建筑材料与检测教案模块三---单元三---混凝土技术性质——力学性质+耐久性.doc

建筑材料与检测课程教案模块三 普通混凝土及其性能检测单元三 混凝土的技术性质二、硬化混凝土的强度1、强度（1）立方体抗压强度标准值和强度等级立方体抗压强度 ( fcu ) 标准方法制作、标准试件（边长为150mm 的立方体试件）、标准养护条件(温度20±2，相对湿度为95以上的标准养护室中养护，或在温度为20±2的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护、规定龄期（28d）、标准方法测定其抗压强度值，以 fcu表示。 非标准尺寸试件，强度按照尺寸折算系数见下表表4-24 试件尺寸换算系数 混凝土强度等级试件尺寸(mm)换算系数C60100×100×1000.95150×150×1501.00200×200×2001.05C60150×150×1501.00100×100×100尺寸折算系数由实验确定，其试件数量不应少于30对组。200×200×200 立方体抗压强度标准值( fcu，k )按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得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保证率的抗压强度值)，单位：MPa，以 fcu，k 表示。 强度等级 根据立方体抗压强度标准值来确定的。(GB/T 501072010)规定：普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为 C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等15个等级。 C10用做混凝土垫层。 C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构，当前C7.5已很少采用。 C20C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构。 C25C30用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等。（5）C40C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于2530层高层建筑。 C50C60用于 3060层以上高层建筑。 C60C80用于高层建筑，采用高强混凝土。 C80C120采用超高强混凝土用于高层建筑。（2）( fc f )抗折强度衡量道路路面或机场道面用水泥混凝土的强度，抗压强度为参考强度。以标准操作方法制备成150mm×l50mm×550mm的梁形试件，在标准条件下，经养护28d后，按三分点加荷方式测定的混凝土抗折强度()，以MPa计。 （3）轴心抗压强度()轴心抗压强度用于计算钢筋混凝土结构中的轴心受压构件的强度。采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为测定轴心抗压强度的标准试件，轴心抗压强度()，计算 (4) 劈裂抗拉强度()混凝土是一种脆性材料，直接受拉时，很小的变形就会产生脆性破坏。(5) 影响混凝土强度的因素(1) 材料性质及其组成水泥的强度混凝土的配合比相同，水泥强度越高，水泥石的强度及其与骨料的粘结力越大，混凝土强度越高。结论混凝土强度与水泥强度成正比例关系。水灰比水灰比越小，水泥石强度及与骨料的粘结强度愈大，混凝土强度越高。结论混凝土的强度与灰水比呈直线关系。 图4-15 混凝土的抗压强度与水灰比的关系 图4-16 混凝土的抗压强度与灰水比的关系 粗骨料的特征 碎石表面粗糙，与水泥石粘结力较大；而卵石表面光滑，与水泥石的粘结力较小。当水灰比小于0.4时，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度约高38%。 鲍罗米经验式 集浆比 水灰比一定，水泥浆量增加，拌和物流动性增大，混凝土易于成型，强度提高。但浆体过多，混凝土易产生较大的收缩，形成较多孔隙，混凝土强度降低。(2) 施工条件机械搅拌比人工搅拌的拌和物更均匀、更密实；强制式搅拌机又比自由落体式搅拌机效果更好。 (3) 养护条件 温度的影响440范围内，养护温度提高，水泥溶解、水化和硬化加快，混凝土早期强度提高。0以下时，混凝土中水将结冰，水化反应停止，混凝土强度停止增长，且孔隙内水分结冰体积膨胀(约9%)，对孔壁产生相当大的膨胀压力，导致混凝土已获得的强度受到损失，严重时会引起混凝土的崩溃。结论混凝土冻结时间愈早，强度损失越大，所以在冬季施工时要特别注意保温养护。 湿度的影响湿度水泥能否正常水化的必要条件。湿度不够，混凝土会失水干燥，甚至停止水化。自然养护(自然条件下养护)养护的湿度随气温变化。普通水泥浇水保湿应不少于7d；矿渣水泥和火山灰水泥或在施工中掺用减水剂时不少于14d；矾土水泥不得少于3d；有抗渗要求的混凝土不少于14d。 龄期的影响 龄期自加水搅拌开始，混凝土所经历的时间，按天或小时计。在正常条件下养护，混凝土的强度随龄期增长而提高。 强度增长速度基本规律矿渣水泥7d的强度约为28d的42%54%，普通水泥7d强度约为28d的58%65%，但28d以后两种水泥强度的增长基本相同。(4) 试验条件的影响 试件的形状：高宽比越大，抗压强度越小。试件的尺寸：配合比相同时，试件尺寸越小，混凝土强度越高。试件表面状态：表面光滑平整，压力值较小；当试件表面有油脂类润滑剂时，测得的强度值明显降低。加荷速度：加荷速度越快，强度测值越大；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。图4-21 压力机压板对试件的约束作用图4-22 试件破坏后残存的棱柱体图4-23 不受压板约束时试件的破坏情况（6）提高混凝土强度的措施 采用高强度等级水泥和早期型水泥 采用水灰比较小、用水量较少的干硬性混凝土。 采用质量合格、级配良好的碎石及合理砂率。 掺加外加剂和掺合料 改进施工工艺，提高混凝土的密实度降低水灰比，采用机械振捣的方式，增加混凝土的密实度，提高混凝土强度。 采用湿热处理常压蒸汽养护(蒸养)：将浇筑完毕的混凝土构件经 13h 预养后，在90%以上的相对湿度、60以上的饱和水蒸汽中进行的养护。高压蒸汽养护(压蒸)：将浇筑好的混凝土构件静停810h后，放入蒸压釜内，通入高温、高压(175和8个大气压)饱和蒸汽进行的养护。2、变形（1）非荷载作用下的变形 沉降收缩又称塑性收缩固体颗粒下沉，表面产生泌水而使混凝土的体积减小，其收缩值约为1%。 化学收缩图424 混凝土的湿涨干缩变形水化产物的体积比反应前物质的总体积(包括水的体积)减小的收缩。化学收缩不能恢复，收缩值随龄期增长而增加，40d以后渐趋稳定，但收缩率一般很小(在4100×10-6mm/mm左右)，在限制应力下不会对结构物产生破坏作用，但会在混凝土内部产生微细裂缝。 干湿变形干湿变形混凝土最常见的非荷载变形，主要是干缩湿胀。设计中，通常采用混凝土的线收缩值为1.5×10-32.0×10-4。 碳化收缩碳化收缩水化生成物氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生反应，使混凝土体积减小的收缩。碳化收缩会使混凝土表面产生微细裂缝。 温度变形混凝土的温度变形表现为热胀冷缩，其温度膨胀系数为(10×10-5mm/mm·)。纵长的钢筋混凝土结构，每隔一段距离设置一道长度伸缩缝，或采取在结构物中设置温度钢筋以减少温度变形。（2）荷载作用变形 弹塑性变形与弹性模量混凝土在荷载作用下，其变形模量随应力的增加而减小。混凝土骨料和水泥石的弹性模量关系为：水泥石混凝土骨料。骨料含量较多、水泥石的水灰比较小、养护较好、龄期较长时，混凝土的弹性模量就较大。 徐变在长期荷载作用下，随时间而增长的塑性变形称为徐变，也称蠕变。混凝土的变形与荷载作用时间的关系如图4-26所示。结论混凝土无论是受压、受拉或受弯时，均有徐变现象。且徐变量随着力作用时间的延长会不断增大。三、混凝土的耐久性指混凝土在使用条件下抵抗周围环境各种因素长期作用的能力。耐久性主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、耐磨性和抗碱骨料反应等。1、抗冻性（1）含义混凝土在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用仍能保持外观的完整性，强度也不严重降低的性能。（2）表示抗冻标号（3）测定方法快冻实验、慢冻实验法慢冻实验法以标准养护28d龄期的混凝土标准试件，饱水后，在-15+20条件下进行冻融循环（冻4小时，融4小时），以同时满足强度损失不超过25%、质量损失不超过5%时的最大冻融循环次数来表示。混凝土的抗冻标号有：D20、D25、D50、D100、D150、D200、大于D200等级。抗冻等级等于或大于D50级的混凝土称为抗冻混凝土。（4）影响因素混凝土结构不密实、孔隙率大、连通的开口孔多，抗冻性差。2、抗掺性（1）含义混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。（2）表示抗渗等级。以28天龄期的标准试件，按标准试验方法试验，以试件所能承受的最大静水压力来确定。混凝土的抗渗等级共有P4、P6、P8、P10、P12五个等级。3、抗侵蚀性当混凝土所处环境中含有酸、碱、盐等侵蚀性介质时，混凝土便会遭受侵蚀。实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，抗侵蚀性较强。4、混凝土的碳化（1）含义在一定湿度条件下，混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生化学反应，也称中性化。（2）碳化对混凝土性质的影响降低了混凝土的碱度，减弱了对钢筋的保护作用。增加了混凝土的收缩，使混凝土表面产生微细裂缝，降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。增加了混凝土的密实度。产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，提高混凝土的抗压强度。（3）影响碳化速度因素二氧化碳浓度：浓度高(如铸造车间)，碳化速度快；环境湿度。当环境中的相对湿度在5075时，碳化速度最快，当相对湿度小于25或在水中时碳化将停止；水灰比。水灰比小的混凝土较密实，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就减慢；掺混合材的水泥碱度较低，碳化速度随混合材料掺量的增多而加快。（4）减少碳化作用的措施 在钢筋混凝土结构中采用适当的保护层，使碳化深度在建筑物设计年限内达不到钢筋表面。 根据工程所处环境及使用条件，合理选择水泥品种。 使用减水剂，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度。 采用水灰比小，单位水泥用量较大的混凝土配合比。 加强施工质量控制，加强养护，保证振捣质量，减少或避免混凝土出现蜂窝等质量事故。 在混凝土表面涂刷保护层，防上二氧化碳侵入等。5碱一骨料反应（1）含义在有水的条件下，水泥中过量的碱性氧化物(Na2O、K2O)与骨料中的活性SiO2之间发生反应。（2）特点可导致高速公路路面或大型桥梁墩台的开裂和破坏。