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1、第六章 混凝土,内容：6.1 普通混凝土的组成材料 水泥 骨料 混凝土拌合及养护用水 外加剂及掺合料 6.2 普通混凝土的主要技术性质 6.3 普通混凝土的配合比设计和质量控制 6.4 其他品种混凝土 复习思考题,6.2 普通混凝土的主要技术性质,6.2.1 混凝土拌合物（新拌混凝土）的性能一.新拌混凝土的和易性1、和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于各工序(搅拌、运输、浇注、捣实)施工操作，并获得质量均匀、成型密实的混凝土性能。和易性是一项综合的技术指标，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。,混凝土的主要技术性质包括混凝土拌合物的和易性、硬化混凝土的强度及耐久性。混凝土在未凝结硬化以
2、前，称为混凝土拌合物或称新拌混凝土，相对“硬化混凝土”而言。,流动性：混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性：混凝土各组成材料间具有一定粘聚力，在运输和浇注过程中不致产生分层和离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。保水性：混凝土拌和物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重泌水现象。,混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性之间互相联系又存在矛盾。所谓拌合物的和易性良好，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，即使矛盾得到统一。,2、和易性的测定方法 目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。根据我国现行标准普通混凝
3、土拌合物性能试验方法(GB/T50080-2002)，用坍落度和维勃稠度测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。,评定和易性好坏，主要以测定流动性指标为主，辅以观察其粘聚性、保水性。,（1）坍落度试验将混凝土拌合物分三层装入标准坍落度筒中，每层插捣25次并装满刮平。垂直向上将筒提起，混凝土拌合物由于自重将会向下坍落。量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差（以mm计），即为坍落度。坍落度越大，表示混凝土拌合物的流动性越大。,在进行坍落度试验的同时，应观察混凝土拌合物的粘聚性、保水性，以便全面地评定混凝土拌合物的和易性。,实验步骤1、按比例配出拌和材料，将它们倒在拌板上并
4、用铁锹拌匀，再将中间扒一凹洼，边加水边进行拌和，直至拌和均匀。2、用湿布将拌板及坍落度筒内外擦净、润滑，并将筒顶部加上漏斗，放在拌板上。用双脚踩紧踏板，使其位置固定。3、用小铲将拌好的拌和物分三层均匀的装入筒内，每层装入高度在插捣后大致为筒高的三分之一。顶层装料时，应使拌和物高出筒顶。插捣过程中，如试样沉落到低于筒口，则应随时添加，以便自始至终保持高于筒顶。每装一层分别用捣棒插捣25次，插捣应在全部面积上进行，沿螺旋线由边缘渐向中心。在筒边插捣时，捣棒应稍有倾斜，然后垂直插捣中心部分。每层插捣时应捣至下层表面为止。4、插捣完毕后卸下漏斗，将多余的拌和物用镘刀刮去，使之与筒顶面齐平，筒周围拌板上
5、的杂物必须刮净、清除。5、将坍落度筒小心平稳地垂直向上提起，不得歪斜，提离过程约510s内完成，将筒放在拌和物试体一旁，量出坍落后拌和物试体最高点与筒的高度差（以mm为单位，读数精确至5mm），即为该拌和物的坍落度。从开始装料到提起坍落度筒的整个过程在150s内完成。6、当坍落度筒提离后，如试件发生崩坍或一边剪坏现象，则应重新取样进行试验。如第二次仍然出现这种现象，则表示该拌和物和易性不好，应予记录备案。7、测定坍落度后，观察拌和物的下述性质，并记录。,粘聚性的评定方法：用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下沉,则表示粘聚性良好；如果锥体倒塌，部分崩裂或出现离析现象,则表示粘聚性
6、不好。保水性的评定方法：坍落度筒提起后，如有较多稀浆从底部析出（淌浆），锥体部分混凝土拌合物也因失浆而骨料外露，则表明混凝土拌合物保水性能不好；无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示保水性良好。,坍落度越大，一般表示其流动性越大，但也许因其粘聚性差。,（2）维勃稠度试验对坍落度值小于10的干硬性混凝土，采用维勃稠度试验。在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法装满拌合物，提起坍落度筒，在拌合物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，当水泥浆完全布满透明圆盘底面的瞬间，记下秒表的秒数，称为维勃稠度。,混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小，可分为四级：超干硬性：31 s特干硬性：3021 s干硬
7、 性：2011 s半干硬性：105 s,3.流动性(坍落度)的选择根据坍落度的不同，可将混凝土拌合物分为：低塑性混凝土(坍落度值为1040 mm)塑性混凝土(坍落度值为4090mm)流动性混凝土(坍落度值为90150mm)大流动性混凝土(坍落度值150mm)。坍落度试验适用于骨料最大粒径不大于37.5mm，坍落度值不小于10mm的塑性混凝土拌和物；坍落度值小于10mm的干硬性混凝土拌和物应采用维勃稠度法测定。当构件截面较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选大些；反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣时，坍落度可选择小些。,根据混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-
8、2002）的规定，混凝土浇筑时的坍落度宜按下表选用。混凝土浇筑时的坍落度,流动性(坍落度)的选择,该表是采用机械振捣的坍落度，采用人工捣实时可适当增大。当施工工艺采用混凝土泵送混凝土拌合物时，则要求混凝土拌合物具有高流动性，其坍落度通常在80-180mm。,4、影响和易性的主要因素,（1）水泥浆的用量,（2）水泥浆的稠度,（3）砂率,（4）组成材料的品种及性质,（5）外加剂,（6）时间及温度,4、影响和易性的主要因素（1）水泥浆的数量在混凝土拌合物中，水泥浆包裹骨料表面，填充骨料空隙，使骨料润滑，提高混合料的流动性；在水灰比不变的情况下，单位体积混合物内，随水泥浆的增多，混合物的流动性增大。若
9、水泥浆过多，超过骨料表面的包裹限度，就会出现流浆现象，这既浪费水泥又降低混凝土的性能；如水泥浆过少，达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的，使粘聚性变差，流动性低，不仅产生崩塌现象，还会使混凝土的强度和耐久性降低。混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜。,（2）水泥浆的稠度（有时写作：水灰比W/C或灰水比C/W）水灰比，是指单位砼用水量与水泥用量的质量比，以W/C表示。水泥浆的稀稠，取决于水灰比的大小。水灰比小，水泥浆稠，拌合物流动性就小，会使施工困难，混凝土拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。水灰比不能过
10、大或过小，依据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。,4、影响和易性的主要因素,无论是水泥浆的多少或是水泥浆的稀稠，实际上都反映了用水量是对混凝土拌合物流动性起决定性作用的因素。因为在一定条件下，要使混凝土拌合物获得一定的流动性，所需的单位用水量基本上是一个定值。单纯加大用水量会降低混凝土的强度和耐久性，因此，对混凝土拌合物流动性的调整，应在保持水灰比不变的条件下，以改变水泥浆量的方法来调整，使其满足施工要求。,（3）砂率定义混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使骨料的总表面积及空隙率都会发生变化。水泥砂浆在砼拌和物中起润滑作用，可以减少粗集料颗粒之间的摩阻力，所以在一定砂率范围内
11、，随着砂率的增加，润滑作用也明显增加，提高了混凝土拌和物的流动性。但砂率过大，即石子用量过少，砂子用量过多，此时集料的总表面积过大，在水泥浆量不变的情况下，水泥浆量相对少了，减弱了水泥浆的润滑作用，导致混凝土拌和物的流动性降低。如果砂率过小，即石子用量过大，砂子用量过少时，水泥砂浆的数量不足以包裹石子表面，在石子之间没有足够的砂浆层，减弱了水泥砂浆的润滑作用，不但会降低混凝土拌和物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易产生离析现象。,4、影响和易性的主要因素,因此，砂率既不能过大，也不能过小，应有一个合理砂率值。当砂率适宜时，砂不但填满石子间的空隙，而且还能保证粗骨料间有一定厚度的砂浆
12、层以减小粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土拌和物有较好的流动性且能保持粘聚性和保水性良好，这个适宜的砂率称为合理砂率。合理砂率可通过试验、计算、查表等方法确定。,图4-7 砂率与坍落度的关系 图：砂率与水泥用量的关系（水与水泥用量一定）（达到相同的坍落度）,（4）组成材料的品种及性质水泥品种，集料种类、形状和级配等，都对混凝土拌合物的和易性有一定影响。需水量大的水泥拌合物，其物流动性小。如普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰的和易性好。在相同用水量条件下，集料表面光滑、少棱角、形状较圆的卵石所拌制的拌合物流动性较碎石的大。,4、影响和易性的主要因素,（5）外加剂 在拌制混凝土时，加入少量的外加剂能使
13、混凝土拌和物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性，不仅流动性显著增加，而且有效地改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性。,4、影响和易性的主要因素,（6）时间及温度 拌合后的混凝土拌合物，随时间延长而逐渐变得干稠，流动性减小，原因是一部分水供水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸发以及混凝土凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。拌合物的和易性也受温度的影响。因为环境温度的升高，水分蒸发及水化反应加快，坍落度损失也变快。因此施工中为保证一定的和易性，必须注意环境温度的变化，并采取相应的措施。,4、影响和易性的主要因素,（1）改善砂、石的级配（特别是石子的级配），也有利于砼质量的提高
14、，但要增加备料工作；（2）尽量采用较粗大的砂、石；（3）尽可能降低砂率，通过试验采用合理砂率；有利于提高砼质量和节约水泥；（4）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。（5）混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，适当增加水泥浆用量，当坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石用量；（6）掺外加剂或掺合料；,5、改善和易性的主要措施,二、新拌砼的凝结时间（了解）新拌混凝土的凝结时间通常是用贯入阻力法进行测定的。仪器：贯入阻力仪方法：先用5mm筛孔的筛从拌合物中筛取砂浆，按一定方法装入规定的容器中，然后每隔一定时间测定砂浆贯入到一定深度时的贯入阻力。贯入阻
15、力达到3.5MPa和28.0MPa的时间，分别是新拌混凝土的初凝和终凝时间。这是从实用角度人为划分的，实际上，贯入阻力达到3.5MPa时，混凝土还没有抗压强度，初凝时间表示的是新拌混凝土正常地搅拌、浇注和捣实的极限；贯入阻力达到8.0MPa时，抗压强度约为0.7MPa，终凝时间表示混凝土力学强度开始快速发展。,三、塑性收缩（裂缝）和塑性沉降（裂缝）1、塑性收缩 新拌混凝土在浇注完成后，如果所处环境较干燥，混凝土的表面会较快地蒸发失水，当新拌混凝土的泌水速度低于水分的蒸发速度时，混凝土的表面会由于干燥产生塑性收缩，这时，混凝土的抗拉强度几乎为0，极易形成塑性收缩裂缝。因此，混凝土在浇注完成后，应
16、特别注意表面的保湿养护，防止塑性收缩开裂。收缩裂缝的特点：不规则地出现于表层，通常不连贯，中间宽，两边渐细，且很少发展至边缘，严重时裂缝也能互相连通。如有钢筋，裂缝形式会有所变化。防治这种裂缝关键是搞好混凝土的早期养护。调整混凝土的配合比，特别是掺引气剂有助于减少收缩裂缝。处理：对这种裂缝的修补处理通常为涂刷水泥浆或低粘度聚合物，封堵裂缝防止水分侵入。,2、塑性沉降新拌混凝土由于泌水会产生沉降，当混凝土的浇注深度较大时，顶部的混凝土会产生较大的沉降，这种沉降称为塑性沉降。塑性沉降受到阻碍时，例如钢筋，则会产生塑性沉降裂缝。塑性沉降裂缝：此类裂缝发生于施工后不久，混凝土浇筑后会产生沉降，当混凝土
17、开始凝结时，如遇到钢筋或横向板连接螺栓等物阻止这种沉降，会产生裂缝，这种裂缝称为塑性沉陷裂缝。这种现象常发生在混凝土柱或其他窄长构件的边角部位。预防措施：可调整混凝土的配合比或掺用外加剂改善混凝土和易性，以避免产生这种裂缝。当裂缝刚出现，可立即重新振捣上部混凝土以消除。若混凝土已硬化，应采用封堵裂缝修补措施，保护钢筋。事实上，当混凝土刚出现裂缝，而尚未硬化时立即重新振捣效果更好。,6.2.2 混凝土的强度,混凝土的力学性质是判断硬化后混凝土质量的重要标准，包括强度和变形。强度是混凝土最重要的力学性质。混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切，通常混凝土的强度越大，其刚度、不透水性、抗风化及耐蚀性也
18、越高，通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。,混凝土的强度包括：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度及与钢筋的粘结强度等。但主要是抗压强度、抗拉强度。,一.混凝土立方体抗压强度按照普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)，制作150mml50mml50mm的标准立方体试件，在标准条件（温度202，相对湿度95%以上）下，养护到28d龄期，所测得抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示，可按下式计算：当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：,二、混凝土立方体抗压强度标准值 及强度等级,按照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
19、试验方法测定的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%（即具有95%保证率的抗压强度）以N/mm2（即Mpa）计，以fcu，k表示。立方体抗压强度标准值是划分混凝土强度等级的依据。采用符号C（英文concrete）表示。分为：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75和C80等14个强度等级。,方法：随机取样（具代表性）1、以3个试件为一组；连续抽n组(n25组，每组3块）；作成标准试件，在标准条件下养护。2、测每组（3块）的抗压强度fcu，取其代表值：比如3块强度：18、16、15，若最大、最小值与中间值之差不大于
20、中间值的0.15倍，则取三值平均值；若有一值超出，则取中间值；若二值均超出，视为无效。3、得到n个代表值，按从大到小排序。若100个强度代表值，当n=95，代表值为20.1Mpa,则fcu,k=20.1Mpa,其强度等级C20。,三、混凝土轴心抗压强度混凝土的立方体抗压强度fcu用来评定强度等级，但它不能直接用来作为设计的依据。因为实际工程中钢筋混凝土构件形式大部分是棱柱形或圆柱形。在钢筋混凝土结构计算中，采用混凝土轴心抗压强度fck作为设计的依据。轴心抗压强度fck立方体抗压强度fcu。试验表明：在立方体抗压强度fcu=10-55Mpa的范围内，fck。,现行国家标准（GB/T5008120
21、02）规定，采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，测定其轴心抗压强度。混凝土的轴心抗压强度可按下式计算：,四、混凝土的抗拉强度,混凝土抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/101/20，且随着混凝土强度等级的提高，这个比值有所降低。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强度对开裂现象有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂强度的重要指标。有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。,现行国家标准（GB/T500812002）规定，采用边长150mm的立方体作为标准试件，在立方体试件（或圆柱体）中心平面内用圆弧为垫条施加两个方向相反、均匀分布的压应力，当压力增大
22、至一定程度时试件就沿此平面劈裂破坏，这样测得的强度称为劈裂抗拉强度。混凝土的劈裂抗拉强度（fts）可按下式计算：,五、影响混凝土抗压强度的主要因素,普通混凝土受力破坏一般出现在骨料和水泥石的界面上，即常见的粘结面破坏的形式。另外，当水泥石强度较低时，水泥石本身破坏也是常见的破坏形式。所以，混凝土强度主要取决于水泥石强度和骨料与水泥石间的粘结强度。而水泥石强度和粘结面强度又取决于水泥的实际强度、水灰比及骨料性质，也受施工质量、养护条件及龄期的影响。,1、组成材料和配合比2、养护条件3、试验条件,（1）水泥实际强度与水灰比 水泥实际强度和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素。水灰比不变时，水泥实际强
23、度越高，则硬化水泥石强度越大，对骨料的胶结力也就越强，配制成的混凝土强度也就愈高。水泥实际强度相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度愈高。但水灰比过小，拌和物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，反将导致混凝土强度严重下降。,1、组成材料和配合比,图4.11 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系（）强度与水灰比的关系；（）强度与灰水比的关系,混凝土强度经验公式：根据工程实践经验，可建立混凝土强度与水泥实际强度及灰水比等因素之间的线性经验公式（又称鲍罗米公式）：式中：fcu混凝土立方体抗压强度，Mpa；a、b粗骨料回归系数(根
24、据工程所使用的水泥和粗、细骨料通过试验建立的灰水比与混凝土强度关系式来确定。若无上述试验统计资料，可按普通混凝土配合比计规程JGJ55-2000，提供的a，b系统取用，对于碎石混凝土a0.46，b0.07；对于卵石混凝土a0.48，b0.33)；C/W灰水比；,注意：鲍罗米公式仅适用于C60以下的混凝土。,fce水泥28d抗压强度实测值，Mpa。在无法取得水泥实测强度时，可用下式计算：式中：fce,g水泥强度等级值，Mpa；c水泥强度等级值的富余系数，该值各地可按水泥品种、产地、等级统计得出。fce值也可根据3d强度或快测强度推定28d强度,（2）骨料的影响骨料的表面状况影响水泥石与骨料的粘结
25、，从而影响混凝土的强度。碎石表面粗糙，粘结力较大；卵石表面光滑，粘结力较小。因此，在配合比相同的条件下，碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高。特别是在水灰比较低（0.4)时，差异较明显。骨料的最大粒径对混凝土的强度也有影响，骨料的最大粒径愈大，混凝土的强度愈小，特别是对水灰比较低的中强和高强混凝土，骨料最大粒径的影响十分明显。如图4-12所示。,（3）外加剂和掺合料在混凝土中掺入外加剂，可使混凝土获得早强和高强性能，混凝土中掺入早强剂，可显著提高早期强度；掺入减水剂可大幅度减少拌合用水量，在较低的水灰比下，混凝土仍能较好地成型密实，获得很高的28d强度。在混凝土中加入掺合料，可提高水泥石的密实
26、度，改善水泥石与骨料的界面粘结强度，提高混凝土的长期强度。因此，在混凝土中掺入高效减水剂和掺合料是制备高强和高性能混凝土必需的技术措施。,2、养护条件养护的温度和湿度龄期（养护时间）,龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护的条件下，混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展，最初714天内强度发展较快，以后逐渐变缓，28天达到设计强度。28天后强度仍在发展，其增长过程可延续数十年之久。,3、试验条件对混凝土强度的影响 试件尺寸 相同配合比的混凝土，试件的尺寸越小，测得的强度越高，反之亦然。试件尺寸影响的主要原因是：试件尺寸大时，内部孔隙、缺陷等出现的机率也越大，导致有效受力面积的减小
27、及应力集中，从而引起强度的降低。我国标准规定采用150mm150mm150mm的立方体试件作为标准试件，当采用非标准的其它尺寸试件时，所测得的抗压强度应乘以下表的换算系数。,混凝土试件不同尺寸的强度换算系数表,试件的形状 当试件受压面积(aa)相同，高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。原因：环箍效应这是由于试件受压时，试件受压面与试件承压板之间的摩擦力，对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用，该约束有利于强度的提高。愈接近试件的端面，这种约束作用就愈大，在距端面大约 的范围以外，约束作才消失。试件破坏后，其上下部分各呈现一个较完整的棱柱体，这就是这种约束作用的结果。通常称这
28、种作用为环箍效应。,图：混凝土受压试验,图：混凝土试件受压的环箍效应,表面状态 试件表面有、无润滑剂，其对应的破坏形式不一，所测强度值大小不同。当试件受压面上有油脂类润滑剂时，试件受压时的环箍效应大大减小，试件将出现直裂破坏，测出的强度值也较低。加荷速度 加荷速度较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加，所测强度值偏高。当加荷速度超过1.0Mpa/s时，这种趋势更加显著。我国标准规定混凝土抗压强度的加荷速度为0.30.8MPa/s，且应连续均匀地加荷。,提高混凝土强度的主要措施：,1.在混凝土配合比相同的情况下，采用高强度等级水泥，混凝土强度越高。采用早强型水泥可提高混凝土的早期强度，有利于加快施工进度。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.采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；5.采用湿热处理养护混凝土。(1)、蒸汽养护：将混凝土放在温度低于1000C的常压蒸汽中进行养护。一般混凝土经过1620h蒸汽养护，其强度可达正常条件下养护28d强度的7080。(2)、蒸压养护：将静停810h的混凝土构件放在温度1750C、0.8MPa的蒸压锅中进行养护。6.掺入外加剂、掺合料。,
