建筑材料基本知识.ppt

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1、混凝土及砂浆,混 凝 土Concrete,0.1混凝土的定义,混凝土 广义上,凡由胶凝材料、骨料按适当比例配合，拌合制成的混合物，经一定时间硬化而成的人造石材 简称：砼目前工程上使用最多的是以水泥为胶结材料，以砂、石为骨料，加水及掺入适量外加剂和掺和料拌制的普通水泥混凝土（简称普通混凝土）,0.3混凝土的分类,按体积密度分类 1.重混凝土：表观密度 2800kg/m3。为了屏蔽各种射线的辐射，采用各种高密度骨料配制的混凝土，骨料为钢屑、重晶石、铁矿石等重骨料，水泥为钡水泥、锶水泥等重水泥。又称防辐射混凝土，用于核能工厂的屏障结构材料。2.普通混凝土：表观密度 20002800kg/m3，骨料为

2、天然砂、石，密度一般多在2500kg/m3左右，用于各种建筑的承重结构材料。3.轻混凝土：表观密度1950kg/m3，骨料为多孔轻质骨料，或无砂的大孔混凝土或不采用骨料而掺入加气剂或泡沫剂形成的多孔结构混凝土。主要用作轻质结构（大跨度）材料和隔热保温材料。,按用途分类 结构砼（普通砼）、防水砼、耐热砼、耐酸砼、大体积砼、道路砼等 按所用胶凝材料分类 水泥砼、石膏砼、沥青砼、聚合物砼、水玻璃混凝土 等。按强度等级分 低强度砼（fcu 30MPa）、中强度砼（fcu=30 60MPa）、高强度砼（fcu=60100MPa）；超高强度砼（fcu 100MPa）。按生产和施工方法分类 可分为普通浇筑砼

3、、预拌砼、泵送砼、喷射砼、压力灌浆砼 等。,0.3混凝土的特点-优点,1.原材料丰富，造价低廉；2.砼拌和物具有良好的可塑性和浇注性，易加工成型；3.可调整性强，可根据使用性能的要求与设计来配制相应的混凝土；4.抗压强度高；5.匹配性好，与钢筋及钢纤维等有牢固的粘结力；6.耐久性良好；7.耐火性好，维修费少；8.生产能耗低。,0.3混凝土的特点-缺点,1.自重大，比强度小；2.抗拉强度低；3.变形能力差，易开裂；4.导热系数大，保温隔热性能较差；5.硬化较慢，生产周期长，,1 混凝土的基本要求,一.混凝土组成材料的作用 水和水泥成为水泥浆.硬化前的混凝土拌和物中：水泥浆在砂,石颗粒之间起润滑作

4、用,硬化后：水泥浆成为水泥石,将骨料牢固地胶结成为整体.混凝土中的骨料,一般不与水泥浆起化学反应,其作用是构成混凝土的骨架.,二、性能要求:(1)混凝土拌和物的和易性(2)强度(3)耐久性(4)经济性,2 普通混凝土的组成材料,水泥+水+天然砂+石子+掺和料和外加剂 水泥+水水泥桨（Paste）水泥浆砂水泥砂浆（Mortar）水泥砂浆石子混凝土（Concrete)外加剂Admixture 掺和料,各成分的作用：1.水泥浆能充填砂的空隙，起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性。2.水泥砂浆能充填石子的空隙，起润滑作用，也能流动。3.水泥浆在砼硬化后起胶结作用，将砂石胶结成整体，产生强度，成为坚

5、硬的 水泥石。可知，在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动，便于施工。水泥浆硬化后起胶结作用，将砂石骨料胶结成整体，产生强度，成为坚硬的水泥石。,一、水泥的要求品种,水泥品种的选择 依据工程性质、工程环境、施工条件等合理选择,一、水泥的要求水泥强度等级,若水泥强度等级过低时 为满足强度要求必然使水泥用量过大,不够经济;若水泥强度等级过高时 较少的水泥用量就可以满足混凝土强度的要求.,但往往不能满足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性的要求,为保证这些性质,还必须再增加水泥,因而也不经济水泥强度等级的选择 与配制的混凝土强度等级相适应。当混凝土强度：C30：fce=(1.52.

6、0)fcu C30：fce=(0.91.5)fcu,二、细 骨 料Fine Aggregate,定义：粒径在0.165mm（0.154.75mm）之间的岩石颗粒称为细骨料。分类：天然砂天然砂是由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的。人工砂人工砂是将天然岩石轧碎而成，其颗粒棱角多，较洁净，但片状颗粒及细粉含量较多，且成本较高，一般只在当地缺乏天然砂源时才采用人工砂。,(一)、砂的粗细程度和颗粒级配,1、砂的粗细程度 是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度。砂子通常分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。在相同用砂量条件下，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。在混凝土中砂子表面需用水

7、泥桨包裹，赋予流动性和粘结强度，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥桨就愈多。一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥为省。,2、砂的颗粒级配,是指不同大小颗粒和数量比例的砂子的组合或搭配情况。在混凝土中 砂粒之间的空隙是由水泥桨所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。,级配区,3、颗粒级配和粗细程度的定量表示,砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的级配 用细度模数表示砂的粗细。,4、筛分析的方法,是用一套孔径（净尺寸）为5、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm的6个标准筛将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余

8、留在各筛上的砂重计算出个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重的百分率）计算出个筛上的累计筛余百分率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）。,5、砂的粗细细度模数（f）,砂的粗细程度用表示细度模数（f），其计算公式：f=(2+3+4+5+6)-5 1/（100-1）细度模数（f）愈大，表示砂愈粗，普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.70.7 f在3.73.1为粗砂，f在3.02.3为中砂，f在2.21.6为细砂，f在1.50.7为特细砂,例1某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配,

9、（二）砂的坚固性与饱和面干,定义 是指砂在气候、环境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。按标准规定，用硫酸钠溶液检验饱和面干 当骨料颗粒表面干燥,而颗粒内部的孔隙含水饱和时,称为饱和面干状态,此时的含水率,称为饱和面干吸水率.,（三）有害物质等,含泥量、石粉含量和泥块含量砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物，如含有云母、有机物及硫酸盐等,有害物质危害,泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；含泥量过大，会增加混凝土用水量，从而增大混凝土收缩 云母表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆粘结力差，易风化，影响混凝土强度及耐久性泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低硫化物及硫酸盐：对水泥起腐蚀作用，降低

10、混凝土的耐久性有机质可腐蚀水泥，影响水泥的水化和硬化。氯盐会腐蚀钢筋。,（四）砂的选用原则,一般配制砼时，宜优先选用区砂。若选用区砂，应该适当提高砂率，保证水泥用量。若选用区砂，应该适当降低砂率，保证强度。若某一地区砂料过细，可采用人工级配。,砂按技术要求分为三类：I类宜用于强度等级C60的混凝土II类宜用于强度等级C30C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；III类宜用于强度等级C30的混凝土和建筑砂浆,三、粗 骨 料,定义：粒径5mm的岩石颗粒 分类：卵石（砾石）碎石 卵石是由天然岩石经自然条件长期作用而形成的粒径大于5mm的颗粒，按其产源可分为河卵石、海卵石、山卵石等几种，其中河

11、卵石应用较多。碎石由天然岩石经破碎、筛分而成，也可将大卵石轧碎、筛分而得。标准：普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验办法（JGJ53）,(一)、骨料最大粒径(Dmax),1.定义:粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径2.意义：最大粒级径的大小表示骨料的粗细程度 粗骨料粒径增大时,骨料的总表面积件小,因而可使水泥浆用量减小,这不仅能节约水泥,而且有助于提高混凝土的密实度,减小发热量及混凝土的收缩,因此在条件允许的情况下,当配置中等强度等级以下的混凝土时,应尽量采用最大粒径大粗骨料.,最大粒径限值,混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204）规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小

12、尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/3板厚的骨料，但最大粒径不得超过40mm；对泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1：2.5,（二）级配,连续级配 按颗粒尺寸大小由小到大连续分级（5mmDmax）,每一级骨料都占有一定比例。连续级配颗粒级差小（D/d2）,配制的混凝土拌和物和易性好，不易发生离析；间断级配 人为剔除某些中间粒级颗粒，大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充，颗粒级差大（D/d6）,空隙率的降低比连续级配快得多 可最大限度地发挥骨料的骨架，减小水泥用量。但混凝土拌和物易产生离析现象；

13、单粒级 预先分级筛分的粗骨料，用来改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。,（三）颗粒形状及表面特征,粗骨料比较理想的颗粒形状 为三维长度相等或相近的立方体或球形颗粒而三维长度相差较大的针、片状颗粒粒形较差。针状颗粒 颗粒长度大于平均粒径2.4倍片状颗粒 颗粒厚度小于平均粒径0.4倍平均粒径 一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值骨料表面的粗糙程度及孔隙特征影响混凝土的强度。卵石：光滑少棱角，孔隙率及总表面积小，工作性好，水泥用量少，但粘结力差，强度低。碎石：多棱角，孔隙率及总表面积大，工作性差，水泥用量多，但粘结力强，强度高。在相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度约高10左右。,（四）碎

14、石强度,采用岩石立方体抗压强度和碎石的压碎指标两种方法检验：岩石立方体抗压强度 是将碎石的母岩制成直径余高均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体，在水饱和状态峡，测定其极限抗压强度值。一般要求碎石母岩岩石的抗压强度不小于混凝土抗压强度的1.5倍，还要考虑母岩的风化程度。压碎指标 是指将一定质量气干状态的9.09.5mm的石子，按一定的方法装入压碎指标值测定仪（内径152mm的圆筒）内，上面加压头后放在试验机上，在35min内均匀加荷到200KN，卸荷后称取试样质量（G0),再用孔径为2.36mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（G1）,压碎指标Qc 如下计算：,（五）其他,a）含泥量及泥块

15、含量，其含量应分别符合规定。b）有害物质含量,石子按技术要求分为三类：,:用于C60的混凝土:用于C30C60的混凝土:用于C30的混凝土及建筑砂浆,三、砼拌合及养护用水,在拌制和养护混凝土用的水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。1.宜采用水：饮用水 2.不宜采用水：海水、生活污水 3.需检验方可使用水：地表水和地下水,须按有关规范检验合格后才能使用。,3 普通混凝土的拌和物的性质,混凝土硬化前:混凝土拌合物的和易性（工作性Workability）混凝土硬化后:混凝土的强度、变形性能和耐久性,一.和 易 性,和易性 指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作（搅拌、运输、

16、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 粘聚性 保水性 不同的施工方式，所要求的和易性不同。,(一).粘 聚 性,指混凝土拌和物内部组分之间具有一定的凝聚力，在运输和浇注过程中不致发生分层离析现象使混凝土保持整体均匀的性能。粘聚性差的混凝土拌合物，在施工过程中易出现分层、离析现象离析指混凝土拌合物各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。常有两种形式：粗骨料从混合料中分离；稀水泥浆从混合料中淌出。分层指混凝土浇注后由于重力沉降产生的不均匀分布现象。,(二).流 动 性,指混凝土拌和物在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模

17、板的性能。广义上：流动性是固、液体混合物，即分散系统中克服内阻力而产生变形的性能，其大小取决于固、液相的比例流动性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠，直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。,流动性（坍落度）的选择,1、原则（1）结构构件类型及截面尺寸大小。构件截面尺寸较大时，选用较小的坍落度。（2）结构构件的配筋疏密。钢筋较疏时，选用较小的坍落度。（3）输送方式及施工捣实方法。机械振捣时，选用较小的坍落度；人工振捣时，选用较大的坍落度。2、选用 根据混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204）规定,(三).保 水 性,指混凝土拌和物具有一定的保持内部水份的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现

18、象.保水性差的混凝土拌和物，在施工过程中，一部分水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的密实性变差，降低混凝土的强度和耐久性。它反映混凝土拌和物的稳定性。,（四）和易性的测定方法,用坍落度和维勃稠度 来测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性。,二、影响和易性的因素,水泥浆的数量水灰比（水泥浆的稠度）砂率 组成材料性质的影响 外加剂 时间和温度,（一）水泥浆数量的影响,水泥浆作用为填充骨料空隙，包裹骨料形成润滑层，增加流动性。砼拌合物保持水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，流动性越大，反之越小。但水泥浆用量过多，粘聚性及保水性变差，对强度及耐久性产生不利影

19、响。水泥浆用量过小，粘聚性差。因此，水泥浆不能用量太少，但也不能太多，应 以满足拌合物流动性、粘聚性、保水性要求为宜。,（二）水灰比大小,水灰比（W/C）为用水量与水泥质量之比。W/C过小时，水泥浆干稠，拌合物流动性过低，给施工造成困难。W/C过大，水泥浆稀使拌合物的粘聚性和、保水性变差，产生流浆及离析现象，并严重影响混凝土的强度。故水灰比大小应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用，取值范围为0.400.75之间。,无论是水泥浆的数量还是水泥浆的稠度，实际上对混凝土拌合物流动性起决定作用的是单位体积用水量的多少即骨料一定时，混凝土的坍落度只与单位用水量有关。,（三）砂率的影响,砂率 是指混凝土中

20、砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率对和易性的影响 砂率过大，孔隙率及总表面积大，拌合物干稠,流动性小；砂率过小，砂浆数量不足，流动性降低，且影响粘聚性和保水性。故砂率大小影响拌合物的工作性及水泥用量。,合理砂率,指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使砼拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值。指混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性及保水性，而水泥用量为最少时的砂率值。,合理砂率,水泥浆数量固定,坍落度固定,Sp的选择,根据试验和经验选择，选择原则:在保证拌合物不离析,又能捣实的条件下,Sp应尽可能小些石子的大，且级配好，表面光滑，则Sp可小些砂较细,Sp小些W/C

21、小，水泥浆稠，Sp小些大流动性，Sp应大些（避免离析）掺外加剂时，Sp可小些 有抗渗要求时，Sp应大些,（四）组成材料性质的影响,（1）水泥品种的影响 水泥对和易性的影响主要表现在水泥的需水性上。使用不同水泥拌制的混凝土其和易性由好至坏：粉煤灰水泥普通水泥、硅酸盐水泥矿渣水泥（流动性大，但粘聚性差）火山灰水泥（流动性差，但粘聚性和保水性好）（2）骨料性质的影响 最大粒径：粒径越大，总比表面积越小，拌合物流动性大；品种：卵石拌制的砼拌合物优于碎石；级配：具有优良级配的砼拌合物具有较好的和易性和保水性。,（五）外加剂的影响,外加剂（如减水剂、引气剂等）对混凝土的和易性有很大的影响。少量的外加剂能使

22、混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性。不仅流动性显著增加，而且还有效地改善拌合物 的粘聚性和保水性。,（六）存放时间及环境温度的影响,（1）温度：环境温度升高，水分蒸发及水化反应加快，相应坍落度下降。（2）时间：时间延长，水分蒸发，坍落度下降。,（七）施工工艺,同样的配合比设计：机械拌和时S人工拌和时S，且搅拌时间长，则S大。,三、改善新拌混凝土和易性的措施,调节混凝土的材料组成:采用合理砂率,并尽可能使用较低的砂率；改善砂、石的级配；在可能的条件下，尽量采用较粗的砂、石；当拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当拌和物坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂

23、石。掺加各种外加剂（如减水剂、引气剂等）提高振捣机械的效能。,4 普通混凝土结构及性质,混凝土受压破坏形式,受力破坏形式，原因及可能性分析,由于混凝土界面初始裂纹的存在，界面破坏经常发生。初始裂纹是指混凝土受力前，粗骨料与砂浆界面等部位已有裂纹。,初 始 裂 纹,初始裂纹示意图,一.砼强度抗压强度与强度等级,1、立方体抗压强度（fcu）方法：试件尺寸：150mm的正立方体；养护条件：在标准养护（温度202，相对湿度95%以上）龄期：28d 标准的测定方法测定其抗压强度值；计算：,fcu砼立方体抗压强度（MPa）；P砼破坏荷载（N）；A试件承压面积（2）。砼立方体抗压强度计算至0.1MPa。用非

24、标试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值对边长为200的试件为1.05；对边长为100的试件为0.95。,代表值的确定：取三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。若三个测值中最大值或最小值中与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值作为该组砼抗压强度值。若有两个测值与中间值的差均超过中间值的15%，则该试件的试验结果无效。,2、立方体抗压强度标准值（fcu，k）,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%（即具有95%保证率的抗压强度），以N/mm2即MPa计。,一.砼强度抗压

25、强度与强度等级,3、强度等级（Grading Strength）混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。表示方法：用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示 如：“C30”即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k=30MPa。C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等16个强度等级。,一.砼强度抗压强度与强度等级,4 砼的轴心抗压强度（fcp）轴心抗压强度采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件 在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件时，都采用混凝土的轴心抗压强度fcp作为设

26、计依据。fcp比同截面的 fcu小，且h/a越大，fcp 越小。在立方体抗压强度为1055Mpa范围内时，fcp（0.700.80）fcu。,一、砼强度抗拉强度,劈裂试验测得劈裂抗拉强度（Splitting tension strength）。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，故在结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受拉力。确定抗裂度时，须考虑抗拉强度，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标。试验方法：劈裂法，测出强度为劈裂抗拉强度fts。混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系，可用经验公式表达如下：,一、砼强度与钢筋的粘结强度

27、,强度主要来源：混凝土与钢筋间的摩擦力 钢筋与水泥石间的粘结力 变形钢筋的表面机械咬合力 影响因素：混凝土质量（强度）钢筋尺寸及种类 钢筋在混凝土中的位置 加载类型 干湿变化和温度变化等,二、影响混凝土强度的因素,砼结构连续性的丧失：化学收缩和物理收缩引起 硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起砂浆体积的变化，在粗骨料与砂浆界面上产生了分布极不均匀的拉应力，从而导致界面上形成了许多微细的裂缝。混凝土成型后的泌水作用 某些上升的水分为粗骨料颗粒所阻止，因而聚集于粗骨料的下缘，混凝土硬化后就成为界面裂缝。当混凝土受力时，这些预存的界面裂缝会逐渐扩大、延长并汇合

28、连通起来，形成可见的裂缝，致使混凝土结构丧失连续性而破环.,（1）水泥的强度和水灰比,fcu混凝土28d龄期的立方体抗压强度（MPa）;fce 水泥实际强度（MPa），可取 fce=1.13 fce,k，fce,k为水泥强度的标准值;C/W灰水比；a、b回归系数，碎石：a=0.46；b=0.07 卵石：a=0.48；b=0.33 以上经验公式一般只适用于流动性混凝土、低流动性混凝土，不适于干硬性混凝土。,（2）骨料的影响,当骨料级配良好、砂率适当时，由于组成了坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。如果混凝土骨料中有害杂质较多，品质低，级配不好时，会降低混凝土的强度。,骨料的影响,粗骨料的强度

29、、粒径及级配等是影响混凝土强度的重要因素.,粗骨料的强度,裂纹扩展至骨料时绕界面而过,骨料强度高,混凝土强度高,当骨料强度高时，裂纹扩展至骨料时绕界面而过，混凝土强度高。,Dmax对普通混凝土的影响小对于高强混凝土,Dmax 提高，则 强度 降低。(尺寸效应),粒 径 Dmax,Dmax,强度,尺寸效应,粒 径,无影响,W/C0.65,fcu 碎石=1.38fcu 卵石,W/C0.4,W/C0.65,表面特征对强度没有影响。W/C0.4 fcu 碎石=1.38fcu 卵石,Back,表面特征,（3）养护条件,温度：正温度以上湿度：相对湿度90%或保持湿润 GB50240规定：浇注12h以内覆盖

30、、保温；硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥浇水7d；掺缓凝剂、抗渗要求的浇水14d；日平均气温低于5不得浇水；可用养护剂或覆盖塑料布养护制度：标准养护 自然养护 蒸汽养护 蒸压养护,水是水泥水化的必要条件。如果湿度不够，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止水化，会严重降低混凝土强度。因此在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖；在夏季施工的混凝土，要特别注意浇水保湿。,1-空气养护 2-九个月后水中养护 3-三个月后水中养护 4-标准湿度条件下养护,（4）龄期（Age）,龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。砼的强度随龄期的增长而提高，早期显著，后期缓慢。普通水泥配制的滹沱那，在标准养护条件下

31、，其强度发展大致与龄期的常用对数成正比关系，其经验公式如下：式中 fn-混凝土nd龄期的抗压强度（MPa）；f28混凝土28d龄期的抗压强度（MPa）；n养护龄期（d），n3。,同条件养护龄期的确定：日平均气温逐日累计达到600d对应的龄期，0及以下不计，龄期14d，龄期60d成熟度=f（，d）,（5）试验条件对混凝土强度的影响,试验条件 包括试件形状与尺寸、试件湿度、温度、表面状态、加载方式等。,（6）施工的影响:,加料、搅拌机械、搅拌时间、运输、振捣、养护等尽量采用机械搅拌和振捣。,混凝土在非荷载作用下的变形,（1）化学收缩（2）塑性收缩（3）干湿变形（4）温度变形,1化学减缩 混凝土的这

32、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。,2温度变形混凝土的温度变形表现为热胀冷缩。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；（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）表面绝热，调节表面温度的下降速率等。,3混凝土的干缩湿胀 处于空气中的混凝土当水分散失时，会因其体积收缩，称为干燥收缩，简称干缩。但

33、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。,徐变及其对结构物的影响,混凝土在持续荷载作用下,随时间增长的变形.有利面：消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重分布，从而使局部应力集中得到缓解；对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。不利面：在预应力钢筋混凝土中，混凝土的徐变将使钢筋的预加应力受到损失。,五、混凝土的耐久性DURABILITY of CONCRETE,长期以来，人们一直认为混凝土材料是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物使用寿命长久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已经使用了100年上下仍然完好。但与此同时不少结构物过早地毁坏，

34、维修困难而且费用高昂，促使人们重视耐久性问题；许多大型结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石油钻井平台、核废料储存容器等，对使用寿命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至几百年,(一).耐久性的定义,定义混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性。,图2国内外耐久性病害的工程图片,几个与耐久性有关的指标,1、抗渗性：砼产生渗透是由于其内部存在贯穿孔隙、毛细管和孔洞、蜂窝等。提高混凝土抗渗性的措施有降低水灰比、采用减水剂，选用致密、干净、级配良好骨料。2、抗冻性（Frost resistance）提高混凝土抗冻性的关键

35、是提高密实度。措施是减小水灰比，掺加引气剂等。3.耐磨性（Wearing capacity）影响混凝土耐磨性的主要因素是砼的表面光滑程度、水泥品种、石子硬度等。4.抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于其所用水泥的品种及混凝土的密实度。故提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是合理选用水泥品种、降低水灰比、提高混凝土的密实度及尽量减少混凝土中的开口孔隙。,几个与耐久性有关的指标,5.碳化 混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中Ca（OH）2与空气中的CO2时发生化学反应，生成CaCO3和H2O。不利影响：减弱了对钢筋的保护作用；增加混凝土的收缩；降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。有利影响：提高混凝土的密实度

36、，对提高抗压强度有利。影响因素：二氧化碳的浓度、环境湿度、水泥品种、水灰比等。二氧化碳的浓度高，碳化速度快。环境中湿度在50%75%时，碳化速度最快；湿度小于25%或大于100%时，碳化作用将停止进行,几个与耐久性有关的指标,6.混凝土的碱骨料反应 碱骨料反应是指水泥中的碱（Na2O、K2O）与骨料中的活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成复杂的碱硅酸凝胶，吸水，体积膨胀（可增加3倍以上），从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏，这种现象称为碱骨料反应。碱骨料反应必须具备的三个条件：a.水泥中碱含量高，(Na2O+0.658K2O)%大于0.6%；b.骨料中含有活性二氧化硅成分，此类岩石有流纹岩、玉髓

37、等；c.有水的存在。碱骨料反应速度极慢，但造成的危害极大，而且无法弥补，其危害需几年或几十年才表现出来。通常用长度法，如六个月试块的膨胀率超过0.05%或一年中超过0.1%，这种骨料认为具有活性。,5 混 凝 土 配 合 比 设 计,目的：确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法：以每1混凝土中各项材料的质量表示，水泥（mc）300 kg、水（mw）180 kg、砂（ms）720 kg、石子（mg）1200 kg 以各项材料的质量比来表示（以水泥质量为1）水泥：砂：石子：水1：2.4:4:0.6,一.混凝土配合比设计中的三个参数,水与水泥之间的比例关系水灰比砂与石子之间的比关系

38、砂率水泥浆与骨料之间的比例关系单位体积用水量,确定三个参数的基本原则：,在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定混凝土的单位用水量；砂在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定砂率。,混凝土配合比设计的步骤,初步计算配合比 基准配合比(调整坍落度)实验室配合比(校核强度、耐久性)施工配合比(扣减工地砂石含水量),二、初步计算配合比,计算步骤：第一步：确定配制混凝土强度 第二步：确定水灰比 第三步：确定用水量 第四步：确定水泥用量 第五步：确定砂率 第六步：确定砂石用量,(一)初步计算配合比,确定混凝土的试配强

39、度依照普通混凝土配合比设计规范(JGJ55-2000)混凝土的试配强度由下式计算:fcu，0 混凝土的试配强度,MPa;fcu，k 设计要求的混凝土立方体抗压强度标准值 混凝土强度离散程度.,1.,Back,如何得到 值,有统计资料时,可参考下式计算,无统计资料时,可参考下表选择。,值的选择,确定水灰比根据强度计算,2.,确定水灰比依据耐久性核对为了保证混凝土的耐久性，W/C不得大于满足耐久性要求的最大W/C；否则,取规范中规定的最大值。,2.,最大水灰比和最小水泥用量,干硬性和塑性混凝土的用水量,确定单位用水量,3.,根据坍落度、粗骨料的种类和最大粒径，参考确定用水量。,当材料确定时，在一定

40、的水灰比范围内，达到一定的流动性要求，拌和用水量基本是一定的。相同的用水量形成相同流动性的情况下，不同的水灰比将产生不同的混凝土强度。根据该原理，可以选择满足一定坍落度要求的混凝土拌合用水量,固定用水量原理,确定单位水泥用量,水泥的用量由下式来计算：此外，为了满足耐久性的要求，计算出的单位水泥用量不应低于规定的最小水泥用量。,4.,5.,选择合理的砂率 Sp.,计算法,查表法 在表 4.6.4 中，选择Sp值。,试验法,通过坍落度的试验选择 Sp,表 4.6.4 选择 Sp(%),两种方法计算砂和石的用量：绝对体积法假定表观密度法,计算砂(S0)及石(G0)的用量,6.,计算砂(S0)及石(G

41、0)的用量,6.,C0、S0、G0、W0混凝土组分的单位用量；0s,0g砂和石的表观密度(近似密度)；混凝土的含气量、不使用外加剂时为1。,绝对体积法：假设混凝土的组成材料的体积总和为1。,计算砂(S0)及石(G0)的用量,假定表观密度法：假定混凝土的表观密度为常数（普通混凝土为 20002400）,6.,当C0,S0,G0,W0 按照上述的步骤确定后（我们称之为初步配合比），仍然需要进一步的工作确定混凝土最终的配比。首先，按照初步配合比配制混凝土，评估其可行性。按照下表调整配合比,Back,(二)基准配合比,概念：初步计算配合比经和易性试拌调整所得到的配合比称为基准配合比。调整和易性的步骤和

42、方法坍落度试验按初步配合比称料，拌匀并测坍落度，同时观察粘聚性和保水性。和易性调整：见表4.6.5坍落度满足要求后，测出试拌调整后的实际表观密度，供确定试验室配合比使用。确定基准配合比C拌=Co+C S拌=So+S G拌=Go+G W拌=Wo+W,Back,如何调整和易性,表4.6.5 调整混凝土和易性,(三)试验室配合比,基准配合比经强度检验调整所得到的配合比称为试验室配合比。采用三组不同的配合比同时进行强度检验：Group 1:W/C基准 W Sp Group 2:W/C基准+0.05WSp Group 3:W/C基准-0.05 W Sp,Back,两种选择方法：选择强度满足要求，且水泥用

43、量最少的配合比：作图或计算：由三组配合比作出f-C/W图，求出与Rh对应的C/W，即为所求的配合比。,(三)试验室配合比,(三)试验室配合比,显然，在实验室中配制1m3混凝土并不实用。所以，配合比仍然需要根据下式进行表观密度校正。,oh r 混凝土拌合物的测试密度oh c 混凝土拌合物的计算密度.Ifoh r-oh c2%oh c,不需要校正，上述方法确定的配合比即为试验室配合比；If oh r-oh c2%oh c,各材料用量均乘以，换算为1m3混凝土各材料用量。,(四)施工配合比,考虑到砂和石中的含水量，实验室配合比应根据下式换算成施工配合比：C=CS=S（1+a%）G=G（1+b%）W=

44、W-Sa%-Gb%C,S,G,W施工配合比中的各组分含量C,S,G,W 实验室配合比中的各组分含量a,b砂和石的含水量,Back,6 混凝土的外加剂,混凝土的外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的能显著改善砼的性能的物质。其掺量一般不大于水泥质量的5%。由于外加剂对混凝土性能的改善，它在工程中应用的比例越来越大，不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的60%90%,因此，外加剂逐渐成为混凝土占的第五种成分。,一、外加剂分类,混凝土外加剂种类繁多，根据混凝土外加剂的分类、命名与定义规定，混凝土外加剂按其主要功能分为四类：1、改善工作性的外加剂：减水性、泵送剂、引气剂 2、调节凝结硬化时间的外加剂

45、：缓凝剂、早强剂、速凝剂 3、改善耐久性的外加剂：阻锈剂、防水剂、引气剂 4、改善其它性能的外加剂：加气剂、着色剂、膨胀剂、防冻剂,二、减水剂,减水剂是指在砼坍落度基本相同条件下，加入能显著减少拌和用水量的外加剂 类型：,早强型,缓凝型,普通型,高效型,正常型,(一)减水剂的作用机理,减水剂为表面活性物质，其分子由亲水基团和憎水基团两个部分组成。水泥加水拌和，水泥浆成絮凝结构，包裹一部分拌和水，降低了流动性。减水剂的作用机理表现在以下三个方面：（1）其疏水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同电荷，斥力作用使水泥颗粒分开，放出絮凝结构游离水，增加流动性；（2）亲

46、水基吸附大量极性水分子，增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度，起润滑作用，改善工作性；（3）减水剂降低表面张力，水泥颗粒更易湿润，使水化比较充分，从而提高混凝土的强度。,(二)减水剂的技术经济效果,增大流动性。在用水量及水灰比不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，且不影响混凝土的强度。提高混凝土的强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌和用水量1015，从而降低水灰比，使混凝土强度提高1520。节约水泥 在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以在减少拌和水量的同时，相应减少水泥用量。改善混凝土的耐久性。,（三)减水剂的种类,按化学成分主要有木质素系、萘系、水溶性树脂类、糖蜜类和复合型减

47、水剂等。,1.木质素系减水剂,包括木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）等。其中木钙减水剂应用较多。木钙减水剂是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料，采用石灰乳中和，经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，掺量过多或在低温下，其缓凝作用更为显著，而且还可能使混凝土强度降低，使用时应注意。可用于一般混凝土工程，尤其适用于大体积浇筑、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。不宜单独用于冬季施工，在日最低气温低于5，应与早强剂或防冻剂复合使用。木钙减水剂也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土，以免蒸养后混凝土表面出现疏松现象。

48、,2.萘磺酸盐系减水剂,萘系减水剂，是用萘或萘的同系物经磺化与甲醇缩回而成。目前，我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建I型等减水剂，其中大部分品牌为非引气型减水剂。萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的0.51.0，减水率为1025，混凝土28d强度提高20以上。萘系减水剂的减水增强效果好，对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制早强、高强、流态、蒸养混凝土。,3.水溶性树脂减水剂,以一些水溶性树脂为主要原料制成的减水剂，如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等。该类减水剂增强效果显著，为高效减水剂，我国产品有SM树脂减水剂等。SM减水剂掺量为水泥质量的0.52.0，其减水率为1527，混凝土3

49、d强度提高30100，28d强度可提高2030。SM减水剂适于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土及蒸养混凝土等。,三、早强剂,早强剂是加速混凝土早期强度发展，并对后期强度无显著影响的外加剂。机理 早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。早强剂可以在常温、低温荷负温（不低于5）条件下加速混凝土的硬化过程，多用于冬季施工和抢修工程。早强剂主要有无机盐类（氯盐类、磷酸盐类）和有机胺及有机无机的复合物三大类。,1.氯盐类早强剂,氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中以氯化钙应用最广。氯化钙为白色粉末状物，其适宜掺量为水泥

50、质量的0.51.0，能使混凝土3d强度提高5010，7d强度提高2040，同时能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻。采用氯盐作早强剂，最大的缺点使含有Cl-离子，会使钢筋锈蚀，并导致混凝土开裂。为了抑制氯化钙对钢筋的锈蚀作用，常将氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠（NaNO2)复合作用。,2.硫酸盐类早强剂,硫酸盐类早强剂，主要有硫酸钠、硫代硫酸钙、硫酸铝、硫酸铝钾等，其中硫酸钠应用较多。硫酸钠为白色粉状物，一般掺量为0.52.0，当掺量为11.5时，达到混凝土设计强度70的时间可缩短一半左右。硫酸钠对钢筋无锈蚀作用，适用于不允许掺用氯盐的混凝土。但由于它与氢氧化钙作用生成强碱NaOH,为防止碱骨料