1、2019/2/15,1,土木工程材料,土木工程学院建筑工程系,2019/2/15,2,4.1 混凝土概述 4.2 普通混凝土的组成材料 4.3 混凝土拌和物的性能 4.4 硬化混凝土的性能 4.5 混凝土质量控制与强度评定 4.6 普通混凝土的配合比设计 4.7 其它种类混凝土,4 混凝土 Concrete,2019/2/15,3,一、和易性含义,和易性又称工作性，是指砼拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的砼的性能。包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,4,1.流动性 拌合物在自重或施工机械振捣作用下
2、，能产生流动并均匀密实地填充整个模型的性能。,2.粘聚性 拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。,3.保水性 拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,5,二、和易性的测定,方法：测定流动性，观察粘聚性和保水性的好坏，综合评价和易性。GB规定：塑性砼的流动性用坍落度或坍落扩展度表示；干硬性砼用为维勃稠度表示。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,6,1.坍落度试验 Slump Test,（1）流动性的测定 将拌和物分三层填入坍落度筒中； 每层插捣25下； 将表面抹平； 垂直提起圆锥筒
3、； 量出筒高与试体最高点之间的高度差坍落度。,200mm,100mm,300mm,坍落度（mm）越大，流动性越高,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,7,（2）粘聚性和保水性的评定 用捣棒轻轻敲击砼锥体的侧面，看是否保持整体向下坍落或发生局部的突然崩落，由此判断其粘聚性是否合格； 观察砼锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,8,（3）扩展度的测定 如坍落度值大于220mm，应测量砼扩展后的最大和最小直径： 其差值小于50mm时，取其平均值为扩展度。 若差值大于50mm，应重新试验。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/
4、2/15,9,装第1层并插捣25次,装第2层并插捣25次,装第3层并插捣25次,抹平表面,提起圆锥筒,测量坍落高度,坍落度试验步骤,坍落度测量,扩展度测量,2019/2/15,10,（4）坍落度的评定,级 别 坍落度值(mm) 名 称S1 1040 塑性混凝土S2 5090 塑性混凝土S3 100150 流动性混凝土S4 160 大流动性混凝土S5 220 大流动性混凝土,适用：Dmax不大于40mm，坍落度值不小于10mm,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,11,（5）坍落扩展度的分级,等级 扩展度值(mm)F1 340 F2 350410F3 420480F4 490550F
5、5 560620F6 6300,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,12,2.维勃稠度试验,透明圆盘,（1）维勃稠度的测定 开启振动台至透明圆盘底面与砼完全接触所需的时间为维勃稠度值VB（S），其值越大，则流动性越小。,维勃稠度仪,2019/2/15,13,2.维勃稠度的分级,等级 维勃稠度( s ) V0 31 V1 3021 V2 2011 V3 106 V4 53,适用于Dmax不大于40mm，VB值在530s之间的砼拌和物稠度测定。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,14,依据 构件截面尺寸小钢筋较密人工振捣 坍落度选大些。运输距离远气温高 原则上应在不妨碍施
6、工操作及保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度。,三、坍落度的选择依据和原则,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,15,1.胶凝材料浆体的数量W+B W+B越多:流动性越大。 W+B过多:粘聚性和保水性降低。 W+B过少:粘聚性变差。 2.水胶比W/B W/B增大:流动性增大。（胶凝材料、骨料用量一定的情况下） W/B过大:粘聚性和保水性不良。 固定用水量法则说明单位用水量是和易性的决定性因素。,四、和易性的影响因素,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,16,3. 砂率Sp,（1）砂的质量占骨料总量的质量百分数称为砂率。 （2）水和胶凝材料用量一定时，拌和物坍落度
7、先随砂率增加而增大，达到最大值后，又随砂率增加而减小。 （3）坍落度最大时的砂率为合理砂率(最优砂率)。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,17,（4）合理砂率的选用原则,Dmax较大:Sp较小； Mx较小: Sp较小； W/B较小: Sp较小; 流动性要求较大时: Sp较大； 掺用引气剂或减水剂时: Sp较小；,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,18,4.胶凝材料 品种：需水量大的胶凝材料，拌合物流动性小， 粘聚性和保水性好。 细度：较细，则拌合物粘聚性和保水性较好。 5.骨料 骨料级配好、粒径大、表面光滑，拌合物流动性大。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/
8、2/15,19,6.外加剂 减水剂和引气剂可提高流动性； 引气剂还改善粘聚性和保水性 7.温度和时间 流动性随温度升高而降低。 流动性随时间延长而降低。,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,20,砼的水胶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。砼的凝结时间还受温度、外加剂等其他各种因素的影响。,五、混凝土拌合物的凝结时间,4.3 混凝土拌合物的性能,2019/2/15,21,一、混凝土的强度 砼强度指标的重要性 强度是土木工程结构对材料的基本要求； 由强度数据推断出其它性能的好坏； 强度试验简单直观。,4. 硬化混凝土的性能,2019/2/15,22,（一）砼受力
9、破坏过程,4. 硬化混凝土的性能,混凝土受压变形曲线,阶段（OA）：0.3极限，界面裂缝无显著变化，与呈直线关系。 阶段（AB）： 比例，界面裂缝的数量、宽度、长度不断增加，变形的增长率大于荷载的增长率，与不再是线性关系。 阶段（BC）： 临界, 裂缝继续开展，出现砂浆裂缝，部分界面裂缝成为连续裂缝，变形增长率继续加大。 阶段（CD）：达到极限，连续裂缝急速地发展，砼承载能力下降，变形增大至完全破坏，曲线斜率变成负值。,2019/2/15,23,（二）砼强度的几个基本概念,砼立方体抗压强度砼立方体强度标准值砼强度等级砼实际强度,边长为150mm的立方体试件，在标准条件(202C，相对湿度95%
10、)下，养护到28天龄期，测得的抗压强度值，以“fcu”表示。,用标准试验方法测得的一组若干个立方体抗压强度值的总体分布中的一个值，低于该值的百分率不超过5%, 以“fcu,k”表示,根据砼立方体强度标准值(MPa)划分的等级， C10 、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100。 。,将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，作为砼施工质量控制和验收依据。,砼(棱柱体）轴心抗压强度 尺寸为150 mm 150 mm 300mm的棱柱体试件，标准条件下养护28天，测得的抗
11、压强度，以fcp表示； fcp = (0.70.8)fcu,4. 硬化混凝土的强度,2019/2/15,24,关于砼立方体抗压强度fcu 边长为100mm的立方体试件，折算系数为0.95 边长为200mm的立方体试件，折算系数为1.05,说明：,4. 硬化混凝土的性能,边长为150mm的立方体试件，标准条件下养护到28天龄期，采用立方体劈裂抗拉试验来测定混凝土抗拉强度 ，以“fts”表示。,砼轴心抗拉强度砼抗折强度,标准尺寸为150mm150mm600mm（或550mm）的长方体试件，在标准养护条件下养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗折强度值 ，以“fcf”表示。,2019/2/15,2
12、5,砼立方体强度标准值一组试件的立方体抗压强度值分别为：32.1, 37.5, 35.1, 38.2, 40.2 , 29.5, 43.1, 42.3, 40.6, 30.2, 32.5, 37.4, 38.1, 37.4, 36.4, 33.8, 35.8, 36.2, 37.9, 39.2(MPa) ，共有20个数据。用比较法可得：其抗压强度标准值是30.2MPa因为20个数据中，小于30.2MPa的只有一个 29.5MPa，百分率为5。,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,26,胶凝材料强度 水胶比 骨料的性质 胶凝材料浆体与骨料相对含量 拌合水 外加剂(化学外加剂、矿物外加剂
13、),4. 硬化混凝土的性能,（三）影响砼抗压强度的因素,2019/2/15,27,1.胶凝材料强度 fbfb越高，胶结力越强，砼强度越高。 2.水胶比W/B IW/B在一定范围内(砼密实成型)降低，砼强度提高。 II.W/B过小，砼强度反而降低。,I,II,W/B 在一定范围内,W/B,强度,W/B,强度,4. 硬化混凝土的性能,W/B 过小,2019/2/15,28,f28 与W/ B关系如图 所示,4. 硬化混凝土的性能,混凝土强度与水胶比及胶水比的关系 （a）强度与水胶比的关系；（b）强度与胶水比的关系,2019/2/15,29,3.骨料的性质 骨料经风化或杂质多，降低砼强度。 骨料级配
14、良好、砂率适当，砼强度高。 骨料粗糙，与水泥粘结好，砼强度高。W/B0.4，碎石砼强度比卵石砼强度约高38%，W/B0.65，二者强度差异不显著了。,4. 硬化混凝土的性能,2019/2/15,30,砼强度经验公式（鲍罗米公式）：fcu，0 = a fb( B/W b )fcu,0混凝土28d抗压强度（MPa） fb 胶凝材料的实测强度（MPa） fb= s f fcefce= c fce,ga 、 b 回归系数：碎石： a 0.53 ; b 0.20;卵石： a 0.49 ; b 0.13。,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,31,4.外加剂 化学外加剂 (Chemical Ad
15、mixture)减水剂提高砼强度；早强剂提高砼早期强度，对后期强度不一定有利。 矿物外加剂（掺合料） (Mineral Admixture)掺合料降低早期强度，提高后期强度。,4. 硬化混凝土的性能,2019/2/15,32,5.施工方法 用机械搅拌比人工拌和更均匀，强度约提高10%。 用机械振动比人工捣实更密实。,4.4 硬化混凝土的性能, 改进施工工艺提高砼强度： 采用分次投料搅拌； 采用高速搅拌； 采用高频或多频振捣器； 采用二次振捣。,2019/2/15,33,6.养护 （ Curing）条件,砼硬化过程中，人为变化周围环境温度与湿度，使其微结构和性能达到所需要的结果，称为养护。 温度
16、 湿度,4. 硬化混凝土的性能,2019/2/15,34,（1）浇灌与养护温度,I. 浇灌和养护温度相同温度越高，强度增长越快。 II.不同温度下浇灌，常温下养护浇灌温度越高，砼后期强度(180天)越低。 III.常温下浇灌，不同温度下养护养护温度越低，强度越低。,4. 硬化混凝土的性能,2019/2/15,35,（2）湿度,连续湿养护有利于砼强度发展。 湿养护的措施： 喷洒 水浴 用砂、木屑或薄膜覆盖,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,36, 常见的养护方式：,a.自然养护自然条件下于一定时间内使砼保持湿润状态的养护。 洒水养护 () 、和S：7d P、F或掺缓凝型外加剂或有抗渗
17、要求：14d 道路砼：（1421）d CA：3d 薄膜养护 适用于高耸构筑物和大面积砼结构。 夏季薄膜成型后要防晒，否则易产生裂纹。 涂刷沥青乳液：地下建筑或基础,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,37,b.标准养护 在（202）、相对湿度95%以上或（202）的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中进行养护。 测定砼强度时，一般采用标准养护。 c.蒸汽养护 近100的常压蒸汽中进行养护。 目的：加快水泥的水化，提高砼的f早期。 适用：生产预制构件、预应力砼梁及墙板等;、P、F、C 。 不适合:()和。,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,38,d.蒸压养护 在175及8个大气
18、压的压蒸釜中进行养护。 目的及适用的水泥品种与蒸汽养护相同。 e.同条件养护 试件与砼实体在同一温度和湿度条件下进行养护 。,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,39,7. 龄期,砼强度在最初37d增长较快，然后逐渐缓慢。随龄期增长大致符合对数函数关系：fcu,n / fcu,a = lg n/lg a 式中：fcu,n n天龄期砼抗压强度；fcu,a a天龄期砼抗压强度。,养护龄期对混凝土强度的影响,4.4 硬化混凝土的性能,8.试验因素,1.2 材料的力学性质,2019/2/15,41,如何提高砼强度,三条技术途径： 原材料的选择配合比设计浇灌和养护,胶凝材料品种与强度等级骨料品
19、种、粒径、级配外加剂,水胶比砂率用水量或胶凝材料用量,温度湿度时间,4.3 硬化混凝土的性能,2019/2/15,42,彻底排气,减少拌和用水量,密实度,强度,减少拌合用水并彻底排气，使砼密实度提高，强度提高。,4. 硬化混凝土的性能,2019/2/15,43,二、混凝土的变形,（一）化学变形 水化物体积反应物体积收缩：40d内逐渐趋向稳定,4.4 硬化混凝土的性能,(二）干湿变形 1.原因：水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发收缩； 砼吸湿膨胀。 2.对砼的影响湿胀变形量很小无损坏作用；干缩变形开裂影响砼耐久性。,2019/2/15,44,4.4 硬化混凝土的性能,3.影响干缩的因素： （1)水泥品
20、种、细度和用量品种和 P：干缩较大F、()和：干缩较小水泥细度越大：干缩越大；水泥用量越多：干缩越大。 （2）水胶比越大：干缩越大。 （3）骨料的规格与质量 骨料粒径越大，级配越好，泥及泥块含量越少，针、片状骨料越少：干缩越小。 （4）养护条件 养护湿度高，养护时间长：推迟干缩产生与发展采用湿热养护：降低干缩率。,2019/2/15,45,4.4 硬化混凝土的性能,（三）温度变形 1.原因砼是热的不良导体，大体积砼在硬化初期，由于水化热积聚，造成内外层温差很大，使内部产生膨胀，而外部产生收缩，严重时使混凝土产生裂缝。 2.防止温度裂缝的措施,采用低热水泥； 尽量减少水泥用量; 掺入缓凝剂、减水
21、剂和掺合料； 选用热膨胀系数低的骨料； 预冷原材料； 合理分缝、分块、减轻约束； 埋冷却水管； 表面绝热。,46,4.4 硬化混凝土的性能,（四）荷载作用下的变形 1.短期荷载作用下的变形 砼是非均质材料，属于弹塑性体。砼塑性变形是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等的结果。,砼在压力作用下的应力应变曲线,47,4.4 硬化混凝土的性能,2.长期荷载作用下的变形徐变 （1）概念：砼在长期恒载作用下，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。 （2）砼徐变与持荷时间的关系,48,4.4 硬化混凝土的性能,（3）原因：长期荷载作用下，凝胶体产生粘性流动，或吸附水或结晶水向内部毛
22、细孔迁移渗透所致。 （4）影响因素 水泥用量越多，徐变越大； 水灰比越大，徐变越大； 砼弹性模量大者，徐变小。 徐变的影响 有利于削弱由温度、干缩等引起的变形，从而防止裂缝的产生。 预应力砼中，徐变将产生应力松弛，引起预应力损失。,2019/2/15,49,三、混凝土的耐久性,（一）耐久性的概念 砼在长期使用过程中，抵抗内、外不利影响，而保持其原有性能不变的能力。包括抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力、防止碱骨料反应、耐磨性等。,4.4 硬化混凝土的性能,（二）耐久性的重要性,保证构筑物运行的安全性 延长构筑物的使用寿命 节约维护费用 节约自然资源，减少消耗,2019/2/15,50,冰岛一港
23、口,混凝土路面受盐冻剥落,2019/2/15,51,碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝,碱骨料反应引起的错位,硫酸盐侵蚀引起的大坝破坏,2019/2/15,52,（三）混凝土性能劣化的模式,组成改变 体积膨胀、裂缝 表面开裂 表面剥落 溶蚀,结构酥松 承载力下降 弹性模量降低 质量损失 磨损,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,53,（一）抗渗性 概念、评定、影响因素、提高措施 （二）抗冻性 概念、评定、影响因素、提高措施 （三）抗侵蚀性水泥石的腐蚀类型、机理、原因与防止 （四）碳化概念、后果、影响因素、检测(五)碱骨料反应类型、发生条件、预防措施 （六）耐磨性影响因素、检验
24、方法,4.4 硬化混凝土的性能,（四）耐久性的内容,2019/2/15,54,（五）提高混凝土耐久性措施,(1) 根据工程所处环境及要求，合理选择水泥品种； (2) 控制水胶比及保证足够的水泥用量； (3) 选用品质良好的砂石集料 ； (4) 掺加外加剂，以改善抗冻、抗渗性能； (5) 改善混凝土的施工操作方法，加强浇捣和养护； (6) 采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层；,4. 硬化混凝土的耐久性,2019/2/15,55,1. 抗渗性 是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。 混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用
25、。 提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。,4.4 硬化混凝土的性能,四、耐久性的内容,2019/2/15,56,(2)抗冻性 是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能，是评定混凝土耐久性的主要指标。 抗冻等级根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,57,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%。 冻害破坏影响到水泥石和骨料 冻害破坏的外观模式 剥落 龟裂、分层 构筑物的什么
26、位置最易受损? 北方气候 混凝土路面、桥面板、挡土墙,4.4 硬化混凝土的性能,2019/2/15,58,混凝土的冻融破坏原因与模式,原因： 混凝土中大毛细孔里的水结冰时，体积大约要膨胀9 % 如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能引起开裂的压力作用于孔缝的壁上，导致孔缝扩展和连接 反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断增多，并扩展和连通，造成强度下降 破坏模式： 表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象 质量损失 强度、弹性模量下降,冻害造成D-型裂缝,路面受盐冻剥落,2019/2/15,59,提高混凝土抗冻性的方法,水泥石抗冻性： 低水灰比 保证混凝土良好的养护 引气剂 骨料的抗冻性 选用抗冻骨
27、料,混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响 抗冻性的重要因素。,4.4 硬化混凝土的耐久性,2019/2/15,60,(3)抗侵蚀性 腐蚀的类型通常有淡水腐蚀、硫酸盐腐蚀、溶解性化学腐蚀、强碱腐蚀等。 混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。,4. 硬化混凝土的耐久性,2019/2/15,61,（4）混凝土的抗碳化性,定义：碳化是指环境中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH) 2作用生成碳酸钙和水，从而降低混凝土中碱度的现象。 危害：由于碱度的降低，混凝土中的钢筋失去保护膜，引起钢筋锈蚀；混凝土表面出现碳化收缩，导致微裂缝的产生，降低混凝土的强度和
28、耐久性。 影响因素：CO2浓度、相对湿度、混凝土的密实度、水泥品种和掺和料等。,4. 硬化混凝土的耐久性,2019/2/15,62,常见的碱骨料反应破坏形式,2019/2/15,63,2019/2/15,64,抑制ASR的措施,限制碱含量 低碱水泥 限制其它来源： 盐污染的骨料 防止海水渗入 混凝土中水泥用量 限制活性骨料 保持干燥,4. 硬化混凝土的耐久性,2019/2/15,65,抑制ASR的措施,利用火山灰质矿物外加剂25%低钙粉煤灰 40-50%的矿渣7-15%硅灰7-15%天然火山灰 引气剂 引入气泡缓解膨胀压力，减少有害膨胀 结构设计 限制水渗入(排水) 提高密实度 表面质量,抑制碱骨料反应的措施 选择非活性骨料； 选择含碱量0.6的水泥； 掺加活性混合材，如：硅灰、粉煤灰等； 提高混凝土的密实性或阻止水分渗入。,4.3 硬化混凝土的耐久性,2019/2/15,66,The End,
