土木工程材料混凝土第一讲

1、 混凝土混凝土1混凝土概述混凝土概述2普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料3新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性4硬化后混凝土强度硬化后混凝土强度5硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性6硬化混凝土的变形硬化混凝土的变形7普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计定义：定义： 混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。成的人造石材。建筑工程对混凝土质量的基本要求建筑工程对混凝土质量的基本要求： 具有符合设计要求的强度；具有与施工条件具有符合设计要求的强度；具有

2、与施工条件相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性。材料组成经济合理、生产制作节约能源。性。材料组成经济合理、生产制作节约能源。混凝土分类重砼 2800kg/m3普通砼 20002800kg/m3轻砼 1950kg/m3按密度分按抗压强度标准值分（fcu,k）低强度混凝土 20MPa中强度混凝土 2060MPa高强度混凝土 60MPa按施工工艺分按用途分1 普通混凝土的组成、结构、要求普通混凝土的组成、结构、要求组成：组成：是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。几个概念几个概念混凝土拌合物：硬化前的混凝土或称新拌混凝土。混凝

3、土拌合物：硬化前的混凝土或称新拌混凝土。水泥浆：水和水泥组成书泥浆。水泥浆：水和水泥组成书泥浆。水泥砂浆：水泥浆包裹在砂的表面，并填充在砂的空隙水泥砂浆：水泥浆包裹在砂的表面，并填充在砂的空隙 中中成为砂浆成为砂浆 水泥浆和砂浆在混凝土拌合物中分别起到润滑砂、石的作水泥浆和砂浆在混凝土拌合物中分别起到润滑砂、石的作用，使混凝土具有施工要求的流动性，并使混凝土成型密实。用，使混凝土具有施工要求的流动性，并使混凝土成型密实。骨料骨料通常所用的砂、石的强度高于水泥石的强度，因此在通常所用的砂、石的强度高于水泥石的强度，因此在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；主要限制混混凝土中，砂、石起骨架作用，

4、称为骨料；主要限制混凝土的干缩、减少水泥的用量和水化热、降低成本，并凝土的干缩、减少水泥的用量和水化热、降低成本，并提高混凝土的强度和耐久性的作用。提高混凝土的强度和耐久性的作用。骨料占混凝土总体积的骨料占混凝土总体积的70-80；水泥石：；水泥石：20-30，此外还有少量的气孔。，此外还有少量的气孔。混凝土的结构与性质：混凝土的强度混凝土的强度 混凝土的基本要求。 1. 水泥水泥水泥是混凝土中最重要的组分。水泥品种的选择，应当根据混凝水泥是混凝土中最重要的组分。水泥品种的选择，应当根据混凝土土工程性质与特点工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥结合各种

5、水泥特性特性进行合理的选择。进行合理的选择。 水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。经验证明，配制经验证明，配制C30以下的混凝土（中低强度），水泥强度等级以下的混凝土（中低强度），水泥强度等级为混凝土强度等级的为混凝土强度等级的1.52倍，配制高强度混凝土宜用高等级水倍，配制高强度混凝土宜用高等级水泥。泥。用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土时，较少的水泥用量用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土时，较少的水泥用量即可满足混凝土的强度，但水泥用量过少会严重影响混凝土拌合即可满足混凝土的强度，但水泥用量过少会严重影响混凝土拌合

6、物的和易性及混凝土的耐久性；用低强度等级水泥配制高强混凝物的和易性及混凝土的耐久性；用低强度等级水泥配制高强混凝土时，会因水灰比太小及水泥用量过大而影响混凝土拌合物的流土时，会因水灰比太小及水泥用量过大而影响混凝土拌合物的流动性，并会显著增加混凝土水化热和干缩。动性，并会显著增加混凝土水化热和干缩。2. 细骨料细骨料粒径小于粒径小于150-4.75m的岩石颗粒（砂）称为细骨料的岩石颗粒（砂）称为细骨料.混凝土用的细骨料有天然砂和人工砂。混凝土用的细骨料有天然砂和人工砂。 天然砂：河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。混凝土用砂的质天然砂：河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。混凝土用砂的质量技术要求分述如下。量技

7、术要求分述如下。2.1砂的粗细程度与颗粒级配砂的粗细程度与颗粒级配 砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒，混合在一起后砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同用量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积同用量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需

8、的水泥浆为因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。省。砂的颗粒级配，即表示砂中大小颗粒的搭配情况。在混凝砂的颗粒级配，即表示砂中大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。要减和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。因此，在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时因此，在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中

9、粒径砂考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实度与强度。可提高混凝土的密实度与强度。砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法，是用一套孔径（净尺寸）为筛分析的方法，是用一套孔径（净尺寸）为9.50、4

10、.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15的标准筛，将的标准筛，将500g的干的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得各筛余留在各个筛上砂试样由粗到细依次过筛，然后称得各筛余留在各个筛上的砂的重量，并计算出各筛上的分计筛余百分率的砂的重量，并计算出各筛上的分计筛余百分率ai及累计及累计筛余百分率筛余百分率i（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和）之和）。细度模数的计算公式为：细度模数的计算公式为：式中式中ai-分计筛余百分率，即该号筛的筛余量除以分计筛余百分率，即该号筛的筛余量除以试样总量；试样总量；i-累计筛余百分率，即该号筛与大于该号各筛

11、分计筛累计筛余百分率，即该号筛与大于该号各筛分计筛余百分率之和。余百分率之和。11654321005)(AAAAAAAMx细度模数（细度模数（x）愈大，表示砂愈粗，砂的细度模数范围）愈大，表示砂愈粗，砂的细度模数范围一般为一般为3.70.7，其中，其中x在在3.7 3.为粗砂，为粗砂，x在在.02.3为中砂为中砂，x在在2.21.6为细砂，为细砂，x在在1.50.7为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数一为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数一般般.在在2.2 3.2之间较为适宜。之间较为适宜。国家规范将细度模数为国家规范将细度模数为3.7 1.6的普通混凝土用砂，以的普通混凝土用砂，以0.60筛孔的

12、累计筛余量筛孔的累计筛余量分成三个级配区，如表分成三个级配区，如表6-2所示所示及图及图6-4所示。普通混凝土用砂的筛分曲线必须包容在三所示。普通混凝土用砂的筛分曲线必须包容在三个级配曲线区域中的任一个区域以内。个级配曲线区域中的任一个区域以内。图图4-14-1砂的砂的1 1、2 2、3 3级配区曲线级配区曲线 例例1某干砂某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配的细度模数并评定其级配筛孔尺寸（mm） 4.75 236 1.18 0.60 0.30 0.15 筛余量() 5 100 150 145 80 20 计算细度模数： 1165

13、4321005AAAAAAAMx）（ 43.31100510096805121）（ 根据细度模数，该砂属粗砂。 在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图 4-1。该曲线落在 区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。 注 x在 3.73.1 为粗砂， x在 3.02.3 为中砂， x在 2.21.6为细砂，x在 1.50.7 为特细砂。 砂按技术要求分为三类：砂按技术要求分为三类：I类宜用于强度等级类宜用于强度等级C60的混凝土的混凝土II类宜用于强度等级类宜用于强度等级C30C60的混凝土及有抗冻抗的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；渗或其他要求的混凝土；III类宜用于强度等级类宜用于强度等级

14、C30的混凝土和建筑砂浆的混凝土和建筑砂浆砂中不应含有活性氧化硅，因为砂中含有的活性氧砂中不应含有活性氧化硅，因为砂中含有的活性氧化硅，能与水泥中的碱分（化硅，能与水泥中的碱分（2及及2）起作）起作用，产生碱骨料反应，使混凝土发生膨胀开裂。用，产生碱骨料反应，使混凝土发生膨胀开裂。砂中有害杂质的含量砂中有害杂质的含量为保证混凝土的质量，砂中有害杂质的含量，应符合国家为保证混凝土的质量，砂中有害杂质的含量，应符合国家技术规范的规定见表所示。技术规范的规定见表所示。3.粗骨料粗骨料粒径大于粒径大于4.75的骨料为粗骨料（卵石和碎石）。对用于配的骨料为粗骨料（卵石和碎石）。对用于配制普通混凝土的卵石

15、和碎石有以下技术要求：制普通混凝土的卵石和碎石有以下技术要求：3.1最大粒径、颗粒级配最大粒径、颗粒级配 （1）石子最大粒径（）石子最大粒径（Dmax） 石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。石子石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强

16、度。减少提高混凝土的强度。然而石子最大粒径（然而石子最大粒径（Dmax）过大时，则由于骨料与水泥砂浆）过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。同时，最大粒径粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。同时，最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。根据我的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。根据我国钢筋混凝土施工规范规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得国钢筋混凝土施工规范规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面的短边长度的；不得大于钢筋最小大于结构物最小断面的短边长度的；不得大于钢筋最小净距的净距的 。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的

17、限制。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。（2）颗粒级配）颗粒级配粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试验采用筛粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试验采用筛分法测定，即用分法测定，即用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和和90等十二种孔径的圆孔筛进行等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。筛分。 石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连续级配是石石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级

18、配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的级配。离析现象。连续级配是工程上最常用的级配。 间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨料中某间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，混凝土混合凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大

19、，混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。物容易产生离析现象，导致施工困难。表表 4-3 卵卵石石或或碎碎石石的的颗颗粒粒级级配配范范围围（GB/T14685-2001） 累累计计筛筛余余（%） 筛筛孔孔尺尺寸寸（圆圆孔孔筛筛） （） 级级配配情情况况 公公称称 粒粒级级（） 2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.50 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90 510 95100 80100 015 0 516 95100 85100 3060 010 0 520 95100 90100 4080 010 0 525 95100 90100 3070 05

20、0 531.5 95100 90100 7090 1545 05 0 连连续续粒粒级级 540 95100 7090 3065 05 0 1020 95100 85100 015 0 1631.5 95100 85100 010 0 2040 95100 80100 010 0 31.563 95100 75100 4575 010 0 单单粒粒级级 4080 95100 70100 3060 010 0 3.2 粗骨料的强度及坚固性粗骨料的强度及坚固性（1）粗骨料的强度）粗骨料的强度粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒状石子的压碎指标粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒状石子的压碎指标来表示。来

21、表示。岩石立方强度试验，是用母岩制成岩石立方强度试验，是用母岩制成555 立方体，或立方体，或直径与高度均为直径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡水中，待吸的圆柱体试样，浸泡水中，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于土强度等级之比，不应低于1.5。压碎指标是将一定重量气干状态下压碎指标是将一定重量气干状态下1020的石子装的石子装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到 200，卸荷后称取试样质量（，卸荷后称取试样质量（0），再用孔径为），再用孔径为2.36的

22、筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1），用下式计算压碎指标：），用下式计算压碎指标：式中式中a-压碎指标值，压碎指标值，%；0-试样质量，试样质量，g；m1-压碎试验后试样的筛余量，压碎试验后试样的筛余量，g。压碎指标值越小，骨料的强度越高。压碎指标值越小，骨料的强度越高。%100010mmma （2）骨料的坚固性）骨料的坚固性骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验，试样经

23、五次干湿循环后，其验是用硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过规范的规定。质量损失应不超过规范的规定。3.3有害杂质有害杂质粗骨料中的有害杂质主要有：粘土、淤泥及细屑；硫酸盐及粗骨料中的有害杂质主要有：粘土、淤泥及细屑；硫酸盐及硫化物；有机物质；蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗硫化物；有机物质；蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒等。它们的危害作用与在细骨料中相同。各种有害杂质的粒等。它们的危害作用与在细骨料中相同。各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定。含量都不应超出规范的规定。粗骨料中的针状（颗粒长轴长度大于平均粒径的倍）粗骨料中的针状（颗粒长轴长度大于平均粒径的倍）和片状（厚度小于平均粒径的和片状（厚度小于平均粒径的0.4倍）颗粒，不仅影响混凝倍）颗粒，不仅影响混凝土的和易性，而且会使混