土木工程材料 混凝土

4.混凝土道路大桥港口隧道机场大坝电视塔TVsignaltower

20世纪：20thcentury

使用量最大的人造建筑材料Thelargestquantityofartificialbuildingmaterial

21世纪：21thcentury

最主要的建筑结构材料Theprimarystructuralbuildingmaterial4.1混凝土概述1.定义：混凝土是由胶结材料将天然的(或人工的)骨料胶结在一起,形成坚硬的整体,并具有强度和其他性能的复合材料。2.混凝土分类：混凝土种类很多,分别根据胶凝材料、表观密度、施工工艺、用途、掺合料、强度等进行分类

〔1〕.按胶凝材料分：①.水泥混凝土、②.沥青混凝土、③.硅酸盐混凝土、④.聚合物混凝土、⑤.聚合物浸渍混凝土、⑥.聚合物水泥混凝土、⑦.水玻璃混凝土、⑧.石膏混凝土、⑨.硫磺混凝土等多种。使用最多的是水泥混凝土，它是当今世界上使用最广泛、使用量最大的结构材料。(2).按表观密度分按密度分重砼＞2600kg/m3普通砼1950～2500kg/m3轻砼＜1950kg/m3

低强度混凝土＜20MPa中强度混凝土20～60MPa高强度混凝土≥60MPa(3)按抗压强度标准值分〔fcu,k〕普通混凝土(ｆｃｕ＜60MPa)高强混凝土(60MPa<ｆｃｕ<100MPa)超高强混凝土(ｆｃｕ＞100MPa)〔4〕.按生产和施工方法分类①.泵送混凝土、②.喷射混凝上、③.真空脱水混凝土、④.造壳混凝土(裹砂混凝土)、⑤.碾压混凝土、⑥.压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、〔5〕.按混凝土用途可分为：①.防水混凝土；②.耐酸混凝土；③.装饰混凝土；④.耐火混凝土；⑤.水下浇筑混凝土等多种

〔6〕.按每立方米水泥用量又分：①.贫混凝土(水泥用量≯170kg)②.富混凝土(水泥用量≮230kg)等。

3.混凝土特点〔1〕.优点：①.材料〔砂、石占80%〕来源丰富、本钱低；②.在凝结前具有良好的可塑性，按工程结构的要求，浇注成各种形状和任意尺寸的整体结构或预制构件；③.硬化后有高的力学强度和良好的耐久性；④.与钢筋有牢固的粘结力，制作钢筋混凝土，能互补优缺，扩大使用范围；⑤.根据不同要求配置不同性能的混凝土；⑥.利用工业废料作组成材料，有利环保。〔2〕.缺点：①.自重大，比强度小；②.抗拉强度低，一般为抗压强的1/10~1/20，易开裂；③.硬化速度慢，生产周期长；④.强度波动因素多等。4.混凝土开展史上的几次革命①.钢筋混凝土的出现②.预应力钢筋混凝土的应用③.化学外加剂的使用④.矿物外加剂(混合材、掺合料)使用组成材料：主要是水泥、水、细骨料和粗骨料，有时包括适量的外加剂〔第五组分〕和掺合料〔第六组分〕。各组成材料的作用：①.砂、石对混凝土-------起骨架作用；②.水泥和水——组成水泥浆，包裹在骨料的外表并填充在骨料的空隙中。在混凝土拌合物中，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；在混凝土硬化后起胶结作用，把砂、石骨料胶结成为整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石。4.2.普通混凝土的组成材料混凝土组织结构示意图

4.2.1.水泥水泥是混凝土中很重要的组分，需合理选用，水泥的合理的选用包括两个方面：4.2.1.1.水泥品种的选择：根据工程性质与特点、工程所处环境及施工条件，依据各种水泥的特性，合理选择。4.2.1.2.水泥标号的选择：①.水泥标号的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原那么上是高配高；②.经验证明：对于普通混凝土：以水泥强度等级标准值为混凝土等级标准值的1.5~2.0倍为宜；对于高强混凝土，以0.9~1.5倍为宜。③.如低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，会怎样？如用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，又会怎样？综合考虑强度、耐久性4.2.2.骨料1.骨料——混凝土中的骨架材料；2.骨料的类型：按粒径大小分为两种，

(1).粗骨料－－粒径大于5mm；粗骨料有碎石和卵石两种。(2).细骨料－－粒径小于5mm。一般为天然砂。按成因分①.河砂、②.海砂③.山砂。粗骨料------石子①.骨料质量的优劣，将决定混凝土质量：因粗、细骨料的总体积一般占混凝土体积的60％一80％，会直接影响混凝土各项性质的好坏。②.骨料质量要求：我国在?普通混凝土用砂质量标准及检验方法?JGJ52—92和?普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法?JGJ53—92这两个行业标准中，对砂、石提出了明确的技术质量要求。3.骨料在砼中作用与质量要求4.2.2.1.泥和泥块含量含泥量--骨料中粒径小于0.08mm颗粒的含量。泥质------影响胶结能力。泥块-----易成薄弱局部，对混凝土的质量影响更大。4.2.2.2.有害物质含量要求：砂中不宜混有泥块、草根、树叶、树枝、塑料、煤渣等杂物，且砂中云母、硫化物、硫酸盐、氯盐和有机质等的含量应符合规定；项目质量指标≥C30＜C30含泥量（按质量计%）≤3.0≤5.0泥块含量（按质量计%）≤1.0≤2.0云母含量（按质量计%）≤2.0轻物质含量（按质量计%）≤1.0硫化物和硫酸盐含量折算为SO3

（按质量计%）≤1.0有机物含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色，如深于标准色，应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比≥0.95混凝土所处环境条件循环后的质量损失（%）在严寒及寒冷地区室外使用并经常处于潮湿或干燥交替状态下的混凝土≤8其他条件下使用的混凝土≤10表征：用硫酸钠溶液检验，砂样经5次循环后其质量损失。应符合下表规定：

4.2.2.3.巩固性4.2.2.4.碱活性骨料中假设含有活性氧化硅，会与水泥中的碱发生碱—骨料反响，产生膨胀并导致混凝土开裂。因此，当用于重要工程或对骨料有疑心时，须按标准规定，需对骨料进行碱活性检验。4.2.2.5.级配和粗细程度砂的级配和粗细程度的概念：①.砂的颗粒级配：指不同大小颗粒和数量比例的砂子的组合或搭配〔骨料中不同粒径颗粒的分布〕情况〔见插图〕。不同级配的骨料对混凝土的影响a.假设骨料的粒径为同一尺寸范围内，那么会怎样？b.假设骨料的粒径为两种尺寸范围内，空隙率怎样？c.假设骨料的粒径多种的尺寸范围内，那么空隙怎样？由此可见．只有适宜的骨料粒径分布，才能到达良好级配的要求。良好的级配可提高混凝土的密实度、强度及其它性能。②.砂的粗细程度：是指不同粒径的砂粒，混合在一起的平均〔总体砂〕的粗细程度；通常分为粗砂、中砂、细砂和特细砂。骨料的粗细程度对混凝土影响：a.相同重量的骨料，粒径小，总外表积大；粒径大，总外表积小，因而大粒径的骨料所需包裹其外表的水泥浆量就怎样？b.相同的水泥浆量，包裹在大粒径骨料外表的水泥浆层就怎样？骨料间的摩擦此时是增大还是减小？砂、石的颗粒级配和粗细程度的技术性质〔１〕、砂的颗粒级配和粗细程度砂的颗粒级配和粗细程度测定方法：①.常用筛分析的方法进行测定；a.用级配区表示砂的级配；b.用细度模数表示砂的粗细。②.砂的筛分析具体方法：a.用一套孔径〔净尺寸〕为5.00、2.50、1.25、0.63、0.315、0.160〔mm〕的6个标准筛，将500g干砂试样由粗到细依次过筛，b.称量余留在各筛上的砂量，并计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6〔各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率〕及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6〔各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和〕见下表：==+=++=+++=++++=++++分计筛余与累计筛余的关系任意一组累计筛余〔A1～A6)那么表征了一个级配。如何理解？Ａ１组－－这个级配有什么特点？③.砂的级配分区a.分区规定：(标准规定)砂按0.630mm筛孔的累计筛余百分率计，分成三个级配区；b.以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，根据表4．5的规定数值可以画出砂的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级配区上下限的筛分曲线。孔径（mm）累计筛余百分率（%）Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区10.00005.0010~010~010~02.5035~525~515~01.2565~3550~1025~00.6385~7170~4140~160.31595~8092~7085~550.16100~90100~90100~90砂的颗粒级配区④.级配分区的应用：a.配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂；

当采用Ⅰ区砂时．应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；为什么？当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。为什么？⑤.砂的粗细程度表示方法a.粗细程度用细度模数〔Mx〕表示，公式为：

＝b.细度模数的工程意义细度模数越大，表示砂越粗，如在3.7~3.1为粗砂、3.0~2.3为中砂、2.2~1.6为细砂、1.5~0.7为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数为3.7~1.6，〔２〕.石子的颗粒级配和最大粒径①.最大粒径：

粗骨料中粒级的上限称为该骨料的最大粒径，一般不超过40mm。②.不同粒径对混凝土的影响：

a.当骨料粒径增大时，可节约水泥，故条件许可时，粗骨料最大粒径应尽量用得大些。但过大有可能造成混凝土强度下降。b.标准规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过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；c.对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1／2，且不得超过50mm；d.对于泵送混凝土，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。.③.粗骨料的类型有卵石〔砾石〕和碎石，5mm<粒径<50mm；卵石----河卵石、海卵石和山卵石等，碎石----碎卵石和普通碎石，碎石1碎石2项目质量指标≥C30＜C30含泥量（按质量计%）≤1.0≤2.0泥块含量（按质量计%）≤0.50≤0.7硫化物和硫酸盐含量折算为ＳＯ3（按质量计%）≤1.0卵石中有机物含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色，如深于标准色，则应配置成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比≥0.95针、片状颗粒含量（按质量计%）≤15≤25粗骨料的质量要求4.2.2.6.颗粒形状及外表特征〔1〕.颗粒形状：理想-----三维长度相等或相近的球形或立方体形颗粒，否那么影响混凝土性能；〔2〕.针片状颗粒〔主要是对粗骨料而言〕是指长度大于平均粒径2.4倍；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍；这类颗粒过多，不仅会受力时易折断，且增加骨料的空隙。〔3〕.骨料外表特征：是指骨料外表的粗糙程度及孔隙特征。4.2.2.7.强度〔1〕.强度----主要指粗骨料的强度，粗骨料必须致密且有足够的强度。〔2〕.强度表示方法：碎石用抗压强度和压碎指标值表示，卵石用压碎指标值表示。①.岩石的抗压强度：将母岩制成5cm的立方体〔或圆柱体〕试件，在饱和水状态下，测定极限抗压强度值；火成岩强度≮80Mpa，抗压强度：变质岩≮60Mpa，水成岩≮45Mpa。②.岩石和卵石的压碎指标值测定：a.测定方法：

将一定质量的气干状态下10~20mm的石子装入一标准圆筒内，放在压力机上在3~5min内均匀加荷达200kN，卸荷后称取试样质量m1，然后用孔径为2.5mm的筛筛除被压碎的细粒，再称出剩余在筛上的试样质量，按下式计算压碎指标值δa：b.压碎指标意义：压碎指标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强。〔3〕碎石抗压强度只在混凝土强度等级大于或等于C60时才检验，其它情况如有疑心或必要时也可进行抗压强度检验。碎石和卵石的压碎指标

应符合下表规定岩石品种混凝土强度等级压碎值指标（%）水成岩C55~C40≤C35≤10≤16变质岩或深成的火成岩C55~C40≤C35≤12≤20火成岩C55~C40≤C35≤13≤30卵石C55~C40≤C35≤12≤16〔4〕.骨料的含水状态骨料的含水状态可分为：枯燥状态---?气干状态---?饱和面干状态湿润状态等四种。一般普通混凝土配合比计算以枯燥状态为基准，一些大型水利工程常以饱和面干状态的骨料为基准。4.2.3.混凝土用水1.混凝土用水的根本质量要求：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度开展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土外表。2.混凝土用水的物质含量规定：项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土PH值＞4＞4＞4不溶物（mg/L）＜2000＜2000＜5000可溶物（mg/L）＜2000＜5000＜10000氯化物（以Cl－计）（mg/L）＜500＜1200＜3500硫酸盐（以SO42－计）（mg/L）＜600＜2700＜2700硫化物（以S2－计）（mg/L）＜100——水中物质含量限值3.混凝土的用水水源：①.饮用水和清洁天然水

②.海水----不得拌制钢筋混凝土、预应力及有饰面要求的混凝土。③.工业废水----须经适当处理后才能使用。4.2.4.外加剂

1.混凝土的外加剂：用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大于水泥重量的5％(特殊情况除外)。

2.外加剂的功能：按其主要功能，可分为四类：(1).改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂、泵送剂等。(2).调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂等。(3).改善混凝土耐久性的外加剂，如防水剂、阻锈剂、抗冻剂等(4).提供特殊性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、着色剂等。常用的几种外加剂：减水剂、引气剂、早强剂和缓凝剂。4.2.4.1.减水剂1.减水剂概念：指在混凝土拌合物坍落度根本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。2.减水剂的作用原理：水泥浆的絮凝结构和减水剂作用示意图减水剂的吸附－分散和湿润----润滑作用使混凝土拌合物在不增加用水量的情况下，增加了流动性。减水剂还能在水泥颗粒外表形成一层溶剂水膜，在水泥颗粒间起到很好的润滑作用。3.常用减水剂类型〔1〕.按化学成分：主要有木质素系、萘系、树脂系等几类；〔2〕.按效果分：普通减水剂---在保持混凝土稠度不变的条件下，具有一般减水增强作用的外加剂。

高效减水剂----保持混凝土稠度不变的条件下，具有大幅度减水增强作用的外加剂.〔3〕.按凝结时间分：标准型、早强型和缓凝型三种；〔4〕.按是否引气分引气型非引气型两种。4.减水剂的工程与经济效果①.砼中掺后，假设不减少拌和用水量，能明显提高拌合物的流动性；②.当减水而不减少水泥时，那么能提高混凝土强度；③.假设减水时，同时适当减少水泥，那么能节约水泥用量。4.2.4.2.引气剂1.引气剂概念：引气剂是一种外表活性剂，对混凝土性能有以下几种影响：〔1〕.改善混凝土拌合物和易性减少了水泥颗粒间的摩擦，从而提高流动性。〔2〕.提高抗掺性和抗冻性。引气剂引入的封闭气孔能有效阻断毛细孔通道，并能减小泌水造成的孔缝，从而提高抗渗性。另外，封闭气孔的引入对水结冰时的膨胀能起缓冲作用，从而提高抗冻性。(3).强度降低。一般混凝土中含气量增加1％，抗压强度将降低4％－6%，所以引气剂的掺量必须适当。4.2.4.3.早强剂早强剂---指能加速混凝土早期强度开展的外加剂。早强剂的特性是能促进水泥的水化和硬化，提高早期强度，缩短养护周期，从而增加模板和场地的周转率，加快施工进度。早强剂特别适用于冬季施工(最低气温不低于一5℃)和紧急抢修工程。

4.2.4.4.缓凝剂1.缓凝剂概念：指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。2.缓凝剂种类〔自学〕：3.适用要求：如在气温高、运距长情况下；如分层浇注的混凝土；在大体积混凝土中为了延长放热时间。其它外加剂:防冻剂——膨胀剂——能使混凝土〔砂浆〕在水化过程中产生一定的体积膨胀，并在有约束条件下产生适宜自应力的外加剂。钢筋阻锈剂——参加混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的外加剂。4.3.混凝土拌和物的和易性4.3.1.和易性的概念1.什么是混凝土拌合物〔新拌混凝土〕？指混凝土各组成材料按一定比例配合、搅拌而成的尚未凝固的材料。2.和易性的概念(也称混凝土工作性)和易性------砼拌合物易于各施工操作〔搅拌、运输、浇注、捣实〕并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合性的技术指标，包括流动性、和易性粘聚性、保水性等〔1〕.流动性：砼拌合物在自重或机械震捣作用下，能流动并均匀密实地填满模板的性能。〔2〕.粘聚性：砼拌合物在运输和浇注过程中不致发生离析现象，使混凝土保持均匀的性能。〔3〕.保水性：砼拌合物在施工过程中不产生严重的泌水现象。以上三者既互相关联又互相矛盾。

4.3.2.和易性的测定方法目前尚无能全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法和指标，常用的方法：

流动性:坍落度和维勃稠度

粘聚性和保水性:以直观经验评定。4.3.2.1.坍落度试验(1).坍落度试验的具体方法：①.将拌好的混凝土拌合物装入圆锥形简内(坍落度筒)；

②.按一定的方式插捣，待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度简；③.量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差(mm)．即为该混凝土拌合物的坍落度值。坍落度试验坍落度测定仪(2).坍落度的工程意义：坍落度越大，流动性越好。(3).粘聚性的检查方法①.是将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，假设锥体逐渐下沉，那么表示粘聚性?②.假设锥体倒塌或局部崩裂，那么表示粘聚性?③.假设混凝土拌合物失浆而骨料外露，或较多稀浆自底部析出，那么此混凝土拌合物保水性?4.坍落度的分级：据流动的大小共分4级：①.大流动性的(坍范度＞160mm)；②.流动性的(坍落度为100—150mm〕；③.塑性的(坍落度为50一90mm)；④.低塑性的(坍范度为10一40mm)；(5).坍落度适用条件坍落度试验仅适用于骨料最大粒径≯40mm，坍落度≮10mm的混凝土拌合物。结构种类坍落度（mm）基础或地面等的垫层、无筋的后大结构或配筋稀疏的结构构件10~30板、梁和大型及中型截面的柱子等30~50配筋密列的结构（薄壁、筒仓、细柱等）50~70配筋特密的结构70~90混凝土浇注时的坍落度4.3.2.2.维勃稠度试验坍落度小于10mm的干硬混凝土拌合物的流动性要用维勃稠度指标来表示。1.维勃稠度试验方法的测试方法〔1〕.将湿凝土拌合物装入坍落度筒内，捣实，装满刮平后，将坍落度筒垂直向上提起；〔2〕.把透明圆盘转到混凝土截头圆锥体顶面，开启振动台，同时计时，记录当圆盘底面布满水泥浆时所用时间，超过所读秒数即为该混凝土拌合物的维勃稠度值。2.维勃稠度值的分级：分四级砼维勃稠度仪〔1〕.超干硬性(＞31)；〔2〕.特于硬性(30一21s)；〔3〕.干硬性(20—11s)；〔4〕.半干硬性(10一5s)。3.维勃稠度试验适用条件适用于骨料最大粒径不超过40mm，维勃稠度在5—30s之间的混凝土拌合物的稠度的测定。4.3.3.影响和易性的主要因素4.3.3.1.水泥浆的数量和水灰比的影响1.水泥浆对和易性的影响在水灰比不变的情况下，水泥浆越多，拌合物的流动性愈大。但假设水泥浆过多，将会出现流浆现象；假设水泥浆过少，那么骨料之间缺少粘结物质，易使拌合物发生离析和崩坍。2.水灰比的影响在水泥、骨料用量均不变的情况下，水灰比增大，水泥浆流动性增加，拌合物流动性增大；反之那么减小。思考题：水灰比的大小与浆量多少有何区别？但水灰比过大，会造成拌合物粘聚性和保水性不良；故水灰比不能过大或过小。应当注意:

影响新拌混凝土和易性的决定性因素是单位体积用水量多少。3.实践经验－－固定用水量定那么在采用一定骨料的情况下，如果单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50一100kg，坍落度大体上保持不变，这一规律通常称为固定用水量定那么。塑性和干硬性混凝土的用水量表〔kg/m3〕项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102040162040坍落度（mm）１０～３０190170150200185165３０～５０200180160210195175５０～７０210190170220205185７０～９０2151951752302151954.3.3.2.砂率1.砂率的概念指混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分率。见插图，即有一个合理砂率范围。

S。SP＝S。＋G。S。---砂的用量G。---石子的用量2.砂影响混凝土拌合物流动性主要原因：〔1〕.砂在拌合物中起润滑作用，在一定的砂率范围内随砂率增大，润滑作用愈加显著，流动性可以提高。〔2〕.随砂率增大，需要润湿的水分愈多，在一定用水量的条件下，拌合物流动性降低，所以当砂率增大超过一定范围后，流动性反而随砂率增加而降低。总之，砂率不宜过大或过小。应在用水量和水泥用量不变的情况下，选取可使拌合物获得所要求的流动性和良好的粘聚性与保水性的合理砂率。4.3.3.3.组成材料性质的影响(1).水泥主要是水泥品种和水泥细度的影响。不同水泥需水性也不同。(2).骨料骨料级配、颗粒形状、外表特征及粒径。①.级配好的骨料．其拌合物流动性较大，粘聚性与保水性较好；②.外表光滑度和粒径的影响？(3).外加剂参加减水剂或引气剂可明显提高拌合物的流动性，引气剂还可有效地改善拌合物的粘聚性和保水性。4.3.3.4.时间和温度的影响

1.温度的影响砼拌合物的流动性随温度的升高而降低，如图；夏季施工时，应提高拌合物的用水量。2.时间的影响混凝土拌合物随时间的延长而变干稠，流动性降低，由于被骨料吸收、蒸发，水化反响变成水化产物结合水。〔1〕.通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率；〔2〕.改善砂、石〔特别是石子〕的级配；〔3〕.条件允许时，尽量采用较粗的砂、石；〔4〕.当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石；〔5〕.有条件时尽量掺用外加剂〔如减水剂、引气剂等改善混凝土拌合物和易性的措施：4.4硬化混凝土的强度混凝土的强度类型：抗拉抗压抗弯抗剪最大承受压力结构设计主要参数混凝土质量评定的指标1.混凝土的抗压强度标准值和强度等级〔1〕立方体抗压强度〔〕按照标准的制作方法制成边长为150ｍｍ的正立方体试件，在标准养护条件〔温度２０士3°Ｃ，相对湿度90％以上〕下，养护至28ｄ龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度。工程上指的混凝土强度即是抗压强度。4.4.1.混凝土的抗压强度与强度等级标准立方体试件抗压试验压力机压

力

机混凝土强度无损检测

〔2〕.对非标准尺寸(边长100mm或200mm)的立方体试件，可折算成标准试件的强度值。

如:边长为100mm折算系数为0.95；边长为200mm折算系数为1.05；试件尺寸越大，测得的抗压强度值越小。〔3〕立方体抗压强度标准值〔〕按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测定的具有95％保证率的抗压强度〔用标准试验方法测定的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5％〕，以fcc·k表示。以Mpa计。〔4〕强度等级C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55C60共12个等级混凝土强度等级选用范围

①C10～C15——用于垫层、根底、地坪及受力不大的结构。

②C20～C25——用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；

③C25～C30——用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；

④C40～C45——用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于25～30层；

⑤C50～C60——用于30层至60层以上高层建筑；

⑥C60～C80——用于高层建筑，采用高性能混凝土；

⑦C80～C120——采用超高强混凝土于高层建筑。

将来可能推广使用高达C130以上的混凝土。2.轴心抗压强度接近结构中的承压状态15×15×30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，计算轴心受压构件〔例如柱子、衍架的腹杆等〕时，都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。测定其轴心抗压强度，采用150mm×150m×300mm棱柱体作为标准试件，轴心抗压强度以fcp表示，以MPa计。压碎后的砼芯3.劈裂抗拉强度

我国现行标准规定，采用标准试件１５０ｍｍ立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈裂强度fts

计算公式：4.混凝土抗折强度(fcf)

道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯强度〔或称抗折强度〕为主要设计指标。水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成150mm×150mm×550mm的梁形试件，在标准条件下养护２８ｄ后，按三分点加荷，测定其抗弯强度〔fcf〕。

计算公式：4.4.2影响混凝土抗压强度的主要因素4.4.2.1水泥强度等级和水灰比的影响水泥强度等级和水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因素，也是决定因素。试验证明：在水泥强度等级相同的条件下，水灰比越小，水泥石的强度越高，胶结力越强，混凝土强度也越高。详见以下图：混凝土强度与水灰比的关系水泥强度(fce)及水灰比(W／C)对混凝土的强度〔28天龄期强度〕有直接的影响，并有如下关系：

※=Ａ〔Ｃ／Ｗ－Ｂ〕

利用此公式可解决两个问题：：，W/C——

水泥强度28d混凝土强度碎石——A=0.46，B=0.07卵石——A=0.48，B=0.33混凝土28天抗压强度混凝土强度与施工工艺的关系4.4.2.2骨料的影响主要表现在两个方面：1.骨料的风化程度如骨料经风化后强度降低时，那么用其配制的混凝土强度也较低。２.骨料外表粗糙程度如外表粗糙，那么与水泥石粘结力较大；实践证明：在水灰比小于0.4时，用碎石配制的混凝土比卵石配制混凝土强度约高38％，但随着水灰比增大，两者差异那么不显著。4.4.2.3龄期与强度的关系通过实际工程，普通混凝土强度与龄期存在以下关系：其中n≥3。

f28——28d龄期的混凝土抗压强度；fn——nd龄期时的混凝土抗压强度，n＞3。此公式仅适用于正常条件下硬化的中等强度等级的普通混凝土。龄期与强度的关系详见以下图：龄期与强度的关系曲线图4.4.2.4养护条件对混凝土强度的影响温度：一定湿度条件下，温度越高，强度开展越快；湿度：一定湿度条件下，混凝土强度随龄期按对数增长；混凝土有四种养护方式：

A.标准养护——是指在温度为20±3℃，相当湿度大于90％的标准条件下进行的养护。评定强度等级时需采用该养护条件。

B.自然养护——是指对在自然条件〔或气候条件〕下的混凝土制品适当的采取一定的保温、保湿措施，并定时定量向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常开展的一种养护方式。

C.蒸汽养护——是在小于100℃的高温水蒸汽中进行的一种养护。可提高早期强度，缩短养护时间。

D.压蒸养护——在8～16大气压下，175～203℃的水蒸汽中进行的一种养护。可大大提高早期强度。但压蒸、养护需要的蒸压釜设备比较庞大。仅在生产硅酸盐混凝土制品时应用。砼强度与保湿时间的关系养护温度对砼强度的影响3．试验条件对混凝土强度的影响试验因素〔1〕试件形状尺寸〔2〕外表状态〔3〕试件湿度

〔4〕加荷速度〔5〕支承条件〔6〕加载方式试验条件对混凝土强度测定值的影响

〔１〕.试件尺寸尺寸效应：大尺寸试件含缺陷数量〔出现概率高〕比小尺寸的多，那么大尺寸试件强度偏小。200骨料最大粒径（mm）试件尺寸（mm）换算系数301000.95401501602001.05〔２〕.试件的形状〔见插图〕请分析混凝土试件破坏后所得形状的原因。破坏后试件的形状是环箍效应所致。

(３〕.加荷速度一般加荷速度越快，所测混凝土强度值越大，当加荷速度超过1.0Mpa/s时，此趋势更加显著。国标规定：混凝土加荷速度为0.3~0.8Mpa，且连续均匀地进行。还有其它影响因素有：A.外表状态

B.含水程度〔４〕.人为误差和系统误差4．提高混凝土强度的措施1〕选用高强度水泥和早强型水泥2〕采用低水灰比和浆集比3〕掺加混凝土外加剂和掺和料4〕采用湿热处理5〕采用机械搅拌和振捣R工程实例分析某县东园乡美利小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振捣，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂,屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女小学生。(1)混凝土强度低屋面倒塌原因分析:〔1〕由于混凝土水灰比大，混凝土离析严重。从大梁断裂截面可见，上部只剩下砂和少量水泥，下部全为卵石，且相当多水泥浆已流走。现场用回弹仪检测，混凝土强度仅到达设计强度等级的一半。这是屋面倒塌的技术原因。〔2〕该工程为私人挂靠施工，包工者从未进行过房屋建筑，无施工经验。在冬期施工而无采取任何相应的措施，不具备施工员的素质，且工程未办理任何基建手续。校方负责人自认甲方代表，不具备现场管理资格，由包工者随心所欲施工。这是施工与管理方面的原因。(2)混凝土质量差梁断倒塌

彭泽县一住宅一层砖混结构，1989年元月15日浇注，3月7日拆模时突然梁断倒塌。施工队队长介绍，混凝土配合比是根据当地经验配制的，体积比1.5:3.5:6，即重量比1:2.33:4，水灰比为0.68。现场未粉碎混凝土用回弹仪测试，读数极低〔最高仅13.5Mpa，最低为0〕。请分析混凝土质量低劣的原因。

原因分析：其混凝土质量低劣有几方面的原因：A.所用水泥质量差。B.水灰比较大，即使所使用的325水泥能保证按此水灰比配制的混凝土亦难以到达C20的强度等级。4.5.硬化混凝土的耐久性〔1〕.耐久性概念：混凝土在长期使用环境条件的作用下，能抵抗内、外不利影响，而保持其使用性能。〔2〕.砼耐久性的意义：耐久性良好的混凝土，对延长结构使用寿命，减少维修保养费用，提高经济效益等具有重要的意义。耐久性有关的因素有：混凝土的抗渗性混凝土的抗冻性混凝土的抗蚀性混凝土的碳化混凝土的碱-骨料反响组成设计和施工中从“最大水灰比〞和“最小水泥用量〞控制R4.5硬化混凝土的耐久性4.5.1混凝土的抗渗性——指混凝土抵抗有压介质〔水、油、溶液等〕渗透作用的能力。

水灰比与砼抗渗性的关系水灰比与混凝土抗渗性的关系水灰比＜0.500.50~0.550.55~0.600.60~0.65估计可达到的抗渗标号P12P8P6P4〔２〕.混凝土的抗渗性表示方法：以抗渗等级表示：采用标准养护28d的标准试件，按规定方法进行试验，以其所能承受最大水压力(MPa)来计算其抗渗标号。如有P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，分别表示能抵抗0.4Mpa、0.6Mpa、0.8Mpa、1.0Mpa、1.2Mpa的静水压力而不渗透。〔３〕.改善混凝土的抗渗性措施：提高混凝土的密实度和减少连通孔隙。可通过降低水灰比、选择好的骨料级配、充分震捣和养护、掺如引气剂等方法来实现。——指混凝土在水饱和状态下,能经受屡次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。4.5.2混凝土的抗冻性〔1〕.抗冻性以抗冻等级表示：以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水后于-15度~20度承受反复冻融循环，以抗压强度损失不超过25%，且质量损失不超过5%时所能承受的最大循环次数来确定。有F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等九个等级，分别表示次数不小于10、15、20、25、50、100、150、200、300〔次〕。〔2〕.影响抗冻性的主要因素：混凝土的密实度、孔隙率和孔隙构造、孔隙的充水程度。〔3〕.改善或提高抗冻性的措施：关键是提高混凝土的密实度；如减少灰水比，掺入引气剂、减水剂和防冻剂等提高砼的抗冻性。

4.5.3抗侵蚀性

——指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。

氯离子腐蚀

酸雨腐蚀

图4-23被腐蚀的混凝土

北京西直门旧立交桥混凝土开裂北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于1978年12月开工，1980年12月完工。建成使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。1999年3月因各种原因撤除局部旧桥改建。在改造过程中，有关科研部门对旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作K2O﹑Na2O﹑Cl-含量测试。其中Cl-浓度呈明显梯度分布，外表Cl-浓度为0.15％﹑0.094％和0.15％。距外表1cm处的Cl-浓度骤增，分别为0.30％﹑0.18％和0.78％。在1～2cm处Cl-浓度到达最高值，其后随着离开外表距离的增加，Cl-浓度逐渐减至0.1％左右。原因分析：北京市80年代每年化冰盐的撒散量为400～600t，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的Cl-主要来自化冰盐NaCl。混凝土外表Cl-含量低于距外表1～2cm处，是因其外表受雨水冲刷，局部Cl-溶解入雨水中流失。Cl-超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。改善措施：合理选择水泥品种、降低水灰比、提高混凝土密实度和改善孔隙结构。4.5.4.混凝土的碳化

指混凝土内水泥石中碳酸氢钙〔Cａ(OH)2〕与空气中的二氧化碳，在湿度适宜时发生化学反响，生成碳酸钙和水，即使砼的碱度降低－－中性化。Cａ(OH)2＋CO2CａCO3＋H2O碳化对混凝土的作用，利少弊多〔1〕.不利影响：降低碱度，不利保护钢筋；引起碳化收缩，外表产生细微裂缝，从而降低抗拉、抗折强度和抗渗能力。〔2〕.有利影响：提高混凝土外表碳化层密实度，提高混凝土外表硬度和抗压强度。对防止有害介质的侵入具有一定的缓冲作用。影响混凝土碳化的因素有：(1).水泥品种：使用普通硅酸盐水泥要比使用早强硅酸盐水泥碳化稍快些，使用掺混合材的水泥那么比普通硅盐水泥碳化要快。(2).水灰比：水灰比越小，碳化速度越慢。(3).环境条件：常置于水中或枯燥环境中的混凝土，碳化也会停止。3.改善措施：〔1〕加做保护层，使碳化深度在建筑物设计年限内达不到钢筋外表；〔2〕根据环境特点，合理选择水泥品种；〔3〕使用减水剂，改善混凝土和易性，提高密实度；〔4〕采用小水灰比，大单位水泥用量的配合比；〔5〕加强质量控制，加强养护，保证震捣；〔6〕混凝土外表涂刷保护层，防止二氧化碳侵入等。4.5.5碱集料反响1.定义——是指混凝土中所含的碱〔Na2O或K2O〕与骨料的活性成分〔活性SiO2〕，在混凝土硬化后潮湿条件下逐渐发生化学反响，在骨料外表生成复杂的碱—硅酸凝胶〔具有无限膨胀性〕，这种凝胶吸水，体积膨胀〔体积可增加3倍以上〕，从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏。特点：反响慢，潜在危害相当大。2.反响条件：〔１〕.水泥中的含碱量高，以等量Na2O计，即〔Na2O+0.658K2O〕%大于0.6%；〔２〕.砂石骨料中含有活性二氧化硅成分〔如矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英等〕；〔３〕.有水存在。3.预防措施：〔１〕.控制含碱量；〔２〕.选用非活性骨料；〔３〕.降低单位水泥用量，在混凝土中掺混合材；〔４〕.防止水分侵入，保持枯燥。4.提高混凝土耐久性的主要措施〔1〕合理选择水泥品种〔2〕适当控制混凝土的水灰比及水泥用量〔3〕选用质量良好的砂石骨料〔4〕掺入引气剂或减水剂〔5〕加强混凝土的施工质量控制4.6混凝土的变形性能引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。1.混凝土在非荷载作用下的变形〔1〕化学缩减〔2〕温度变形〔3〕干湿变形

4.6.1化学减缩混凝土的这一体积收缩变形是不能恢复的。化学收缩率很小，在限制应力下不会对结构物产生破坏作用，但其收缩过程中在混凝土内部还是会产生微细裂缝，这些微细裂缝可能会影响到混凝土的受载性能和耐久性能。在40d内增长最快，以后趋于稳定。但其收缩率却很小〔小于1%〕。温度变形混凝土的温度变形表现为热胀冷缩。注意：水泥水化热对大体积混凝土不利。水泥水化会产生大量的水化热，经验说明1m3混凝土中每增加10kg水泥，所产生的水化热能使混凝土内部温度升高1OC。由于混凝土的导热能力很低，水泥水化发出的热量聚集在混凝土内部长期不易散失。大体积砼浇筑为了减少大体及混凝土体积变形引起的开裂，目前常用的方法有：〔1〕用低水化热水泥和尽量减少水泥用量；〔2〕尽量减少用水量，提高混凝土强度；〔3〕选用膨胀系数低的骨料，减小热变形；〔4〕预冷原材料；〔5〕合理分缝、分块、减轻约束；〔6〕在混凝土中埋冷却水管；〔7〕外表绝热，调节外表温度的下降速率等。混凝土的干缩湿胀1.定义：处于空气中的混凝土当水分散失时，会因其体积收缩，称为枯燥收缩，简称干缩。但受潮后体积又会膨胀，即为湿胀。降低水泥用量，减少水灰比是减少干缩的关键。2.混凝土的干缩类型〔由于环境的干湿循环〕枯燥收缩分为可逆收缩和不可逆收缩。〔1〕可逆收缩属于每次干湿循环所产生的总收缩的一局部；〔2〕不可逆收缩那么属于每次枯燥总收缩的一局部，在继续的干湿循环过程中不再产生。3.减少干缩的主要措施干缩是水泥石产生的，因此降低水泥用量，减小水灰比是减少干缩的关键。4.6.4荷载作用下的变形1．短期荷载作用下的变形〔1〕初始切线模量〔2〕切线模量〔3〕割线模量不

同

受

力

阶

段

裂

缝

示

意

图4.6.4.2长期荷载作用下的变形—徐变①.徐变：混凝土在长期荷载的作用下，随着时间而增长的变形。②.徐变实质：一般认为是由于水泥石中凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动，并向毛细孔内迁移的结果。③.影响徐变的因素：水灰比、水泥用量、骨料的弹性模量。水泥用量多少和水灰比大小，水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大。

④.徐变作用结果怎样：ａ.有利方面：可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分布，从而使局部应力集中得到缓解；对大体积混凝土那么能消除局部由于温度变形所产生的破坏应力。b.不利方面：在预应力结构中，徐变产生应力松弛，使钢筋预加的应力受损。徐变变形与徐变恢复混凝土的徐变主要内容：影响混凝土强度的因素混凝土的耐久性混凝土的变形重点内容：影响混凝土强度的因素提高混凝土强度的措施难点：影响混凝土强度的因素要求：掌握影响混凝土强度的因素，会用经验公式推导混凝土的强度；掌握提高混凝土强度的措施；了解混凝土的耐久性；了解混凝土的变形

总结

主要内容：水泥混凝土组成设计方法初步配合比基准配合比试验室配合比施工配合比重点内容：配合比计算难点：配合比调整要求：掌握初步配合比的计算方法掌握配合比调整方法掌握试验室配合比及施工配合比的计算4.8普通混凝土的配合比设计4.8.1

混凝土的配合比设计根本要点混凝土配合比：配合比设计是确定混凝土中各组成材料重量之间的比例关系。确定这种重量比例关系的工作,称为混凝土配合比设计。

4.8普通混凝土的配合比设计混凝土配合比设计四项根本要求〔1〕满足结构设计的强度等级要求(强度要求)；

〔2〕满足混凝土施工所要求的和易性(和易性要求)；

〔3〕满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求(耐久性要求)；〔4〕符合经济原那么，即节约水泥以降低混凝土本钱(经济原那么)。4.8.1.2混凝土配合比设计的内涵1.确定四种材料〔水泥、水、砂、石子〕；2.确定满足上述四项的三大参数：水灰比单位用水量砂率混凝土配合比设计根本参数配合比设计的三参数：水灰比、单位用水量、砂率。——混凝土中水与水泥的比例称为水灰比

——砂子占砂石总量的百分率称为砂率

——用水量是指1m3混凝土拌和物中水的用量〔kg/m3〕单位用水量

砂率水灰比4.8.1.3混凝土配比计算的算料基准混凝土配合比的表示方法:〔1〕绝对用量表示法:以1m3混凝土中各项材料的质量表示，如:水泥〔ｍC〕300kg、水〔ｍW〕180kg、砂〔ｍS〕720kg、石子〔ｍg〕1200kg；〔2〕相对用量表示法:以各项材料相互间的质量比来表示〔以水泥质量为1〕，将上例换算成质量比为：水泥：砂：石子：水=1：2.4：4：0.64.8.2混凝土配合比设计的方法与步骤4.8.2.1配合比设计的准备工作〔1〕.了解工程设计要求的混凝土强度等级，以便确定混凝土配置强度。〔2〕.了解工程所处环境，以便确定所配置混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。〔3〕.了解结构构件断面尺寸及钢筋配置情况，以便确定混凝土骨料的