教学课件第四章 水泥混凝土和砂浆.ppt

道路建筑材料道路建筑材料第四章第四章 水泥混凝土和砂浆水泥混凝土和砂浆【学习目标学习目标】 掌握普通混凝土组成材料的技术要求及评定方法；掌握普通混凝土组成材料的技术要求及评定方法； 掌握混凝土拌合物和易性概念及评定方法；掌握混凝土拌合物和易性概念及评定方法； 掌握混凝土抗压强度及强度等级的确定和评定方法；掌握混凝土抗压强度及强度等级的确定和评定方法； 掌握影响混凝土强度的主要因素；掌握影响混凝土强度的主要因素； 了解混凝土耐久性含义及其影响因素；了解混凝土耐久性含义及其影响因素； 掌握普通混凝土配合比设计方法；掌握普通混凝土配合比设计方法； 熟悉混凝土外加剂的种类、作用原理及应用；熟悉混凝土外加剂的种类、作用原理及应用； 了解其它品种混凝土的特性。了解其它品种混凝土的特性。4.1 4.1 混凝土概述混凝土概述 一、混凝土的定义一、混凝土的定义 以水泥为胶凝材料，与水和粗细骨料按适当的比例配合，拌以水泥为胶凝材料，与水和粗细骨料按适当的比例配合，拌制成拌合物，经浇筑、成型和硬化后得到的人造石材。制成拌合物，经浇筑、成型和硬化后得到的人造石材。 二、混凝土的特点二、混凝土的特点 1 1、优点优点 就地取材，比较经济；可塑性较好，方便浇筑；混凝土和钢就地取材，比较经济；可塑性较好，方便浇筑；混凝土和钢筋一起整体性较好；性能可以调整，可根据需要配置不同品种的筋一起整体性较好；性能可以调整，可根据需要配置不同品种的混凝土；高强耐久。混凝土；高强耐久。 2 2、缺点缺点 自重大，抗拉强度低，受力变形小，易开裂。自重大，抗拉强度低，受力变形小，易开裂。 工程应用举例：泵送混凝土工程应用举例：泵送混凝土4.2 4.2 普通水泥混凝土普通水泥混凝土水水水泥水泥粗集料粗集料起起骨架作用骨架作用，提高混凝土的抗压强度和耐久性，减少混凝土的变形。，提高混凝土的抗压强度和耐久性，减少混凝土的变形。 细集料细集料同上同上 外加剂外加剂改善混凝土工艺性能或力学性能，如减水剂、引气剂等。改善混凝土工艺性能或力学性能，如减水剂、引气剂等。 组成水泥浆。组成水泥浆。 凝结前，起粘结和润滑作用；硬化后，起胶结作用。凝结前，起粘结和润滑作用；硬化后，起胶结作用。一、普通水泥混凝土组成材料一、普通水泥混凝土组成材料（一）水泥（一）水泥 1 1、水泥品种的选择、水泥品种的选择 根据工程所处的气候和环境来选，参照表根据工程所处的气候和环境来选，参照表3-143-14及前一章所讲内容。及前一章所讲内容。 2 2、水泥强度等级、水泥强度等级 一般水泥的强度等级为混凝土强度的一般水泥的强度等级为混凝土强度的1.51.52.02.0倍；倍； 当配置高强混凝土时，水泥的强度等级为混凝土强度的当配置高强混凝土时，水泥的强度等级为混凝土强度的0.90.91.51.5倍，不得低于倍，不得低于0.8 0.8 。 应遵循的原则：应遵循的原则：高强混凝土选用高强水泥，低强混凝土选用低高强混凝土选用高强水泥，低强混凝土选用低强水泥。强水泥。水泥强度等级选择：水泥强度等级选择：过低：则要多加水泥，不经济，还会导致混凝土收缩过低：则要多加水泥，不经济，还会导致混凝土收缩率增大，水化热升高；率增大，水化热升高；过高：则水泥用量减少，但不能满足新拌混凝土的和过高：则水泥用量减少，但不能满足新拌混凝土的和易性（水泥浆少），导致密实度降低，从而导致混易性（水泥浆少），导致密实度降低，从而导致混凝土强度下降，耐久性变差。凝土强度下降，耐久性变差。混凝土和水泥强度等级匹配混凝土和水泥强度等级匹配 参考参考 表表4-14-1（二）细集料（二）细集料 粒径粒径4.75mm4.75mm的级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的的级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的天然砂（河砂、海砂、山砂），也可采用机制砂。天然砂（河砂、海砂、山砂），也可采用机制砂。 砂的质量要求：砂的质量要求： 1 1、有害杂质含量、有害杂质含量 （1 1）有机质）有机质 动植物腐殖质、腐殖土。会延缓水泥硬化过程，降低混凝土动植物腐殖质、腐殖土。会延缓水泥硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。强度，特别是早期强度。 消除方法：消除方法：可采用石灰水淘洗；或在拌合混凝土时，加少量可采用石灰水淘洗；或在拌合混凝土时，加少量消石灰；也可将砂在露天摊成薄层，经接触阳光和空气后，也可消石灰；也可将砂在露天摊成薄层，经接触阳光和空气后，也可消除有机质的不良影响。消除有机质的不良影响。（2 2）含泥量、泥块含量）含泥量、泥块含量含泥量：指天然砂中粒径含泥量：指天然砂中粒径0.075mm0.075mm的颗粒含量。的颗粒含量。泥块含量：指粒径泥块含量：指粒径1.18mm1.18mm，经水浸洗、手捏后变成，经水浸洗、手捏后变成0.6mm0.6mm的颗粒含量。的颗粒含量。 危害：将妨碍集料与水泥浆的粘结，从而影响混凝土的强度危害：将妨碍集料与水泥浆的粘结，从而影响混凝土的强度和耐久性。和耐久性。 （3 3）云母、轻物质含量）云母、轻物质含量 云母呈薄片状，极易沿节理开裂，与水泥石的粘附性差，云母呈薄片状，极易沿节理开裂，与水泥石的粘附性差，影响和易性及硬化后的抗冻性和抗渗性。影响和易性及硬化后的抗冻性和抗渗性。 轻物质：指表观密度轻物质：指表观密度2000kg/m2000kg/m3 3的颗粒，如煤等。的颗粒，如煤等。 （4 4）硫化物、硫酸盐含量）硫化物、硫酸盐含量 天然砂中常夹杂硫铁矿（天然砂中常夹杂硫铁矿（FeSFeS2 2）或者石膏的碎屑。）或者石膏的碎屑。 如果含量过多，将和已经硬化的水化铝酸钙发生反应，如果含量过多，将和已经硬化的水化铝酸钙发生反应，生成钙矾石，导致体积膨胀，安定性不良。生成钙矾石，导致体积膨胀，安定性不良。 2 2、坚固性、坚固性 指集料抵抗恶劣环境下发生体积变化从而导致混凝土性能指集料抵抗恶劣环境下发生体积变化从而导致混凝土性能劣化影响的能力。劣化影响的能力。 采用硫酸盐安定性方法检测：将砂样经采用硫酸盐安定性方法检测：将砂样经5 5次硫酸钠溶液循环次硫酸钠溶液循环后，质量损失率来表征，具体指标见表后，质量损失率来表征，具体指标见表4-54-5 。 3 3、表观密度、堆积密度、空隙率、表观密度、堆积密度、空隙率32500/akg m31400/kg m44%n 4 4、粗细程度和颗粒级配、粗细程度和颗粒级配 建设用砂建设用砂将砂划分为三个级配区，根据将砂划分为三个级配区，根据0.6mm0.6mm方孔筛上累方孔筛上累计筛余划分（参考表计筛余划分（参考表4-74-7）：）：区（偏粗砂）区（偏粗砂） ：内摩阻力较大，保水性差，粘聚性差，不：内摩阻力较大，保水性差，粘聚性差，不易捣实，采用粗砂时，易捣实，采用粗砂时，应适当增大砂率应适当增大砂率。区（中砂）：优先采用区（中砂）：优先采用区（偏细砂）：区（偏细砂）： 偏细，比表面积大，用水量大，对硬化后偏细，比表面积大，用水量大，对硬化后混凝土的强度和耐久性有影响，所以混凝土的强度和耐久性有影响，所以应适当减小砂率应适当减小砂率。注：砂率指砂占砂、石总质量的百分率。注：砂率指砂占砂、石总质量的百分率。卵石：河卵石、海卵石、山卵石卵石：河卵石、海卵石、山卵石碎石：经人工轧制，表面粗糙有棱角，强度高。碎石：经人工轧制，表面粗糙有棱角，强度高。建设用卵石、碎石建设用卵石、碎石将卵石、碎石分三类：将卵石、碎石分三类： 类：适用于类：适用于C60及以上混凝土及以上混凝土 类：适用于类：适用于C30C60混凝土混凝土 类：适用于类：适用于C30及以下混凝土及以下混凝土（三）粗集料（三）粗集料 指粒径指粒径4.75mm的碎石和卵石（砾石）。的碎石和卵石（砾石）。粗集料的质量要求：粗集料的质量要求： 1、有害杂质含量、有害杂质含量 危害同前，具体参考危害同前，具体参考 表表4-8 2、强度与坚固性、强度与坚固性 （1）强度）强度 为保证混凝土的强度要求，粗集料必须有足够的强度。为保证混凝土的强度要求，粗集料必须有足够的强度。 测强度两种方法：测强度两种方法： 岩石立方体抗压强度（适用于碎石）岩石立方体抗压强度（适用于碎石） 将岩石制成边长将岩石制成边长50mm的立方体（或直径和高均为的立方体（或直径和高均为50mm的圆柱体）试件，在水饱和状态下，测定其抗压强度。的圆柱体）试件，在水饱和状态下，测定其抗压强度。 一般岩石的抗压强度一般岩石的抗压强度混凝土抗压强度的混凝土抗压强度的1.5倍倍 压碎指标（碎石和卵石）压碎指标（碎石和卵石） 将一定质量（自然风干）下粒径将一定质量（自然风干）下粒径1020mm的石子装入标准圆的石子装入标准圆筒内，放在压力机上在筒内，放在压力机上在35min内均匀加压到内均匀加压到200KN，卸载后称，卸载后称取试样重取试样重m0，再用孔径为，再用孔径为2.5mm的筛子筛除被压碎的细粒，再的筛子筛除被压碎的细粒，再称在筛上的试样称在筛上的试样m1，压碎指标，压碎指标 ：a010100%ammm 压碎指标越小，表示粗骨料抵抗受压破坏的能力越强。压碎指标越小，表示粗骨料抵抗受压破坏的能力越强。 压碎指标值（压碎指标值（%）参见）参见 表表4-8（2）坚固性）坚固性 定义、检验方法同前面细集料。定义、检验方法同前面细集料。 具体指标参见具体指标参见 表表4-8 3、最大粒径及颗粒级配、最大粒径及颗粒级配 （1）最大粒径）最大粒径 骨料粒径越大，总表面积越小，包裹表面所需的水泥浆数量越骨料粒径越大，总表面积越小，包裹表面所需的水泥浆数量越少，水泥用量越少，水的用量相应减少，从而提高混凝土强度。少，水泥用量越少，水的用量相应减少，从而提高混凝土强度。 在条件允许的条件下，粒径越大越好，但不能超过允许值。在条件允许的条件下，粒径越大越好，但不能超过允许值。 规范规范规定：规定： 混凝土用粗集料最大粒径混凝土用粗集料最大粒径结构截面最小尺寸的结构截面最小尺寸的1/4 ， 且且 钢筋最小净距的钢筋最小净距的3/4； 混凝土实心板，最大粒径混凝土实心板，最大粒径 板厚的板厚的1/3，且，且40mm； 泵送混凝土：最大粒径泵送混凝土：最大粒径输送管径的输送管径的1/3 （碎石），（碎石）， 输送管输送管径的径的2/5 （卵石）。（卵石）。 （2）颗粒级配）颗粒级配 良好的级配，可减小空隙率，增强密实性，达到节约水泥，保良好的级配，可减小空隙率，增强密实性，达到节约水泥，保证混凝土和易性和强度的要求。证混凝土和易性和强度的要求。 可采用：可采用： 连续级配：拌合物和易性好，不易发生离析（保水连续级配：拌合物和易性好，不易发生离析（保水性好），应用广泛；性好），应用广泛； 连续粒级、单粒级配合使用。连续粒级、单粒级配合使用。4、颗粒形状及表面特征、颗粒形状及表面特征 （1）颗粒形状：）颗粒形状： 优先选择接近立方体形状，此时表面积较小，对混凝土流动性优先选择接近立方体形状，此时表面积较小，对混凝土流动性有利。有利。 不宜含有较多针状颗粒和片状颗粒，否则会影响新拌混凝土的不宜含有较多针状颗粒和片状颗粒，否则会影响新拌混凝土的和易性，且降低混凝土的强度。和易性，且降低混凝土的强度。 （2）表面特征：）表面特征： 优先选择表面粗糙且多棱角的颗粒优先选择表面粗糙且多棱角的颗粒，与水泥石的粘附性较好，但，与水泥石的粘附性较好，但会影响新拌混凝土的和易性。表面光滑的卵石与水泥石粘结能力较会影响新拌混凝土的和易性。表面光滑的卵石与水泥石粘结能力较差，但有利于新拌混凝土的和易性。差，但有利于新拌混凝土的和易性。 一般情况，一般情况，优先选择前者，混凝土的强度会比后者高优先选择前者，混凝土的强度会比后者高10%左右。左右。 5、碱活性检验、碱活性检验 骨料中含有活性成分（骨料中含有活性成分（SiO2），在潮湿或有水的环境中，与水泥），在潮湿或有水的环境中，与水泥中的碱（中的碱（Na2O、K2O）发生碱骨料反应，引起内部体积膨胀产生应）发生碱骨料反应，引起内部体积膨胀产生应力而开裂。力而开裂。 经碱集料反应试验后，有集料制备的试件应无裂缝、酥碎、胶体经碱集料反应试验后，有集料制备的试件应无裂缝、酥碎、胶体外溢等现象。在规定时间龄期内膨胀率外溢等现象。在规定时间龄期内膨胀率0.1%。（四）混凝土拌合及养护用水（四）混凝土拌合及养护用水 1 1、混凝土用水的质量要求、混凝土用水的质量要求不影响混凝土凝结和硬化；不影响混凝土凝结和硬化；无损于混凝土强度发展及耐久性；无损于混凝土强度发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力筋的脆断；不引起预应力筋的脆断；不污染混凝土表面。不污染混凝土表面。2 2、混凝土用水的选择、混凝土用水的选择饮用水饮用水宜用宜用地表水、地下水地表水、地下水含较多有机质和矿物盐类，含较多有机质和矿物盐类， 需检验后方可使用需检验后方可使用海水海水含较多硫酸盐和氯盐，影响混凝土耐久性，含较多硫酸盐和氯盐，影响混凝土耐久性， 加速钢筋锈蚀加速钢筋锈蚀工业废水工业废水经检验合格后方可采用经检验合格后方可采用生活污水生活污水水质复杂，不宜采用水质复杂，不宜采用混凝土拌合用水水质要求参考表混凝土拌合用水水质要求参考表4-104-10（五）混凝土外加剂（五）混凝土外加剂 掺入量一般掺入量一般水泥质量的水泥质量的5%5%，具体参考书本，具体参考书本140140页页（六）混凝土掺合料（六）混凝土掺合料 种类：种类： 1 1、粉煤灰、粉煤灰火山灰质材料火山灰质材料 作用：节约水泥和细骨料用量；减少用水量；改善混凝土拌合作用：节约水泥和细骨料用量；减少用水量；改善混凝土拌合物的和易性；减少水化热；提高抗渗能力等。但加入粉煤灰，会使物的和易性；减少水化热；提高抗渗能力等。但加入粉煤灰，会使混凝土抗冻性降低。混凝土抗冻性降低。 2 2、矿渣粉（粒化高炉矿渣）、矿渣粉（粒化高炉矿渣） 作用：改善混凝土的工作性、延缓凝结时间、提高强度、改善作用：改善混凝土的工作性、延缓凝结时间、提高强度、改善耐久性，降低成本、保护环境等。耐久性，降低成本、保护环境等。二、普通水泥混凝土的技术性质二、普通水泥混凝土的技术性质新拌混凝土拌合物的工作性（和易性）新拌混凝土拌合物的工作性（和易性）硬化后混凝土的力学性质：强度、变形硬化后混凝土的力学性质：强度、变形混凝土的耐久性混凝土的耐久性 （一）新拌混凝土拌合物的和易性（一）新拌混凝土拌合物的和易性 1、新拌混凝土和易性、新拌混凝土和易性 定义：指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运定义：指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇筑、振捣）且成型后质量均匀、密实的性质。输、浇筑、振捣）且成型后质量均匀、密实的性质。 和易性是一项综合性技术指标，反映施工操作难和易性是一项综合性技术指标，反映施工操作难易程度和抵抗离析作用程度的性质。易程度和抵抗离析作用程度的性质。 和易性包括三方面的含义：和易性包括三方面的含义：流动性流动性粘聚性粘聚性保水性保水性 （1 1）流动性）流动性 指混凝土拌合物在自身重力或机械振动作用下指混凝土拌合物在自身重力或机械振动作用下易于流易于流动、易于输送、易于均匀密实充满混凝土模板动、易于输送、易于均匀密实充满混凝土模板的性质。的性质。 流动性的大小反映混凝土拌合物的稀稠，直接影响浇流动性的大小反映混凝土拌合物的稀稠，直接影响浇捣施工的难易和混凝土的质量，对强度有较大影响。捣施工的难易和混凝土的质量，对强度有较大影响。（2 2）粘聚性）粘聚性 指混凝土拌合物在施工过程中指混凝土拌合物在施工过程中保持其整体均匀保持其整体均匀一致一致的能力。的能力。 粘聚性好，可保证混凝土拌合物在输送、浇灌粘聚性好，可保证混凝土拌合物在输送、浇灌、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀，后混凝土内部结构均匀，对强度和耐久性有较大影对强度和耐久性有较大影响响。 （3 3）保水性）保水性 指混凝土拌合物在施工过程中指混凝土拌合物在施工过程中保持水分不析出保持水分不析出的能力。的能力。 保水性好，可保证混凝土拌合物在输送、成型及凝结过程中，保水性好，可保证混凝土拌合物在输送、成型及凝结过程中，不发生大的或严重泌水；不发生大的或严重泌水； 保水性差，水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通保水性差，水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土密度降低，从而降低混凝土的强度和耐久性。道，使混凝土密度降低，从而降低混凝土的强度和耐久性。 三者之间相互关联又相互矛盾：粘聚性好，保水性三者之间相互关联又相互矛盾：粘聚性好，保水性 也好；但流动性好，粘聚性和保水性会下降。所以，要也好；但流动性好，粘聚性和保水性会下降。所以，要结合混凝土强度和耐久性要求合理选用。结合混凝土强度和耐久性要求合理选用。 2 2、和易性的测定、和易性的测定 （1 1）坍落度试验）坍落度试验 将拌合好的混合料，分三层装入坍落度筒，每层捣将拌合好的混合料，分三层装入坍落度筒，每层捣实实2525次，装满刮平后，将筒垂直提起。新拌混凝土在自次，装满刮平后，将筒垂直提起。新拌混凝土在自重作用下的坍落高度重作用下的坍落高度H H（mmmm）即为坍落度。）即为坍落度。 一般一般以测定流动性为主，辅以粘聚性和保水性的观以测定流动性为主，辅以粘聚性和保水性的观察察，来判断新拌混凝土的和易性是否满足工程需要。，来判断新拌混凝土的和易性是否满足工程需要。 粘聚性观测粘聚性观测：用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面：用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，如椎体渐渐整体下沉，则表示粘聚性良好轻轻敲打，如椎体渐渐整体下沉，则表示粘聚性良好，若出现崩裂或离析现象，则表示粘聚性不佳。，若出现崩裂或离析现象，则表示粘聚性不佳。 保水性观测保水性观测：若新拌混凝土失浆而骨料外露，或：若新拌混凝土失浆而骨料外露，或较多稀浆自椎体底部流出，表示保水性不良。较多稀浆自椎体底部流出，表示保水性不良。坍落度试验坍落度试验 （2）维勃稠度试验）维勃稠度试验 将坍落度筒放在直径将坍落度筒放在直径240mm，高为，高为200mm的圆筒中，圆筒的圆筒中，圆筒安装在专用的振动台上，按坍落度试验方法将新拌混凝土装于坍安装在专用的振动台上，按坍落度试验方法将新拌混凝土装于坍落度筒中，小心垂直提起坍落度筒，在新拌混凝土顶上置一透明落度筒中，小心垂直提起坍落度筒，在新拌混凝土顶上置一透明圆盘，开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面布满圆盘，开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面布满水泥浆的瞬间所经历的时间，即为新拌混凝土的维勃稠度值，以水泥浆的瞬间所经历的时间，即为新拌混凝土的维勃稠度值，以s计。计。 维勃稠度试验适用于测定维勃稠度试验适用于测定干硬性混凝土干硬性混凝土的和易性。的和易性。 干硬性混凝土为坍落度小于干硬性混凝土为坍落度小于10mm的混凝土即可称之为干硬性的混凝土即可称之为干硬性混凝土混凝土 。一般用于市政道路工程中，如飞机场跑道。一般用于市政道路工程中，如飞机场跑道 。维勃稠度仪维勃稠度仪 3、新拌混凝土和易性的选择、新拌混凝土和易性的选择 原则上，在保证能振捣密实和不妨碍施工原则上，在保证能振捣密实和不妨碍施工操作的前提下，尽量采用小坍落度，以节约水操作的前提下，尽量采用小坍落度，以节约水泥并获得高质量混凝土。泥并获得高质量混凝土。 不同结构类别坍落度的选择见表不同结构类别坍落度的选择见表4-11 桥梁墩台、少筋结构宜选择坍落度小的；桥梁墩台、少筋结构宜选择坍落度小的； 配筋密，断面高而窄的钢筋混凝土选择坍落度大的配筋密，断面高而窄的钢筋混凝土选择坍落度大的。4、影响和易性的因素、影响和易性的因素 （1）水泥品种：不同品种的水泥，达到标准稠度的用水泥品种：不同品种的水泥，达到标准稠度的用水量不同，所以制成的拌合物流动性也不同。水量不同，所以制成的拌合物流动性也不同。 如：普通水泥如：普通水泥流动性和保水性较好；流动性和保水性较好； 矿渣水泥矿渣水泥流动性大，但粘聚性差，易泌水；流动性大，但粘聚性差，易泌水； 火山灰水泥火山灰水泥需水量大，在相同的用水量下，流需水量大，在相同的用水量下，流动性差，但粘聚性和保水性较好。动性差，但粘聚性和保水性较好。（2）集料特征）集料特征 增大粒径增大粒径，可使总表面积降低，水量不变的，可使总表面积降低，水量不变的情况下，流动性会增加；情况下，流动性会增加； 形状上形状上，选择棱角少的，流动性大，但棱角，选择棱角少的，流动性大，但棱角多的，粘附性好；多的，粘附性好； 级配良好级配良好，空隙率降低，水泥浆不变的条件，空隙率降低，水泥浆不变的条件下，包裹在骨料表面的水泥浆较厚，和易性好。下，包裹在骨料表面的水泥浆较厚，和易性好。（3）水泥浆的数量）水泥浆的数量 流动性主要看单位体积拌合物的水泥浆数量，流动性主要看单位体积拌合物的水泥浆数量，水泥水泥浆越多，流动性越大，但水泥浆过多，又会使粘聚性浆越多，流动性越大，但水泥浆过多，又会使粘聚性变差，导致混凝土强度和耐久性降低，且水泥用量也变差，导致混凝土强度和耐久性降低，且水泥用量也大。大。 所以，水泥浆的用量应以满足流动性和强度要求为所以，水泥浆的用量应以满足流动性和强度要求为主，综合考虑。主，综合考虑。（4）水灰比的影响）水灰比的影响 水灰比水灰比W/C，反映水泥浆的稠度。，反映水泥浆的稠度。 若水泥用量不变，若水泥用量不变， W/C减小，则水泥浆越稠，流减小，则水泥浆越稠，流动性越小，施工难；若动性越小，施工难；若W/C增大，则水泥浆越稀，增大，则水泥浆越稀，流动性提高，但粘聚性和保水性降低，强度和耐久流动性提高，但粘聚性和保水性降低，强度和耐久性降低。性降低。 所以，水灰比所以，水灰比W/C不能太小，但一定不能过大。不能太小，但一定不能过大。 普通混凝土最大水灰比参考普通混凝土最大水灰比参考 表表 4-19（5）单位体积用水量）单位体积用水量mW （kg/m3） 单位体积用水量单位体积用水量mW越大，流动性变大，易使混凝越大，流动性变大，易使混凝土拌合物产生分层、泌水的现象，硬化后产生较大的土拌合物产生分层、泌水的现象，硬化后产生较大的孔隙，强度耐久性降低。孔隙，强度耐久性降低。 所以，所以，在保证流动性、强度和耐久性的条件下，尽在保证流动性、强度和耐久性的条件下，尽可能减小单位用水量可能减小单位用水量mW 。 混凝土单位用水量混凝土单位用水量 参考参考 表表4-20 和和 表表4-21s 指指砂占砂、石总质量的百分率砂占砂、石总质量的百分率。 由图由图4-3可知，可知，W/C一定的条件下，砂率有一个最佳范围，使一定的条件下，砂率有一个最佳范围，使得流动性最好，得到的坍落度最大。得流动性最好，得到的坍落度最大。 砂率过小砂率过小：砂浆数量不足，砂浆：砂浆数量不足，砂浆在骨料间的润滑作用减小，流动性降在骨料间的润滑作用减小，流动性降低，粘聚性和保水性降低，易产生离低，粘聚性和保水性降低，易产生离析和流浆现象；析和流浆现象； 砂率过大砂率过大：骨料总表面积增大，：骨料总表面积增大，在水量不变的条件下，流动性降低。在水量不变的条件下，流动性降低。（6）砂率）砂率 （7）外加剂与掺合料）外加剂与掺合料 外加剂如减水剂、引气剂等，均可改善新拌混凝土和易性；外加剂如减水剂、引气剂等，均可改善新拌混凝土和易性； 掺合料如粉煤灰、矿粉等，也可改善新拌混凝土的和易性。掺合料如粉煤灰、矿粉等，也可改善新拌混凝土的和易性。 （8）时间和温度）时间和温度 时间越长，新拌混凝土变得干稠，部分水分会蒸发或被骨料时间越长，新拌混凝土变得干稠，部分水分会蒸发或被骨料吸收；吸收； 温度越高，水分蒸发，坍落度值减少，流动性降低。温度越高，水分蒸发，坍落度值减少，流动性降低。（二）硬化后混凝土的强度（二）硬化后混凝土的强度 混凝土的强度指承受荷载或抵抗各种作用力的能力。混凝土的强度指承受荷载或抵抗各种作用力的能力。 包括：包括：立方体抗压强度立方体抗压强度抗弯拉强度抗弯拉强度轴心抗压强度轴心抗压强度抗拉强度抗拉强度cucfcptsffffcuf 150mm立方体试块，标准养护条件（立方体试块，标准养护条件（202，相对湿，相对湿度度90%以上），养护以上），养护28d，按标准方法测得的抗压强度。，按标准方法测得的抗压强度。()cuFfMPaA 若采用的是其他尺寸的试块，则应换算成标准尺寸的强度：若采用的是其他尺寸的试块，则应换算成标准尺寸的强度： 若边长是若边长是100mm的立方体试块，则测得的抗压强度的立方体试块，则测得的抗压强度0.95 若边长是若边长是200mm的立方体试块，则测得的抗压强度的立方体试块，则测得的抗压强度1.05 具体参考表具体参考表4-12 试件尺寸其及强度换算系数试件尺寸其及强度换算系数1、强度、强度（1）混凝土立方体抗压强度）混凝土立方体抗压强度 （2）立方体抗压强度标准值）立方体抗压强度标准值,cu kf 划分混凝土强度等级的依据划分混凝土强度等级的依据 按标准的制作和养护的边长按标准的制作和养护的边长150mm的立方体试件，在的立方体试件，在28d龄龄期，按标准测定方法测得的期，按标准测定方法测得的具有具有95%保证率的抗压强度保证率的抗压强度。 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定：混凝土强度等级应根据混凝规定：混凝土强度等级应根据混凝土立方体抗压强度标准值土立方体抗压强度标准值 来确定。来确定。 表示方法：表示方法：C+立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值 强度等级：强度等级：C15，C20，C25，C30, C75，C80共十四共十四个等级。个等级。,cu kf（3）抗弯拉强度（抗折强度）抗弯拉强度（抗折强度）cff 道路路面或机场道路用水泥混凝土，以抗弯拉强度道路路面或机场道路用水泥混凝土，以抗弯拉强度为主要强度指标。为主要强度指标。 试验方法：用试验方法：用150mm150mm550mm的棱柱的棱柱体试件，在标准条件下，养护体试件，在标准条件下，养护28d，按三分点加荷方，按三分点加荷方式，测定其抗弯拉强度：式，测定其抗弯拉强度：2()cfFLfMPabh图图 4-4 抗弯拉试验装置抗弯拉试验装置 （尺寸单位：（尺寸单位：mm）（4）轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）cpf 结构设计的依据结构设计的依据 采用采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标的棱柱体作为标准试件，高宽比为准试件，高宽比为2，使混凝土试件抗压强度的受力状，使混凝土试件抗压强度的受力状态更接近工程实际状态。态更接近工程实际状态。(0.7 0.8)cpcpcuFfAff（5）混凝土立方体劈裂抗拉强度（抗拉强度）混凝土立方体劈裂抗拉强度（抗拉强度）tsf 在钢筋混凝土结构中，往在钢筋混凝土结构中，往往不考虑混凝土抗拉强度，往不考虑混凝土抗拉强度，但在结构但在结构抗裂验算抗裂验算时，就应时，就应考虑。考虑。 采用劈裂抗拉强度法间接采用劈裂抗拉强度法间接测得混凝土的抗拉强度。测得混凝土的抗拉强度。2、影响混凝土强度的因素、影响混凝土强度的因素 （1）水泥强度和水灰比）水泥强度和水灰比 水泥强度等级越高，对骨料的胶结力越强，混凝土的水泥强度等级越高，对骨料的胶结力越强，混凝土的强度越高。强度越高。 当水泥用量一定的前提下，当水泥用量一定的前提下，W/C越小，水泥浆与骨料越小，水泥浆与骨料粘结力越高，混凝土的强度越高粘结力越高，混凝土的强度越高，但过小会影响和易性降低，但过小会影响和易性降低，不易被捣实密实，甚至出现蜂窝、孔洞，反而使强度降低，不易被捣实密实，甚至出现蜂窝、孔洞，反而使强度降低。一般一般W/C在在0.40.8之间。之间。混凝土强度与水泥强度、混凝土强度与水泥强度、W/C之间的关系：之间的关系： 经验公式：经验公式：(/)cuacebffC W 其中：其中：,cecce kff（2）集料特征）集料特征 骨料强度越高，级配良好，砂率适当，骨料强度越高，级配良好，砂率适当，表面粗糙、有棱角表面粗糙、有棱角，所配制的混凝土强度，所配制的混凝土强度越高，但会影响到流动性。越高，但会影响到流动性。 所以，在保证一定流动性的前提下，尽所以，在保证一定流动性的前提下，尽量选强度高的骨料。量选强度高的骨料。（3）浆集比（浆骨比）浆集比（浆骨比） 指水泥浆的体积与集料体积比值，反映水泥浆的数量。指水泥浆的体积与集料体积比值，反映水泥浆的数量。 存在最优浆集比，使混凝土强度最高（同水灰比）。存在最优浆集比，使混凝土强度最高（同水灰比）。 浆集比太小，和易性变差，不易捣实，出浆集比太小，和易性变差，不易捣实，出现蜂窝等，密度降低，强度降低。现蜂窝等，密度降低，强度降低。浆集比太大，水泥浆用量大，强度降低。浆集比太大，水泥浆用量大，强度降低。 （4）养护条件）养护条件 参考图参考图 4-5 和和 图图 4-6 养护温度升高，水泥水化速度快，强度发展高；养护温度升高，水泥水化速度快，强度发展高； 养护湿度越大，水泥水化越充分，强度越高；若养护湿度越大，水泥水化越充分，强度越高；若湿度降低，易形成干缩裂缝，易渗水，耐久性变差。湿度降低，易形成干缩裂缝，易渗水，耐久性变差。 通常，室温条件下养护（通常，室温条件下养护（202），保持一定的），保持一定的湿度，湿度，12h内应覆盖土工布，防止水分蒸发，一般浇水内应覆盖土工布，防止水分蒸发，一般浇水保湿保湿7d。（5）龄期）龄期 参考参考 图图 4-7 龄期越长，强度越高，一般龄期越长，强度越高，一般28d达到设计强度规定达到设计强度规定的数值。的数值。 混凝土强度与龄期的对数大致成正比：混凝土强度与龄期的对数大致成正比：.,28lglg28cu ncunff.cu nfn天龄期混凝土的抗压强度。天龄期混凝土的抗压强度。（6）试验条件）试验条件 试件尺寸试件尺寸 尺寸越小，测得的强度越大；尺寸越小，测得的强度越大； 尺寸越大，内部孔隙、缺陷等出现的几率也越大，尺寸越大，内部孔隙、缺陷等出现的几率也越大，导致有效受力面积减小，强度也降低。导致有效受力面积减小，强度也降低。 试件形状试件形状 h/b变大，变大，环箍效应环箍效应降低，导致抗压强度降低。降低，导致抗压强度降低。 加荷速度加荷速度 加荷速度越快，测得的混凝土强度越大。加荷速度越快，测得的混凝土强度越大。 统一规定的加荷速度：统一规定的加荷速度：0.30.8MPa/s3、提高混凝土强度的措施、提高混凝土强度的措施 （1）采用高强混凝土或早强型水泥；）采用高强混凝土或早强型水泥； （2）采用低水灰比和浆集比；）采用低水灰比和浆集比； （3）采用蒸汽养护、蒸压养护；）采用蒸汽养护、蒸压养护； （4）掺外加剂，如早强剂、减水剂等；）掺外加剂，如早强剂、减水剂等； （5）采用机械搅拌和振捣。）采用机械搅拌和振捣。（三）混凝土的变形性能（三）混凝土的变形性能非荷载作用：混凝土化学收缩、干湿变形、温度变形非荷载作用：混凝土化学收缩、干湿变形、温度变形荷载作用：短期荷载作用下的变形；荷载作用：短期荷载作用下的变形； 长期荷载作用下的变形（徐变）长期荷载作用下的变形（徐变） 1、非荷载作用下的变形、非荷载作用下的变形 （1）化学收缩）化学收缩 水泥水化生成物体积比反应前总体积小，因为生成物平均密度水泥水化生成物体积比反应前总体积小，因为生成物平均密度大。大。 化学收缩很小，对混凝土结构没有破坏作用，但会导致混凝土化学收缩很小，对混凝土结构没有破坏作用，但会导致混凝土内部可能产生细微裂缝。内部可能产生细微裂缝。 （2）干湿变形）干湿变形 干缩干缩危害较大危害较大，导致混凝土表面出现裂缝，严重影响混凝，导致混凝土表面出现裂缝，严重影响混凝土耐久性。土耐久性。 湿胀湿胀在水中（或潮湿环境中）硬化产生轻微膨胀，无破在水中（或潮湿环境中）硬化产生轻微膨胀，无破坏作用。坏作用。 水灰比越小，水泥用量越少，骨料用量越多，骨料越粗，养护水灰比越小，水泥用量越少，骨料用量越多，骨料越粗，养护温度、湿度越大，则干缩越小。温度、湿度越大，则干缩越小。（3）温度变形）温度变形 混凝土具有热胀冷缩的性能。混凝土具有热胀冷缩的性能。 混凝土的温度线膨胀系数（混凝土的温度线膨胀系数（11.5）10-5/，即温度每升，即温度每升高高1，每米混凝土膨胀（，每米混凝土膨胀（11.5）10-5 m0.010.015mm。 温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利，易温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利，易使混凝土产生温度裂缝。使混凝土产生温度裂缝。 防治措施防治措施：采用低水化热水泥；减少水泥用量；加：采用低水化热水泥；减少水泥用量；加缓凝剂；采取人工降温；若为较长的钢筋混凝土结构，可缓凝剂；采取人工降温；若为较长的钢筋混凝土结构，可每隔一定的长度设置伸缩缝，或设纵向防裂钢筋。每隔一定的长度设置伸缩缝，或设纵向防裂钢筋。2、荷载作用下的变形、荷载作用下的变形（1）短期荷载作用下的变形）短期荷载作用下的变形 混凝土混凝土弹塑性变形体弹塑性变形体 混凝土的混凝土的弹性模量弹性模量Ec表示混凝土表示混凝土 抵抗弹性变形的能力。抵抗弹性变形的能力。 在计算钢筋混凝土结构变形、裂在计算钢筋混凝土结构变形、裂 缝宽度时，需要用到弹性模量。缝宽度时，需要用到弹性模量。 在路桥工程中，通常取在路桥工程中，通常取 时的割线斜率作为混凝土的弹性模量。时的割线斜率作为混凝土的弹性模量。maxmax40%50% 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量Ec越大，说明混凝土抵抗变形的能力越大，说明混凝土抵抗变形的能力越强。越强。 影响混凝土弹性模量影响混凝土弹性模量Ec大小的因素：大小的因素： （1）混凝土强度等级越高，弹性模量越大；）混凝土强度等级越高，弹性模量越大； （2）骨料含量越多，弹性模量越大；）骨料含量越多，弹性模量越大； （3）W/C越小，养护越好，龄期越长，弹性模量越大。越小，养护越好，龄期越长，弹性模量越大。 弹性变形弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力撤销后，材料变形：材料在外力作用下产生变形，当外力撤销后，材料变形即可消失并即可消失并能完全恢复原来形状能完全恢复原来形状的变形称为弹性变形。的变形称为弹性变形。 塑性变形塑性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力撤销后，材料变形：材料在外力作用下产生变形，当外力撤销后，材料变形不能恢复原来形状不能恢复原来形状的的变形称为塑性变形。的的变形称为塑性变形。 （2）在长期荷载作用下的变形）在长期荷载作用下的变形徐变徐变 混凝土在长期荷载作用下，沿受力方向，随时间而增加的混凝土在长期荷载作用下，沿受力方向，随时间而增加的塑性变形称徐变。塑性变形称徐变。 徐变在初期增长较快，徐变在初期增长较快，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。 徐变产生的原因：水泥石徐变产生的原因：水泥石中凝胶体在长期荷载作用下中凝胶体在长期荷载作用下产生粘性流动，使凝胶孔中产生粘性流动，使凝胶孔中的水向毛细孔迁移的结果。的水向毛细孔迁移的结果。 影响徐变的因素：影响徐变的因素： （1）W/C越小，徐变越小；越小，徐变越小； （2） W/C相同的混凝土，相同的混凝土，W越少，越少，C越少，徐变越少，徐变越小；越小； （3）骨料越坚硬，养护时湿度越高，养护龄期越）骨料越坚硬，养护时湿度越高，养护龄期越长，徐变越小；长，徐变越小； （4）所受应力越小，徐变越小；）所受应力越小，徐变越小； （5）弹性模量）弹性模量Ec越大，徐变越小。越大，徐变越小。（四）混凝土的耐久性（四）混凝土的耐久性 混凝土抵抗自身因素和环境介质作用并长期保混凝土抵抗自身因素和环境介质作用并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力称混凝土的结构安全、正常使用的能力称混凝土的耐久性耐久性。 主要包括：抗渗性、抗冻性、耐磨性、抗侵蚀主要包括：抗渗性、抗冻性、耐磨性、抗侵蚀性、抗碱骨料反应、抗碳化性及混凝土中钢筋锈蚀性、抗碱骨料反应、抗碳化性及混凝土中钢筋锈蚀等性能。等性能。1、抗冻性、抗冻性 指混凝土在饱和水状态下，能经受多次