第五章混凝土1

1、第五章 混凝土5.1 5.1 混凝土概述混凝土概述一、一、混凝土的定义混凝土的定义 由胶凝材料、骨料、水以及必要时掺入的外加剂和矿物掺合材，按适当比例配合拌制成拌合物，经均匀搅拌，密实成型和养护硬化而成的人造石材。二、混凝土的分类二、混凝土的分类 （一）按干表观密度分 重砼重砼 2600kg/m2600kg/m3 3普通砼普通砼 19501950kg/m3 2500kg/m2500kg/m3 3轻砼轻砼 1950kg/m1950kg/m3 3 v（二）按所用胶凝材料分类 水泥砼、沥青砼、聚合物砼、聚合物水泥砼、石膏砼和硅酸盐砼等。v(三)按表观密度分 重砼（2600kg/m3）、普通砼(200

2、02600kg/m3)、轻砼(3.7的砂过粗，配成的砼其拌合物和易性不易控制，且内摩擦大，不易振捣成型。 4.75mm 1.分类 碎石（岩石破碎，筛分而得） 卵石（多为自然形成的河卵石经筛分而得） 2.技术要求 （1）有害杂质含量（需做碱骨料活性检验） 碱骨料反应：水泥中碱性氧化物（Na2O、K2O）水解后形成的碱与骨料中的活性SiO2之间的发声反应，在骨料表面生成碱-硅酸凝胶（Na2SiO3）,并从周围介质中吸收水分而膨胀(约增大3倍以上)导致砼开裂破坏的反应。 严禁混入白云石货石灰石块等有害物质，以免过火石灰引起砼的膨胀开裂。（2）粗骨料的颗粒形状和表面特征针状颗粒：长度大于该颗粒所属平均

3、粒径2.4倍的。片状颗粒：厚度小于该颗粒所属平均粒径0.4倍的。 表面越粗糙、棱角越多、与水泥粘结强度越好；针、片状颗粒过多，会使砼强度降低，一般针、片状颗粒含量不宜大于10%。 b.最大粒径取决于砼的水泥用量 min结构截面尺寸； 钢筋间距min净距； 砼实心板， h板且不得超过40mm； （3）颗粒级配与最大粒径a.粗骨料最大粒径（4.7540mm）:粗骨料公称粒级的上限。c.粗骨料颗粒级配 粗骨料的颗粒级配按供应情况分连续级和单粒级。P78表5-9143413d、粗骨料强度岩石抗压强度:压碎指标值:压碎指标越小，抗压碎能力越强 将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50

4、mm的圆柱体试件，在水中浸泡48h以后，取出擦干表面水分，测得其在饱和水状态下的抗压强度值。 1 .5f饱 水砼 强 度 等 级01* 1 0 0 %ammd-=0me、骨料的坚固性 定义：指骨料在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破坏的能力，也即指砂的耐久性。 骨料采用Na2SO4溶液法进行试验，计算总质量损失百分率；人工砂采用压碎指标值来判断骨料的坚固性。（四）砼拌合及养护用水v1、按水源分：饮用水、地表水、地下水、海水及经适当处理or处置的工业废水。v2、质量要求：v （1）不得影响砼的和易性及凝结；v （2）不得有损于砼强度发展；v （3）不得降低砼的耐久性，加快钢筋腐 蚀及

5、导致预应力钢筋脆断；v （4）不得污染砼表面三、外加剂v1、定义：在混凝土生产过程掺入，用来改善混凝土性能，掺入不超过水泥质量5。 v2、分类：v （1）改变新拌混凝土流变性能的外加剂，如引气剂、泵送剂、减水剂。 （2）改变混凝土空气（或其他气体）含量的外加剂，如引气剂、加气剂等； （3）调节混凝土凝结硬化速度的外加剂，如缓凝剂、速凝剂、早强剂等； （4）改善混凝土其他性能的外加剂，如着色剂、膨胀剂、防冻剂、阻锈剂等。 3、常用混凝土外加剂v（1）减水剂（表面活性剂）：在新拌混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少其用水量的外加剂。v（2）减水剂的分子结构和特性表面活性剂分子的吸附定向排列减水

6、剂的分子结构（3）减水剂的作用机理 a、吸附-分散作用b、润滑塑化作用(4)减水剂的技术经济效果 提高混凝土流动性。在混凝土原配比保持不变的情况下，掺加减水剂后可改变其新拌混凝土的稠度（增大坍落度或减小维勃稠度），从而提高其流动性，且不影响混凝土的强度。 提高混凝土强度。在保持新拌混凝土流动性和水泥用量不变的条件下，掺加减水剂后可减少部分拌合用水量，降低混凝土的实际水灰比，从而提高其强度和耐久性。 节约水泥。在保持新拌混凝土流动性及硬化混凝土强度不变的条件下，可以在减少拌合用水量的同时，相应减少水泥用量（维持水灰比不变），从而节省水泥并改善某些性能。(6)引气剂 定义：引气剂是在混凝土搅拌过程

7、中能引入大量均匀分布且稳定而封闭小气泡的外加剂。 引气剂属于憎水性表面活性剂，其活性作用主要发生在水-气界面上。 掺入引气剂后，混凝土中产生的气泡大小均匀，直径在201000m之间，大多在200m以下。 引气剂对混凝土性能的影响 a.有效改善新拌混凝土的和易性。提高了新拌混凝土的流动性。使新拌混凝土的泌水率显著降低，粘聚性和保水性明显改善。b.显著提高混凝土的杭渗性和杭冻性。c.变形能力增大，但强度有所降低。 通常，混凝土中含气量每增加1，其抗压强度可降低46，抗折强度可降低23。为防止混凝土强度的显著下降，应严格控制引气剂的掺量，以保证混凝土的含气量不致过大。 抗冻融性要求高的混凝土，必须掺

8、用引气剂，其掺量应根据混凝土的含气量要求，通过试验确定。(7)早强剂 能显著加速混凝土早期强度发展且对后期强度无显著影响的外加剂。常用品种早强剂的作用机理 a.氯化钙。CaCl2与水泥浆中的水化C3A反应，生成几乎不溶于水的水化氯铝酸钙(3Ca0Al2033CaC1232H20)，并与水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成溶解度极小的氧氯化钙(CaCl23Ca(OH)212H2O)。Ca(OH)2浓度的降低，又促进了C3S的进一步水化。由于这些反应的综合作用，使混凝土硬化加快，早期强度显著提高。b.硫酸钠。它可迅速与水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成呈高度分散状态的CaS042H20,它又很快

9、与C3A的水化物反应迅速生成难溶于水的水化硫铝酸钙（钙矾石）。c.三乙醉胺。三乙醇胺是一种催化剂。 (8)缓凝剂 加入混凝土中后能延长其凝结时间而不显著降低其后期强度的外加剂称为缓凝剂。目前土木工程中较常用的缓凝剂主要有糖类、无机盐类、羟基羧酸及其盐类和木质素磺酸盐类等，主要品种有糖蜜、木质素磺酸盐及柠檬酸等。 有机类缓凝剂多为表面活性剂，掺入混凝土中，能吸附在水泥颗粒表面，并使其表面的亲水膜带有同性电荷，从而使水泥颗粒相互排斥，阻碍了水泥水化产物的凝聚。 无机类缓凝剂往往是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的正常水化起阻碍作用，从而导致缓凝。 (9)防冻剂v 在规定温度下，能显著降

10、低混凝土冰点，使砼液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定时间内获得预期强度的外加剂。v 我国的防冻剂适用于0-15。C的气温，e.g.NaCl2.v砼硬化前称砼拌合物、拌和物or混合物v一、砼拌合物的和易性v 1、和易性：指砼拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。v 内容：稠度（流动性）、粘聚性、保水性5.3 新拌混凝土的和易性 离析是指拌合物各组分分离造成不均匀及失去流动性的现象。对于流动性较大的混凝土拌合物，因各组分粒度及密度不同，易引起砂浆与石子间的分层离析现象。对于硬性或少砂的混凝土拌合物，若装卸及浇注方法不当，也会发生离析现象。

11、 泌水是指拌合水按不同方式从拌合物中分离出来的现象。 无论是离析，还是泌水对硬化后混凝土的强度和耐久性都将有很大的影响。 2 、 混凝土拌合物和易性的测定方法 根据普通混凝土拌合物性能试验方法GBJ8085）规定，混凝土拌合物的稠度可采用坍落度法和维勃稠度法测定。 由于和易性是一项综合的技术性制，因此很难找到一种能全面反映拌合物和易性的测定方法。通常以测定流动性（即稠度）为主，而对粘聚性和保水性主要通过观察进行评定。（1） 坍落度试验 坍落度法适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度值大于10mm的塑性和流动性混凝土拌合物稠度测定。（坍落度大，则流动性大） 坍落度试验（2） 维勃稠度法 维勃稠

12、度法适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度在530s之间的混凝土拌合物稠度的测定。维勃稠度值（S）越小，则拌合物流动性越好维勃稠度试验3、坍落度的选择v（1）构件截面尺寸较小or钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些；v（2）构件截面尺寸较大or钢筋较疏，或采用振捣器振捣时，坍落度可选择小些；二、 影响混凝土和易性的因素1、 水泥浆量及水灰比 在水灰比w/c不变的情况下， 水泥浆 ，T ,流动性 ； 水泥浆 , T ,流动性 。 T砼按坍落度的分级P86表5-142、 水泥浆的稠度 水泥用量不变情况下， w ,w/c ，水泥浆稠度 ，T ,流动性 ； w ,w/c ，水泥浆稠度 ，T

13、 ,流动性 ； w (过少)，w/c ，T ，流动性过低，施工困难，不能保证砼密实度。 3、 砂率 砂率是指砂用量占砂、石总用量的质量百分比。 砂率过大：总表面积及空隙率增大，混凝土混合物就显得干稠，水泥浆的润滑作用 ，砼拌合物的流动性 。如要保持一定的流动性，则要多加水泥浆，耗费水泥。 砂率过小：不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层，也会降低砼拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易造成离析（粗细骨料分离）、流浆等现象。 * 100%SPSGS=+（砂用量）（石子用量）工程中选择砂率应考虑的因素： 石子的最大粒径、级配、砂的细度模数、水灰比、流动性要求、外加剂种类。砂率合理：在用水量

14、及水泥用量一定的情况下，能使砼拌合物获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性。 对于泵送砼则可获得良好的可泵性，在W/C一定的条件下，水泥用量最少，经济效益最高。砂率对混凝土坍落度的影响4、 水泥品种及细度、骨料的性质 水泥品种和细度会影响所拌制砼拌合物的和易性。 e.g.用矿渣水泥和火山灰水泥时，拌合物的坍落度较普通水泥小，泌水（砼在运输、振捣、泵送的过程中出现粗骨料下沉，水分上浮的现象）性增加。 流动性：卵石配置的比碎石好，河砂配置的比山砂好。 骨料级配好的砼流动性较大，粘聚性和保水性也较好。 粗骨料表面状态不同对混凝土和易性的影响：卵石卵石碎石碎石5、 外加剂 可改善水泥拌合物的和易

15、性。（略，详见外加剂）6.时间和温度 时间 流动 （坍落度损失） 气温 T 流动性 （温度 1。C坍落度下降0.4cm） 夏季施工时一定要充分考虑由于温度的升高而引起的坍落度降低，泵送砼要考虑泵送时间。7.搅拌条件 强制式搅拌机比用自落式搅拌机拌合效果好，适当的延长搅拌时间也可提高拌合物的和易性，但时间过长，部分水泥水化又使流动性降低。v自落式搅拌机v强制式搅拌机三、改善和易性的措施v1、尽可能降低砂率，采用合理砂率。v 2、改善砂、石（尤其是石子）的级配。v3、在满足和易性的条件下，尽量采用较粗的砂、石。v4、在坍落度过低时，保持w/c不变，适当w和c，or加入外加剂。v5、当坍落度过高但粘

16、聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石。v6、改进施工工艺。四、砼混合物的凝结时间v水泥的水化反应是砼产生凝结的主要原因，但砼的凝结时间与配置该砼所用水泥的凝结时间不一致。w/c ,t 。5.4 硬化后混凝土的强度 一、砼受力变形及破坏过程 外力 变形 裂缝 破坏 二、立方体抗压强度（fcu） 标准试件：150*150*150的立方体试件， 标准养护条件：温度士3，相对湿度95以上），养护至28龄期。标准试块强度换算系数(GB/T 500812002) 试件尺寸(mm )骨料最大粒径(mm)强度换算系数 100100100150150150200200200 31.54063 0.9511

17、.05混凝土立方体抗压标准强度压力机压板对试块的约束作用试块破坏后残存的棱椎体三、砼立方体抗压强度标准值：fcuv标准试件、标准方法、标准条件、标准龄期所测得的强度值。v 一组试验，三个试块，测得的三个fcu 然后取其平均值，但这要求两端的fcu 不得与中间的fcu 相差超过15%,否则去掉重测。v砼强度等级用C表示，可分为14等级： C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80抗压试验四、轴心抗压强度fcp 混凝土的强度等级只是评价混凝土力学性能的依据，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，

18、计算轴心受压构件（如柱子）时都采用轴心抗压强度作为标准试件，测定其标准28天的抗压强度值。 标准试件：150*150*300mm棱柱体，也可用非标准试件，但高宽比应在23的范围里。 fcu =1055MPa内时，fcu cu ：fcp=0.70 0.80Cement Concrete轴心抗压强度试验示意图五、砼抗拉强度 f拉/f压=1/101/20,一般不依靠砼承受结构的拉力 砼强度 ，f拉/f压 f轴拉/f劈拉= 0.80.9 st2f0.637FFAAp=砼轴心抗拉强度试验砼劈裂抗拉强度试验 =弯曲抗拉试验六、 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素 1、 水泥强度等级和水灰比 w/c

19、,fcu ; w/c , fcu ; w/c ,无法保证成型密实，fcu 。 w/c一定时，相同工艺和养护条件下，fce ，有 fcu2、强度 混凝土强度经验公式（鲍罗米公式）： 式中：fcu，28混凝土28d抗压强度； fce水泥28d抗压强度实测值。 经验系数： 碎石 =0.46; =0.07 卵石 =0.48; =0.33注：配置高强砼时，应选用最大粒径较小的粗骨料。, 2 8cuacebcffwaa骣=-桫a cecuab cewfcffaa a=+,abaaaaaababa3、外加剂和掺合 龄期指混凝土在正常养护条件下所经历的时间，最初的714d发展较快，28d以后增长缓慢 。公式应

20、用条件： 。 标准养护 中等强度等级的混凝土28lglg28nffn1428抗压强度龄期/d4、龄期5、养护的温、湿度4382113龄期抗压强度031421287 养护温度对混凝土强度的影响湿度的影响6、试验条件v试件的尺寸、形状、表面状况和加荷速度均影响砼强度测试。v（1）试件尺寸加大偏低v（2）试件高宽比加大偏低v（3）试件承压面越粗糙偏低v（4）试件受压表面加润滑剂偏低（环箍效应减弱）v（5）加荷速度加快偏高提高混凝土强度的措施1、高标号的水泥和快硬早强水泥2、干硬性混凝土3、湿热处理 蒸汽养护：将混凝土放在温度低于100常压蒸汽中进行养护。一般1620h。 蒸压养护：将混凝土构件放在1

21、25及8atm的压蒸锅内进行养护。4、采用机械搅拌和振捣5、掺外加剂、掺合料4.8 普通混凝土配合比设计 P113一、砼配合比 指砼中各组成材料数量之间的比例关系。 表示方法： 1、每1m3砼中各组成材料的质量表示。 e.g. C=320kg, W=160kg, S=704kg, G=1216kg 2、各组成材料相互间质量比表示（以水泥质量为1） C:S:G=1:2.2:3.8 w/c=0.5二、混凝土配合比设计的四项基本要求：v1.满足强度等级要求；v2.满足所要求的和易性；v3.满足工程耐久性的要求；v4.符合经济原则.三、混凝土配合比设计内涵：三个参数 1、水灰比w/c：满足强度和耐久性

22、的前提下，取较大值。 2、单位体积（1m3）用水量w：达到流动性要求的前提下，取较小值。 3、砂率Sp： 保证粘聚性前提下，取较小值。四、配合比设计的方法与原理v1、绝对体积法假定砼拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和砼拌合物种所含空气的体积之和（1m3） :砼含气量百分数，在不使用引气剂外加剂时， 可取1。0.011GSwccGSWarrrr+=aa2、假设表观密度法v根据经验，若原材料情况比较稳定，所配制的砼拌合物的表观密度将接近一个固定值，这就可先假设一个砼拌合物表观密度的估计值 （g/cm3）v 1* =C+G+S+Wv以上两种方法，均结合已知砂率可求出粗细骨料用量，据所得的水、水泥、

23、砂和石子用量，得初步配合比，供试配用。 0r设0r设*100%PSSSG=+初步配合比基准配合比实验室配合比施工配合比五、 普通混凝土配合比设计的方法和步骤有关资料的准备工作： a.砼的强度等级 b.砼耐久性要求 c.各种原材料的品种及其物理力学性质1.1.确定配制强度(fcu,t)（一）初步配合比的确定645. 1,kcutcuff式中式中 为砼强度等级标准差，采用至少为砼强度等级标准差，采用至少2525组试件的组试件的无偏估计值。（无偏估计值。（p117p117表表5-345-34）s22,41nc uc uiifnfns=-=-2.确定水灰比值(W/C) )查表5-19复核耐久性，若计算

24、所得的水灰比大于规定的最大水灰比时，应取规定的最大水灰比。,60wacecu oabceCfcffaaa=+当 砼 强 度 等 级 小 于时 ，3.3.确定单位用水量确定单位用水量(W(Wo o) ) 水灰比在0.40.8之间时，根据施工要求的坍落度值和已知的粗骨料种类及最大粒径，通过查表选取单位用水量。P118表5-365-37。|注：本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，每立方米混凝土注：本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加用水量可增加510，采用粗砂则可减少，采用粗砂则可减少510。| 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。0(1)awwb=-4.4.计算混凝土的单位水泥用量(Co) 查表5-19复核耐久性，若计算结果小于规定的最小水