建筑材料第4章水泥混凝土ppt课件.ppt

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1、第4章 普通水泥混凝土,本章的学习目标是： 掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用。熟练掌握各种组成材料各项性质的要求，测定方法及对混凝土性能的影响。 熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。 熟练掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性及其影响因素。 熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法。 了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。本章的难点是混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比设计。,水泥混凝土,混凝土概述定义：由胶凝材料、水和粗细骨料按适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。,分类：,按胶结材料分类：水泥混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物混凝土按密度分类：轻混凝土、普通混

2、凝土、重混凝土按强度分类：低强度混凝土、中强度混凝土、高强度混凝土按施工工艺分类：泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土、（预填骨料混凝土）等按用途分类：防水混凝土、防射线混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐火混凝土、补偿收缩混凝土、水下浇筑混凝土等,喷射混凝土,喷射混凝土,喷射混凝土,参与第二次浇注的大象42米泵车,4月16日拍摄的三峡工程三期碾压混凝土围堰俯瞰图。,4月16日，葛洲坝集团公司职工正在三峡工程三期碾压混凝土围堰浇筑最后一方混凝土。,白石水库碾压混凝土施工,混凝土真空脱水施工就是用真空装置将混凝土拌合物中多余的水吸出,达到降低水灰比,增加密实度,提高混

3、凝土强度(特别是早期强度)和改善混凝土其他物理力学性能的目的.实践证明,这种施工方法可以节约水泥,又可加速施工进度,是一项切实可行的混凝土施工新技术.工艺原理混凝土真空脱水施工技术的原理是,在振捣过的但未初凝的混凝土表面铺设真空吸垫将其封闭,开动真空泵使真空吸垫的直空腔内形成真空,把混凝土内多余的水吸出,拌合物的内聚力把无水的孔隙压紧,使其体积压缩,孔隙率下降,密实度增加,从而提高了混凝土的强度,改善了混凝土的质量.,真空脱水混凝土,4.1.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+水水泥浆（Paste） 水泥浆砂水泥砂浆（Mortar） 水泥砂浆石子混凝土（Conc

4、rete) 外加剂Admixture 掺和料,4.1.1.混凝土组成材料的作用 水和水泥成为水泥浆.在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.,4.1.2 混凝土组成材料的技术要求,一、水泥的品质要求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。 水泥标号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=(1.52.0) fcu C30：fce=(0.91.5) fcu,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

5、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.,二、细 骨 料（Fine Aggregate）,定义：粒径在150m4.75mm之间的岩石颗粒称为细骨料。（GB/T 14684-2001） 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。人工砂人工砂可分为机制砂和混合砂。机制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。,混凝土用砂的质量要求,（1）含泥量

6、：泥块含量、石粉含量,类：各种混凝土，包括C60以上高强度混凝土类：60MPa以下混凝土及有抗冻抗渗或其他耐久性要求的混凝土类：强度低于30MPa以下的混凝土,（2）有害物质含量各种可能降低混凝土性能与质量的物质。应限制云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、氯盐和有机物等有害物质的含量。且砂中不得含有草根、树叶、塑料、煤块、煤渣等杂物。,（3）碱集料反应（AAR，alkali-aggregate reaction ） 碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱(Na2O或K2O)与骨料中的活性成分反应，在混凝土浇筑成型后若干年(数年至二、三十年)逐渐反应，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生

7、内部应力，膨胀开裂、导致混凝土失去设计性能。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布。所以一旦发生碱骨料反应、混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂、发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。,1940年美国加利尼亚州公路局的斯坦敦，首先发现碱骨料反应问题，引起全世界混凝土工程界的重视，这种反应就是碱硅酸反应。碱硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固体体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展、使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂发展严重的会使混凝

8、土结构崩溃。,能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中因而迄今为止世界各国发生的碱料反应绝大多数为碱硅酸反应。,(4)、砂的粗细程度和颗粒级配,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泥浆包裹，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浆就愈多。一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥为省。,砂的颗粒级配,定义：是指不同

9、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。,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（fineness module）表示砂的粗细。,筛分析的方法(GB/T14684-2001),是用一套孔径（净尺寸）为4.75 mm、2.36 mm、1.18mm、600 m、300 m、150 m 的6个标准筛，将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂重，并计算出个筛上的分计筛余百分率a1、a2、 a3 、a4、

10、 a5、 a6、（各筛上的筛余量占砂样总重的百分率）及累计筛余百分率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）。累计筛余百分率与分计筛余百分率的关系见下表。,砂的粗细细度模数（ Mx ）,砂的粗细程度用表示细度模数（ Mx），其计算公式为 细度模数（ Mx ）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，其中 Mx在3.73.1为粗砂， Mx在3.02.3为中砂， Mx在2.21.6为细砂， Mx在1.50.7为特细砂,（5） 砂的坚固性,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，砂样

11、经5次循环后其质量损失应符合书中表4-6的规定.,三、粗 骨 料,定义：粒径4.75mm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4.75mm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：建筑用碎石、卵石（GB/T146852001）,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.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,骨料的总表面积减小,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

12、密实度,减少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规定: 混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的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1/2板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm； 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,连续级配和间断级配,连续级配是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

13、和易性好，不易发生离析； 间断级配是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.,骨料强度,岩石立方体强度 岩石立方体抗压强度检验，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，在水饱和状态下，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。,压碎指标压碎指标(Aggregate crusing value)是指将一定质量气干状态的9.09.5mm的石子，按一定

14、的方法装入压碎指标值测定仪，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（m0),再用孔径为2.36mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（m1 ）,压碎指标 如下计算：,四 骨料的含水状态和饱和面干吸水率,干燥：含水率接近零饱和面干：表面干燥内部含水饱和 饱和面干时的含水率为饱和面干吸水率气干：含水率和大气湿度相平衡湿润：内部充满水，外部附有表面水,五 混凝土拌合及养护用水,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。,六 混凝土外加剂,定义：混凝土外加剂是在混凝土生产或施工过程中

15、，掺入不超过水泥质量5，并能明显改善混凝土性质的物质。 品种：14大类数百个品种，其产量也日益增加已经成为现代水泥混凝土技术进步的标志之一。成为现代混凝土中不可缺少的组分.,1.混凝土外加剂的分类,(1).按外加剂主要功能划分。按照1980年9月国际标准化组织技术委员会在挪威举行的国际会议（ISOTC71SC3）上，24个国家共同拟定的国际标准，混凝土外加剂按主要功能大致分为以下五类：,改变新拌混凝土、砂浆或净浆流动性能的外加剂，如塑化剂、超塑化剂，统称减水剂；改变砂浆、混凝土气体含量的外加剂，如引气剂、消泡剂、发泡剂等；调节混凝土、砂浆或净浆凝结硬化速度的外加剂，如缓凝剂、调凝剂等；改善混凝

16、土或砂浆耐久性的外加剂；为混凝土提供特殊性能的外加剂，如着色剂、膨胀剂、防冻剂、阻锈剂等。,(2).按外加剂化学成分划分,a）无机物类 。有些电解质盐类可在混凝土中与水泥产生某些化学或物理反应，并改善混凝土的某些性能。常用的无机类外加剂有某些钠盐、钾盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氯盐、铝酸盐以及某些金属单质（如常用加气剂铝粉）等。 b）有机物类。作为混凝土外加剂的有机物质以表面活性剂居多，如常用的减水剂、引气剂等。 c）复合型类。将两种或多种外加剂复合使用，使其具有多种功能，从而可获得良好的技术经济效果，这类外加剂称为复合类外加剂。,(2) 常用混凝土外加剂,1).减水剂 在新拌混凝土坍落度基本相同的

17、条件下，能显著减少其用水量的外加剂，称为减水剂。减水剂一般多为表面活性剂，按其减水效果可分为普通减水剂和高效减水剂两类。有些减水剂往往还具其他功能，根据这些功能的不同，减水剂又可分为早强型、缓凝型和引气型等。,A 减水剂的作用机理,减水剂的技术经济效果,提高混凝土流动性 。在混凝土原配比保持不变的情况下，掺加减水剂后可改变其新拌混凝土的稠度（增大坍落度或减小维勃稠度），从而提高其流动性，且不影响混凝土的强度。提高混凝土强度 。在保持新拌混凝土流动性和水泥用量不变的条件下，掺加减水剂后可减少部分拌合用水量，降低混凝土的实际水灰比，从而提高其强度和耐久性。,节约水泥 。在保持新拌混凝土流动性及硬化

18、混凝土强度不变的条件下，可以在减少拌合用水量的同时，相应减少水泥用量（维持水灰比不变），从而节省水泥并改善某些性能。改善硬化混凝土的孔隙结构，增大密实度，从而提高其耐久性；有些减水剂还可以延缓新拌混凝土的凝结时间，降低其水化放热速度，满足大体积混凝土的要求。,B 减水剂的掺入方法,先掺法。将减水剂与水泥先混合后再与集料和水一起搅拌。其优点是使用较为方便，缺点是当减水剂中有较粗颗粒时，难以与水泥相互分散均匀而影响其使用效果。不常用。同掺法。先将减水剂溶解于水溶液中，再以此溶液拌制混凝土。该方法的优点是计量准确且易搅拌均匀，使用方便.常用。,后掺法。混凝土初次拌和时不掺加减水剂，待其运至浇筑现场后

19、，再加入减水剂并进行二次搅拌以使其均匀分散于新拌混凝土中。该方法的优点是可避免混凝土在运输过程中的分层、离析及坍落度损失，充分发挥减水剂的使用效果；但其二次搅拌增加了施工操作上的麻烦，该方法比较适合于远距离运输的商品混凝土中应用。,滞水法。在混凝土已经搅拌一段时间(13min)后再掺加减水剂。其优点是可更充分发挥减水剂的作用效果；但该方法需要延长搅拌时间，影响生产效率。,C 常用减水剂,1）普通减水剂 木质素磺酸盐类减水剂是利用生产化学纤维浆的下脚料，提取酒精后的废液，经喷雾干燥而成。主要品种有M型、CH等。尤以M型应用最广。 M型减水剂，简称M剂。其主要成分为木质素磺酸钙，含量60。M剂适宜

20、掺量为0.20.3。减水率10左右。混凝土28d强度提高1020，若保持强度不变，则可节约水泥10。M剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝13h。M剂为引气型减水型，它使混凝土的含气量由不掺时的2增为3.6。,糖蜜系减水剂是以制糖厂生产过程中提炼食糖后剩下的废液（糖渣、废蜜）为原料，用石灰中和成盐的物质，为棕褐色粉状固体或糊状液体，其中含还原糖和转化糖糖蜜系减水剂较多。 适宜掺量为0.20.3，减水率610，混凝土28d强度增强1520，若保持原强度不变，可节约水泥10左右。掺糖蜜减水剂的混凝土，初、终凝时间均要延长，一般延缓3 h以上。同时，水化热显著降低，对混凝土弹性模量、抗渗、抗冻等耐久性也均

21、有提高，对钢筋无锈蚀作用。,2）.高效减水剂,主要有萘系和树脂系两大系列。 萘系减水剂是由煤焦油中分馏出的萘及萘的同系物为原料，经磺化、缩合而成。其主要成分为萘磺酸盐甲醛缩合物。 这类减水剂原料大都使用工业下脚料，生产工艺多样，故品种较多。目前国内已有20多个品种，主要有NF、NNO、FDN、UNF、MF、建1、JN、HN等。这些减水剂性能略有差异。 萘系减水剂一般减水率在15以上，早强显著，混凝土28d增强20以上。,树脂系减水剂我国产品主要有SM。主要成分为三聚氰胺甲醛缩合物，简称密胺树脂，属阴离子表面活性剂。 SM掺量为0.52时，可减水2027，最高可达30。各龄期强度均有显著提高，1

22、d强度提高1倍以上，7d即可达基准混凝土28d的强度，28d则增强3060。若保持要求强度不变，则可节约水泥25左右。另外，混凝土的弹性模量、抗渗、抗冻等性能以及与钢筋的粘力等，也均有改善和提高。,2).早强剂,早强剂是能显著加速混凝土早期强度发展且对后期强度无显著影响的外加剂。,常用品种早强剂的作用机理,（1）氯化钙。CaCl2与水泥浆中的水化C3A反应，生成几乎不溶于水的水化氯铝酸钙(3Ca0Al2033CaC1232H20)，并与水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成溶解度极小的氧氯化钙(CaCl23Ca(OH)212H2O)。Ca(OH)2浓度的降低，又促进了C3S的进一步水化。由于这些

23、反应的综合作用，使混凝土硬化加快，早期强度显著提高。,（2）硫酸钠。它可迅速与水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成呈高度分散状态的CaS042H20,它又很快与C3A的水化物反应迅速生成难溶于水的水化硫铝酸钙（钙矾石）。加快C3S的反应。（3）三乙醇胺。三乙醇胺是一种络合剂。 形成络离子，促进早期骨架形成。,3）.引气剂,引气剂是在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布且稳定而封闭小气泡的外加剂。掺入引气剂后，混凝土中产生的气泡大小均匀，直径在201000m之间，大多在200m以下.,引气剂对混凝土性能的影响,（1）有效改善新拌混凝土的和易性。提高了新拌混凝土的流动性。使新拌混凝土的泌水率显著降低

24、，粘聚性和保水性明显改善。（2）显著提高混凝土的抗渗性和抗冻性。（3）变形能力增大，但强度及耐磨性有所降低。掺入引气剂后，混凝土中大量气泡的存在，可使其弹性模量略有降低，弹性变形能力有所增大。通常，混凝土中含气量每增加1，其抗压强度可降低46，抗折强度可降低23。为防止混凝土强度的显著下降，应严格控制引气剂的掺量，以保证混凝土的含气量不致过大。,可通过复合以减水剂等增强性外加剂（引气减水剂）来弥补或提高其强度。 抗冻融性要求高的混凝土，必须掺用引气剂或引气减水剂，其掺量应根据混凝土的含气量要求，通过试验确定。,4）.缓凝剂,加入混凝土中后能延长其凝结时间而不显著降低其后期强度的外加剂称为缓凝剂

25、。目前土木工程中较常用的缓凝剂主要有糖类、无机盐类、羟基羧酸及其盐类和木质素磺酸盐类等，主要品种有糖蜜、木质素磺酸盐及柠檬酸等。,有机类缓凝剂多为表面活性剂，掺入混凝土中，能吸附在水泥颗粒表面，并使其表面的亲水膜带有同性电荷，从而使水泥颗粒相互排斥，阻碍了水泥水化产物的凝聚。无机类缓凝剂往往是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的正常水化起阻碍作用，从而导致缓凝。,5）.速凝剂,掺入混凝土中后能促使混凝土迅速凝结硬化的外加剂称为速凝剂。 速凝剂的主要成分为铝酸钠或碳酸钠等盐类。当混凝土中加入速凝剂后，其中的铝酸钠、碳酸钠等盐类在碱性溶液中迅速与水泥中的石膏反应生成硫酸钠，并使石膏丧失原

26、有的缓凝作用。,6）.防冻剂,防冻剂是掺入混凝土后，能使其在负温下正常水化硬化，并在规定时间内硬化到一定程度，且不会产生冻害的外加剂。,防冻剂的作用：防冻剂中的防冻组分具有降低冰点的作用。防冻剂中的减水组分可减小混凝土的水灰比或拌合用水量。防冻剂中的某些成分可使低温下孔隙水结冰时形成的冰晶粒度变得细小且分散均匀。防冻剂中的早强组分具有促进水泥在较低温度下水化速度的作用。防冻剂中的引气组分通过引入大量均匀分布的微小封闭气泡，可以缓解充水孔隙的局部冻胀，降低其冻胀应力。,7）.膨胀剂,掺入混凝土中后能使其产生补偿收缩或微膨胀的外加剂称为膨胀剂。 混凝土工程中，可采用下列膨胀剂：硫铝酸钙类，如明矾石

27、膨胀剂、CSA膨胀剂等；氧化钙类，如石灰膨胀剂；氧化钙-硫铝酸钙类，如复合膨胀剂；氧化镁类，如氧化镁膨胀剂；金属类，如铁屑膨胀剂。,硫铝酸钙类膨胀剂中的无水硫铝酸钙可产生水化并能与水泥水化产物反应，生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），使水泥石结构固相体积明显增加而导致宏观体积膨胀。氧化钙类膨胀剂的膨胀作用是利用CaO水化生成Ca(OH)2晶体过程中体积增大的效果，而使混凝土产生结构密实或宏观体积膨胀。,8）.泵送剂,泵送剂是指在新拌混凝土泵送过程中能显著改善其泵送性能的外加剂。 泵送剂所改进的主要是新拌混凝土在输送过程中的均匀稳定性和流动性。,泵送剂可分为引气型（主要组分为高效减水剂、引气剂，或

28、引气型减水剂等）和非引气型（主要组分为高效减水剂、缓凝型减水剂、保塑剂等）两类。常用的泵送剂多为引气型，而且夏季时多采用具有缓凝作用的泵送剂。对于远距离输送的泵送混凝土，必须掺加抑制流动性损失的保塑剂（也称为坍落度损失抑制剂）。,4.5.3混凝土外加剂的选择与应用,1.外加剂的品种选择。外加剂种类繁多，性能各异，品种的选择应根据工程特点及混凝土施工工艺，依据其使用目的、要求的技术性能和技术经济效果来确定。常用混凝土外加剂的适用范围见表。,7.混凝土掺合料,粉煤灰：等量、超量、外掺 （双掺）硅粉：改善粘聚性、保水性；提高强度； 改善孔结构沸石粉：改善和易性；提高强度其它掺合料：粒化高炉矿渣磨细自

29、燃煤矸石粉超细粒化矿物质掺合料：表面能高；微观填充作用；化学活性高,4.2 混凝土拌合物的主要技术性质,4.2.1 混凝土拌合物的和易性 1 和易性的概念 和易性混凝土拌合物的和易性又称工作性，它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。 流动性指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下易于产生流动、易于输送和易于充满混凝土模板地性质。,粘聚性混凝土拌合物在施工过程中保持整体均匀一致的能力。粘聚性好可保证混凝土拌合物在输送、浇灌、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀。 保水性混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。保水性好可保证混凝土拌合物在输送、

30、成型及凝结过程中，不发生大的或严重的泌水，既可避免由于泌水产生的大量的连通毛细孔隙，又可避免由于泌水，使水在粗骨料和钢筋下部聚积所造成的界面粘结缺陷。保水性对混凝土的强度和耐久性有较大的影响。,2.和易性测定方法及指标 目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。在工地和试验室，通常是做坍落度试验测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。 测定流动性的方法是：将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落度简(无底)内，装满刮平后，垂直向上将筒提起，移到一旁，混凝土拌合物由于自重将会产生坍落现象。然后量出向下坍落的尺寸(mm)就叫做坍落度，作为流动性指标。坍落度愈大表示流动性愈

31、大。 点击图标观看坍落度试验视频播放,当混凝土拌和物的坍落度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度值；否则，此次试验无效。,水泥混凝土坍落度试验,试验结果:混凝土拌和物坍落度和坍落扩展度值以mm为单位，测量精确至1mm，结果表达修约至5mm。,VBR-1型维勃稠度仪: 用于集料粒径不大于40mm,维勃稠度值在530s间的干硬性混凝土的测定。,3.流动性（坍落度）的选择 选择混凝土拌合物的坍落度，要根据构件截面大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大

32、些。反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。,和易性的影响因素有：水泥浆量、水泥浆的稠度、水灰比、砂率、骨料的品种、规格和质量、外加剂、温度和时间及其他影响因素。（1）水泥浆量水泥浆量是指混凝土中水泥及水的总量。混凝土拌合物中的水泥浆，赋予混凝土拌合物以一定的流动性。在水灰比不变的情况下，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大。但若水泥浆过多，使拌合物的粘聚性变差。,4. 影响和易性的主要因素,(2)水泥浆的稠度 水泥浆的稠度是由水灰比所决定的。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小水泥浆就愈稠，混凝土拌合物的流动性便愈小。当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物

33、的流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实性。增加水灰比会使流动性加大。如果水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。所以水灰比不能过大或过小。一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。,但应指出，在试拌混凝土时，却不能用单纯改变用水量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。因单纯加大用水量会降低混凝土的强度和耐久性。因此，应该在保持水灰比不变的条件下用调整水泥浆量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。,“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

34、砼拌合物的拌合水量)有关，这一现象称为“恒定用水量法则”，它为混凝土配合比设计中单位用水量的确定提供了一种简单的方法，即单位用水量可主要由流动性来确定。,胶凝材料浆量与混凝土和易性,以下是混凝土胶凝材料浆量与和易性关系的试验录像。请讨论是否水泥浆量增加，混凝土拌和物的和易性越好。 点击图标观看水泥浆量多时视频演示 点击图标观看水泥浆量少时视频演示,（3）砂率砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比，它表示混凝土中砂、石的组合或配合程度。砂影响混凝土拌合物流动性有两个方面：1.是砂形成的砂浆可减少粗骨料之间的摩擦力，在拌合物中起润滑作用，所以在一定的砂率范围内随砂率增大，润滑作用愈加显著，流动性

35、可以提高；,2.在砂率增大的同时，骨料的总表面积随之增大，包裹集料的水泥浆层变薄，拌合物流动性降低。另外，砂率不宜过小，否则还会使拌合物粘聚性和保水性变差，产生离析、流浆等现象。砂率对混凝土拌合物的和易性有重要影响。,（4）水泥品种和骨料的性质 用矿渣水泥和某些火山灰水泥时，拌合物的坍落度一般较用普通水泥时为小，而且矿渣水泥将使拌合物的泌水性显著增加。 从前面对骨料的分析可知，一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流动性好。河砂拌制的混凝土拌合物比山砂拌制的流动性好。骨料级配好的混凝土拌合物的流动性也好。,(5)外加剂 在拌制混凝土时，加入很少量的减水剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下

36、，获得很好的和易性，增大流动性和改善粘聚性、降低泌水性。并且由于改变了混凝土结构，尚能提高混凝土的耐久性。因此这种方法也是常用的。通常配制坍落度很大的流态混凝土，是依靠掺入流化剂（高效减水剂），这样单位用水量较少，可保证混凝土硬化后具有良好的性能。,（6）时间和温度 拌合物拌制后，随时间的延长而逐渐变得干稠，流动性减小，原因是有一部分水供水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸发以及凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。 拌合物的和易性也受温度的影响，因为环境温度的升高，水分蒸发及水泥水化反应加快，拌合物它的流动性变差，而且坍落度损失也变快。,坍落度损失：新拌会随着存放存放时间的延

37、长而逐渐变得干稠，坍落度将逐渐减小，这种现象称为坍落度损失。原因：水泥水化集料吸收蒸发,5.改善和易性的措施 (1)尽可能降低砂率通过试验，采用合理砂率。有利于提高混凝土的质量和节约水泥。 (2)改善砂、石(特别是石子)的级配，好处同上，但要增加备料工作。 (3)尽量采用较粗的砂、石。 (4)当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或者加入外加剂等，当拌合物坍落度太大，但粘结性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石。,6. 新拌混凝土的凝结时间水泥的水化是混凝土产生凝结的主要原因，但是，混凝土的凝结时间与所用水泥的凝结时间并不一致。因为水灰比的大小会明显影响水泥的凝

38、结时间，水灰比越大，凝结时间越长，一般混凝土的水灰比与测定水泥凝结时间的水灰比是不同的，凝结时间便有所不同。而且混凝土的凝结时间还受温度、外加剂等其他各种因素的影响。,从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测定坍落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入阻力达到3.5 MPa和28.0 MPa的时间分别为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。,HG-80 混凝土贯入阻力仪,4.2.2 混凝土的强度,1.（2）混凝土受力裂缝扩展过程 混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值。混凝土所受应力超过其强度时，混凝土将产生裂缝而破坏。混凝土的破坏过程可分为四个阶段。 1）当荷载到达“比例极限”(约为极限

39、荷裁的30)以前，界面裂缝无明显变化此时，荷载与变形比较接近直线关系。,2）荷载超过“比例极限”以后，界面裂缝的数量、长度和宽度都不断增大，界面借摩阻力继续承担荷载，但尚无明显的砂浆裂缝，此时，变形增大的速度超过荷载增大的速度，荷载与变形之间不再接近直线关系。,3） 荷载超过“临界荷载”(约为极限荷载的70一90)以后，在界面裂缝继续发展的同时，开始出现砂浆裂缝，并将邻近的界面裂缝连接起来成为连续裂缝。此时，变形增大的速度进一步加快，荷载变形曲线明显地弯向变形轴方向。,4）超过极限荷载以后，连续裂缝急速地扩展。此时，混凝土的承载能力下降，荷载减小而变形迅速增大，以至完全破坏，荷载变形曲线逐渐下

40、降而最后结束。,(3)混凝土的强度理论 混凝土的强度理论分细观力学理论与宏观力学理论。细观力学理论，是根据混凝土细观非匀质性的特征，研究组成材料对混凝土强度所起的作用。宏观力学理论，则是假定混凝土为宏观匀质且各向同性的材料，研究混凝土在复杂应力作用下的普适化破坏条件。前者应为混凝土材料设计的主要理论依据之一，而后者对混凝土结构设计则很重要。,通常细观力学强度理论的基本概念，都把水泥石性能作为影响混凝土强度的最主要因素，并建立了一系列的水泥石孔隙率或密实度与混凝土强度之间的关系式，像鲍罗米的水灰比(或灰水比)与混凝土强度的关系式，正是出于这种基本概念。长期以来，它在混凝土的配合比设计中起着理论指

41、导作用。,按照断裂力学的观点来看，决定断裂强度的是某处存在的临界宽度的裂缝，它和孔隙的形状和尺寸有关，而不是总的孔隙率。因此，用断裂力学的基本观念来研究混凝土的强度，是一个新的方向。,2.混凝土立方体抗压强度国家标准GB/T 500812002普通混凝土力学性能试验方法标准规定，将混凝土拌合物制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度202，相对湿度95以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcu表示。 点击小图播放抗压强度测试视频 点击小图播放混凝土强度无损检测视频,混凝土试件受压破坏后形状分析,下图是混凝土标准试件抗压强度试

42、验破坏前后的形状，请分析试件破坏后所得形状的原因。 图4-18 混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状 ,破坏后试件的形状是环箍效应所致。 点击图标观看环箍效应机理动画演示 试件尺寸换算系数讨论混凝土标准试件为边长150 mm的立方体，以相同的混凝土制得边长分别为200 mm和100 mm的两种非标准立方体试块，非标准立方体试块的抗压强度为读数值乘以尺寸换算系数。 点击图标观看试件尺寸换算系数动画演示,3.混凝土立方体抗压强度标准值与强度等级,按照国家标准GB 500102002混凝土结构设计规范，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。 立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边

43、长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度，以fcu,k表示。 普通混凝土划分为十四个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。,4. 混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度,混凝土的轴心抗压强度的测定采用150mm150mm300mm棱柱体作为标准试件。轴心抗压强度设计值以fc表示，轴心抗压强度标准值以fck表示。 关于轴心抗压强度fc与立方抗压强度fcu之间的关系，通过许多组棱柱体和立方体试件的强度试验表明：在立方抗压强度1055MPa的范围内，轴心抗压强度fc 与fcu之

44、比约为0.700.80。,5混凝土的抗拉强度 混凝土在直接受拉时，很小的变形就要开裂，它在断裂前没有残余变形，是一种脆性破坏。 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值有所降低，也就是当混凝土强度等级提高时，抗拉强度的增加不及抗压强度提高得快。,在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。 混凝土劈裂抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度fts。,6. 混凝土的抗折（弯拉）强度 混凝土的弯曲抗拉强度试验采用150mm150mm550mm的梁形试件，按三分点加荷方式加载。由于混凝土是一种非

45、线性材料，因此，混凝土的弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度。,7. 影响混凝土强度的因素 (1)水灰比和水泥强度等级决定混凝土强度的主要因素 水泥是混凝土中的活性组分，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也越高。当用同一种水泥(品种及强度等级相同)时，混凝土的强度主要决定于水灰比。,水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥质量的23左右，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水(约占水泥质量的40一70)，也即较大的水灰比。 当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔，大大地减少了混凝土抵抗荷载

46、的实际有效断面，而且可能在孔隙周围产生应力集中。,在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力也愈大，混凝土的强度就愈高。 但应说明：如果加水太少(水灰比太小)，拌合物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇注质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。试验证明，混凝土强度，随水灰比的增大而降低，呈曲线关系，而混凝土强度和灰水比的关系，则呈直线关系(图421)。,水泥石与骨料的粘结力还与骨料的表面状况有关，碎石表面粗糙，粘结力比较大卵石表面光滑，粘结力比较小。因而在水泥强度等级和水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土的强度。,根据工程实践的

47、经验，得出关于混凝土强度与水灰比、水泥强度等因素之间保持近似恒定的关系。一般采用下面直线型的经验公式来表示：,（2）养护的温度和湿度养护温度较低，早期强度较低；反之，温度较高，早期强度较高，但对后期强度有不利影响。另外潮湿的环境有利于水泥水化，有利于强度，故混凝土需潮湿环境养护。,养护条件对混凝土强度的影响,混凝土有四种养护方式：A.标准养护是指将混凝土制品在温度为202，相当湿度大于95的标准条件下进行的养护。评定强度等级时需采用该养护条件。B.自然养护是指对在自然条件（或气候条件）下的混凝土制品适当的采取一定的保温、保湿措施，并定时定量向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常发展的一种养护方

48、式。,C.蒸汽养护是将混凝土材料在小于100的高温水蒸汽中进行的一种养护。蒸汽养护可提高混凝土的早期强度，缩短养护时间。 D.压蒸养护是将混凝土材料在816大气压下，175203的水蒸汽中进行的一种养护。压蒸养护可大大提高混凝土材料的早期强度。但压蒸、养护需要的蒸压釜设备比较庞大。仅在生产硅酸盐混凝土制品时应用。,龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土强度将随着龄期的增长而增长。最初714d内，强度增长较快，以后逐渐缓慢。但在有水的情况下，龄期延续很久其强度仍有所增长。 ,（3）龄期,普通水泥制成的混凝土，在标准条件养护下，龄期不小于3d的混凝土强度发展大致与其龄

49、期的对数成正比关系。因而在一定条件下养护的混凝土，可按下式根据某一龄期的强度推算另一龄期的强度。式中fn、fa 龄期分别为n天和a天的混凝土抗压强度，n、a养护龄期（d）,a3，n3。,(1) 混凝土强度低屋面倒塌 某县东园乡美利小学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。,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

50、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。这是屋面倒塌的技术原因。该工程为私人挂靠施工，包工者从未进行过房屋建筑，无施工经验。在冬期施工而无采取任何相应的措施，不具备施工员的素质，且工程未办理任何基建手续。校方负责人自认甲方代表，不具备现场管理资格，由包工者随心所欲施工。这是施工与管理方面的原因。,(2) 混凝土质量差梁断倒塌 彭泽县一住宅一层砖混结构，1989年元月15日浇注，3月7日拆模时突然梁断倒塌。施工队队长介绍，混凝土配合比是根据当地经验配制的，体积比1.5:3.5:6，即重量比1:2.33:4，水灰比为0.68。现场未粉碎混凝土用回弹仪测试，读数极低（最高仅1