多组分混凝土强度理论研究讲稿VIP

1、现代多组份混凝土强度理论,教授级高工：朱效荣 北京城建混凝土技术研究所 北京灵感科技发展有限公司,1、概述 2、多组份混凝土配合比设计计算理论的建立 3、多组份混凝土体积石子填充模型的建立 4、裂缝控制 5、结论,1、概述 混凝土施工技术的发展是为了满足不断提高的各种社会需求，正是在这种情况下，混凝土的施工由现场搅拌进入了预拌混凝土的时代，但大量使用混凝土外加剂、掺合料使原有的混凝土配合比设计方法不能满足混凝土在现实条件下的施工配合比计算要求，大体积混凝土和超大型建筑物的设计对混凝土硬化后表面质量提出了更高的要求，在这种条件下，建立现代多组份混凝土强度理论的数学模型，完善现有的或者建立新的配合

2、比设计方法，形成一整套新的混凝土强度理论体系和方法、工艺，是当前混凝土工业界重要的课题，我们应从理论上进行不断的探索、实践和创新。,1.1、现代多组份混凝土理论研究的技术路线 结合建筑设计和施工建设对混凝土配合比及施工技术的要求，我们从三个方面对混凝土配合比及施工技术进行研究。,（1）选择原材料：选择合理的细度及颗粒级配，确保混凝土浆体的饱满和粘结牢固。 （2）配合比设计：建立多组份混凝土强度理论数学模型。,（3）提出混凝土体积组成石子填充模型，推导出现代多组份混凝土配合比设计计算理论公式，编制现代多组份混凝土配合比设计计算软件 （4）塑性裂缝控制：建立了毛细管微泵开裂模型，通过合理的配合比设

3、计、最佳二次抹压时间和最佳覆盖养护时间的确定以及充分而及时的湿养护减少了混凝土的塑性裂缝产生。,经过以上四个方面的研究，选择出符合混凝土配比所用的原材料；推导出符合多组分混凝土配合比设计计算的理论公式，并编制现代多组份混凝土配合比设计计算软件；提出通过合理的配合比设计、最佳二次抹压时间和最佳覆盖养护时间减少混凝土的塑性裂缝的量化数据公式。实现混凝土施工和硬化后的各项指标达到控制的要求。,2、多组份混凝土配合比设计计算理论的建立 2.1、概述 从20世纪波特兰水泥大量应用于混凝土实践以来，混凝土工程技术人员对大量使用的混凝土强度理论进行了不断的探索，先后提出了多种假设和理论，以不同的角度阐述了混

4、凝土强度的形成机理和影响因素。具体来说有以下几种：,（1）水灰比强度公式： 1918年艾布拉姆斯（D.A.Abrams）建立了水灰比强度公式。当混凝土充分密实时，其强度与水灰比成反比。 fC28=K1/K2W/C 式中K1、K2为经验常数，W/C为混凝土拌合物的水灰比。,1930年瑞典学者鲍罗米（Belomy）根据大量试验结果，应用数理统计方法，进一步考虑了水泥强度因素之后，提出了混凝土的强度与水泥标号及水灰比之间的关系式： fC28=Af Ce（C/W）- B 式中fC28为混凝土28天抗压强度，f Ce为水泥的实际强度（MPa），W/C为混凝土拌合物的水灰比，A、B为经验系数，与骨料品种和

5、水泥品种有关。,该公式认为混凝土的强度取决于水泥石的性能，而水泥石的性能取决于自身的孔隙率，孔隙率高则强度低，要提高混凝土的强度必须降低水灰比，减少孔隙率。这种方法已经为世界大多数国家所采用。 但随着检测技术的进步。掺和料和外加剂的大量应用，使这一指导性公式在A、B的选择方面过于粗旷，与大多数的高性能混凝土的生产实践不符，对现有统计数据单位几乎无法指导配合比设计或生产实践。,（2）Powers的胶空比理论 混凝土强度增大与胶空比的关系，所谓胶空比是已水化的水泥浆体积和毛细孔体积之和的比值。 fC=AXn 式中：X为胶空比，X=水化的水泥浆体积/毛细孔体积，A为一个常数，n为一个系数。,胶空比决

6、定混凝土强度的本质因素，它包含了水灰比的影响，也与水泥的水化程度有关，更能反映混凝土强度与毛细孔隙的关系。由公式可知：减少孔隙率，增大胶空比，能提高混凝土强度，这是Powers公式与Belomy公式的一致性。 但该理论由于A、n的不确定性和X的不可测，因此只能作为科研部门的一项测试原理，但在工业生产中却无法直接应用于指导配合比设计和指导生产。,（3）、晶体理论导出的材料理论抗拉强度值 fcmax=E/0 式中： E -设计强度等级混凝土弹性模量 fcmax -材料的理论抗拉强度值 -混凝土表面自由能 0 -分子间距，与材料密度成反比,由上式可知：对混凝土而言0越小、E越大，越大，则强度越高。即

7、混凝土越密实，则0越小，强度越高。选用的材料组合弹性模量越高则强度越强。,（4）格里菲斯脆性断裂理论 按照该理论，脆性材料的断裂破坏是由于已经存在于材料中的裂缝的大小，或者说断裂强度取决于使其中裂缝失稳扩展的应力。A.A.Griffith对一个受影响拉伸的无限大弹性板中的一个贯穿椭圆裂缝，导出如下公式： f = 2E/a 式中：f为断裂应力，E为弹性模量，a为裂缝长度一半，为表面能,混凝土作为脆性材料，其实际强度受材料表面及内部缺陷和裂缝所支配，比理论强度低。 由此理论可知，混凝土的强度除高弹模、密实度以外，还应减少混凝土内部，特别是界面的缺陷和裂纹。,以上四种混凝土的强度理论从不同角度提出了

8、降低孔隙率，增加密实度，增大胶空比，提高弹性模量，减少缺陷和微裂缝是增强的途径。从中可以看到，这些强度理论之间有着本质的联系。,2.2、现代多组份混凝土强度理论数学模型的建立 混凝土作为一种复杂的物理化学反应产物，主要由砂子、石子、水泥、矿渣粉、粉煤灰、硅粉、水、外加剂等成份组成，由于水泥和胶凝材料的水化过程极其复杂，内部结构不能直接测量。作为一种承重材料，其强度的形成大体可分为两部分：一部分是由粗骨料（石子）提供，因为石子的强度大于混凝土的设计强度， 因此大多数混凝土在工作状态时骨料都具有足够的强度，另一部分来源于硬化浆体，对于强度等级较低的混凝土，其硬化浆体强度主要由水泥水化形成的C-S-

9、H凝胶和粉煤灰等惰性或活性较低的掺和料填充组成，它的强度主要来源于水泥；,而对于强度较高的混凝土，其硬化浆体强度主要由水泥水化形成的C-S-H凝胶，活性较高的矿渣粉水化形成的凝胶，填充于孔隙中的超细矿渣粉和硅粉等组成，这样就决定了混凝土的强度在低强度等级范围内与水泥强度和粘结强度相关；在高强度等级范围内由于粘结强度大，故混凝土的强度与水泥强度、超细矿物掺和料密切相关，特别是超细掺和料的微粉超叠加效应表现得非常明显。,我国采用的混凝土配合比设计技术规程以水灰比强度公式为基础。随着科学技术的不断进步、外加剂和矿物掺合料的大量使用以及施工和使用要求的不断提高，使我国混凝土配合比设计方法（即假定容重法

10、和绝对体积法）已经不能满足高性能混凝土配制及施工的实际需要，特别是传统观念下配制混凝土时水泥的选用要比混凝土高一个标号，粉煤灰及矿渣粉等矿物掺和料用量不能超过规定比例的原则，在现实混凝土生产过程中已经失去了指导意义。,通过以上理论回顾总结，结合我们国内近十年来混凝土应用技术的状况，我们认为，混凝土的配制强度应该与水泥石的理论强度成正比例，与混凝土中胶结材料的强度贡献率成正比例，与硬化砂浆的密实度成正比例。这样我们就吸取了胶空比理论和鲍罗米公式（水灰比强度公式），脆性断裂理论的精华，建立了现代多组份混凝土强度数学模型。（简称XS公式）,即： 式中： f -混凝土强度 f -硬化砂浆理论强度 对于

11、C10C55的混凝土f = 对于C60C100的混凝土f =,E-设计强度等级混凝土弹性模量，现有两种计算方法： （1）E=105/（2.2+35/ fcu.o） （2）E= -胶凝材料用量系数，=B/1000 B=1C+2F+3K 1、2、3 -分别为水泥、粉煤灰、矿粉的活性指数,0 -混凝土表面能，0.386（J/m2） a-水泥颗粒最大粒径，取0.08 mm -常数3.14 u-胶凝材料填充强度贡献率 u = ( u1C+ u2F+ u3K+u4Si)/ (C+F+K+Si) C、F、K、Si -分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的用量； u1、u2、u3、u4 -分别为水泥、粉煤灰、矿粉、

12、硅粉的填充因子系数；,Sc、SF、SK、SSi-分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的比表面积； C、F、K、Si-分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的密度； m-硬化砂浆的密实度； m =(W0/W-0.27) W0 -胶凝材料水化理论用水量， W0=0.23C W-胶凝材料拌合用水量； W=（0.23C+0.5T）（1-n） T-混凝土拌合物的设计坍落度。 P-胶凝材料完全水化形成的凝胶孔体积 取0.27。,这样我们就建立了现代多组份混凝土强度理论数学模型，其中f是混凝土对应的硬化砂浆的理论强度，它主要考虑了胶凝材料的水化反应形成的强度；胶凝材料填充强度贡献率u主要考虑了胶凝材料的微集料填充效应，我

13、们可以根据掺合料的种类、数量的不同计算它们对混凝土强度的影响；m是硬化砂浆的密实度，它主要考虑胶凝材料水化和调整混凝土拌合物的工作性能引起的密实度变化对混凝土强度的影响。这一公式是当今多组份混凝土强度计算和配合比设计的通用公式，当混凝土原材料只使用水泥、砂、石和水四组份时，该公式简化为f =f(0.23C /W-0.27)，即符合水灰比决定强度的统计及经验计算公式。,2.3多组份混凝土强度理论数学模型的验证 2.3.1 C10C30掺粉煤灰混凝土 普通混凝土实际强度远远小于理论强度的原因一方面是由于水泥及胶凝材料水化后所占的体积小于由强度贡献胶凝材料水化后的体积，而非活性或低活性掺和料（如粉煤

14、灰）在28天时还没有完全水化，胶凝材料的强度贡献率低，因此强度较低；另一方面低强度等级混凝土配比中胶凝材料用量较少，使石子、砂子及胶凝材料之间存在微裂缝使界面粘结强度较低，导致混凝土强度降低；第三个因素是混凝土中胶凝材料拌合用水量大于胶凝材料理论水化用水量，这些水份在混凝土硬化后蒸发，留下孔隙使混凝土中硬化砂浆密实度降低从而影响混凝土的强度。对C10C30普通混凝土，胶凝材料使用水泥和粉煤灰，其强度计算公式即现代多组份混凝土强度理论计算公式（XS公式）如下：,应用实际生产的混凝土强度计算举例如下： C20 水泥PO.32.5，细度0.08mm方孔筛筛余3%，混凝土实测强度26MPa、C=240

15、kg、F=100kg、W=175 kg WO =78 kg、粉煤灰为三级灰、Sc=320m2/kg SF=150m2/kg、C=3.0103kg/m3、F=1.8103 kg/m3 分别求得以下参数： u1=1.0 u2=0.53 E=25316.46 f =162.64 MPa u = ( u1C+ u2F+ u3K+u4Si)/ (C+F+K+Si) =0.86 m=(W0/W-0.27)=0.176 f=24.90MPa 通过以上计算可知，计算值与实测值相差小于2 MPa。,其他条件不变时改变用水量进行计算可得： W=185时 m=(W0/W-0.27)=0.152 f=21.51MPa

16、 W=195时 m=(W0/W-0.27)=0.13 f=18.39MPa 用水量的变化对低强度等级混凝土强度的影响主要是改变了混凝土内部硬化砂浆的密实度。,2.3.2 C30C55掺复合料（矿粉和粉煤灰）混凝土 掺复合料（矿粉和粉煤灰）普通混凝土，由于双掺矿渣粉和粉煤灰。从理论可知该混凝土除具备C10C30普通混凝土的特征外，由于矿渣粉的引入，使混凝土内硬化砂浆结构较为复杂，其强度来源从内部组成看，有一部分矿粉是超细粉，产生了微粉填充叠加效应，因此使混凝土结构致密，另一方面又因为较粗的矿渣粉不能及时水化而使混凝土强度提高较少，综合实际情况，对于C30C55掺复合料（矿粉和粉煤灰）混凝土，胶凝

17、材料使用水泥、粉煤灰和矿粉，其强度计算公式即现代多组份混凝土强度理论计算公式（XS公式）如下：,应用实际生产的混凝土强度计算举例如下： C50 水泥PO32.5，细度0.08mm方孔筛筛余1.5%，比表面积320m2/ kg，混凝土实测强度55MPa，矿粉比表面积400m2，C=240kg、F=100kg、K=120kg、W=175kg Sc=320m2/kg Sf=150m2/kg Sk=400m2/kg C=3.0103kg/m3 F=1.8103kg/m3 k=2.5103 kg/m3,分别求得以下参数： WO =(240+100+120)0.23=105.8kg u1=1.0 u2=0

18、.53 u3=1.02， E=34482.76 u = ( u1C+ u2F+ u3K+u4Si)/ (C+F+K+Si) =0.903 m=(W0/W-0.27)=0.335 f=59.09MPa 通过以上计算可知，计算值与实测值相差4MPa。,其他条件不变时改变用水量进行计算可得： W=185时 m=(W0/W-0.27)=0.302 f=53.27MPa W=195时 m=(W0/W-0.27)=0.276 f=48.68MPa 其他条件不变时用水量的变化对混凝土强度的影响非常明显，主要原因是用水量的变化改变了混凝土内部孔的组成，使硬化砂浆的密实度发生变化。经过对比分析，胶凝材料细度的变

19、化对混凝土强度的影响主要是改变了混凝土内部硬化砂浆的理论强度值和胶凝材料的填充因子系数，从而改变了混凝土的强度。,2.3.3 C60-C100掺硅粉高强混凝土 由于超细矿渣粉和硅粉的复合使用，从理论可知C60-C100混凝土内硬化砂浆结构更为复杂，其强度来源从内部组成看，第一部分由水泥水化形成的C-S-H凝胶产生，第二部分是超细矿渣粉的产生微粉填充叠加效应，使硬化砂浆结构更加致密，提高了混凝土强度，第三部分是由于硅粉填充到水泥水化后的孔隙和矿粉没有填充到的部位，产生硅粉微集料填充效应，使混凝土的强度大大提高。对于C60C100掺硅粉混凝土，胶凝材料使用水泥、矿粉和硅粉，其强度计算公式即现代多组

20、份混凝土强度理论计算公式（XS公式）如下：,应用实际生产的混凝土强度计算举例如下： 已知 C100，水泥PO42.5，细度0.08mm方孔筛筛余1.0%，比表面积350m2/ kg，矿渣粉比表面积400m2，硅粉比表面积15000m2 ，混凝土实测强度127Mpa， W=175kg、C=450kg、K=100kg、Si=50kg、Sc=350m2/kg、Sk=400m2/kg、SSi=15000m2/kg、C=3.0103kg/m3 k=2.5103 kg/m3 、 Si=2.2103 kg/m3,分别求得以下参数： WO =(450+100+50)0.23=138kg u1=1.0 ，u3=

21、0.97，u4=5.6 E=39215.69 u = ( u1C+ u2F+ u3K+u4Si)/ (C+F+K+Si) =1.37 m=(W0/W-0.27)=0.519 f=135.76MPa 通过以上计算可知，计算值与实测值相差8 Mpa。,其他条件不变时改变用水量进行计算可得： W=185 m=(W0/W-0.27)=0.476 f=123.9MPa W=195 m=(W0/W-0.27)=0.438 f=114.0Mpa 其他条件不变时用水量的变化对混凝土强度的影响非常明显，主要原因是用水量的变化改变了混凝土内部孔的组成，使硬化砂浆的密实度发生变化。经过对比分析，超细硅粉的掺入对混凝

22、土强度的影响主要是提高了填充因子系数，从而改变了混凝土内部孔结构，增加了密实度，大大提高了混凝土的强度。,综合以上验证计算和分析可知，胶凝材料细度的变化对混凝土强度的影响一方面是改变了硬化砂浆的理论强度值，另一方面是超细矿物掺和料的加入使胶凝材料的填充强度贡献率成倍增加；用水量的变化对混凝土强度的影响一方面是改变了混凝土的工作性，另一方面是改变了混凝土内部硬化砂浆的密实度，从而改变了强度；现代多组份混凝土强度理论数学模型用于早期推定混凝土强度，定性判断是正确的，定量判断误差小于10%，可以应用于各种类型混凝土强度的早期推定计算。,3、多组份混凝土体积石子填充模型的建立 现代多组份混凝土在施工过

23、程中是以塑性或流动性状态进行施工，当混凝土各种原材料经拌合后，以塑性或流动性状态存在，经过运输、浇注、振捣成型和养护后进入使用状态的混凝土以硬化形态出现，这时硬化混凝土由粗骨料和硬化砂浆、气孔、水组成。硬化砂浆、气孔和水所占的体积正好是粗骨料（石子）的空隙。现行混凝土配比设计规程假定混凝土中石子空隙由砂子填充，砂子空隙由水泥浆填充，水灰比决定混凝土强度。我们认为：混凝土由硬化砂浆和石子两部分组成，石子作为砂浆的填充料，当压碎指标小于8%时，由于它的强度大于混凝土的设计强度，只占体积不影响强度；硬化砂浆的强度、胶凝材料强度贡献率、硬化砂浆密实度决定混凝土的强度。,因此我们可以采用以下方法去建立混

24、凝土体积组成模型，假定我们先配制好水泥混合砂浆，体积为V1，然后在强力振捣下将粗骨料投入砂浆中，使石子均匀地填入砂浆形成混凝土拌合物，此时混凝土拌合物的体积为V，其中（V-V1）/V便是粗骨料在混凝土中的体积比。V1/V为水泥混合砂浆在混凝土拌合物中体积比。对于砂浆,由于水泥和掺和料粒径较小,可以完全填充在砂子六方紧密堆积的空隙之中, 其空隙率为p。硬化砂浆体积由胶凝材料体积、拌合用水体积和砂子体积组成。这种混凝土体积组成模型称为石子填充模型；用这种方法结合现代多组份混凝土强度理论公式（XS公式）求得混凝土中硬化砂浆体积以及石子、砂子、胶凝材料、外加剂和拌合用水等准确配合比设计数据的方法叫石子

25、填充法，简称XS法。,3.1、石子填充法（XS法）在混凝土配合比设计中的应用 由混凝土强度理论数学模型和石子填充模型的公式（XS公式）可知，混凝土硬化后单位体积内的石子、砂子均没有参与胶凝材料的水化硬化，其体积没有发生改变，分别为Vg,Vs,并且砂子为紧密堆积，由石子填充模型（XS模型）可知，砂子的空隙就是胶凝材料浆体填充的部分，混凝土强度正比于硬化砂浆理论强度、胶凝材料的强度贡献率和硬化砂浆的密实度。以下介绍依据现代多组份混凝土强度理论数学模型和石子填充模型（XS模型）进行混凝土配合比设计的具体步骤。,3.1.1、配制强度： 多组份混凝土的配制强度按现行规范fcu.p=fcu.o+1.645

26、确定。 不同强度等级混凝土取值表,3.1.2、胶凝材料用量的确定 对于基准塑性混凝土，坍落度为T(mm),用于调整工作性的用水量为0.5Tkg，其中u1=1，F=K=Si=0,由XS公式可知：,将公式中水泥C用有强度贡献胶凝材料C0代替，公式简化为 C=R28/0.19 fcu.p= （C0/ C0）W0/ （W0+0.5T）-0.27 =(W0/（W0+0.5T）-0.27) WO =0.5T（0.27+ fcu.p ）/（0.73- fcu.p ） C0 = WO /0.23,3.1.3、掺和料用量的确定 （1）C10C30掺粉煤灰混凝土 C0= u1C+u2F C0= 1C+2F C+2

27、F300 （2）C30C55掺复合料（矿粉和粉煤灰）混凝土 C0= u1C+u2F +u3 K C0= 1C+2F +3 K C+2F300,（3）C60C100掺硅粉高强混凝土 C0= u1C+u2F +u3 K + u4 Si C0= 1C+2F +3 K + 4Si C+F + K + Si 600 由以上掺和料用量公式的推导可知：通过科学计算得到填充因子系数，实现了合理选择掺和料品种和用量，科学而定量地提高和改善了混凝土的耐久性，使混凝土配合比设计与混凝土的耐久性之间建立了一种数字量化关系。,3.1.4、减水剂及用水量的确定 （1）外加剂品种及（粉剂）掺量的确定 外加剂（粉剂）推荐掺量

28、x(f /50) 外加剂（粉剂）用量N= C0 x 配比设计减水率n=（5x+5）% （x1.5时） 上式表示每增加0.减水剂（粉剂）可增加1.0减水率。 由以上外加剂推荐用量公式可知：对于不同强度等级的混凝土而言，粉剂外加剂的推荐掺量是固定的，例如C10为0.2、C30为0.6、C80为1.6、C100为2.0，通过这些数据可以直接进行外加剂品种和用量的合理选择。建立了减水剂品种、掺量和混凝土工作性、强度等级和耐久性指标之间的定量关系式。 （2）用水量的确定 根据国内现场实际，假定混凝土的出机坍落度为Tmm, 每增加mm坍落度所需水量为0.5kg,则理论用水量W= WO+0.5T 实际用水量

29、W= W(1-n),3.1.5、砂子用量的确定 砂子体积：Vs=(1- p)V1/p VB= VC+VF+VK+VSi+VWi+Va VC = C/C VF = F/F VK = K/k Vsi =Si/Si Va =10,3.1.6、石子用量的确定 石子体积Vg =1000- (VC+VF+VK+VSi+Va+Vs+Vw) 石子用量G=G VG,3.3、现代多组份混凝土配合比设计方法的特点 （1）具有较宽的适应范围。 （2）充分体现了矿物掺合料和化学外加剂的作用。 （3）保持较稳定的浆体体积率。,3.4、结论 （1）混凝土体积组成石子填充模型（XS模型）提出：混凝土由砂浆和石子两部分组成，石

30、子作为砂浆的填充料，由于它的强度大于混凝土的设计强度，只占体积不影响强度；硬化砂浆强度、胶凝材料填充强度贡献率、密实度决定混凝土的强度。 （2）混凝土体积组成石子填充模型（XS模型）是适用于现代多组份混凝土配合比设计和强度计算的数学模型，经过严格的数学推导得到混凝土配合比设计中水泥、掺和料、砂、石、外加剂和拌合用水量等组成材料和混凝土工作性、强度和耐久性之间的准确计算公式,确定了混凝土各组成与性能之间的定量关系，实现了现代多组份混凝土配合比设计和混凝土工作性、强度和耐久性指标之间的科学定量计算，并编制了配合比设计计算软件。 （3）与传统混凝土比设计方法相比，混凝土体积组成石子填充模型（XS模型

31、）实现了混凝土配合比设计计算的科学、精确、简便和实用。,4、混凝土裂缝控制 4.1、裂缝成因分析 裂缝控制是混凝土配制、施工和养护过程中一项长期而艰巨的技术难题，经过几代混凝土技术人员的努力，现在对它的成因、影响因素、控制和预防措施已经取得了很大的进步。综合起来讲，混凝土裂缝共分为四类。,（1）、结构荷载裂缝 与结构和荷载有关的混凝土裂缝，其形成原因表现在超过设计荷载、地震或台风作用、构件断面尺寸不足、钢筋用量不足、布局不合理、结构沉降差异、二次应力作用、对温度应力和收所应力估计不足。 （2）、环境条件裂缝 与使用环境条件有关的裂缝形成原因主要是由于环境温度（湿度）变化、结构构件各域温度（湿度

32、）差异过大、冻融、冻涨、钢筋锈蚀、火灾和表面高温、酸碱盐侵蚀、冲击、振动影响。,（3）、原材及配合裂缝 产生原因主要有水泥非正常凝结（受潮、温度过高）、膨胀（安定性差）、用量高、水化热高、掺和料质量不稳定、集料含泥量和级配、集料碱活性与风化岩石、混凝土塑性收缩、混凝土配合比不当、水泥外加剂掺和科的相容性差等。 （4）、施工裂缝 发生原因主要有搅拌不均匀、现场加水、浇注顺序有误、浇注不均匀、捣应不良、坍落度过大、集料下沉、泌水、混凝土表面强度过底就进行一道工序、连续浇注间隔时间过长、接茬处理不当、冷缝、钢筋搭接个锚固不良、钢筋预埋件被扰动、钢筋保护层厚度不够、滑模工艺不当抽裂或塌陷、模板变形、模

33、板漏浆或渗水、模板支撑下沉、拆模过早、拆模不当、硬化前遭受扰动或承受荷载、保护措施不当或养护不及时、养护初期遭受剧烈干燥或冻害、混凝土表面抹压不及时、大体积混凝土内部温度表面温度与环境温度差异过大。,4.2、裂缝控制思路 目前国内裂缝控制的措施从以下三个方面进行：首先从结构和施工设计方面采取措施，主要有在墙体配筋时采用细密原则、局部加强（如跨中扳挤结合处）、后浇带、沉降带和加强带的巧妙应用；其次是在混凝土原材料和配合比方面，原材料一定要严格把关，配合比一定要合理；第三是施工方面采取措施，主要有模板的选用、混凝土拌合物的运输、混凝土的浇注、振捣和养护都要考虑。本项目主要从混凝土原材料的选择、配合

34、比设计、施工工艺三个方面进行研究。,4.3、裂缝控制措施 经过多年的努力，我们在质检、监理、设计、施工等有关部门的大力支持下，比较系统地掌握了控制塑性混凝土早期开裂的技术措施，提出了毛细管微泵开裂机理，确定了切断塑性混凝土毛细管进行二次抹压的最佳时间，确定了开始湿养护的时间和保水湿养护的时间范围，实现有效控制塑性混凝土开裂。 本研究在裂缝控制方面提出毛细管微泵开裂机理。,4.3.1、毛细管微泵开裂理论 当混凝土拌合物振捣密实后经过一次抹压，在混凝土表面形成上部弯曲的毛细管，混凝土内部水分沿毛细管上升至表面，由于表面张力的作用以很小的液滴存在，当环境温度较高或有风吹过时，水滴掉下或蒸发，混凝土内

35、部水分沿毛细管上升，补充到正好有半滴悬而不掉的位置，依次循环，混凝土中的毛细管就如同一个微型水泵一样，将混凝土内部的水份源源不断地带走,导致塑性混凝土在内部压力的拉伸下开裂，即毛细管微泵开裂机理。根据以上机理，我们建立了毛细管压力与胶凝材料比表面积的对应关系公式，求得了裂缝控制最佳比表面积值；在施工工艺方面提出了切断塑性混凝土毛细管进行二次抹压的最佳时间计算公式，确定了开始养护的时间和保水湿养护的时间范围，实现有效控制塑性混凝土开裂。,4.3.2、混凝土最佳二次抹压时间的确定 在混凝土凝固前，混凝土中的水分在毛细管中如同进入微型水泵一样，随着毛细管端口水分的蒸发，水分会源源不断的通过这个微泵向

36、外散失。使混凝土内部两个毛细管之间的塑性混凝土由于承受不了内应力的拉伸，发生裂缝。因此在正常施工养护的条件下，寻找最佳的二次抹压时间，破坏毛细管微泵，阻止水分上升，同时覆盖上表面进行充分而及时的湿养护，防止水分蒸发，预防由于内部水分迁移引起的内应力产生，是预防混凝土自收缩形成裂缝的关键。,二次抹压的主要作用有三： 1、消除混凝土的表面缺陷 2、提高混凝土表层的密实度 3、破坏毛细管微泵，阻止混凝土内水分上升，减缓了混凝土内水分迁移蒸发的速度，预防混凝土的开裂。 从一次抹平至二次抹压，是混凝土逐渐初凝的过程，有较长一段时间。只要环境相对湿度低于100，由于毛细管微泵的作用就会失水，在混凝土拌合物

37、内部拉应力的作用下形成裂缝并进一步扩展甚至开裂，使混凝土抗渗性能降低，降低其耐久性。大量的工程实践表明，只有一次抹平而没有二次抹压，混凝土的开裂将很严重。实施二次抹压后，由于破毁了毛细管微泵，阻止了混凝土内水分上升，提高了混凝土的密实度和强度，从而提高了表层混凝土的质量。,根据以上的机理，我们对不同强度等级、水胶比、坍落度以及配合比的混凝土其最佳的抹压及覆盖时间进行了现场试验，建立了水泥初凝时间、环境温度和混凝土出机时间等因素与二次抹压破坏毛细管微泵防止裂缝最佳时间之间的数学是关式。 Tm=Tco+(TsTco) （t0-t）/t0 式中:Tm-最佳二次抹压时间(h) Tco-水泥初凝时间（h

38、） Ts-混凝土以加水搅拌至一次抹压完毕所用时间（h） t-施工现场温度（） t0-标准温度（20）,通过现场施工采集数据我们可以得到以下几点结论： （1） C10C30间混凝土施工坍落度在190200之间，由于掺和料的加入，使混凝土的初凝时间延后，因此初始裂缝的形成时间随着向后推移，因此二次抹压和覆盖养护的最佳时间也推后，与所使用水泥的初凝时间无明显的关联。 （2） C35C60间的混凝土施工坍落度在200-220之间，由于复合外加剂的引入工作性较好，但用水量并不高，因此使混凝土的初凝时间与所使用水泥的初凝时间之间有相关性，并且随着水泥初凝时间的变长（缩短）而延长（变慢）。 （3） C70C

39、100间的混凝土施工坍落度在220以上，由于采用复合掺合料，聚羧酸高效减水剂，因此混凝土的初凝时间几乎与水泥的初凝时间一致，因此最佳的二次抹压时间可以通过水泥的初凝时间来确定。,4.3.3、及时充分湿养护时间的确定 二次抹压后，必须立即对混凝土进行及时充分的湿养护，以避免没有破坏的毛细管引起混凝土再次失水产生裂缝。只有这样，才能保证混凝土早期发育良好，提高硬化混凝土的质量，为混凝土耐久性的提高打下早期质量基础。 （1）毛细管微泵开裂机理，混凝土湿养护成功的三大要素： (a)湿养护开始前，混凝土表面进行及时的二次抹压使多数毛细管被封闭； (b)湿养护开始时，混凝土表面保持相对湿度，确保毛细管水分

40、不蒸发； (c)湿养护过程中(早期硬化过程中)，混凝土不出现失水缺陷，确保毛细管开口一侧始终处于饱水状态。 我们同时必须明确，混凝土本体一旦失水，其表面或内部就存在缺陷和裂缝，湿养护要求从振实抹平至湿养护结束的整个早期硬化过程，混凝土都不出现失水。,（2）湿养护关键时间的确定 在最佳时间进行二次抹压后，要实现饱水湿养护7天，关键前3天，最关键第l天。不管用什么方式保养，都要达到不失水的目的。在不失水的前提下，再考虑是否需要保温等其他辅助措施。这一原则被一些施工单位坚持，对工程实际的防渗抗裂效果十分显著。 （3）及时充分湿养护的要求 (a)及时的要求 所谓及时，即完成凝土表面的二次抹压使多数毛细

41、管被封闭后立即进行混凝土的湿养护，使混凝土表面保持相对湿度，确保毛细管水分不蒸发；混凝土表面的裂缝就能得到有效控制消除，湿养护就是及时的，否则就是不及时的。 (b)充分的要求 所谓充分，即湿养护的整个过程中，确保毛细管开口一侧始终处于饱水状态，混凝土表面都不失水。判断混凝土湿养护是否充分，主要不是看湿养护时间的长短，而是看在湿养护期间，混凝土体内是否失水。整个湿养护期间不失水，则养护是充分的，否则就是不充分的。,由此可见，如果我们对混凝土表面进行及时的二次抹压，破坏毛细管微泵，控制塑性混凝土失水，也就控制了混凝土的不可见裂缝。同样条件下，湿养护越及时充分混凝土的防裂效果就越好。,7、结论 （1

42、）混凝土体积组成石子填充模型（XS模型）将传统混凝土石子空隙由砂子填充，砂子空隙由水泥浆填充，水灰比决定混凝土强度的设计思路转换为：混凝土由砂浆和石子两部分组成，石子作为砂浆的填充料，由于它的强度大于混凝土的设计强度，只占体积不影响强度；砂浆强度、胶凝材料填充强度贡献率、密实度决定混凝土的强度。 （2）多组份混凝土强度理论数学模型及混凝土体积组成石子填充模型（XS模型）是适用于各种现代多组份混凝土配合比设计和强度计算的数学模型，经过严格的数学推导得到混凝土配合比设计中水泥、掺和料、砂、石、外加剂和拌合用水量等组成材料的准确计算公式,确定了混凝土各组成之间的定量关系，实现了现代多组份混凝土配合比

43、设计和强度的科学定量计算。编制了混凝土配合比设计计算软件。,（3）多组份混凝土强度理论数学模型适用于各种水泥的配比设计和强度计算,实现了水泥和混凝土强度计算公式的统一，在水泥和混凝土之间建立了一座紧密联系的桥梁。 （4）探索了毛细管微泵开裂机理，通过计算得出了水泥初凝时间与混凝土二次抹压和养护时间的对应曲线，实现了水泥初凝时间和混凝土二次抹压和湿养护时间的量化，有效地预防了混凝土塑性裂缝的产生。,预拌混凝土施工方法,预拌混凝土生产施工管理工序 1.生产质量与管理 2.检验与验收 3.施工质量控制 4.其它,预拌混凝土施工要求,前言 目的 适用范围 工艺原理 工艺流程 劳动力组织 主要机械设备

44、安全防护,预拌混凝土常见问题及处理办法,混凝土工程施工时，经常发生一些质量通病，这些质量通病不能根除，在施工时只能进行防治，以下从质量通病的产生原因和防治方面进行探讨。,1、蜂窝,1.1现象。混凝土结构局部出现酥松、砂浆少、石子多、石子之间形成空隙类似蜂窝状的窟窿。1.2产生的原因(1)混凝土配合比不当或砂、石予、水泥材料加水量计量不准，造成砂浆少、石于多；(2)混凝土搅拌时间不够，未拌合均匀，和易性差，振捣不密实；(3)下料不当或下料过高，未设串通使石子集中，造成石子砂浆离析，(4)混凝土未分层下料，振捣不实，或漏振，或振捣时间不够；(5)模板缝隙未堵严，水泥浆流失；(6)钢筋较密，使用的石

45、子粒径过大或坍落度过小；(7)基础、柱、墙根部未稍加间歇就继续灌上层混凝土。,1.3防治的措施。（1）认真设计、严格控制混凝土配合比，经常检查，做到计量准确，混凝土拌合均匀，坍落度适合；混凝土下料高度超过过2m应设串筒或溜槽：浇灌应分层下料，分层振捣，防止漏振：模板缝应堵塞严密，浇灌中，应随时检查模板支撑情况防止漏浆；基础、柱、墙根部应在下部浇完间歇115h，沉实后再浇上部混凝土，避免出现“烂脖子”。（2）小蜂窝：洗刷干净后，用1：2或1：25水泥砂浆抹平压实；较大蜂窝，凿去蜂窝处薄弱松散颗粒，刷洗净后，支模用高一级细石混凝土仔细填塞捣实，较深蜂窝，如清除困难，可埋压浆管、排气管，表面抹砂浆或

46、灌筑混凝土封闭后，进行水泥压浆处理，,2、麻面,2.1现象。混凝土局部表面出现缺浆和许多小凹坑、麻点，形成租糙面，但无钢筋外露现象。2.2产生的原因(1)模板表面粗糙或粘附水泥浆渣等杂物未清理于净，拆模时混凝土表面被粘坏；(2)模板未浇水湿润或湿润不够，构件表面混凝土的水分被吸去，使混凝土失水过多出现麻面；(3)摸板拼缝不严，局部漏浆；(4)模扳隔离刑涂刷不匀，或局部漏刷或失效混凝土表面与模板粘结造成麻面；(5)混凝土振捣不实，气泡未悱出，停在模板表面形成麻点。,2.3防治的措施（1）模板去面清理干净，不得粘有干硬水泥砂浆等杂物，浇灌混凝土前，模板应浇水充分湿润，模板缝隙，应用油毡纸、腻子等堵

47、严，模扳隔离剂应选用长效的，涂刷均匀，不得漏刷；混凝土应分层均匀振捣密实，至排除气泡为止；（2）表面作粉刷的，可不处理，表面无粉刷的，应在麻面部位浇水充分湿润后，用原混凝土配合比去石子砂浆，将麻面抹平压光。,3、孔洞,3.1现象。混凝土结构内部有尺寸较大的空隙，局部没有混凝土或蜂窝特别大，钢筋局部或全部裸露。3.2产生的原因(1)在钢筋较密的部位或预留孔洞和埋件处，混凝上下料被搁住，未振捣就继续浇筑上层混凝土;(2)混凝上离析，砂浆分离，石子成堆，严重跑浆，又未进行振捣。(3)混凝土一次下料过多，过厚，下料过高，振捣器振动不到，形成松散孔洞;(4)混凝土内掉入具、木块、泥块等杂物，混凝土被卡住

48、,3.3防治的措施（1）在钢筋密集处及复杂部位，采用细石混凝土浇灌，在模扳内充满，认真分层振捣密实，预留孔洞，应两侧同时下料，侧面加开浇灌门，严防漏振，砂石中混有粘土块、模板工具等杂物掉入混疑土内，应及时清除干净；（2）将孔洞周围的松散混凝土和软弱浆膜凿除，用压力水冲洗，湿润后用高强度等级细石混凝土仔细浇灌、捣实。,4、露筋,4.1现象。混凝土内部主筋、副筋或箍筋局裸露在结构构件表面。4.2产生的原因(1)灌筑混凝土时，钢筋保护层垫块位移或垫块太少或漏放，致使钢筋紧贴模板外露;(2)结构构件截面小，钢筋过密，石子卡在钢筋上，使水泥砂浆不能充满钢筋周围，造成露筋;(3)混凝土配合比不当，产生离折

49、，靠模板部位缺浆或模板漏浆。(4)混凝土保护层太小或保护层处混凝土振或振捣不实；或振捣棒撞击钢筋或踩踏钢筋，使钢筋位移，造成露筋；(5)木模扳未浇水湿润吸水粘结或脱模过早，拆模时缺棱、掉角，导致漏筋,4.3防治的措施(1)浇灌混凝土，应保证钢筋位置和保护层厚度正确,并加强检验查，钢筋密集时，应选用适当粒径的石子，保证混凝土配合比准确和良好的和易性；浇灌高度超过2m，应用串筒、或溜槽进行下料，以防止离析；模板应充分湿润并认真堵好缝隙；混凝土振捣严禁撞击钢筋，操作时，避免踩踏钢筋，如有踩弯或脱扣等及时调整直正；保护层混凝土要振捣密实；正确掌握脱模时间，防止过早拆模，碰坏棱角。 （2）表面漏筋，刷洗

50、净后，在表面抹1：2或1：2.5水泥砂浆，将允满漏筋部位抹平；漏筋较深的凿去薄弱混凝上和突出颗粒，洗刷干净后，用比原来高一级的细石混凝土填塞压实。,5、缝隙、夹层,5.1现象。混凝土内存在水平或垂直的松散混疑土夹层。5.2产生的原因(1)施工缝或变形缝未经接缝处理、清除表面水泥薄膜和松动石子，未除去软弱混凝土层并充分湿润就灌筑混凝土；(2)施工缝处锯屑、泥土、砖块等杂物未清除或未清除干净；(3)混疑土浇灌高度过大，未设串简、溜槽，造成混凝土离析；(4)底层交接处未灌接缝砂浆层，接缝处混凝土未很好振捣。,5.3防治的措施（1）认真按施工验收规范要求处理施工缝及变形缝表面；接缝处锯屑、泥土砖块等杂

51、物应清理干净并洗净；混凝土浇灌高度大于2m应设串筒或溜槽，接缝处浇灌前应先浇50一100mm厚原配合比无石子砂浆，以利结合良好，并加强接缝处混凝土的振捣密实（2）缝隙夹层不深时，可将松散混凝土凿去，洗刷干净后，用1：2或1：2.5水泥砂浆填密实；缝隙夹层较深时，应清除松散部分和内部夹杂物，用压力水冲洗干净后支模，灌细石混凝土或将表面封闭后进行压浆处理,6、缺棱掉角,6.1现象。结构或构件边角处混凝土局部掉落，不规则，棱角有缺陷6.2产生的原因(1)木模板未充分浇水湿润或湿润不够，混凝土浇筑后养护不好，造成脱水，强度低，或模板吸水膨胀将边角拉裂，拆模时，棱角被粘掉；(2)低温施工过早拆除侧面非承

52、重模板； (3)拆模时，边角受外力或重物撞击，或保护不好，棱角被碰掉；(4)模板未涂刷隔离剂，或涂刷不均。,6.3防治措施（1）木模板在浇筑混凝土前应充分湿润，混凝土浇筑后应认真浇水养护，拆除侧面非承重模板时，混凝土应具有12Nmm2以上强度；拆模时注意保护棱角，避免用力过猛过急；吊运模板，防止撞击棱角，运输时，将成品阳角用草袋等保护好，以免碰损。（2）缺棱掉角，可将该处松散颗粒凿除，冲洗充分湿润后，视破损程度用1：2或1：2.5水泥砂浆 抹补齐整，或支模用比原来高一级混凝土捣实补好，认真养护,7、表面不平整,7.1现象。混凝土表面凹凸不平，或板厚薄不一，表面不平。7.2产生的原因(1)混凝土

53、浇筑后，表面仅用铁锹拍子，未用抹子找平压光，造成表面租糙不平；(2)模板未支承在坚硬土层上，或支承面不足，或支撑松动、泡水，致使新浇灌混凝土早期养护时发生不均匀下沉；(3)混凝土未达到一定强度时，上人操作或运料，使表面出现凹陷不平或印痕,7.3防治措施严格按施工规范操作，灌筑混凝土后，应根据水平控制标志或弹线用抹子找平、压光，终凝后浇水养护；模板应有足够的强度、刚度和稳定性，应支在坚实地基上，有足够的支承面积，开防止浸水，以保证不发生下沉；在浇筑混凝土时，加强检查，凝土强度达到12Nmm2以上，方可在已浇结构上走动。,8、强度不够，均质性差,8.1现象。同批混凝土试块的抗压强度平均值低于设计要

54、求强度等级。8.2产生的原因(1)水泥过期或受潮，活性降低；砂、石集料级配不好，空隙大，含泥量大，杂物多，外加剂使用不当，掺量不准确；(2)混凝土配合比不当，计量不准，施工中随意加水，使水灰比增大；(3)混凝土加料顺序颠倒，搅拌时间不够，拌合不匀；(4)冬期施工，拆模过早或早期受陈；(5)混凝土试块制作未振捣密实，养护管理不善，或养护条件不符合要求，在同条件养护时，早期脱水或受外力砸坏。,8.3防治措施（1）水泥应有出厂合格证，新鲜无结块，过期水泥经试验合格才用；砂、石子粒径、级配、含泥量等应符合要求，严格控制混凝土配合比，保证计量准确，混凝土应按顺序拌制，保证搅拌时间和拌匀；防止混凝土早期受

55、冻，冬朋施工用普通水泥配制混凝土，强度达到30以上，矿渣水泥配制的混凝土，强度达到40以上，始可遭受冻结，按施工规范要求认真制作混凝上试块，并加强对试块的管理和养护。（2）当混凝土强度偏低，可用非破损方法（如回弹仪法，超声波法）来测定结构混凝土实际强度，如仍不能满足要求，可按实际强度校核结构的安全度，研究处理方案，采取相应加固或补强措施。,预拌混凝土养护及冬期施工方法,混凝土冬季施工的一般原理 和常用的四种施工方法 调整配合比方法 蓄热法 外部加热法 抗冻外加剂,冬季商品混凝土施工方法实施方案,在华北地区，冬季气温都在-5以下，我们围绕冬季商品混凝土的生产、运输、泵送、施工、养护过程，在进入冬

56、期生产施工时作为冬期技术交底与相关方沟通，以便更好的对混凝土生产过程和施工过程进行控制。在实施该措施五年多来，在保证混凝土冬期产品质量和工程质量上起到了一定效果，为今后商品混凝土冬期施工积累了一些宝贵经验，以下就有关情况作以介绍。,1 冬施条件 2 生产准备 3 冬施方法 4 注意事项 5 结语,自密实混凝土试验方法与工程应用,自密实混凝土简介 自密实混凝土的工作机理 自密实混凝土工作性评价试验方法,坍落流动度 漏斗流下时间 U形箱填充高度试验 填充度试验 L 形流动度试验方法 坍落扩展度试验 倒坍落度筒试验 牵引球粘度计,混凝土裂缝防治及补救方法,毛细管微泵开裂机理在混凝土裂缝控制中的应用,

57、混凝土裂缝的种类和成因 混凝土裂缝控制思路 塑性混凝土毛细管微泵开裂机理 裂缝控制措施 混凝土最佳二次抹压时间的确定 及时充分湿养护时间的确定,工程应用,百郎园工程抗渗混凝土 大运村工程泵送混凝土 老山自行车馆高性能混凝土 国家大剧院环梁大体积混凝土,混凝土裂缝补救措施：,环氧树脂砂浆填充法 做好标记 人工凿出型槽 刮抹在裂缝表面 覆盖养护,国家重点工程混凝土应用情况,“十五”期间，我国一共批准和核准重大建设工程项目1100多个，总投资规模达到3万亿元，大大超过历个五年计划时期，这些成就充分展示了社会主义集中力量办大事的优越性。通过这些工程我们看到，国家在一步步实现全面建设小康社会的进程。,三

58、峡工程,三峡工程是当今世界最大的水利枢纽工程。它的许多指标都突破了世界水利工程的记录。三峡工程主体建筑土石方挖填量约134亿立方米，混凝土浇筑量2794万立方米，钢筋4630万吨。世界施工难度最大的水利工程。三峡工程2000年混凝土浇筑量为54817万立方米，月浇筑量最高达55万立方米，创造了混凝土浇筑的世界记录。施工期流量最大的水利工程。世界防洪效益最为显著的水利工程。三峡水库总库容393亿立方米，防洪库容2215亿立方米，水库调洪可消减洪峰流量达27万立方米每秒-33万立方米每秒，能有效控制长江上游洪水，增强长江中下游抗洪能力。世界最大的电站。,三峡工程,三峡水电站总装机1820万千瓦，年

59、发电量8468亿千瓦时。世界建筑规模最大的水利工程。三峡大坝坝轴线全长230947米，泄流坝段长483米，水电站机组70万千瓦26台，双线5级船闸和升船机，无论单项、总体都是世界建筑规模最大的水利工程。世界工程量最大的水利工程。三峡工程截流流量为9010立方米每秒，施工导流最大洪峰流量79000立方米每秒。世界泄洪能力最大的泄洪闸。三峡工程泄洪闸最大泄洪能力为1025万立方米每秒。世界级数最多、总水头最高的内河船闸。三峡工程的双线五级船闸，总水头113米。世界规模最大、难度最高的升船机。三峡工程升船机有效尺寸为1201835米，最大升程113米，船箱带水重量达11800吨，过船吨位3000吨。世界水库移民最多、工作最为艰巨的移民建设工程。三峡工程水库动态移民最终可达113万人