4.7混凝土的主要技术性质

混凝土的主要技术性质新拌混凝土的和易性硬化混凝土的强度硬化混凝土的变形性硬化混凝土的耐久性新拌混凝土：混凝土拌合物是指由混凝土的各组成材料拌和在一起，尚未凝结硬化的混合物。新拌混凝土硬化混凝土硬化

主要技术性能：和易性、硬化混凝土的强度、变形、耐久性一、新拌混凝土的和易性混凝土硬化前在拌合、运输、浇筑、振捣过程中，不发生分层、离析、泌水等现象，获得质量均匀、成型密实混凝土的性质，又称工作性。流动性：指混凝土拌合物在自重和机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。反映拌合物稀稠程度；粘聚性：指混凝土拌合物在施工过程中，组成材料之间有一定的粘聚力，不致发生分层和离析现象。反映拌合物均匀性；保水性：指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致发生泌水现象。反映拌合物稳定性。一、新拌混凝土的和易性和易性是一项综合技术性质，包括以下三方面含义：1、和易性的概念流动性：指混凝土拌合物在自重和机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。反映拌合物稀稠程度；

若新拌混凝土太干稠：难以成型与捣实，且容易造成内部孔洞等缺陷

若新拌混凝土过稀：经振捣后易出现水泥浆和水上浮而石子等大颗粒骨料下沉的分层离析现象，影响混凝土质量的均匀性、成型后的密实性。1、和易性的概念一、新拌混凝土的和易性粘聚性：指混凝土拌合物在施工过程中，组成材料之间有一定的粘聚力，不致发生分层和离析现象。反映拌合物均匀性。容易出现蜂窝、空洞等现象。

黏聚性差：

黏聚性过大：容易导致混凝土流动性变差，泵送、振捣与成型困难。蜂窝麻面1、和易性的概念一、新拌混凝土的和易性保水性：指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致发生泌水现象。反映拌合物稳定性。保水性差：混凝土一部分水易从内部析出至表面，在水渗流之处留下许多毛细管孔道，成为以后混凝土内部的渗水通路。表面泌水1、和易性的概念一、新拌混凝土的和易性和易性的测定方法：测定混凝土拌合物的流动性，辅以观察粘聚性和保水性。混凝土流动性用坍落度、坍落扩展度和维勃稠度来表示。——《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2016——《混凝土质量控制标准》GB/T50164-20112、和易性的测定一、新拌混凝土的和易性（1）坍落度法粘聚性观察：将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好；若锥体倒塌或部分崩裂，表示粘聚性不好。保水性观察：若混凝土拌合物失浆而骨料外露，或较多稀浆自底部析出，表示保水性差。坍落度测定：坍落度愈大，流动性愈大。一、新拌混凝土的和易性当坍落度大于220mm时测；坍落度扩展值：最大直径和最小直径（两者之差小于50mm）的算术平均值。（2）坍落扩展度（大流动性混凝土）

适用干硬性混凝土（坍落度值小于10mm）。维勃稠度值：当玻璃盖板布满混凝土浆体时的震动时间。（3）维勃稠度法一、新拌混凝土的和易性级别坍落度/mm级别维勃稠度/sS110～40V0≥31S250～90V130～21S3100～150V220～11S4160～210V310～6S5≥220V45～3混凝土按坍落度和维勃稠度的分级（GB50164-2011）一、新拌混凝土的和易性（1）构件情况：根据构件截面尺寸、钢筋疏密、振捣方法等，在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较高的混凝土。项次结构种类坍落度（mm）1基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构10～302梁、板和大型及中型截面的柱子等30～503配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）50～704配筋特密的结构70～905泵送混凝土泵送高度/m<30100~14030~60140~16060~100160~180>100180~200注：1.本表系指采用机械振捣时的坍落度，采用人工振捣时可适当增大；2.对轻骨料混凝土拌合物，坍落度宜较表中数值减少10～20mm。3、流动度的选择一、新拌混凝土的和易性（2）施工工艺情况施工工艺坍落度(mm)碾压混凝土0滑模摊铺混凝土30～50泵送混凝土100～200自密实混凝土>240

3、流动度的选择一、新拌混凝土的和易性碾压混凝土流动性合适流动性过大坍落度：0mm滑模摊铺混凝土坍落度：30～50mm基层路面正常摊铺后的路面发生塌边后的路面坍落度：100～200mm泵送混凝土坍落度：>240mm自密实混凝土一、新拌混凝土的和易性（1）组成材料性质的影响胶凝材料：主要是胶凝材料品种和细度的影响。需水性大的胶凝材料比需水性小的胶凝材料配制的拌合物，在其他条件相同的情况下，流动性变小，但其粘聚性和保水性较好。骨料：主要影响因素有骨料级配、颗粒形状、表面特征、粒径级配好的骨料，其拌合物流动性较大，粘聚性和保水性较好；表面光滑的骨料，其拌合物流动性较大；骨料粒径增大，总表面积减小，流动性就较大。外加剂：加入减水剂和引气剂可明显提高拌和物流动性，引气剂可有效改善粘聚性和保水性。4、影响和易性的因素一、新拌混凝土的和易性（2）水泥浆的数量（浆骨比）和水泥浆的稠度（水胶比）的影响减小骨料颗粒间的摩擦力：增加水泥浆数量减小胶凝材料颗粒间的摩擦力：增大水胶比决定因素：单位体积用水量。固定用水量法则：实践证明，在配制混凝土时，当所用粗细骨料种类及比例一定时，若单位体积用水量一定，即使胶凝材料用量略有变动（1m3增减50-100kg），混凝土的流动性大体上保持不变。根据固定用水量法则，可固定单位用水量，改变水胶比，得到既满足和易性要求，又满足强度要求的配合比。4、影响和易性的因素一、新拌混凝土的和易性（3）砂率（砂占骨料总量的质量百分率）砂率↑，粗骨料间摩擦↓，流动性↑；砂率↑，骨料总表面积↑，湿润骨料的水分↑，流动性↓；应该选取合理砂率，获得最佳和易性。砂率过大，流动性反而随砂率增大而降低；砂率过小，拌合物粘聚性和保水性变差，产生离析、流浆等现象4、影响和易性的因素一、新拌混凝土的和易性坍落度与存放时间的关系（4）温度与时间拌和物流动性随温度升高而降低；拌和物流动性随时间延长而降低。温度对坍落度的影响4、影响和易性的因素一、新拌混凝土的和易性当混凝土拌合物的流动性小于设计要求时，应保持水灰比（水胶比）不变，增加水泥浆的用量。切记不能单独加水，否则会降低混凝土的强度和耐久性。当混凝土拌合物的流动性大于设计要求时，应在保持砂率不变的前提下，增加砂、石用量。实际上是减少水泥浆数量，选择合理的浆骨比。改善骨料的级配，即可增加混凝土拌合物的流动性，也能改善黏聚性和保水性在混凝土中加外加剂和矿物合料，可改善、调整混凝土拌合物的和易性，以满足施工要求。尽可能选择合理砂率，当黏聚性不足时可适当增大砂率。5、改善混凝土拌合物的和易性的措施一、新拌混凝土的和易性二、硬化混凝土的强度混凝土强度的种类混凝土强度抗拉强度抗剪强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土的粘结强度二、硬化混凝土的强度抗弯拉强度立方体抗压强度fcu

1、抗压强度轴心抗压强度fcp——《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150×150×150401.00非标准试件100×100×100300.95200×200×200601.05试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150×150×300401.00非标准试件100×100×300300.95200×200×300601.05fcp=（0.7~0.8）

fcu

二、硬化混凝土的强度2、劈裂抗拉强度抗压强度的1/10~1/20抗拉强度对混凝土的抗裂性起着重要作用标准试件：150mm×150mm×150mm非标准试件：100mm×100mm×100mm，换算系数0.85——《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019式中：fts——劈裂抗拉强度，MPa；P——破坏荷载，N；A——试件劈裂面积，mm2。二、硬化混凝土的强度3、抗弯拉强度在道路和机场道面工程中，混凝土主要承受荷载的弯拉、弯折作用。因此，弯拉（抗折）强度是设计和质量控制的主要指标。试验方法：150mm×150mm×600mm或150mm×150mm×550mm的梁式试件，按三分点加荷方式测定其破坏荷载，经计算得到弯拉（抗折）强度。式中：ff——混凝土抗折强度，MPaF——试件破坏荷载，Nd——钢筋直径，mml——支座间跨度，mmb——试件截面宽度，mmh——试件截面高度，mm二、硬化混凝土的强度混凝土与钢筋之间的摩擦力钢筋与水泥之间的黏结力钢筋表面的机械咬合力主要影响因素：混凝土质量抗压强度钢筋尺寸及种类钢筋在混凝土中的位置（水平或垂直）加载类型（受拉或受压）混凝土与钢筋的黏结力

4、钢筋握裹强度二、硬化混凝土的强度（1）胶凝材料强度等级与水胶比胶凝材料强度等级越高，水胶比越小，混凝土强度越高。5、影响因素混凝土强度与水胶比及胶水比的关系混凝土28d龄期抗压强度与胶凝材料实际强度与水胶比之间的经验公式：

二、硬化混凝土的强度（2）骨料的种类、质量及级配

骨料类型：天然骨料？机制骨料？骨料强度：骨料强度比水泥石高，不直接影响混凝土强度，骨料本身强度降低，配制混凝土强度也降低。骨料表面状况：骨料表面粗糙与水泥石粘结力大，混凝土强度高，但随着水胶比增大，强度降低。资料表明：当水胶比小于0.4时，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度约高38%，随着水灰比增大，两者的差别就不明显了。骨料级配：连续级配？单一级配？间段级配？（3）外加剂与掺合料由于混凝土技术的发展，在20多年里水灰比（水胶比）从>0.5降低到0.15～0.30；混凝土抗压强度从30MPa左右提高到200～800MPa。二、硬化混凝土的强度（4）施工方法

材料计量：要准确投料顺序：要合理搅拌制度：机械搅拌运输与浇筑：浇筑后机械振动（5）养护条件（湿度、温度）湿度对混凝土强度的影响硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥浇水养护时间不少于7天火山灰水泥和粉煤灰水泥不少于14天温度对混凝土强度的影响400481216202428102030抗压强度Mpa龄期d增长1d后冻结增长10d后冻结增长7d后冻结增长5d后冻结增长3d后冻结没有冻结冻结日期对混凝土强度的影响二、硬化混凝土的强度（6）龄期的影响flgnfnf28lg28lgn强度随龄期增长而增长，强度发展与龄期的对数大致成正比关系。

例：已知某批混凝土其尺寸为100mm×100mm×100mm的试件7d龄期破坏荷载分别为140kN、135kN、140kN，请评估其28d龄期标准立方体抗压强度

100mm×100mm×100mm尺寸试件7d龄期平均抗压强度：换算成150mm×150mm×150mm标准试件7d龄期抗压强度：根据正比关系换成成28d龄期标准立方体抗压强度：二、硬化混凝土的强度（7）试验条件尺寸(环箍效应＋缺陷出现的几率)；尺寸越大，测得的强度值越低表面处理；表面越光滑，测得的强度值越低含水率；含水率越高，其强度越低加荷速度；加荷速度快，裂纹扩展速度慢于荷载增加速度，故测得的强度值偏高试件形状。立方体（英、德、中）、圆柱体（美、法、日）压板对试块的约束作用试块破坏后残存的凌锥体环箍效应涂油摩擦力受压板约束时试件破坏情况不受压板约束时试件破坏情况二、硬化混凝土的强度三、硬化混凝土的变形性荷载作用不受荷载（各种物理化学因素）膨胀收缩耐荷能力、耐久性、美观裂缝混凝土内部产生拉应力变形约束局部或整体的体积变化应变徐变三、硬化混凝土的变形性水泥水化反应产生的固有收缩。原因：水化物的固体体积小于反应物（水和水泥）的总体积。收缩率很小（50～100×10-6），结构设计中，不把它从较大的干燥收缩中区分出来处理，而是在干燥收缩中一并计算。不能恢复。

1、非荷载作用下的变形（1）化学收缩干燥收缩不能完全恢复；矿渣水泥的收缩大，高等级水泥收缩大，水泥用量多、水灰比大收缩大。砂石形成骨架，可抵抗收缩。工程设计中，采用的线收缩为（15～20）×10-5mm/mm。塑性收缩（塑性裂缝）（2）干湿变形三、硬化混凝土的变形性地基或既存建筑物1、非荷载作用下的变形（3）温度变形拉应力表面与内部热胀冷缩程度不同由外部约束引起的变形由内部约束引起的变形三、硬化混凝土的变形性2、荷载作用下的变形（1）短期荷载作用下的变形—弹塑性变形混凝土受压应力-应变图

初始切线模量切线模量割线模量：原点与0.4fcp的点连线的斜率

混凝土强度等级为C15～C60时，

弹性模量约为（1.75～3.60）×104MPa。三、硬化混凝土的变形性混凝土承受持续荷载，随时间延长而增加的变形称徐变。混凝土应变与加荷时间的关系徐变有利影响：能消除应力集中，使应力较均匀分布；大体积混凝土可消除温度变形产生的破坏力。徐变不利影响：在预应力结构中，徐变将产生应力松弛，引起预应力损失，造成不利影响。

影响徐变的因素：骨料弹性模量及含量、水泥用量和水灰比大小。瞬时变形徐变变形弹性恢复徐变恢复残余变形2004006008001000120004080120160200加荷卸荷应变/×10-6荷载作用时间/d2、荷载作用下的变形（2）长期荷载作用下的变形—徐变三、硬化混凝土的变形性西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁（主跨为241m）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌（1996年）。

三、硬化混凝土的变形性四、硬化混凝土的耐久性钢筋混凝土结构中，混凝土的劣化分为两大类：第一类：由于物理、化学作用引起混凝土本身的劣化。物理破坏——冻融、盐结晶、磨耗、冲磨与空蚀(水流)；化学侵蚀——软水(溶出、分解)、硫酸盐(反应性膨胀)、镁盐(置换性疏松)、酸(中和、溶出)、强碱(碳化、水合盐结晶性膨胀)、碱-骨料反应(反应与吸水性膨胀)第二类：由于钢筋锈蚀引起体积膨胀导致的混凝土破坏。混凝土碳化——pH值下降削弱了混凝土对钢筋的保护作用；氯离子渗透——促进钢筋锈蚀的电化学反应；氧气渗透——参与钢筋锈蚀的电化学反应；由水、空气通过毛细孔渗透、扩散进入混凝土的速率决定。四、硬化混凝土的耐久性2、高孔隙率、低渗透性4、多孔、高渗透性1、多孔、低渗透性3、低孔隙率、高渗透性孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系1、混凝土材料的耐久性问题（1）抗渗性四、硬化混凝土的耐久性混凝土抵抗压力液体在混凝土中渗透的能力。对混凝土耐久性十分重要，因为环境中的各种侵蚀性介质只有通过渗透才能进入混凝土内部产生破坏作用。渗水原因：（连通渗水孔道）(1)多余水分蒸发留下的毛细孔道；(2)混凝土浇筑过程中泌水产生的通道；(3)浇捣不密实而形成的孔洞；(4)混凝土收缩产生拉应力形成的裂缝。主要与W/B有关，W/B>0.60时，渗透系数剧增，抗渗性↘↘。

四、硬化混凝土的耐久性测试方法标准试件：175mm×185mm×150mm圆台形试件6个;养护时间：28d～90d试件周围滚涂上一层蜡，试验用模具加热膨胀后，将试件压入，冷却后将试件箍紧；将试件固定到抗渗试验机后，开始加压，初始压力0.1MPa，每隔8小时，增压0.1MPa，至少有3个试件表面渗水时为止。以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大压力计算抗渗等级：P=10H-1P4，P6，P8，P10，P12，>P12六级，P6表示砼能抵抗0.6MPa水压而不渗透。四、硬化混凝土的耐久性提高混凝土抗渗性的关键：提高密实性，改善孔隙结构。提高混凝土的密实性减低水灰比；选用致密、干净、级配良好的骨料；采用减水剂、引气剂；使用掺合料，特别是超细粉；

施工振捣密实；加强养护；精心施工。四、硬化混凝土的耐久性

混凝土含水时抵抗冻融循环作用而不破坏的能力机理：水→冰，体积↗，产生膨胀张应力，

致砼发生膨胀破坏1、混凝土材料的耐久性问题（2）抗冻性四、硬化混凝土的耐久性水压、冰的结晶生产压、渗透压作用①结冰前，两个孔中的水均处于低压；②冷却前锋到达上面的孔，孔压增加，周围混凝土处于高压水环境中；③冷却前锋继续穿过上面的孔，高压水到达下面的孔，引起流体进入下面的孔，流体通过毛细孔中间高度约束的通道的流动产生水压并加速破坏作用。水压很高，可使毛细孔间的水泥石破坏；引入的气孔可以释放水压，避免高压水的产生；大量的空气泡减小了水释放的平均距离；引起的气孔有利于混凝土抗冻害性能的改善引入的气孔作用机理四、硬化混凝土的耐久性掺引气剂前掺引气剂后可提高抗冻性是否掺引气剂与混凝土强度关系四、硬化混凝土的耐久性影响因素：(1)孔隙率及孔隙特征——PK↗，抗冻性↘；PB↗，抗冻性↗；(2)充水程度——毛细孔易吸水饱和(3)混凝土本身强度——强度低，易被破坏(1)选用早期强度发展快、早期强度高的水泥(2)通过掺加减水剂，尽量↘W/C；(3)掺引气剂或引气减水剂，引入一定量封闭气孔；(4)加强早期养护，防止早期受冻。改善措施：四、硬化混凝土的耐久性试件尺寸：100mm×100mm×400mm棱柱体试件养护龄期：标准养护28d冻融循环：水饱和试件中心温度在-18℃～+5℃下进行；抗冻等级：冻融循环后，相对动弹性模量不小于60%、质量损失率不超过5%时的最大冻融循环次数，分为F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350、F400和>F400九个抗冻等级。测试方法——快冻法四、硬化混凝土的耐久性试件尺寸：150mm立方体试件养护龄期：标准养护28d龄期；冻融循环：水饱和试件于-18℃～+20℃情况下进行冻融循环抗冻等级：混凝土慢速冻融循环后，抗压强度下降率不超过25%、质量损失率不超过5%时，混凝土所能承受的最大冻融循环次数，分为D50、D100、D150、D200和>D200五个抗冻标号。测试方法——慢冻法四、硬化混凝土的耐久性抵抗淡水、盐类、酸、碱等对水泥石的侵蚀。

①软水侵蚀(溶出型——溶蚀)②硫酸盐侵蚀③镁盐侵蚀④酸类腐蚀⑤强碱腐蚀1、混凝土材料的耐久性问题（3）抗侵蚀性四、硬化混凝土的耐久性机理：CH+H2O→Ca(OH)2溶液。注意：(1)静水无压时，因CH溶解度小，周围溶液易饱和，故溶出仅限表面，影响不大。(2)流动水，CH不断被溶解流失，碱度不断降低，引起其它水化产物分解→胶结能力差的产物→结构破坏；(3)重水(含碳酸盐)，则H＋CH＋Ca(HCO3)2＝2CaCO3＋2HCaCO3沉积于孔隙内，起密实作用，可阻止水侵入和CH溶出。①软水侵蚀(溶出型——溶蚀)四、硬化混凝土的耐久性内源性硫酸盐侵蚀–水泥生产时石膏掺量过多导致体积安定性不良；外源性硫酸盐侵蚀–硫酸盐侵蚀；钙矾石延迟生成–大体积混凝土，内部水化温升较高，钙矾石分解；温度下降后，钙矾石延迟生成导致膨胀破坏。②硫酸盐侵蚀四、硬化混凝土的耐久性外源性硫酸盐侵蚀内源性硫酸盐侵蚀钙矾石延迟生成造成的破坏四、硬化混凝土的耐久性Mg(OH)2无胶凝能力，致水泥石强度降低。若有SO42-存在，则又将引起硫酸盐的破坏作用。③镁盐侵蚀四、硬化混凝土的耐久性(1)H2CO3CH+CO2+H2O→CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2(2)一般酸2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+H2O(3)有机酸——羧酸、苯酚、腐殖酸等

④酸类腐蚀四、硬化混凝土的耐久性(1)浓度不大时，无害；(2)浓度较大且铝酸盐含量较高时，C3A+6NaOH=3NaAlO2+3CH，溶出破坏；(3)混凝土被NaOH浸透后又在干燥空气中干燥，则：2NaOH+CO2+10H2O→Na2CO3

·10H2O,V↗，泛出白色晶体，称为泛霜(4)混凝土中含较多K+、Na+等强碱性离子时，也易随水份蒸发而在表面结晶，形成泛霜。⑤强碱腐蚀四、硬化混凝土的耐久性骨料中活性SiO2与水泥中碱性氧化物（Na2O和K2O）在有水的条件下发生反应，形成碱—硅酸凝胶。这种凝胶体吸水是无限膨胀的，可使混凝土胀裂。碱-骨料反应发生的条件：碱＆活性骨料＆水，缺一不可。

1、混凝土材料的耐久性问题（4）混凝土的碱－骨料反应四、硬化混凝土的耐久性ASR破坏形式膨胀与开裂损失强度粘性碱－硅物质的溢出或渗出四、硬化混凝土的耐久性反应条件：(1)碱含量高：(Na2O+0.658K2O)%>0.6%；(2)砂、石骨料中含活性SiO2、活性碳酸盐；(3)有水存在：无水不反应。特性：(1)反应缓慢，若干年后才会出现；(2)呈碎裂状态，破坏性大，修复困难。四、硬化混凝土的耐久性预防措施：①尽量采用非活性骨料。②严格控制混凝土中碱含量——如采用碱含量小于0.6%的水泥，降低水泥用量，选用含碱量低的外加剂等。③掺加混凝土掺合料——掺合料反应活性远大于碱活性骨料中活性组分的反应活性，水化硬化过程中吸收钾钠离子，早期形成水化产物均匀分布于混凝土中，不致集中于骨料颗粒周围。④掺加引气剂或引气减水剂——在骨料-水泥石界面形成分散封闭气泡，形成的胶体可渗入或被挤入这些气泡内，降低膨胀破坏应力。⑤尽量减小水灰比，提高混凝土密实度——防止外界水分渗入参与碱-骨料反应和引起反应产物吸水膨胀破坏。四、硬化混凝土的耐久性环境中的CO2和混凝土内水泥石中的Ca(OH)2反应，生成碳酸钙和水，从而使混凝土的碱度降低（也称中性化）的现象。碳化深度大致与碳化时间的平方根成正比。对砼性能的影响——弊多利少1)减弱对钢筋的保护作用，钢筋生锈，V↗，砼开裂，产生顺筋裂缝；(弊)2)产生收