混凝土工程基础.ppt

混凝土工程基础,一、教学任务分析,二、教学理念,三、教学目标,四、学时 40 学时（1学时）,课程概述,五、授课方式（课堂讲授）,本课程教学对象是已系统学习了高等数学、建筑力学、建筑材料、房屋建筑学的该专业本科生；教材是选用由沈德植主编、中国建筑工业出版社2003年第一版的土建工程基础；由于该课程是一门理论与实践结合较强的专业性课程，具有复杂的逻辑推理和数值计算，同学们会有一定的畏难情绪，给教学带来一定的困难。,以学生为主体、采用问题引导的方法，注重理论与实践的相互结合；,一是培养学生的学习兴趣，二是养成良好的严格按照国家、行业规范进行工程项目作业的习惯，三是熟练掌握教学大纲要求的知识点,一、混凝土的定义、分类及特点,二、混凝土的组成（重点）,三、混凝土配合比设计(重点、难点),四、特种混凝土简介,主要讲授内容,五、课堂小结,问题引入,混凝土的组成材料有哪些？,组成材料的配制比例是多少？,配制比例与混凝土强度有何关系？,工程施工中如何确定混凝土配合比？,三峡工程钢筋混凝土重力坝,一、混凝土的定义、分类及特点,钢筋混凝土工程建筑群,（一）混凝土的定义,混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。普通混凝土 由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为20002800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。,（二）混凝土的分类,按表观密度分重混凝土 02600kg/m3。普通混凝土 0 19002600kg/m3。轻混凝土 01900kg/m3。按胶凝材料分水泥混凝土、水玻璃混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等。按使用功能分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、耐热混凝土、防辐射混凝土等。,（二）混凝土的分类,按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土等。按强度分普通混凝土 C60。高强混凝土 C60。超高强混凝土 强度100MPa。,按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。,喷射混凝土施工,（三）混凝土的特点,优点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。缺点抗拉强度低（约为抗压强度的1/101/20）、变形性能差；导热系数大约为1.8W/（mK）；体积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。,二、普通混凝土,（一）混凝土组成与材料要求,组成材料的作用,混凝土体积构成水泥浆25左右；砂和石子70以上；孔隙和自由水15%。,1.水泥的选择,品种的选择 配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。强度等级的选择一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.5倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0.9 1.5 倍。,2.砂,定义 砂是指粒径在0.16 5mm以内的岩石颗粒。分类按产源分按技术要求分类 宜用于强度等级大于C60的混凝土；类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,砂,天然砂,人工砂,机制砂,混合砂,河砂、海砂、山砂、和淡化海砂等,2、砂,颗粒级配颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。,2.砂,颗粒级配采用筛分法确定。,3.石子,定义 粒径5mm的骨料称为粗骨料。分类按产源分：卵石和碎石按技术要求分：类 宜用于强度等级大于C60的混凝土；类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,3.石子,最大粒径从结构上考虑 根据规定，混凝土用粗骨料的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间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑 对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：31：4，超高层建筑宜在1：41：5。从经济上考虑 当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。,颗粒级配粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种,4.水,混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制、养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合现行的混凝土拌合用水标准之规定。,5.外加剂,定义 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中 掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般 情况掺量不超过水泥质量的5%。按主要功能的分类（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。,（二）混凝土的主要技术性质,1.和易性,（1）和易性的概念,和易性,粘聚性,保水性,流动性,易结构均匀,易成型密实,好,好,在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。,各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。,具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质。,保证混凝土硬化后的质量,（2）和易性的评定,定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。,坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值坍落度（单位mm）。适用范围：骨料最大粒径不大于40mm；坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。,坍落度法施工图片,维勃稠度法,维勃稠度法 测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围粗骨料最大粒径不大于40mm；坍落度小于10mm，维勃稠度在5s30s之间的干硬性混凝土。,按混凝土质量控制标准（GB50164）的规定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度、维勃稠度分为四级。见下表。,（3）混凝土施工时坍落度的选择,混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。在保证满足各项要求的前提下，尽可能选择较小的坍落度。,（4）影响和易性的因素,组成材料及其用量之间的关系水泥浆用量；水灰比骨料的品种、级配和粗细程度；砂率；外加剂。施工环境的温度、搅拌程度等。,水泥,水,砂,石子,外加剂,水泥浆,骨料,混凝土拌合物,合理砂率的确定合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。,水泥浆用量一定,相同的塌落度,（5）改善和易性的措施,采用合理砂率；改善砂石的级配；掺外加剂或掺合料；根据环境条件，注意坍落度的现场控制；,在水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性；在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性。,掺外加剂的混凝土,2.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,抗弯强度,轴心抗压强度,立方体抗压强度,钢筋与混凝土的粘结强度,2.混凝土的强度,（1）立方体抗压强度 以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为202，相对湿度为95以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的极限抗压强度。用fcu表示。当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：标准试验方法是指普通混凝土力学性能试验方法（GB/T500812002）。,2.混凝土的强度,（2）混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十五个强度等级。立方体抗压强度标准值（fcu,k），是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%。强度等级表示的含义：强度的范围：某混凝土，其fcu30.034.9MPa；某混凝土，其fcu30.0MPa的保证率为95%。,C30,“C”代表“混凝土”。,“30”代表fcu,k30.0MPa；,2.混凝土的强度,（3）轴心抗压强度采用150mm150mm300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为055MPa范围内fc=（0.70.8）fcu。非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm100mm和200mm200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。,2.混凝土的强度,（4）影响抗压强度的因素水泥的强度和水灰比 当混凝土水灰比值在0.400.80之间时越大，则混凝土的强度越低；水泥强度越高，则混凝土强度越高。粗骨料的品种 碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高；卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。养护条件 在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高；龄期外加剂,2.混凝土的强度,（5）提高混凝土抗压强度的措施采用高强度等级水泥；采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；改进施工工艺，加强搅拌和振捣；采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。,3.混凝土的耐久性,（1）耐久性的主要内容抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。抗侵蚀性主要与水泥的品种、混凝土的密实程度和孔隙特征有关。,3.混凝土的耐久性,抗碳化性混凝土的碳化作用指空气中的CO2与水泥石中的Ca(OH)2在有水存在的条件下发生化学作用，生成CaCO3和H2O。碱骨料反应碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨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。,3.混凝土的耐久性,（2）提高混凝土耐久性的措施 合理选择混凝土的组成材料根据混凝土工程特点或所处环境条件，选择水泥品种；选择质量良好、技术要求合格的骨料。提高混凝土制品的密实度严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。见下页表。选择级配良好的骨料及合理砂率，保证混凝土的密实度。掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。严格按操作规程进行施工操作。改善混凝土的孔隙结构在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔结构，封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。,混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ552000）,三、混凝土配合比设计,1.配合比及其表示方法,混凝土的配合比是指混凝土各组成材料用量之比。主要有“质量比”和“体积比”两种表示方法。工程中常用“质量比”表示。质量配合比的表示方法（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。例如水泥C295kg，砂S648kg，石子G1330kg，水W165kg。（2）以各组成材料用量之比表示。例如上例也可表示为：C：S：G1：2.20：4.51，W/C0.56。,2.配合比设计的要求,满足结构设计的强度等级要求；满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。,3.配合比设计基本参数,水灰比（W/C）、单位用水量（W）和砂率（SP）是混凝土配合比设计的三个基本参数。,水泥,水,砂,石子,水泥浆,骨料,混凝土,单位用水量W,砂率SP,水灰比 W/C,与强度、耐久性有关,与流动性有关,与粘聚性、保水性有关,4.配合比设计的步骤与方法,（一）确定混凝土基准配合比（二）试配、调整，确定设计配合比（三）计算施工配合比,（一）确定混凝土基准配合比,1.计算施工配制强度 fcu,0式中:fcu,0混凝土配制强度，MPa；fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值，MPa；混凝土强度标准差，MPa。1.645保证率为95%时的保证系数；混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定，并应符合以下规定：计算时，强度试件组数不应少于25组；当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准差计算值2.5MPa时，取2.5MPa；当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值3.0MPa时，取3.0MPa；当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值按现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204）的规定取用。,（一）确定混凝土基准配合比,2.确定水灰比W/C（1）按混凝土强度要求计算水灰比式中：A、B回归系数；应根据工程所用的水泥、骨料，通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；当不具备上述试验统计资料时，可取碎石混凝土 A0.48，B0.52；卵石混凝土A0.50，B0.61。fce水泥28d抗压强度实测值，MPa。,混凝土强度标准差,（一）确定混凝土基准配合比,（2）复核耐久性为了使混凝土耐久性符合要求，按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值，否则混凝土耐久性不合格，此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值。3.确定1m3混凝土的用水量W0（1）水灰比在0.300.80范围内时，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的坍落度，按下表选取。,塑性混凝土的单位用水量，kg,（一）确定混凝土基准配合比,（2）水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定。（3）掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算：WaW0（1）式中：Wa掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg；W0未掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg；外加剂的减水率，应经试验确定。,干硬性混凝土的单位用水量，kg,（一）确定混凝土基准配合比,4.确定1m3混凝土的水泥用量C0（1）计算（2）复核耐久性将计算出的水泥用量与规定的最小水泥用量比较：如计算水泥用量不低于规定的最小水泥用量，则耐久性合格；否则耐久性不合格，此时应取规定的最小水泥用量。5.确定砂率Sp（1）坍落度为1060mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按下表选取。（2）坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定；也可在下表基础上，坍落度每增大20mm，砂率增大1确定。（3）坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。,（一）确定混凝土基准配合比,6.计算砂、石子用量S0、G0（1）体积法 又称绝对体积法。1m3混凝土中的组成材料水泥、砂、石子、水经过拌合均匀、成型密实后，混凝土的体积为1m3，即：Vc+Vs+Vg+Vw+Va 1,混凝土砂率，,（一）确定混凝土基准配合比,解方程组，可得S0、G0。式中：c、s、g、w分别为水泥的密度、水的密度、砂的表观密度、石子的表观密度，kg/m3。混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取1。（2）质量法 质量法又称为假定表观密度法。假定混凝土拌合物的质量为moh，kg。,（一）确定混凝土基准配合比,解方程组可得S0、G0。式中：C0、W0、S0、G0分别为1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量，kg；moh1m3混凝土拌合物的假定质量，kg。可取24002500kg/m3。SP混凝土砂率。7.计算基准配合比（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。（2）以组成材料用量之比表示：C0：S0：G01：x：y，W/C？。,（二）试配调整，确定设计配合比,1.试配 按基准配合比称取一定质量的组成材料，拌制15L或25L混凝土，分别测定其和易性、强度。2.调整(1)调整和易性，确定基准配合比 测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能（2）强度调整一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05,（三）计算施工配合比,假定现场砂、石子的含水率分别为a和b%，则施工配合比中1m3混凝土的各组成材料用量分别为：C S（1+a）G（1+b）WSaGb 施工配合比可表示为：,（四）配合比计算例题,例题 某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C30。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为3050mm。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下：水泥：普通水泥，强度等级42.5MPa，实测28d抗压强度48.0MPa，密度c3.1g/cm3;砂：中砂，级配2区合格。表观密度s2.65g/cm3;石子：卵石，540mm。表观密度g2.60g/cm3;水：自来水，密度w1.00g/cm3。试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。,（四）配合比计算例题,解:1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0：根据题意可得：fcu,k30.0MPa，查表1-11取5.0MPa，则 fcu,0 fcu,k+1.645 30.0+1.6455.038.2MPa2.确定混凝土水灰比W/C（1）按强度要求计算根据题意可得：fce48.0MPa，A0.60，B0.61，则：（2）复核耐久性表1-12 B：经复核，耐久性合格。,（四）配合比计算例题,3.确定用水量W0 根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为40mm，坍落度为3050mm，查表1-13取W0160kg。4.计算水泥用量C0（1）计算：（2）复核耐久性表1-12 B，经复核，耐久性合格。5.确定砂率Sp 根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm）、水灰比0.50，查表1-14 SP2833，取SP30。6.计算砂、石子用量S0、G0,（四）配合比计算例题,（1）体积法将数据代入体积法的计算公式，取1，可得：解方程组，可得S0570kg、G01330kg。（2）质量法 假定混凝土拌合物的质量为mch2400kg，将数据代入质量法计算公式，得：320+160+S0+G02400解方程组，可得S0576kg、G01344kg。,（四）配合比计算例题,6.计算基准配合比（1）体积法 C0:S0:G0320:570:13301:1.78:4.16，W/C 0.50；（2）质量法 C0:S0:G0 320:576:13441:1.80:4.20，W/C 0.50。,（四）配合比计算例题,7.确定施工配合比（以质量法基准配合比为准）由现场砂子含水率为，石子含水率为1，则施工配合比为：水泥 C=C0=349砂子 S=S0（1+3%）=576（1+3%）=593石子 G=G0（1+1%）=1134（1+1%）=1145水 W=W0S03%G01%=3205763%11341%=292,四、特种混凝土简介,轻骨料混凝土,抗渗混凝土,水玻璃混凝土,聚合物混凝土,耐热混凝土,课堂小结,一、混凝土的定义、分类及特点,二、混凝土的组成（和易性、强度措施）,三、混凝土配合比设计(施工配合比计算),四、特种混凝土简介,