教学材料《建筑材料》-项目三 4

任务一混凝土拌合物的和易性一、和易性的概念和易性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.和易性在搅拌时体现为各种组成材料易于均匀混合,均匀卸出;在运输过程中体现为拌合物不离析,稀稠程度不变化;在浇筑过程中体现为易于浇筑、振实、流满模板;在硬化过程中体现为能保证水泥水化以及水泥石和集料的良好粘结.可见混凝土的和易性是一项综合性质.目前普遍认为,其应包括流动性、黏聚性和保水性三方面的技术要求,如图３-２８所示.(一)流动性下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性流动性是指混凝土拌合物在本身自重或机械振捣作用下能产生流动并均匀、密实地流满模板的性能.流动性的大小反映了拌合物的稀稠,故又称为稠度.稠度大小直接影响施工时浇筑捣实的难易以及混凝土的浇筑质量.流动性大,混凝土容易拌匀、捣实、成型;但流动性过大,混凝土的密实性、均匀性和强度均下降.(二)黏聚性黏聚性是指混凝土拌合物的各种组成材料在施工过程中具有一定的黏聚力,能保持成分的均匀性,在运输、浇筑、振捣、养护过程中不发生离析、分层现象.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性它反映了混凝土拌合物的均匀能力.黏聚性不好,混凝土各组分容易分离,或稀的水泥浆从混凝土中流淌出来,致使硬化的混凝土出现蜂窝、麻面等缺陷,影响混凝土的强度和耐久性.(三)保水性保水性是指拌合物保持水分、不致产生泌水的性能.拌合物发生泌水现象会使混凝土内部形成贯通的孔隙,不但影响混凝土的密实性、降低强度,而且还会影响混凝土的抗渗、抗冻等耐久性能.它反映了混凝土拌合物的稳定性.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性如图３-２９所示,保水性差,拌合物容易泌水(水分上升并在混凝土表面析出),并在混凝土内形成贯通的泌水通道,不但影响混凝土的密实性、降低强度,还会影响混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性.混凝土的和易性是一项由流动性、黏聚性和保水性构成的综合指标体系,各性能间有联系也有矛盾.在实际操作中,要根据具体工程的特点、材料情况、施工要求及条件,既有所侧重,又要全面考虑.二、和易性的测定由于和易性是一项技术性质,因很难找到一种能全面反映拌合物和易性的测定方法,通常是以测定流动性(即稠度)为主,而对黏聚性和保水性主要通过观察进行评定.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性根据«普通混凝土拌合物性能试验方法标准»(GB/T５００８０)规定,混凝土拌合物的稠度可采用坍落度试验法和维勃稠度法测定.(一)坍落度试验法如图３-３０所示,坍落度试验法,是将按规定配合比配制的混凝土拌合物按规定方法分层装填至坍落筒内,并分层用捣棒插捣密实,然后垂直提起坍落度筒(提筒过程应在５~１０s内完成),测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差,即坍落度值(以mm计),以T表示,如图３-３１所示.坍落度是流动性(也称稠度)的指标,坍落度值越大,流动性越大.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性在测定坍落度的同时,观察确定黏聚性.用捣棒侧击混凝土拌合物的侧面,如图３-３２(a)所示,如其逐渐下沉,表示黏聚性良好,如图３-３２(b)所示;若混凝土拌合物发生坍塌,部分崩裂或出现离析,如图３-３２(c)、(d)所示,则表示黏聚性不好.保水性以在混凝土拌合物中稀浆析出的程度来评定.坍落度筒提起后,如有较多稀浆自底部析出,部分混凝土因失浆而集料外露,则表示保水性不好;若坍落度筒提起后,无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出,则表示保水性好.采用坍落度试验法测定混凝土拌合物的和易性,操作简便,应用广泛.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性但该方法的结果受操作技术的影响较大,尤其是黏聚性和保水性主要靠试验者的主观观测而定,受人为因素影响较大.该法一般仅适用于集料最大粒径不大于４０mm、坍落度值不小于１０mm的混凝土拌合物流动性的测定.根据«混凝土质量控制标准»(GB５０１６４—２０１１)规定,坍落度检验适用于坍落度不小于１０mm的混凝土拌合物,坍落度的等级划分见表３-２８.对于坍落度大于２２０mm的混凝土,可根据需要测定其扩展度,扩展直径的允许偏差宜为±３０mm.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性按坍落度测量的方法进行坍落度测量后,混凝土拌合物会继续塌落,当拌合物的坍落度大于２２０mm时,如图３-３３所示,用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径,当其差小于５０mm时,取二者的算术平均值为坍落扩展度值.(二)维勃稠度法维勃稠度法适用于集料最大粒径不大于４０mm、维勃稠度为５~３０s的混凝土拌合物稠度的测定.维勃稠度仪如图３-３４所示,这种方法是先按规定方法在圆柱形容器内做坍落度试验,提起坍落度筒后在拌合物试体顶面上放一透明圆盘,开启振动台;同时,启动秒表并观察拌合物下落情况.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性当透明圆盘下面全部布满水泥浆时,关闭振动台、停秒表,此时拌合物已被振实.秒表的读数“s”即为该拌合物的维勃稠度值,以“秒”为单位,维勃稠度等级用V表示.根据«混凝土质量控制标准»(GB５０１６４—２０１１)规定,混凝土拌合物按维勃稠度的分级见表３-２９.三、混凝土拌合物流动性的选择混凝土拌合物流动性的选择原则是在保证施工条件及混凝土浇筑质量的前提下,尽可能采用较小的流动性,以节约水泥并获得均匀密实的高质量混凝土.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性选择混凝土拌合物的坍落度,要根据构件截面大小、钢筋疏密和振捣方法来确定.当构件截面尺寸较小或钢筋较密,或采用人工振捣时,坍落度可选择大些;反之,如构件截面尺寸较大,或钢筋较疏,或采用振动器振捣时,坍落度可选择小些.四、影响混凝土拌合物和易性的因素影响混凝土拌合物和易性的因素较复杂,大致可分为组成材料、环境条件和搅拌三方面,如图３-３５所示.(一)水泥特性上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性不同品种的水泥需水量不同,因此,在相同配合比时,拌合物的稠度也有所不同.需水量大者,其拌合物的坍落度较小.一般采用火山灰质水泥、矿渣水泥时,拌合物的坍落度较用普通水泥时小一些.水泥的细度越细,在相同用水量情况下,其混凝土拌合物的流动性越小,但黏聚性及保水性较好.(二)用水量在水胶比不变的前提下,用水量加大,则水泥浆量增多,会使集料表面包裹的水泥浆层厚度加大,从而减小集料间的摩擦,增加混凝土拌合物的流动性.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性大量试验证明,当水胶比在一定范围(０.４０~０.８０)内而其他条件不变时,混凝土拌合物的流动性只与单位用水量(每立方米混凝土拌合物的拌和水量)有关,这一现象称为“恒定用水量法则”.利用这个法则,可以在用水量一定时,采用不同的水胶比配制出流动性相同但强度不同的混凝土.它为混凝土配合比设计中单位用水量的确定提供了一种简单的方法,即单位用水量可主要由流动性来确定.干硬性混凝土的用水量见表３-３０,塑性混凝土的用水量见表３-３１.(三)水胶比水胶比是指混凝土中用水量与胶凝材料用量的质量比.水胶比的大小决定了水泥浆的稠度.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性当水泥浆与集料用量一定时,若水胶比过小,水泥浆较干稠,拌制的拌合物的流动性过低会使施工困难,不易保证混凝土质量;若水胶比过大,浆体过稀,拌合物会产生流浆、离析、泌水、分层等现象,黏聚性、保水性变差,混凝土强度和耐久性也随之降低.因此,水胶比不宜过小或过大,一般应根据混凝土的强度和耐久性要求合理选用.(四)砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分率.砂的粒径远小于石子,具有很大的比表面积,而且砂在拌合物中会填充粗集料的空隙,因此,砂率的变动会使集料的总表面积和空隙率发生较大的变化,对拌合物的和易性有显著的影响.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性在水泥用量一定的条件下,当砂率过大时,集料的总表面积及空隙率增大,集料表面的水泥浆层厚度减薄,会减弱水泥浆的润滑作用,使拌合物流动性减小;如砂率过小,虽然集料的总表面积减小,但由于拌合物中砂浆量不足,不能在粗集料颗粒之间形成足够的起润滑作用的砂浆层,使拌合物流动性降低,严重时会出现拌合物干涩、粗集料离析、水泥浆流失甚至溃散等不良现象.因此,在配制混凝土时,应选用一个合理砂率.合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下,能使拌合物获得最大的流动性,且能保证有良好的黏聚性和保水性的砂率,如图３-３６(a)所示;或者是指,在保证拌合物获得所要求的流动性及良好的黏聚性和保水性时,水泥用量最少的砂率,如图３-３６(b)所示.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性按照«普通混凝土配合比设计规程»(JGJ５５—２０１１)规定,坍落度为１０~６０mm的混凝土砂率,可根据粗集料品种、粒径及水胶比,按表３-３２选取;坍落度小于１０mm的混凝土,其砂率应经试验确定;坍落度大于６０mm的混凝土砂率,可经试验确定,也可在表３-３２的基础上,按坍落度每增大２０mm,砂率增大１％的幅度予以调整.(五)集料的性质在用水量和水胶比不变的情况下,加大集料粒径可提高流动性;采用细度模数较小的砂,黏聚性和保水性可明显改善;级配良好,颗粒表面光滑、圆整的集料(如卵石)所配制的混凝土,流动性较大.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性(六)外加剂在拌制混凝土时,掺用外加剂(减水剂、引气剂)能使混凝土拌合物在不增加水泥和水用量的条件下,显著地提高流动性,且具有较好的黏聚性和保水性.另外,由于混凝土拌和后水泥立即开始水化,水化产物不断增多,游离水逐渐减少,因此,拌合物的流动性将随时间的增长而不断降低.而且,坍落度降低的速度随温度的提高而显著加快.(七)环境条件新搅拌混凝土的和易性,在不同的施工环境条件下往往会发生变化.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性尤其是当前推广使用的集中搅拌商品混凝土与现场搅拌最大的不同就是,要经过长距离的运输,才能到达施工面.在这个过程中,若空气湿度较小、气温较高、风速较大,混凝土的工作性就会因失水而发生较大的变化.１.温度如图３-３７所示,拌合物的流动性随温度的升高而减小.试验表明,温度升高１０℃,坍落度将减小约２０mm.这是因为温度升高会加速胶凝材料的水化反应速度,同时还可以增加水分的蒸发速度.因此,夏季施工时必须采取相应的保湿措施,避免拌合物坍落度大幅度损失而影响混凝土的施工工作性.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性２.湿度与风环境大气湿度和风会影响拌合物水分的蒸发速率,因而影响拌合物的坍落度.风速越大,大气的湿度越小,拌合物坍落度的损失越快.在实际施工中,应根据环境温度选择混凝土的养护方法,正确控制养护时间、养护次数,特别是当日平均气温低于５℃时,不得浇水养护.当混凝土表面不便浇水或使用塑料布时,宜采取涂刷养护剂的方式养护.(八)搅拌１.搅拌方式上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的搅拌可分为机械搅拌和人工搅拌两种方式.在较短的时间内,搅拌得越完全越彻底,混凝土拌合物的和易性越好.因此,机械搅拌比人工搅拌的效果好;强制式搅拌机比自落式搅拌机拌和的效果好;高频搅拌机比低频搅拌机拌和的效果好.混凝土施工通常宜采用强制式搅拌机搅拌,并应搅拌均匀.２.搅拌时间新拌制的混凝土随着时间的推移,部分拌合水挥发或被集料吸收,同时水泥矿物会逐渐水化,进而使混凝土拌合物变稠、流动性减小,造成坍落度损失,影响混凝土的施工质量.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性在实际施工中,搅拌时间不足,拌合物的工作性就差,质量也就不均匀;适当延长搅拌时间,可以获得较好的和易性;但搅拌时间过长,流动性反而降低,严重时会影响混凝土的浇筑和捣实.五、改善混凝土拌合物和易性的措施根据影响混凝土拌合物和易性的因素,可采取以下相应的技术措施来改善混凝土拌合物的和易性.１.调节混凝土的材料组成(１)采用适宜的水泥品种和掺合材料.(２)采用合理砂率,尽可能降低砂率,提高混凝土的质量并节约水泥.上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性(３)改善砂、石(特别是石子)的级配,尽量采用总表面积和空隙率均较小的良好级配.(４)当混凝土拌合物坍落度太小时,维持水胶比不变,适当增加水泥浆的用量,加入外加剂;当拌合物坍落度太大,但黏聚性良好时,可保持砂率不变,适当增加砂、石用量.２.掺加外加剂上一页下一页返回任务一混凝土拌合物的和易性在拌合物中加入少量外加剂(如减水剂、引气剂等),能使拌合物在不增加水泥浆用量的条件下,有效地改善工作性能,增大流动性,改善黏聚性,降低泌水性,提高混凝土的耐久性.３.改进拌合物的施工工艺采用高效率的搅拌设备和振捣设备可以改善拌合物的和易性,提高拌合物的浇捣质量.上一页返回任务二混凝土的强度一、混凝土的强度及强度等级１.立方体抗压强度根据«混凝土结构设计规范(２０１５年版)»(GB５００１０—２０１０)规定,混凝土立方体抗压强度是按照标准制作方法制成边长为１５０mm的立方体试件,在标准养护温度(２０±２)℃,９５％以上相对湿度的养护室中养护,或在温度为(２０±２)℃的不流动的Ca(OH)２饱和溶液中养护２８d,测其抗压强度,所测得的抗压强度值称为立方体抗压强度,以fcu表示.混凝土的立方体抗压强度试验,也可根据粗集料的最大粒径而采用非标准试件得出的强度值,但必须经换算.下一页返回任务二混凝土的强度现行国家标准«混凝土结构工程施工质量验收规范»(GB５０２０４—２０１５)规定的换算系数见表３-３３.２.立方体抗压强度标准值影响混凝土强度的因素非常复杂,大量的统计分析和试验研究表明,同一等级的混凝土,在龄期、生产工艺和配合比基本一致的条件下,其强度的分布(即在同等间隔的不同的强度范围内,某一强度范围的试件的数量占试件总数量的比例)呈正态分布,如图３-３８(a)所示.图中平均强度指该批混凝土的立方体抗压强度的平均值,若以此值作为混凝土的试配强度,则只有５０％的混凝土的强度大于或等于试配强度,显然满足不了要求.上一页下一页返回任务二混凝土的强度为提高强度的保证率(我国规定为９５％),试配强度必须提高.图３-３８(a)中σ为均方差,为正态分布曲线拐点处的相对强度范围,代表强度分布的不均匀性.立方体抗压强度的标准值是指按标准试验方法测得的立方体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％(即具有９５％的强度保证率).立方体抗压强度标准值用fcu,k表示,如图３-３８(b)所示.３.强度等级根据«混凝土强度检验评定标准»(GB/T５０１０７—２０１０)的要求,混凝土的强度等级按立方体抗压强度标准值划分.混凝土的强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值fcu,k(以N/mm２计)表示.上一页下一页返回任务二混凝土的强度立方体抗压强度标准值是指按标准方法制作和养护的边长为１５０mm的立方体试件在２８d龄期,用标准试验方法测得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％.现行规范«混凝土质量控制标准»(GB５０１６４—２０１１)规定,普通混凝土按其立方体抗压强度标准值共划分为１９个等级,依次是C１０、C１５、C２０、C２５、C３０、C３５、C４０、C４５、C５０、C５５、C６０、C６５、C７０、C７５、C８０、C８５、C９０、C９５和C１００.不同工程或用于工程的不同部位的混凝土,根据建筑物的部位及承载情况的不同,选取不同强度等级的混凝土,通常有如下几个等级:上一页下一页返回任务二混凝土的强度(１)C１０用于混凝土垫层.(２)C１５用于垫层、基础、地坪及受力不大的混凝土结构.(３)C２０~C２５用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构.(４)C２５~C３０用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等.(５)C４０~C４５用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构和２５~３０层的高层建筑结构.(６)C５０~C６０用于３０~６０层以上高层建筑结构.(７)C６０~C１００用于高层建筑结构.上一页下一页返回任务二混凝土的强度４.轴心抗压强度混凝土的立方体抗压强度只是评定强度等级的一个标准,其不能直接作为结构设计的依据.为了符合实际情况,在结构设计中,混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度(也称为棱柱强度).国家标准规定,混凝土轴心抗压强度试验采用１５０mm×１５０mm×３００mm的棱柱体为标准试件.试验表明,混凝土的轴心抗压强度与立方体的抗压强度fcu之比为０.７~０.８.５.与钢筋的粘结强度由于混凝土的抗拉强度很低,经常要与钢筋复合成钢筋混凝土使用.上一页下一页返回任务二混凝土的强度为了实现钢筋与混凝土的协同工作,必须保证钢筋和混凝土之间具有可靠的锚固和粘结,以实现在钢筋和混凝土交界处的应力传递.而混凝土与钢筋之间的粘结强度取决于水泥石与钢筋之间的粘结力、混凝土与钢筋之间的摩擦力和混凝土的强度等级.钢筋的直径越小,有效粘结面积越大,粘结强度越高;变形钢筋的粘结力高于光圆钢筋与混凝土表面的机械咬合力;强度等级越高的混凝土,其与钢筋间的粘结强度越高.二、影响混凝土强度的因素混凝土的受力破坏,主要出现在水泥石与集料的界面上以及水泥石中,因而,混凝土的强度主要取决于水泥石与集料的粘结强度和水泥石的强度.上一页下一页返回任务二混凝土的强度因此,水泥的强度、水胶比及集料的情况,是影响混凝土强度的主要因素.另外,还与养护条件、龄期、试验条件等有关.(一)水泥强度在所用原材料及配合比例关系相同的情况下,所用的水泥强度越高,水泥石的强度及与集料的粘结强度越高,因此制成的混凝土的强度也越高.试验证明,混凝土的强度与水泥的强度成正比例关系.(二)水胶比水胶比是反映水与水泥质量之比的一个参数.上一页下一页返回任务二混凝土的强度一般来说,水泥水化需要的水分仅占水泥质量的２５％左右,即水胶比为０.２５即可保证水泥完全水化,但此时水泥浆稠度过大,混凝土的工作性能满足不了施工的要求.为了满足水胶比及水灰比的关系对混凝土工作性能的要求,水胶比通常需在０.４以上.这样,在混凝土完全硬化后,多余的水分就挥发而形成众多的孔隙,影响混凝土的强度和耐久性.大量试验表明,水胶比大于０.２５时,随着水胶比的加大,混凝土的强度将下降.混凝土的强度与水泥强度和水灰比之间的线性关系式,可按下式确定:上一页下一页返回任务二混凝土的强度我国在全国６个大区的３１个试验单位共用８４个品种的水泥进行了１１８４次水泥强度和３７６８次混凝土试验,对试验结果进行了统计分析,最后得出的回归系数值αa(A)和αb(B)供全国参考使用,见表３-３４.当无水泥２８d实测值时,可按下式确定:(三)集料影响集料的种类不同,其表面状态也不同.上一页下一页返回任务二混凝土的强度碎石表面粗糙并有棱角,集料颗粒之间有嵌固作用,与水泥石的粘结力较强,而卵石表面光滑、粘结力较差.因此,在原材料和水胶比相同的条件下,用碎石拌制混凝土的强度比用卵石拌制混凝土的强度高.当粗集料级配良好、砂率适当时,能组成密集的骨架,使水泥浆数量相对减少,也会使混凝土强度有所提高.(四)养护条件混凝土浇筑后必须保持足够的湿度和温度,才能保证水泥的不断水化,以使混凝土的强度不断发展.一般情况下,混凝土的养护条件可分为标准养护和同条件养护,标准养护主要在确定混凝土的强度等级时采用;同条件养护在检验浇筑混凝土工程或预制构件中混凝土强度时采用.上一页下一页返回任务二混凝土的强度为满足水泥水化的需要,浇筑后的混凝土必须保持一定时间的湿润,过早失水会造成强度下降,而且带来的结构疏松,会导致大量的干缩裂缝产生,进而影响混凝土的耐久性.周围环境的湿度是保证水泥正常进行水化作用的必要条件.湿度适当,水泥水化能顺利进行,混凝土强度能充分发展;若湿度不足,混凝土会失水干燥而影响水泥水化作用的正常进行,甚至停止水化.这不仅降低混凝土的强度,而且使混凝土结构疏松,形成干缩裂缝,渗水性增大,从而影响耐久性.为了使混凝土正常硬化,必须在成型后一定时间内使周围环境有一定温度和湿度.上一页下一页返回任务二混凝土的强度根据«混凝土结构工程施工质量验收规范»(GB５０２０４—２０１５)规定,混凝土浇筑完毕后,应在１２h内进行覆盖并浇水养护.混凝土浇水养护时间,对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于７d;对掺缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于１４d;当采用其他品种水泥时,养护时间应根据所采用水泥的技术性能确定.(五)龄期在正常不变的养护条件下,混凝土的强度随龄期的增长而提高.一般来说,早期(７~１４d)增长较快,以后逐渐变缓,２８d后增长更加缓慢,但可延续几年甚至几十年.上一页下一页返回任务二混凝土的强度混凝土强度和龄期间的关系,对于用早期强度推算长期强度和缩短混凝土强度判定的时间具有重要的实际意义.几十年来,国内外的工程界和学者对此进行了深入的研究,取得了一些重要成果,我国对此也有诸多研究成果,但由于问题较复杂,至今还没有统一、严格的推算公式,各地、各单位常根据具体情况采用经验公式.目前,较广泛采用的一种经验公式如下:在工程实践中,通常采用同条件养护,以便更准确地检验混凝土的质量.上一页下一页返回任务二混凝土的强度为此,«混凝土结构工程施工质量验收规范»(GB５０２０４—２０１５)提出了同条件养护混凝土养护龄期的确定原则:(１)等效养护龄期应根据同条件养护试件强度与在标准养护条件下２８d龄期试件强度相等的原则确定.(２)等效养护龄期可采用按日平均温度逐日累计达到６００℃d时所对应的龄期,０℃及以下的龄期不计入;等效养护龄期不应小于１４d,也不宜大于６０d.(六)试验条件的影响同一批混凝土,如试验条件不同,所测得的混凝土强度值则有所差异.试验条件是指试件的尺寸、形状、表面状态及加荷速度等.上一页下一页返回任务二混凝土的强度１.试件尺寸和形状在标准养护条件下,采用标准试件测定混凝土的抗压强度是为了具有对比性.在实际施工中,也可以按粗集料最大粒径的尺寸选用不同的试件尺寸,但计算某抗压强度时,应乘以换算系数,见表３-３３的规定.试件尺寸越大,测得的强度值越小.这是由于大试件内部存在的孔隙、微裂缝等缺陷的概率大,以及测试时产生的环箍效应所致.混凝土立方体试件在压力机上受压时,在沿加荷方向发生纵向变形的同时,混凝土试件和上下钢压板也按泊桑比效应产生横向变形.上一页下一页返回任务二混凝土的强度因上下钢压板和混凝土的弹性模量及泊桑比不同,所以,在荷载作用下,钢压板的横向应变小于混凝土的横向应变,造成上下钢压板与混凝土试件接触的表面之间产生摩阻力,对试件的横向膨胀起着约束作用,这种作用称为“环箍效应”,如图３-３９所示.这种效应随试件与压板距离的加大而逐渐消失,其影响范围约为试件边长的倍,这种作用使试件破坏后呈一对顶棱锥体,如图３-３９(b)所示.２.表面状态当混凝土试件表面和压板之间涂有润滑剂,则环箍效应大大减小,试件将出现垂直裂缝而破坏,测得的强度值较小.上一页下一页返回任务二混凝土的强度３.加荷速度试验表明,原材料、施工工艺及养护条件等都相同的混凝土,加荷速度不同,强度测定结果不同.通常是加荷速度越快,强度测值越高.这是因为当试件受到外力作用时会产生一定的变形,变形累加到一定程度便产生破坏,当加荷速度较快时,材料变形的增长滞后于荷载的增加,因此强度测定值会很大;当加荷速度超过１.０MPa/s时,这种趋势更加显著.试验时,压混凝土试件的加荷速度对所测强度值影响较大.加荷速度越快,测得的强度值越大.我国相关标准规定,测混凝土试件的强度时,应连续而均匀地加荷.上一页下一页返回任务二混凝土的强度当强度等级低于C３０时,加荷速度为０.３~０.５MPa/s;当强度等级≥C３０且＜C６０时,加荷速度为０.５~０.８MPa/s;当强度等级≥C６０时,加荷速度为０.８~１.０MPa/s.三、提高混凝土强度的措施实际施工中为了加快施工进度,提高模板的周转率,常需提高混凝土的早期强度.可采取如下措施提高混凝土强度:(一)采用高强度等级水泥或早强型水泥在混凝土配合比相同的情况下,水泥的强度等级越高,混凝土２８d龄期的强度值就越大;采用早强型水泥,可提高混凝土的早期强度,加快施工进程.上一页下一页返回任务二混凝土的强度对于紧急抢修工程、桥梁拼装接头、严寒的冬期施工以及其他要求早期强度高的混凝土结构物,可优先选用早强型水泥;另外,选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥制得的混凝土,要较其他品种水泥的混凝土早期强度高.(二)降低水胶比,减少用水量降低水胶比,减少用水量制得相对干硬的混凝土,以减少硬化混凝土中由于多余水分的挥发而产生的孔隙,提高混凝土强度.降低水胶比是提高混凝土强度的有效措施.混凝土拌合物的水胶比降低,可降低硬化混凝土的孔隙率,明显增加水泥与集料间的粘结力,使强度提高.上一页下一页返回任务二混凝土的强度但降低水胶比,会使混凝土拌合物的工作性下降.因此,必须有相应的技术措施配合,如采用机械强力振捣、掺加提高工作性的外加剂等.(三)合理选用粗集料碎石与卵石拌制的混凝土,由于碎石表面粗糙多棱角,可以增大集料与胶凝材料浆体间的粘结面积,提高粘结强度.(四)采用湿热养护处理采用湿热养护处理可提高水泥石与集料的粘结强度,从而提高混凝土的强度.这种措施对采用掺混合材料的水泥拌制的混凝土更为有利.常用的混凝土湿热养护方法包括蒸汽养护和蒸压养护.上一页下一页返回任务二混凝土的强度蒸汽养护是在常压下,将浇筑完毕的混凝土构件经１~３h预养后,在９０％以上的相对湿度、６０℃以上的饱和水蒸气中进行的养护.蒸压养护是指将浇筑好的混凝土构件静停８~１０h后,放入１７５℃和８个大气压的蒸压釜内,进行的饱和蒸汽养护.蒸压养护又称为高压蒸汽养护.不同品种水泥配制的混凝土其蒸养适应性不同.硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥混凝土一般在６０℃~８０℃条件下恒湿养护时间以５~８h为宜;矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等配制的混凝土蒸养适应性好,一般蒸养温度达９０℃、蒸养时间不宜超过１２h.上一页下一页返回任务二混凝土的强度除采用蒸汽养护、蒸压养护、冬期集料预热等技术措施外,还可利用蓄存水泥本身的水化热,来提高强度的增长速度.(五)采用机械搅拌和振捣机械搅拌和振捣比人工拌和与捣实,更能使混凝土拌合物均匀,流动性增大,很好地充满模型,提高混凝土的密实度和强度.采用机械搅拌和振捣,对于干硬性混凝土或低流动性混凝土施工效果更显著.(六)龄期调整实践证明,混凝土的龄期在３~６个月时,强度较２８d时会提高２５％~５０％.上一页下一页返回任务二混凝土的强度工程某些部位的混凝土如在６个月后才能满载使用,则该部位的强度等级可适当降低,以节约水泥.但具体应用时,应得到设计、管理单位的批准.(七)掺加外加剂和掺合料在混凝土拌合物中掺加早强剂,可提高混凝土的早期强度;掺入减水剂,可减少拌合物的用水量,降低水胶比,提高混凝土强度.掺入高活性的超细粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉等掺合料,可以增加有胶凝性产物的含量,使混凝土的密实度增大,强度进一步提高.上一页返回任务三混凝土的变形性能一、非荷载作用下的变形混凝土在非荷载作用下的变形,包括化学收缩、干湿变形、沉降收缩、碳化收缩及温度变形等.(一)化学收缩化学收缩是伴随着水泥水化而进行的,水泥水化后,水化产物的绝对体积比反应前水泥与水的绝对体积小,而使混凝土收缩,这种收缩称为化学收缩.其收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加,大致与时间的对数成正比,一般在混凝土成型后４０多天内增长较快,以后就渐趋稳定.化学收缩是不能恢复的.下一页返回任务三混凝土的变形性能(二)干湿变形混凝土的干湿变形是由于混凝土内部某些水分随周围环境湿度变化而增减,从而使混凝土产生干燥收缩和湿胀.当混凝土在水环境中硬化时,由于胶体颗粒表面的吸附水膜增厚,胶体粒子间距离增大,使混凝土体积产生微小的湿膨胀.这种湿膨胀的变形量很小,一般无明显的破坏作用.当混凝土在干燥空气中硬化时,首先失去的是自由水,继续干燥则毛细孔水就会蒸发,使毛细孔中负压增大而产生收缩力;如果再继续干燥,吸附水蒸发而引起胶体失水紧缩,从而使混凝土产生干缩变形.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能已干缩的混凝土如果重新吸水后,大部分干缩变形可以恢复,但一般仍有４０％左右干缩变形不能恢复,如图３-４０所示,混凝土在干燥空气中养护时,随着龄期的增长,收缩量逐渐增大.若一直在水中养护,或先在空气中养护一段时间再置于水中养护时,混凝土的干缩程度将减少或略产生膨胀.图３-４０的试验结果还表明,混凝土的收缩值较膨胀值大,即当混凝土产生干缩后,即使长期放在水中,仍有残留的收缩变形,其残余收缩量为总收缩量的３０％~６０％.在一般工程设计中,通常采用混凝土的线收缩值为２.０×１０－４~１.５×１０－３mm/m.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能干缩会在混凝土表面产生细微裂缝,当干缩变形受到约束时,常会引起构件的翘曲或开裂,影响混凝土结构的使用性能及混凝土的耐久性.混凝土的干缩与水泥品种、细度、用量及水胶比、集料的种类、施工方法与养护条件等有关.实际施工中,应严格控制集料的含泥量,加强保湿养护,尤其是混凝土凝结硬化初期的养护可以减少或控制混凝土干缩裂缝导致的混凝土技术性能的下降.(三)沉降收缩沉降收缩又称为塑性收缩,通常发生在混凝土构件刚成型后的时间里.收缩的原因是由于拌合物中的固体颗粒下沉,混凝土表面产生泌水而使混凝土的体积减小.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能沉降收缩的收缩值约为１％.如图３-４１所示,在桥梁墩台等大体积混凝土工程中,由于沉降收缩会产生沉降裂缝.(四)碳化收缩在相对湿度合适的环境下,空气中的二氧化碳能与水泥石中的氢氧化钙(或其他组分)发生反应,从而引起混凝土体积的收缩,称为碳化收缩.碳化收缩是完全不可逆的.碳化收缩的程度与空气的相对湿度有关,当相对湿度为３０％~５０％时,收缩值最大.碳化收缩过程常伴随着干燥收缩,在混凝土表面产生拉应力,导致混凝土表面产生微细裂缝.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能在混凝土工程中,碳化主要发生在混凝土表面处,恰好这里干燥速率也最大,碳化收缩与干燥收缩叠加后,可能引起严重的收缩裂缝.(五)温度变形混凝土与其他普通固体材料一样,也会随着温度的变化而产生热胀冷缩变形.混凝土的温度膨胀系数一般为(１.０~１.５)×１０－５/℃,即温度每改变１℃,１m长的混凝土将产生０.０１~０.０１５mm膨胀或收缩变形.在大体积混凝土硬化初期,由于内部水泥水化热而积聚较多热量,造成混凝土内外层温差很大(可达５０℃~８０℃),这将使内部混凝土的体积产生较大热膨胀,而外部混凝土与大气接触,温度相对较低,产生收缩.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能内部膨胀与外部收缩相互制约,在表层混凝土中将产生很大拉应力,严重时使混凝土产生裂缝.在实际工程中,为了避免大体积混凝土产生裂缝,通常采用低热水泥,或减少水泥的使用量,或采用人工降温等措施,尽可能降低混凝土的发热量,减少混凝土的温度裂缝,确保混凝土的使用质量.对于纵长的钢筋混凝土结构,应每隔一段距离设置一道伸缩缝,或采取在结构物中设置温度钢筋等措施减少温度变形.二、荷载作用下的变形混凝土在荷载作用下的变形包括短期荷载作用下的变形和长期荷载作用下的变形.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能(一)短期荷载作用下的变形１.混凝土的弹塑性变形混凝土是一种非匀质的复合材料,其内部结构含有砂石集料、水泥石、游离水分和气泡,这就决定了混凝土本身的不均匀性.混凝土不是一种完全的弹性体,而是一种弹塑性体.在静力受压时,既产生弹性变形,又产生塑性变形,其应力与应变的关系是一条曲线,如图３-４２所示.当在图中点卸荷时,应力-应变曲线沿曲线回复,卸荷后弹性变形恢复,而残留下塑性变形.２.混凝土的变形模量上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能混凝土的变形模量是指应力Ｇ应变曲线上任一点的应力与应变的变化.根据«普通混凝土力学性能试验方法标准»(GB/T５００８１—２００２)的规定,采用１５０mm×１５０mm×３００mm的棱柱体作为标准试件,使混凝土应力在０.５MPa和１/３轴心抗压强度之间经过至少两次预压,在最后一次预压完成后,应力与应变关系基本上呈直线关系,此时测得的变形模量值即为该混凝土弹性模量.混凝土的弹性模量随着集料与水泥石的弹性模量而异.在材料质量不变的条件下,混凝土的集料含量较多、水胶比较小、养护条件较好及龄期较长时,混凝土的弹性模量就较大.另外,混凝土的弹性模量一般随着强度提高而增大.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能(二)在长期荷载作用下的变形混凝土在长期荷载作用下,沿着作用力方向的变形会随时间不断增长,一般要延续２年才逐渐趋于稳定.这种在长期荷载作用下产生的变形,通常称为徐变.混凝土的变形与荷载关系如图３-４３所示.混凝土在长期荷载作用下,一方面在开始加荷时发生瞬时变形,以弹性变形为主;另一方面发生缓慢增长的徐变.在荷载作用初期,徐变变形增长较快,以后逐渐变慢且稳定下来.当变形稳定以后卸掉荷载,这时将产生瞬时变形,这个瞬时变形的符号与原来的弹性变形相反,而绝对值则较原来的小,称为瞬时恢复.在卸荷后的一段时间内变形还会继续恢复,称为徐变恢复.剩下不可恢复的变形称为残余变形.上一页下一页返回任务三混凝土的变形性能混凝土的徐变主要是水泥石的徐变引起的,是由于水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下的黏性流动,并向毛细孔中流动,同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力而向毛细孔渗透的结果.早期加荷时,水泥尚未充分水化,所含凝胶体较多且水泥石中毛细孔较多,凝胶体易流动,所以徐变发展较快,而在晚龄期,水泥继续硬化,由于凝胶体的移动及水化的进行,毛细孔逐渐减少,且水化物结晶程度不断提高,因此黏性流动变难,徐变的发展减缓.混凝土的徐变对混凝土及钢筋混凝土结构物的影响有有利的一面,也有不利的一面.徐变有利于削弱由温度、干缩等引起的约束变形,从而防止裂缝的产生.但在预应力结构中,徐变将产生应力松弛,引起预应力损失.在钢筋混凝土结构设计中,要充分考虑徐变的影响.上一页返回任务四混凝土的耐久性一、混凝土的耐久性混凝土的耐久性是指混凝土在使用条件下抵抗周围环境各种因素长期作用的能力.根据混凝土所处环境条件的不同,其耐久性的含义也有所不同,通常结构用混凝土的耐久性主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗碳化、抗碱-集料反应等性能.(一)抗渗性抗渗性是指混凝土抵抗压力介质(水、油、溶液等)渗透的性能.混凝土的抗渗性是决定混凝土耐久性最重要的因素,抗渗能力的大小主要与其本身的密实度、内部孔隙的大小及构造有关.下一页返回任务四混凝土的耐久性混凝土渗水(或油)是由于内部存在相互连通的孔隙和裂缝,这些孔道除了是由于施工振捣不密实外,主要来源于水泥浆中多余的水分蒸发和泌水后留,或形成的细管孔道及粗集料下界面聚积的水所形成的孔隙.渗水孔道的多少,主要与水胶比有关.水胶比越小,抗渗性能越好.混凝土的抗渗性用抗渗等级P表示.测定混凝土抗渗等级,如图３-４４所示,采用顶面直径为１７５mm、底面直径为１８５mm、高为１５０mm的圆台体为标准试件,养护２８d,在标准试验方法下,以每组六个试件中四个未出现渗水时的最大水压表示,分为P４、P６、P８、P１０、P１２五个等级,分别表示混凝土能抵抗０.４MPa、０.６MPa、０.８MPa、１.０MPa、１.２MPa的水压力而不渗水.上一页下一页返回任务四混凝土的耐久性提高混凝土的密实度,是提高混凝土抗掺性的关键.为了制得抗渗性好的混凝土,应采取如下措施:选择适当的水泥品种及数量;采用较小的水胶比;采用良好的集料级配及砂率;采用减水剂、引气剂;加强养护及精心施工.(二)抗冻性抗冻性是指混凝土在使用环境中,能经受多次冻融循环作用而不破坏,同时,也不严重降低强度的性能.对于受冻害影响的寒冷地区的混凝土,要求具有一定的抗冻能力.混凝土吸水饱和受冻,其内部孔隙中的水在负温下结冰,产生体积膨胀.上一页下一页返回任务四混凝土的耐久性当膨胀力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土产生细微裂缝.经多次冻融循环,细微裂缝逐渐扩展,使混凝土表面疏松剥落,质量损失,强度降低,直至破坏.混凝土的抗冻性取决于其本身的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度.密实的混凝土和具有封闭孔隙的混凝土,其抗冻性较高.混凝土抗冻性以抗冻等级F表示,它以２８d龄期的混凝土标准试件,在饱水后承受反复冻融循环,以抗压强度损失不超过２５％,且质量损失不超过５％时的最大循环次数来确定.上一页下一页返回任务四混凝土的耐久性混凝土的抗冻等级有F１０、F１５、F２５、F５０、F１００、F１５０、F２００、F２５０和F３００九个等级,分别表示混凝土能承受冻融循环的最大次数不小于１０、１５、２５、５０、１００、１５０、２００、２５０和３００.抗冻等级等于或大于F５０的混凝土,称为抗冻混凝土.(三)抗侵蚀性当混凝土所处环境中含有酸、碱、盐等侵蚀性介质时,混凝土便会遭受侵蚀.抗侵蚀性是指混凝土抵抗周围环境介质侵蚀的能力.当混凝土所处的环境水有侵蚀性时,会对混凝土提出抗侵蚀性的要求.混凝土的抗侵蚀性取决于水泥品种及混凝土的密实度.上一页下一页返回任务四混凝土的耐久性密实度越高、连通孔隙越少,外界的侵蚀性介质越不易侵入,故混凝土的抗侵蚀性越好.如图３-４５所示,用于地下工程、海岸与海洋工程等恶劣环境中的混凝土对抗侵蚀性有着更高的要求.提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是合理选择水泥品种,降低水胶比,提高混凝土密实度和改善孔结构.(四)抗碳化碳化是指空气中的CO２在潮湿(有水存在)的条件下与水泥石中的Ca(OH)２发生反应,生成CaCO３和H２O的过程.这个过程是由表及里向混凝土内部缓慢扩散的.碳化后可使水泥石的组成及结构发生变化,使混凝土的碱度降低,引起混凝土的收缩.上一页下一页返回任务四混凝土的耐久性混凝土碳化速度与水胶比、水泥品种、环境中二氧化碳的浓度和湿度等因素有关.水胶比小的混凝土较密实,二氧化碳和水不易侵入,碳化速度就慢.掺混合材料的水泥碱度较低,随着混合材料掺量的增加,碳化速度随之加快.环境中二氧化碳浓度高,碳