1、1,第六章 混凝土及砂浆,七、普通混凝土的配合比设计,一、混凝土概念及其分类,二、混凝土和易性的概念、测定方法及影响因素,三、混凝土的强度的概念、测定方法及影响因素,四、混凝土的变形,五、混凝土的耐久性,六、混凝土外加剂,砂浆，由胶凝材料和细骨料配制而成。,2,概 述,一、混凝土的概念：,广义上，凡是由胶凝材料、水、粗细骨料，按适当配合比拌制成拌合物，经一定时间的凝结硬化而成的人造石材统称为混凝土。,水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥与粗细骨 料构架而成的人造石材。,优点:原材料来源广、制作工艺简单、成本低，强度高、耐久性好、适合各种环境,3,二、混凝土分类,按密度分,重混凝土 02700k
2、g/m3 普通混凝土 0 19002500kg/m3 轻混凝土 01900kg/m3,概 述,4,二、混凝土分类,按用途,结构混凝土 装饰混凝土 防水混凝土 防辐射混凝土 耐酸混凝土 道路混凝土,概 述,5,生产以及施工工艺,常规施工混凝土,泵送混凝土,喷射混凝土,碾压混凝土,6,三、混凝土优点与不足,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 性能可调 塑性良好 可用钢筋增强 久性良好 经济性好 工艺简单 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,7,第二节 普通混凝土的
3、组成材料及技术要求,概述：普通混凝土的概念：普通混凝土是指采用水泥、砂、石和水配制而成的表观密度为19002700kg/m3的人造石材。,普通混凝土的组分：,水泥,细骨料(砂子),粗骨料(石子),拌和水,8,普通混凝土的组成及作用,水泥,水,水泥浆,石子,砂子,骨 料,新拌混凝土,100%体积,6075%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,为了改善或提高混凝土的性能,715%,9,各组成材料的作用：,水泥浆：,与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。,包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体；填充骨料堆积体空隙，形成固体。,骨 料：骨
4、架,廉价的填充材料，节省水泥用量 混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展 传力作用 降低水化热 提供耐磨性,10,各组成材料的作用：,水：混凝土中的拌和水有两个作用:供水泥的水化反应赋予混凝土的和易性剩余水留在混凝土的孔(空)隙中使混凝土中产生孔隙对防止塑性收缩裂缝与和易性有利对渗透性、强度和耐久性不利,11,各组成材料的作用：,外加剂： 化学外加剂：改善混凝土的性能缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；减水剂 减少拌和需水量；引气剂 在混凝土中引起封闭气孔； 矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰硅灰矿渣,12,水 泥,品种的选择： 应当根据工程的性质和
5、工程所处环境要求(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,二、混凝土的组成材料,13,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。,二、混凝土的组成材料,14,骨料,粗骨料,细骨料,细骨料:,粒径4.75 mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。,(1) 细骨料的种类及其特性：,碎石经机械轧碎筛选而成，富棱角，杂质少， 但细粉多。同时加工成本较高。,15,(2)细骨料的技术性质：,国家标准GB/T 146842001建筑用砂,主要内容,B 颗粒形状和表面特征,C 颗
6、粒级配及粗细程度,D 强度、坚固性,E 碱活性集料,A 有害杂质的含量,16,含泥量和泥块含量 云母含量 轻物质含量有机质含量 硫化物和硫酸盐含量,A 有害杂质的含量：妨碍水泥水化、凝结、消弱水泥石与骨料黏结，或与水化产物发生化学反应,(2)细骨料的技术性质：,B 骨料形状及表面特征:影响与水泥的黏结及拌合物流动性 山砂:多棱角、粗糙 黏结好 强度高 河和海砂:呈圆形光滑 黏结差 强度高 流动性好,17,C 颗粒级配及粗细程度,1.颗粒粗细程度及级配的概念：,颗粒级配是指粒径大小不同的颗粒相互搭配的比例情况或散粒材料中不同粒径的颗粒相互搭配情况,2. 级配的意义,(2)细骨料的技术性质：,砂的
7、粗细程度：是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度 。,18,(2)细骨料的技术性质：,骨料级配示意图,19,A：砂的粗细程度的表征参数：细度模数f,B：砂的颗粒级配的表征参数：,级配区,级配曲线,注意：有两个,(2)细骨料的技术性质：,Mx= 3.73.1 粗砂 Mx= 3.02.3 中砂 Mx= 2.21.6 细砂 Mx= 1.50.7 特细,20,编号12345 67,筛孔尺寸4.752.36 1.180.600.300.15,筛余(g) m1 m2 m6 m7,分计筛余(%) a1 a2 a6,累计筛余(%)A1=a1A2 =a1+a2 A6=a1+a6,粗细程度表征:筛分析法,(
8、2)细骨料的技术性质：,21,级配的评价-筛分析方法,实际工程中，尽可能选择级配良好的中砂拌制混凝土,(2)细骨料的技术性质：,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600m筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。,22,3).坚固性4.物理性质,砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力,砂的表观密度 堆积密度 空隙率 含水量等,(2)细骨料的技术性质：,23,概念:混凝土组成材料中，粒径大于4.75mm的颗粒。,(3) 粗骨料(石子),24,分类,粗骨料(石子),2.根据表面状态,碎石,卵石,3.根据堆积密度,普通粗骨料,轻粗骨料
9、,25,1)有害物质含量,泥和泥块含量的定义：,泥：粒径小于0.075mm的颗粒,泥块：粒径大于4.75mm经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒。,碱活性骨料：指含有活性SiO2的岩石颗粒。,2)颗粒形状与表面特征,3)强度：骨料重要作用是减少因荷载、干缩或引起的变形，用刚性骨架提高混凝土强度和变形模量,压碎指标(间接法),立方体(圆柱体)抗压强度(直接法),粗骨料技术性质,针状颗粒：是指颗粒长度大于该颗粒所在粒级平均粒径2.4倍的颗粒。 片状颗粒：是指颗粒厚度小于该颗粒所在粒级平均粒径0.4倍的颗粒。,26,压碎指标：,直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm的立方体(或直径与高均为5
10、0mm的圆柱体)试件，浸水48h 后，测定其极限抗压强度值。,强度配制原则：,骨料强度混凝土强度,碎石强度指标：母岩立方体抗压强度压碎指标。,卵石强度指标：压碎指标,粗骨料技术性质,27,4)颗粒级配,(筛分析检验),标准筛的孔径为2.36、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75 及 90mm 等共12 个筛。,粗骨料技术性质,级配类型,间断级配：,石子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。,工程中不宜采用单一的单粒级配制混凝土,28,粗骨料级配要求,粗骨料技术性质,29,单粒级石子级配要求,粗骨料技术性质,30,粗骨料的最大粒径限
11、制,粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4,不得大于钢筋间最小净距的3/4,对于混凝土实心板, 骨料的最大粒径不宜超过板厚的 1/3, 且不得超过40mm,同时满足,粗骨料技术性质,31,32,混凝土拌合及养护用水,1、对拌和水的质量要求：,1)、不影响混凝土的凝结硬化,2)、无损于混凝土强度发展及耐久性,3)、不加快钢筋锈蚀,4)、不引起预应力钢筋脆断,5)、不污染混凝土表面,Water that is safe to drink is safe to use in concrete.,33,1、海水2、富有有机杂质的沼泽水、含有腐植酸或其他酸、盐的污水和工业废水3、氢离子指数PH
12、4的水4、影响混凝土物理力学性能的水具体工程中参照JGJ63-89的规定执行,注意,工程中有四类水不能用来拌制砼：,34,思考题,1.普通混凝土的主要组成材料有哪些？各组成材料在硬化前后的作用如何？ 2何谓骨料级配？如何判断骨料级配是否良好？ 3.砂子标准筛分曲线图中的1区、2区、3区说明什么问题？三个区以外的区域又说明什么？配制混凝土时应选用那个区的砂好些，为什么？,35,第二节 混凝土拌合物的和易性,1.和易性的(workability)含义,和易性：混凝土拌合物易于各种施工工序操作，并能获得质量均匀、成型密实的一种综合性能，也称工作性，包括：,流动性:指混凝土拌合物在自重或施工机械振捣作
13、用下产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。 粘聚性：指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层或离析现象的性质。 保水性:指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保持水份的能力，不致产生严重泌水现象的性能。,36,泵送混凝土 Pumping Concrete,37,泵送混凝土 Pumping Concrete,38,碾压混凝土 Roller Compacted Concrete,39,离析,分层,组份分离,骨料下沉,水泥浆上浮,砼拌合物粘聚性不良时，硬化后会出现蜂窝、 麻面。大型的砼拌和物，甚至出现狗洞现象。,粘聚性,混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定粘聚力，
14、在运输和浇注过程中不致发生分层、离析现象使混凝土保持整体均匀的性能 。,40,分层离析与泌水现象及其危害,分层离析现象：粗骨料从混凝土的水泥砂浆中分离出来的倾向 与拌和物的粘聚性有关。 危害：分层离析将导致硬化后的混凝土产生蜂窝和麻面，影响均匀性。,泌水现象：混凝土中粗骨料下沉、水分上升直到表面，这种现象叫泌水，与拌和物的保水性有关。危害：泌水导致混凝土中粗骨料和水平钢筋下方形成水囊和水膜，降低骨料或钢筋与水泥石的粘结力；表面还会形成酥松层;在混凝土硬化体中产生泌水通道等。,41,骨料,水,可见泌水,内泌水,保水性,混凝土拌和物在施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。,保水性差
15、的混凝土拌和物，在施工过程中，一部分水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的密实性变差，降低混凝土的强度和耐久性。它反映混凝土拌和物的稳定性,42,钢筋,沉降裂缝,混凝土表面,粘聚性和保水性不好时,43,和易性良好的标准,粘聚性好则保水性往往也好，但当流动性增大时，粘聚性和保水性往往变差，反之亦然,混凝土拌和物的流动性、粘聚性、保水性，三者之间互相关联又互相矛盾,所谓拌和物的和易性良好，就是要使这三方面的性能在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使矛盾得到统一,44,2、和易性的测定与评价,和易性是一项综合性的技术指标，确切评定较困难，具有不确定性。测定：以测定其流动性为主，辅
16、以对其粘聚性和保水性的观察，然后根据测定和观察结果，综合评价其和易性。 GB/T500802002规定，混凝土拌合物的和易性用两种流动性指标评价：塑性混凝土的流动性用坍落度或坍落扩展度表示；干硬性混凝土用为维勃稠度表示。,45,坍落度试验,标准圆锥筒,200mm,100mm,300mm,46,将拌和物分三层填入坍落度筒中每一层用捣棒插捣25下用灰刀将表面抹平垂直提起圆锥筒，拌和物将在自重作用下向下坍落量出坍落的毫米数坍落度(精确到5mm),坍落度试验过程,47,坍落度试验,坍落度,直尺,坍落扩展度,48,保水性：观察稀浆程度,粘聚性：捣棒敲打锥体侧面,流动性：测量坍落度,原来，施工中是这样判定
17、混凝土和易性的！,49,坍落度试验(粘聚性、保水性的观察),测出坍落度后，用捣棒轻轻敲击混凝土锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的出然崩落，由此判断其粘聚性是否合格；观察混凝土锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。由此两方面观察和坍落度测量结果即可判断混凝土拌和物和易性是否合格。,50,坍落度测量结果的评定,坍落度值(mm) 混凝土的和易性1040 低塑性混凝土5090 塑性混凝土100150 流动性混凝土160 大流动性混凝土 如坍落度值大于220mm，应用钢尺测量混凝土扩展后的最大和最小直径，取平均值为扩展度。,坍落度选择: (1) 构件截面大小(2)钢筋疏密(3)
18、 捣实方法,坍落度选择及评定,51,拌合物的和易性与施工工艺,施工工艺 坍落度(mm),碾压混凝土 0 滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混凝土 100 200 自密实混凝土 240,坍落度的选取原则,原则：根据施工方法、结构条件和制品要求，并参考经验资料进行选择，在满足施工和结构条件的情况下，尽量选用较小的坍落度，以节约水泥，提高混凝土质量。,52,混凝土拌合物和易性实验设备,53,3.影响和易性的因素：,2).水泥浆用量：,规律：,在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内的水泥浆含量愈高，拌合物的流动性愈大(前提是拌合物未出现流浆现象),3).水泥浆的稠度(亦即水灰比)：,规律：,在水泥用量一
19、定的情况下，水灰比愈小，水泥浆的稠度愈大，拌合物的流动性愈小。2、3归结为单位体积用水量对拌合物的影响。,4).砂率：,合理砂率:,是指在用水量及水泥用量一定时，能使砼拌合物获 得最大流动性，且粘聚性及保水性良好的砂率值。,1).水泥品种和细度:w/c相同时，PC和PO水泥拌制混凝土流动性PP,PS拌制保水性差；PF的流动性最好，保水性和黏聚性也较好，颗粒细，保水性和黏聚性也越好,54,3.影响和易性的因素,合理砂率的确定：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。,合理砂率的变化：最大粒径大、级配好、表面光滑粗骨料，砂率小；砂子细，合理砂率小；施工要求大流动混凝
20、土，为避免粗骨料离析，可采用较大砂率,55,5).骨料的性质:骨料级配、粒形和表面构造,6).外加剂和掺合料,7).环境温度、湿度与时间,规律：,提高温度会使砼拌合物的坍落度减小，据测定，温度每增高10，坍落度大约减少2040mm 随着时间的延长，砼拌合物的坍落度也会逐渐降低,原因是由于拌合物的一些水被骨料吸收、一部分水蒸发损失以及化学反应等。,3.影响和易性的因素：,8).施工工艺,56,4.改善和易性的措施,1)、通过试验，采用合理砂率，并尽可能的采用较 低的砂率。,2)、改善砂石的级配。,3)、在可能的条件下，尽量选用较粗的砂、石。,4)、有条件时尽量掺用外加剂。,5.混凝土拌合物和易性
21、的调整原则：,当砼拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变， 增加水泥浆的用量；,当砼拌合物的坍落度太大时、粘聚性良好时， 保持砂率不变，增加砂石用量。,57,在混凝土的抗压、抗拉、抗剪、抗弯以及握裹强度等 强度项目中，其抗压强度是最大的，故混凝土主要用来承受压力作用。混凝土的抗压强度是结构设计的主要参数，也是 混凝土质量评定的重要指标。,硬化后的水泥混凝土结构，在未受荷载之前，由于 各种原因，其结构内部已存在孔隙和裂缝系统。所谓混 凝土的破坏，就是在受荷载作用下，原有孔隙和裂缝发 生了延伸、汇合和扩大，最后形成裂缝,第三节 混凝土强度,58,第三节 混凝土强度,1. 混凝土破坏机理,界面裂缝无明显
22、变化；一界面裂缝增长；一出现砂浆裂缝和连续裂缝；一连续裂缝迅速发展；一裂续缓慢增长；裂缝迅速增长,不同受力阶段裂缝图,59,第一阶段：所加应力低于极限荷载30%时，应力-应变曲线近似为曲线，混凝土原来存在的裂缝和孔隙比较稳定，界面裂缝无明显变化； 第二阶段: 极限荷载30%-50%时,裂缝开始扩展，但缓慢，多半是界面处裂缝扩散，应力-应变曲线的曲率开始增加，水泥石有轻微的开裂，当超过极限应力50%时，界面裂缝开始延伸到水泥石中，随着水泥石的开裂，原本鼓励的界面裂缝也连接起来，发展成更为广泛和连续的裂缝体系； 第三阶段:超过极限应力75%时，水泥石中发生更为迅速的裂缝扩展延伸，在界面裂缝继续发展
23、的同时，开始出现砂浆裂缝，并将临近的界面裂缝连接起来，形成连通裂缝； 第四阶段:变形进一步加快，受压变形曲线明显地弯向变形轴，混凝土承载力下降，裂缝体系不稳定 第五阶段:混凝土承载力下降，荷载减少而变形迅速增大，以致完全破坏，变形曲线下降而最后结束,60,1.混凝土的抗压强度,根据标准试验方法，规定以边长为150mm的立方体试件为标准试件，在标准养护条件(温度202、相对湿度95%以上或在温度202的不流动Ca(OH)2 )下，养护到28天，测定的抗压强度。,以fcu来表示,标准试验方法,试件成型方法,试件破型时的加荷速度,机械成型,人工成型,注意系列“标准”,61,混凝土强度检验用实验设备,
24、62,不同尺寸混凝土立方体试件强度换算系数,100mm试件换算系数为0.95；200mm试件换算系数为1.05,63,2、砼立方体抗压强度标准值：,是指按标准试验方法测得的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 (亦即具有95保证率的立方体抗压强度)。,以fcu.k表示,注,fcu.k与fcu的区别：,fcu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。,fcu.k是按数理统计方法确定，具有不低于95 保证率的立方体抗压强度。,64,3.砼强度等级：,是指按照砼立方体抗压强度标准值划分出的不同的强度范围。以符号“C”表示。,我国现行GB50
25、010-2002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：C7.5、 C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C6012个强度等级。,如：C30，表示混凝土立方体抗压强度标准值,fcu,k=30MPa。,实例说明等级的含义,65,不同等级混凝土的应用,C7.5-C15 用于垫层，基础、地坪受力不大结构 C15-C25用于粱、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土构件； C25-C30用于大跨度构件、耐久性要求高的结构、预制构件； C30以上用于预应力钢筋混凝土构件、承受动荷结构及特种结构等,4.混凝土的轴心抗压强度fcp,(1)
26、轴心抗压强度试验用标准试件尺寸：,150x150x300mm,(2)fcp与fcu间的换算关系：,fcp=0.70.8fcu,66,5.混凝土的抗拉强度,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：,67,6.混凝土的抗折强度,(1)标准试件尺寸：,150x150x600(550)mm,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)为主要设计指标。,(2)加载方式：,(3)计算公式：,68,混凝土抗折强度试模：,混凝土抗折强度试验,69,混凝土强度,7. 抗剪强度:混凝土的抗剪强度为抗拉强度的1
27、/6-1/4,约为抗拉强度的2.5倍。 8.黏结强度:指新旧混凝土之间的黏结强度及混凝土与钢筋之间的握裹强度。 9. 疲劳强度:混凝土在无限多吃交变载荷作用下，由于疲劳，会在小于静荷载破坏时就发生破坏。,70,10.影响砼强度的因素：,1)、水泥强度等级和水灰比,(1)原材料的因素：,(2)生产工艺因素：,(3)试验因素：,(1)原材料的因素：,A、B系数为经验系数，与粗骨料的品种有关：,碎石：,A=0.46 B=0.07,卵石：,A=0.48 B=0.33,71,2)骨料的种类、质量和数量,3)外加剂和掺合料,(2)生产工艺因素：,1)施工条件 ,搅拌与振捣,2)养护条件 ,养护温度与湿度,
28、3)养护龄期 ,本公式的应用条件：,1：水泥为普通硅酸盐水泥,2：采用标准养护方式养护。,3：龄期n不小于3,72,(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,73,11.提高混凝土强度的措施,提高强度的措施有以下五点：,(1)、采用高等级水泥,(2)、减小水灰比，或采用用水量较少的干硬性砼,(3)、改进施工工艺、采用机械搅拌和机械振捣,(4)、采用湿热处理。湿热处理有两种方法,(5)、掺入砼外加剂、掺合料,74,第四节 混凝土的变形性能,荷载作用下的变形,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,1、混凝土在
29、非荷载作用下的变形,(1)化学收缩,(2)塑性收缩,(4)温度变形,(3)干湿变形,75,2、荷载作用下的变形,(1)混凝土的受压变形与破坏特征,弹塑形变形,裂缝扩展过程,76,(2)弹性模量(初始切线模量、任意点的切线模量、割线模量),77,(3)徐变：,混凝土在长期荷载作用下的变形,A：概念,徐变是指混凝土在长期恒载作用下，随着 时间的延长，沿作用力的方向发生的变形，即随时间而发展的变形。,B：徐变的特点,随时间的增加而增长,早期增长快，后期增长速度变慢,不可完全恢复,78,79,C：徐变产生的机理(目前还存在一定的争议)10渗出假说：水泥水化浆体受到持续应力时，根据20粘性流动学说： D
30、：徐变的影响因素：10环境湿度，20水泥和水灰比，30骨料和骨料体积率，40尺寸效应，50应力状态，60温度。,80,C：徐变产生的机理：,10渗出假说：,20粘性流动学说：,D：徐变的影响因素：,10环境湿度,20水泥和水灰比,30骨料和骨料体积率,40尺寸效应,50应力状态,60温度,81,四、普通混凝土的耐久性,概 述,A：耐久性的概念：,混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的 使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力称为耐久性。,B、重要性：,保证混凝土构筑物运行的安全性 延长混凝土构筑物的服役寿命 节约混凝土构筑物维护成本 节约自然资源，减少消耗 改善人类居住的
31、环境条件,82,在混凝土的抗压、抗拉、抗剪、抗弯以及握裹强度等 强度项目中，其抗压强度是最大的，故混凝土主要用来承受压力作用。混凝土的抗压强度是结构设计的主要参数，也是 混凝土质量评定的重要指标。,硬化后的水泥混凝土结构，在未受荷载之前，由于 各种原因，其结构内部已存在孔隙和裂缝系统。所谓混 凝土的破坏，就是在受荷载作用下，原有孔隙和裂缝发 生了延伸、汇合和扩大，最后形成裂缝,第三节 混凝土强度,83,第三节 混凝土强度,1. 混凝土破坏机理,界面裂缝无明显变化；一界面裂缝增长；一出现砂浆裂缝和连续裂缝；一连续裂缝迅速发展；一裂续缓慢增长；裂缝迅速增长,不同受力阶段裂缝图,84,第一阶段：所加
32、应力低于极限荷载30%时，应力-应变曲线近似为曲线，混凝土原来存在的裂缝和孔隙比较稳定，界面裂缝无明显变化； 第二阶段: 极限荷载30%-50%时,裂缝开始扩展，但缓慢，多半是界面处裂缝扩散，应力-应变曲线的曲率开始增加，水泥石有轻微的开裂，当超过极限应力50%时，界面裂缝开始延伸到水泥石中，随着水泥石的开裂，原本鼓励的界面裂缝也连接起来，发展成更为广泛和连续的裂缝体系； 第三阶段:超过极限应力75%时，水泥石中发生更为迅速的裂缝扩展延伸，在界面裂缝继续发展的同时，开始出现砂浆裂缝，并将临近的界面裂缝连接起来，形成连通裂缝； 第四阶段:变形进一步加快，受压变形曲线明显地弯向变形轴，混凝土承载力
33、下降，裂缝体系不稳定 第五阶段:混凝土承载力下降，荷载减少而变形迅速增大，以致完全破坏，变形曲线下降而最后结束,85,1.标准立方体强度,根据标准试验方法，规定以边长为150mm的立方体试件为标准试件，在标准养护条件(温度202、相对湿度95%以上或在温度202的不流动Ca(OH)2 )下，养护到28天，测定的抗压强度。,以fcu来表示,标准试验方法,试件成型方法,试件破型时的加荷速度,机械成型,人工成型,注意系列“标准”,86,混凝土强度检验用实验设备,87,不同尺寸混凝土立方体试件强度换算系数,100mm试件换算系数为0.95；200mm试件换算系数为1.05,88,2、混凝土立方体抗压强
34、度标准值：,是指按标准试验方法测得的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 (亦即具有95保证率的立方体抗压强度)。,以fcu.k表示,注,fcu.k与fcu的区别：,fcu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。,fcu.k是按数理统计方法确定，具有不低于95 保证率的立方体抗压强度。,89,3.混凝土强度等级：,是指按照砼立方体抗压强度标准值划分出的不同的强度范围。以符号“C”表示。,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：C7.5、 C10、C15、C20、C25、C30、
35、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C6012个强度等级。,如：C30，表示混凝土立方体抗压强度标准值,fcu,k=30MPa。,实例说明等级的含义,90,不同等级混凝土的应用,C7.5-C15 用于垫层，基础、地坪受力不大结构 C15-C25用于粱、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混 凝土构件； C25-C30用于大跨度构件、耐久性要求高的结构、预 制构件； C30 以上用于预应力钢筋混凝土构件、承受动荷结构及特种结构等,91,混凝土的强度,(2)混凝土的轴心抗压强度fcp 采用150mm150mm300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为055MPa范围内fcp=(0.70.8)f
36、cu 。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100mm100mm和200mm200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。,92,(3) 混凝土的抗拉强度,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：,混凝土强度,93,(4) 混凝土的抗折强度,(1)标准试件尺寸：,150x150x600(550)mm,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)为主要设计指标。,(2)加载方式：,(3)计算公式：,混凝土强度,94,混凝土抗折
37、强度试模：,混凝土抗折强度试验,95,混凝土强度,(5) 抗剪强度:混凝土的抗剪强度为抗拉强度的1/6-1/4,约为抗拉强度的2.5倍。 (6) 黏结强度:指新旧混凝土之间的黏结强度及混凝土与钢筋之间的握裹强度。 (7) 疲劳强度:混凝土在无限多次交变载荷作用下，由于疲劳，会在小于静荷载破坏时就发生破坏。,96,3.影响砼强度的因素：,1).水泥强度等级和水灰比(配合比),(1)原材料的因素 (2)生产工艺因素:搅拌、养护条件、龄期 (3)试验因素:尺寸、干湿、加载速度,(1)影响因素：,A、B系数为经验系数，与粗骨料的品种有关：,碎石：,A=0.46 B=0.07,卵石：,A=0.48 B=
38、0.33,(瑞士保罗米),97,2)骨料的颗粒形状、表面结构和粒径、种类、质量、数量、,3)外加剂和掺合料,1)养护条件 养护温度与湿度 养护混凝土方法: (1) 自然养护:温度随气温变化，湿度必须充分，一般洒水养护 (2) 蒸汽养护:常压养护和高压蒸汽养护(蒸压釜) 常压:温度不超过100 ，最佳65-80 ，饱和蒸汽提供充分湿度 高压:温度160-210 ，压力0.6-2MPa (3) 标准养护:温度202、相对湿度95%以上,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
39、于卵石混凝土的强度。,(2)生产工艺因素：,98,施工规范规定：在夏季施工的混凝土进行自然养护时，使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥时，洒水保湿不少于7d； 使用火山灰水泥和粉煤灰水泥， 不少于14d。,趋势：温度强度发展快; 温度强度发展慢,99,(2)生产工艺因素：,3)施工条件 搅拌与振捣,2)养护龄期 ,fnnd龄期混凝土的抗压程度, MPa； 2828龄期混凝土的抗压强度, MPa； lg、lg 28和28的常用对数 (n3d),100,(3)试验因素： a:试件尺寸和形状 尺寸小 强度高；原因是“环箍效应”或“支座效应” 尺寸大 强度低:原因:内部缺陷几率大，有效承载面积小，
40、引起应力集中 b:试件干湿状态 干燥潮湿 烘干试件饱水 原因:裂缝的扩展对水存在反应敏感 要求:试件在饱水状态下养护并在饱水状态下测定强度。 C:加荷速度 速度慢，强度低 原因:缓慢加载会增加亚临界裂缝的数量和长度 d: 试件的表面状态,101,11.提高混凝土强度的措施,提高强度的措施有以下五点：,(1) 采用高强度等级水泥；采用级配良好骨料，提高密实度,(2) 减小水灰比，或采用用水量较少的干硬性砼,(3) 掺入适当外加剂、掺合料,(4) 改进施工工艺、采用机械搅拌和机械振捣,(5) 养护方式。常压养护和高压蒸汽养护,102,思考题,影响混凝土强度的主要因素以及如何影响?下列情况对混凝土抗
41、压强度测定结果有什么影响？(1)试件尺寸加大；(2)试件高宽比加大；(3)试件受压表面加润滑剂；(4)试件位置偏离支座中心；(5)加荷速度加快。 答案: (1)试件尺寸加大，实验值将偏小； (2)试件高宽比加大，实验值将偏小； (3)试件受压表面加润滑剂，实验值将偏小；不涂油测得的值大。不涂油，摩擦大，环箍效应强 ； (4)试件位置偏离支座中心，实验值将偏小； (5)加荷速度加快，实验值将偏大，因为，加载速度大，混凝土的缺陷还来不及表现出来 。,103,第四节 混凝土的变形性能,荷载作用下的变形,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,1、混凝土在非荷载作用下的变形,(
42、1)化学收缩,(2)塑性收缩,(4)温度变形,(3)干湿变形,104,混凝土在非荷载作用下的变形 化学收缩(chemical shrinkage) 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。特点:不可逆或不能恢复的；可使混凝土内部产生微裂缝。 干湿变形(dry shrinkage) 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水中硬化时，凝胶体中胶体粒子吸附水膜，会产生微小膨胀 在空气中硬化时，吸附水蒸发引起失水收缩，同时毛细孔中的负压增大产生收缩力，混凝土进一步收缩，再次吸水时，部分膨胀 原因:干缩变形主要是由水泥石的干缩引起的,混凝
43、土的变形性能(deformation),105,干缩变形,影响干缩变形的因素 (1) 用水量(水灰比): 平均用水量增加1%，干缩增加2-3% (2) 水泥品种和细度 :火山灰水泥最大，粉煤灰干缩率较小,水泥越细 干缩越大； (3) 水泥用量：水泥用量越大，干缩也也大 (4) 骨料品种:弹模大，干缩小；吸水率高 干缩大； (5) 骨料粒径以及级配:粒径大，级配好，用水少 干缩小； (6) 骨料含泥量:含泥多 干缩大。 (7) 养护方式:湿热处理 改善措施？ 延长养护时间，推迟干缩的发生和发展,106,温度变形 混凝土的热胀冷缩的变形，称为温度变形 温度变形对大体积混凝土极为不利。 危害:内外温
44、差，外表混凝土中产生较大拉应力，产生裂缝 措施:降低水泥用量; 低热水泥;人工降温 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。,混凝土的变形性能(deformation),107,荷载作用下的变形,(1)混凝土的受压变形与破坏特征,弹塑形变形,裂缝扩展过程,108,(2)弹性模量(初始切线模量、任意点的切线模量、割线模量) 国标:试件150x150x300;取测定点的应力等于试件轴心抗压强度的40%，经三次加载和卸载后 弹性模量范围:C10-C60 弹性模量:1.75-6.60MPa 饱水混凝土弹模干燥混凝土 骨料越多，水灰比越小，养护好以
45、及龄期长，弹模高(3) 动弹性模量: 共振频率或超声波,109,(3)徐变：,A：概念,徐变是指混凝土在长期恒载作用下，随着 时间的延长，沿作用力的方向发生的变形，即随时间而发展的变形。,B：徐变的特点,随时间的增加而增长,早期增长快，后期增长速度变慢,不可完全恢复,荷载作用下的变形,110,荷载作用下的变形,111,C：徐变产生的原因：由于水泥石中凝胶体在长期荷载作用的粘性流动，是凝胶孔水向毛细孔内迁移的结果。加载早期:水泥尚未充分水化，凝胶孔多，且毛细孔也较多，凝胶易移动，故徐变快；加载晚期:水泥继续硬化，凝胶含量相对少，毛细孔少，徐变发展缓慢,D：影响因素：,1.环境湿度:湿度越小，徐变
46、越大,2.龄期：养护龄期越短，徐变越大,3.构件尺寸：尺寸小比表面积大，水蒸发快，干缩和徐变增大 4.荷载大小:应力强度比越大，徐变大 5.混凝土配合比:水灰比和集灰比 6.骨料性质 7.持续作用时间,112,第五节 普通混凝土的耐久性,概 述,耐久性的概念：,混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的 使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力称为耐久性。,保证混凝土构筑物运行的安全性 延长混凝土构筑物的服役寿命 节约混凝土构筑物维护成本 节约自然资源，减少消耗 改善人类居住的环境条件,113,导致混凝土性能劣化的因素,外部环境因素：,水、风化、冻融、化学腐蚀、磨损、气体等；
47、,材料内部原因：,碱骨料反应、体积变化、吸水性、渗透性等,混凝土内部可蒸发水的可逆性和随之引起或产生 的有害作用是导致混凝土劣化的重要原因。,孔隙和裂缝,114,混凝土耐久性变差的模式,混凝土的劣化分为两大类：,第一类，由水、空气和其它侵蚀性介质渗透进入 混凝土的速率所决定。,化学的：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、硫酸盐、海水 和酸的侵蚀、碳化；,物理的：冻融、盐结晶、火灾等,第二类，是磨耗、冲磨与空蚀等。,115,抗渗性 抗冻性 耐腐蚀性 抗碳化性 碱骨料反应 耐火性 耐磨性与抗冲刷性,混凝土耐久性主要指标：,116,(一)混凝土的抗渗性,1.抗渗性含义：,混凝土抵抗有压介质(水、油、溶液等)渗透
48、作用的能力。 抗渗性是混凝土重要指标，直接影响混凝土的抗冻性和和抗侵蚀性,2.混凝土渗水的主要原因：,原因：各种内部孔隙形成渗水通道。,水泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔,水泥浆泌水形成毛细孔,粗骨料下部界面水分富集形成孔穴,施工振捣不密实,117,3.抗渗指标：,以抗渗等级表示,抗渗等级是以28d龄期的标准试件，在标准试 验方法下所能承受的最大静水压来确定的。,P4能抵抗静水压力0.4MPa,P6能抵抗静水压力0.6MPa,P8能抵抗静水压力0.8MPa,P10能抵抗静水压力1.0MPa,P12能抵抗静水压力1.2MPa,(一)混凝土的抗渗性,118,(二)混凝土抗冻性,1.抗冻性含义：,在吸水饱和状态下，混凝土能够经受多次冻融循环而不破坏，也不显著降低其强度的性能，称为混凝土的抗冻性。,工程上将混凝土受冻破坏，称为混凝土的冻害,什么引起冻害?混凝土内部孔中的水结冰水结冰使体积膨胀9%.,冻害破坏的外观模式？剥落 龟裂、分层,
