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1、第二节 普通混凝土的主要技术性质,一、砼拌合物的和易性二、普通混凝土的强度 三、普通混凝土的变形性能四、普通混凝土的耐久性,新拌混凝土的性能,和易性塑性收缩凝结时间水化热与温度,新拌混凝土的性能,硬化混凝土的性能,混凝土拌和物的和易性：流动性 粘聚性 保水性塑性收缩等,混凝土微结构：密实性 均匀性,运输、浇灌和振捣,硬化混凝土性能：强度fc 弹性模量Ec 徐变 耐久性,多组分、多物相组成的混凝土，其组成均匀、结构密实与其拌合物的和易性密切有关；组成均匀、结构密实的混凝土才能满足土木工程所要求的性能和质量。,一、混凝土拌合物的和易性,1、和易性的含义,和易性：混凝土拌合物便于各种施工工序操作，并
2、能获得均匀、密实混凝土的一种综合性能，包括：,流动性：,指混凝土拌合物在自重或施工机械振捣作用下产生流动，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。,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
3、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。,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。,坍落度试验,标准圆锥筒,200mm,100mm,300mm,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
4、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,坍落度,直尺,坍落扩展度,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
5、落度测量结果即可判断混凝土拌和物和易性是否合格。,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,坍落度的选择,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。,砼拌合物和易性实验设备,3、影响和易性的因素：,1）、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。）,2）、水泥浆的稠度（亦即水灰比）：,规律：,在水泥用量一定的情况
6、下，水灰比愈小，水泥浆的稠度愈大，拌合物的流动性愈小。1、2归结为单位体积用水量对拌合物的影响。,3）、砂率：,合理砂率：,是指在用水量及水泥用量定时，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。,规律：,4）、水泥品种和骨料的性质,5）、外加剂,6）、温度与时间,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。,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)、
7、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、砼拌合物和易性的调整原则：,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。,二、普通混凝土的强度,混凝土是常用的结构材料强度是其最重要的技术性质,在混凝土的抗压、抗拉、抗剪、抗弯等 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
8、孔隙和裂缝发生了延伸、相连和扩大。,1、砼立方体抗压强度,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）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”,砼强度检验用实验设备,不同尺寸砼立方体试件抗压强度换算系数,100mm试件换算系数为0.95 200mm试件换算系数为1.05,2、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f
9、cu.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。,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：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14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
10、的含义,不同等级混凝土的应用,C15 用于垫层，受力较小的面层等。,C20、C25、C30、C35 用于中、小型构件。,C40、C45、C50、C55、C60 用于中、大型构件。,4、混凝土的轴心抗压强度fcp,（1）轴心抗压强度试验用标准试件尺寸：,150 x150 x300mm,（2）fcp与fcu间的换算关系：,fcp=0.70.8fcu,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：,6、混凝土的抗折强度,（1）标准试件尺寸：,150 x150 x600（550）mm,道路路面或
11、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：,混凝土抗折强度试模：,混凝土抗折强度试验,7、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=0.53 B=0.20,卵石：,A=0.49 B=0.13,2）集料的种类、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,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
12、养护。,3：龄期n不小于3,（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,8、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,三、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,（1）化学收缩,（2）塑性收缩,（4）温度变形,（3）干湿变形,2、荷载作用下的变形,
13、（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,（2）弹性模量（初始切线模量、任意点的切线模量、割线模量）,（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,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,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
14、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环境条件,C、混凝土耐久性危机,美国大量混凝土路面受冻融循环侵蚀很快发生剥落,美国等国家大量混凝土桥面板、路面、停车场和港口设施受侵蚀破坏,D、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；,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,E、
15、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。,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,F、混凝土耐久性主要指标：,（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）渗透作用的能力。,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
16、密实,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。,分为五个等级：,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,4、提高混凝土抗渗性的主要措施：,减少拌和水用量；,加入减水剂等外加剂；,采用质量良好、级配良好的骨料；,充分振捣，加强养护。,（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
17、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,构筑物的什么位置最易受损?,北方气候混凝土路面、桥面板、挡土墙,2、抗冻指标：,以抗冻等级表示,以28d 龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以抗压强度损失不超过25，且质量损失不超过5时所能承受的最大循环次数来确定。,(三)抗侵蚀性,受侵蚀的若干形式,硫酸盐侵蚀,酸性物质对混凝土产生腐蚀,钢筋的锈蚀,铁锈导致混凝土开裂与剥落,在水工结构混凝土中的空蚀,其它如磨蚀、冲蚀等,(四)混凝土的碳化,1、混凝土碳化的含义：,水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2，在湿度相宜时
18、发生化学反应，生成H2O和CaCO3，使混凝土的碱性降低（也称“中性化”）的现象。,2、影响碳化的因素：,（1）环境中二氧化碳的浓度,（2）水泥品种,（3）水灰比,（4）环境湿度,相对湿度在5075时，碳化速度最快；相对湿度小于25或大于100时，碳化将停止。,3、碳化及其对混凝土性质的影响,Ca(OH)2+C02+nH20CaC03+(n+1)H2O,三方面：,(1)混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用.,(2)混凝土收缩显著增加,(3)混凝土抗压强度有所提高,(五)碱骨料反应,(Alkali-Aggregate.Reaction简称AAR),1、碱骨料反应的概念：,是指混凝土中所含的碱
19、（Na2O或K2O）与骨料的活性成分（活性SiO2），在混凝土硬化后潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应生成复杂的碱硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂的现象。,Na20+SiO2+n H2ONa20.Si02nH2O,特点：,反应慢潜在危害大无法修复,被称为砼的癌症,2、碱骨料反应发生的必备条件：,(1)水泥中含碱量（K20+Na2O）0.6(折算成Na2O)；,(2)砂、石骨料中夹杂有非晶质的活性二氧化硅矿物,(3)有水存在。,3、预防碱骨料反应的措施,(1)采用含碱量小于0.6的水泥(2)在水泥中掺加火山灰质混合材料，如沸石岩、粉煤灰、火山灰等(3)加强骨料生产的质量控制(4)适当掺入引气型外加剂,提高混凝土耐久性的途径,(1)合理选择水泥品种和强度等级(2)选用品质良好的骨料 如骨料的坚固性、有害杂质含量、级配等都应考虑。(3)提高混凝土的密实度(4)改善混凝土的孔隙特征以减少大的开孔(5)采用机械施工以保证搅拌均匀、振捣密实，同时加强养护，特别是早期养护。,
