混凝土教学讲解课件

第五章混凝土第五章

第一节概述

混凝土是以胶凝材料与粗、细骨料和其它外掺材料按比例混合，经搅拌、成型、养护硬化而成的人工石材。混凝土的分类： 特重混凝土：ρ0>2500kg/m3

按ρ0

重混凝土：ρ0=1900~2500kg/m3

轻混凝土：ρ0<600~1900kg/m3

特轻混凝土：ρ0<600kg/m3

预制混凝土，泵送混凝土按施工方法现浇混凝土，耐酸混凝土及功能喷射混凝土，耐热混凝土第一节概述混凝土的优缺点：优点：

（1）性能变化的范围大；（2）凝结前，良好的可塑性；（3）可用钢筋增强(良好结合力)；（4）主要构成材料可就地取材；（5）高强、耐水、耐久；（6）利用工业废料，利于环保。缺点：

（1）自重大；（2）抗拉强度小，易开裂；

（3）硬化前，养护期较长；（4）传热快。

悉尼歌剧院混凝土异形屋面混凝土的优缺点：悉尼歌剧院混凝土异形屋面对混凝土的基本要求：1．与施工条件相适应的工作性；2．与结构设计相适应的强度；3．与使用环境相适应的耐久性；4．降低成本，减少损耗的经济性。

对混凝土的基本要求：

第二节混凝土的组成材料混凝土的组成及各组成材料的作用：水，水泥→水泥浆→硬化前的流动性；粘结；填充。石子，砂→骨料→构成骨架；填充；抑制干缩；节约水泥。

第二节混凝土的组成材料一、水泥(1)品种的选择：

依据：工程特点、环境条件、施工条件、材料供应(2)强度等级的选择1)一般情况：（1.5~2.0）混凝土的强度等级2)高强度混凝土：（0.9~1.5）混凝土的强度等级3)高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土：加外掺料（粉煤灰……）一、水泥二、细骨料（砂）(粒径在0.16~5mm间的骨料）1、分类

河砂天然砂海砂人工砂山砂2、粗细程度和颗粒级配（1）混凝土对砂的要求空隙率小→密实度↑强度↑水泥用量↓→颗粒大小搭配颗粒总表面积小→水泥用量↓→砂尽可能粗天然砂开采二、细骨料（砂）(粒径在0.16~5mm间的骨料）天然砂开采（2）粗细程度和颗粒级配的评定依据：“筛分试验”→累计筛余率

试验：（烘）干砂500g从粗到细过筛（筛孔公称直径5.0~0.16mm六种）→称量各筛筛余量（分计筛余）→计算分计筛余率(αi)→计量累计筛余率（βi）（2）粗细程度和颗粒级配的评定判定：①细度模数μt＝[（β2＋β3＋…＋β6）－5βi]／(100－βi))砂的粗细按μt分类：粗砂：μt＝3.7~3.1；中砂：μt＝3.0~2.3细砂：μt＝2.2~1.6；特细砂：μt＝1.5~0.7判定：②颗粒级配（JGJ52－2006）

按公称直径0.6mm筛的累计筛余率分成三个级配区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）查表法：根据β1~β6查砂级配区范围表查图法：将β1~β6在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ区级配曲线中描点连线，β1~β6在同一级配区的范围内（超出总量≯5%），则级配合格。

②颗粒级配（JGJ52－2006）0.160.3150.6301.252.505.00100806040200Ⅱ区筛孔公称直径（mm）累计筛余（%）砂的级配曲线0.160.3150.6301.252.505.001008三、粗骨料

粒径>5mm的岩石颗粒卵石：（自然形成）河卵石，山卵石，河卵石碎石：（人工破碎而成）最常采用人工碎石生产三、粗骨料人工碎石生产1、最大粒径及颗粒级配（1）最大粒径

石子公称粒级的上限。“Dm”→选择原则：Dm尽可能大

Dm↑→单位用水量↓规定：

1)≯1/4结构截面最小尺寸≯3/4钢筋间最小净距板不宜超过1/3板厚的粒径且≯40mm2)水利、海港大型工程：

Dm:120或150mm

房屋工程中：

Dm:20、40、60mm楼板剪力墙墙体一般构件1、最大粒径及颗粒级配楼板剪力墙墙体一般构件（2）颗粒级配依据：过筛孔直径2.5~100mm的12个筛，计算而得的12个累计筛余率。两种级配：连续级配：颗粒从大至小连续分级，每一级都占适当的比例。搭配较好；和易性好；不发生离析。间断级配：有意剔去某些中间粒级。颗粒干扰小；空隙率↓节约水泥；易于离析（2）颗粒级配3、针片状颗粒片状颗粒（厚度<0.4平均粒径）针状颗粒（长度>2.4平均粒径）含量：≤8%；≤15%；≤25

（≥C60）（C55～C30

）（≤C25）3、针片状颗粒4、含泥量和泥块含量泥和泥块含量控制（详见表５-11）5、有害杂质

硫化物和硫酸盐（≯1%）；

有机质（比色法试验）

碱骨料

骨料中所含活性SiO2（蛋白石、凝灰岩、磷石英）

，与水泥中所含碱性氧化物（Na2O或K2O）生成碱－硅酸凝胶体（吸水）→V↑→开裂。4、含泥量和泥块含量四、拌合用水

可用：

自来水、清洗的天然水

不可用：污水，PH<４.5的水，含油、糖类的水，海水（除素混凝土），含硫酸盐的水。混凝土搅拌站四、拌合用水混凝土搅拌站混凝土拌合用水水质要求（JGJ63—2006）表5-13项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值≥5.0≥4.5≥4.5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≤1000≤3500硫化物（以S2—计，mg/L）≤600≤2000≤2700碱含量（mg/L）≤1500≤1500≤1500注：碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。采用非碱性活性骨料时，可不检验碱含量。混凝土拌合用水水质要求（JGJ63—2006）

第三节混凝土拌合物的技术性质混凝土拌合物：良好的和易性一、混凝土拌合物的工作性（和易性）1、工作性概念定义：是指混凝土拌合物在一定的施工条件和环境下，是否易于各种施工工序的操作，以获得均匀密实混凝土的性能。

流动性：定量指标

坍落度和易性

粘聚性

保水性

定性指标，观察而定第三节混凝土拌合物的技术性质定性指标，观察而定2、工作性的测定方法（1）坍落度法：

1）流动性：坍落度（粒径<40mm,S>10mm）按规定方法测出的混凝土试样，在坍落度桶提起后下落的尺寸。“S”，单位：mm

混凝土拌合物按坍落度分类

：

干硬性混凝土（S<10mm）；塑性混凝土（S=10-90mm）；流动性混凝土（S=100-150mm）；大流动性混凝土（S≥160mm）四类。

2）粘聚性：轻击试件侧面，是否倒塌、崩溃

3）保水性：是否有较多稀浆泌出s塌落度试验示意图2、工作性的测定方法s塌落度试验示意图（2）维勃稠度法：（粒径≯40mm，维勃稠度5-30s间）

维勃稠度试验示意图时间（s）维勃稠度（2）维勃稠度法：（粒径≯40mm，维勃稠度5-30s间）二、影响和易性的因素1、用水量用水量↑水泥浆↑→流动性↑粘聚性↓→硬化后强度↓耐久性↓“恒定用水量法则”

流动性确定→用水量确定（可依此法则，在配合比设计中，根据要求的S→W0）2、水泥浆的稠度（水胶比W/B）C不变,W/C↑稠度↑→强度↓粘聚性↓常用W/B范围：0.4~0.8（此范围内W/B对流动性影响不敏感）

二、影响和易性的因素3、砂率：定义：混凝土内砂质量占砂石总质量的百分数

βs=ms/(ms+mg)砂率与混凝土流动性的关系：（1）砂率过大，随着βs

↑坍落度↓原因：βs

↑砂总表面积↑砂料粘表面水泥浆层厚度↓摩擦力↑（2）砂率过小，随着βs

↓坍落度↓原因：βs

↓砂量不足，粗骨料间摩擦↑βs（%）s最佳砂率3、砂率：βs（%）s最佳砂率

“最佳砂率”

在用水量和水泥用量不变前提下，可使混凝土拌合物获得最大流动性，且保持良好粘聚性及保水性的砂率。

“最佳砂率”4、其他材料因素：

水泥品种与性质；温度（温度↑10℃，坍落度↓20~40mm）外加剂；

骨料其它条件（粒径、级配、表面情况）。5、环境条件：、

现场温度、湿度、风速等。（坍落度的选择）原则：在满足施工要求前提下，尽可能采用较小的坍落度目的：↑强度，↑密实度4、其他材料因素：三．改善混凝土拌合物工作性的措施（1）在水灰比不变的前提下，适当增加水泥浆的用量；（2）采用合理砂率；（3）改善砂、石料的级配，一般情况下尽可能采用连续级配；（4）调整砂、石料的粒径，如为加大流动性可加大粒径，若欲提高粘聚性和保水性可减小骨料的粒径；（5）掺加外加剂。采用减水剂、引气剂、缓凝剂都可有效地改善混凝土拌合物的工作性。（6）尽可能缩小新拌混凝土的运输时间。若不允许，可掺缓凝剂、流变剂，减少坍落度损失。三．改善混凝土拌合物工作性的措施一、混凝土的强度硬化混凝土：足够的强度，必要的耐久性

1、混凝土的受压破坏特点

2、混凝土的抗压强度及强度等级：（1）立方体抗压强度：“fcc”试验：

试件：150×150×150mm3（一组三块）；

标养:（20±2℃，湿度>95%）；

龄期：28d；强度；抗压强度；数值整理：第四节硬化混凝土的技术性质一、混凝土的强度第四节硬化混凝土的技术性质非标准试块的强度调整：试块尺寸

系数

最大粒径

100×100×1000.95≤31.5150×150×1501.00≤40200×200×2001.05≤60试块尺寸的选择：依据：最大粒径标准试块非标准试块的强度调整：标准试块（2）轴心抗压强度：“fcp”

→设计强度的取值依据试件尺寸：150×150×300mm3

试验条件：与fcc的测定条件相同

fcc和fcp的关系：

fcp=(0.7~0.8)fcc

（2）轴心抗压强度：“fcp”→设计强度的取值依据（3）立方体抗压强度的标准值：“fcu·k”→依此划分强度等级定义：用标准试验方法测得的混凝土立方体强度的总体分布中，具有不低于95％保证率的立方体抗压强度值。强度等级（C）：C15~C80十四个强度等级。

fccfccfcu.k概率概率f平均50%>95%（3）立方体抗压强度的标准值：“fcu·k”→依此划分强度3、影响混凝土抗压强度的因素（1）水泥强度和水胶比水泥强度↑f↑；W/B↑f↑混凝土的强度与水泥强度和胶水比间的线性关系式，由下式表示。

式中fcu0—混凝土28d的立方体抗压强度

fb

—胶凝材料28d胶砂抗压强度，其确定方法详见相关介绍回归系数值αb

、αb

碎石

卵石αa

0.530.09αb

0.200.133、影响混凝土抗压强度的因素碎(2)养护条件温度：t↑f↑湿度：湿度↑f↑。保证措施:（1）浇筑12h内，湿覆盖，有一定强度后，浇水养护（2）<5℃，不得浇水（3）涂保护膜，防止水分蒸发要求：（硅，普，矿，水泥）→浇水养护≮7d（加缓凝剂或有抗渗要求的）→浇水养护≮14d(2)养护条件（3）龄期

龄期↑f↑

fn=falgn/lga（4）施工质量

计量准确；

搅拌均匀；振捣密实。（3）龄期4、提高混凝土强度的措施

（1）采用高标号水泥（2）采用低水灰比的干硬性砼（3）湿热处理（4）机械振捣（5）外加剂混凝土柱模养护4、提高混凝土强度的措施混凝土柱模养护二、混凝土的耐久性抗渗性；抗冻性；抗腐蚀性；抗碳化性；碱骨料反应提高混凝土耐久性的措施

（1）选用合适品种的水泥（2）控制W/B和水泥用量（3）选用质量好的砂石（4）外加剂（水剂，引气剂）（5）提高混凝土的密实度二、混凝土的耐久性

第五节混凝土外加剂

混凝土中，但能有效改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的外掺材料。一、外加剂的分类（1）改善拌合物的和易性：减水剂、泵送剂（2）调节凝节时间和硬化性能：早强剂、缓凝剂、速凝剂（3）改善砼耐久性：引气剂、防水剂、阻锈剂、矿物外加剂（4）提供特殊性能：加气剂、着色剂、膨胀剂、防冻剂第五节混凝土外加剂

二、减水剂

在保持混凝土流动性基本相同情况下，有效减少拌合物拌和用水的材料。

1、减水剂的作用：（强度，水泥量，流动性）（1）提高强度：坍落度不变，水泥用量不变，拌合水量下降→W/B↓→f↑(5~20%)（2）增加流动性：W/C不变，拌合水量不变→坍落度↑（10~20cm）（3）节约水泥：流动性不变，强度不变，W/B不变→W↓C↓（4）改善其他性质

二、减水剂2、减水剂的作用机理包裹水自由水水泥颗粒减水剂分子亲水端憎水端水泥颗粒砼拌合水的作用：水泥水化：w/c=0.2～0.3施工和易性：w/c=0.5～0.7孔隙2、减水剂的作用机理包裹水自由水水泥颗粒减水剂分子亲水端憎水减水剂的作用机理

减水剂是一种表面活性物质，会很快定向吸附在水泥颗粒表面，使其带同种电荷而相斥，使颗粒分散，从而使水泥浆由凝聚结构变成分散性结构，把包裹在凝絮状结构中的游离水释放出来，从而达到减水、增强、改善和易性节约水泥的效果。

减水剂的作用机理3、常用的减水剂品种（1）木质素系减水剂：（木质磺酸钙（钠、镁））→木钙，M剂掺量：0.2~0.3%

作用：减水10%，节约水泥10%，提高强度10~20%（2）萘系减水剂：（多环芳香族磺酸盐系减水剂）UNF，FDN

掺量：0.2%~1.0%

作用：减水15~20%，提高强度20~30%，节约水泥20%（3）树脂减水剂：（密胺树脂减水剂“SM”）早强高型。（4）糖密类减水剂

3、常用的减水剂品种三、早强剂

有机：三乙醇胺，甲醇，乙醇，尿素

无机：氯盐，硫酸钠，亚硝酸钠

分类

能提高混凝土的早期强度，并对后期强度无明显影响的外加剂。

三、早强剂无机：氯盐，硫酸钠，亚硝酸钠分类能提高混凝土1、氯盐早强剂（NaCl、CaCl2、KCl……）（1）作用原理：CaCl2+C3A+H2O→C3A·CaCl2·10H2O(水化氯铝酸钙)

不溶复盐CaCl2+Ca(OH)2+H2O→CaCl2·3Ca(OH)2·12H2O(氧氯化钙）不溶性

Ca(OH)2↓使C3S水化↑→提高早期强度1、氯盐早强剂（NaCl、CaCl2、KCl……）（2）掺量：1%~2%（3）作用效果：强度：f1d↑70~140%；f2~3d↑40~70%；f7d↑25%；f28d无变化（4）特点：早强效果好；价低；使用方便；适于冬季施工（5）使用注意：不能过量（快凝，钢筋锈蚀）素砼：≯3%，钢筋砼≯1%（水泥重）（2）掺量：1%~2%2、三乙醇胺：N（C2H4OH）3→无色或淡黄色透明油状液体早强原理：为一种“催化剂”，吸附在水泥颗粒表面，使其不凝聚，与水接触面积加大，水化速度提高。掺量：0.02~0.05%作用效果：f3d↑50%适用范围：严禁使用氯盐的钢筋混凝土（常与无机盐复合使用）

2、三乙醇胺：N（C2H4OH）3→无色或淡黄色透明油状液体四、引气剂：

能使砼产生均匀的微气泡，并在硬化过程后，保留其气泡的外加剂。1．作用效果：↑耐久性；改善和易性；↑抗渗性；强度↓2．掺量：0.005%~0.012%3．常用品种：松香热聚物；松脂皂；松香酸钠

四、引气剂：能使砼产生均匀的微气泡，并在硬化过程后混凝土的配合比：混凝土中各组成材料数量间的比例关系。一、配合比设计的基本要求和设计步骤1、基本要求：（设计目标）（1）满足结构设计和施工进行要求的强度等级（2）满足施工时的和易性（3）满足耐久性和其他方面的技术要求（4）节约水泥、降低成本

第六节

普通混凝土的配合比设计混凝土的配合比：第六节普通混凝土的配合比设计2、设计步骤材料性能砼技术要求

初步计算配合比

调整和易性

基准配合比

强度复核水泥用量

试验室配合比

含水率影响

施工配合比

2、设计步骤材料性能砼技术要求初步计算配合比调整和二、混凝土配合比设计的基本资料在进行混凝土的配合比设计前，需确定和了解的基本资料，即设计的前提条件，主要有：（1）混凝土设计强度等级和强度的标准差。（2）材料的基本情况：包括水泥品种、强度等级、实际强度、密度；砂的种类、表观密度、细度模数、含水率；石子种类、表观密度、含水率；是否掺外加剂，外加剂种类。（3）混凝土的工作性要求，如坍落度指标。（4）与耐久性有关的环境条件：如冻融状况、地下水情况等。（5）工程特点及施工工艺：如构件几何尺寸、钢筋的疏密、浇筑振捣的方法二、混凝土配合比设计的基本资料三、配合比设计的三个基本参数

水

水胶比(W/B)

满足强度及耐久性前提下尽可能选较大

水泥的水灰比用水量

石子保证流动前提下取较小值（表5－14）砂砂率（βS）

保证粘聚性前提下取较小值三、配合比设计的三个基本参数砂砂率（βS）保证粘聚性四、混凝土配合比设计的步骤（一）初步计算配合比1、确定配制强度fcu

fcu·k－混凝土的设计强度等级（MPa）

-1.645－强度保证率为95％的保证率系数

σ－混凝土强度标准差（MPa）设计强度不小于C60时，按（5-9）式确定。fcu0=fcu·k－tσ=fcu·k+1.645σ四、混凝土配合比设计的步骤（一）初步计算配合比fcu0=fc2、确定水胶比（W／B）由强度公式求出：

3、确定用水量mW0和外加剂用量

水胶比0.4-0.8时，用水量mW0由表5－14查得（依据：坍落度、骨料种类、最大粒径）

水胶比<0.48时，mW0由试验确定。

掺外加剂时，其用量：mw0=（1-β）m´w0

其中β为外加剂的减水率（%），经由试验确定，

m´w0为未掺外加剂时推定的按满足实际坍落度要求的每立米混凝土的用水量。2、确定水胶比（W／B）4、计算胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量胶凝材料用量：要求：mb0>(mb0)min

若不满足则取mb0＝(mb0)min矿物掺合料用量(mf0)

：：矿物掺合料掺量(％)，应通过试验确定，并符合表5-21、表5-22相应规定。

水泥用量：4、计算胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量5、确定砂率βs：由表5－21查得（依据：骨料种类、规格和水灰比）

6、

计算砂、石用量ms0、mg0：

基本思路：建立mso和mgo的两元方程组求解。

砼拌合物的体积等于各组成材料的体积之和。

mS0

mg0其中：

ρC－水泥的密度(g/cm3)

ρ’S－砂的表观密度(g/cm3)ρ’g－石子的表观密度(g/cm3)

ρW－水的密度(g/cm3)α－砼含气量百分数(％)1）绝体体积法:1）绝体体积法:假定；假定1m3混凝土拌合物质量，等于其各种组成材料质量之和，据此可得以

mC0+mS0+mg0+mW0=mcpmS0、mg0mS0/（mS0+mg0）×100%=βsmcp：由实验确定或在2350~2450kg间选取

2）质量法：2）质量法：（二）基准配合比：→和易性的调整1．

试配量：20L（Dm≤31.5mm）或25L（Dm=40mm）2．（调整过程中需随时记录调整掺加量）（1）坍落度过小：W/C不变，增加水和水泥（水泥浆）（2）坍落度过大：βS不变，增加砂和石子（3）粘聚性、保水性差：适当加大砂率试配：和易性调整:（二）基准配合比：→和易性的调整试配：和易性调整:令工作性调整后的混凝土试样总质量为：

mQb=mcb+mfb+mwb+msb+mgb(体积≥1m3)

则基准配合比(kg/m3)

：

3、基准配合比计算：3、基准配合比计算：（三）实验室配合比

→强度的检验，水胶比的修正（1）试配

初步配合比的水胶比三种配合比初步配合比+0.05各制一组（三块）初步配合比-0.05（标养）fccB/Wfcu(B/W)0（2）强度试验画出fc·c与三个B/W对应的强度分布图,找出与fcu对应的(B/W)（三）实验室配合比（标养）fccB/Wfcu(B/W)0（2（3）最终确定实验室配合比：经试配确定配合比后，尚应按下列步骤进行校正：据前述已确定的材料用量按下式计算混凝土的表观密度计算值再按下式计算混凝土配合比校正系数δ

——混凝土表观密度实测值（kg/m3）

——混凝土表观密度计算值（kg/m3）。

当混凝土体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，按以前的配合比即为确定的实验室配合比；当二者之差超过2%时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ，即为最终确定的实验室配合比。（3）最终确定实验室配合比：再按下式计算混凝土配合比校正系数（四）施工配合比经测定施工现场砂含水率为WS，石子的含水率为Wg

，则施工配合比为：mC’=mCmb’=mbmS’=mS（1＋WS）mg’=mg（1＋Wg）mW’=mW－mSWS－mgWg

式中mc、mb、

mw、ms、mg为调整后的试验室配合比中每立方米混凝土中的水泥、矿物掺合料、水、砂和石子的用量（kg）。（四）施工配合比第七节混凝土质量的控制一、混凝土生产的质量控制

1、原材料的质量控制

2、配合比设计的质量控制

3、混凝土生产施工工艺的质量控制二．混凝土合格性的评定

1、合格性评定的数理统计方法

2、混凝土强度的检验评定（1）混凝土的取样、试拌，养护和试验：（2）混凝土强度的检验评定统计方法评定非统计方法评定混凝土强度的合格性判断第七节混凝土质量的控制一、混凝土生产的质量控制第八节轻混凝土

轻混凝土是指干体积密度不大于1950kg/m3的混凝土。根据原料和制造工艺的不同特点，可分为轻骨料混凝土、加气混凝土和大孔混凝土，其中轻骨料混凝土是应用范围大，技术较为成熟的一种新型混凝土。

一、轻骨料混凝土

轻骨料混凝土是指用轻粗骨料、轻砂（或普通砂）、水泥和水配制而成的干体积密度不大于1950kg/m3的混凝土。为进一步改善轻骨料混凝土的各项技术性能，轻骨料混凝土中还常掺入各种化学外加剂和掺合料（如粉煤灰等）。

按细骨料的种类可分为由轻砂做细骨料配制而成的全轻混凝土和由普通砂或部分轻砂做细骨料配制而成的砂轻混凝土。按用途的不同可分为保温、结构保温和结构轻骨料混凝土。若不掺加细骨料则称为无砂大孔轻骨料混凝土。第八节轻混凝土轻混

二、加气混凝土由含硅材料（如石英砂、粉煤灰、尾矿粉、粒化高炉矿渣等）和钙质材料（如水泥、生石灰等）加水并加入适量的发气剂和其他附加剂，经混合搅拌、浇注发泡、坯体静停与切割，再经蒸压或常压蒸气养护而制成的一种不含粗骨料的轻混凝土。二、加气混凝土第九节特殊性能混凝土一、抗渗混凝土指抗渗等级等于或大于P6级的混凝土