水泥混凝土及砂浆2.pptx

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1、1普通水泥砼的力学性能特点抗压强度较高脆性大，变形能力差抗拉强度较低自重大，抗震能力差凝结硬化需要一定时间第1页/共170页2（一）砼的立方体抗压强度fcu将混凝土拌合物制作成边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度202，相对湿度95以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcu表示。第2页/共170页3 标准试件：换算系数 边长150 mm 立方体 1.00 非标试件：边长200 mm 立方体 1.05 边长100 mm 立方体 0.95 标准养护：温 度 202 0C 相对湿度 95%标准龄期：28d第3页/共170页4（二）

2、砼立方体抗压强度标准值与砼的强度等级定义：砼立方体抗压强度标准值指用标准方法测定的砼的强度总体分布，具有不低于95%强度保证率的抗压强度值。用fcu,k表示。第4页/共170页5第5页/共170页6强度等级以砼立方体抗压强度标准值确定，用符号C表示。普通混凝土划分为C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C50，C65，C70，C75和C80等14个等级 砼强度等级的意义：混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。“物尽其用，经济合理”。第6页/共170页7Water Tower Place1975年建成的高262 m，79层的芝加哥 W

3、ater Tower 广场大厦（钢混结构）地下室至25层的柱子用C75的砼；25层以上从C60逐渐降低；楼板用C35的轻骨料砼。第7页/共170页8（三）砼轴心抗压强度fcp标准试件：150mm150mm300mm养 护：标准养护28d龄期与fcu的关系：fcp=0.7 0.8 fcu美、日标准试件：150mm300mm fcp0.8 fcu 第8页/共170页9棱柱体轴心抗压fcp第9页/共170页10圆柱体轴心抗压试验第10页/共170页11（四）砼的劈裂抗拉强度fts砼的拉压比：约1/10（通常强度越高，拉压比越小）混凝土单轴直接抗拉强度，由于测试技术的原因，至今没有标准方法，仅限于在实

4、验室开展研究工作时使用。通常，混凝土的抗拉强度采用劈裂抗拉试验和弯曲抗拉试验两种间接方法来测定。第11页/共170页12 混凝土的劈裂抗拉试验 1、4上、下压板2垫块3垫条5试件 第12页/共170页13砼的劈裂抗拉强度：应用：钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土 的抗裂度计算时用。第13页/共170页14（五）砼的抗弯拉强度fcf标准试件 150150550(600)mm 三分点加荷方式第14页/共170页15混凝土的抗弯拉强度：第15页/共170页164.4.2影响砼强度的因素影响砼强度的因素第16页/共170页17fce 水泥的实际强度w/c 水灰比（单位用水量与单位水泥用量之比）/c 集灰比

5、集料状态（强度、级配、表面状况）A 外加剂 T、M、t 温度、湿度、时间第17页/共170页181水灰比和水泥强度的影响（1）fcu与W/C 的关系（当水泥强度相同时）s 近似双曲线s 指数方程fcuW/C0第18页/共170页19（2）fcu 与 C/W 的关系：1930年由瑞士学者J.Bolomey 提出砼的28d强度与(C/W)的关系。s该公式被称为混凝土强度公式s也称为鲍罗米公式fcuC/W0第19页/共170页20s在C/W为1.2 2.5 时，砼强度与灰水比呈较好的线性关系。s或W/C为0.40.8。s水泥完全水化的理论结合水约为水泥质量的23%。s水泥实际需水为满足工作性的要求通

6、常在33%以上。（多余的水分在砼结构内部形成什么？）第20页/共170页21普通混凝土配合比设计规程JGJ 55-2011第21页/共170页22 骨料品种 系数 碎石 卵石 0.53 0.49 0.20 0.13回归系数取值表第22页/共170页23第23页/共170页242集料特性的影响（1）影响因素表面特征形状（近似立方、光圆、棒针、片状）粗糙程度（影响表面粘结力）强度石料抗压强度集料筒压强度s岩石抗压强度应是砼强度的1.5倍以上第24页/共170页25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 第25页/共170页26（1）影响因素级配密实骨架，空隙率小，

7、内摩擦 力大。s级配好，水泥浆用量少；s集灰比/C对C35以上的砼影响较大。杂质含量粘土、有机物、轻物质等s影响集料表面粘结力、空隙率、耐久性。第26页/共170页27（2）主要表现水胶比较低时主要影响水泥与集料的界面强度。水胶比较高时主要影响水泥石强度。棒针状集料多影响砼的和易性，尤其是砼的抗折强度。第27页/共170页28（3）集料状态对砼强度影响的表征 骨料品种 系数 碎石 卵石 0.53 0.49 0.20 0.13第28页/共170页293养护条件的影响（1）温度（T）sT 水化加速 强度增长加快s冰点以下*水化停止；*造成砼结构形成粗大孔隙和空隙；*集料界面粘结被破坏，砼强度大大下

8、降；*砼特别要防止早期受冻！第29页/共170页30硅酸盐水泥配制的混凝土第30页/共170页31第31页/共170页32蒸汽养护（80 1000C，常压16 20hr）可达到标准强度的70%80%；早强，蒸养后即可拆模吊装；适合于掺混合材的硅酸盐水泥；（加速二次反应，提高砼的早期、后期强度）不太适合硅酸盐和普通硅酸盐水泥；（水化过快造成结晶应力，后期强度可能下降10%15%）第32页/共170页33蒸压养护（1750C，8个大气压）促进非活性混合材的水化反应（2）湿度干燥失水将导致水化反应的中止；砼的早期保湿养护非常重要；第33页/共170页34第34页/共170页354.龄期（t）的影响3

9、 14d内强度发展迅速，28d后明显减慢。强度与龄期的关系：经验公式一：n养护龄期d（天），n3d；第35页/共170页365外加剂（A）的影响改变水泥水化进程、细观结构（水化产物的种类及分布；孔隙大小、结构及分布）及强度发展规律。生产各种高性能砼。外加剂种类：早强剂加气剂减水剂引气剂速凝剂膨胀剂缓凝剂防冻剂第36页/共170页376施工方法的影响（1）搅拌方法及机械（均匀问题）s滚筒式（混凝土混合料呈自由落体运动）s强制式（混凝土混合料由叶片强行搅动）*普通单轴式、双轴式搅拌机 *高速星型多轴式搅拌机 *卧式、立式搅拌机第37页/共170页38（2）密实成型（振动设备）s避免有害孔隙及蜂窝麻

10、面出现s机械振捣混合物料颗粒振动活化，粘度、内摩阻力下降，流动性增加。s自流平混凝土（超塑化剂）s密实工艺高频振捣、复频振捣、二次振捣、加压振捣、真空吸水等。s碾压混凝土第38页/共170页397试验条件的影响（1）试件形状尺寸“环箍效应”、缺陷概率。（2）试件表面平整度*中间下凹0.13mm，强度下降5%；*中间上凸0.13mm，强度下降30%。（3）加荷速度0.3 1.0 MPa/S（4）加荷方式 拉、压、弯、剪。第39页/共170页40“环箍效应”的影响压板与试件表面之间产生摩擦力，形成“环箍”作用，对砼的横向变形起约束作用。从而提高砼的强度。PPa第40页/共170页41 有环箍作用时

11、混凝土的破坏外观第41页/共170页42无环箍作用时混凝土的破坏外观第42页/共170页43试件尺寸越大，内部缺陷的概率越大，表面平整度越差，环箍效应的相对作用较小，其强度偏低。这种作用在距受压端面0.866 a 处以外才消失。棱柱体抗压强度较立方体抗压强度低。第43页/共170页444.4.3提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施第44页/共170页451高强度等级、早强型水泥；2低水胶比；3高效减水剂；4高活性掺合料；5集料的级配（合理砂率）；6充分养护；7改进施工工艺（搅拌均匀，成型密实）。第45页/共170页46砼的受压破坏过程，是砼内部裂缝的逐渐发展的过程。4.5.1砼的受压破坏过

12、程砼的受压破坏过程混凝土硬化后的性质4.5砼的变形砼的变形第46页/共170页47砼的内部裂缝（砼在承受外力前内部缺陷状况）水泥石中的毛细管孔。水泥石的不均匀收缩变形裂缝。v 物理收缩干、湿变形，温度变形。v 化学收缩水泥水化、水泥石碳化。4.5.1砼的受压破坏过程砼的受压破坏过程第47页/共170页48骨料界面不密实的裂缝、孔隙内部拉应力超过界面抗拉、粘结强度粗骨料下部界面因泌水形成的水隙4.5.1砼的受压破坏过程砼的受压破坏过程第48页/共170页49水泥石与骨料界面的“过度区”过度区的水胶比较大在过度区生成大晶粒的Ca(OH)2晶体砼中的最薄弱环节之一4.5.1砼的受压破坏过程砼的受压破

13、坏过程第49页/共170页50过度区水胶比较大Ca(OH)2大晶粒界面薄弱区域水泥石与骨料界面的“过度区”第50页/共170页51混凝土受压应力应变关系第51页/共170页52第一阶段荷载小于“比例极限”（约为极限荷裁的30)混凝土的原生界面裂缝基本保持稳定，没有扩展趋势。因此，混凝土的应力应变关系呈直线形式，是弹性变形阶段。第52页/共170页53第二阶段荷载为极限荷载的3050这时，混凝土中界面过渡区内的微裂缝在长度、宽度和数量上均随荷载的提高而增加。应变的增大比应力的增长快，两者不再成直线关系。有明显的塑性变形产生，混凝土的变形进入弹塑性阶段。过渡区内的微裂缝仍处于稳定状态，水泥石中的开

14、裂可以忽略。第53页/共170页54第三阶段荷载为极限荷载的5075界面过渡区内的裂缝变得不稳定，水泥石中也形成裂缝并逐渐增生，产生不稳定扩展。应力应变曲线趋向水平。当荷载达到极限荷载的75左右时，混凝土内的裂缝体系变得不稳定。界面裂缝与基体裂缝开始连通，这时的应力水平称为临界应力。第54页/共170页55第四阶段荷载大于极限荷载的75随着荷载的增加，界面裂缝与基体裂缝不稳定扩展，并迅速形成连续的裂缝体系。混凝土产生很大的应变。应力应变曲线明显弯曲，更趋水平，直到达到极限荷载。第55页/共170页564.5.2砼的变形砼的变形变形 砼开裂 强度、耐久性降低*化学收缩*干湿变形*碳化收缩*温度变

15、形*荷载作用下的变形*徐变变形第56页/共170页57（一）化学收缩水化生成物的密度反应物密度生成物的总体积 反应物的总体积水泥石收缩40d后趋于稳定100g水泥减缩量：7 8 cm3例1M3砼，水泥用量250kg/M3，体系的总减缩量可达0.02M3(20升)对于水灰比较小(0.40)的高强混凝土，应注意防止因自缩产生的开裂。第57页/共170页58（二）干湿变形（干缩湿胀）1砼的干缩率结构设计取值：1.5 2.010-4即0.15 0.2 mm/m2水泥石干缩的影响因素水泥用量 变形 水灰比 变形水泥品种（PPPSPO）第58页/共170页59（二）干湿变形（干缩湿胀）水泥细度 变形集料

16、减小变形，约束变形；养护 蒸养可减小干缩率；第59页/共170页60（三）碳化收缩因水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2形成的碳酸反应，生成CaCO3，释放出水分而产生的收缩。使混凝土的碱度降低第60页/共170页61（四）温度变形砼的温度膨胀系数：1.010-5/0C 即0.01mm/m0C预防措施s用中、低热水泥；s减少砼中的水泥熟料和水泥的单位体积用量；s采用人工物理降温（冰、液氮等冷却骨料）；s设置砼伸缩缝、温度钢筋；第61页/共170页621砼的弹、塑性变形fcp初始切线 0应力应变 BA=弹+塑（五）砼在短期荷载作用下的变形第62页/共170页632砼的静力弹性模量ECAC近似

17、平行于初始切线第63页/共170页642砼的静力弹性模量EC试验方法：取轴心抗压强度fcp的1/3的应力（）与弹性应变（弹）的比值作为砼的静力弹性模量Ec。通过加荷1/3的fcp，然后卸荷为0.5MPa，经反复3次以上来求得。第64页/共170页652砼的静力弹性模量EC当砼为C15 C80 时EC=2.20 3.80104MPa应用：钢筋砼结构的变形、抗裂计算 砼强度、水灰比影响因素 骨料的弹性模量 养护条件、龄期早期高强度混凝土的弹性模量问题第65页/共170页66（六）砼的徐变定义：砼在长期荷载作用下，沿作用力方向随时间而增加的变形，称为徐变。砼的徐变过程 6个月，徐变完成大部分；1年后

18、，徐变趋于稳定；3年后，徐变基本终止。第66页/共170页67砼的徐变变形曲线200015001000 500 0 51015 2025 30压应变（10-6）加荷卸荷徐变应变瞬时应变瞬时恢复徐变恢复 残余变形 时间（月）第67页/共170页681产生徐变的原因s凝胶体本身的剪切滑移及粘性流动；s凝胶体内吸附水向毛细孔迁移；s毛细管孔的存在。2徐变的数值s 3 1510-4（即0.3 1.5 mm/m）s是瞬时应变的2 4倍。（六）砼的徐变第68页/共170页693影响徐变的因素s加荷应力的大小超过长期极限强度（大于极限荷载的75）可能成为非稳定徐变，并导致砼的破坏。s水灰比（大亦大）s水泥用

19、量（大亦大）s砼龄期（早亦大）s弹性模量（小亦大）（六）砼的徐变第69页/共170页70（六）砼的徐变4徐变的意义s消除或缓解钢筋混凝土中应力集中现象，使应力较为均匀的重新分布；s消除部分大体积混凝土中的温度应力；s使预应力钢筋混凝土产生“预应力损失”（钢筋的应力松弛现象）；用于预应力钢筋混凝土的预应力损失的计算。第70页/共170页714.6砼的耐久性砼的耐久性砼在长期外界因素作用下，抵抗外部和内部不利影响的能力砼的耐久性强度抗冻、抗渗砼结构设计抗侵蚀耐久性碳化碱骨料反应钢筋锈蚀第71页/共170页724.6.1抗渗性抗渗性通常指抵抗压力水渗透的能力1渗透的原因s砼内部连通的毛细管、孔隙、裂

20、缝；2水灰比的影响s当W/C 0.6时，抗渗性将显著 下降。0.2W/C渗透系数 0.4 0.6第72页/共170页733抗渗等级s28d龄期的砼标准试件，按规定方法试验，在不渗水时所能承受的最大水压力。s符号：P4 P6 P8 P10 P12 表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 MPa的水压而不渗水的抗渗级别。（0.1MPa1个大气压10m水柱）4.6.1抗渗性抗渗性第73页/共170页744.6.2抗冻性1抗冻等级28d龄期的砼标准试件，在饱水后能承受的反复冻融次数。抗冻等级用F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300来表示。第74页/共

21、170页75试验方法（1）慢冻法（立方体试件）s冻融温度（-15 -200C；15 200C）强度损失率 25%时的最大冻融重量损失率 5%循环次数（2）快冻法（棱柱体试件）s相对动弹性模量不小于60%。s重量损失率 12时，钢表面生成钝化膜）砼的碳化收缩裂缝s阻滞碳化的根本性措施s减小W/C，使用减水剂，提高密实度，延缓二氧化碳的渗透是。第79页/共170页804.6.6碱骨料反应水泥中碱性氧化物（Na2O、K2O)含量较高时，在砼硬化后和有水的条件下，其碱性氧化合物与骨料中的某些活性成分发生化学反应，生成吸水膨胀性物质，导致砼发生不均匀膨胀的破坏现象。砼的表现：*膨胀、开裂、强度 、弹性模

22、量第80页/共170页811碱硅酸（骨料）反应2NaOH+SiO2+nH2ONa2OSiO2nH2O（生成硅酸碱类的含水凝胶）2碱 碳酸盐（骨料）反应微晶或隐晶碳酸盐岩石（如方解石质的白云岩、白云石质的石灰岩等）第81页/共170页822碱 碳酸盐（骨料）反应 白云石：CaMg(CO3)2 碱性氧化物：R2OsCaMg(CO3)2+2ROHMg(OH)2+Ca(OH)2+R2CO3sR2CO3+Ca(OH)2 2ROH+CaCO3白云石变成水镁石，体积增加239%。第82页/共170页833碱骨料反应的条件及特点（1）碱的含量高水泥中碱含良高，以Na2O计，大于0.6%。砼中掺入较多碱性的外加

23、剂。（2）活性骨料存在较多的活性SiO2、活性碳酸盐；（3）有水存在的环境和条件（4）反应速度缓慢，时间长。第83页/共170页844预防措施（1）采用低碱水泥（fcu,o)第140页/共170页1412使强度达到要求s可得到既满足工作性又满足强度的砼的 “初步配合比”mf2:mc2:mg2:ms2:mw23确定砼的“实验室配合比”s计算砼的理论表观（体积）密度 第141页/共170页142s实测砼拌合物的实际表观（体积）密度s求出校正系数（避免亏方和盈方）s得到砼的“实验室配合比”mf2:mc2:mg2:ms2:mw2 mf :mc :mg :ms:mw3确定砼的“实验室配合比”第142页/

24、共170页1434.8.6计算砼的施工配合比计算砼的施工配合比设：砂的含水率 a%；石的含水率 b%；则每M3混凝土各种材料的实际用量为第143页/共170页1444.8.7掺减水剂的砼配合比设计掺减水剂的砼配合比设计u不需减水、减胶凝材料的配合比设计与前相同，直接按水泥质量的掺加百分率掺入外加剂，其它材料用量不变。u当需要减水量或（和）减胶凝材料量时，要重新计算砂石用量，以免出现亏方。u设计步骤（1）首先求出空白砼配合比 mf0:mc0:mg0:ms0:mw0第144页/共170页145（2）计算出应减少的水量和胶凝材料用量（3）再用体积法或重量法公式计算砂石用量第145页/共170页146

25、（4）计算减水剂掺量（5）得到砼的计算配合比（6）砼的工作性调整、强度调整s过程同普通水泥混凝土s混凝土配合比设计例题见教材第146页/共170页147 4.9建筑砂浆建筑砂浆第147页/共170页1484.9.1砂浆的分类砌筑砂浆水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆；抹面砂浆普通抹面砂浆、防水砂浆、装饰砂浆、隔热保温砂浆、耐腐蚀砂浆等；第148页/共170页1494.9.2砂浆的组成材料砂浆的组成材料水泥、石灰、石膏有机胶凝材料：可再分散胶粉细集料：砂、彩砂、玻化微珠、膨胀珍珠岩、膨胀聚苯乙烯颗粒等纤维材料：有机纤维、木纤维外加剂：减水剂、防水剂、膨胀剂、增稠剂、保水剂掺加料：石灰膏、粉煤灰、沸石粉

26、第149页/共170页1504.9.3砂浆的技术性质砂浆的技术性质1新拌砂浆的和易性（1）流动性也称稠度，用砂浆稠度仪测定，以沉入度（mm）表示。（2）保水性（保水率法或分层度法）按标准方法测试砂浆保水率（%）。用砂浆分层度筒测定，以分层度（mm）表示。两次砂浆分层度试验值之差不得大于10 mm。第150页/共170页151第151页/共170页152砌筑砂浆的施工稠度要求砌筑砂浆的施工稠度要求砌体种类砌体种类砂浆稠度（砂浆稠度（mm）烧结普通砖砌体、粉煤灰砖砌体烧结普通砖砌体、粉煤灰砖砌体7090 混凝土砖砌体、普通混凝土小型空混凝土砖砌体、普通混凝土小型空心砌块砌体、灰砂砖砌体心砌块砌体、

27、灰砂砖砌体5070 烧结多孔砖砌体、烧结空心砖砌体、烧结多孔砖砌体、烧结空心砖砌体、轻集料混凝土小型空心砌块砌体蒸轻集料混凝土小型空心砌块砌体蒸压加气混凝土砌块砌体压加气混凝土砌块砌体6080 石砌体石砌体3050第152页/共170页153砌筑砂浆的保水率（%）要求第153页/共170页154抹面砂浆流动性要求（稠度：抹面砂浆流动性要求（稠度：mm）抹灰工程抹灰工程机械施工机械施工手工操作手工操作准备层准备层8090110120底层底层70807080面层面层708090100灰浆面层灰浆面层90120第154页/共170页1552水泥砂浆及预拌砌筑砂浆的强度和强度等级（1）砂浆的强度边长7

28、0.7mm的立方体标准试块，一组3块在标准条件下养护28d后，用标准方法测得的抗压强度平均值（MPa）。砂浆立方体试件抗压强度计算公式：式中：Nu 试件破坏荷载（N）A 试件承压面积（mm2）k 换算系数，取1.35。第155页/共170页156（2）砂浆的强度等级M5M7.5M10M15M20M25 M30第156页/共170页157（3）砌筑砂浆的强度fcefm,oQc第157页/共170页158一般水泥强度等级为砂浆强度等级的4 5倍;M15以上的水泥砂浆可选用42.5水泥；M15以下的水泥砂浆可选用32.5水泥或砌筑水泥。为了提高砂浆的流动性和保水性,常加入石灰、石膏、粉煤灰和粘土配制

29、成混合砂浆，从而提高质量、降低成本。第158页/共170页1594.9.4水泥混合砂浆配合比设计水泥混合砂浆配合比设计1确定砂浆的试配强度第159页/共170页160当有统计资料时，砂浆强度标准差按下式计算第160页/共170页1612水泥用量（Qc）的计算 c水泥强度等级值的富余系数，该值应按实际资料统计确定，无统计资料时取1.0。=3.03；=-15.09第161页/共170页1623.石灰膏用量按下式计算：第162页/共170页1634.每立方米砂浆中砂用量和用水量的确定砂浆中砂的用量（Qs）取干燥状态（含水率小于0.5%）的堆积密度值作为计算值（kg）。每立方米砂浆中的用水量（Qw），

30、可根据砂浆稠度等要求选用，210kg310 kg。第163页/共170页1645.现场配制水泥砂浆的试配应符合以下规定：（1）水泥砂浆的材料用量按下表选用每立方米水泥砂浆材料用量（kg/m3)第164页/共170页165第165页/共170页166(2)水泥粉煤灰砂浆材料用量按下表选用：每立方米水泥粉煤灰砂浆材料用量（kg/m3）第166页/共170页167第167页/共170页1684.9.5特种砂浆特种砂浆1装饰砂浆灰浆类装饰砂浆拉毛灰、甩毛灰、假面砖、喷涂、弹涂。石渣类装饰砂浆水刷石、干粘石、水磨石、斩假石。第168页/共170页1692其他砂浆防水砂浆保温砂浆（外墙外保温砂浆）耐酸砂浆防辐射砂浆吸音砂浆第169页/共170页170感谢您的观看！第170页/共170页