混凝土及砂浆 - 学院首页.ppt

6 混凝土及砂浆混凝土及砂浆教学目的教学目的 1、了了解解普通混凝土和和建筑砂浆的组成材料普通混凝土和和建筑砂浆的组成材料的技术要求；的技术要求；2、理解理解混凝土拌合物和建筑砂浆和易性混凝土拌合物和建筑砂浆和易性的含义及影响因的含义及影响因素；素；3、掌握、掌握硬化混凝土强度、变形性、耐久性的硬化混凝土强度、变形性、耐久性的影响因素影响因素；4、了解混凝土外加剂的作用原理和应用；、了解混凝土外加剂的作用原理和应用；5、掌握掌握普通混凝土、砌筑砂浆的配合比设计方法。普通混凝土、砌筑砂浆的配合比设计方法。6.1 概述概述6.2 普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料6.3 混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和易性6.4 硬化混凝土的强度硬化混凝土的强度6.5 混凝土的变形性能混凝土的变形性能6.6 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 教学内容6.7 混凝土的外加剂混凝土的外加剂6.8 普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计6.9 轻混凝土轻混凝土6.10 其它品种混凝土其它品种混凝土6.11 建筑砂浆建筑砂浆 6.1.1 定义、分类 混凝土是由胶凝材料，粗细骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化而成的人造石材。按胶凝材料不同，分为水泥混凝土(又叫普通混凝土)、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表观密度不同，分为重混凝土(02800kg/m3)、普通混凝土(0=20002800kg/m3)、轻混凝土(01950kg/m3)；6.1 概述概述按用途不同，分为结构用混凝土、防辐射混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土等；按强度等级不同，分为普通混凝土（C60以下）、高强混凝土（C60C100）、超高强混凝土（C100以上）等。按施工方法不同，分为喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。优点（1）组成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和经济原则；（2）易于加工成型；（3）各组成材料匹配性好；（4）可调整性强（5）钢筋混凝土结构式可代替钢、木结构，能节省大量的钢材和木材；（6）耐久性好，维修费少。发展趋势（1）采用集中化、工厂化生产和管理，使混凝土发展成为技术含量和工业化程度都比较高的新型产业；（2）向高性能混凝土方向发展，高性能混凝土要求具有高强度等级，具备良好的工作性、体积稳定性和耐久性；（3）向绿色高性能混凝土（如变色、智能混凝土）等方向发展。6.1.2 混凝土的优点与发展 普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌和，经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚固的整体。其结构如图6.1。6.2 普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料图6.1 普通混凝土结构示意图 1石子；2砂子；3水泥浆；4气孔 6.2.1.1 水泥品种的选择水泥品种的选择 配制混凝土时，一般可采用五大品种水泥，必要时也可采用快硬水泥、铝酸盐水泥等。6.2.1 水泥水泥 水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。一般以水泥强度(以MPa为单位)为混凝土强度等级的1.52.0倍较适宜，水泥强度等级过高或过低，会导致水泥用量过少或过多，对混凝土的技术性能及经济效果都不利。6.2.1.2 水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择 普通混凝土的细骨料主要采用天然砂和人工砂。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。按产源不同，天然砂分为山砂、河砂和海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。6.2.2 细骨料细骨料(砂砂)砂按技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。为了节约水泥，并使混凝土结构达到较高密实度，选择骨料时，应尽可能选用总表面积较小、空隙率较小的骨料，而砂子的总表面积与粗细程度有关，空隙率则与颗粒级配有关。(1)粗细程度 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。6.2.2.1 砂的粗细程度及颗粒级配砂的粗细程度及颗粒级配 (2)颗粒级配 砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图6.2所示。(3)砂的粗细程度与颗粒级配的评定 砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表6.1。砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下：建筑用砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂：3.73.1；中砂：3.02.3；细砂：2.21.6。砂的颗粒级配用级配区表示，以级配区或级配曲线判定砂级配的合格性。对细度模数为3.7 1.6的建筑用砂，根据600m筛的累计筛余百分率分成3个级配区，见表6.2。为了更直观地反映砂的颗粒级配，以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，根据表5.2的数值可以画出砂子3个级配区的级配曲线，如图6.3所示。【例题】用500g烘干砂进行筛分试验，其结果如表6.3所求。试分析该砂的粗细程度与颗粒级配。【解】计算细度模数Mx 评定结果：将累计筛余百分率与表5.2作对照，或绘出级配曲线，此砂处于2区，级配良好；细度模数为2.66，属中砂。图6.2 骨料颗粒级配示意图(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径 表表6.1 累计筛余率与分计筛余率计算关系累计筛余率与分计筛余率计算关系 筛孔尺寸筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)100%A3=a1+a2+a3600m m4a4=(m4/500)100%A4=a1+a2+a3+a4300mm5a5=(m5/500)100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150mm6a6=(m6/500)100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6表表6.2 建筑用砂的颗粒级配建筑用砂的颗粒级配(GB/T 146842001)筛孔尺寸1区2区3区累计筛余百分率(%)9.50mm0004.75mm100 100 100 2.36mm3552501501.18mm65355010250600m 857170414016300m958092708555150m100901009010090图6.3 砂的级配曲线 表表6.3 砂样筛分结果砂样筛分结果 筛孔尺寸筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mm27.55.55.52.36mm428.413.91.18mm479.423.3600m 191.538.361.6300m102.520.582.1150m8216.498.5 150m7.51.5100 含泥量是指天然砂中粒径小于75m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600m的颗粒含量。天然砂的含泥量应符合表6.4的规定。人工砂的石粉含量应符合表6.5的规定。砂中泥块含量应符合表6.4和表6.5的规定。6.2.2.2 含泥量、石粉含量和泥块含量含泥量、石粉含量和泥块含量表表6.4 天然砂的含泥量和泥块含量天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 146842001)项目 指标类类类 含泥量（按质量计）（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%）01.02.0表表6.5 人工砂的石粉含量和泥块含量人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T 146842001)项目 指标类类类 1亚甲蓝试验 MB值1.40或合格 石粉含量(按质量计)(%)3.05.07.02泥块含量(按质量计)(%)01.02.03MB值1.40或不合格 石粉含量(按质量计)(%)1.03.05.04泥块含量(按质量计)(%)01.02.0 国家标准规定砂中不应混有草根、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂物，砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表6.6的规定。6.2.2.3 有害物质含量有害物质含量表表6.6 砂中有害物质含量（砂中有害物质含量（GB/T 146842001）项目 指标类类类 云母(按质量计)(%，小于）1.02.02.0轻物质(按质量计)(%，小于）1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.50.50.5氯化物(以氯离子质量计)(%，小于)0.010.020.06 砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表6.7的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表6.8的规定。6.2.2.4 坚固性坚固性表表6.7 坚固性指标坚固性指标(GB/T 146842001)项目 指标类类类 质量损失（%，小于）8810表表6.8 压碎指标压碎指标(GB/T 146842001)项目 指标类类类 单级最大压碎指标(%，小于)202530 砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积 密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。6.2.2.5 表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、堆积密度、空隙率 碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。经碱集料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。6.2.2.6 碱骨料反应碱骨料反应 普通混凝土常用的粗骨料分卵石和碎石两类。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵石、海卵石、山卵石等。碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。6.2.3 粗骨料粗骨料(碎石、卵石碎石、卵石)卵石、碎石按技术要求分为、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30混凝土。(1)最大粒径Dmax 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粗骨料的最大粒径增大，则其总表面积相应减小，包裹粗骨料所需的水泥浆量就减少，可节约水泥；或者在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。6.2.3.1 最大粒径和颗粒级配最大粒径和颗粒级配 (2)颗粒级配 良好的粗骨料颗粒级配，对提高混凝土强度、耐久性，节约水泥是极为有利的。粗骨料的颗粒级配分连续粒级和单粒粒级。粗骨料颗粒级配好坏的判定也是通过筛分析法进行的。据国家标准，建筑用卵石、碎石的颗粒级配应符合表6.9的规定。表表6.9建筑用卵石、碎石的颗粒级配建筑用卵石、碎石的颗粒级配(GB/T 146852001)粗骨料中含泥量是指粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。粗骨料中含泥量和泥块含量应符合表6.10的规定。6.2.3.2 含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量表表6.10 含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量(GB/T 146852001)项目 指标类类类 含泥量（按质量计）（%）0.51.01.5泥块含量（按质量计）（%）00.50.7 卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。针片状颗粒易折断，且会增大骨料的空隙率和总表面积，使混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性降低。其含量应符合表6.11的规定。6.6.2.3 针片状颗粒含量针片状颗粒含量表表6.11 针片状颗粒含量针片状颗粒含量(GB/T 146852001)项目 指标类类类 针、片状颗粒(按质量计)(%，小于)51525 卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。卵石和碎石中如含有有机物、硫化物及硫酸盐，其含量应符合表6.12的规定。6.2.3.4 有害物质有害物质表表6.12 有害物质含量有害物质含量(GB/T 146852001)项目 指标类类类 有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.51.01.0 坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表6.13的规定。6.2.3.5 坚固性坚固性表表6.13 坚固性指标坚固性指标(GB/T 146852001)项目 指标类类类 质量损失(%，小于)5812 (1)岩石抗压强度 岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50mm的圆柱体试件，测得的其在饱和水状态下的抗压强度值。国家标准规定，岩石抗压强度：火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。6.2.3.6 强度强度(2)压碎指标 压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，以间接地推测其相应的强度，其值越小，说明强度越高。碎石和卵石的压碎指标应符合表6.14的规定。表表6.14 压碎指标压碎指标(GB/T 146852001)项目 指标类类类 碎石压碎指标（%，小于）102030卵石压碎指标（%，小于）121616 碎石和卵石的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。6.2.3.7 表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、堆积密度、空隙率 经碱骨料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10%。6.2.3.8 碱骨料反应碱骨料反应 对混凝土用水的质量要求：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度的发展；不得降低混凝土的耐久性，加快钢筋锈蚀及导致预应力钢筋脆断；不得污染混凝土表面。混凝土拌和用水标准(JGJ 631989)对混凝土用水提出了具体的质量要求。6.2.4 混凝土拌和及养护用水混凝土拌和及养护用水 6.3.1 和易性的概念和易性的概念 混凝土各组成材料按一定比例搅拌后尚未凝结硬化的材料称为混凝土拌合物。和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。6.3 混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和易性 (1)流动性 是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并均匀密实地填充整个模型的性能。流动性好的混凝土拌合物操作方便、易于捣实和成型。(2)粘聚性 是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。(3)保水性 是指拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性三者既互相联系，又互相矛盾。施工时应兼顾三者，使拌合物既满足要求的流动性，又保证良好的粘聚性和保水性。普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T 500802002)规定采用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性，以评定和易性。6.3.2.1 坍落度法 将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度(如图6.4)。6.3.2 流动性的测定和选择流动性的测定和选择 根据坍落度大小，可将混凝土拌合物分成4级，见表6.15。混凝土拌合物的坍落度应在一个适宜的范围内。其值可根据工程结构种类、钢筋疏密程度及振捣方法按表6.16选用。对于干硬性混凝土，和易性测定常采用维勃稠度试验。维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图6.5)。所用的时间(以秒计)称为该混凝土拌合物的维勃稠度。维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为4级，见表6.17。6.3.2.2维勃稠度法图6.4 坍落度测定 表表6.15 混凝土拌合物按坍落度混凝土拌合物按坍落度分级分级 级别名称坍落度(mm)允许偏差(mm)T1T2T3T4 低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土 10405090100150160 10203030项次结构种类坍落度(mm)1基础或地面等的垫层、无筋的厚大结构(挡土墙、基础或厚大的块体等)或配筋稀疏的结构 10302板、梁和大型及中型截面的柱子等30503配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)50704配筋特密的结构7090表表6.16 混凝土浇筑时的坍落度混凝土浇筑时的坍落度图6.5 维勃稠度仪 表表6.17 混凝土按维勃稠度的分级混凝土按维勃稠度的分级 级别名称坍落度(mm)允许偏差(mm)V0V1V2V3 低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土 3131212011105 6643 6.3.3.1 水泥浆的用量 在水灰比不变的条件下，增加混凝土单位体积中的水泥浆数量，能使骨料周围有足够的水泥浆包裹，改善骨料之间的润滑性能，从而使混凝土拌合物的流动性提高。但水泥浆数量不宜过多，否则会出现流浆现象，粘聚性变差，浪费水泥，同时影响混凝土强度。6.3.3 影响和易性的主要因素影响和易性的主要因素水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.400.75之间，并尽量选用小的水灰比。6.3.3.2 水泥浆的稠度 砂率是指混凝土内砂的质量占砂、石总量的百分比。选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率(如图6.6、图6.7)。合理砂率一般通过试验确定，在不具备试验的条件下，可参考表6.18选取。6.3.3.3 砂率 (4)原材料的性质 水泥品种 在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。骨料 如其他条件相同，卵石混凝土比碎石混凝土流动性大，级配好的比级配差的流动性大。(1)水泥普通硅酸盐水泥所配制的混凝土拌合物的流动性和保水性较好；矿渣水泥所配制的混凝土拌合物的流动性较大，但粘聚性差，易泌水；火山灰水泥需水量大，在相同加水量条件下，流动性显著降低，但粘聚性和保水性较好。(2)骨料级配良好的骨料,空隙率小,和易性好；碎石比卵石粗糙，流动性差；用细砂配制的混凝土比中、粗砂配制的流动性小。6.3.3.4 组成材料性质的影响 6.3.3.5 外加剂 拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性 6.3.3.6 时间和温度 随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小；混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低。图6.6 砂率与坍落度关系(水及水泥用量不变)图6.7 砂率与水泥用量关系(坍落度不变)水灰比(W/C)卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)1020401020400.400.500.600.70 2632303533383641 2531293432373540 2430283331363439 3035333836413944 2934323735403843 2732303533383641表表6.18 混凝土砂率混凝土砂率(%)在实际施工过程中，可采用如下措施调整混凝土 拌合物的和易性：（1）通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率；（2）改善砂、石（特别是石子）的级配 （3）在可能条件下，尽量采用较粗的砂、石；（4）当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石；（5）有条件时尽量掺用外加剂（减水剂、引气剂等）。6.3.4 调整和易性的措施调整和易性的措施6.4 硬化混凝土的强度硬化混凝土的强度6.4.1 混凝土立方体抗压强度与强度等级混凝土立方体抗压强度与强度等级普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，制作150mm150mm150 mm的标准立方体试件(在特殊情况下，可采用150mm300mm的圆柱体标准试件)，在标准条件(温度202，相对湿度95%以上)下或在温度为202的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护到28d，所 得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度。换算方法是将所测得的强度乘以相应的换算系数(见表6.19)。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值表示。普通混凝土通常划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级(C60以上的混凝土称为高强混凝土)。表表6.19 强度换算系数强度换算系数(GB/T 500812002)试件尺寸(mm)骨料最大粒径(mm)强度换算系数 100100100150150150200200200 31.54063 0.9511.056.4.2 混凝土的轴心抗压强度混凝土的轴心抗压强度 普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，测得的抗压强度为轴心抗压强度fcp。混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为1055MPa的范围内，fcp=(0.70.8)fcu。6.4.3 混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，并且这个比值随着混凝土强度等级的提高而降低。我国目前采用由辟裂抗拉强度试验法间接得出混凝土的抗拉强度。试验证明，混凝土的辟裂抗拉强度fts与混凝土标准立方体抗拉强度fcu之间的关系，可用如下经验公式表达：fts=0.35 fcu 3/46.4.4 混凝土与钢筋的粘结强度混凝土与钢筋的粘结强度 粘结强度主要来源于混凝土与钢筋之间的摩擦力、钢筋与水泥之间的粘结力及变形钢筋的表面机械啮合力。美国材料学会提出了一种拔出试验方法：混凝土试件为边长150mm的立方体，其中埋入19mm的标准变形钢筋，试验时以不超过34MPa/min的加荷速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服；或钢筋裂开；或加荷端钢筋滑移超过2.5mm。记录出现上述三种中任一情况的荷载值P，用下式计算粘结强度fN：fN=P/dl6.4.5 影响混凝土强度的主要因素影响混凝土强度的主要因素 混凝土强度主要取决于水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度，而水泥石强度及其与骨料的粘结强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系。同时，龄期及养护条件等因素对混凝土强度也有较大影响。配合比相同时，水泥强度等级越高，混凝土强度也越大；在一定范围内，水灰比越小，混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水灰比呈曲线关系，而与灰水比呈直线关系(见图6.8)。其强度计算公式是：6.4.5.1 水泥强度等级和水灰比 粗骨料对混凝土强度的影响主要表现在颗粒形状和表面特征上。当粗骨料中含有大量针片状颗粒及风化的岩石时，会降低混凝土强度。碎石表面粗糙、多棱角，与水泥石粘结力较强，而卵石表面光滑，与水泥石粘结力较弱。因此，水泥强度等级和水灰比相同时，碎石混凝土强度比卵石混凝土的高些。6.4.5.2 粗骨料的颗粒形状和表面特征 试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB 502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。混凝土强度与保持潮湿日期的关系见图6.9，温度对混凝土强度的影响见图6.10。6.4.5.3 养护条件 混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期增长而提高。在最初37d内，强度增长较快，28d后强度增长缓慢(见图6.10)。混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系：6.4.5.4 龄期 试件尺寸 相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。试件的形状当试件受压面积(aa)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。见图6.11 表面状态 加荷速度 6.4.5.5 试验条件图6.8 混凝土强度与水灰比及灰水比关系(a)强度与水灰比关系；(b)强度与灰水比关系返回图6.9 混凝土强度与保持潮湿时间的关系 1长期保持潮湿；2保持潮湿14d；03保持潮湿7d；04保持潮湿3d；5保持潮湿1d 返回图6.10 温度、龄期对混凝土强度影响参考曲线返回 图6.11 混凝土试件的破坏状态(a)立方体试件；(b)棱柱体试件；(c)试件破坏后的棱锥体；(d)不受承压板约束时试件的破坏情况 返回 6.4.6.1 采用高强度等级水泥6.4.6.2 采用干硬性混凝土6.4.6.3 采用蒸汽或蒸压养护 6.4.6.4 采用机械搅拌和振捣(见图6.12)6.4.6.5 掺入减水剂或早强剂 6.4.6 提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施图6.12 捣实方法对混凝土强度的影响 6.5.1 非荷载作用下的变形非荷载作用下的变形 6.5 混凝土的变形性能混凝土的变形性能 非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。6.5.1.1 化学收缩 化学收缩是指由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，致使混凝土产生收缩。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。6.5.2.1 短期荷载作用下的变形 在短期荷载作用下的变形主要表现为弹塑性变形。混凝土是一种由水泥石、砂、石、游离水、气泡等组成的不匀质的多组分三相复合材料。它既不是一个完全弹性体，也不是一个完全塑性体，而是一个弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形。6.5.2 载荷作用下的变形载荷作用下的变形 长期荷载作用下的变形主要是徐变。所谓徐变是指在长期不变的荷载作用下，随时间而增长的变形。图6.13表示混凝土徐变的曲线。混凝土徐变大小与许多因素有关。如水灰比、养护条件、水泥用量等均对徐变有影响。徐变的产生，有利也有弊。（详见高琼英主编建筑材料P86）6.5.2.2 长期荷载作用下的变形图6.13 混凝土徐变曲线 6.6 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 6.6.0 混凝土耐久性概念混凝土耐久性概念 混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性及抗碳化性等。6.6.1 抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗有压介质(水、油等液体)渗透的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。6.6.2 抗冻性 抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能。它是评定混凝土耐久性的主要指标。抗冻等级根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响抗冻性的重要因素 6.6.3 抗侵蚀性 腐蚀的类型通常有淡水腐蚀、盐类腐蚀、酸类腐蚀、强碱腐蚀等，其腐蚀机理与水泥石腐蚀相同。混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。6.6.4 抗碳化性 混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳，在湿度适宜时发生化学反应，生成碳酸钙和水，也称中性化。碳化对混凝土性能的影响有利也有弊（详见高琼英主编建筑材料P88）。影响碳化速度的主要因素有：环境中二氧化碳的浓度、水泥品种、水灰比、环境湿度等。(1)根据工程所处环境及要求，合理选择水泥品种。(2)选用质量良好、技术条件合格的砂石骨料。(3)控制水灰比及保证足够的水泥用量(表6.20)(4)掺加外加剂，以改善抗冻、抗渗性能。(5)加强浇捣和养护，以提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象。(6)采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层。6.6.6 提高混凝土耐久性的措施提高混凝土耐久性的措施表表6.20 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量混凝土的最大水灰比和最小水泥用量(JGJ 552000)6.7.1 外加剂的分类外加剂的分类6.7 混凝土的外加剂混凝土的外加剂 混凝土外加剂，是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。除特殊情况外，掺量一般不超过水泥用量的5%。国家标准GB 807587中按外加剂的主要功能将混凝土外加剂分为四类：(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，其中包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，其中包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。(3)改善混凝土耐久性的外加剂，其中包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)改善混凝土其他性能的外加剂，其中包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。6.7.2.1 减水剂减水剂 减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。6.7.2.1.1 减水剂的减水作用 水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物图6.14(a)。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来图6.14(b)。6.7.2 常用的外加剂常用的外加剂 6.7.2.1 减水剂减水剂 减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。6.7.2.1.1 减水剂的减水作用减水剂的减水作用 水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物图6.14(a)。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来图6.14(b)。6.7.2 常用的外加剂常用的外加剂 6.7.2.1.2 使用减水剂的技术经济效果 在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌和水量10%15%或更多。在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100200mm)。若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%15%。提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。6.7.2.1.3 常用的减水剂 目前，减水剂主要有木质素系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐殖酸等几类，各类可按主要功能分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等几种。现将常用品种简要介绍如下：木质素系减水剂(详见高琼英主编建筑材料P90)萘系减水剂(详见高琼英主编建筑材料P90)图6.14 水泥浆结构 1水泥颗粒；2游离水(a)未掺减水剂时的水泥浆体中絮状结构；(b)掺减水剂的水泥浆结构 早强剂是加速混凝土早期强度发展，并对后期强度无显著影响的外加剂。目前常用的早强剂有氯盐、硫酸盐、三乙醇胺三大类及以它们为基础的复合早强剂。氯盐类早强剂(详见高琼英建筑材料P90)硫酸盐类早强剂(详见高琼英建筑材料P90)有机氨类早强剂(详见高琼英建筑材料P90)6.7.2.2 早强剂早强剂 引气剂是指在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.051.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸钠及烷基苯磺酸钠等。6.7.2.3 引气剂引气剂 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无影响的外加剂。常用的缓凝剂有无机盐类，如硼砂(Na2B4O710H2O)，其掺量为水泥质量0.1%0.2%；磷酸三钠(Na3PO412H2O)，其掺量为水泥质量0.1%1.0%等。还有有机物羟基羟酸盐类，如酒石酸，掺量为0.2%0.3%；柠檬酸，其掺量为0.05%0.1%；以及使用较多的糖蜜类缓凝剂，其掺量为0.1%0.5%。6.7.2.4 缓凝剂缓凝剂 防冻剂是指能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。常用的复合防冻剂有NON-F型、NC-3型、MN-F型、FW2、FW3、AN-4等。6.7.2.5 防冻剂防冻剂 (1)外加剂品种的选择 选择外加剂时，应根据工程需要、现场条件及产品说明书进行全面考虑。(2)外加剂掺量的选择 外加剂品种选定后，还要认真确定外加剂的掺量。(3)外加剂的掺入方法 一般外加剂不能直接加入混凝土搅拌机内。6.7.3 外加剂的选择和使用外加剂的选择和使用6.8 普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计 混凝土配合比，是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。混凝土配合比设计，是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件，来确定混凝土各组成材料之间的配合比例。通常有两种表示方式：一种是以每立方米混凝土中各种材料的质量来表示。另一种是以各种材料相互间的质量比来表示(以水泥质量为1)。6.8.1 混凝土配合比设计的基本要求混凝土配合比设计的基本要求 基本要求：基本要求：(1)满足设计要求的强度；(2)满足施工要求的和易性；(3)满足与环境相适应的耐久性；(4)在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，降低成本。6.8.2 混凝土配合比设计中的三个参数混凝土配合比设计中的三个参数 在混凝土配合比中，水灰比、单位用水量及砂率值直接影响混凝土的技术性质和经济效益，是混凝土配合比的3个重要参数。混凝土配合比设计就是要正确地确定这3个参数。6.8.3 混凝土配合比设计的步骤混凝土配合比设计的步骤设计步骤：(1)按照已选择的原材料性能及混凝土的技术要求进行初步计算，得出“初步配合比”；(2)经过试验室试拌调整，得出“基准配合比”；(3)经过强度检验(如有抗渗、抗冻等其他性能要求，应当进行相应的检验)，定出满足设计和施工要求并比较经济的“试验室配合比”(也叫设计配合比)；(4)根据现场砂、石的实际含水率，对试验室配合比进行调整，求出“施工配合比”。6.8.3.1 计算初步配合比计算初步配合比(1)确定配制强度(fcu,o)配制强度按下式计算：(2)初步确定水灰比(W/C)采用碎石时：采用卵石时：fcu,o=fcu,k+1.645 (3)选择单位用水量(mW0)干硬性和塑性混凝土用水量的确定 a.水灰比在0.400.80范围时，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按表6.22选取。b.水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量，应通过试验确定。流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤进行 a.以表6.22中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量；b.掺外加剂时的混凝土的用水量可按下式计算：(4)计算单位水泥用量(mC0)根据已选定的单位用水量(mW0)及初步确定的水灰比(W/C)，可计算出单位水泥用量(mC0)：(5)选取合理砂率值(S)一般应通过试验找出合理砂率，也可按骨料种类、规格及混凝土水灰比，参考表6.18选取。(6)计算砂、石用量(mS0、mG0)体积法 即将混凝土拌合物的体积，看成是各组成材料绝对体积，加上拌合物中所含空气的体积。据此可列关系式：再根据已选取的砂率值列出关系式：解联立两式,求出mS0、mG0 质量法 即假定混凝土拌合物在振捣密实状态下每立方米的质量m