道路工程材料-第5章混凝土.ppt

关于水泥内容的回顾,硅酸盐水泥,定义，矿物组成，技术性质,掺混合材的硅酸盐水泥,PO，PS，PF，PP，PC定义，特性与共性,第五章 混 凝 土,目 录,5.1 概述 5.2 混凝土组成材料 5.3 混凝土和易性 5.4 混凝土力学性能 5.5 混凝土变形 5.6 混凝土耐久性,5.1.1混凝土的发展 5.1.2混凝土的定义和分类 5.1.3混凝土特性,5.1 概述,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，经过胶凝材料凝结硬化后，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”。,三峡工程钢筋混凝土重力坝,混凝土的分类,按体积密度分重混凝土 02800kg/m3。普通混凝土 0 20002800kg/m3。轻混凝土 02000kg/m3。按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。,混凝土的分类,按生产和施工工艺分预拌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 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,目前混凝土的用量约为120亿吨，是世界上用量最大的人工建筑材料，随着混凝土性能的不断提高，其用量及应用范围还会增加。混凝土广泛应用于建筑、桥梁、道路等土木工程领域。,广泛应用,混凝土特性,混凝土在土建工程中能够得到广泛应用，是由于它具有优越的技术性能及良好的经济效益。具有如下优点：,具有如下缺点：,原材料来源丰富，经济性好工艺简单可塑性好性能可调强度高，耐久性良好与钢筋协调性好利于环保,自重大脆性抗拉强度低，变形小收缩及裂缝现象破损修复难度大,满足混凝土结构设计的强度要求；满足混凝土施工所要求的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性；经济性；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,5.2.1 水泥 5.2.2 细骨料 5.2.3 粗骨料 5.2.4 水 5.2.5 外加剂 5.2.6 矿物掺合料,5.2 混凝土组成材料,Fig.4 砼的结构,水泥+水=水泥浆 Paste水泥+水+细骨料=砂浆 Mortar水泥+水+细骨料+粗骨料=混凝土 Concrete Fine Coarse,混凝土的组成材料及作用,5.2.1 水泥,品种的选择：应当根据混凝土工程特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择（见下表）工程中最常用的是六大水泥 强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应原则：高对高，低对低约为混凝土强度等级的1.01.5倍水泥混凝土路面可以根据路面的交通等级所要求的设计抗弯拉强度来选择水泥的强度等级。,水泥,常用水泥混凝土的选用参考表,注：号表示优先选用；表示可以使用；表示不得使用。,5.2.1 水泥,某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水泥铺筑路面，见图4-1。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。对于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。,问题分析,骨料,5.2.2 细骨料砂,5.2.3 粗骨料石,1 定义：粒径小于4.75mm的岩石颗粒2 分类：按来源可分为天然砂人工砂（机制砂、混合砂）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。,5.2.2 细骨料砂,砂的颗粒级配区,砂的级配曲线,0,40,20,60,80,100,0.15,0.30,0.60,1.18,2.36,4.75,9.50,区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土 区:中砂为主,最适合配制普通混凝土 区:细砂为主,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩,定义:不同粒径的砂混合在一起后总体的粗细程度.表示方法:粗细程度用细度模数表示:细度模数:粗细程度的划分,2）粗细程度,3 砂的技术要求,3）有害杂质有机杂质硫化物、硫酸盐云母轻物质氯盐,妨碍水泥水化；体积膨胀反应；与水泥粘结差；形成薄弱区；促进钢筋锈蚀。,3 砂的技术要求,Tab.1 有害杂质含量要求(GB/T14684-2011),4）坚固性,砂的坚固性是指砂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。天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合下表规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合下表规定。,砂坚固性指标,5）含泥量、泥块含量、石粉含量,含泥量是指天然砂中粒径小于75m的颗粒含量；石粉含量指人工砂中粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18 mm，经水浸洗、手捏后小于600m的颗粒含量。,天然砂含泥量和泥块含量,人工砂石粉含量和泥块含量,6）表观密度、堆积密度及空隙率,表观密度s2500kg/m3；松散堆积密度so1350kg/m3；空隙率P47%。,1 定义2 分类3 技术要求1）有害杂质2）颗粒形状与表面特征3）最大粒径4）颗粒级配5）坚固性和强度6）含水状态,5.2.3 粗骨料石子,1 定义：粒径大于4.75mm的岩石颗粒2 分类按来源分碎石和卵石按技术要求分为3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,粗骨料石子,石子级配要求(GB/T14685-2001),4）最大粒径,石子公称粒级的上限Dmax,520,公称粒级的下限,公称粒级的上限,4）最大粒径,Dmax的限制条件.经济性:Dmax增大,表面积减小,水泥用量减少.结构限制:Dmax 1/4结构截面最小尺寸;Dmax 3/4钢筋最小净距;Dmax=1/3实心板厚度，且Dmax 50mm。.施工方面：Dmax过大，在搅拌、运输以及振捣时易产生离析或易损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。,Back,坚固性硫酸钠浸泡法抗压强度 立方体、圆柱体试件压碎指标 碎石、卵石岩石抗压强度可用于高强混凝土当二种方法有争议时，以岩石抗压强度为准,5）坚固性和强度,岩石的抗压强度：将岩石制成边长5cm的立方体（直径与高度均为5的圆柱体），水饱和状态测抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比普通混凝土1.5 fcu高强混凝土1.2 fcu,5cm5cm5cm,岩石的抗压强度,混凝土拌合及养护用水,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。海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有饰面要求的素混凝土，更不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合混凝土拌合用水标准（JGJ632006）的规定。,水,外加剂指在混凝土/砂浆拌合物中掺入的不超过水泥用量5%，且能使混凝土/砂浆按要求改变性能的化学物质。外加剂的掺量虽小，但其技术经济效果却显著，因此，外加剂已成为混凝土的重要组成部分，被称为第五组分，获得愈来愈广泛的应用。,定义,外加剂,分 类,改善流变性能减水剂、泵送剂等；调节凝结时间、硬化性能缓凝剂、促凝剂和 速凝剂等；改造耐久性引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物 外加剂等；改善其它性能膨胀剂、防冻剂和着色剂等。,5.2.6 外加剂,混凝土外加剂按其主要功能分为四类(GB 8075-2005),应 用,采用外加剂是提高混凝土强度、改善性能、节约水泥和能源的最有效的方法之一。近几十年来混凝土外加剂的发展很快，国外许多国家外加剂的使用率达到60-80%，有的甚至高达100%，当前外加剂已成为混凝土的第五大组份。,5.2.6 外加剂,1减水剂2早强剂3引气剂4缓凝剂5速凝剂6膨胀剂7防冻剂,常用外加剂,5.2.6 外加剂,1.减水剂,定义在保持混凝土和易性不变的情况下，可显著减少拌合用水量的外加剂。或：在用水量不变的情况下，可显著增加拌合物流动性的外加剂。,按效能（GB8076-2008）普通减水剂(14%)高效减水剂(1425%)高性能减水剂(25%)按对凝结时间的影响（GB8076-2008）标准型缓凝型早强型,1.减水剂,按对含气量的影响引气型非引气型,分类,技术经济效果,减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。提高混凝土拌合物的流动性。节约水泥。改善混凝土拌合物的性能。可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。,作用机理,常用减水剂,（1）木质素系减水剂（M型）普通减水剂，主要使用木质素磺酸钙（木钙），属于阴离子表面活性剂。其适宜掺量为0.20.3，减水率10左右。对混凝土有缓凝作用，一般缓凝。（2）萘系减水剂高效减水剂，其主要成分为一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。NNO、NF、FDN、UNF、MF、建型等。适宜掺量为0.51.0，其减水率较大，为1025%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。,常用减水剂,（3）树脂类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂，为阴离子表面活性剂。我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。SM适宜掺量为0.52.0，减水率达2027。（4）聚羧酸减水剂高性能减水剂。聚羧酸类减水剂是一种分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，分为聚酯型和聚醚型。是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种减水剂。适宜掺量0.120.24，减水率25以上。,2早强剂,早强剂是指能显著提高混凝土早期强度，而不明显影响后期强度的外加剂，分为无机盐类，有机物类和矿物类等。加速水泥的水化和硬化缩短养护期加快施工进度,定义,可广泛应用于冬季施工紧急抢修工程工期要求紧的工程举例早强剂可以使C20混凝土在16小时内达到拆模强度（1.5MPa）36小时达到在上面安装楼板的强度（3.0MPa），从而加快施工进度,2早强剂,应用,CaCl2是应用最广的品种效果好价格低使用方便1）性能提高早强,掺加 0.5-1%氯盐类早强剂2-3d 强度能够提高 50-100%7d 强度提高20-40%,2早强剂,典型类型,早强机理,当硫酸盐掺量为11.5时，混凝土强度达到设计强度70的时间缩短50。,1）性能提高早期强度,硫酸钠是应用最广的品种,典型类型,2）早强机理,2早强剂,早强机理,3 引气剂,定义,指在混凝土拌和物中引入小气泡的物质。它是憎水性表面活性物质，减小表面张力，能定向吸附于气泡表面，使混合搅拌过程中进入的空气形成不易破裂、微小、独立且均匀分布的气泡。,性能,降低混凝土强度,提高和易性,提高耐久性,3 引气剂,这类外加剂常用于有冻融循环的环境中。在混凝土结构中不可避免地降低其强度。,应 用,常用引气剂,松香皂和松香热聚物等 掺量为 0.005%-0.012%引入 D=0.05-1.25mm 的气泡 使混凝土含气量达到 2%-6%,3 引气剂,定义：能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期硬化的外加剂常用类型：M剂、糖蜜、柠檬酸等应用大体积混凝土工程水工工程滑模施工高温季节施工搅拌与浇筑成型时间间隔较长的工程,4 缓凝剂,定义能使混凝土速凝，并能改善混凝土的粘结性和稳定性的外加剂。无机盐类速凝剂按其主要成分大致可分为三类：以铝酸钠为主要成分以铝酸钙为主要成分 以硅酸盐为主要成分,5 速凝剂,常用品种红星型2.5%-4%711 型2.5%-3.5%应用喷射混凝土、堵漏工程等性能初凝时间为5min终凝时间为10min在1小时内形成强度1天强度提高2-3倍28天强度约为不掺时的80%-90%,5 速凝剂,6 膨胀剂,定义能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀的外加剂711 型2.5%-3.5%常用品种U型膨胀剂等性能掺量10%-15%，抗渗性提高,定义：使混凝土在负温下正常硬化的外加剂。起降低冰点、防冻、增进早强的作用 常用品种 NaNO2和Ca(NO2)2 掺1%-8%降低冰点、早强、阻锈 CaCl2和NaCl掺0.5%-1%工程上使用的都是复合防冻剂，由防冻、早强、减水组分甚至引气组分复合，以提高防冻效果。,6防冻剂,某工程队于7月份在湖南某工地施工，经现场试验确定了一个掺木质素磺酸钠的混凝土配方，经使用1个月情况均正常。该工程后因资金问题暂停5个月，随后继续使用原混凝土配方开工。发觉混凝土的凝结时间明显延长，影响了工程进度。请分析原因，并提出解决办法。,案例分析,答：因木质素磺酸盐有缓凝作用，78月份气温较高，水泥水化速度快，适当的缓凝作用是有益的。但到冬季，气温明显下降，故凝结时间就大为延长，解决的办法可考虑改换早强型减水剂或适当减少减水剂用量。,分析：,小 结,混凝土的定义,胶凝材料、骨料、水、外加剂,混凝土的分类,胶凝材料，强度，表观密度等,水泥混凝土的组成,水泥：选择,骨料：有害杂质，级配，粗细,水：选择,外加剂：定义，分类，减水剂技术经济效果,1.两种砂子，如果细度模数相同，则它们的级配_。A.必然相同 B.必然不同 C.不一定相同 D.相同 2.配制混凝土用砂的要求是尽量采用_的砂。A.空隙率小、总表面积大 B.总表面积小、空隙率大 C.总表面积大 D.空隙率和总表面积均较小 3.配制水泥混凝土宜优先选用_。A.区粗砂 B.区中砂 C.区细砂 D.细砂 4.冬期施工的混凝土应优选_水泥配制。A.矿渣 B.火山灰 C.粉煤灰 D.硅酸盐,课堂练习,5.3 新拌混凝土的和易性,新拌混凝土 硬化前的混凝土，又称混凝土拌合物和易性混凝土拌合物易于施工操作，并且获得均匀密实的混凝土的性质,概念,Fig.5.3.1 Concrete in Construction,新拌混凝土 硬化前的混凝土，又称混凝土拌合物和易性混凝土拌合物易于施工操作，并且获得均匀密实的混凝土的性质,新拌混凝土的和易性,Fig.5.3.1 Concrete in Construction,概念,新拌混凝土的和易性决定了混凝土是否能正常施工，以满足硬化后的性能要求不同的混凝土工程对和易性有不同的要求,重要性,新拌混凝土的和易性,和易性的综合含义流动性+粘聚性+保水性+捣实性=和易性,和易性,流动性拌合物在自重或外力作用下产生流动,均匀、密实地填充模板的性能粘聚性施工过程中各种组成材料之间有一定的粘聚力,不致产生离析或分层现象.离析:由于密度和粒径不同,在外力作用下组成材料的分离析出的现象分层:层状离析离析和分层使混凝土不均匀，影响硬化后的性能,保水性混凝土在施工过程中有一定的保持水分的能力,不致产生严重的泌水现象泌水水分从浆中分离出来,上浮至表面的现象。危害泌水通道或水囊影响强度和耐久性沉降(由于泌水使表面下降的现象)沉降龟裂浮浆妨碍与继续浇注的混凝土的粘结,必须去除浮浆捣实性混凝土拌合物易于振捣密实、排除所有被夹带空气的性质。,和易性,请点击右键选择“播放”观看Flash动画,Harm,泌水通道,浮浆,沉降,耐久性降低,混凝土裂纹,降低粘结性,指标定量测定坍落度值定性判断粘聚性和保水性适用范围Dmax40mm坍落度10mm,和易性测试,坍落度试验,和易性可采用坍落度试验和维勃稠度试验二种方法进行测试,坍落度=筒高塌落后拌合物的最高点(mm or cm),坍落度试验,一测二敲三看,和易性测试,和易性分析和判断流动性 坍落度大 流动性大粘聚性用捣棒在的拌合物的侧面轻轻敲打，出现图示的三种情况真实坍落 粘聚性好沿斜面下滑或骨料外露 粘聚性差 崩裂保水性观察稀浆析出 较多的稀浆析出保水性差 无稀浆析出保水性好,和易性测试,试验方法将拌合物装入坍落度筒内,移开漏斗,把透明圆盘转至拌合物顶面,与之接触,开动振动台,计时,透明圆盘表面刚被水泥浆布满时,停止计时,记录的时间维勃稠度值适用范围:Dmax40mm维勃稠度5-30s之间干硬性或低塑性混凝土,和易性测试,维勃稠度试验,维勃稠度试验,改进的维勃稠度试验适用于碾压混凝土透明圆盘上增加8700g配重，记录灰浆布满圆盘的时间及试样下沉量。前者为“改进的维勃稠度值”，后者用于计算碾压混凝土拌合物的压实度。,和易性测试,分析和判断维勃稠度值小 拌合物稀 流动性大 维勃稠度值大 拌合物稠 流动性小,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。,在不影响施工操作和保证密实成型的前提下,应尽量选择较小的流动性。,总原则,选择,根据构件截面的大小、捣实方法和钢筋疏密等条件确定,选择与分类,Example,举例,选择与分类,当构件截面尺寸较小、人工捣实、钢筋较密时,坍落度选大些;反之,选小些,和易性的影响因素,1.组成材料及其用量之间的关系（内因）水泥浆数量 单位用水量水灰比 砂率 水泥的品种和骨料的性质外加剂、掺合料2.施工环境的温度、湿度等（外因）,水泥,水,砂,石子,外加剂,水泥浆,骨料,混凝土拌合物,水灰比(水泥浆稠度)当水泥用量一定时 水灰比小混凝土干坍落度小不易密实成型；水灰比过小崩溃粘聚性差硬化后混凝土的强度及耐久性降低 水灰比大混凝土稀坍落度大易离析、分层、泌水硬化后强度及耐久性降低水灰比合适拌合物能均匀且密实成型必须根据混凝土的强度和耐久性的要求来选择W/C,W/C的影响,水泥浆数量(用水量或浆/集比)W/C一定水泥浆多流动性大;过多流浆粘聚性差影响硬化后的性质 水泥浆数量少流动性小不密实；过少崩溃粘聚性差影响硬化后的性质 水泥浆数量适量满足流动性的要求且有较好的粘聚性和保水性根据施工要求的坍落度选择,水泥浆数量的影响,问题：水泥浆用量越多越好吗？,解答：NO；增加水泥浆用量，就增加了骨料表面包裹层的厚度，增大了润滑作用，这有利于拌和物的和易性；但水泥浆过多，超过了骨料表面包裹层所需的量，则不仅使拌和物的流动性无明显增加，而且会出现流淌和泌水现象，同时会造成水泥浆的浪费，是不利的。,用水量的影响,每立方米混凝土的用水量单位用水量，它确定了混凝土拌和物的流动性。当水泥用量一定时，增加用水量，水灰比增加，坍落度增大。当水灰比一定时，增加用水量，就必须同时增加水泥用量水泥浆用量增加，则坍落度增大。,初始自由水量对混凝土拌合物初始坍落度的影响,基本理论,恒定用水量法则：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。,实际应用意义？,它是混凝土配合比设计时，确定单位用水量的理论依据。变动水灰比，就可以配制出强度不同而坍落度相近的混凝土。,砂率Sp指混凝土中砂的质量占砂石总量的比例Sp=S/(S+G)当W和C一定时，Sp决定了骨料的空隙率和总表面积砂率过小砂浆数量不足对骨料的润滑作用差流动性差且易离析 砂率过大总表面积大水泥浆多用于包裹砂子及填空 润滑作用小流动性小,砂率 Sp的影响,在W和C一定时,使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持良好的粘聚性和保水性的砂率。,合理砂率,合理砂率,保持混凝土拌合物的坍落度一定的条件下，使水泥用量最低的砂率。,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小，水泥浆稠，Sp小些大流动性，Sp应大些（避免离析）有抗渗要求时，Sp应大些,如何调节和易性,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；粘聚性不良，可适当提高砂率。保水性不良，可适当提高砂率。,颗粒形状与表面特征级配最大粒径,骨料的影响,和易性的影响因素,颗粒形状与表面特征,碎石或山砂的表面粗糙、多棱角流动性差卵石或河砂的表面光滑、圆润 流动性好,级配,级配好 水泥浆一定时，空隙小 流动性好级配差 水泥浆一定时，空隙大 流动性差,Influence of aggregates,最大粒径Dmax,Dmax大水泥浆一定时，表面积小流动性好,水泥品种与外加剂,采用P.、P.、P.O拌制的砼流动性较好 采用P.S、P.F、P.P拌制的砼流动性较小 P.S的保水性较差，拌制的砼易泌水 掺加适量外加剂，在较低W/C或较低用水量下仍能获得很高的流动性，且粘聚性和保水性得以改善,含气量,含气量，浆体量 滚珠作用，流动性 气泡封闭，砼稳定性，粘聚性、保水性好,Time,时间的影响,时间延长水化作用+水分蒸发+骨料吸水流动性时间与坍落度的关系如图的所示施工中,测坍落度在混凝土拌合物拌好15分钟内进行,环境因素的影响,Time,Fig.5.3.5 Relationship between Slump and Time,时间的影响,温度升高流动性温度与坍落度的关系如图的所示施工中为了保证一定的工作性,必须注意环境温度的影响,夏季混凝土拌合物用水量冬季用水量.,Fig.5.3.6 Relationship between Slump and Temperature,温度的影响,环境因素的影响,提高和易性的措施,当坍落度偏小时，保持W/C 不变，增加水泥浆的数量当坍落度偏大时，保持Sp 不变，增加砂石的数量选择合理 Sp改善骨料级配选择较大粒径的骨料采用添加剂,请观察图中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30 mm。请分析混凝土不密实的原因。,案例分析1,分析答案,空洞位置局部放大混凝土横梁空洞,分析：,该混凝土未采用振动器振捣，仅人工振捣，而混凝土的坍落度偏低，流动性较差，故易产生蜂窝，应增大混凝土的坍落度，具体按GB 50204-2001混凝土结构工程施工质量验收规范规定进行。实际施工时，混凝土拌和物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺筋较密，或采用人工捣实时，坍落度可选择大一些。反之，若构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣，则坍落度可选择小一些。,某混凝土搅拌站原混凝土配方均可生产出性能良好的泵送混凝土。后因供应的问题进了一批针片状多的碎石。当班技术人员未引起重视，仍按原配方配制混凝土，后发觉混凝土坍落度明显下降，难以泵送，临时现场加水泵送。请对此过程予以分析。,案例分析2,分析答案,分析：,混凝土坍落度下降的原因。因碎石针片状增多，表面积增大，在其它材料及配方不变的条件下，其坍落度必然下降。当坍落度下降难以泵送，简单地现场加水虽可解决泵送问题，但对混凝土的强度及耐久性都有不利影响，且还会引起泌水等问题。,和易性的概念,便于施工的各种性能,和易性的含义,流动性，粘聚性，保水性,和易性的测定,坍落度法，维勃稠度,小 结,和易性的影响因素,组成材料，环境因素,和易性的提高措施,合理 Sp，骨料级配，粗细，添加剂,1、水泥强度等级的选择,应与混凝土的设计强度等级相适应2、砂率越小，混凝土拌和物流动性越大。3、细度模数越大,砂越粗4、砼的流动性都可用坍落度实验测定,并以坍落度表示5、砼流动性不足,增加加水量即可解决,课堂练习,是,否,是,否,是,否,是,否,是,否,6、普通混凝土用砂应选择（）较好。空隙率小 尽可能粗 越粗越好 在空隙率小的条件下尽可能粗7、混凝土的水灰比值在一定范围内越大，则其强度（）。越低 越高 不变 无影响8、普通混凝土用砂的细度模数范围为（）。3.73.1 3.72.3 3.71.6 3.70.79、混凝土的砂率越大，则混凝土的流动性越（）。越差 越好 不变 不一定10、提高混凝土拌合物的流动性，可采取的措施是（）。增加单位用水量 提高砂率 增大水灰比 在保持水灰比一定的条件下，同时增加水泥用量和用水量,C,B,A,D,B,C,D,A,B,D,C,A,B,C,A,A,B,C,D,课堂练习,D,某实验室设计C30混凝土，采用以下材料：水泥，鼎新，实测密度3020kg/m3，28d实测强度为45.6MPa；砂，正定河砂，细度模数2.7，表观密度2650kg/m3；石子，鹿泉碎石，531.5mm，表观密度2700kg/m3；水，自来水。已知1m3混凝土各材料用量为：水泥350kg，砂660kg，石子1140kg，水210kg。试求：(1).试拌20L，各材料用量分别为多少？(2).试拌发现流动性不足，现场加入水泥0.35kg和水0.21kg后和易性良好，此时实测混凝土拌合物表观密度2400kg/m3，求调整后1m3混凝土各材料用量？,课 堂 练 习,解：（1）试拌20L，各材料用量分别为：水泥：C=350*20/1000=7.0kg 砂：S=660*20/1000=13.2kg 石子：G=1140*20/1000=22.8kg 水：W=210*20/1000=4.2kg（2）调整后各材料用量分别为：水泥：C=7.0+0.35=7.35kg 砂：S=13.2kg 石子：G=22.8kg 水：W=4.2+0.21=4.41kg 各材料总用量为：7.35+13.2+22.8+4.41=47.76kg,课 堂 练 习,调整后1m3混凝土各材料用量：水泥：C=7.35/47.76*2400=369kg；砂：S=13.2/47.76*2400=663kg；石子：G=22.8/47.76*2400=1146kg；水：W=4.41/47.76*2400=222kg。,5.4 混凝土的力学性能,5.4.1 破坏机理5.4.2 混凝土的力学性能,受力变形和破坏过程：受压破坏形式初始裂纹单轴静力受压破坏过程,5.4.1 破坏机理,混凝土受压破坏形式,表 1 受力破坏形式，原因及可能性分析,在压力作用下混凝土破坏有三种破坏形式：破坏类型，原因和可能性分析如表 1 和图 1 所示。,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。,图2 初始裂纹示意图,初 始 裂 纹,受压破坏过程,机理混凝土在外力作用下,内部产生变形，变形增大,裂纹扩展,连通,使结构破坏。变形曲线,混凝土的力学性能,混凝土强度,劈裂抗拉强度,抗剪强度,抗压强度,抗弯拉强度,轴心抗压强度,立方体抗压强度,定 义:将新拌混凝土制成边长为150的立方体 试件，在标准养护条件（温度202，相 对湿度95以上）下，养护至28龄期，按 照标准的试验方法测定的抗压强度，称为混 凝土方体抗压强度,简称立方体抗压强度。代表符号:fcu,1.混凝土立方体抗压强度,试件,非标准试件:,返 回,图3 边长150mm的立方体试件,标 准 试 件:,图4 边长100mm、200mm的立方体试件,换算系数：0.95,换算系数：1.05,试件的选取可依据粗骨料的最大粒径来定：,标准养护：,蒸压养护:,同条件养护：,把混凝土试件放在与工程环境相同的条件下进行的养护,在自然条件下进行的养护,蒸汽养护：,养护条件（养护的温度和湿度）,自然养护：加速养护,温度2，相对湿度95以上,（定期洒水）,在大于1atm、大于100的蒸汽中进行养护,在1atm、100以下的蒸汽中进行的养护,标准龄期：28天,龄期,规 律:,试件湿度：加载速度：,返 回,表面擦干，即可测定,0.31.0 MPa/sC30：0.30.5 MPa/sC30C60：0.50.8 MPa/sC60：0.81.0 MPa/s,试验方法,平均值：中间值：无代表值：举例:,立方体抗压强度代表值,取值,定义:一组（三个）试件抗压强度测定值的算术平均值 或中间值。,三个标准立方体试件的抗压强度分别为22MPa、23MPa和21MPa，此时,则:立方体抗压强度代表值=(22+23+21)/3=22MPa；22MPa、23 MPa 和10 MPa，此时,则:立方体抗压强度代表值=22MPa；22MPa、43 MPa 和10 MPa？,例:,立方体抗压强度标准值,立方体抗压强度标准值是具有不低于 强度保证率的立方体抗压强度值。,代表符号：fcu,k,图6 强度的正态分布图,如何求得立方体抗压强度标准值的？,例如：一组试件的立方体抗压强度值分别为32.1,37.5,35.1,38.2,40.2,29.5,43.1,42.3,40.6,30.2,32.5,37.4,38.1,37.4,36.4,33.8,35.8,36.2,37.9,39.2(MPa)，共有20个数据。用比较法可得其抗压强度标准值30.2MPa;因为20个数据中，小于30.2MPa的只有一个 29.5MPa，百分率为5。,十二个强度等级：,C40表示混凝土立方体抗压强度标准值 fcu，k40a，也即对所成型混凝土，其强度高于40a的概率大于95。,表示方法：fcu，k,C7.5、10、15、C20、C25、C30、35、C40、C45、C50、C55、60,举 例：,强度等级,定 义：将新拌混凝土制成150150300mm的棱柱 体试件，在标准养护条件下，养护至28龄 期，按照标准的试验方法测定其抗压强度，此值称为轴心抗压强度。代表符号：fcp,2 混凝土轴心抗压强度,试件,标 准 试 件：,非 标 准 试 件：,换算系数：1.05,在 fcu=10-55a时，,fcu和fcp的关系,fcp（）fcu,换算系数：0.95,原理在试件的两个相对的表面素线上作用着均匀分布的压应力，这样就能够在外力作用的竖向平面内产生均布拉伸应力。该力可据弹性理论计算得出。公式 P破坏荷载,N A试件的劈裂面面积,mm,劈裂抗拉试验示意图,3 混凝土劈裂抗拉强度,劈裂抗拉强度实验,4 混凝土抗折强度,道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯拉强度（或称抗折强度）为主要设计指标。水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成 150mm150mm550mm的梁形试件，在标准条件下养护28后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf），按下式计算：如为跨中单点加荷得到的抗折强度，按断裂力学推导应乘以折算系数0.85。,混凝土抗折强度试验,5 混凝土强度分布特征,（1）、混凝土的质量控制 1.混凝土生产前的初步控制，主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整等项内容。2.混凝土生产过程中的控制，包括控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等项内容。3.混凝土生产后的合格性控制。包括批量划分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限等项内容。,（2）、混凝土质量评定的数理统计方法A.混凝土强度概率的正态分布,特点:曲线以平均强度为对称轴,曲线与横轴之间的面积和为100%.,B.强度平均值,注意:平均值只反应混凝土强度总体强度水平,不能说明强度波动的大小.,C.标准差,注意:标准差小,正态颁布曲线窄而高,说明强度分布集中，混凝土质量均匀性好；反之，混凝土的施工控制质量较差。,D.变异系数,由于随强度等级的提高而增大，当混凝土强度不同时,可采用v作为评定混凝土质量均匀性的指标。v，表示混凝土质量v，则表示混凝土质量。,E.强度保证率,由于混凝土强度保证率是指混凝土强度总体中大于设计强度等级 的概率P,水泥强度等级,水灰比,骨料的影响,养护条件,试验条件,5 强度的影响因素,强度理论,宏观力学理论：细观力学理论：,水泥石相骨料相界面过渡区相,硬化混凝土结构,混凝土是一个均质各相同性的材料。,混凝土并非均质体，各组成相对混凝土的强度都有影响。,水泥强度等级,水泥强度等级对混凝土强度是很重要的一个因素。配合比相同时，水泥强度等级提高，水泥石本身的强度及与骨料的粘结强度高，混凝土的强度高。,正常水泥水化仅需水泥用量23%的水量(W/C=0.23)。为了使混凝土拌合物有较好的流动性，加入的拌合水量一般为水泥量的4070%。(W/C=0.40.7)多余的水分在混凝土中留下了许多孔隙，使混凝土的实际受力面积下降。形成应力集中。混凝土强度降低。,说明：,水灰比,水泥品种及强度等级均相同的情况下，混凝土的强度取决于W/C。IW/C在一定范围内(混凝土密实成型)，W/C降低，抗压强度增大。II.当W/C过小(不能密实成型)W/C降低，孔隙率升高，强度降低。,混凝土强度公式,fcu混凝土28d抗压强度（MPa)fce水泥的28d实测强度；fce,c 水泥强度等级；c水泥的富裕系数；A、B经验系数，与骨料的种类有关。,A B 碎石 0.53 0.20 卵石 0.49 0.13,骨 料,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,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),Dmax,强度,尺寸效应,粗骨料的粒径,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。针片状颗粒强度低，空隙率大，表面积大。在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。随针片状颗粒含量增高，混凝土强度降低。,粗骨料的表面特征与颗粒形状,强度，温度和混凝土保持潮湿的日期的关系如动画，图5.4.8 和图。,养护条件,温度对强度的影响,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；低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。,f28(%),养护条件,混凝土强度受到水泥水化程度和速度的影响，而这又受到湿度和温度的影响。温度越高，水泥的水化速度越快，混凝土强度越高。湿度越大，水泥水化程度越高。,温度,水泥水化速度,混凝土强度,湿度,水泥水化速度,混凝土强度,养护条件,抗压强度和龄期的关系,龄 期,适用范围,对数公式,f28=fn(lg28/lgn),fn 混凝土n天的强度 f28 混凝土28天强度,标准条件养护,32.5 42.5 级的 P.O(n3),龄 期,试验条件,试验条件,环箍效应,混凝土试件受轴向压力作用压力机压板横向变形小于混凝土横向变形故混凝土试件在与压板的接触面上受到向内的约束力此力在 范围内有效使混凝土强度提高。试件被破坏后上、下部各呈一个较完整的棱锥体。,环箍效应,尺寸效应,表5.4.3 试件尺寸对混凝土强度的影响,影响强度诸因素的综合示意图,混 凝 土 的 强 度,试件的参数试件尺寸 试件形状 试件湿度,加荷参数加荷速度,组成各相的强度,水泥石的强度 水泥强度等级 水灰比 养护温度、湿度 养护时间,骨料的强度,过渡区的强度 水泥强度等级 水灰比 骨料的特征 养护温度、湿度 养护时间,采用高强度等级的水泥和快硬早强水泥。降低水灰比，提高混凝土密实度。掺外加剂及掺合料:代表混凝土的发展方向。湿热处理：可提高效率,节约场地提高强度采用机械搅拌和振捣：强力搅拌,高频振捣等工艺.对干硬性混凝土(多用于预制构件或条件好的工地)：强力振捣。其强度=1.41.8普通混凝土强度。,6 提高混凝土强度的措施,Sum:如何使得混凝土具有所需的强度,三条技术途径：原材料的选择配合比设计浇灌和养护,水泥品种与强度等级 骨料品种、粒径、级配 外加剂,水灰比 砂率 用水量或胶凝材料量,温度 湿度 时间,案例分析,某小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振荡，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂,屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女小学生。,大梁断裂图片,分析：由于混凝土水灰比大，混凝土离析严重。从大梁断裂截面可见，上部只剩下砂和少量水泥，下部全为卵石，且相当多水泥浆已流走。现场用回弹仪检测，混凝土强度仅达到设计强度等级的一半。,某混凝土试件在7天时测得抗压强度值分别为254kN、261kN、248kN，试件为边长100mm的立方体，计算其抗压强度代表值。,课堂练习,解答,1.该混凝土7d强度为 2541000（100100）0.95=