积法假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料的绝对体积与拌合物所含空气的体积之总和，则有以下关系式：VC+VW+VS+VG+V气=1m3拌合物体积即：C0/C+W0/W+S0/0S+G0/0G+0.01*=1其中，C、W分别为水泥、水的密度，0S、0G分别为砂、石的表观密度，为混凝土含气量的百分数（在不使用引气型外加剂时，=1）。再根据砂率的关系式：SP=S0/（S0+G0）*100%即可得出砂、石的用量。,假定表观密度法假定混凝土拌合物表观密度（0h）为某一固定值（根据经验取值），则每立方米混凝土拌合物的重量等于各组成材料用量之和，有以下关系式：C0+W0+S0+G0=0h再根据砂率的关系式，即可得出砂、石的用量。,混凝土初步计算配合比是借助经验公式或资料得出的，结果不一定符合实际情况，必须经过试配调整，使拌合物的和易性符合要求，得出基准配合比；在基准配合比的基础上，水灰比增减5%，共三个配合比，制作试件，进行强度测定（同时检验和易性）（如有必要，还要检测耐久性。），合格后得出试验室配合比。,2、配合比的试配与调整,试配应采用工程中实际使用的原材料、搅拌方法，试配每盘最小搅拌量应符合要求。,（7）得出初步计算配合比：C0、W0、S0、G0。,调整和易性的方法：若坍落度太小，可保持水灰比不变，适当增加水泥浆量（一般地，每增加10mm坍落度，需增加2%5%的水泥浆量）；若坍落度过大，可保持砂率不变，适当增加砂石用量，以减少水泥浆量；若拌合物显得砂浆量不足，出现粘聚性、保水性不好，应适当增加砂率；若拌合物砂浆过多，可适当减少砂率。,和易性调整合格后，确定拌合物各组成材料的实际用量（C拌、W拌、S拌、G拌），测出拌合物的实际表观密度（0h实），按以下关系式得出基准配合比（C基、W基、S基、G基）：C基=C拌/（C拌+W拌+S拌+G拌）*0h实W基=W拌/（C拌+W拌+S拌+G拌）*0h实S基=S拌/（C拌+W拌+S拌+G拌）*0h实G基=G拌/（C拌+W拌+S拌+G拌）*0h实,强度调整合格后，测得拌合物实际表观密度，按上式计算出试验室配合比（C、W、S、G）。,混凝土的设计配合比，是以干燥材料为基准的，而工地存放的砂、石材料都含有一定的水分。所以，现场使用的配合比应按工地砂、石的含水情况对试验室配合比进行修正，即得出施工配合比。,3、换算成施工配合比,假定现场砂、石的含水率分别为a%、b%，则施工配合比（C、W、S、G）可按下述关系式得出：C=CW=W-S*a%-G*b%S=S*（1+a%）G=G*（1+b%）,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，要求强度保证率为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。,四、配合比设计示例,1、普通混凝土,采用材料：普通水泥42.5（实测28天强度为48.0MPa），密度3.1；中砂，表观密度2.65，堆积密度1.50；碎石，540mm，表观密度2.70，堆积密度1.55；水为自来水。,试设计该混凝土的配合比。若现场含水率为砂3%、石1%，求施工配合比。,试配强度：fh=fd+1.645*0=25+1.645*5.0=33.2(MPa),解：,（1）初步计算配合比：,水灰比：fh=0.46*fC*（C/W-0.52），故W/C=1/33.2/（0.46*48.0）+0.52=0.49查表知最大水灰比未限制，故取水灰比为0.49。,单位用水量：查表取W0=180kg,水泥用量：C0=W0/（W/C）=180/0.49=367kg查表知最小水泥用量为250kg，故取C0=367kg,砂率：查表取SP=35%,砂、石用量：绝对体积法，C0/C+W0/W+S0/0S+G0/0G+0.01*=1故0.367/3.1+0.180/1+S0/2.65+G0/2.70+0.01*1=1根据砂率：SP=S0/（S0+G0）*100%故0.35=S0/（S0+G0）解得：S0=0.651（T）=651（kg），G0=1.205（T）=1205（kg）,初步计算配合比：C0：W0：S0：G0=367：180：651：1205,按初步计算配合比试拌15升，材料用量：,（2）调整配合比：,水泥：0.015*367=5.50kg，水：0.015*180=2.70kg，砂：0.015*651=9.77kg，石：0.015*1205=18.08kg。,搅拌均匀后，测得拌合物坍落度为20mm。增加水泥浆量3%（即水泥用量增至5.67kg，水用量增至2.78kg），测得拌合物坍落度为30mm，粘聚性、保水性均良好。,确定基准配合比为：水泥5.67kg，水2.78，砂9.77kg，石18.08kg。,按基准水灰比增减5%产生三个不同配合比（水灰比为0.44、0.49、0.54），进行试配，测得拌合物和易性良好，拌合物表观密度分别为2410kg/m3、2405kg/m3、2400kg/m3。经28天强度测定，三组中即满足强度要求、又较节约水泥的是水灰比0.49的一组。计算得试验室配合比：C=C拌/（C拌+W拌+S拌+G拌）*0h实=5.67/（5.67+2.78+9.77+18.08）*2405=376kgW=2.78/36.30*2405=184kgS=9.77/36.30*2405=647kgG=18.08/36.30*2405=1198kg,试验室配合比：C：W：S：G=376：184：647：1198,按砂、石含水率调整试验室配合比，得出施工配合比：C=C=376kgW=W-S*a%-G*b%=184-647*3%-1198*1%=153kgS=S*（1+a%）=647*1.03=666kgG=G*（1+b%）=1198*1.01=1210kg,（3）施工配合比：,施工配合比：C：W：S：G=376：153：666：1210,在上例中，若采用某减水剂，掺量为水泥重量的0.5%，减水率10%，,2、掺减水剂的混凝土,（1）为了提高混凝土强度，可对试验室配合比做如下调整：,水泥用量不变，用水量减少10%，砂率减少2%，相应地调整砂、石用量，则调整后试验室配合比为：,水泥：水：砂：石：减水剂=376：165.6：615：1248：1.88,试配强度fh=0.46*fC*（C/W-0.52）=0.46*48.0*（1/0.44-0.52）=38.6（MPa）。比不用减水剂时（33.2MPa）提高了一个强度等级。,（2）为了提高混凝土拌合物的和易性，可对试验室配合比做如下调整：,水泥用量不变，用水量不变，砂率提高5%，相应地调整砂、石用量，则调整后试验室配合比为：,水泥：水：砂：石：减水剂=376：184：740：1109：1.88,（3）性能要求不变，可对试验室配合比做如下调整：,水灰比、砂率不变，用水量减少10%，含气量增加1%，相应地调整水泥、砂、石用量，则调整后试验室配合比为：,水泥：水：砂：石：减水剂=338：165.6：662：1230：1.69,根据粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程（JGJ28-86）的要求，粉煤灰混凝土的配合比设计以基准混凝土的配合比为基础，按等稠度、等强度等级原则，用超量取代法进行调整。,3、掺粉煤灰的混凝土,第六节水泥混凝土技术进展,一、抗渗混凝土,抗渗混凝土（又称防水混凝土）是指抗渗等级大于或等于S6的混凝土，分为普通抗渗混凝土、外加剂抗渗混凝土、膨胀水泥抗渗混凝土。,抗渗混凝土首先要满足抗渗性能的要求，水压力及结构厚度是确定抗渗混凝土抗渗等级的主要依据。,抗渗混凝土的制备，是针对普通混凝土内部存在各种毛细孔、缝隙等渗水原因而采取的相应措施，如选择合适的骨料级配、降低水灰比、采用富水泥浆配合比、掺入外加剂（减水剂、引气剂、三乙醇胺、氯化铁等）等，有意识地调整或破坏混凝土内部毛细孔构造，使大孔及连通孔减少，提高密实性，以达到抗渗的目的。,二、轻质混凝土,表观密度小于1900kg/m3的混凝土称为轻质混凝土，分为轻骨料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土。,1、轻骨料混凝土,采用轻骨料、水泥浆配制成的轻质混凝土称为轻骨料混凝土，常以轻骨料的种类命名。,粒径在5mm以上、堆积密度小于1000kg/m3的骨料称为轻粗骨料；粒径在5mm以下、堆积密度小于1100kg/m3的骨料称为轻细骨料（轻砂）。按轻骨料试验方法（GB2842-81）检测性能。,轻骨料按来源分为三类：工业废料轻骨料（粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠、煤渣）、天然轻骨料（浮石、火山渣）、人造轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩）。,轻骨料混凝土的表观密度是与强度具有同等重要意义的性质，它与强度、热工性能、弹性模量有关。轻骨料混凝土的收缩、徐变均比普通混凝土大。,轻集料混凝土的配制，参阅轻集料混凝土技术规程（JGJ51-90）、钢筋轻集料混凝土结构设计规程（JGJ12-82）。应注意搅拌之前先使集料预湿。,根据用途，轻集料混凝土分为三类：保温轻集料混凝土（强度低于5MPa，表观密度低于800kg/m3）、结构保温轻集料混凝土（强度515MPa，表观密度低于1400kg/m3）、结构轻集料混凝土（强度1550MPa，表观密度低于1900kg/m3）。,2、多孔混凝土,在料浆中均匀分布大量封闭气孔或开口毛细孔隙而无粗集料的混凝土称为多孔混凝土。表观密度3001200kg/m3，孔隙率可达85%。按强度分为两类：结构用多孔混凝土（强度大于3MPa，表观密度大于500kg/m3）、非承重用多孔混凝土（强度小于3MPa，表观密度小于500kg/m3）。根据气孔产生的方法分为两种：加气混凝土、泡沫混凝土。,加气混凝土以铝粉作加气剂，铝粉与料浆中的氢氧化钙反应产生氢气，气泡包裹在料浆中形成多孔结构。加气混凝土常根据所用硅质材料命名，如水泥砂加气混凝土、粉煤灰加气混凝土。表观密度400800kg/m3，强度1.510MPa。加气混凝土砌块参阅JC315-82标准。加气混凝土导湿性差，易造成墙面抹灰层起鼓开裂。,泡沫混凝土是先分别制成水泥浆、稳定的泡沫（多用松香胶泡沫剂），再将水泥浆与泡沫拌匀，形成多孔结构。由于料浆凝结硬化慢、泡沫稳定性不够好，因此泡沫混凝土的发展不如加气混凝土快。,3、大孔混凝土,由粒径相近的粗集料、水泥浆配制而成的混凝土为大孔混凝土，包括无砂大孔混凝土、少砂大孔混凝土。集料应采用单一粒径、20以下的浑圆形颗粒，以免离析；用水量过多会使水泥浆流淌沉入底部，造成上下强度不均。在不产砂和粘土砖的地方（广西、贵州）常用无砂大孔混凝土作墙体材料。,三、高强混凝土,目前，一般将强度等级为C50以上的混凝土称为高强混凝土。,配制高强混凝土的技术路线：高品质水泥+高性能外加剂+特殊混合材。,采用高强混凝土取代普通混凝土可大幅度减少混凝土构件的体积和钢筋用量。,近10年来，出现了高性能混凝土（HPC）的提法，并成为国际土木工程界的研究热点。主要侧重的性能有：强度、和易性、耐久性、体积稳定性（干缩、徐变、热应变小，弹性模量高）等。,四、聚合物混凝土,聚合物混凝土是由有机聚合物、无机胶凝材料、骨料结合而成的新型混凝土。按制作工艺分为三类：聚合物浸渍混凝土（PIC）、聚合物水泥混凝土（PCC）、聚合物胶结混凝土（PC）。,1.聚合物浸渍混凝土（PIC）以硬化的混凝土为基材，使基材干燥后浸入有机单体，再用加热等方式使浸入混凝土内部的单体聚合，即制成聚合物浸渍混凝土。聚合物填充了混凝土内部的孔隙及微裂缝，从而提高了混凝土的密实度，因此提高了混凝土的强度、抗渗性、耐磨性、抗冲性、耐久性等性能。,小资料：北京故宫三大殿（太和殿、中和殿、保和殿）、十三陵的定陵的地面都采用桐油浸渍砖，俗称“金砖”。用有机单体浸渍聚合的方法来改进多孔材料的性能，最先用于木材；1965年美国内政部垦务局提出对混凝土进行类似处理的设想。,2.聚合物水泥混凝土