水泥与混凝土

null水泥与混凝土水泥与混凝土 材料科学与工程学院 本章主要内容 本章主要内容介绍水泥混凝土的组成、结构与性能，以及混凝土的配合比设计方法和应用。 普通混凝土 普通混凝土组成材料及其基本要求 普通混凝土拌和物的性质 普通混凝土结构及性质 混凝土外加剂 普通混凝土配合比设计 混凝土的施工与质量评定 其他混凝土 水泥混凝土的应用与分类水泥混凝土的应用与分类混凝土 由胶凝材料、水和粗、细集料及具有特定性能的外加剂或混合材按适当比例配合、拌制成拌合物。经一定时间硬化而成具有一定强度的人造石材。 水泥混凝土 以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散期间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定的条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。混凝土在土木工程中的重要性混凝土在土木工程中的重要性混凝土是用量最大的结构材料，每年世界混凝土 消耗量为11亿吨，是钢材消耗量的10倍以上； 混凝土是应用最广的结构材料，可用于桥梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程；Itaipu DamSports Palace in Rome 钢丝网－砂浆普通水泥混凝土的原材料组成普通水泥混凝土的原材料组成耐久性能好； 组分材料来源丰富，经济性好； 容易成型为任意形状和尺寸的构件； 可大量利用工业废料； 可与钢材复合使用； 性脆易裂，抗拉强度低； 混凝土生产能耗较低，维护费用少。混凝土是复杂的、随机性的材料 Concrete is a Complex and Random Materials其微结构由非匀质的三相组成，而每一相又包含非匀质的多相； 其微结构不是静止的，而是随时间不断变化；新生成的水化物可以填充微裂缝，有自愈性(Heal)； 与其它材料不同，它是使用前才在工程现场或就近生产的。水泥混凝土的应用与分类水泥混凝土的应用与分类根据表观密度0： 普通混凝土 (≈2400kg/m3)； 轻混凝土 (＜1950kg/m3)； 重混凝土 (＞2600kg/m3)。根据用途(功能)： 普通混凝土； 道路混凝土； 防水混凝土； 耐热混凝土； 耐酸混凝土； 防辐射混凝土； 膨胀混凝土； 装饰混凝土等。根据生产与施工方法： 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 挤压混凝土 压力灌浆混凝土 预应力混凝土 离心混凝土等。 混 凝 土 骨料 骨料水泥混凝土的应用与分类水泥混凝土的应用与分类混凝土理论与技术的历史 1867年，水泥混凝土理论； 1916年，混凝土强度的水灰比理论； 1925年，水灰比学说和恒定用水量法则； 1928年，混凝土的收缩与徐变理论，预应力技术； 20世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术； 20世纪90年代，高性能混凝土的概念与技术。普通水泥混凝土的原材料组成 普通水泥混凝土的原材料组成 普通水泥混凝土 以通用水泥为胶结材料，用普通砂石为集料，并以水为原材料，按专门设计的配合比，经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。 普通混凝土的组成普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨 料新拌混凝土100%体积60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂 为了改善或提高混凝土的性能各组成材料的作用各组成材料的作用水泥浆 润滑作用——与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性 胶结作用——包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体骨 料 廉价的填充材料，节省水泥用量 混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展 传力作用 降低水化热 提供耐磨性各组成材料的作用各组成材料的作用水 混凝土中的拌和水有两个作用: 供水泥的水化反应 赋予混凝土的和易性 剩余水留在混凝土的孔（空）隙中 使混凝土中产生孔隙 对防止塑性收缩裂缝与和易性有利 对渗透性、强度和耐久性不利普通水泥混凝土的原材料组成普通水泥混凝土的原材料组成水泥 各组成材料的作用各组成材料的作用外加剂 化学外加剂：改善混凝土的性能 缓凝剂 ——使水泥浆凝结硬化速度减慢； 促凝剂 ——使水泥浆凝结硬化速度减慢； 减水剂——减少拌和需水量； 引气剂——在混凝土中引起封闭气孔； 矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 矿渣新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性要求混凝土拌合物具有哪些性能？ 流动性，便于浇灌与填充模具； 均匀性，骨料在水泥浆中分布均匀，水泥颗粒在水中分布均匀； 保水性，水不泌出、离析。 良好性能的标志： 运输中不易分层离析； 浇灌时容易捣实或自密实； 成型后表面容易修正。 新拌水泥混凝土的性质——工作性 新拌水泥混凝土的性质——工作性 新拌水泥混凝土的和易性 在一定的施工工艺及设备下，新拌水泥混凝土能够形成质量均匀、密实、稳定的混凝土的性能 满足输送和浇捣要求的流动性（稠度） 不为外力作用产生脆断的可塑性（粘聚性） 不产生分层、泌水的稳定性（保水性） 易于浇捣密实的易密性分层离析与泌水现象及其危害分层离析与泌水现象及其危害分层离析 现象：粗骨料从混凝土的水泥砂浆中分离出来的倾向，与拌和物的粘聚性有关。 危害：分层离析将导致硬化后的混凝土产生蜂窝和麻面，影响均匀性。 泌水 现象：混凝土中粗骨料下沉、水分上升直到表面，这种现象叫泌水，与拌和物的保水性有关。 危害：泌水导致混凝土中粗骨料和水平钢筋下方形成水囊和水膜，降低骨料或钢筋与水泥石的粘结力；表面还会形成酥松层等。null骨料水可见表面泌水内泌水null钢 筋沉降裂缝水 囊混凝土表面新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性圆锥筒 将拌和物等体积地分三层填入圆锥筒中 每一层用捣棒插捣25下 用灰刀将表面抹平 垂直提起圆锥筒，拌和物将在自重作用下向下坍落 量出坍落的毫米数—坍落度200mm100mm300mm坍落度试验坍落度试验坍落度直尺坍落扩展度null装第1层并插捣25次装第2层并插捣25次装第3层并插捣25次抹平表面提起圆锥筒测量坍落高度坍落度试验步骤坍落度测量扩展度测量新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性坍落度试验 适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土 根据坍落度不同，可将混凝土分为： 1.大流动性混凝土： 坍落度大于160mm； 2.流动性混凝土： 坍落度为100～150mm； 3.塑性混凝土： 坍落度为10～90mm； 4.干硬性混凝土： 坍落度小于10mm。 坍落度试验坍落度试验测出坍落度后，用捣棒轻轻敲击混凝土锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的出然崩落，由此判断其粘聚性是否合格； 观察混凝土锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。 由此两方面观察和坍落度测量即可判断混凝土拌和物和易性是否合格。维勃稠度试验透明圆盘 从开启振动台至透明圆盘底面与混凝土完全接触所需的时间为维勃稠度值VB。 本方法适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度值在5～30s之间的拌和物稠度测定。维勃稠度仪维勃稠度试验新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性维勃稠度试验 适用于骨料粒径不大于40mm，维勃稠度在5～30s之间。 根据维勃稠度不同，可将混凝土分为： 1.超干硬性混凝土：维勃稠度大于31s； 2.特干硬性混凝土：维勃稠度为30～21s； 3.干硬性混凝土：维勃稠度坍为20～11s； 4.半干硬性混凝土：维勃稠度坍为10～5s。新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性路面混凝土稠度分级：新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性影响新拌混凝土的工作性的因素 内因—— 组成材料质量及其用量的影响 外因—— 环境条件、时间 新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性组成材料质量及其用量的影响 水泥持性的影响 集料特性的影响 单位体积用水量 集浆比的影响 水灰比的影响 砂率的影响 外加剂的影响(1) 用水量的影响(1) 用水量的影响每立方米混凝土的用水量——单位用水量，它确定了混凝土拌和物的流动性。 当水泥用量一定时，增加用水量，水灰比增加，坍落度增大。 当水灰比一定时，增加用水量，就必须同时增加水泥用量——水泥浆用量增加，则坍落度增大。初始自由水量对混凝土拌合物初始坍落度的影响基本理论基本理论恒定用水量法则： 当粗、细骨料的种类和比例一定时，即使水泥用量有适当变化(±50～100kg/m3)，只要单位用水量不变，混凝土拌和物的坍落度可以基本保持不变，即要使混凝土拌和物获得一定值的坍落度，其所需的单位用水量是一个恒定值。(2)水泥品种与细度的影响(2)水泥品种与细度的影响基本原理： 水泥品种不同，水泥颗粒的密度不同，当水泥用量相同时，密度较大的水泥，其同样质量的水泥颗粒的数量较小，水泥颗粒的总表面积就小，反之亦然。 水泥中混合材粉末颗粒表面特征与水泥颗粒不同，影响颗粒表面吸附特性，即影响水泥浆粘度。 水泥颗粒的细度越大，则同样质量的水泥的总表面积越大。 当水灰比相同时，水泥颗粒的总表面积越大，则水泥浆的稠度越大，塑性越差。从而影响混凝土拌和物的和易性。水泥品种与细度的影响水泥品种与细度的影响在水灰比相同时 硅酸盐水泥 流动性好，密度较大； 普通硅酸盐水泥 流动性好，密度较大； 火山灰水泥 流动性较差，保水性较好； 矿渣水泥 流动性较差，保水性较差； 粉煤灰水泥 和易性最好，坍落度较大，保 水性和粘聚性均较好。 水泥颗粒愈细，拌和物的粘聚性和保水性愈好；当水泥的比表面积小于280m2/kg时，混凝土拌和物的泌水性增大。(3) 骨料颗粒表面特征与形状的影响(3) 骨料颗粒表面特征与形状的影响表面光滑且呈等径形状的颗粒比粗糙表面且有菱角的颗粒更利于骨料的滑动，而且，前者的表面积小于后者。因此： 在水泥浆用量相同时，前者拌制的混凝土拌和物坍落度大于后者； 当坍落度或维勃稠度相同时，前者拌制的混凝土拌和物所需用水量小于后者。 针片状的颗粒比等径形状的颗粒更不利于骨料的滑动，因此，前者不利于混凝土拌和物的流动性。最大粒径Dmax的影响最大粒径Dmax的影响对于恒定的水泥浆用量，骨料粒径越大，总表面积越小，拌和物的坍落度越大； 对于给定的坍落度或维勃稠度，骨料粒径越大，骨料表面吸附水越少，则用水量越少； 骨料粒径对其表面积的影响 骨料粒径对其表面积的影响 若破碎该骨料使边长减小一半，则表面积增大一倍骨料粒径与表面积的关系 粒径越小，表面积越大，骨料表面的水泥浆越薄，则骨料相互连锁不易滑动，坍落度就小。水泥浆用量一定时，粒径越大，表面积越小，骨料表面的水泥浆越厚，则骨料就容易滑动，坍落度就大。骨料颗粒级配的影响骨料颗粒级配的影响级配良好的骨料，较大粒径的颗粒堆积的空隙被较小颗粒填充，较小颗粒堆积的空隙被更小颗粒填充，不但使得骨料颗粒堆积的空隙率较小，填充在空隙中的水泥浆减少，水泥浆主要包裹在骨料的表面，而且可以避免骨料颗粒间的连锁，利于骨料的滑动，拌和物流动性较好。 当用水量相同时，级配良好的骨料可以增大拌和物的流动性。 当流动性相同时，级配良好的骨料可以减小水灰比或减少用水量(4) 砂率的影响 (4) 砂率的影响 基本概念： 混凝土拌和物中所用砂的质量占骨料总量的质量百分数称为砂率。 使拌合物的坍落度最大时的砂率称为合理砂率 试验表明：水灰比与用水量一定时，拌和物坍落度先随砂率增加而增大，达到最大值后，又随砂率增加而减小，坍落度最大时的砂率为合理砂率(最优砂率)砂率对骨料堆积空隙率的影响砂率对骨料堆积空隙率的影响卵石碎石堆积孔隙率(%)砂 率 (%) 如图：不管是卵石或碎石，当砂率在35～45％时，骨料的堆积空隙率最低。合理砂率的选用原则： 合理砂率的选用原则： 1) 粗骨料的Dmax较大，级配较好时，可选用较小砂率； 2) 砂的细度模数较小时，砂的总表面积较大，可选用较小砂率； 3) 水灰比较小、水泥浆较稠时，可选用较小砂率； 4) 流动性要求较大时，需采用较大砂率； 5) 掺用引气剂或减水剂时，可适当减小砂率； (5) 水灰比的影响(5) 水灰比的影响水灰比是混凝土拌和物中用水量与水泥用量的比值： W/C = 用水量(W)/水泥用量(C) 水灰比的大小反映水泥浆的稀稠程度(稠度)。 在水泥浆用量一定时，增大水灰比，水泥浆变稀，粘聚性降低，颗粒间内摩阻力减小，流动性会有所增大； 但水灰比过大，水泥浆太稀，保水性变差，会导致混凝土拌和物出现泌水现象。 (6) 水泥浆与骨料的相对用量的影响 (6) 水泥浆与骨料的相对用量的影响 水泥浆是混凝土拌和物产生流动的决定因素。 水泥浆包裹在骨料的表面，在骨料间起润滑作用产生滚珠效应，减小了骨料颗粒间的内摩阻力。所以，水泥浆用量愈多，流动性愈好，拌和物的坍落度增大，同时还增大了拌和物的粘聚性。 水泥浆用量较小，相对骨料用量较大，水泥浆不足以包裹骨料表面形成润滑层，骨料间的摩擦力较大，拌和物不易流动，坍落度减小。 水泥浆与骨料相对用量的影响水泥浆与骨料相对用量的影响低水泥浆用量的 干硬性拌和物高水泥浆用量的 塑性拌和物高水泥浆用量时的滚珠效应高水泥浆用量时的滚珠效应滚珠效应开始滚珠效应结束问：水泥浆用量越多越好吗？ 问题：水泥浆用量越多越好吗？ 解答： NO；增加水泥浆用量，就增加了骨料表面包裹层的厚度，增大了润滑作用，这有利于拌和物的和易性； 但水泥浆过多，超过了骨料表面包裹层所需的量，则不仅使拌和物的流动性无明显增加，而且会出现流淌和泌水现象，同时会造成水泥浆的浪费，是不利的。 新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性环境条件的影响 温度、湿度和风速 时间 搅拌条件 新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性 新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性改善新拌水泥混凝土工作性的主要措施 调节混凝土的材料组成 掺加各种外加剂 改进水泥混凝土拌和物的施工工艺 新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌水泥混凝土的性质——工作性新拌混凝土的凝结时间 贯入阻力法 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质强度和变形 null混凝土的宏观结构粗骨料细骨料水泥石过渡区一、混凝土的组成与结构1) 骨料相的结构要素1) 骨料相的结构要素骨料种类 来源不同：碎石、卵石(砾石) 岩石种类：花岗岩、石灰石等； 骨料的粒形 等径多面体 针片状多面体 骨料表面状态 表面光滑 表面粗糙 骨料颗粒尺寸与级配 骨料的分布 null背散射扫描电镜照片未水化水泥颗粒C-S-H氢氧化钙单硫型硫铝酸盐2) 水泥石相的结构要素孔隙率； 孔隙特征与孔径分布； 固体颗粒的尺寸与分布； 含水状态。3) 过渡区相的结构要素3) 过渡区相的结构要素过渡区厚度； 过渡区固体颗粒尺寸与形状； 过渡区的孔隙率。骨料氢氧化钙混凝土中骨料与水泥石间的过渡区null混凝土过渡区结构骨 料过渡区水泥石本体C-S-H钙矾石CH骨 料null裂缝扩展的路径和方向骨 料水泥石骨料周围的过渡区过渡区相 ITZ Phase水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质强度 立方体抗压强度 棱柱体抗压强度 劈裂抗拉强度 抗折强度 剪切强度 粘结强度 (1) 单轴受压时的应力－应变行为(1) 单轴受压时的应力－应变行为在压应力作用下，骨料是弹性体，水泥石也是弹性体，但由骨料与水泥石组成的混凝土是一种弹塑性体。 特点：混凝土在压应力作用下，既产生弹性变形，也产生塑性变形。 在较低应力(＜极限应力fcp的30%)下，以弹性变形为主； 在较高应力(＞ fcp的30%)下，产生弹塑性变形，应力水平越高，塑性变形量越大； 混凝土强度越低，塑性变形越大。问题？问题？为什么骨料和水泥石是弹性体，而二者组成的混凝土是弹塑性体？ 原因： 混凝土是一个多物相、多孔性的复合材料，其主体是颗粒堆聚体，存在界面过渡区，且过渡区有原生微裂缝。受力下，界面裂缝的扩展、颗粒间的滑移、孔隙中水的迁移等因素导致产生塑性变形。 混凝土单轴受压下的－曲线可以分为4个阶段： 在极限应力fcp的30%以下，界面过渡区微裂缝是稳定的，因此， －曲线是线形的； 当应力＞ fcp的30%时，随着应力增加，过渡区的裂缝长度、宽度和数量增加， /比值增加， －曲线偏离直线；如果应力＜ fcp的50%，过渡区的微裂缝稳定体系存在，基体水泥石不会产生微裂缝； 当应力＞ fcp的50~60%时，基体相中产生微裂缝，如果应力进一步增加，基体相微裂缝扩展，增多，过渡区微裂缝失稳，导致－曲线弯向横轴 当应力＞ fcp的75~80%时，应变能释放速度达到在持久应力下裂缝自发扩展的水平，应变随应力增长很快，直至裂缝成为联系体系—破坏。水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质混凝土立方体抗压强度 制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件(温度20土3℃，相对温度90％以上)下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值，简称立方抗压强度，以fcu表示 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质立方体抗压强度标准值 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MPa计。 立方体抗压强度标准值以fcu,k表示 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质混凝土的强度等级 根据立方体抗压强度标准值确定 用符号“C” 和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示 普通混凝土按立方抗压强度标准值划分为：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60等12个强度等级 混凝土抗压强度的几个基本概念混凝土抗压强度的几个基本概念立方体抗压强度 立方体强度标准值 强度等级 实际强度国家标准规定：制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件(202C，相对湿度＞95%)下，养护到28天龄期，测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度，以“fcu”表示。 用标准试验方法测得的一组若干个立方体抗压强度值的总体分布中的某一个值，低于该值的百分率不超过5%,该抗压强度值称为立方体抗压强度标准值。以“fcu,k”表示 根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分的等级，以符号C+混凝土立方体强度标准值(fcu,k)表示。 将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，作为混凝土施工质量控制和验收依据。水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质轴心抗压强度 国家规范规定：用尺寸为150 mm 150 mm 300mm的标准棱柱体试件，按规定方法成型、标准条件下养护28天，测得的抗压强度为轴心抗压强度，以fcp表示； 工程结构设计的依据； 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系： fcp = (0.7~0.8)fcu 换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小。(2) 抗拉强度试验(2) 抗拉强度试验直接轴心抗拉试验——很困难 荷载作用线难以与试件轴线保持重合，发生偏心； 难以保证试件在受拉区断裂。 劈裂抗拉试验 试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件 原理：在试件的相对的表面竖线上作用均匀分布的压应力，从而在竖向平面内产生均匀拉伸应力 四点弯拉试验 试件：150×150×600(或550)mm3的梁式试件 按三分点加荷进行弯曲试验，在试件下方产生拉伸应力水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质影响水泥混凝土强度的主要因素 材料组成 制备方法 养生条件 试验条件 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质材料组成对水泥凝土强度的影响 水泥的强度和水灰比 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质1930年瑞士J．鲍罗米(Bolomey)提出混凝土抗压强度(fc)与水泥强度(fce)和灰水比(c/w)的直线关系式： 水泥的强度和水灰比（w/c） 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质我国根据大量的实验资料统计结果，提出灰水比(C／W)、水泥实际强度(fce)与混凝土28d立方体抗压强度(fcu,28)的关系：水泥的强度和水灰比（w/c） 水泥强度fce＝42.5Mpa，水泥用量400kg/m3，单位体积用水量160kg/m3。 碎石混凝土fcu,28＝0.46*42.5*(400/160-0.07)=47.5Mpa 卵石混凝土fcu,28＝0.48*42.5*(400/160-0.33)=44.3MPa水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质影响水泥混凝土强度的主要因素粗集料的表面特征水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质粗集料的表面状态主要是指粗集料表面的粗糙程度。碎石表面粗糙，粘结力比较大，卵石表面光滑．粘结力比较小。因而在水泥标号和水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝上的强度。粗集料的表面特征水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质养护条件对水泥混凝土强度的影响 温度的影响水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质养护条件对水泥混凝土强度的影响 湿度的影响 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质养护条件对水泥混凝土强度的影响 龄期的影响 水泥混凝土的性质——力学性质水泥混凝土的性质——力学性质提高混凝土强度主要措施 采用高标号水泥和快硬早强类水泥 减小水灰比和单位体积用水量 掺加混凝土外加剂和掺合料 采用机械搅拌和振捣 采用湿热处理——蒸汽养护和蒸压养护 水泥混凝土的性质——变形水泥混凝土的性质——变形物理化学因素引起的变形 塑性收缩 化学收缩 碳化收缩 干湿变形 温度变形 水泥混凝土的性质——变形水泥混凝土的性质——变形荷载作用下的变形 （1）在短期荷载作用下的变形 （2）长期荷戴作用下的变形——徐变 在短期荷载作用下的变形在短期荷载作用下的变形混凝土的弹塑性变形 在短期荷载作用下的变形在短期荷载作用下的变形混凝土的变形模量 返回长期荷戴作用下的变形——徐变长期荷戴作用下的变形——徐变返回混凝土的耐久性混凝土的耐久性混凝土在所处环境及使用条件下经久耐用的性能 抗渗性 抗冻性 抗侵蚀性 耐磨性 碳化反应 碱集料反应 为保证水泥混凝土的耐久性，通常要根据环境条件和工程性质，限制最大水灰比和最小水泥用量。普通水泥混凝土的配合比设计普通水泥混凝土的配合比设计水泥、水、砂、石子四种主要组成材料用量之间的比例关系 以每1立方米混凝土中各材料的用量(kg)表示 以水泥用量为1，表示各材料用量之间的比例关系普通水泥混凝土的配合比设计普通水泥混凝土的配合比设计土木工程对混凝土的基本要求 满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载； 满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土； 具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命； 满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低、环境负荷少等。普通水泥混凝土的配合比设计普通水泥混凝土的配合比设计混凝土配合比设计的三参数 水灰比 砂率 用水量普通水泥混凝土的配合比设计普通水泥混凝土的配合比设计初步配合比设计 基准配合比设计 实验室配合比设计 工地配合比设计配合比设计步骤配合比设计步骤步骤一：根据工程所用施工工艺、配筋密集程度和捣实条件，选择坍落度或VB稠度，再由坍落度或VB稠度和石子最大粒径、粒形和级配，确定单位用水量（查表7－14 ）步骤二：根据下列因素，选择石子最大粒径 Dmax 构件最小断面尺寸(小于1/4)； 钢筋最小间距(不大于3/4)； （泵管直径、路面平整度；抗冲击、疲劳强度、经济）步骤三：根据设计强度值，用鲍罗米公式，计算出水灰比，再根据满足耐久性要求的最大水灰比，取二者的最小值，确定水灰比。配制强度 fcu.0 ≥ fcu.k + tσ 式中：fcu.0 — 混凝土配制强度； fcu.k — 设计混凝土立方体抗压强度标准值； t — 保证率系数； σ — 混凝土强度标准差(MPa)取决于强度保证率 取决于施工企业的生产管理水平和设计的混凝土强度等级！配制强度null鲍罗米公式： fcu = A• fce ( C/W – B) fcu——混凝土28d抗压强度(MPa) fce —— 水泥的实测强度(MPa) C/W——灰水比 A、B——与骨料种类有关的回归系数： null步骤四：根据单位用水量和水灰比，计算水泥的用量步骤五：根据粗骨料品种、最大粒径、砂的细度模数及水灰比，选择合理砂率步骤六：根据胶凝材料与水的用量、砂率和含气量，计算粗细骨料用量粗细骨料用量的计算方法体积法： 石/ρ石 + 砂/ρ砂+ 水泥/ ρ水泥+ 水/ ρ水+a=1 ( 砂/ 砂 + 石)×100% =砂率% ρ：密度；a：含气量质量法(假定表观密度法)： 石 + 砂 + 水泥 + 水 = 2400 ( 砂/ 砂 + 石)×100% =砂率% 步骤七：根据骨料含水率和试拌情况，对配合比进行调整。粗细骨料用量的计算方法试拌调整，提出基准配合比试拌调整，提出基准配合比1）试拌 2）校核工作性，调整配合比 A. 如果坍落度太小，则应保持水灰比不变，适当增加水泥浆的量(∆C+∆W)； B. 如果坍落度太大、或粘聚性不好、或泌水性太大，则适当增加砂率(∆S)； C. 如果坍落度过大，适量增加砂石用量(∆S+∆G)。 在根据实测的混凝土的表观密度，对假定表观密度和材料用量进行调整，由此得出混凝土的基准配合比。 检验强度，确定实验室配合比检验强度，确定实验室配合比1）制作试件、检验强度 2）测试强度，调整配合比 3）校核湿表观密度，调整配合比 返回工地配合比设计工地配合比设计返回水泥混凝土配合比设计例题水泥混凝土配合比设计例题 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。 null1.了解原始资料配合比设计的基本资料，主要是混凝土工程的具体性质和原材料，以及施工工艺和水平等方面的资料。 本题可供应强度等级为42.5硅酸盐水泥， 密度ρc＝3.10×103kg／m3； 砂为中砂，表观密度ρs＝2.65×103kg／m3。 碎石最大粒径为31.5mm，表观密度ρg＝2.70×103kg／m3。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null2.根据实际工程要求确定混凝土的最大粒径和坍落度本题混凝土所需的坍落度为30～50mm 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null3.根据混凝土的最大粒径和坍落度要求确定混凝土的单位体积用水量依据固定加水量定则，在已知坍落度时，可根据统计数据或经验确定单位体积用水量 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null3.根据混凝土的最大粒径和坍落度要求确定混凝土的单位体积用水量依据固定加水量定则，在已知坍落度时，可根据统计数据或经验确定单位体积用水量根据题意所需配制的混凝土的坍落度为30－50mm，碎石最大粒径为31.5mm，可得单位体积用水量mw0=185Kg/m3； 这样就确定了混凝土配合比设计三参数中的单位体积用水量 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null4.根据结构设计中的混凝土立方体抗压强度标准值要求，确定混凝土的配制强度实际施工中，相同配合比的混凝土，其强度值也总有波动，而且试验室条件与施工现场条件不完全一样，为保证实际施工时，所要求的混凝土强度等级，在配制混凝土时，配制强度需高于所要求的强度等级。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null4.根据结构设计中的混凝土立方体抗压强度标准值要求，确定混凝土的配制强度根据题意可知：设计要求混凝土强度fcu,k=30MPa，无历史资料，按表7-15取σ=5.0MPa，按下式计算混凝土配制强度 fcu,0=fcu,k+1.645×σ=30.0+1.645×5.0=38.2(MPa) 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null5.根据水泥胶砂试验确定水泥的实际强度与配制强度的概念一样，水泥出厂时为了保证产品的合格率，生产厂也将水泥的实际强度控制在标准所规定的强度之上；在混凝土配制过程中，如不利用水泥所富余的强度，则会造成一定的浪费，因此在计算水灰比之前，还应利用水泥胶砂试验测试水泥的实际强度。 本题中水泥经胶砂试验测得实际强度为49.3MPa 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null6.根据水灰比公式计算混凝土的水灰比 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null7.根据混凝土的水灰比和单位体积用水量确定单位体积水泥用量由单位体积用水量和水灰比可得： 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null8.验证是否满足混凝土耐久性要求根据混凝土所处环境条件用于温暖地区，查表7-12，允许最大水灰比为0.65，最小水泥用量为260Kg/m3。由以上的计算可以看出，此配合比满足耐久性要求。如果计算出的水灰比大于工程耐久性所需的最大水灰比，或水泥用量小于工程耐久性所需的最小水泥用量，则应以工程耐久性所需的最大水灰比或最小水泥用量为配合比设计的水灰比或水泥用量；或改用低标号水泥，重新进行配合比设计。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null9.根据混凝土的最大粒径和水灰比确定砂率混凝土的砂率选用表(%) 选定混凝土砂率取：33％ 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null10.采用体积法或质量法确定混凝土的单位用砂量和单位用石量体积法：如前所述四种原材料按照单位体积的用量组合在一起，就是一立方米混凝土，因此各种组分所占据的体积之和应为1m3，由此便可以得到如下公式： 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null10.采用体积法或质量法确定混凝土的单位用砂量和单位用石量质量法：也称为假定密度法。组成1m3混凝土的各种原材料的质量之和就是1m3混凝土的质量，而1m3混凝土的质量就是混凝土的密度，由此可得如下公式： 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null10.采用体积法或质量法确定混凝土的单位用砂量和单位用石量本题由于已知原材料的密度，为了计算精确，采用体积法确定砂石用量计算得ms0=628Kg/m3，mg0=1255Kg/m3。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null10.采用体积法或质量法确定混凝土的单位用砂量和单位用石量至此混凝土的初步配合比已经计算出来了：mc0=325Kg/m3，mw0=185Kg/m3， ms0=628Kg/m3，mg0=1255Kg/m3。此计算结果为初步配合比 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null11.根据初步配合比的结果进行试拌，进行坍落度调整按计算的初步配合比，试拌0.015m3混凝土混合料，首先计算出各种材料的试拌用量： 水泥：325×0.015＝4.88Kg; 水：185×0.015＝2.78kg; 砂：628×0.015＝9.42Kg； 碎石：1255×0.015＝18.83Kg。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null11.根据初步配合比的结果进行试拌，进行坍落度调整按计算材料用量拌制混凝土拌和物，测定其坍落度为10mm，未满足题目的施工和易性要求。为此，保持水灰比不变，增加5％水泥浆。再经拌和坍落度为40mm，粘聚性和保水性亦良好，满足施工和易性要求。此时混凝土拌和物各组成材料实际用量为： 水泥：4.88×(1+5％)＝5.12Kg； 水：2.78×（1+5％）＝2.92Kg； 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null11.根据初步配合比的结果进行试拌，进行坍落度调整此时混凝土拌和物中各种原材料的比例为 mc1:mw1:ms1:mg1=5.12：2.92：9.42：18.83 =1：0.57：1.84：3.68 各种材料的单位体积的用量由下式计算： 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null11.根据初步配合比的结果进行试拌，进行坍落度调整解得mc1=336.2Kg/m3；mw1=191.6Kg/m3；ms1=618.6Kg/m3；mg1=1237.2Kg/m3； 此计算结果称为基准配合比 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null12.根据基准配合比的结果制作试件，进行强度检验采用水灰比分别为(w/c)A=0.52、(w/c)B=0.57和(w/c)C=0.62拌制三组混凝土拌和物。用水量保持不变，砂、碎石用量由下式确定： 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null12.根据基准配合比的结果制作试件，进行强度检验 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null12.根据基准配合比的结果制作试件，进行强度检验相应混凝土配制强度fcu,0＝38.2MPa的灰水比c/w=1.73，即w/c=0.58，这就是所需配制的混凝土的水灰比。 按强度试验结果修正配合比，各材料用量为： 用水量mw2=mw1=191.6Kg/m3 水泥用量mc2=mw2/(w/c)=191.6/0.58=330.3Kg/m3 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null12.根据基准配合比的结果制作试件，进行强度检验砂、石用量按体积法：解得ms2=620.3Kg/m3，mg2=1240.6Kg/m3。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null12.根据基准配合比的结果制作试件，进行强度检验测试混凝土混合料的湿表观密度，计算实验室配合比 以上混凝土的湿表观密度的计算值为：191.6+330.3+620.3+1240.6=2382.8Kg/m3 按以上配合比配制混凝土混合料，测定其湿表观密度为2427Kg/m3 则修正系数δ=2427/2382.8=1.019 所以，此混凝土的实验室配合比为： mw2=191.6×1.019=195.2Kg/m3 mc2=330.3×1.019=336.6Kg/m3 ms2=620.3×1.019=632.1Kg/m3 mg2=1240.6×1.019=1264.2Kg/m3 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null13.根据现场的含水率，进行配合比调整由于现场的砂石料中含有一定量的水，因此在添加砂石时，也引入了一部分水，使实际的砂石量不足，同时添加水时应扣除砂石所引入的水分。因此需要根据材料含水率对实验室配合比进行修正： 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。null13.根据现场的含水率，进行配合比调整水泥用量：mc3=mc2=336.6Kg/m3 湿砂用量： ms3=ms2×(1+5%)=632.1×(1＋5％)=663.7Kg/m3 湿石用量：mg3=mg2×(1+1%)=1264.2×(1+1%)=1276.8Kg/m3 水用量：mw3=mw2-ms2×5%-mg2×1%=151.0Kg/m3 以上就是题目所需的混凝土的施工配合比。 题目：试设计钢筋混凝土桥T型梁用混凝土配合。已知混凝土的设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30一50mm。桥梁所在地区为温暖地区。水泥混凝土外加剂水泥混凝土外加剂在水泥混凝土拌和时或拌和前掺入的、掺量不大于水泥质量5％(特殊情况除外)并能使水泥混凝土的使用性能得到一定程度的改进的物质 水泥混凝土外加剂水泥混凝土外加剂外加剂的作用 (1) 能改善混凝土拌合物的和易性、减轻体力劳动强度、有利于机械化作业 (2) 可以加快施工进度，提高建设速度 (3) 能提高或改善混凝土质量 (4) 能适当地节约水泥而不致影响混凝土的质量 (5)可以使水泥混凝土具备一些特殊性能水泥混凝土外加剂水泥混凝土外加剂外加剂的分类 按照外加剂功能分类 (1)改善混凝土拌合物流变性能的外加刘。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。包括缓凝剂、早强剂相速凝剂等。 (3)改善混凝土耐久性的外加剂。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。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂 按外加剂化学成分分类 无机物类 、有机物类 、复合型类 水泥混凝土外加剂水泥混凝土外加剂常用外加剂的性能和使用 减水剂 早强剂 引气剂 调凝剂 防冻剂 膨胀剂 减水剂减水剂在不影响新拌混凝土工作性的条件下，能使用水量减少；或在不改变用水量的条件下，可改善混凝上的工作性；或同时具有以上两种效果；同时又不显著改变新拌混凝土含气量的外加剂 减水剂 Water Reducers减水剂 Water Reducers组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物质。 种类： 减水效果 普通减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)； 高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)。 复合功能 早强减水剂； 缓凝减水剂； 引气减水剂。减水剂的物理化学特征减水剂的物理化学特征可溶于水，能显著降低水的表面张力； 能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水－固界面张力。减水剂的作用机理减水剂的作用机理当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性： 水具有高表面张力(氢键分子结构) 水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力 当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性——静电排斥作用； 由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。null减水剂分散水泥的机理减水剂的品种及其应用减水剂的品种及其应用普通减水剂 高效减水剂 减水率减水剂的技术经济效果减水剂的技术经济效果在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大100~200mm； 在保持坍落度不变的情况下，使用水量减少10%~15%，抗压强度增加15%~40%； 在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥10%~15%； 混凝土的渗水性可降低40%~80%； 可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂现象。 减水剂减水剂掺减水剂的水泥混凝土的配合比设计 确定试配强度和水灰比 计算掺外加剂混凝土的单位用水量 计算外加剂混凝土的单位水泥用量 计算单位粗、细集料用量 试拌调整 返回本章必须掌握的本章必须掌握的知识点新拌水泥混凝土的工作性 影响水泥混凝土工作性的因素 混凝土立方体抗压强度与立方体抗压强度标准值 水泥混凝土配比设计 减水剂的减水机理与技术经济效益null O(∩_∩)O谢谢