土木工程水泥混凝土试验与检测PPT课件

1、德修身、技立业 任务目标： l了解混凝土的基本概念； l能够检测混凝土拌合物的基本性能， 并做出相应调整； l能够检测混凝土的强度并评价其强度等级； l掌握混凝土耐久性的基本概念及指标表示 l掌握混凝土配合比设计过程， 能够换算材料用量 一 四 三 主 要 内 容 五 二 六 一 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，简称为“

2、混凝土”。 各组分的作用呢 分类 按体积密度分 重混凝土 02800kg/m3。 普通混凝土 0 20002800kg/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。 一 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 。 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 泵送混凝土 Pumping Concrete 碾压混凝土 Roller Compacted Concrete 按配筋情况分 素混凝土、钢

3、筋混凝土、预应力混凝土、钢 纤维混凝土等。 按强度分 低强砼(fcu30MPa); 中强砼(fcu=30-60MPa) 高强砼(fcu60MPa); 超高强砼(fcu100MPa) 特点 优点： 1、原料丰富，加工简单，能耗低。 2、可浇筑不同形状、大小的制品构件，并 可做各种饰面。 3、与钢筋收缩膨胀率相近。 4、可现浇、可预制也可加入各种外加剂。 缺点： 抗拉强度低，变形小，自重大，脆性破坏、导热系数大。 一 一 组成材料 为什么不宜用高强度等级水泥配制低强 度等级的混凝土？ 为什么不宜用低强度等级水泥配制高强 度等级的混凝土。 复习回顾水泥强度等级选用 组成材料 复习回顾水泥品种选用 某

4、施工队使用以煤 渣掺量为30的火 山灰水泥铺筑路面， 见图。使用两年后， 表面耐磨性差，已 出现露石，且表面 有微裂缝。分析原 因 按JTJ 012公路混凝土路面设计规范，对于水泥混凝土 路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路 硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸 盐水泥。”所以火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。 水泥品种的选择其他注意事项！ 组成材料 复习回顾砂石选用 砂石按来源分类 砂石按技术要求分类 砂按粗细程度分类 砂石按颗粒级配分类 公称最大粒径的选择 如 何 选 择 呢 具体的 指标呢 为什么普通砼用砂不宜太细也不宜太粗， 而是采用中砂较理想? 组成材料

5、凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制各种混 凝土。海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有饰面要求 的素混凝土，更不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。 值得注意的是，在野外或山区施工采用天然水拌 制混凝土时，均应对水的有机质、Cl-含量等进行检 测，合格后方能使用。特别是某些污染严重的河道或 池塘水，一般不得用于拌制混凝土。 混凝土用水 问题：为什么不宜用海水拌制混凝土？ 定义： 混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制 过程中加入（掺加量一般不大于水泥重量或总胶凝 材料5%，特殊情况除外)，用以改善新拌混凝土和 （或）硬化混凝土性能的材料。 组成材料 混凝土外加剂 分类（按功能） 1、改善混凝土拌合物

6、流变性能： 减水剂、引气剂、泵送剂 等； 2、调节混凝土的凝结时间、硬化性能： 如缓凝剂、早强剂和速凝剂 等； 3、改善混凝土的耐久性： 如防水剂、引气剂、阻锈剂 等； 4、改善混凝土其它性能： 膨胀剂、防冻剂、着色剂。 组成材料混凝土外加剂 种类：减水剂、引气剂、泵送剂，缓凝剂、速凝剂、早强剂，加气剂、泡沫剂， 防水剂、阻锈剂，防冻剂、膨胀剂、着色剂 减水剂的工作原理 在混凝土拌合物坍落度基本相同 的条件下，能减少拌和用水量。 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。 能延缓混凝土凝结时间，而不显著 影响混凝土后期强度。 能加速混凝土早期强度的发展。 混凝土外加剂 减水

7、剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下， 能减少拌合用水量的外加剂。 减水剂定义 组成材料 混凝土外加剂减水剂定义及作用 一般认为,减水剂的发展可以大致分为三个阶段。 第一阶段：以木钙为代表的第一代普通减水剂。 第二阶段：以萘系为代表的第二代高效减水剂。 第三阶段：以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂。 减水剂的作用（技术经济效果）减水剂的作用（技术经济效果） 1）增加流动性。W,W/C定值，T可增大100200mm，且不影响混凝土的强度。 2）提高混凝土强度 C,T=定值，可减少W，从而降低W/C，使混凝土强度提高。 4）改善混凝土的耐久性 掺入减水剂，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝 土的

8、密实度提高，透水性可降低，从而可提高抗渗、 抗冻、耐化学腐蚀及防锈蚀等能力。 3）节约水泥 T,W/C=定值，可以在减少W的同时，相应减 少C，即保持混凝土强度不变，可节约水泥用量。 减水剂作用机理减水剂作用机理 静电斥力作用：-SO3 _-COO_ -OH -O-第 一、二代减水剂以静电斥力为主 减水剂静电斥力分散机理示意图 空间位阻斥力(物理阻碍）：由于聚合物吸附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的机 械分离作用力，称之为空间位阻斥力。第三代减水剂以空间阻力为主 减水剂空间位阻斥力分散机理示意图 比较水泥混合材料（活性混合材）、化学外加剂的概念 种类：粉煤灰、超细矿渣粉、硅粉及沸石粉 组成

9、材料混凝土用掺合料矿物外加剂 什么是混凝土矿物 细粉掺和料？ 以活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主要 成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混 凝土综合性能，且掺量一般不小于5%的具有火 山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。 混凝土的第六组分 。 粉煤灰是指煤粉炉燃烧煤粉时， 从烟道气体中收集到的细颗粒粉末。 扫描电镜图 混凝土用掺合料粉煤灰 粉煤灰的技术性能和作用机理粉煤灰的技术性能和作用机理 形态：实心、空心玻璃微珠 细度：150m，比表面积300600m2/kg 与煤粉细度及收尘装置有关，可通过粉磨提高细度。 主要化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，约占85%左右，构成Ca

10、OAl2O3 SiO2矿物体系。 沉珠 漂珠 作用机理：作用机理： 1.火山灰效应：二次水化 2.微骨料效应：均匀分散于孔隙和凝胶体中， 填充毛细管及孔隙裂缝，改善了孔结构，提高 了水泥石的密实度；未参与水化的颗粒分散在凝胶体中起到骨料的作用，优化凝胶结构， 改善与粗细骨料之间的粘结力和混凝土的微观结构，从而改善混凝土的宏观综合性能。 3.形态效应：粉煤灰含大量球状玻璃微珠，起到润滑作用，减小混凝土内摩擦力，改善混凝 土和易性。 混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求 GB/T1596-2005 项目项目 技术要求技术要求 I III IIIIIIII 细度（细度（0.045mm0.045mm方孔筛筛余

11、）方孔筛筛余）/% /% F F类类 12.012.025.025.045.045.0 C C类类 需水量比需水量比 / %/ % F F类类 9595105105115115 C C类类 烧失量烧失量 / %/ % F F类类 5.05.08.08.015.015.0 C C类类 含水量含水量 / %/ % F F类类 1.01.0 C C类类 SOSO3 3含量含量 / %/ % F F类类 3.03.0 C C类类 游离氧化钙游离氧化钙 / %/ % F F类类1.01.0 C C类类4.04.0 安定性安定性( (雷氏夹沸煮后增加距离雷氏夹沸煮后增加距离)/mm )/mm C C类类5

12、.05.0 粉煤灰对混凝土性能的影响粉煤灰对混凝土性能的影响 1、对新拌混凝土性能的影响 级灰可以提高混凝土拌合物的流动性， 级灰在掺量30%以内时，使流动性提高，级灰 使混凝土拌合物流动性降低。 掺粉煤灰混凝土更容易振捣密实，可泵性大大提高。 原状灰有可能增大混凝土的泌水性，磨细粉煤灰通常 能减少混凝土的泌水。 2.对混凝土强度的影响 优质的级灰掺量小于10%时， 早期强度不降低，后期强度高于基准混凝土。 掺量超过一定值后，早期强度略有降低， 但后期强度仍可超过基准混凝土。 级灰的影响与级灰相似，但早期强度更低。一般采取超量取代法。 级灰一般只用于低强度等级的混凝土结构，很少用于高强度等级的

13、混凝土结构， 尤其是预应力结构。 3.3.对耐久性的影响对耐久性的影响 掺粉煤灰混凝土抗冻性、抗渗性、 抗硫酸盐腐蚀性能、对钢筋保护作用都有所提高。 粉煤灰能抑制混凝土的自收缩、早期收缩 和总干燥收缩。 粉煤灰能降低水化热和混凝土水化温升，提高混凝土抗裂性。 三峡大坝混凝土中大量应用了优质粉煤灰三峡大坝混凝土中大量应用了优质粉煤灰 混凝土用掺合料粒化高炉矿渣 混凝土用掺合料粒化高炉矿渣 矿粉的技术性能和质量指标矿粉的技术性能和质量指标 矿粉的主要化学成分： SiO2、Al2O3、 CaO、MgO，其中SiO2、Al2O3、CaO约占 矿粉总量的90%。 矿物结构：大部分为玻璃体，少量晶体。 细

14、度：粒径大于45 m的矿粉很难参与水化，因此要求用于高强高性能混凝土的矿粉比表 面积大于400m2/kg。 质量指标：按化学性能、比表面积、活性指数等，分为级、级、级。 矿粉的作用机理矿粉的作用机理 1.凝胶效应：二次水化，生成具有胶凝性能 的水化铝酸钙、水化硅酸钙、水化硫铝酸钙 凝胶，改善水泥浆与骨料的界面性能，改善界面粘结强度，提高混凝土抗折强 度。 2.微骨料效应：与粉煤灰相似 矿粉对混凝土性能的影矿粉对混凝土性能的影 响响 1.对混凝土和易性的影响 2.对混凝土强度的影响 3.对耐久性的影响 4.对水化热的影响 5.对收缩和抗裂性的影响 硅灰是铁合金厂在冶炼合金或金属硅时， 从烟道中收

15、集的一种飞灰，是炉中的SiO气体 遇到空气迅速氧化成 SiO2，冷凝成颗粒再经过滤器 收集而得。主要是由极细的无定形球形颗粒，主要活性成分为SiO2，占90%以上。 粒径 小于1 m,平均0.1m，比表面积约为1500020000m2/kg，表观密度很低，堆积 密度约为200300kg/m3。 混凝土用掺合料硅灰 1、作用机理：填充效应、强度效应、界面效应 2、对新拌混凝土性能影响：粘聚性提高， 塌落度有所降低。 3、对硬化混凝土性能的影响：提高强度、耐久性能。 复合矿物超细粉复合矿物超细粉 两种或两种以上矿物原料掺入水泥基材料中， 优势互补，可以进一步提高综合性能。 如粉煤灰-硅灰、矿粉-硅

16、灰、粉煤灰-矿粉-硅灰复合等。 本节课小结本节课小结 水泥 水 砂 石 外加剂 掺合料 品种、等级 有机杂质、离子污染 细度、级配 形貌、强度、坚固性 种类、用途 种类、用途 二 一、定义 混凝土拌合物的和易性又称 工作性，它是一项综合的技术性 质，包括流动性、粘聚性和保水 性等三方面的含义。 思考其三 部分含义 的重要性？ 流动性指混凝土拌合物在自重力或 机械振动力作用下易于产生流动、易于输送 和易于充满混凝土模板的性质。 粘聚性 不好 离析 分层 组份分离 不均匀骨料下沉 水泥浆上浮 砼拌合物粘聚性不良时，硬化后会出现蜂窝、 麻面。大型的砼拌和物，甚至出现狗洞现象。 粘聚性 混凝土拌和物在

17、施工过程中其组成材料之间有 一定粘聚力，在运输和浇注过程中不致发生分层、 离析现象使混凝土保持整体均匀的性能 。 骨料 水 可见泌水 内泌 水 泌水与塑性沉降 保水性 混凝土拌和物在施工过程中具有一定的保水能力，不 致产生严重的泌水现象。 和易性良好的标准 粘聚性好则保 水性往往也好 ，但当流动性 增大时，粘聚 性和保水性往 往变差，反之 亦然 混凝土拌和物 的流动性、粘 聚性、保水性 ，三者之间互 相关联又互相 矛盾 所谓拌和物的 和易性良好， 就是要使这三 方面的性能在 某种具体条件 下，达到均为 良好，亦即使 矛盾得到统一 流动性粘聚性保水性 如何在施工现场定如何在施工现场定 量评定混凝

18、土和易性？量评定混凝土和易性？ 二、检测 由于混凝土和易性内涵较复杂，因而目前 尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的 测定方法和指标。通常是以稠度实验来评定 和易性 。 稠度实验包括 以 及 。 坍落度试验法 维勃稠度法 定义及 检测流程？ 普通砼拌合物和易性试验 混凝土拌合物和易性的评定，通常 采用测定混凝土拌合物的流动性，辅 以直观经验评定粘聚性和保水性。 流动性 坍落度 维勃稠度 和易性的测定方法及评定 坍落度法 slump test 一测 二敲 三看 保水性：观察稀浆程度 粘聚性：捣棒敲打锥体侧面 流动性：测量坍落度 坍落度筒提离后，应及时观测混凝土和易性，下列正确的是：（ ）。 A

19、、发生崩坍现象，则表示该混凝土和易性不好； B、发生崩坍或一边剪坏现象，则应重新取样另行测定； C、如果第二次试验仍出现上述现象，则表示该混凝土和易性不好。 D、如果第二次试验未发生崩坍仅出现一边剪坏现象，则表示该混凝土和易性好。 思考题 坍落度（） 崩溃型剪切型 正常情况 粘聚性和保 水性均不好 粘聚性较差 坍落度法适用于骨料最大粒径不大于40mm，坍落值不小于10mm的混凝土拌和 物。对于干硬性混凝土，其和易性测定应采用维勃稠度法。 干硬的混凝土又如何测定 呢？ 维勃稠度： 测定砼拌合物泌水所需的时间（s）。 和易性的测定方法及评定 维勃稠度 适用范围 n粗骨料最大粒径不大于 40mm；

20、n坍落度小于10mm，维勃 稠度在5s30s之间的干 硬性混凝土。 维勃稠度试验示意图 混凝土拌合物混凝土拌合物( (按流动性的分类按流动性的分类) ) 名称 坍落度 （mm）/ 维勃稠度 （s) 级别 混凝 土拌 合物 塑性混凝土塑性混凝土 （坍落度（坍落度10mm10mm） 低塑性混凝土低塑性混凝土 塑性混凝土塑性混凝土 流动性混凝土流动性混凝土 大流动性混凝土大流动性混凝土 超大流动性混凝土超大流动性混凝土 10-40 50-90 100-150 160-210 220 S1 S2 S3 S4 S5 干硬性混凝土干硬性混凝土 （坍落度（坍落度10mm10mm） 31 30-21 20-1

21、1 10-6 5-3 V0 V1 V2 V3 V4 混凝土流动性选择的原混凝土流动性选择的原 则则 在便于施工操作并 能保证振捣密实的 条件下，尽可能取 较小的坍落度，以 节约水泥并获得质 量较高的混凝土。 考虑 因素 构件截面大小 钢筋疏密 考虑 因素 施工机械 考虑 因素 施工方式 考虑 因素 当截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插 捣时，坍落度可选择大些。 反之，如构件截面尺寸较大，钢筋较疏，或 采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。 混凝土流动性选择的原则总结 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、

22、配筋情况、施工方法等来确定。件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。 见下表见下表 GB50204-2002(验收规范。验收规范。 结构种类 坍落度， mm 基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础 等）或配筋稀疏的结构等）或配筋稀疏的结构 1030 板、梁和大型及中型截面的柱子等板、梁和大型及中型截面的柱子等3050 配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）5070 配筋特密的结构配筋特密的结构7090 注：a.本表是采用机械振捣混凝土时的坍 落度，当采用人工捣实混凝土时坍落度可适

23、当 增大； b.当需要配置大坍落度混凝土时,应掺用外 加剂； c.曲面或斜面结构混凝土的坍落度应根据 实际需要另行选定； d.泵送混凝土的坍落度宜为80180 mm。 混凝土浇筑中形成的冷缝 蜂窝、孔洞 图片分析 泵送混凝土要求的坍落度较大，不仅要有 较大的流动性，而且还要有较好的保水性 及粘聚性，才可保证工程质量。因该混凝 土保水性较差，泌水量大，大量水泥稀浆 从模板缝中流出。 工程分析 某高架桥桥台采 用泵送混凝土， 拆模板后，可见 桥台混凝土集料 裸露。 原因分析 原材料 水泥 骨料 外加剂 原材料比值关系 水灰比 浆集比 砂率 环境条件 温度 湿度 四、影响和易性的因素及改善措施 1、

24、影响因素 工程分析 某混凝土搅拌站原混凝土配比均可生产出 性能良好的泵送混凝土。后因供应的问题 进了一批针片状多的碎石。当班技术人员 未引起重视，仍按原配方配制混凝土，后 发现混凝土坍落度明显下降，难以泵送， 临时现场加水泵送。请对此过程予以分析。 采用适宜水泥品种； 采用合理砂率； 改善砂石的级配； 掺外加剂或掺合料； 根据环境条件，注意坍落度的现 场控制； 当混凝土拌合物坍落度太小时，应保持水灰 比不变，适当增加水泥浆的用量； 当坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率 不变，增加砂石用量； 当粘聚性较差时，可适当增减砂率。 掺外加剂 的混凝土2、改善和易性的措施 混凝土强度 抗拉强度 抗剪

25、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 三 1、混凝土强度的种类 试验目的： 测定混凝土立方体的抗压强度，以检验 材料的质量，确定、校核混凝土的配合 比，并为控制施工质量提供依据。 2、砼立方体抗压强度试验 主要试验设备： 压力试验机（如示意图） 工作 油缸 试验机 框架 上压板 下压板 螺旋 连杆 螺旋 转盘 设备 基础 2000KN压力试验机 振动台 试验步骤： 1、将一组（以三个试件为一组）经 标准养护28d边长为150的混凝土标准 试件（也可采用边长为200或边长为 100的非标准试件）从养护室取出，并 及时进行试验。试件在试验前应先擦试 干

26、净。 一组砼试件 2、将砼试件安放在试 验机下压板中心。试件 的承压面应与成型时的 顶面垂直。旋转螺旋转 盘，使上压板与试件刚 好接触，开动试验机， 以每秒0.5MPa左右的速 度连续均匀地加荷，直 至破坏，记录破坏时的 荷载。 F F 结果评定： 1、混凝土立方体抗压强度按下式计算： fcu = F A 式中: fcu 砼立方体抗压强度（MPa）； P砼破坏荷载（N）； A试件承压面积（2）。 砼立方体抗压强度计算至0.1MPa。 3、用非标试件测得的强度值均应乘以尺寸 换算系数，其值对边长为200的试件为 1.05；对边长为100的试件为0.95。 2、取三个试件测值的算术平均值作为该组

27、试件的抗压强度值。若三个测值中最大值或 最小值中与中间值的差值超过中间值的15% 时，则取中间值作为该组砼抗压强度值。若 有两个测值与中间值的差均超过中间值的 15%，则该试件的试验结果无效。 基准 强度等级 150mm立方体抗压强度标准值 表示方法以fcu,k表示 14个强度等级，以字母C开头 立方体抗压试件（尺寸）还有哪些？与标准 试件强度在数值大小上是否存在差异？ 用标准试验方法测得的强度总体分 布中的一个值，具有不低于95 保证率的抗压强度值 3、混凝土强度等级 不同强度等级混凝土的选用 轴心抗压强度 采用采用150mm150mm150mm150mm300mm300mm的棱柱体试的棱柱

28、体试 件。在立方体抗压强度为件。在立方体抗压强度为0 055MPa55MPa范围内范围内 f fcp cp= =（0.70.70.80.8）f fcu cu 。在结构设计计算时， 。在结构设计计算时， 一般取一般取f fcpcp0.670.67f fcucu。 F F 4、混凝土的其它强度 劈裂抗拉强度 式中：fts劈裂抗拉强度， MPa； P P破坏荷载，破坏荷载，N N A A试件劈裂面积，试件劈裂面积，mmmm2 2。 A P A P f637. 0 2 ts 拉应力压应力 P P 劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/101/20。 试件尺寸 表示方法以fts表示 强度比较1/101/

29、20fcu 混凝土抗拉强度 边长150mm立方体 混凝土抗拉强度 受力情况 P P 试件尺寸150mm150mm550mm 表示方法以ff表示 混凝土抗折强度 强度比较 受力情况 混凝土抗折强度 PP 混凝土的强度小结混凝土的强度小结 抗折强度 立方体抗压强度 轴心抗压强度 抗拉强度 温度相同 湿度相同 龄期相同 成型相同 试件不同 方法不同 结果不同 用途不同 表示不同 1，原材料因素 3，实验因素 2，生产工艺因素 1，原材料因素 5、影响抗压强度的因素 水泥强度、水灰比、外加剂和掺合料 骨料的种类、质量和数量 )( bceacu W C ff 1，原材料因素 )( bceacu W C

30、ff 1，原材料因素 回归系数回归系数碎石碎石卵石卵石 a0.460.48 b0.o70.33 gcecce ff , 例题例题 已知某砼所用水泥为32.5MPa P.O，实测强度36.4MPa， 水灰比为0.45，碎石。估算该混凝土28d的抗压强度值。 MPa0.36 )07.045.0/1(4.3646.0 )( bceacc W C ff 解题 回归系数回归系数碎石碎石卵石卵石 a0.460.48 b0.070.33 案例分析案例分析 题题 1.概况 某公司2000年兴建一栋二层工业厂房。该工 程二层梁、板混凝土设计强度等级为C20，使用的水泥 为42.5MPa普通硅酸盐水泥。该水泥由施

31、工方按规定三 次抽样送当地建筑工程质检部门检测其安定性，结果 均为合格。为加快施工进度，施工方在浇注二层梁、 板混凝土时添加了早强型减水剂，并分三次浇注完成 二层混凝土梁、板。2个月后，建筑工程质检部门检测 发现，一层混凝土柱、梁、板强度均达到设计要求， 而二层梁、板混凝土强度明显低于设计要求，省安全 质检中心利用沸煮法对混凝土芯样进行安定性试验后， 认为“该工程的混凝土所使用水泥含有不安定因素， 用该水泥对混凝土工程质量影响较大”。 1，原材料因素 3，实验因素 2，生产工艺因素 2，生产工艺因素 5、影响抗压强度的因素 1，原材料因素 2，生产工艺因素 3，实验因素 1，原材料因素 2，生

32、产工艺因素 A. 施工条件搅拌与振捣 B. 养护条件温度与湿度 C. 龄期 2，生产工艺因素 a f n f an lglg （其中a3，n3） 龄期龄期/d/dloglogf fi i/f /f28 28 3 30.48 0.48 0.33 0.33 7 70.85 0.85 0.58 0.58 14141.15 1.15 0.79 0.79 28281.45 1.45 1.00 1.00 3653652.56 2.56 1.77 1.77 365036503.56 3.56 2.46 2.46 36500365004.56 4.56 3.15 3.15 某混凝土试件在7天时测得抗压强度值分

33、别为25.4kN、26.1kN、24.8kN，试 件为边长100cm的立方体，预测其28天时的抗压强度。 例题例题 例题解答 MPaf2 .2495. 0 1 . 01 . 03 8 .241 .264 .25 1，有效区间为： 【25.4*0.85,25.4*1.15=21.59,29.21,三个数据均有效 该混凝土7d的平均强度为 2，28d强度为 MPa ff cucu 4 .41 854. 0 447. 1 2 .24 7lg 28lg 7,28, 1，原材料因素 3，实验因素 2，生产工艺因素 3，实验因素 5、影响抗压强度的因素 C 加荷速度 3，实验因素 D 试件尺寸 A 表面状

34、态 B 含水程度 D 试件尺寸 5、影响抗压强度的因素 试件尺寸 系数 100100100mm 0.95 150150150mm 1.00 200200200mm 1.05 试件尺寸换算系数 u水泥强度等级 和水灰比的影响 u骨料的影响 u养护温度及湿 度的影响 u龄期的影响 u外加剂掺合料 u施工方法影响 影响强度的因素 u采用高强度等级水 泥或早强型水泥 u使用减水剂，降低 水灰比 u采用级配良好的骨 料，使用掺合料 u采用机械搅拌和振 捣 u加强养护 提高强度的措施 课后作业 u完成引导文。 u课后题：三、3 普通混凝土力学性能试验方法标准 :GB/T 50081-2002 参考资料 四

35、 3、混凝土的碳化 1、混凝土的抗渗性 2、混凝土的抗冻性 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 5、碱骨料反应 DURABILITY of CONCRETE 5、混凝土的酸腐蚀 钢筋混凝土桥梁的侵蚀损毁 拆除前的西直门桥 一座桥何以只有二十年寿命？ 冰岛一港口 混凝土路面受盐冻剥落 碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝 Map Cracking 碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝 碱骨料反应引起的错位 硫酸盐侵蚀引起的大坝破坏 混凝土耐久性 混凝土材料在长期使用过程中，抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的 侵蚀和破坏，而保持其原有性能不变的能力。 混凝土构筑物的服役寿命 混凝土构筑

36、物受到其服役环境因素的侵蚀和破坏，导致其使用性能下降到最低设 计值时，所经历的时间(年)。 概 念 定义是混凝土抵抗压力随渗透的能力。它是决定砼耐久性最基本的因素。 表示方法 混凝土抗渗性用抗渗等级表示，共有P4、P6、P8、P10、P12五个等级。具有抗渗要 求的砼，试验要求的抗渗水压值应比设计值高0.2MPa，试验结果应符合： PtP/10+0.2 式中Pt 六个试件中四个未出现渗水的最大水压值，MPa； P 设计要求的抗渗等级值 1、混凝土的抗渗性抗水渗透 混凝土内部存在孔隙通道是其渗水的根本原因！ 孔隙通道包括： 混凝土中可蒸发水蒸发后留下的孔道； 拌合物泌水时在骨料和钢筋下方形成的水

37、囊与水膜； 混凝土各种原因引起的体积变形所产生的收缩裂缝； 混凝土在荷载作用下的变形 1、高孔隙率、低渗透性 4、多孔、高渗透性 3、多孔、低渗透性 2、低孔隙率、高渗透性 孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系 为什么会渗水 混凝土抗渗性的影响因混凝土抗渗性的影响因 素素 混凝土的配合比 水灰比 胶凝材料(水泥矿物外加剂)用量 浇注成型工艺 混凝土的搅拌 混凝土的震捣 养护条件 湿度 温度 龄期 工程实践证明： 采用适宜的原材料及良好的生产、浇筑与养护操 作，当水泥用量为300350Kg/m3、水灰比0.45 0.55，制备出28d抗压强度为3540MPa的混凝土， 在大多数环境条件下可以呈现足够低

38、的渗透性和良 好的耐久性能。 高渗透性高水灰比的水泥石 低水灰比的水泥石 低渗透性 水灰比是混凝土抗渗性的重要影 响因素！为什么？ 提高抗渗性的途径 降低w/c。 选择好的骨料级配。 充分振捣和养护。 掺用引气剂和优质粉煤灰掺合料。 1、混凝土的抗渗性 混凝土抗氯离子渗透性能可采用氯离子迁移系数（RCM 法）和电通量来表征，其等级划分应符合下列规定。 1、混凝土的抗渗性抗氯离子渗透 定义指砼在水饱和状态下，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。 抗冻性的表征 慢冻法慢冻法采用立方体试块，以龄期28d试件吸水饱和后承受反复冻融 循环(冻、融各4h)，与抗压强度下降25%，质量

39、损失5%所承受的最 大冻融循环次数表示。如D50、D100。 2、混凝土的抗冻性 快冻法快冻法采用100mm X 100mm X 400mm试件，以龄期28d试件吸水饱和后承受反复 冻融循环，一个循环在2 4 h内完成，以相对动弹性模量值60%，质量损失5% 所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。 提高抗冻性的主要措施。 降低混凝土水胶比，降低孔隙率。 掺加引气剂，保持含气量在4 5%。 提高混凝土强度。 2、混凝土的抗冻性 冻 害 什么引起冻害? 混凝土内部孔中的水结冰 水结冰使体积膨胀9%。 冻害破坏影响到水泥

40、石和骨料 冻害破坏的外观模式 剥落 龟裂、分层 构筑物的什么位置最易受损? 北方气候 混凝土路面、桥面板、挡土墙 混凝土的冻融破坏原因与模式混凝土的冻融破坏原因与模式 原因： 混凝土中大毛细孔里的水结冰时，体积大约要膨胀9 % 如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能引起开裂的压 力作用于孔缝的壁上，导致孔缝扩展和连接 反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断增多，并扩展 和连通，造成强度下降 破坏模式： 表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象 质量损失 强度、弹性模量下降 冻害造成D-型裂缝 路面受盐冻剥落 铁路桥梁的冻 害剥落破坏 铁路桥梁的冻害 剥落破坏 铁路桥梁的冻 害剥落破坏 提高混凝土抗冻

41、性的方提高混凝土抗冻性的方 法法 水泥石抗冻性： 低水灰比 保证混凝土良好的养护 引气剂 骨料的抗冻性 选用抗冻骨料 掺引气剂前 掺引气剂后可提高抗冻性 定义指空气中的CO2与水泥石中的水化产物在有水的条件下发生反应， 生成CaCO3和H2O。 混凝土碳化影响 使混凝土碱度降低，减弱对钢筋的保护。 引起砼收缩，易使砼表面产生微细裂纹，抗拉抗折强度下降。 水泥石中的水化产物分解。 3、混凝土的抗碳化性 影响碳化因素 CO2 浓度： CO2 浓度将加速碳化进行。 环境湿度：相对湿度在5075%时，碳化最快。 水泥品种和掺和料用量：熟料成分减少，掺和料用量增加，碳化加快。 混凝土密实度：水胶比W/B

42、低，碳化速度慢 3、混凝土的抗碳化性 4.1 什么导致混凝土硫酸盐侵蚀： 硫酸根离子与混凝土中水泥水化物之间的化学反应， 形成有害化合物，而导致混凝土组成和结构的破坏、强度 下降、表面剥离等。 4.2硫酸根离子的来源： 海水 有机物环境(垃圾、生活污水) 工业废料 土壤和地下水 水泥熟料 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 4.3劣化模式 体积膨胀 开裂 (从构件的边缘和角上开始) 表面剥落、质量损失 强度下降 外观劣化发白 4.4最易发生的部位 大坝 桥墩 地下基础 水工设施 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 受硫酸盐侵蚀的混凝土或砂浆试件外观劣化 4.5 侵蚀机理 钙矾石型 石膏型 碳硫硅钙石型 C-S

43、-H分解型 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 4.5.1侵蚀机理钙矾石型 外部硫酸根离子渗入水泥石中； 与单硫型硫铝酸钙、氢氧化钙、水反应形成钙矾石： C4AH18+2CH+3SO42+12H = C6A3H32 3C3A3CH+3SO42+29H C6A3H32 钙矾石体积膨胀产生拉应力 拉应力导致混凝土内部开裂破坏 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 钙矾石形成钙矾石形成 4.5.2侵蚀机理石膏型 化学反应： 硫酸根离子渗入混凝土中的水泥石内；与氢氧化钙CH反应，形成二水石 膏： CH + + H = CH2 石膏的形成导致强度降低，接着膨胀、开裂，将水泥石转变为糊状、 无胶结力的物质。 硫酸盐溶液中阳

44、离子(Na+ 、Mg2+ )的不同，可能将C-S-H凝胶转变 为石膏。 硫酸钠侵蚀: Na2SO4+CH+2H = CaSO4.2H2O+2NaOH 硫酸镁侵蚀：MgSO4+CH+2H = CaSO4.2H20+Mg(OH)2 3MgSO4+3C-S-H+18H = 3(CaSO4).2H2O +3Mg(OH)2 +2SiO2.H2O 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 4.5.3 侵蚀机理碳硫硅钙石型 硫酸根离子SO42侵入硬化混凝土中，在碳酸盐或CO32 或CO2的存在下，与C-S-H凝胶反应就形成碳硫硅钙石 ： 3Ca2+ SO42+ CO32+ C-S-H+12H2O Ca3Si(OH)6(C

45、O3) (SO4)12H2O 碳硫硅钙石是一种糊状、松软、毫无胶凝能力的物质,因 而能使水泥石变成糊状、无粘结力的物体，严重破坏混凝 土的结构，降低混凝土的强度。同时也会伴有膨胀性破坏， 但膨胀性破坏不是碳硫硅钙石导致的典型破坏。 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 最易发生的部位 低温环境下的结构物 潮湿环境下的结构物 地下基础 桥墩 隧道 碳硫硅钙石 4.5.4 侵蚀机理C-S-H分解型硫酸盐侵蚀 当硫酸盐溶液或含硫酸盐的地下水、污水作用于混凝土，将导致混凝土表 面水泥石中C-S-H凝胶分解成硅凝胶： 2CaOSiO21.17H2O + SO42 2.83H2O 2CaSO42H2O + SiO2

46、nH2O + OH 破坏C-S-H的胶凝结构，因而使水泥石丧失了粘结性，混凝土强度降低， 表面软化 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 4、6 抗硫酸盐等级 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 4、7如何阻止混凝土的硫酸盐侵蚀 提高混凝土的质量和抗渗性(减水剂) 限制水泥中 C3A 矿物含量5 中低热水泥 抗硫酸盐水泥 掺加火山灰质矿物外加剂 15% 偏高岭土 35% 磨细矿渣 6% 硅灰 20% 低钙粉煤灰 表面涂层保护 4、混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性受胶凝材料的组成、混凝土的密实度、孔隙结构特征与强度等 因素的影响。 4、混凝土的抗侵蚀性 由于混凝

47、土中硬化水泥浆体呈高碱性，没有任何硅酸盐水 泥混凝土可以耐酸腐蚀。但如果注意降低渗透性并且养护 良好，也能够生产出在弱酸环境中足够耐久的混凝土。 酸腐蚀机理： 加速溶蚀 Ca(OH)2 + 2H+ Ca2+ + 2H2O C-S-H 分解成硅凝胶： 3Cao2SiO23H2O + 6H+ 3Ca2+ 2(SiO23nH2O) +6H2O 破坏模式：表面溶蚀为主 5、混凝土的酸腐蚀 定义是指水泥、外加剂等混凝土碱性氧化物及环境中的碱与骨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的膨胀反应。 碱骨料反应破坏特征 开裂破坏特征一般发生在浇筑后两三年或更长时间；常呈现顺筋开裂和网状龟裂；裂缝

48、 边沿出现凹凸不平现象；越潮湿的部位反应越强烈，膨胀和开裂破坏越明显；常有透明、 淡黄色、褐色凝胶从裂缝处析处，其一旦发生不易修复。 6、碱骨料反应Alkali-Aggregate Reaction (AAR) 什么是碱骨料反应？ 最常见、最重要的反应是碱硅反应 (简称ASR)，它是骨料中所含的无定形硅与 孔隙里含碱(钠、钾、钙的氢氧化物)的溶液 反应，生成易于吸水膨胀的碱-硅凝胶，当 结构物暴露在潮湿环境中，混凝土体内相 对湿度超过85%时，就会出现膨胀，直到引 起混凝土开裂与破坏。 扫描电镜下的碱性反应凝胶 碱硅反应碱硅反应 (ASR)“混凝土的癌症混凝土的癌症” 碱硅反应是下列物质间的反

49、应 硅酸盐水泥中的碱金属离子 氢氧根离子 骨料中的硅成分 碱骨料反应的破坏形式？碱骨料反应的破坏形式？ ASR破坏形式 膨胀与开裂 Expansion and cracking 损失强度 Loss of strength 粘性碱硅物质的溢出 或渗出Pop-outs and exudation of viscous alkali-silicate fluid 发生的部位 湿环境 (大坝dams, 桥墩bridge piers, 海堤sea walls) 暴露环境Exposed environments (道路roads, 建筑物外部结 构building exteriors) 常见的碱骨料反应破

50、坏形式 AS 凝胶是膨胀的主体 吸附肿胀理论: 骨料周围形成的碱硅凝胶的吸水肿胀和混凝土孔中水的迁移受阻，因而产生 膨胀压。 渗透压理论 Osmotic pressure theory: 骨料周围形成的AS 凝胶是一个半透膜，它只允许一个方向流动：碱金属离子 和OH离子扩散进入骨料表面，但硅离子不能从骨料表面渗出，产生渗透压。 ASR ASR 膨胀机理膨胀机理 当膨胀压超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将开裂。 ASR ASR 膨胀机理膨胀机理 当裂缝到达混凝土构件表面，就产生“龟裂” “map cracking” . ASR ASR 膨胀机理膨胀机理 骨料界面过渡区 未受损的混凝土ASR损坏的混

51、凝土 ASR ASR 膨胀机理膨胀机理 碱硅凝胶碱硅凝胶(AR Gel) ASR 破坏实例破坏实例 ASR破坏的铁路 轨枕 ASR破坏的桥墩 ASR破坏的防护板， 并导致钢筋锈蚀破坏 ASR破坏的道路路面破坏的道路路面 碱碱骨料反应影响因素骨料反应影响因素 水泥或混凝土的含碱量 ； 活性氧化硅含量 ； 骨料粒径 ； 水分来源 ； 环境温度。 抑制抑制ASR的措施的措施 限制碱含量 低碱水泥 限制其它来源： l盐污染的骨料 l防止海水渗入 l化冰盐溶液渗入 混凝土中水泥用量 限制活性骨料 保持干燥 利用火山灰质矿物外加剂 25%低钙粉煤灰 40-50%)的矿渣 7-15%硅灰 7-15%天然火山

52、灰 引气剂 引入气泡缓解膨胀压力，减少有害膨胀 结构设计 限制水渗入(排水) 避免化冰盐的积累 提高密实度 表面质量 抑制碱骨料反应的措施 选择非活性骨料； 选择含碱量0.6的水泥； 掺加活性混合材，如：硅灰、粉煤灰等； 提高混凝土的密实性或阻止水分渗入。 抑制抑制ASR的措施的措施 七、提高混凝土耐久性的主要措施七、提高混凝土耐久性的主要措施 通过选用良好级配和粒形骨料； 通过降低水胶比和水泥浆量，增加矿物细粉掺合料与增加界 面的粘结力； 合理选择水泥品种； 通过降低水固比(W/S)0.08和使孔隙细致化以增加电阻系数 及降低毛细孔渗透性； 掺用引气剂；添加高效减水剂和添加低需水量比矿物掺合

53、料 以减少拌合水及水泥浆的用量； 限制单方混凝土中胶凝材料的最高用量； 通过控制混凝土组成材料中的氯离子含量、降低氯离子渗透 量和提高混凝土密实度以防止钢筋锈蚀； 加强混凝土质量的生成控制。 五 1. 混凝土强度波动原因混凝土强度波动原因 混凝土强度 混凝土组成与结构原料 制备工艺 骨料 水泥 掺合料 外加剂 水灰比 l 不同性质骨料颗粒的随机分布； l 水泥不同组份及其水化物的不均匀分布； l 掺合料颗粒也不能均匀分布； l 外加剂也不能均匀分布； l 不同局部水灰比有差异，导致气孔的分布、 l 大小以及水化物的形态、粒度在混凝土中的 l 分布不均匀； 一、混凝土的质量控制要点 工程中通常以

54、混凝土抗压强度作为评定和控制其质量的主要指 标。 2. 混凝土强度检验评定GB/T50107-2010 A、 2. 混凝土强度检验评定 A、 每组三个试件应取自同一盘或同一车。每组三个试件应取自同一盘或同一车。 检验评定混凝土强度用的试件，其标准成型方法、标准养护条件及强度试检验评定混凝土强度用的试件，其标准成型方法、标准养护条件及强度试 验方法，按照验方法，按照GB/T 50081GB/T 50081普通混凝土力学性能试验方法标准普通混凝土力学性能试验方法标准进行。进行。 采用蒸汽养护的构件，试件先随构件同条件养护，后标准养护，两段时间采用蒸汽养护的构件，试件先随构件同条件养护，后标准养护，

55、两段时间 总和等于设计规定的龄期。总和等于设计规定的龄期。 2. 混凝土强度检验评定 A、 2. 混凝土强度检验评定 B、统计方法 (1)采用统计方法应满足的条件：采用统计方法应满足的条件： 0, 7 . 0 kcuf fm cu 0,min, 7 . 0 kcucu ff kcucu ff ,min, 85. 0 kcucu ff ,min, 9 . 0 kcuff fSm cucu ,1 cu f S 21, kcucu ff ,2min, 2. 混凝土强度检验评定 B、统计方法 1014151920 1.151.050.95 0.900.85 cu f S 1 2 1 2 , n nmf

56、 S cu cu f n i icu f icu f , n cu f S 2. 混凝土强度检验评定 B、统计方法 kcuf fm cu ,3 kcucu ff ,4min, 2. 混凝土强度检验评定 B、统计方法 强度等级强度等级C60C60C60C60 331.151.151.101.10 440.950.95 0, 7 . 0 kcuf fm cu 0,min, 7 . 0 kcucu ff kcucu ff ,min, 85. 0 kcucu ff ,min, 9 . 0 kcuff fSm cucu ,1 kcucu ff ,2min, kcuf fm cu ,3 kcucu ff

57、,4min, 2. 混凝土强度检验评定小结 2. 混凝土强度检验评定小结 3. 混凝土强度检验评定示例 3. 混凝土强度检验评定示例 课后作业 u课后题三.5 u补充：某高层建筑，现浇混凝土强度等级为C30，做试 件11组（配合比基本一致）。试压强度代表值分别为 30.8MPa、 31.8MPa、 33.0MPa、 29.8MPa、 32.0MPa、 31.2MPa、34.0MPa、 29.0MPa、 31.5MPa、 32.3MPa、 28.8MP 求其算术平均值、标准差及变异系数？ 六 定义： 混凝土配合比：是指单位体积的混凝土中各组 成材料的 质量比例。 确定这种数量比例关系的工作,称为

58、混凝土配合 比设计。 混凝土配合比的表示方法: （1）相对用量表示法 （2)绝对用量表示法 52. 0:1 . 2:3 . 1:1:1 000 c wo c go c so m m m m m m 180kg:1240kg:620kg:330kg : wogosoco mmmm 配合比设计基本要求： 配合比设计当中三大参数配合比设计当中三大参数 1水胶比 水与胶凝材料的比例称为水胶比。 2砂率 砂子占砂石总量的百分率称为砂率。砂率对混合料和易性影响较大，如选择不 恰当，对混凝土强度和耐久性都有影响。应采用合理砂率。在保证和易性要求的条件下， 取较小值，同样有利于节约水泥。 3用水量 用水量是指

59、1m3混凝土拌合物中水的用量(kgm3)。 胶凝材料用量：混凝土中水泥用量和矿物掺合料用量之和。 初步配合比基准配合比试验配合比 施工配合比 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(JGJ55-2011)所规 定的步骤进行设计 强度调 整 和易性 调整 含水率 调整 强度保证率为95 %时的概率度 没有历史统计资料， 怎么办呢？ （1）确定试配强度（fcu,0） 1. 混凝土初步配合比设计计算 A、当混凝土的设计强度等级小于C60时， 配制强度应按下式计算： 22 cu,fcu 1 1 n i i fnm n n n30 对于强度等级不大于C30的混凝土：当计算 值不小于3.0M

60、Pa时，应按照计算结果取值； 当计算值小于3.0MPa时，应取3.0MPa。 对于强度等级大于C30且不大于C60的混凝土： 当计算值不小于4.0MPa时，应按照计算结 果取值；当计算值小于4.0MPa时，应取 4.0MPa。 （1）确定试配强度（fcu,0） B、当设计强度等级不小于C60时，配制强度应按下式计算 1. 混凝土初步配合比设计计算 cu,0cu,k 1.15ff （2）计算水胶比 （W/B） A、混凝土强度等级不大于C60等级时， 混凝土水胶比宜按下式计算： 1. 混凝土初步配合比设计计算 试验确定或查表： 碎石 卵石 a 0.53 0.49 b 0.20 0.13 fb胶凝材