混凝土性能检测（非常好的课件）

null情境四 混凝土的性能与检测情境四 混凝土的性能与检测扬州工业职业技术学院 建筑材料教研室肖 忠 平 博士 主 讲学习目标：学习目标：了解普通混凝土的优缺点; 掌握混凝土的组成材料，混凝土拌合物、硬化后混凝土的主要技术性质、要求及影响因素； 熟悉从原材料和配合比方面如何控制混凝土质量； 学会混凝土的配合比方法；学会水泥、砂石的主要指标检测和混凝土及砂浆的和易性、强度测试方法； 了解混凝土外加剂的概念和作用效果。 了解砂浆的技术性质。 南京市电视台浇注之前的演播厅顶板Cement Concrete南京市电视台浇注之前的演播厅顶板倒塌现场§4－1 概 述§4－1 概 述正在的秦山核电站一、混凝土的定义一、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1950～2800kg/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二、混凝土的分类二、混凝土的分类按体积密度分 重混凝土 ρ0＞2800kg/m3。 普通混凝土 ρ0＝ 1950～2800kg/m3。 轻混凝土 ρ0＜1950kg/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 。null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 ≥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null三、混凝土的特点三、混凝土的特点优点 1）地方材料占80%以上，原材料易得且成本低。 2）易于加工成型：凝结前具有良好的可塑性，可以按工程结构的要求浇筑成各种形状和任意尺寸的结构或预制构件。 3）匹配性好：与钢筋有牢固的粘结力，复合成钢筋混凝土能大大扩展了混凝土的应用范围。 4）可调整性强：可根据不同要求，通过调整配比配制出不同性质的混凝土。 5）硬化后有高的力学强度（抗压强度可达120MPa)和良好的耐久性。维修费少。 6）可充分利于工业废料作骨料或掺和料，有利于环境保护。null缺点 抗拉强度低（约为抗压强度的1/10～1/20）、变形性能差； 导热系数大〔约为1.8W/（m·K）〕； 体积密度大（约为2400kg/m3左右）； 硬化较缓慢。 改性： 采用轻质骨料可显著降低混凝土的自重，提高比强度； 掺入纤维或聚合物，可提高抗拉强度，大大降低混凝土的脆性； 掺入减水剂、早强剂等外加剂，可显著缩短硬化周期，改善力学性能。§4－2 普通混凝土组成材料§4－2 普通混凝土组成材料混凝土的结构混凝土的结构混凝土的结构 水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土 组成材料的作用混凝土体积构成 水泥石——25％左右； 砂和石子——70％以上； 孔隙和自由水——1％～5%。 一、水 泥一、水 泥品种的选择 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 原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥； 一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0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1倍左右。 二、细骨料（砂）二、细骨料（砂）定义 砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。 分类 按产源分 按技术要求分 Ⅰ类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； Ⅱ类 用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土； Ⅲ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、湖砂、山砂、和淡化海砂等砂的技术质量要求砂的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度ρs´＞2500kg/m3； 松散堆积密度ρso´＞1350kg/m3； 空隙率P′＜47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； 泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600μm的颗粒含量； 石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。null天然砂含泥量和泥块含量人工砂石粉含量和泥块含量null3.有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。null4、砂的细度模数与颗粒级配 （1）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，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同用量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，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。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。 null（2）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。 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。 null筛分析的方法： 用一套孔径（净尺寸）为9.50、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15㎜的标准筛，将500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得各筛余留在各个筛上的砂的重量，并计算出各筛上的分计筛余百分率ai及累计筛余百分率Ａi（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和）。null砂子筛析试验摇筛机砂筛null①分计筛余百分率 各号筛上的分计筛余百分率按下式计算：准确至0.1%。 式中：ai —— 某号筛上的分计筛余百分率（%） m —— 用于干筛的干燥集料总质量（g） mi—— 存留在某号筛上的试样质量（g） null② 累计筛余百分率 各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。 null③各号筛的通过百分率 通过某筛的试样质量占试样总质量的百分率。等于100减去该号筛累计筛余百分率。null细度模数按下式计算： 式中：Mx——细度模数； A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率，％。 砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂： 粗砂 Mx =3.7～3.1；中砂 Mx =3.0～2.3； 细砂 Mx =2.2～1.6。“%”不代入计算null粗砂中砂细砂标准砂测水泥胶砂 强度用null颗粒级配的指标 级配区 按600μm筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。 级配合格判定 砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。 级配的选择 宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。 null砂的颗粒级配区null例：分析某水泥混凝土用细集料的级配组成并计算其细度模数。 nullnull （5）砂的坚固性： 指砂在自然风化及其它外界物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。用硫酸钠饱和溶液法。 （6）碱骨料反应 砂中不应含有活性氧化硅，因为砂中含有的活性氧化硅，能与水泥中的碱分（Ｋ2Ｏ及Ｎａ2Ｏ）起作用，产生碱骨料反应，使混凝土发生膨胀开裂。三、粗骨料（卵石、碎石）三、粗骨料（卵石、碎石）定义 粒径大于4.75mm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： Ⅰ类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； Ⅱ类 用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土； Ⅲ类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。石子的技术质量要求：石子的技术质量要求：1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度ρg´＞2500kg/m3； 松散堆积密度ρgo´＞1350kg/m3； 空隙率P′＜47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； 泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。null 3.针片状颗粒含量 针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者； 片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。 针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。碎石、卵石含泥量和泥块含量null碎石、卵石针片状颗粒含量 4.有害物质含量 卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。null 采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验： 岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。 压碎指标是将一定质量风干状态下9.50～19.0mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算： 式中：Qc——压碎指标值 ； 　　　 　 G1——试样的质量 ，g； 　　　　 G2——压碎后的筛余量，g。5.强度null 6.颗粒级配 为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。 粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。 连续级配是石子由小到大连续分级； 间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。碎石、卵石的压碎指标null最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。 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1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。 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。null7、坚固性 骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过的规定见 表6－12。 8、碱骨料反应 经碱骨料反应试验后，试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。 9、骨料的含水状态 骨料的几种含水状态如P66图6.4所示。 四、拌合及养护用水四、拌合及养护用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》（JGJ63—2006）的规定。§4－3 新拌混凝土的性质§4－3 新拌混凝土的性质一、和易性（工作性）的概念一、和易性（工作性）的概念 混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性：和易性粘聚性保水性流动性易达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null离析和泌水 离析是指新拌混凝土成分的析出，导致形成不均匀的拌合物。 泌水是指在混凝土浇注后，但尚未凝结前，拌合物中的水向上层迁移而富集的现象。nullCement Concrete骨料水可见泌水内泌水泌水与塑性沉降二、和易性的评定二、和易性的评定 1.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： 集料最大粒径不大于40mm； 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。 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。null2.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5s～30s之间的干硬性混凝土。 null现场坍落度试验现场坍落度试验3、混凝土拌合物按流动性的分类3、混凝土拌合物按流动性的分类 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。4、混凝土施工时坍落度的选择4、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。 见下表。三、影响和易性的因素三、影响和易性的因素 1、水泥浆用量； 2、水泥浆的稠度； 3、砂率 ； 4、组成材料的品种及性质（骨料的品种、级配和粗细程度）； 5、外加剂 6、时间及温度。 水泥水①砂石子外加剂④水泥浆①骨料②混凝土拌合物null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。 四、改善和易性的措施四、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。掺外加剂的混凝土和易性良好的混凝土和易性良好的混凝土§5－4 混凝土的力学性质§5－4 混凝土的力学性质null重庆綦江彩虹桥null钢筋混凝土柱的破坏状态Cement Concrete钢筋混凝土柱的破坏状态一、混凝土的强度一、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握裹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1.立方体抗压强度1.立方体抗压强度（1）测定 以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为20±2℃，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抗压极限强度。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/T50081－2002 ），详见实验部分。null（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C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十四个强度等级。 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fcu＝30.0～34.9MPa； 某混凝土，其fcu≥30.0MPa的保证率为95%。C30“C”代表“混凝土”。“30”代表fcu,k＝30.0MPa；2.轴心抗压强度2.轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为0～55MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcu 。在结构设计计算时，一般取fcp＝0.67fcu。 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm×100mm和200mm×200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。null3. 劈裂抗拉强度3. 劈裂抗拉强度 式中：fts——劈裂抗拉强度，MPa； P——破坏荷载，N； A——试件劈裂面积，mm2。 劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/10～1/20。 拉应力压应力PP四、混凝土与钢筋的粘结强度四、混凝土与钢筋的粘结强度 fN=P/πdl 式中：fN——粘结强度 P——测定的荷载值 d——钢筋直径 l——钢筋埋入混凝土中的长度 二、影响抗压强度的因素二、影响抗压强度的因素1、水泥的强度和水灰比 式中：fcu——混凝土28d龄期的抗压强度值，MPa； fce——水泥28d抗压强度的实测值，MPa； ——混凝土灰水比，即水灰比的倒数； αa、αb——回归系数。当混凝土水灰比值在0.40～0.80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。null2、骨料的影响 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。 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。 3、养护条件（温度及湿度） 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。 混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。养护对水泥强度发展的影响*Construction Materials养护对水泥强度发展的影响覆盖养护覆盖养护喷养护液养护野外公路的遮阳保湿养护蒸气养护的水泥混凝土构件*Construction Materials蒸气养护的水泥混凝土构件null4、龄期 龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。 在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在7～14d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。 由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。 当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。 式中： fn、f28——分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。n≥3null5、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。 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。三、提高混凝土抗压强度的措施三、提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥或早强型水泥； （2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土； （3）采用湿热处理养护混凝土 （4）改进施工工艺，采用机械搅拌和机械振动成型 ； （5）掺入混凝土外加剂、掺合料 。 §4－5 混凝土的变形性能与耐久性 （一）变形性能§4－5 混凝土的变形性能与耐久性 （一）变形性能null 引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。 一、混凝土在非荷载作用下的变形 1、化学收缩 混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。其收缩量是随着混凝土龄期的延长而增加，大致与时间的对数成正比一般在混凝土成型后40ｄ内收缩量增加较快，以后逐渐趋向稳定。化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生微细裂缝。null2、干湿变形 混凝土的干湿变形主要取决于周围环境湿度的变化，表现为干缩湿胀。混凝土在干燥空气中存放时，混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产生紧缩，以及毛细管内游离水分蒸发，毛细管内负压增大，也使混凝土产生收缩。如干缩后的混凝土再次吸水变湿后，一部分干缩变形是可以恢复的。 影响混凝土干缩的因素有：水泥品种和细度、水泥用量和用水量等。火山灰质硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥干缩大；水泥越细，收缩也越大；水泥用量多，水灰比大，收缩也大；混凝土中砂石用量多，收缩小；砂石越干净，捣固越好，收缩也越小. null3、温度变形 混凝土与其他材料一样，也具有热胀冷缩的性质，混凝土的热胀冷缩的变形，称为温度变形。混凝土温度膨胀系数约为 1×10-5，即温度升高1℃，每m膨胀0.01ｍｍ。 温度变形对大体积混凝土极为不利。 null4、塑性收缩 混凝土成型后尚未凝结硬化时属塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩称为塑性收缩。新拌混凝土若表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定引力，便产生了收缩，如果引力不均匀作用于混凝土表面，则表面将产生裂纹。 预防塑性收缩开裂的方法是降低混凝土表面失水速率，采取防风、降温等措施。最有效的方法是凝结硬化前保持混凝土表面的湿润，如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。二、混凝土在荷载作用下的变形二、混凝土在荷载作用下的变形1、短期荷载作用下的变形nullＩ阶段：荷载到达“比例极限”（约为极限荷载的３０％）以前、界面裂缝无明显变化，荷载与变形比较接近直线关系（图中曲线ＯＡ段） II阶段：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为线性关系（图中曲线ＡＢ殷）。nullIII阶段：荷载超过“临界荷载”（约为极限荷载的７０～９０％）以后，界面裂缝继续发展，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，荷载一变形曲线明显地弯向变形轴方向（图中曲线ＢＣ段）。 IV阶段：荷载超过极限荷载以后，连续裂缝急速发展，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，荷载一变形曲线逐渐下降而最后结束（图中曲线ＣＤ段）。 由此可见，荷载与变形的关系，是内部微裂缝发展规律的体现。混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变发展到质变的过程。 null2、长期荷载作用下的变形――徐变 混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。 影响混凝土徐变因素很多，混凝土所受初应力越大，在混凝土制成后龄期较短时加荷，水灰比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的徐变增大；另外混凝土弹性模量大，会减小徐变，混凝土养护条件越好，水泥水化越充分，徐变也越小。 （二） 混凝土的耐久性 DURABILITY of CONCRETE（二） 混凝土的耐久性 DURABILITY of CONCRETE 长期以来，人们一直认为混凝土材料是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物使用寿命长久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已经使用了100年上下仍然完好。但与此同时不少结构物过早地毁坏，维修困难而且费用高昂，促使人们重视耐久性问题；许多大型结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石油钻井平台、核废料储存容器等，对使用寿命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至几百年。拆除前的西直门桥Durability of Concrete Structure存在只有只有二十年！拆除前的西直门桥nullDurability of Concrete Structurenull 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。 提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工作量，提高经济效益具有重要的意义。 一、抗渗性一、抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。 混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。 二、抗冻性二、抗冻性混凝土的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。 用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25％，且质量损失不超过5％时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。null三、抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。 合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性。 四、抗碳化性 混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。 混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。 五、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集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。 应严格控制水泥中碱的含量和骨料中碱活性物质的含量。 null*碱—骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝Map CrackingnullConstruction Materials碱—骨料反应引起的错位六.提高混凝土耐久性的措施六.提高混凝土耐久性的措施1、合理选择水泥品种； 2、选用质量良好的砂石骨料； 3、适当控制混凝土的水灰比及水泥用量； 4、掺入引气剂或减水剂； 5、加强混凝土的施工质量控制。 6、在混凝土表面加做保护层 。 null混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ55－2000）§4－6 混凝土外加剂§4－6 混凝土外加剂一、外加剂及其分类一、外加剂及其分类定义 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、减水剂二、减水剂 混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。 1.减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成； 掺入减水剂前： 当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥； null掺入减水剂后： 表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高； 表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。 絮凝状结构减水剂分散水泥的机理示意图Concrete Additives 没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆减水剂分散水泥的机理示意图2、减水剂的作用效果2、减水剂的作用效果（1）增加流动性。W,W/C=定值，坍落度可增大100～200mm，且不影响混凝土的强度。 。 （2）提高混凝土强度。C,Slump=定值，可减少拌和水量10％～15％，从而降低水灰比，使混凝土强度提高15％～20％，特别是早期强度提高更为显著。 （3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥5％～20％。 （4）改善混凝土的耐久性。由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低40％～80％，从而可提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀及防锈蚀等能力。 （5）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂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。 3、常用的减水剂3、常用的减水剂（1） 木质素系减水剂（M型） 木质素系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，为普通减水剂，其适宜掺量为0.2～0.3％，减水率10％左右。 对混凝土有缓凝作用，一般缓凝１～３ｈ。 （2）萘系减水剂 高效减水剂，其主要成分为β一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建Ⅰ型等。 萘系减水剂适宜掺量为0.5％～1.0％，其减水率较大，为10％～25%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温０℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。null（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0.5％～2.0％，减水率达20％～27％。 （4）糖蜜类减水剂 普通减水剂。它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。 适宜掺量0.2％～0.3％，减水率10％左右，属缓凝减水剂。三、早强剂三、早强剂 早强剂是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度，对后期强度无明显影响的外加剂。 常用早强剂的品种、掺量及作用效果 四、缓凝剂及缓凝减水剂四、缓凝剂及缓凝减水剂缓凝剂是指能延长混凝土凝结时间的外加剂。 由于缓凝剂在水泥及其水化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。缓凝剂同时还具有减水、增强、降低水化热等功能。 常用的缓凝剂及缓凝减水剂有糖类；羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸，酒石酸钾钠等。 五、引气剂与引气减水剂五、引气剂与引气减水剂引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 常用的加气剂有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类等。适宜掺量为水泥质量的0.005~0.01%左右。 引气剂的效果： 改善拌和物的和易性。 显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。 降低部分强度。（一般含气量每增加1％时，其抗压强度将降低4％～5％，抗折强度降低2％～3％。）null六、防冻剂 防冻剂是指能降低水泥混凝土拌和物液相冰点，使混凝土在相应负温下免受冻害，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。常用的外加剂有：氯盐类；氯盐与阻锈剂类（亚硝酸钠）；无氯盐类等。 七、速凝剂 是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。§4－7 混凝土质量控制与强度评定§4－7 混凝土质量控制与强度评定null一、混凝土的质量控制与评定 混凝土在生产与施工中，由于原材料性能波动的影响，施工操作的误差，试验条件的影响，混凝土的质量波动是客观存在的，因此一定要进行质量管理， 由于混凝土的抗压强度与混凝土其他性能有着紧密的相关性，能较好地反映混凝土的全面质量，因此工程中常以混凝土抗压强度作为重要的质量控制指标，并以此作为评定混凝土生产质量水平的依据。null一、混凝土的质量评定 1、 混凝土强度的波动规律——正态分布 在一定施工条件下，对同一种混凝土进行随机取样，制作ｎ组试件（ｎ≥２５），测得其２８ ｄ龄期的抗压强度，然后以混凝土强度为横坐标，以混凝土强度出现的概率为纵坐标，绘制出混凝土强度概率分布曲线。实践，混凝土的强度分布曲线一般为正态分布曲线。 nullnull（１）混凝土强度平均值（ ） 混凝土强度平均值可按下式计算： 式中：ｎ——混凝土强度试件组数； fcu，i —混凝土第ｉ组的抗压强度值。null（２）混凝土强度标准差（σ） 混凝土强度标准差又称均方差，其计算式为 标准差σ是正态分布曲线上拐点至对称轴的垂直距离，可用以作为评定混凝土质量均匀性的一种指标。null（３）变异系数（Ｃv） 变异系数又称离差系数，其计算式如下 由于混凝土强度的标准差（σ）随强度等级的提高而增大，故可采用变异系数（Ｃv）作为评定混凝土质量均匀性的指标。Ｃv值愈小，表示混凝土质量愈稳定；Ｃv值大，则表示混凝土质量稳定性差。null 二、混凝土强度保证率（Ｐ） 混凝土的强度保证率P（％）是指混凝土强度总体中，大于等于设计强度等级的概率， 在混凝土强度正态分布曲线图中 以阴影面积表示，见图4.21所示。 低于设计强度等级（fcu，ｋ）的强 度所出现的概率为不合格率。 null混凝土强度保证率Ｐ（％）的计算方法为：首先根据混凝土设计等级（fcu,ｋ）、混凝土强度平均值（ ）、标准差（σ）或变异系数（Ｃv），计算出概率度（ｔ），即 则强度保证率Ｐ（％）就可由正态分布曲线方程积分求得，即 null 但实际上当已知ｔ值时，可从数理统计书中的表内查到Ｐ值。(P46 表4.15） 工程中Ｐ（％）值可根据统计周期内混凝土试件强度不低于要求强度等级的组数N0与试件总组数Ｎ（Ｎ≥２５）之比求得，即 null三、混凝土配制强度 在施工中配制混凝土时，如果所配制混凝土的强度平均值（ ）等于设计强度（fcu,ｋ），则由图4—21可知，这时混凝土强度保证率只有50％。因此，为了保证工程混凝土具有设计所要求的95％强度保证率，在进行混凝土配合比设计时，必须使混凝土的配制强度大于设计强度（fcu,ｋ）。 null混凝土配制强度可按下式计算（JGJ55-2000）： 式中 ：fcu,0——混凝土配制强度（MPa）； fcu,k——设计的混凝土强度标准值（MPa）； σ ——混凝土强度标准差（MPa）． null 当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，σ值可按表P47取值。§4－8 普通混凝土配合比设计§4－8 普通混凝土配合比设计一、配合比及其表示方法一、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mc＝295kg，砂ms＝648kg，石子mg＝1330kg，水mw＝165kg。 （2）以各组成材料用量之比表示。例如上例也可表示为：mc：ms：mg＝1：2.20：4.51，mw/mc＝0.56。二、配合比设计的要求二、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。 三、配合比设计基本参数三、配合比设计基本参数 水灰比（ mw/mc ）、单位用水量（mw）和砂率（βs）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mw砂率βw水灰比 mw/mc与强度、耐久性有关与流动性有关与粘聚性、保水性有关四、配合比设计的步骤与方法四、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（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； σ——混凝土强度标准差，MPa。 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σ＜2.5MPa时，取σ＝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σ＜3.0MPa时，取σ＝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。 null 2.确定水灰比mw/mc （1）按混凝土强度要求计算水灰比 式中： αa、αb——回归系数；应根据工程所用的水泥、集料，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 αa＝0.46，αb＝0.07；卵石混凝土αa＝0.48，αb＝0.33。 fce——水泥28d抗压强度实测值，MPa。混凝土强度标准差 null（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.确定单位用水量mw （1）水灰比在0.40～0.80范围内时，根据粗集料的品种、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 null （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： mwa＝mw0（1－β） 式中： mwa——掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg； mw0——未掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg； β——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 null4.计算水泥用量mc （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βs （1）坍落度为10～60mm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。null 6.计算砂、石子用量ms0、mg0 （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，％ null 解方程组，可得ms0、mg0 。 式中： ρc、ρs、ρg、ρw——分别为水泥的密度、砂的表观密度、石子的表观密度、水的密度，kg/m3。水泥的密度可取2900～3100kg/m3； α——混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取α＝1。 （2）质量法 质量法又称为假定体积密度法。假定混凝土拌合物的质量为mcp ，kg。null 解方程组可得ms0、mg0。 式中： mc0、ms0、mg0、mw0——分别为1m3混凝土中水泥、砂、石子、水的用量，kg； mcp——1m3混凝土拌合物的假定质量，kg。可取2350～2450kg/m3。 βs——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：mc0：ms0：mg0＝1：x：y， mw/mc ＝？。 （二）试配调整，确定设计配合比（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： 如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆； 如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。 记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际体积密度（ρc,t）。null（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，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定体积密度。各种配比制作两组强度试块，标准养护28d进行强度测定。 3.设计配合比的确定 （1）根据试验得出的混凝土强度与其相应的灰水比（mc/mw）关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,0）相对应的灰水比，确定1m3混凝土中的组成材料用量： ①单位用水量（mw）应在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定； ②水泥用量（mc）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定； ③粗集料和细集料用量（ms、mg）应在基准配合比的用量基础上，按选定的灰水比进行调整后确定。null（2）经试配确定配合比后，按下列步骤进行校正： ①按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算混凝土的体积密度计算值ρc,c： ρc,c＝mc+ ms+mg+mw ②应按下式计算混凝土配合比校正系数δ： 式中： ρc,t——混凝土体积密度实测值，kg/m3； ρc,c——混凝土体积密度计算值，kg/m3。 ③当体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2％时，按（1）条确定的配合比即为设计配合比；当二者之差超过2％时，应将配合比中各组成材料用量均乘以校正系数δ，得到设计配合比。（三）计算施工配合比（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： ＝mc ＝ms（1+a％） ＝mg（1+b％） ＝mw－ms×a％－mg×b％ 施工配合比可表示为：五、配合比计算例题五、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30～50mm。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ρc＝3.1g/cm3; 砂：中砂，级配2区合格。表观密度ρs＝2.65g/cm3; 石子：卵石，5～40mm。表观密度ρg＝2.60g/cm3; 水：自来水，密度ρw＝1.00g/cm3。 试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。null解: 1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0： 根据题意可得：fcu,k＝30.0MPa，查表3.24取σ＝5.0MPa，则 fcu,0 ＝ fcu,k + 1.645σ ＝30.0+1.645×5.0＝38.2MPa 2.确定混凝土水灰比mw/mc （1）按强度要求计算 根据题意可得：fce＝48.0MPa，αa＝0.48，αb＝0.33，则： （2）复核耐久性：经复核，耐久性合格。null3.确定用水量mw0 根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为40mm，查表取mw0＝160kg。 4.计算水泥用量mc0 （1）计算： （2）复核耐久性 经复核，耐久性合格。 5.确定砂率βs 根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm）、水灰比0.50，查表βs＝28％～33％，取βs＝30％。 6.计算砂、石子用量ms0、mg0null（1）体积法 将数据代入体积法的计算公式，取α＝1，可得： 解方程组，可得ms0＝570kg、mg0＝1330kg。 （2）质量法 假定混凝土拌合物的质量为mcp＝2400kg，将数据代入质量法计算公式，得： ms0 + mg0＝2400－320－160 解方程组，可得ms0＝576kg、mg0＝1344kg。null6.计算基准配合比 （1）体积法 mc0:ms0:mg0＝320:570:1330＝1:1.78:4.16， mw/mc ＝0.50； （2）质量法 mc0:ms0:mg0＝320:576:1344＝1:1.80:4.20， mw/mc ＝0.50。 §4－9 其他品种混凝土 §4－9 其他品种混凝土 一、高强、高性能混凝土一、高强、高性能混凝土1、高强混凝土：指强度等级为C60及C60以上的混凝土。 特点：强度高、耐久性好、变形小，能适应现代工程向大跨度、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要。 2、高性能混凝土：具有高渗透性，高体积稳定性、适当高的抗压强度、良好的施工性。二、轻混凝土二、轻混凝土1、轻骨料混凝土 以轻粗骨料、轻细骨料（或普通细骨料）、水泥和水配制而成的，干表观密度不大于1950 ㎏/ｍ3的水泥