水泥混凝土力学性质.ppt

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1、1,道路建筑材料,西华大学交通与汽车工程学院交通运输系交通工程教研室,主讲教师：李慧,2,一、水泥混凝土的强度 强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度,1 混凝土的抗压强度和强度等级：,抗压强度fcu的测试：,标准试件尺寸：边长为150mm的立方体,标准养护条件：,养护时间：28day,水泥混凝土力学性质,三个值的算术平均值作为测定值，误差15%，若任一个超过15%，取中值作为测定值，若两个超过15%，则测定结果无效。,3,如果实验使用的为非标准试件，则计算结果应乘换算系数；,水泥混凝土力学性质,4,例 边长为200mm的立方体某组混凝土试件，龄期为28d,测得破坏载荷分别为560kN 600kN

2、,580kN,试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度？,解：计算公式为 fcu=1.05*P/(200*200)Fcu1=1.05*560/(200*200)=14.7MPa Fcu2=1.05*600/(200*200)=15.75MPa Fcu3=1.05*580/(200*200)=15.23MPa 所求的混凝土立方体抗压强度为：Fcu=(Fcu1+Fcu2+Fcu3)/3=15.23MPa,水泥混凝土力学性质,5,课堂练习：,尺寸为100mm100mm100mm的某组混凝土试件，龄期为28d,测定破坏荷载分别为392kN,379kN,384kN试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度？,解：

3、计算公式为 fcu=0.95P/(100100)Fcu1=0.95392/(100100)=37.24MPa Fcu2=0.95379/(100100)=36.01MPa Fcu3=0.95384/(100*100)=36.48MPa 所求的混凝土立方体抗压强度为：Fcu=(Fcu1+Fcu2+Fcu3)/3=36.58 MPa,水泥混凝土力学性质,6,混凝土抗压强度标准值,水泥混凝土力学性质,指保证率为95%时的抗压强度,混凝土的强度等级划分的标准：以混凝土立方体抗压强度为标准,混凝土按照立方体抗压强度划分为如下级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C

4、50、C55、C60等级；,7,水泥混凝土力学性质,我国目前建筑中采用的强度等级范围为,8,2 抗折强度 在道路路面和机场跑道，砼以抗折强度为主要指标，抗压强度值为参考；在道路路面设计中，考虑交通量分级：特重 重 中等 轻抗折强度 5 4.5 4.5 4抗压强度 35.5 30.0 30.0 25.0,F,水泥混凝土力学性质,9,3 轴心抗压强度 采用立方体试件测量的抗压强度值偏高，故采用轴心抗压强度：采用150*150*300的棱柱体在立方体抗压强度为055MPa范围内fcp=（0.70.8）fcu。在结构设计计算时，一般取fcp0.67fcu。非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm1

5、00mm和200mm200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。,10,4 劈裂抗拉强度,水泥混凝土力学性质,制作尺寸为150mmX150mmX150mm的试块，试件中心间内用圆弧为垫条施加两个方向的均布压力,抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，受拉时会开裂，是一种脆性破坏，抗拉强度对开裂具有重要意义；,11,砼立方体抗压强度试验,试验目的：,测定混凝土立方体的抗压强度，以检验材料的质量，确定、校核混凝土的配合比，并为控制施工质量提供依据。,12,主要试验设备：,压力试验机（如示意图）,工作油缸,试验机框架,上压板,下压板,螺旋连杆,螺旋转盘,设备基础,实物图片,13

6、,14,试验步骤：,1、将一组（以三个试件为一组）经标准养护28d边长为150的混凝土标准试件（也可采用边长为200或边长为100的非标准试件）从养护室取出，并及时进行试验。试件在试验前应先擦试干净。,15,2、将砼试件安放在试验机下压板中心。试件的承压面应与成型时的顶面垂直。旋转螺旋转盘，使上压板与试件刚好接触，开动试验机，以每秒0.5MPa左右的速度连续均匀地加荷，直至破坏，记录破坏时的荷载。,16,结果评定：,1、混凝土立方体抗压强度按下式计算：,P砼破坏荷载（N）；,A试件承压面积（2）。,砼立方体抗压强度计算至0.1MPa。,2、取三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。若

7、三个测值中最大值或最小值中与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值作为该组砼抗压强度值。若有两个测值与中间值的差均超过中间值的15%，则该试件的试验结果无效。,3、用非标试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值对边长为200的试件为1.05；对边长为100的试件为0.95。,17,二、影响混凝土强度的主要因素,主要因素：材料组成、制备方法、养生条件和试验条件,水泥混凝土力学性质,18,水泥混凝土力学性质,19,水灰比对混凝土强度的影响示意图,水泥混凝土力学性质,20,（2）骨料的影响:,水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与骨料（尤其是粗骨料）的表面状况有关。碎石表面粗糙，

8、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。,水泥混凝土力学性质,21,22,（3）养护温度和湿度对强度的影响：,养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度高；反之亦然。若温度在冰点以下，不但水泥水化停止，而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏松，强度严重降低，尤其是早期混凝土应特别加强防冻措施。为加快水泥的水化速度，采用湿热养护的方法，即蒸气养护或蒸压养护。,水泥混凝土力学性质,23,湿度通常指的是空气相对湿度。相对湿度低，混凝土中的水份挥发快，混凝土因缺水而停止水化，强度发展受阻。另一方面，混凝土在强度较低时失水过快

9、，极易引起干缩，影响混凝土耐久性。一般在混凝土浇筑完毕后12h内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。,水泥混凝土力学性质,24,（4）龄期对强度的影响；,水泥混凝土力学性质,25,水泥混凝土力学性质,26,（6）施工质量施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确，搅拌均匀，振捣密实，养护适宜等。任何一道工序忽视了规范管理和操作，都会导致混凝土强度的降低。,(7)试验条件 试验条件对混凝土强度的测定也有直接影响。如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。,水泥混凝土力学性质,27,改善混凝土的强度的措施,采用高标号或特

10、种水泥；,水泥混凝土力学性质,增加混凝土的密度：降低w/c，增加密实度，强度明显提高；加压脱水成型法，排除砼中的空气,28,蒸汽养护；将砼放入温度低于100摄氏度常压蒸汽中养护，一般经过16-20h后，其强度可达28天正常条件下的强度的70%80%；注意：普通砼放入常压蒸汽中养护（5-8h），再在正常养护条件下硬化至28天的抗压强度，反而比正常条件下硬化后的强度低10%-15%；,水泥混凝土力学性质,掺加外加剂：早强剂、减水剂,29,三、硬化混凝土的变形性能,水泥混凝土力学性质,30,混凝土的徐变和恢复曲线,水泥混凝土力学性质,31,抗冻标号：以龄期28天的试件在吸水饱和后，承受反复冻融循环，

11、同时满足抗压强度下降不超过25%，质量损失率为5%时的最大循环次数来确定。可以表示：D25、D50.、D300等九个等级,1、混凝土的抗冻性,提高抗冻性的方法：严格控制水灰比、掺加引气剂、减少施工缺陷、提高混凝土的密度和延长冻结前的养护时间,混凝土的耐久性,水泥混凝土力学性质,32,2、混凝土的抗渗性,混凝土的抗渗性主要与混凝土的密实度（孔隙率）及孔隙结构有关：孔隙越多、孔径越大，抗渗性越差；提高混凝土炕渗性的措施：（1）采用减水剂降低水灰比以减少混凝土内部的毛细管通道；（2）防止离析和泌水现象，减低在混凝土内部形成孔隙；（3）加强养护防止出现施工缺陷；,水泥混凝土力学性质,33,3、混凝土的

12、抗化学性,提高混凝土的抗化学性主要是提高混凝土强度，改善混凝土孔隙结构，降低渗入性；采取混凝土外部保护措施；,4、混凝土的耐磨性,混凝土的耐磨性与其强度等级、水泥品种、集料硬度等密切相关,水泥混凝土力学性质,34,5、混凝土碱集反应,概念：混凝土中水泥的碱（Na2O和K2O）含量较高，同时使用某些活性集料时，会发生化学反应，生成物引起混凝土不均匀膨胀，此反应称为碱集反应。（1）碱硅反应：集料中含有氧化硅。（2）碱碳酸盐反应：粘土的白云石质石灰石。,水泥混凝土力学性质,35,道路工程混凝土的耐久性不同用途的混凝土具有不同的耐久性要求：道路与桥梁工程中：耐冻性路面工程中：耐磨性桥梁墩台工程中：耐腐

13、蚀性,一般用：抗冻标号来表示,水泥混凝土力学性质,36,混凝土的耐久性,混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ552000）,37,四、混凝土外加剂,掺入外加剂的目的：在拌制混凝土的过程中，为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%。国外外加剂的发展状况：目前国外60%90%的混凝土和砂浆中使用了外加剂，因此，外加剂在当前已经成为混凝土中除四种基本组成材料（胶凝材料、粗骨料、细骨料和水）以外的第五种重要组成材料。,水泥混凝土力学性质,38,外加剂按使用功能分四大类：,第一类外加剂：改善混凝土拌合物流动性能外加剂减水剂：在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，加入

14、减水剂可以减少用水量，并提高混凝土强度。我国常用的减水剂：M型减水剂（木质磺酸盐类减水剂）减水剂在混凝土中使用最普遍。,水泥混凝土力学性质,39,引气剂：,定义：指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。历史背景：引气剂于本世纪30年代出现于美国，被认为是混凝土材料发展进程中的重大发现，现广泛应用于工程中我国常用的引气剂：松香树脂类。引气剂的作用：（1）改善混凝土拌和物的和易性；（2）能提高混凝土的抗渗性和抗冻性；（3）但降低混凝土的强度；,水泥混凝土力学性质,40,第二类外加剂：调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂：,缓凝剂：我国应用较多的有木质素磺酸钙和糖蜜；

15、速凝剂：我国应用较多的有红星一型、国产711；早强剂：我国应用较多的有Nacl等,水泥混凝土力学性质,41,第三类外加剂：改善混凝土其它性能的外加剂：,阻锈剂：指能减少混凝土中钢筋的锈蚀。亚硝酸纳膨胀剂：能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀。明矾石膨胀剂防冻剂：降低混凝土中水的冰点，使混凝土在低温下 免受冻害。亚硝酸纳着色剂：,水泥混凝土力学性质,42,其他品种混凝土,高强混凝土 通常将强度等级达到C60和超过C60的混凝土称为高强混凝土；超高强混凝土：指的是强度等级超过C100的混凝土；应用：主要用于混凝土桩基、预应力枕轨、桥梁、输水管等；,水泥混凝土力学性质,43,轻混凝土：,（1）轻骨料混凝土

16、；（2）多孔、大孔混凝土；,（1）轻骨料混凝土：定义：由轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）、水泥和水配制而成的混凝土；,水泥混凝土力学性质,44,（3）大孔混凝土：定义：大孔混凝土是以粒径相似的粗骨料、水泥、水配制而成的混凝土。由于无细骨料，所以在混凝土中形成许多大孔。应用：主要用于非承重的墙体材料,定义：指的是一种内部均匀分布细小气孔而无骨料的混凝土，主要用于屋面、墙体材料；,水泥混凝土力学性质,(2)多孔混凝土,45,防水混凝土（抗渗透混凝土）,定义：是依靠材料本身的疏水性以及密实度来达到防水效果的一种混 凝 土；应用：主要用于有防水、防渗透要求的水工构筑，给排水构筑物（如水池、水塔等）,水泥

17、混凝土力学性质,46,聚合物混凝土：,在混凝土组成材料中掺入聚合物（如天然橡胶乳液、合成树脂等）的混凝土，统称聚合物混凝土；纤维混凝土：定义：以普通混凝土为基材，将短切分散性纤维（钢纤维、玻璃纤维和碳纤维等）均匀地撒在普通混凝土中制成的混凝土；主要应用：路面、飞机跑道、桥面等；,水泥混凝土力学性质,47,一、硬化后混凝土的力学性质（一）、强度（二）、影响混凝土强度的因素（三）、提高混凝土强度的措施（四）、混凝土的变形二、混凝土外加剂三、其它混凝土,课程回顾,48,1.影响水泥混凝土干缩大小因素有哪些?怎样减少或防止水泥混凝土缩裂?2.在配制混凝土时为什么水泥强度与混凝土强度相差不宜过大?3.影响混凝土强度的主要因素有哪些?,思考题,