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1、混凝土性能,主要内容,一 新拌混凝土性能二 物理、力学性能三 耐久性能四 变形性能,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,一、新拌混凝土性能,1、工作性（和易性）（1）概念：从工程应用角度将工作性分解为流动性、可泵性、稳定性、均匀性、易密实性和终饰抹面性等几个方面。但目前，人们一般对普通混凝土的工作性仍采用稠度或和易性来描
2、述。它通常包括三方面的含义：流动性、粘聚性和保水性。,1、工作性（和易性）（2）和易性的量化指标：目前，稠度还没有一个科学的测试方法和定量指标，能够完整表达混凝土混合物的稠度。通常采用测定拌和物的流动性，辅以直观经验评定粘聚性和保水性等情况来确定稠度。GB50080-2002标准规定有塌落度试验、扩展度试验及维勃稠度试验。,一、新拌混凝土性能,1、工作性（和易性）（3）影响和易性的因素：混凝土拌和物的稠度与混凝土的用水量、材料的性质及含量以及外加剂等因素有关。（a）、加水量，增加用水量，流动性增大，但硬化后混凝土会产生较大空隙。一般，混凝土空隙率每增加5%，强度将降低30%，即使每增加2%，也
3、能降低10%左右。另外用水量过多会使混凝土发生分层、泌水，降低和易性。（b）、水泥品种及用量，一般，用普通水泥的混凝土比掺混合材水泥的塔落度大，保水性好。在水量适当的情况下，水泥用量愈多愈好，但不经济，水泥用量太少，稠度不好，也不易满足混凝土强度和耐久性要求。（c）、水泥浆的含量，不改变水灰比，增加水泥浆含量，则混凝土拌和物流动性增加，稠度好，而混凝土强度不降低。但水泥浆过多，不仅不经济，而且集料含量相对减少，且集料中间层太厚，对混凝土的强度和耐久性也会产生一定的影响。,一、新拌混凝土性能,（d）、集料的性质，集料级配好，空隙率小，在水泥浆数量一样的情况下，集料中间层增大，混凝土流动性就好，另
4、外，集料的形状对流动性有一定影响，一般卵石混凝土的流动性好于碎石混凝土，集料的针片状含量对混凝土流动性影响很大，针片状含量多，流动性明显降低。（e）、砂率，对混凝土和易性与强度，砂率都存在一个最佳值，砂率太大，集料的总表面积增大，在水泥浆一定的条件下，混凝土拌和物就显得干稠，流动性小。但砂率过小，虽然集料的总表面积减小，但由于砂浆量不足不能在粗集料周围形成足够的砂浆层起润滑作用，混凝土拌和物的粘聚性与保水性差。目前，最佳砂率的确定尚无合适理论计算公式，只能通过初步计算或参考经验，通过试验确定。（f）、外加剂，减水剂、引气剂等均可以提高拌和物的稠度并改善其他技术性能。（g）、温度，混凝土拌和物的
5、流动性，随着温度的升高而减小，温度提高10，塔落度大约减少20-40mm。,一、新拌混凝土性能,2、含气量混凝土不仅是多种物质的混合物，而且其内部也存在着气、液、固三态，气态含量的多少即是其含气量。混凝土的含气量大小，对混凝土的耐久性影响很大。新拌混凝土中气泡的性质，包括含气量、气泡的大小及其分布，在搅拌后的运输、操作、浇筑、捣实和抹平各阶段的变化过程和变化机理还没有被人们认识清楚。（1）、影响混凝土含气量的因素A、引气剂或引气减水剂的种类与掺量不同种类的引气剂或引气减水剂对混凝土引气量的影响不一样，但都在一定范围内，随着掺量增加而增大。通常高级直链表面活性剂（入十二烷基硫酸钠）有很好的起泡能
6、力，但气泡稳定性差，形状不规则，多呈多面体，非离子型表面活性剂气泡稳定性差，引气效果不好。皂类表面活性剂起泡能力和稳定性都很好。,一、新拌混凝土性能,B、混凝土的组成材料及配合比水泥品种与细度：相同的外加剂对矿渣水泥和粉煤灰水泥的引气量小一些，水泥的细度越细，引气量越小。粉煤灰：粉煤灰对表面活性剂有较强的吸附作用，因此混凝土掺粉煤灰后，引气剂的掺量要加大几倍集料的种类与最大粒径：卵石混凝土的含气量一般大于碎石混凝土的含气量，采用天然砂的混凝土含气量大于人工砂混凝土含气量。粗集料最大粒径越大，引气剂在相同掺量下引气量越小。最大粒径40mm碎石混凝土的含气量比20mm的小1%-2%，比10mm的小
7、2.5%-4%。细集料粒径在0.15-0.59之间时使砂浆中引入的空气量较大。拌合水：在相同引气剂掺量下，拌合水量增加，引气量增加，水的硬度增加，混凝土含气量减少。砂率：当砂率减少时，混凝土含气量减少，减少程度与掺加引气剂与否无关。塌落度：为了引入所需的空气量，塌落度越大，引气剂掺量越小。,一、新拌混凝土性能,C：拌合条件当搅拌机搅拌量从搅拌能力的40%增加到100%时，混凝土含气量明显增加。混凝土的搅拌时间过长，一般含气量减少，搅拌时间为12分钟时，含气量最大。拌合温度增高10度，含气量减少20%到30%。D：浇灌条件运输放置时间越长，含气量损失越大；混凝土振捣时间越长，含气量减少越多，而且
8、在混凝土内部的振捣比在混凝土外部震动含气量下降的多。在泵送作用下，含气量会降低。,一、新拌混凝土性能,（2）、混凝土含气量对混凝土性能的影响A、和易性：当混凝土中引入大量微小且独立的气泡时，由于气泡的滚动作用和浮托作用使混凝土和易性和稳定性得到大大改善和提高，尤其是在骨料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中更为显著。B、泌水沉降混凝土的泌水和沉降与水泥浆的粘度有密切关系，而水泥浆的粘度又与其微粒对表面活性剂的吸附及气泡在粒子表面的附着有关。由于气泡的存在，整个体系的表面积增大，粘度增大，尤其当有将粒子憎水化的阴离子表面活性剂存在时，由于粒子间的引力增大，使水泥浆的粘度进一步增大，这样，泌水和沉降就减
9、少。C：减水作用当稠度和单位水泥用量固定时，由于掺引气剂或引气减水剂，可减少单位用水量，一般来说，引气剂的减水率为7-9%，引气减水剂的减水率在12-15%。,一、新拌混凝土性能,D：对强度的影响在单掺引气剂与不掺的基准混凝土相比，水泥用量不变时，每增加1%含气量，28天强度下降2-3%，水灰比不变时，下降4-6%。掺引气减水剂时，由于减水率增大，强度可以不降低或有所提高。当含气量一定时，混凝土强度的降低受集料最大粒径影响，最大粒径越大，强度降低越小，在贫水泥混凝土中，因引气剂引起的强度降低可忽略不计。E：干缩一般来说，引气作用会加大干缩，而减水作用又减少干缩。F：抗渗性由于引气作用使混凝土用
10、水量减少，泌水和沉降减少，从而使混凝土中大毛细孔减少，这样使混凝土中水分迁移的主要通路减少，即混凝土中最薄弱和易受破坏的部分减少。同时，大量的微气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细管的连续性，使得混凝土的抗渗性得到改善。G：抗冻性掺引气剂或引气减水剂可使混凝土抗冻性提高几倍甚至十几倍。,一、新拌混凝土性能,1、表观密度普通混凝土的表观密度在配合比设计规程中给出的范围是20002800kg/m3，而最常见的密度范围在22002500 kg/m3，影响表观密度的因素有骨料的密度、粗骨料的最大粒径、混凝土配合比。2、热工性能（1）、比热将1kg混凝土温度升高或降低1k（1）所吸收或放出的热量，一
11、般在8401170J/kg.k，混凝土的比热随其含水量的增加而显著增加。（2）、导热系数面积为1的混凝土当其厚度为1m的两侧温度差为1k时通过该块混凝土的热量（W），它反映的是混凝土传递热量的一种能力，一般在1.31.49w/m.k，影响的因素有骨料种类、骨料用量、混凝土的温度及其含水量等。,二、物理、力学性能,（3）、导温系数表示混凝土在冷却或加热过程中，各点达到同样温度的速度，当水灰比为0.65时，导温系数为0.0034/h。它与导热系数成正比，与比热成反比。（4）、热膨胀系数热膨胀系数表示混凝土受温度影响某一方向或体积的变化能力，混凝土的体积膨胀率为线膨胀率的三倍，一般为1.010-5m
12、/m.，变化范围在0.61.310-5m/m.。不同品种水泥、不同质量的骨料、不同温度及混凝土孔隙中的含水状态等均影响热膨胀系数的大小。,二、物理、力学性能,3、强度（1）、立方体抗压强度（fcc）采用立方体试件测得的混凝土抗压强度称为立方体抗压强度。混凝土立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不地于95%保证率的抗压强度值。由于试验机压板对试件端部的磨阻效应（只有距压板二分之根号三试件宽度以外此效应才消除），使立方体试件强度有较大的提高，它不能代表结构中混凝土的实际受压情况，不能直接作为结构设计的依据，
13、（2）、轴心抗压强度（fcp）采用一定细长比柱体试件（棱柱体或圆柱体）测得的混凝土抗压强度。标准试件尺寸为150150300mm的棱柱体，非标准尺寸试件，高宽比应在2-3，。在截面尺寸相同的情况下，棱柱体的高宽比为2-4时，强度实测值变化不大。轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系为：fcp=0.8 fcc，考虑试验误差等影响，钢筋混凝土结构设计规范规定，棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值的关系为fcp=0.7 fcc。,二、物理、力学性能,影响混凝土强度的因素A、水泥强度、水灰比对强度的影响混凝土的强度是由水泥水化硬化并将砂石连成一个整体而产生的。因此，在其它相同条件下，水泥强度越高，则
14、混凝土强度也越高，在一定范围内，水灰比越小，混凝土强度越高。但也存在一种现象，当水灰比小到一定程度（大约0.3以下）时，水泥强度等级对混凝土强度的影响大大减小，用32.5水泥和用42.5水泥配制的混凝土强度差不多。B、集料对强度的影响集料的表面特征会影响混凝土强度，表面粗糙、多棱角的碎石与水泥的粘结力就比表面光滑的卵石要好，在水泥强度、水灰比相同的情况下，碎石混凝土强度高于卵石混凝土，但因为碎石表面的粗糙与棱角，碎石混凝土的用水量比卵石混凝土多。,二、物理、力学性能,影响混凝土强度的因素C、养护温度、湿度对强度发展的影响在一定条件下，养护温度在4-40范围内，在28天龄期前，温度愈高，强度愈大
15、。温度低于0时，水化基本停止水化。混凝土浇灌后，必须保持一定时间的潮湿，水泥水化硬化才能顺利进行。如果湿度不够，导致失水，影响水化正常进行，会严重降低强度。D、龄期对混凝土强度发展的影响混凝土的强度随龄期的增长而逐渐提高，在正常养护条件下混凝土的强度初期发展快（3-7天），后期发展较慢，28天可达设计强度，此后增加缓慢，甚至可延续数十年之久。根据试验，在标准养护条件下，混凝土强度增长大致与龄期的对数成正比。据此，可用低龄期的抗压强度推算28天标准抗压强度。fcc，28=fcc，n（lg28/lgn）,二、物理、力学性能,（3）、抗拉强度轴心抗拉强度（ft）：混凝土在轴向拉力作用下，单位面积所能
16、承受的最大拉力。劈裂抗拉强度（fts）：在立方体试件中心面内用垫条施加两个方向相反，均匀分布的压力，压力增大至试件沿此平面劈裂破坏时的强度。抗拉强度（ft）大致为抗压强度的1/101/15，此比值随抗压强度的增大而减小。Uft=0.56Ufcc.152/3影响抗拉强度的因素与抗压强度的一样，fts还与试验用垫条形状与尺寸及有无垫层、试件尺寸、加荷方向及粗骨料的最大粒径等有关。用75mm圆弧垫条测得的fts值与ft的比值有ft/fts=0.9。钢筋混凝土结构设计规范规定，轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系为ft=0.5（fcc）1/3，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系为fts=0.35（fcc
17、）1/4。,二、物理、力学性能,（3）、抗拉强度 混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。混凝土的轴心抗拉强度试验可参照水工混凝土试验规程DL/T5150-2001标准进行，混凝土劈裂抗拉强度可依据普通混凝土力学性能试验方法标准GB50081-2202进行。,二、物理、力学性能,（4）、抗折强度（ff）混凝土小梁在弯曲压力下单位面积上所能承受的最大力为抗折强度，一般为立方体抗压强度的1020%，为劈裂抗拉强度的1.5-3.0倍。混凝土抗折强度的试验方法采用将两个相等荷载作用在试件跨度
18、三分点上时的最大力求得。具体步骤按照普通混凝土力学性能试验方法标准GB50081-2002标准执行。抗折强度的标准试件为150150600（550）mm，当采用100100400mm小梁时，测得的抗折强度乘以0.85的换算系数。提高混凝土的抗压强度也会提高混凝土的抗折强度，除水灰比、水泥强度对抗折强度影响较大外，影响抗折强度最大的因素是骨料状况，骨料的最大粒径越大、针片状颗粒含量越大，抗折强度越低，级配良好的骨料有利于抗折强度的提高。此外加荷方式、试件截面尺寸及试验时试件的含水状态等以及骨料含泥量对抗折强度均有影响。,二、物理、力学性能,（5）、粘结强度粘结强度反应混凝土与钢筋之间的摩擦力与粘
19、结力，混凝土与钢筋的粘结作用主要由三部分组成：（1）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（2）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。粘结强度的检测方法见水工混凝土试验规程DL/T5150-2001标准中混凝土与钢筋握裹力试验方法。,二、物理、力学性能,（5）、粘结强度影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，钢筋的直径、表面状
20、态、埋入位置、混凝土强度、混凝土的收缩（相对于钢筋）及干湿条件等均影响粘结强度。主要有混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力，以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。1）光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。变形钢筋能够提高粘结强度。（2）钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。（3）横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。（4）在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。,二、物理、力学性能,（6）、抗剪强度混凝土在剪切作用下能够承受的最大应力成为抗剪强度，抗剪强度与抗压强度的比值随抗压强度增大而降低，
21、一般为抗压强度的1/4-1/6，为抗拉强度的2.5倍左右。目前尚无统一试验方法测得纯剪切强度，一般采用双剪法和单剪法试验。水工混凝土试验规程DL/T5150-2001标准中提供了混凝土抗剪断强度的检测方法和混凝土原位直剪试验的方法。,二、物理、力学性能,（7）、疲劳强度混凝土承受小于静力强度的应力，经过几万次乃至几百万次反复作用而发生破坏的现象成为疲劳破坏。混凝土持续加荷的应力达到静力强度的80-90%，在某个时间以后发生破坏称为徐变破坏，它也是一种疲劳破坏。除了抗压疲劳强度外，还有抗拉、弯曲、粘结疲劳强度等。疲劳强度主要随着应力在上下限范围内反复作用的次数而变化，经过无限次数的反复作用，不发
22、生疲劳破坏的最大应力称为疲劳极限或耐久极限，普通混凝土在106-107次反复荷载下的抗压疲劳强度约为静力抗压强度的50-60%。混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定，具体方法见普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GBJ82-85。采用100mm100mm300mm 或着150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。,二、物理、力学性能,（7）、疲劳强度 施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的
23、增大而增大。,二、物理、力学性能,9、弹性模量混凝土的弹性模量是用来表示混凝土的弹性或弹性变形能力的，弹性变形是指对材料施加荷载时变形立即出现，卸除荷载时变形立即消失的性质。混凝土在加荷时的变形不都是弹性变形，包括可逆的弹性变形和不可逆的残余变形。一般把加荷瞬时的变形看作弹性变形，持荷期间的变形看作徐变，两者很难严格区分，采用反复加荷、卸荷的方法可使徐变减少，测得弹性变形，在经过多次反复加荷、卸荷之后，其残余应变不会增加，而且在加荷应力不超过抗压强度的5060%时，混凝土的应力-应变大体上呈线性关系。,二、物理、力学性能,9、弹性模量根据在应力-应变曲线上的不同取值方法，混凝土的弹性模量可分为
24、三种：初始切线模量、切线模量、割线模量。初始切线模量是应力-应变曲线原点上切线的斜率，不易测准，实用性较小。切线模量是应力-应变曲线上任一点切线的斜率，仅适用于很小的荷载变化范围。割线模量是应力-应变曲线上任一点与原点的连接线的斜率，它表示所选择点的实际变形，并且较易测准，在工程上常被采用。C7.5C60混凝土的弹性模量在1.45-3.60104N/mm2之间，普通混凝土力学性能试验方法标准GB50081-2002提供了弹性模量的检测方法，标准中取0.4 fc（轴心抗压强度）为上限应力下的割线模量作为混凝土弹性模量（Ec）。,二、物理、力学性能,9、弹性模量混凝土弹性模量的影响因素主要有：骨料
25、性质、砂率、混凝土强度、含水率、养护方式等骨料性质：骨料级配良好、压碎指标值低、针片状颗粒含量少的骨料混凝土弹性模量大，骨料弹性模量越高，混凝土的弹性模量越大；砂率：砂率对弹性模量的影响类似于对强度的影响，存在一个最佳砂率的数值，这是因为砂率反应混凝土中粗细骨料的比例，即骨料的级配，砂率适中时，骨料的空隙率最小，骨架体系最稳定，有利于弹性模量的提高。,二、物理、力学性能,9、弹性模量浆骨比：浆骨比大的混凝土其弹性模量偏低。水胶比：水胶比越小，混凝土强度越高，而混凝土强度与其弹性模量成正比关系，混凝土强度越高，弹性模量越大；混凝土含水状态：潮湿状态下的混凝土弹性模量比干燥时的大；养护方式：蒸汽养
26、护混凝土的弹性模量比潮湿养护的约低10%。,二、物理、力学性能,定义：是指通过合理设计、结构和尺寸定型、材料选取和施工工艺等工程创造出来的一种特性。混凝土构筑物，若能在原定的环境应力作用下，仅用很少的维护便能保持所要求的使用性能便可称得上是耐久的。2000年欧盟和德国混凝土标准DINEN206,三、耐久性能,混凝土结构劣化破坏分类,1、磨蚀：机械磨耗、冲刷磨损、气蚀 2、物理作用：干湿交替、水的渗透、冻融、盐的结晶 3、化学作用：化学介质侵蚀（水解、软水、置换、硫酸盐）、AAR、CaO和MgO水化 4、钢筋锈蚀：碳化引起、Cl-引起,铁路工程混凝土结构耐久性设计暂规混凝土结构所处环境类别分为5
27、种环境类别、17种环境作用等级。(1)碳化环境(2)氯盐环境(3)化学侵蚀环境(4)冻融破坏环境(5)磨蚀环境。,混凝土结构劣化破坏原因分类,一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构,环境作用（第一阶段）（无可见损伤）1.侵蚀作用（冷热循环、干湿循环）2.荷载作用（循环荷载、冲击荷载）,由于微裂缝和孔隙连通起来，不透水性逐渐丧失,环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展）水的渗入O2、CO2渗入酸性离子（Cl-,SO4-)渗入,A：以下原因使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀B：混凝土强度与刚度降低,开裂、剥落与整体性丧失,混凝土受环境作用产生
28、劣化的“整体性”模型,1、抗渗性能 混凝土抵抗气体、液体、离子等通过混凝土结构本体的能力成为抗渗性。气体、液体可以渗入混凝土中的原因是混凝土浇注成型后混凝土内部还存在大量气泡、水分蒸发的通道以及混凝土在受力状态下产生的微裂缝，这些气泡、水分蒸发通道以及微裂缝在混凝土中连通的情况下就会给气体、液体等侵蚀介质形成通道，对混凝土造成危害。现代科学研究结果已经表明,影响混凝土耐久性的各种作用、各种作用危害的机理、影响因素和预防措施等,无一不与混凝土本身的渗透性有关。不管什么原因导致混凝土劣化,其共同的特点是混凝土中需要充足的水分和其他有害物质的侵入,所以说混凝土的抗渗性是耐久性的第一道防线。混凝土的抗
29、渗性能实际上包含有三方面的内容，抗水渗透性能、抗离子渗透性能和抗气体渗透性能。,三、耐久性能,1、抗渗性能检测方法混凝土抗渗性能有多种试验方法，有传统的水压力试验法，还有近年来越来越引起人们重视的抗氯离子渗透试验法，以及气体渗透性试验法等。（1）水压力法传统的水压力试验法又分为稳定流动法(constant flow method)、渗透深度法(depth of penetration method)和抗渗标号法。稳定流动法测量压力液体流过混凝土的流量、流速，适用于研究具有较高渗透性，例如强度不高、龄期不长的混凝土。用渗透系数表示抗渗性能。渗透深度法测量压力液体穿透混凝土的深度，适用于研究具有低
30、渗透性的混凝土。,三、耐久性能,1、抗渗性能我国普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法GB50082-2009标准采用抗渗标号反应混凝土的抗渗性。试验方法是采用6个高度为180mm的圆台形试件从0.1MPa开始施加水压，每隔8小时水压增加0.1MPa，直至6个试件中有3个被压力水穿透，停止试验，记录此时的水压力值。通过一个简单的线性换算关系，将停止试验时的水压力值换算成一个整数，这个整数即所谓混凝土的抗渗标号，可以认为抗渗标号法是渗透深度法的一种特例。该方法的特点是简单，适合工程上评价混凝土抗渗性能，但对于科学研究，该方法获得的数据太少。,三、耐久性能,1、抗渗性能（2）氯离子渗透试验法针对水胶
31、比小、强度高的高强混凝土及高性能混凝土，因为试件非常密实，导致水压力试验法费时、渗透深度小，计算易导致较大误差等现象，提出了氯离子渗透的试验方法。一般而言，抗氯化物渗透性好，往往就意味着抗水及抗气体渗透性好；反之亦然。并且抗氯离子渗透性能还能反映混凝土成分与氯离子的化学反应，最能直接反映混凝土的耐久性能。但氯离子渗透法对存在微裂缝或贯通裂缝的混凝土明显不适用。,三、耐久性能,1、抗渗性能（3）气体渗透法，测试方法是气体在密封条件下垂直渗透穿过圆柱体试件的端面，沿着高度方向的分压梯度就是气体渗透穿过试件的驱动力，最终的稳态扩散流动就取决于试件的孔结构和渗透性。试验过程中同时测定氧气和氮气的扩散流
32、量及试件两端的静态压力差。并利用在氮气中扩散流动的氧气分量来计算试件的渗透率。气体渗透试验精度高，但测试程序复杂，比较适合在现场测试，在我国应用相对较少，试验室测试以前两种为主。三种试验测试方法各有优缺点，不存在某种方法绝对强于另一种方法的说法。近年来，一项研究中同时进行水渗透性、氯化物渗透性、空气渗透性测试，然后分别讨论试验结果是一种趋势。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（1）、水灰比，水灰比的大小对混凝土抗渗性能起决定性作用。水灰比愈大，孔隙率愈大，水泥浆抗渗性愈差。当水胶比小于0.6时，毛细孔多属于封闭的；当水胶比大于0.6时，则连续性的毛细孔显著增加，渗透性也变大。水胶比从0.6增加
33、到0.63，渗透性将增大一倍。所以，一般混凝土的水胶比不应超过0.6。在水灰比相同的情况下，混凝土中的单方用水量决定了混凝土中孔隙的多少。相同水灰比的混凝土，单方用水量越大，早期（33.5d）自由收缩越大。日本有关规范规定，单方用水量为185175kg/m3的混凝土属于耐久性混凝土；单方用水量175kg/m3的混凝土属高耐久性的混凝土。（2）、骨料最大粒径，骨料最大粒径越大，抗渗性能越差，这是由于骨料和水泥浆界面处易产生裂缝和较大骨料下方易产生内泌水和形成空洞。（3）、蒸汽养护或混凝土早期干燥失水其抗渗性能均比潮湿养护的差。这主要是混凝土内部更容易产生微裂缝的原因。（4）、水泥，水泥细度越大，
34、水泥浆体孔隙率越小，强度越高，抗渗性越好。（5）、外加剂，可减小水灰比，改善抗渗性。（6）、掺合料，掺合料可提高混凝土的密实性，对抗渗性能有很大改善。（7）、龄期，随着水泥水化的深入，龄期越长，抗渗性能越好。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（2）水泥，足够的水泥用量可以保证混凝土中水泥砂浆的数量和质量，使混凝土获得良好的抗渗性。因此，抗渗混凝土的水泥用量最低不得小于320kgm3。在最小水泥用量已确定的前提下，灰砂比对抗渗性的影响更为直接，如灰砂比偏大（砂率偏低时），则由于砂子数量不足，水泥和水的含量多，混凝土往往出现不均匀及收缩大的现象，而使混凝土的抗渗性较差。如灰砂比偏小（砂率偏高时），
35、砂子数量过多，则拌合物缺乏粘结力，使混凝土的最终密实度同样不高。水泥细度减小、活性增加，使得水化反应加速、放热加剧、干燥收缩增加，最终导致混凝土温度收缩和干缩产生的裂纹增加。微裂纹和宏观裂纹的增加对混凝土的抗渗、耐久性能非常不利。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（3）掺合料粉煤灰、矿渣、硅灰等活性混合材掺入混凝土后，其活性成分与水泥中的氢氧化钙发生二次反应，生成强度更高、稳定性更好的水化硅酸钙凝胶，从而改善了混凝土中胶凝物质的组成，改善了水泥石的界面结构和界面区的性能，提高了混凝土的后期强度和抗渗性，尤其是提高混凝土抗氯离子渗透能力。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（4）外加剂减水剂掺入混
36、凝土后可使水泥颗粒分散，改善混凝土拌和物的和易性，减少拌和用水量，使硬化混凝土中毛细孔数量相应减少，提高混凝土的抗渗性和耐久性。掺入引气剂，不仅能有效地提高混凝土的抗冻能力，也能减少混凝土的渗透性。因为引气剂使混凝土拌和物泌水量降低30%40%，泌水通道的毛细管也相应减少。同时，大量微小气泡隔断或堵塞了混凝土毛细管渗水通道，改善了混凝土的孔结构，使混凝土抗渗能力提高，在混凝土中加入膨胀剂后，可在混凝土导入预压应力抵消或部分抵消由于收缩变形而产生的拉应力，从而提高了混凝土的抗裂性能。同时，膨胀剂在水化过程中生成了大量的钙矾石，堵塞了混凝土的毛细孔，抗渗性也随之提高。,三、耐久性能,影响抗渗性能的
37、因素（5）骨料最大粒径，骨料最大粒径越大，抗渗性能越差，混凝土中粗骨料的最大粒径不宜大于40mm。在混凝土中，骨料和水泥浆界面处易产生裂缝和较大骨料下方易产生内泌水和形成空洞，颗粒愈大则形成的缺陷愈大，对抗渗不利。根据试验资料，在配合比相同的条件下，混凝土的渗透性大致与粗骨料的最大粒径成正比。所以对抗渗混凝土的粗骨料最大粒径宜予以适当限制。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（6）砂率，混凝土中砂率不宜过大或过小。过大，会使骨料的总表面积及空隙率增大，降低混凝土的流动性，造成施工振捣不密实，影响抗渗性。砂率过小，则不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起到润滑和填充作用，也会降低混凝土的流动性，同时
38、还会使混凝土粘聚性、保水性变差，从而导致混凝土抗渗性降低。（7）龄期，随着水泥水化的深入，龄期越长，抗渗性能越好。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（8）养护条件与养护方式的影响首先，养护对混凝土的抗渗性极为重要。混凝土具有良好的组成，但也只有在良好的养护条件下才能充分发挥其防水作用，否则，由于养护不良也会大幅度降低其抗渗性。此外，温度和湿度是水泥水化的必要条件，新浇混凝土在潮湿环境中或水中硬化，不但总孔隙率降低，而且孔径也较小。这就增加了混凝土密实性，提高了混凝土的抗渗性。因此，经过长时间在潮湿环境中养护的混凝土抗渗性提高很多。蒸汽养护或混凝土早期干燥失水其抗渗性能均比潮湿养护的差。这主要是
39、混凝土内部更容易产生微裂缝的原因。,三、耐久性能,影响抗渗性能的因素（9）服役期间的工作环境使微裂纹扩展导致抗渗性能劣化对于混凝土结构而言,并非是仅仅满足了一些外加剂、掺合料及水灰比方面的要求,就能够保证耐久性能。这是因为混凝土在工作中要承受各种荷载和变形;混凝土在荷载、变形和气候作用下,微结构性能会逐步劣化,表面及内部产生微裂纹;,三、耐久性能,2、抗冻性能混凝土在负温下硬化并受冻的四种模式:（1）混凝土初龄受冻。新拌混凝土在浇筑后,初凝前或刚刚初凝立即受冻属于这种情况。基本上没有强度损失或损失最小。（2）混凝土幼龄受冻。新拌混凝土中水泥初凝后,强度未达到受冻临界强度前受冻,属于此种类型,这
40、种受冻可使后期强度损失20%40%。（3）混凝土临界强度上受冻，水泥水化产生的结构形成,已经等于或大于由于冰冻作用产生的结构破坏作用。强度可以损失或损失最多不超过5%,耐久性降低。（4）已硬化达到设计强度的混凝土受冻,即混凝土的抗冻性。,三、耐久性能,2、抗冻性能 抗冻性为混凝土在饱和水状态下遭受冰冻时抵抗冰冻破坏作用的性质。可用抗冻标号、混凝土耐久性指标或耐久性系数表示。GB50082-2009标准规定,抗冻标号以同时满足强度损失率不超过25%，重量损失率不超过5%时的最大循环次数来表示。混凝土耐久性指标是混凝土经受快速冻融循环，同时满足相对动弹性模量值不小于60%，和重量损失率不超过5%时
41、的最大循环次数表示。耐久性系数适用于快速冻融试验，用混凝土达到要求（冻融循环300次，或相对动弹性模量下降到60%以下，或重量损失率达到5%）时的冻融循环次数乘以此时的相对动弹性模量除以300的计算值表示。,三、耐久性能,3、耐久性能,影响抗冻性能的因素（1）、骨料，主要取决于骨料的吸水率和自身抗冻性。坚固密实的骨料，混凝土抗冻性好，粒径太大或扁平颗粒比例大的骨料，对抗冻性很不利，并且混凝土搅拌之前骨料的干湿状态对抗冻性有一定影响。（2）、水灰比和水泥用量，对混凝土抗冻性影响很大，规范对各种环境下的混凝土均限制了最大水灰比和最小水泥用量。普通硅酸盐水泥混凝土的抗冻性优于混合材水泥混凝土的抗冻性
42、。这是由于混合水泥需大量水所致。有研究表明水泥熟料中C3A的含量的增加会提高其混凝土的抗冻耐久性，但会降低混凝土抵抗盐冻能力。（3）、外加剂，防冻剂、减水剂、引气剂等外加剂可在一定程度上改善混凝土的抗冻性，其中以引气剂最为显著。,三、耐久性能,影响抗冻性能的因素（4）掺合料硅灰对混凝土抗冻性的影响目前观点不尽一致，随着矿渣掺量的增加，其混凝土的抗冻融性能愈差，粉煤灰的掺量和水灰比影响掺粉煤灰混凝土的孔结构，并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加，但随时间的延长，孔隙率会下降。（5）龄期，随着混凝土龄期的增加，抗冻性能得到提高，主要是因为水泥的不断水化使得可冻结水量减少，水中溶解盐浓度增加，冰点
43、随之降低以及混凝土强度的增高增加了混凝土抗冻能力。（6）混凝土的饱水状态，混凝土的冻害与其饱水程度有关。一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力,三、耐久性能,3、抗硫酸盐侵蚀性能硫酸盐侵蚀习惯上可分为外部侵蚀和内部侵蚀两种类型。外部硫酸盐侵蚀是指硫酸盐从外部环境通过毛细孔和裂缝扩散或渗透，进入混凝土微结构组织并发生反应。侵蚀介质中的硫酸盐扩散到混凝土内部并发生反应，这一阶段称为潜伏期；积累到一定程度之后，体积膨胀加速，当局部破坏程度很严重时，就会出现裂缝。固体盐并不侵蚀砼,但是盐溶液却能与硬化水泥浆发生化学反应。内部硫酸盐侵蚀发生的原因可能是由于在混凝土拌和物中存在过多
44、的硫酸盐，这些硫酸盐能潜在地由制备混凝土的所有原材料带进。因此，对于这种侵蚀形式，评估原材料中所有含硫化合物的数量和形式是很重要的。,三、耐久性能,三、耐久性能,三、耐久性能,3、抗硫酸盐侵蚀性能检测方法（1）水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法：水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法 标准规定了潜在膨胀性能试验方法和浸泡抗蚀性能试验方法两种试验方法，其中潜在膨胀性能试验方法（P法）适用于硅酸盐水泥及指定采用本方法的其他品种水泥。浸泡抗蚀性能试验方法（K法）适用于指定采用本方法的水泥。潜在膨胀性能试验方法（P法）是通过在水泥中外掺一定量的二水石膏，使水泥中的SO3总含量达到指定值，使得过量的SO42-直接与水泥中影响抗
45、硫酸盐性能的矿物反应产生膨胀，然后通过测量胶砂试体规定龄期的膨胀率来衡量水泥胶砂的潜在抗硫酸盐性能。试件尺寸为25mm25mm280mm。浸泡抗蚀性能试验方法（K法）是将水泥胶砂试体分别浸泡在规定浓度的硫酸盐侵蚀溶液和水中养护到规定龄期，以抗折强度之比确定抗硫酸盐侵蚀系数。试件尺寸为10mm10mm60mm。,三、耐久性能,3、抗硫酸盐侵蚀性能检测方法（2）混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法：GB50082-2009 标准.用于测定混凝土试件在干湿交替环境中以能够经受的最大干湿循环次数表示混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。试件尺寸为100mm100mm100mm立方体试件。,三、耐久性能,影响混凝土抗硫酸盐侵蚀
46、性能的因素（1）水泥品种一般认为如果混凝土中的硅酸三钙（C3S）含量过高，则会生成过多的氢氧化钙，易于受到硫酸盐的侵蚀生成石膏。如果混凝土中铝酸三钙（C3A）过多，则易于生成过多的钙矾石，在侵蚀环境下导致膨胀破坏。实际抗硫酸盐工程中主要依据规范来约束C3A的含量（一般为5%8%）。（2）掺合料的种类和掺量粉煤灰、矿渣等活性掺合料的合理掺入对于提高混凝土的抗硫酸盐性能有很大的帮助。掺量太多和太少都不利于完全发挥它的这种性能，应该存在合理掺量的选择问题；一般认为，掺入一级粉煤灰会改善抗硫酸盐侵蚀性能，掺量在25%左右时达到最佳效果。,三、耐久性能,影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的因素（3）配合比试验表
47、明，混凝土的强度越低，水灰比就越大，试件的孔隙率就越大，渗透性就越强，这不仅影响了混凝土本身的强度，而且更利于加速硫酸盐的侵蚀。因此合理选择提高配合比对于提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能是十分有利的。在侵蚀试验的初期，由于硫酸盐的侵蚀结晶充实了混凝土的孔隙，使得混凝土各个方面的性能都有所提高，这经过大量的试验得到了证实。,三、耐久性能,4、抑制碱骨料反应1、碱骨料反应的种类碱骨料反应有三种类型,最主要的是碱-硅酸反应,其次是碱-碳酸盐反应,再次是碱-硅酸盐反应。碱-硅酸反应(ASR)是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固体体积大于反应前的体积，而且有强烈的
48、吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力，导致混凝土开裂。能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中。碱骨科反应绝大多数为碱-硅酸反应。,三、耐久性能,4、抑制碱骨料反应1、碱骨料反应的种类碱-碳酸盐反应(ACR)，在泥质石灰质白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁物反应时，将其中白云石(MgCO3)转化为水镁石Mg(OH)2，水镁石晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。一般的碳酸岩、石灰石和白云石是非活性的，只有泥质石灰质白云石，才发生碱-碳酸盐反应。碱-硅
49、酸盐反应，它的膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多、能形成反应环的颗粒非常少、与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。与碱硅酸反应有一定区别，但目前多数学者认为这种反应仍是碱硅酸反应，因为其岩石中均含有玉髓、微晶石英等含活性氧化硅矿物。但由于这种反应膨胀进程缓慢，用常规检验碱硅酸反应的方法无法判断其活性。,三、耐久性能,三、耐久性能,三、耐久性能,4、抑制碱骨料反应碱骨料反应发生的条件混凝土工程发生碱骨料反应需要具有三个条件。首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。（1）由于骨料反应的活性不同，一般认为，在水泥含碱量高于0
50、.6时就会发生碱骨料反应。混凝土各种原材料成分中的碱，均可导致发生碱骨料反应对工程的损害。在混凝土中的碱含量有总碱含量与有效碱含量之区分。总碱含量是指混凝土中以各种形式存在的碱的总和，它包括固相和液相两部分。一般认为固相碱不参与碱-骨料反应。混凝土孔隙溶液中的碱以离子形式存在，它和活性骨料反应而导致碱-骨料反应破坏，称之为有效碱。,三、耐久性能,4、抑制碱骨料反应目前比较公认的有效碱计算方法如下：水泥中的碱包括总碱、可溶性碱和有效碱。水泥的总碱量并不能说明它对SiO2的活性，而有效碱含量则可作为水泥对SiO2的一个比较好的活性指标。但由于有效碱随可溶性碱量的不确定性变化较大，目前还没有能准确计
