第4章 混凝土清华版土木工程材料ppt课件.ppt

（第四章 混凝土）,主讲人：陈德鹏,教学目标掌握：混凝土拌和物的性能、测定和调整方法；硬化混凝土的力学、变形性能和耐久性；普通混凝土配合比设计。熟悉：水泥混凝土的基本组成材料、分类和性能要求；水泥混凝土的外加剂和矿物掺合料了解：混凝土质量控制与强度评定；高性能混凝土；特种混凝土及其应用与发展。教学重点普通混凝土组成材料的主要技术要求新拌混凝土和易性及其测试评价方法硬化混凝土的力学性能、变形性能及耐久性普通混凝土配合比设计,本章主要教学内容与要求,混凝土（Concrete）,混凝土概述普通混凝土的基本组成材料普通混凝土拌合物的性能普通混凝土硬化后的性能混凝土外加剂与掺合料普通混凝土配合比设计混凝土质量控制与强度评定高性能混凝土特种混凝土及其发展本章知识归纳,广州中信广场 (319m）世界最高纯混凝土结构,分类混凝土的胶结材料可以是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合。,混凝土的定义及分类,按胶凝材料,定义混凝土是由胶凝材料、粗集料、细集料和水按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。 水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材砼。,根据干表观密度0：普通混凝土 (2400kg/m3)；轻混凝土 (1950kg/m3)；重混凝土 (2600kg/m3)。,根据用途(功能)：普通混凝土道路混凝土防水混凝土耐热混凝土耐酸混凝土防辐射混凝土膨胀混凝土装饰混凝土等,生产与施工工艺：商品混凝土泵送混凝土喷射混凝土碾压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土离心混凝土等。,水 泥 混 凝 土,水泥混凝土的分类,按照强度分类低强混凝土普通强度混凝土高强混凝土超高强混凝土,高性能混凝土HPC,经济性：原材料来源丰富、价格低廉，可就地取材，可充分利用工业废弃物。可靠性：配制不同强度等级的混凝土；与钢筋能够协同工作。可塑性：混凝土凝结前有良好的可塑性，利于施工成型，可利用模板浇筑成各种形状及尺寸的构件或结构物。耐久性：在自然环境中使用时，具有良好的耐久性。耐火性：混凝土在高温或火灾中，能够较长时间保持强度，与钢结构相比具有很大优势。可改造性：可根据不同工程需要，通过采用新材料、新配方或施工方法配制出不同性质的混凝土，满足工程的多重要求。,混凝土的特点（相对优点）,抗拉强度低，性脆易裂：素混凝土抗拉强度很低，受拉时易产生脆性破坏，在冲击荷载作用下很容易发生脆断。自重大、比强度低：表观密度大、比强度低，不利于用于向高层、大跨度结构物和构筑物。体积稳定性差：容易发生各种形式的收缩变形，产生内部缺陷和收缩开裂，影响结构耐久性。保温隔热性能较差：导热系数较大，不利于保温隔热。生产周期长：浇筑后需要较长时间的养护才能达到预期强度，不利于加快施工进度和结构修补施工后尽快恢复交通。混凝土性能受施工质量影响大：混凝土施工中的搅拌、浇筑和振捣等影响密实，养护影响强度形成和发展，施工质量的好坏严重影响混凝土硬化后的强度和耐久性能。,混凝土的特点（缺点）,数千年前，石灰与砂混合砌筑房屋；公元前约500年，古罗马人配制了使用火山灰的混凝土；1824年，英国人阿普斯丁发明波特兰水泥（Portland Cement），现代混凝土随后问世。1850年法国人朗波特首次制成钢筋混凝土船，1967年法国人莫尼埃用铁丝加固砼制成花盆，并申请多项相关专利；1884年，德国人提出板中钢筋应配置在受拉部位并，提出钢筋混凝土板计算理论。1916年，混凝土强度的水灰比理论；1930年瑞士鲍罗米提出公式； 1925年，水灰比学说和恒定用水量法则；1928年，法国人佛列西涅发明预应力混凝土工艺；20世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术；20世纪90年代，高性能混凝土的概念与技术。,混凝土理论与技术发展简史,恒定用水量法则:大量试验证明,当水灰比在一定范围(0.400.80)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(每立方米砼拌合物的拌合水量)有关,满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载；满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土；具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命；满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低、环境负荷少等。,土木工程对混凝土的基本要求,原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量，多利用工业废料绿色化；推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的耐久性。,混凝土材料工业的可持续发展,混凝土的宏观结构,粗骨料,细骨料,水泥石,过渡区,混凝土的组成与结构,骨 料廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用降低水化热提供耐磨性,水泥浆润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性胶结作用包裹在所有骨料表面，凝结后将骨料胶结成整体形成固体。,各组成材料的作用,界面过渡区ITZ,Civil Engineering Materials,清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS,水泥,水,水泥浆,砂子,石子,骨 料,新拌混凝土,100%体积,6075%,715%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,混凝土外加剂,为了改善或提高混凝土的性能,普通水泥混凝土的组成材料,水泥品种的选择依据工程性质及所处的环境；施工条件；混凝土的强度等级。 若用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，虽然满足强度要求的水泥用量少，但难以满足混凝土的和易性和耐久性的要求，不可取。 若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，满足强度要求的水灰比会很小，其和易性难以满足施工要求，也不可取。通常宜选用强度等级为混凝土强度等级标准0.91.5倍的水泥,水泥,细集料,粒径在0.154.75mm之间的集料，称为细集料。细骨料主要采用天然砂和机制砂。,根据砂的技术要求，可分为类、类和类。类砂宜用于配制强度等级大于C60的混凝土，类砂宜用于配制强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，类砂宜用于配制强度等级小于C30 的混凝土和建筑砂浆。,细集料技术要求,含泥量、石粉含量和泥块含量,有害物质含量,表观密度、堆积密度、空隙率,坚固性,粗细程度和颗粒级配,碱活性,！,含泥量、泥块含量、石粉含量（GB/T 146842011）,砂中有害物质含量（GB/T 146842011）,坚固性指标(GB/T 146842011),压碎指标(GB/T 146842011),砂的坚固性 是指砂在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力,碱活性、表观密度、堆积密度、空隙率,碱活性（碱集料反应）碱集料反应：水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。碱活性：能够和混凝土组成物中的碱发生反应的化学活性表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度不小于2500kg/m3，松散堆积密度不小于1400kg/m3空隙率不大于44%。此外，含水率和饱和面干吸水率,混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？,砂子粗细比表面积空隙率强度和易性,砂的粗细程度及颗粒级配,最理想的情况：砂的空隙率及总表面积均较小。,评定砂的粗细程度 和颗粒级配,150m,300m,600m,1.18mm,2.36mm,4.75mm,9.50mm,砂子筛分析,m1,m2,m3,m4,m5,m6,M底,筛余量,筛分曲线,累计筛余,怎样计算细度模数Mx？,细度模数的计算,3.73.1为粗砂，3.02.3为中砂，2.21.6为细砂。, 计算分计筛余百分率ai 计算累计筛余百分率Ai 计算细度模数Mx 评定级配, A4 ，（初）定级配； A1 ，在范围， 其它，5以内 最终定级配区,粒径在4.7590mm之间的集料谓之粗集料粗集料的种类,粗集料,按照骨料的密度普通骨料：堆积密度15201680kg/m3 密度在25002700kg/m3轻骨料：堆积密度1120kg/m3 密度在1000kg/m3重骨料： 堆积密度2080kg/m3密度在35004000kg/m3,按照骨料颗粒形状卵石、碎石,按照GB/T146852011类、类、类,按照集料来源天然集料人工集料再生集料,粗集料技术要求,含泥量和泥块含量,有害物质含量,表观密度、堆积密度、空隙率,坚固性,最大粒径和颗粒级配,针片状含量,强度,碱-集料反应,粗集料最大粒径粗集料公称粒级的上限粒径增大，总比面积减小，但超过40mm可能强度下降粗骨料颗粒级配指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况不同粒径颗粒的分布颗粒级配分为连续粒级、间断级配(单粒级)。评价方法同砂子颗粒级配的评定方法筛孔系列2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53、63、75、90,粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料的技术要求最大粒径,GB502042002规定最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净距的3/4；对于实心板，不得超过板厚的1/3且不得超过40mm；任何情况下，组集料最大粒径不得大于150mm；对于泵送混凝土，最大粒径与输送管道内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5 （泵送高度50m） 。,粗集料的技术要求指标（GB/T146852011）,粗集料技术要求针片状颗粒含量,定义针状颗粒：颗粒长度大于其所属相应粒级平均粒径的2.4倍；片状颗粒：颗粒厚度小于其所属相应粒级平均粒径的0.4倍。针片状颗粒不利影响本身受力时易折断；易产生架空现象增大集料孔隙率，降低混凝土拌合物和易性和强度；影响配筋较密构件的浇筑质量测试方法针状颗粒规准仪和片状颗粒规准仪,粗集料技术要求强度,碎石的强度指标：抗压强度、压碎值；卵石的强度指标：压碎值。,(1)抗压强度:将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50mm的圆柱体试件，在水中浸泡48h以后，取出擦干表面水分，测得其在饱和水状态下的抗压强度值。通常混凝土等级C60时必须检验。不应小于混凝土强度的1.5倍(2)压碎值指标,气干状态5.519mm石子去除针片状颗粒后装入标准筒，35min中均匀加荷至200kN并持荷5s ,坚固性,定义卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。 测试方法：用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经5次循环后其质量损失率作为其评价指标。测试原理：硫酸钠(NaSO410H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。,混凝土用水是混凝土拌合用水和混凝土养护用水的总称。 氯离子含量：设计使用年限为100年的结构混凝土，500mg/L；使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，350mg/L。 未经处理的海水严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土；含有对水泥水化有害的有机杂质的水不能用来拌制混凝土。满足混凝土用水标准 (JGJ 63-2006)的其他规定,水,新拌混凝土的性能,硬化混凝土的性能,混凝土拌和物的和易性： 流动性 粘聚性 保水性塑性收缩等,混凝土微结构： 密实性 均匀性,运输、浇灌和振捣,硬化混凝土性能： 强度fc 弹性模量Ec 徐变 耐久性,混凝土拌合物的和易性概念,混凝土拌合物是指由混凝土组成材料拌和而成、尚未凝结硬化的混合料，又称新拌混凝土。 和易性指混凝土拌合物组分均匀，易于施工操作（拌和、运输、浇筑和振捣），以获得质量均匀、密实的混凝土的性能。混凝土拌合物和易性是一项综合技术性能，反映混凝土拌合物易于流动但组分间又不分离的一种性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。流动性：拌合物在自重或施工机械振捣力的作用下，能产生流动，并均匀密实地充满模板的性能。 粘聚性：拌合物内部各组分间具有一定的粘聚力，在施工过程中不产生分层、离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。 保水性：拌合物具有保持内部水分不流失，不致在施工中产生严重泌水现象的性能。,骨料,水,可见表面泌水,内泌水,和易性的测定方法与评价,和易性是一项综合性的技术指标，确切评定较困难，具有不确定性。测定：以测定其流动性为主，辅以对其粘聚性和保水性的观察，然后根据测定和观察结果，综合评价其和易性。 GB/T 500802002规定，混凝土拌合物的和易性用两种流动性指标评价： 塑性混凝土的流动性用坍落度或坍落扩展度表示； 干硬性混凝土用为维勃稠度表示。,坍落度法：适用于坍落度10mm，骨料最大粒径40mm的拌合物,维勃稠度法：适用于坍落度小于10mm，维勃稠度在530s的拌合物。,普通混凝土拌合物性能试验方法标准(GBT 50080-2002),坍落度试验Slump Test,标准圆锥筒将拌和物等体积地分三层填入圆锥筒中每一层用捣棒插捣25下用灰刀将表面抹平垂直提起圆锥筒，拌和物将在自重作用下向下坍落量出坍落的毫米数坍落度,200mm,坍落度测量结果的分级评定,如坍落度值大于220mm，应用钢尺测量混凝土扩展后的最大和最小直径，取平均值为坍落扩展度。,220mm,坍落度试验评价和易性,测定混凝土坍落度后，用捣棒在已坍落的拌合物锥体侧面轻轻击打，如果锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好；如果突然倒坍，部分崩裂或石子离析，则为粘聚性不良。提起坍落度筒后，观察地面上是否有较多的稀浆流淌，集料是否因失浆而大量裸露，存在上述现象表明保水性不好，反之保水性良好。,泌水率测定仪（保水性）,维勃稠度试验,透明圆盘,从开启振动台至透明圆盘底面与混凝土完全接触所需的时间（秒）为维勃稠度值VB。 本方法适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度值在530s之间的拌和物稠度测定。,维勃稠度仪,坍落度选择原则：混凝土拌合物流动性（坍落度）的选择应根据施工捣实方法、结构构件截面尺寸的大小、配筋的疏密程度和环境温度等来确定。在满足施工和结构条件的情况下，尽量选用较小的坍落度，以节约水泥，提高混凝土质量。温度低于30时（高于时提高1525mm），可按下表：,坍落度的选择,混凝土和易性的主要影响因素,水泥浆量,水泥浆是混凝土拌和物产生流动的决定因素。在水胶比（水与水泥质量之比）不变的情况下，单位体积拌合物内水泥浆数量愈多，混凝土拌合物流动性愈大。但若水泥浆过多，将会出现流浆现象；若水泥浆过少，则集料之间缺少粘结物质，易使拌合物发生离析和崩坍，流动性下降，粘聚性也变差。 水泥浆包裹在骨料的表面，在骨料间起润滑作用产生滚珠效应，减小了骨料颗粒间的内摩阻力。所以，水泥浆用量愈多，流动性愈好，拌和物的坍落度增大，同时还增大了拌和物的粘聚性。水泥浆用量较小，相对骨料用量较大，水泥浆不足以包裹骨料表面形成润滑层，骨料间的摩擦力较大，拌和物不易流动，坍落度减小。,水胶比是混凝土拌和物中用水量与水泥等胶凝材料用量的比值： W/C = 用水量(W)/水泥用量(C)水泥浆的水胶比决定了其稠度，水胶比越大，水泥浆越稀，在集料用量不变的情况下，拌合物流动性增大；水胶比越小，则流动性减小。但若水胶比过大，会造成拌合物粘聚性和保水性不良；水胶比过小，会使拌合物流动性过低，施工困难。,混凝土和易性的主要影响因素,水胶比,无论是水泥浆数量的影响还是水胶比的影响，本质上都是单位用水量（每立方米混凝土的用水量）的影响。,恒定需水量法则,当粗、细骨料的种类和比例一定时，即使水泥用量有适当变化(50100kg/m3)，只要单位用水量不变，混凝土拌和物的坍落度可以基本保持不变，即要使混凝土拌和物获得一定值的坍落度，其所需的单位用水量是一个恒定值。,恒定需水量法则的实际意义它是混凝土配合比设计时确定单位用水量的理论依据。在所用粗、细骨料的种类和比例一定的条件下，固定了单位用水量，当单位水泥用量增减不超过50100kg，混凝土拌和物的坍落度基本上可以在某一范围内恒定不变。因此，变动水灰比，就可以配制出坍落度相近而强度不同的混凝土。,砂率 是指砂用量占砂、石总用量的质量百分比。砂率过大或过小都会导致混凝土和易性变差，应选择合理砂率。,某混凝土搅拌站，砂细度模数变小后，如何调整砂率？,混凝土和易性的主要影响因素,水泥品种及细度,主要原因在于不同水泥的需水量差异，不同水泥品种、熟料颗粒细度、矿物组成、水泥中混合材和拌制混凝土时加入的掺合料，需水量不同。在其他条件相同的情况下，需水量大的水泥配制的拌合物比需水量小的水泥配制的拌合物流动性要小，但粘聚性和保水性表现较好。比如，矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时小，且矿渣水泥易使混凝土拌合物泌水。水泥颗粒越细，总表面积越大，润湿水泥颗粒表面及吸附在颗粒表面的水越多，在其他条件相同的情况下，拌合物的流动性变小。,集料对混凝土拌合物和易性的影响主要在于集料总表面积、集料的空隙率和集料间摩擦力大小的差异，具体表现为集料颗粒形状、级配、表面特征及粒径的影响。集料在混凝土中体积比例可达6575%，影响不容忽视。,卵石,碎石,集料的性质,表面光滑的集料，如河砂、卵石，其拌合物流动性较大。,骨料颗粒级配的影响,级配良好的骨料，较大粒径的颗粒堆积的空隙被较小颗粒填充，较小颗粒堆积的空隙被更小颗粒填充，不但使得骨料颗粒堆积的空隙率较小，填充在空隙中的水泥浆减少，水泥浆主要包裹在骨料的表面，而且可以避免骨料颗粒间的连锁，利于骨料的滑动，拌和物流动性较好。,当用水量相同时，级配良好的骨料可以增大拌和物的流动性。 当流动性相同时，级配良好的骨料可以减小水灰比或减少用水量,外加剂的加入将对混凝土拌合物和易性产生影响，尤其是减水剂或引气剂的加入，将明显增大拌合物的流动性，引气剂还可有效改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性。,外加剂和掺合料,随环境温度的升高，水泥水化加快、水分蒸发加快，使得混凝土拌合物的坍落度损失加快。随着混凝土拌合后时间的延长，由于混凝土拌合物中水分被水泥水化、集料吸收和蒸发所消耗，混凝土拌合物变得干稠，流动性降低。,温度和时间,同样的混凝土拌合物，不同的搅拌和振捣方式影响和易性如机械拌和的坍落度大于人工拌和，且搅拌时间相对越长，则坍落度越大。,施工工艺,混凝土拌合物和异性的改善措施,采用合理砂率：使水泥混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好。同时可以节约水泥、提高混凝土强度。改善砂、石的级配：尤其是改善组集料的级配，可以改善混凝土拌合物的和易性。集料的最大粒径相对增大，可使集料的总表面积小，拌和物的和易性也随之改善。调整水泥浆用量：当拌和物坍落度太小时，保持水胶比不变，增加适量的水泥浆；当拌和物坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石（相当于减小了水泥浆的用量）。掺加适宜的外加剂和掺合料：少量的外加剂能使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。选择需水量较小粉煤灰或磨细矿渣可以改善混凝土拌合物的和易性。提高振捣机械的效能：振捣效能提高可降低施工条件对混凝土拌和物和易性的要求。,混凝土浇筑后的性能,混凝土宏观堆聚分层现象混凝土在流动状态时，原材料中密度不同固体粒子在自重作用下的相对运动集料和水泥颗粒沉积于下部，水分被挤上升至表面或粗集料下方,泌水泌水通道增加混凝土的渗透性；内泌水形成水囊和空隙；表面形成返浆层塑性沉降自重不同相对运动和泌水，使混凝土整体沉降塑性收缩主要因表面水分的蒸发速度大于泌水速度,混凝土浇筑后的性能,混凝土拌和后应在足够长的时间内保持塑性，以便运输、浇灌、振动成型、修饰等。混凝土的凝结时间不同于所用水泥的凝结时间。初凝：拌和物失去可塑性，不能再搅拌、浇灌、捣实。规定初凝时间不能小于45min；终凝：混凝土固化，强度以一定速度增长。 规定终凝时间不大于375min；测量方法：贯入阻力法筛去砂浆（5mm圆孔筛）绘制贯入深度时间曲线 贯入阻力为3.5MPa，280MPa的时间分别为初凝、终凝,混凝土拌合物的性能（小结）,水泥骨料外加剂和掺合料减水剂引气剂增稠剂掺合料：增加粘聚性、保水性和流动性时间和温度和易性随时间减小温度升高，坍落度损失加大施工工艺搅拌、振捣方式和工艺,为什么一些楼房在横梁对应的位置有较浅的裂缝？该如何解决？,为什么浇筑混凝土时，自由倾落高度不宜超过2m？,混凝土强度指标的重要性,在混凝土设计和质量控制中，一般以强度作为评价的指标。强度是土木工程结构对材料的基本要求；混凝土的其它难以直接测量的主要性能，如弹性模量、抗水性、抗渗性、耐久性都与强度有直接关系，所以，可以由强度数据推断出其它性能的好坏；与其它许多性能相比，强度试验比较简单直观，通过制作试件，对其进行强度试验，测得的试件破坏时所能承受的最大内应力，即可计算得出混凝土的强度。混凝土受力破坏机理是什么？混凝土强度有哪些影响因素？如何使混凝土获得所需要的强度？,混凝土的宏观结构,粗骨料,细骨料,水泥石,过渡区,混凝土的组成与结构,混凝土受压破坏过程,混凝土受压破坏过程 是内部裂缝的发生、扩展直至连通的过程，也是混凝土内部固体相结构从连续到不连续的发展过程。,裂缝的扩展 混凝土抗拉强度较低，而裂缝尖端的应力集中和受拉区所受的拉应力远远超过其抗拉强度，导致裂缝在较低的压应力水平下扩展和产生。,混凝土受压破坏机理,原始裂缝存在的原因：水泥水化收缩导致骨料与水泥石之间和水泥石内部产生微裂缝； 由于水泥石与粗骨料的弹性模量的差异，温湿度的变化而导致产生界面微裂缝； 混凝土拌和物的泌水现象，导致骨料下部形成水囊，干燥后即为界面裂缝。,混凝土内部界面区对于混凝土受压破坏很重要,混凝土受压破坏的三种形式,骨料强度小于水泥石强度，则骨料劈裂破坏； 水泥石发生拉伸或剪切破坏； 水泥石与骨料的界面之间的粘结破坏。过渡区是“链的最薄弱环节”，一般认为是混凝土强度的“限制相”；改善过渡区的措施：低水灰比（w/c ）掺加超细矿物掺合料(很大比表面积) 选用骨料的种类,抗压试验单轴受压 混凝土受单方向压力作用,工程中采用的强度一般是单轴抗压强度；多轴向受压 混凝土受多方向压应力作用抗拉试验直接拉伸试验劈裂试验抗弯试验,混凝土强度试验,混凝土的强度是通过对试件进行强度试验获得的。混凝土的强度试验有：,立方体抗压强度试验,混凝土试件几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体，我国以立方体试件为主；立方体试件的边长有100mm、150mm、200mm三种；当混凝土中骨料的Dmax20mm 时，可采用100mm立方体；当混凝土中骨料的Dmax40mm 时，可采用150mm立方体或200mm。试件的养护条件标准条件： 202C，相对湿度95%；养护龄期：28d,混凝土抗压强度的几个基本概念,立方体抗压强度立方体强度标准值强度等级实际强度,国家标准规定：制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件(202C，相对湿度95%)下，养护到28天龄期，测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度，以“fcu”表示。,用标准试验方法测得的一组若干个立方体抗压强度值的总体分布中的某一个值，低于该值的百分率不超过5%,该抗压强度值称为立方体抗压强度标准值。以“fcu,k”表示,根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分的等级，以符号CXX表示混凝土立方体强度标准值(fcu,k) 。,将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，作为混凝土施工质量控制和验收依据。,轴心抗压强度国家规范规定：用尺寸为150 mm 150 mm 300mm的标准棱柱体试件，按规定方法成型、标准条件下养护28天，测得的抗压强度为轴心抗压强度，以fcp表示；工程结构设计的依据；轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系： fcp = (0.70.8)fcu换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小。,试验条件对混凝土强度的影响, 试件尺寸 相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。 试件的形状当试件受压面积(aa)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。, 表面状态 ：试件表面有、无润滑剂，其对应破坏形式不一，所测强度值大小不同。 加荷速度 ：较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加，所测强度值偏高。,强度换算系数(GB/T 500812002),环箍效应,强度-概率分布曲线,直接轴心抗拉试验很困难荷载作用线难以与试件轴线保持重合，发生偏心；难以保证试件在受拉区断裂。劈裂抗拉试验试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件原理：在试件的相对的表面中心线上作用均匀分布的压应力，从而在竖向平面内产生均匀拉伸应力四点弯拉试验试件：150150600(或550)mm3的梁式试件按三分点加荷进行弯曲试验，在试件下方产生拉伸应力,混凝土受拉伸,直拉试验,劈裂抗拉,四点弯曲拉伸,抗拉强度试验,劈裂抗拉试验 Splitting Test,fs,劈拉强度计算：fts = 2P/ a2 = 0.637(P/ a2) a：立方体试件的边长 ;,150 mm 150 mm 150mm的立方体试件,弯拉试验 Flexural Test/Modules of Rupture,用尺寸为150 mm 150 mm 550mm的梁式试件，标准条件下养护28天，采用三分点加荷方式试验，直至试件断裂。根据材料力学理论合线弹性应力应变分析，试件断裂是的最大拉伸应力为： fb = PL / bd2 (bd= 试件的截面积) 称为断裂模量 modulus of rupture,影响混凝土强度的因素,水泥强度等级和水灰比,混凝土强度经验公式：,式中：B/W胶水比； fcu混凝土28d抗压强度； fce水泥28d抗压强度实测值。 （c 1.12、1.16、1.10） a、b经验系数； 碎石 a=0.53; b=0.20 卵石 a=0.49; b=0.13,集料的影响,Civil Engineering Materials,颗粒形状表面特征泥块含量有害物质含量级配集胶比的概念：集料与胶凝材料的质量之比,养护的温、湿度,养护温度对混凝土强度的影响,成熟度,湿度的影响,试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB 502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。,没有冻结,抗压强度,砼相对强度的增长与冻结时间的关系,受冻越早，强度损失越大。,混凝土受冻时的强度变化,养护条件（温湿度）,自然养护洒水养护喷涂薄膜养护标准养护(202)，相对湿度95以上蒸汽养护常压蒸汽养护，成熟度蒸压养护蒸压釜：175，8个大气压同条件养护与施工现场保持一致,龄期,龄期指混凝土在正常养护条件下所经历的时间，最初的714d发展较快，28d以后增长缓慢 。,n 养护龄期，n3d。适用于中等强度混凝土,14,28,抗压强度,龄期/d,其它因素,施工条件搅拌振捣方式试验条件试件的形状、尺寸试件表面状态、含水程度加荷速度外加剂和掺合料的掺入。,提高混凝土强度的措施,采用高等级水泥或早强型水泥；采用低水灰比的干硬性混凝土；采用机械搅拌、机械振捣；掺入混凝土外加剂、掺合料等高品质集料及合理及配（最紧密堆积）,(一)非荷载作用下的变形化学收缩干湿变形温度变形(二)荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形徐变,混凝土的变形性能,化学收缩,定义：在混凝土硬化过程中，由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩，称为化学收缩，又称化学减缩。发展规律：其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40天左右增长较快，以后逐渐趋于稳定。 影响：化学收缩值很小（小于1），但是不可恢复，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。,化学收缩示意图,干湿变形,定义：由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。 原因：混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中形成负压，随着空气湿度的降低负压逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶体因失水而产生紧缩。干缩裂缝：由于混凝土抗拉强度低，而干缩变形又比较大，所以很容易产生干缩裂缝。干缩裂缝的产生使混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀能力变差，对混凝土耐久性极为不利。,弯月面,凝胶孔,干湿变形机理示意图,负压,龄期,应变,水中养护,空气中养护,膨胀,收缩,混凝土的干湿变形示意图,混凝土的干缩主要发生在早期，因此加强混凝土的早期养护，延长湿养护时间，对延迟混凝土干缩裂缝具有重要作用。,温度变形,定义：混凝土随着温度的变化产生热胀冷缩的变形。指标：混凝土的温度线膨胀系数为(11.5)10-5/。 危害：温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工 程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。大体积混凝土施工时，必须采取措施来减小混凝土内外温差和温度应力，以防止混凝土温度裂缝。,200m长的大坝，内外温差50。那么，温度降低到外界温度时，可产生的变形大约为多少？,短期荷载作用下的变形,弹性模量棱柱体150150300控制力：fcp3三次以上反复加荷-卸荷测“应力应变”E：(1.754.9)104MPa,混凝土是一种弹塑性体，静力受压时，既产生可以恢复的弹性变形，又产生不可恢复的塑性变形，其应力和应变之间的关系关系是一条曲线。,长期荷载作用下的变形徐变,长期恒荷载作用下，随时间而发展的变形，称之徐变，也叫蠕变。,产生原因：凝胶体产生粘性流动影响因素：水泥用量水灰比弹性模量徐变作用：,混凝土结构中：有利于削弱由温度、干缩等引起的应力，减少裂缝的发生预应力混凝土结构中：产生应力松弛，引起预应力损失,硬化混凝土的耐久性,混凝土耐久性混凝土在外部环境因素和内部不利因素的长期作用下，能保持正常使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构预定的安全性和正常使用的能力。,混凝土抗渗仪,混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力液体（水、油和溶液等）渗透作用的能力，是决定混凝土耐久性最主要的因素。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。混凝土水灰比和养护等对抗渗性起决定性作用。 提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度或改变混凝土孔隙特征。,抗渗性,混凝土抗渗标号采用顶面直径为175mm、底面直径为185mm、高度为150mm的圆台体标准试件；在规定的试验条件下，以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力乘以10来确定混凝土的抗渗等级。P=10H-1,抗冻性是指混凝土在使用环境中，能经受多次冻融循环能保持强度和外观完整性的能力，是评定混凝土耐久性的主要指标。抗冻等级：根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。混凝土抗冻等级可通过慢冻法(立方体，抗压强度下降率不超过25%或质量损失率不超过5%)、快冻法(棱柱体，相对动弹性模量不小于60%、质量损失率不超过5%)和盐冻法进行试验确定。混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响抗冻性的重要因素,抗冻性,碳化,混凝土的碳化：混凝土内水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2在一定湿度条件下发生化学反应，生成CaCO3和H2O的过程，因碳化反应后混凝土内部碱度下降，故又称中性化。碳化的作用引起钢筋锈蚀（碱度下降），顺筋开裂碳化收缩引起微细裂纹，降低强度生成的碳酸钙填充水泥石的孔隙，提高密实度、强度，使有害杂质的进入一定程度上缓冲影响因素环境中CO2浓度、环境湿度水泥品种、水胶比外加剂,混凝土碳化深度的检测方法有X射线法和化学试剂法（酚酞酒精溶液、彩虹指示剂）两类。,混凝土的碱-骨料反应,混凝土的碱骨料反应：水泥、外加剂等混凝土构成物及环境中的碱与具有碱活性的集料之间在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。根据集料中活性成分的不同，碱集料反应分为三种类型：碱硅酸反应、碱碳酸盐反应和碱硅酸盐反应。反应发生必备条件过量碱碱活性骨料占骨料总量的比例大于1潮湿环境（80）预防措施非活性骨料；严格控制含碱量；掺入火山灰质混合料；加入引气剂,混凝土的耐磨性,混凝土的耐磨性即混凝土表面抵抗磨损的能力。与其混凝土的强度、硬度有关。表面磨损情况机械磨耗；冲磨；空蚀 影响耐磨性的因素混凝土强度粗骨料的品种和性能细骨料与砂率水泥掺合料养护和施工方法耐磨性实验方法：滚动轴承法（路面混凝土）,提高混凝土耐久性的措施,耐久性改善措施（提高密实度、改善孔结构）合理选用水泥品种，以适应工程环境较小水灰比和保证足够胶凝材料用量，提高密实度级配合理、质量好的砂石集料，提高密实度合理砂率，提高密实度外加剂和掺合料的使用，改善孔结构、提高密实度施工质量控制，保证混凝土均匀密实，提高密实度,水泥、砂、石、水：是配制混凝土的基本原材料，随着现代建筑技术的不断发展，仅仅通过使用四种组分生产混凝土，显然已难以满足对现代混凝土材料提出的新要求。第五、第六组分：现代混凝土技术的迅速发展使得掺合料、外加剂广泛应用，以满足现代施工技术和建筑要求，达到技术先进、经济合理、节能环保、高强性、防腐耐久等目的，促进了混凝土生产和应用技术的发展。,混凝土外加剂与掺合料,混凝土外加剂,定义在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大于水泥重量的5% 。为什么要使用外加剂？单纯靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列问题：用水量与良好和易性间的矛盾；施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；耐久性对低连通孔隙率的要求。外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；现在有7080以上的混凝土使用了外加剂；,外加剂的作用 改善混凝土拌合物的和易性； 加快或延缓凝结时间； 控制强度增长； 提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵 蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性； 节约水泥用量，降低成本； 减少放热速度，控制温升。,按照功能改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等；调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等；改善耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等；改善其它性能：减缩剂、膨胀剂，防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。根据混凝土外加剂（GB 8076），分为8类：高性能减水剂（早强型、标准型、缓凝型）、高效减水剂（标准型、缓凝型）、普通减水剂（早强型、标准型、缓凝型）、引气减水剂泵送剂、早强剂、缓凝剂、引气剂。,外加剂的种类,减水剂,减水剂是指在混凝土拌合物坍落度（表示混凝土流动性的指标）基本相同的条件下，能较为显著减少拌合用水量的外加剂。在混凝土工程中应用最为广泛，能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性。种类：减水效果普通减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)；高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)。高性能减水剂。复合功能早强减水剂；缓凝减水剂；引气减水剂。,减水剂的组成结构、物理化学特征,减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中：离子基团是酸根离子或氨基，如：SO3-、COO-、NH 3 +等；碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。可溶于水，能显著降低水的表面张力；能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水固界面张力。,分散作用（打破絮凝结构）当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：水具有高表面张力(氢键分子结构)水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性静电排斥作用；由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。润滑作用（形成溶剂化水膜）,减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附,减水剂的作用机理,加减水剂前的絮凝结构,加入减水剂后，絮凝结构被打破,减水剂的作用效果,通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列效果：在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于浇注、成型密实；在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(水胶比) ，提高混凝土强度和抗渗性；在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥用量。,当水灰比一定时