混凝土的性能及强度.ppt
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1、第5章 水泥混凝土和砂浆,混凝土拌合物混凝土在未凝结硬化以前,称作新拌混凝土,或混凝土拌合物。混凝土拌合物必须具有良好的和易性,以便于施工,保证能获得良好的浇灌质量。,5.2 普通混凝土的主要技术性质,1.和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇灌、捣实)并能获致质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质,包括三方面的含义。,5.2.1 混凝土拌合物的和易性,流动性粘聚性保水性,和易性的三个方面,2.和易性测定方法 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,通常采用测定拌合物的流 动性,并辅以直观经验评定粘聚性和保水性三方面结合
2、的方法。主要的试验方法有:()坍落度与坍落扩展度法;()维勃稠度法,如图,混凝土拌和物分三层装入坍落度筒;坍落度:筒高与坍落后试体 最高点之间的高差。单位:mm(精确至5mm)。观察:粘聚性、保水性。全面地评价混凝土拌和物的工作性。,(1)坍落度,1.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,在二者之差小于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。2.适用于骨料最大粒径不大于31.5mm(方孔筛)、坍落度不小于10mm的混凝土。,注意:,混凝土按坍落度的分类,根据坍落度不同,可将混凝土分为:1.大流动性混凝土:坍落度大于
3、160mm;2.流动性混凝土:坍落度为100150mm;3.塑性混凝土:坍落度为1090mm;4.干硬性混凝土:坍落度小于10mm。,(2)维勃稠度试验,如图,将新拌混凝土装入坍落度筒内后再拔去坍落度筒,并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间。维勃稠度值:从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止,所经历的时间。单位:以s计,(精确至1s)注意:适用于骨料D不大于31.5mm,维勃稠度在530s之间。,3.混凝土拌和物的工作性选择,依据结构物的断面尺寸、钢筋配置的疏密、捣实的机械类型和施工方法等来选择。,一般对无筋大结构、钢筋配置稀疏易于施工 的结构,尽可能选用较小的坍落度,以节
4、约水泥。,反之,对断面尺寸较小、形状复杂或配筋特密的 结构,则应选用较大的坍落度,可易于浇捣密实,以保证施工质量。,公路桥涵用混凝土拌和物的坍落度表,4.影响和易性的因素(1)水泥品种熟料中铝酸盐矿物需水量最大、C2S最小(2)集料的性质(3)水泥浆的数量(4)水泥浆的稠度(水灰比)首先改变(5)砂率(6)外加剂 高效减水剂(7)时间和温度(外因),一、混凝土的强度 1.立方体抗压强度和强度等级(1)立方体抗压强度(fcu)按照标准的制作方法制成边长为150的正立方体试件,在标准养护条件(温度20 2,相对湿度95以上)下,养护至28龄期,按照标准的测定方法测定其抗压强度值,称为混凝土立方体抗
5、压强度。,硬化后混凝土的力学性能(强度与变形),混凝土抗压强度试验,混凝土抗压强度试模,(2)立方体试件抗压强度标准值(fcu,k)立方体抗压强度只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值,并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度标准值是按数理统计方法确定,具有不低于保证率的立方体抗压强度。,(3)强度等级 凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。如:C30,表示混凝土立方体抗压强度标准值,fcu,k=30MPa。我国现行GB50010-2002混凝土结构设计规范规定,普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为:C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、
6、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。,2.轴心抗压强度 为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况,在钢筋混凝土结构计算中,计算轴心受压构件(例如柱子、衍架的腹杆等)时,都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。测定其轴心抗压强度,采用150mm150m300mm棱柱体作为标准试件,轴心抗压强度以fcp表示,以MPa计。,3.劈裂抗拉强度 我国现行标准规定,采用标准试件150mm立方体,按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉 强度,简称为劈拉强度fts 计算公式:,4.混凝土抗折强度(fcf)道路路面或机场跑道用混凝土,是以抗弯强度(或称抗折强度)为主要设计
7、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 后,按三分点加荷,测定其抗弯强度(fcf)。计算公式:,混凝土抗折强度试模,混凝土抗折强度试验,1.原材料的因素(1)水泥强度与水灰比,二、影响混凝土强度的因素,(2)集料的种类、质量和数量(3)外加剂和掺合料,碎石:a=0.46,b=0.07卵石:a=0.48,b=0.33,2.生产工艺因素(1)施工条件 搅拌与振捣(2)养护条件(温度与湿度)(3)龄期(早期强度推算后期强度),3.试验因素(1)试件形状尺寸(2)表面状态(3)试件湿度,(4)加荷速度(5)支承条件(6)加载方式,引
8、起混凝土变形的因素很多,归纳起来有两类:非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。1.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,5.2.3 混凝土的变形性能,2、混凝土在荷载作用下的变形(1)混凝土的受压变形与破坏特征(2)弹性模量(初始切线模量、任意点的切线模量、割线模量)(3)徐变,混凝土弹性模量分类示意图,1.混凝土的抗渗性 指混凝土抵抗压力水渗透的能力。2.混凝土的抗冻性 指混凝土在水饱和状态下,能经受多次冻融循环 作用而不破坏,同时也不严重降低强度的性能。,5.2.4 混凝土的耐久性,3.抗侵蚀性 指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学 侵蚀、
9、物理作用不破坏的能力。4.混凝土的碳化 指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作 用,生成碳酸钙和水。,5.碱-集料反应 是指混凝土中所含的碱(Na2O或K2O)与骨料 的活性成分(活性SiO2),在混凝土硬化后潮湿条 件下逐渐发生化学反应,反应生成复杂的碱硅酸 凝胶,这种凝胶吸水膨胀,导致混凝土开裂的现象。反应慢,潜在危害相当大。碱碳酸反应,混凝土耐久性最大水灰比和最小水泥用量要求:,6.提高混凝土耐久性的主要措施(1)合理选择水泥品种(2)适当控制混凝土的水灰比及水泥用量(3)选用质量良好的砂石骨料(4)掺入引气剂或减水剂(5)加强混凝土的施工质量控制,混凝土配合比:是指单位体积的混凝土中
10、各组成材料的 质量比例。确定这种数量比例关系的工作,称为混凝土配合比设计。混凝土配合比的表示方法:(1)绝对用量表示法(单位用量表示法)(2)相对用量表示法,5.4 普通混凝土配合比设计,5.4.1 混凝土配合比设计的基本知识,混凝土配合比设计必须达到以下四项基本要求:(1)满足混凝土施工所要求的和易性;(2)满足结构设计的强度等级要求;(3)满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求;(4)符合经济原则,即节约水泥以降低混凝土成本。,三大性质,混凝土配合比设计基本参数 配合比设计的三参数:水灰比、单位用水量、砂率。水灰比,混凝土中水与水泥的比例称为水灰比,砂子占砂石总量的百分率称为砂率,用水量是指
11、1m3混凝土拌和物中水的 用量(kg/m3),单位用水量,砂率,三个步骤,5.4.2 混凝土配合比设计,1.初步配合比设计(材料全干状态)2.实验室配合比设计(材料全干状态)3.施工配合比设计(材料自然状态),(1)确定试配强度(fcu,0),1.混凝土初步配合比设计计算,(2)计算水灰比(W/C),耐久性复核,1.645P=95%的保证率系数S强度标准差,MPa 有资料时,计算;无资料时,查表。,(3)选定单位用水量(w0),注:本表用水量系采用中砂时的平均取值,采用细砂时,每立方米 混凝土用水量可增加510,采用粗砂则可减少510。掺用各种外加剂或掺合料时,用水量应相应调整。,(4)计算水
12、泥用量(c0),(5)选择合理的砂率值 合理砂率可通过试验、计算或查表求得。,耐久性复核,混凝土砂率选用表(%),(6)计算粗、细骨料用量 质量法(假定表观密度法)计算公式:c0g0s0w0cp,砼假定密度可取24002450kg/m3,式中:c0每立方米混凝土的水泥用量(kg);g0每立方米混凝土的粗骨料用量(kg);s0每立方米混凝土的细骨料用量(kg);w0每立方米混凝土的用水量(kg);s 砂率();cP每立方米混凝土拌合物的假定重量(kg/m3),采用体积法(绝对体积法),计算公式:,式中:c水泥密度(kg/3),可取29003100 kg/3;g 粗骨料的表观密度(kg/3);s细
13、骨料的表观密度(kg/3);w水的密度(kg/3),可取1000 kg/3;s砂率();混凝土的含气量百分数。在不使用引气型外加剂时,可取。注:若各材料的密度单位取g/cm3,则公式表示为:,(7)得出初步配合比 通过以上计算,得出每立方米混凝土各种材料用量,即初步配合比计算完成。表示为:,混凝土实验室配合比设计包括配合比的试配、调整与确定。按初步配合比计算实际各项材料用量,进行试拌,过程如下:(1)检验工作性,确定基准配合比(工作性满足要求,即坍落度、保水性和粘聚性均良好的配合比)(2)检验强度(3)复核密度,确定试验室配合比,2.混凝土实验室配合比设计,(1)检验工作性,确定基准配合比,按
14、计算出的初步配合比进行试拌,以校核混凝土拌和 物的工作性(确定试拌数量)。如试拌得出的拌和物的坍落度(或维勃稠度)不能满 足要求,或粘聚性和保水性能不好时应调整。调整措施:保证w/c不变,相应调整用水量(即水泥浆 量)或砂率,直到符合要求为止。提出供混凝土强度校核用的“基准配合比”,表示为 mca:mwa:msa:mga。,(2)检验强度,拟定三个不同的配合比:A组 B组 C组 w/c-0.05(或0.10)基准配合比提出w/c w/c+0.05(或0.10)砂率减少1%砂率增加1%制作检验混凝土强度的试件时,尚应检验拌和物的坍落度(或维勃稠度)、粘聚性、保水性及测定混凝土的表观密度,并以此结
15、果表征该配合比的混凝土拌和物的性能。每种配合比至少制作一组(3块)试件,标准养护28d,测定 抗压强度测试。确定满足强度要求的配合比,表示为mcb:mwb:msb:mgb。,混凝土28d抗压强度fcu,28与C/W的关系曲线,注意:重新计算各材料用量,应保持经调整的基准配合比中单位用水量不变,(3)密度复核,确定实验室配合比,混凝土计算表观密度:,混凝土实测表观密度 确定校正系数:,确定试验室配合比:,注意:若 值超过2%时,才需要校正。,混凝土拌和物表观密度测定(采用容量筒测定),3.施工配合比的折算,实测施工现场砂、石含水率分别为a%、b%,则 施工配合比的各种材料单位用量为:,施工配合比
16、为:,水泥混凝土配合比设计工程实例,试设计某工程预制钢筋混凝土梁的土配合比。原始资料 已知混凝土设计强度等级为C25,无强度历史统计资料,要求混凝土拌和物坍落度为3050mm(机械搅拌、振捣)。不受风雪影响。组成材料:水泥,密度c=3.1g/cm3,实测强度35.0MPa。砂为:中砂,表观密度s=2.65g/cm3。碎石:最大粒径20mm,表观密度g=2.70g/cm3 自来水。原始要求1.设计该混凝土的(干材料);2.施工现场砂含水率3%,碎石含水率1%,求施工配合比。,设计步骤,1.计算初步配合比(1)确定混凝土配制强度 fcu,k=25MPa,无历史统计资料,查表,标准差S=5.0MPa
17、。混凝土配制强度:fcu,0=fcu,k+1.645S=25+1.6455.0=33.2MPa(2)计算水灰比(W/C),按耐久性校核水灰比:不受风雪影响,查表允许最大水灰比为 0.65。0.47小于0.65,满足耐久性要求。,(3)选定单位用水量(mw0)要求坍落度3050mm,碎石最大粒径为20mm。查表,选用混凝土用水量mw0=195kg/m3。(4)计算单位用灰量(mc0),按耐久性校核单位用灰量:查表,最小水泥用量不得低于 260kg/m3。计算单位用灰量415kg/m3,符合耐久性要求。,(5)选定砂率(s)采用碎石最大粒径20mm,水灰比W/C=0.47。查表,选定 混凝土砂率s
18、=30%。(6)计算砂石用量 1)采用质量法,解得:砂用量ms0=537kg/m3,碎石用量mg0=1253kg/m3。按质量法计算得初步配合比:mc0:ms0:mg0:mw0=415:537:1253:195,或 1:1.88:3.83:0.47,解得:砂用量ms0=532kg/m3;碎石用量mg0=1242kg/m3。按体积法计算得初步配合比为:mc0:ms0:mg0:mw0=415:532:1242:195,或1:1.88:3.83:0.47,2)采用体积法,(1)计算试拌材料用量 按计算初步配合比(以质量法计算结果为例),试拌 15L,各种材料用量:水泥 4150.015=6.22kg
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