1、4.3.4 4.3.4 混凝土的耐久性混凝土的耐久性l混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。用性能的能力称为混凝土的耐久性。l提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工作量，提高经济效益具有重要的意义。复工作量，提高经济效益具有重要的意义。l通常用混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、通常用混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、抗腐蚀性能和碱骨料反应综合评价混凝土的耐久抗腐蚀性能和碱骨料反应综合评价混凝土的耐久性。性。混凝土性能劣化的模式混凝土性能劣化的模式组成改变组成改变体
2、积膨胀、裂缝体积膨胀、裂缝表面开裂表面开裂表面剥落表面剥落溶蚀溶蚀磨损磨损结构酥松结构酥松承载力下降承载力下降弹性模量降低弹性模量降低质量损失质量损失导致混凝土性能劣化的因素导致混凝土性能劣化的因素外部环境因素：外部环境因素： 水、风化、冻融、化学腐蚀、磨损、气水、风化、冻融、化学腐蚀、磨损、气体等；体等； 材料内部原因：材料内部原因： 内部存在不稳定的化学组分；内部存在不稳定的化学组分； 材料内部存在一些缺陷。材料内部存在一些缺陷。混凝土耐久性的内容混凝土耐久性的内容抗渗性 抗冻性 耐腐蚀性 抗碳化性 碱骨料反应 耐火性耐磨性与抗冲刷性混凝土的劣化分为两大类：混凝土的劣化分为两大类：u 第一
3、类，由水、空气和其它侵蚀性介质渗透进第一类，由水、空气和其它侵蚀性介质渗透进入混凝土的速率所决定。入混凝土的速率所决定。 化学的：钢筋锈蚀、碱化学的：钢筋锈蚀、碱- -骨料反应、硫酸盐、海水骨料反应、硫酸盐、海水和酸的侵蚀、碳化；和酸的侵蚀、碳化； 物理的：冻融、盐结晶、火灾等。物理的：冻融、盐结晶、火灾等。u 第二类，是磨耗、冲磨与空蚀，涉及一些另外第二类，是磨耗、冲磨与空蚀，涉及一些另外的机理。的机理。一、抗渗性一、抗渗性定义：是指混凝土抵抗有压介质（水、油、溶定义：是指混凝土抵抗有压介质（水、油、溶液等）渗透作用的能力。液等）渗透作用的能力。混凝土的抗渗性用混凝土的抗渗性用抗渗等级抗渗等
4、级表示。是以表示。是以28d28d龄龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。受的最大静水压力来确定。可分为可分为P4P4、P6P6、P8P8、P10P10和和P12P12等五个等级。等五个等级。水的渗透与混凝土的劣化：水的渗透与混凝土的劣化：v对许多建筑材料来说，水是它们生产过程的重要原料之对许多建筑材料来说，水是它们生产过程的重要原料之一，同时也是它们破坏过程的主要介质。一，同时也是它们破坏过程的主要介质。v水也是多数结构混凝土出现耐久性问题的核心。不仅物水也是多数结构混凝土出现耐久性问题的核心。不仅物理劣化过程与水有关；同时
5、作为传输侵蚀性离子的介质，理劣化过程与水有关；同时作为传输侵蚀性离子的介质，水又是其化学劣化过程的一个根源。水又是其化学劣化过程的一个根源。v混凝土的抗渗性是反映混凝土耐久性的一个重要指标。混凝土的抗渗性是反映混凝土耐久性的一个重要指标。为什么混凝土会渗水为什么混凝土会渗水混凝土混凝土内部存在孔隙通道是其渗水的根本原内部存在孔隙通道是其渗水的根本原因！因！ 孔隙通道包括：孔隙通道包括：混凝土中可蒸发水蒸发后留下的孔道；混凝土中可蒸发水蒸发后留下的孔道；拌合物泌水时在骨料和钢筋下方形成的水拌合物泌水时在骨料和钢筋下方形成的水囊与水膜；囊与水膜；混凝土各种原因引起的体积变形所产生的混凝土各种原因引
6、起的体积变形所产生的收缩裂缝；收缩裂缝；混凝土在荷载作用下的混凝土在荷载作用下的变形。变形。 1 1、高孔隙率、低渗透性、高孔隙率、低渗透性4 4、多孔、高渗透性、多孔、高渗透性3 3、多孔、低渗透性、多孔、低渗透性2 2、低孔隙率、高渗透性、低孔隙率、高渗透性孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系二、抗冻性二、抗冻性定义：是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗多定义：是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗多次冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著次冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。降低的性质。混凝土的冻融破坏原因与模式混凝土的冻融破坏原因与模式 原因：原因：混凝土中
7、大毛细孔里的水结冰时，体积大约要混凝土中大毛细孔里的水结冰时，体积大约要膨胀膨胀9 %9 %如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能引起开裂的压力作用于孔缝的壁上，导致孔缝引起开裂的压力作用于孔缝的壁上，导致孔缝扩展和连接扩展和连接反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断增多，并扩展和连通，造成强度下降增多，并扩展和连通，造成强度下降破坏模式：破坏模式：表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象质量损失质量损失强度、弹性模量下降强度、弹性模量下降路面受盐冻剥落铁路桥梁的冻铁路桥梁的冻害剥落破坏害剥
8、落破坏铁路桥梁的冻害剥落破坏铁路桥梁的冻害剥落破坏混凝土抗冻性试验混凝土抗冻性试验方法：用方法：用28d28d龄期、吸水饱和状态下的试件，龄期、吸水饱和状态下的试件，进行低温冰冻，水中融化循环试验，经过一定进行低温冰冻，水中融化循环试验，经过一定循环后测定试件的强度或弹性模量和质量。循环后测定试件的强度或弹性模量和质量。评价指标：以强度降低不超过评价指标：以强度降低不超过25%25%、质量损失、质量损失不超过不超过5%5%时所能承受的时所能承受的最大冻融循环次数最大冻融循环次数为抗为抗冻指标冻指标抗冻等级抗冻等级。有有F10F10、F15F15、F25F25、F50F50、F100F100、F
9、200F200、F250F250和和F300F300等九个等级。等九个等级。 三、耐蚀性三、耐蚀性定义：抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环定义：抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。境中遭受到化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，抗密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，抗侵蚀性较强。侵蚀性较强。合理选择水泥品种、降低水灰比、提高混凝土密合理选择水泥品种、降低水灰比、提高混凝土密实度和改善孔隙结构是提高混凝土抗侵蚀性的主实度和改善孔隙结构是提高混凝土抗侵蚀性的主要措施。要措施。四、抗碳化性四、抗碳化性混凝土的碳化作用是
10、指空气中的二氧化碳混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳在有在有水的环境下水的环境下与水泥石中的氢氧化钙作用，生成与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙的过程。又叫中性化。碳酸钙的过程。又叫中性化。不利影响不利影响：（1 1）混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土）混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；（2 2）引起混凝土表面产生收缩而开裂。）引起混凝土表面产生收缩而开裂。有利影响有利影响： 提高混凝土的密实度，对提高抗压强度有利。提高混凝土的密实度，对提高抗压强度有利。五、碱集料反应五、碱集料反应定义定义是指水泥中的碱与集料中碱
11、活性矿物是指水泥中的碱与集料中碱活性矿物发生化学反应，在骨料表面生成碱发生化学反应，在骨料表面生成碱硅酸凝胶，硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，引起混凝土产生膨胀、开这种凝胶吸水膨胀，引起混凝土产生膨胀、开裂甚至破坏，这种现象称为碱裂甚至破坏，这种现象称为碱集料反应。集料反应。混凝土发生碱混凝土发生碱集料反应集料反应必须具备以下三个条必须具备以下三个条件件：（1 1）水泥中碱含量高。）水泥中碱含量高。 （NaNa2 2O O0.658K0.658K2 2O O）0.60.6。（2 2）砂、石集料中含有活性二氧化硅成分。）砂、石集料中含有活性二氧化硅成分。（3 3）有水存在。）有水存在。抑制碱抑制碱骨
12、料反应的措施骨料反应的措施选择非活性骨料；选择非活性骨料；选择含碱量选择含碱量0.60.6的水泥；的水泥；提高混凝土的密实性或阻止水分渗入提高混凝土的密实性或阻止水分渗入。什么是碱骨料反应？ 最常见、最重要的反应是碱硅反应(简称ASR)，它是骨料中所含的无定形硅与孔隙里含碱(钠、钾、钙的氢氧化物)的溶液反应，生成易于吸水膨胀的碱-硅凝胶，当结构物暴露在潮湿环境中，混凝土体内相对湿度超过85%时，就会出现膨胀，直到引起混凝土开裂与破坏。扫描电镜下的碱性反应凝胶扫描电镜下的碱性反应凝胶常见的碱常见的碱骨料反应破坏形式骨料反应破坏形式六、提高混凝土耐久性的措施六、提高混凝土耐久性的措施 混凝土的耐久
13、性主要取决于组成材料的品混凝土的耐久性主要取决于组成材料的品质和混凝土本身的密实性及孔隙特征。因质和混凝土本身的密实性及孔隙特征。因此，提高混凝土的耐久性应在这两方面采此，提高混凝土的耐久性应在这两方面采取措施。取措施。 六、提高混凝土耐久性的措施六、提高混凝土耐久性的措施（1 1）合理选择混凝土的组成材料）合理选择混凝土的组成材料（2 2）提高混凝土制品的密实度）提高混凝土制品的密实度（3 3）改善混凝土的孔隙结构）改善混凝土的孔隙结构掺入适量引气剂掺入适量引气剂1.1.根据工程特点或所处环境、施工条件，选择水泥品种；根据工程特点或所处环境、施工条件，选择水泥品种；2.2.选择质量良好、技术
14、要求合格的骨料。选择质量良好、技术要求合格的骨料。1.1.严格控制混凝土的水灰比和水泥用量；严格控制混凝土的水灰比和水泥用量；2.2.选择级配良好的骨料及合理砂率；选择级配良好的骨料及合理砂率；3.3.掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。4.4.改善施工方法，提高施工质量。做到搅拌透澈、灌注改善施工方法，提高施工质量。做到搅拌透澈、灌注均匀、振捣密实、加强养护。均匀、振捣密实、加强养护。提高钢筋混凝土结构耐久性的整体论提高钢筋混凝土结构耐久性的整体论第四节第四节 混凝土的外加剂混凝土的外加剂什么是外加剂？什么是外加剂？定义：定义：混凝土外加剂是指在混凝土搅拌
15、之前混凝土外加剂是指在混凝土搅拌之前或拌制过程中掺入的，用以改善新拌混凝土或拌制过程中掺入的，用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。和（或）硬化混凝土性能的材料。 一般情况掺量不超过水泥质量的一般情况掺量不超过水泥质量的5%5%。为什么要使用外加剂？为什么要使用外加剂？单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题；下列技术问题；用水量与良好和易性间的矛盾；用水量与良好和易性间的矛盾；施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；要求；耐久性对低连通孔隙率的要求。耐久性对低连通孔隙率的要求。外加剂是
16、解决上述问题，改善混凝土性能，以外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；满足工程特殊要求的重要技术途径；现在有现在有70708080以上的混凝土使用了外加剂；以上的混凝土使用了外加剂；混凝土的外加剂混凝土的外加剂“本世纪本世纪3030年代开始采用的以引气剂与塑化剂年代开始采用的以引气剂与塑化剂为主的混凝土外加剂技术，对优质混凝土的为主的混凝土外加剂技术，对优质混凝土的四大要素，即耐久性、强度、工作性与经济四大要素，即耐久性、强度、工作性与经济性，产生了十分明显甚至是决定性的作用。性，产生了十分明显甚至是决定性的作用。时至今日，外加剂已成为现代混凝土不可缺时至今日
17、，外加剂已成为现代混凝土不可缺少的组分；掺加各种外加剂已成为混凝土改少的组分；掺加各种外加剂已成为混凝土改性的一条必经的技术途径性的一条必经的技术途径”。 吴中伟院士吴中伟院士外加剂的分类外加剂的分类按主要功能的分类按主要功能的分类（1 1）改善砼拌合物流变性能：）改善砼拌合物流变性能： 减水剂、泵送剂、引气剂等；减水剂、泵送剂、引气剂等；（2 2）调节砼凝结时间、硬化性能：）调节砼凝结时间、硬化性能： 速凝剂、缓凝剂、早强剂等；速凝剂、缓凝剂、早强剂等；（3 3）改善砼耐久性：）改善砼耐久性： 引气剂、引气剂、阻锈剂、阻锈剂、防水剂等；防水剂等；（4 4）改善其它性能：）改善其它性能： 膨胀
18、剂、防冻剂、着色剂等。膨胀剂、防冻剂、着色剂等。常用外加剂的性能与选用常用外加剂的性能与选用工程上常用的混凝土外加剂主要有：工程上常用的混凝土外加剂主要有：各类减水剂各类减水剂引气剂引气剂早强剂早强剂缓凝剂缓凝剂防冻剂等防冻剂等一、减水剂一、减水剂1 1、定义：保持混凝土拌和物稠度不变的条件下，具、定义：保持混凝土拌和物稠度不变的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂塑化剂”，高效减水剂又称为，高效减水剂又称为“超塑化剂超塑化剂”2 2、种类：、种类：（1 1）减水效果）减水效果普通减水剂（塑化剂）；普通减水剂（塑化剂）；高效减水剂（超塑化剂）。高效
19、减水剂（超塑化剂）。（2 2）复合功能）复合功能早强减水剂；早强减水剂；缓凝减水剂；缓凝减水剂；引气减水剂。引气减水剂。一、减水剂一、减水剂3 3、减水剂的作用机理、减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；亲水基团和憎水基团组成；减水剂的作用示意图减水剂的作用示意图没加减水剂的水泥浆没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆加减水剂后的水泥浆一、减水剂一、减水剂4 4、减水剂的作用效果、减水剂的作用效果增加流动性。增加流动性。提高混凝土强度。提高混凝土强度。节约水泥。节约水泥。改善混凝土的耐久性改善混凝土的耐久性保持水灰
20、比和用水量不变，坍落度可保持水灰比和用水量不变，坍落度可增大增大100100200mm200mm，且不影响混凝土的，且不影响混凝土的强度。强度。保持流动性和水泥用量不变，可减少拌和保持流动性和水泥用量不变，可减少拌和水量水量10101515，从而降低水灰比，使混，从而降低水灰比，使混凝土强度提高凝土强度提高15152020，特别是早期强，特别是早期强度提高更为显著。度提高更为显著。保持流动性和水灰比不变，可以在减少保持流动性和水灰比不变，可以在减少拌和水量的同时，相应减少水泥用量，拌和水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量泥用量
21、10101515。显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低土的密实度提高，透水性可降低40408080，从而可提高抗渗、抗冻、耐，从而可提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀及防锈蚀等能力。化学腐蚀及防锈蚀等能力。调节混凝土凝结时间的外加剂调节混凝土凝结时间的外加剂 土木工程应用中，有时需要调节混凝土的凝结土木工程应用中，有时需要调节混凝土的凝结时间。时间。 例如：例如：隧道内衬、水下工程施工：要求混凝土喷出后能隧道内衬、水下工程施工：要求混凝土喷出后能迅速凝结；迅速凝结；道路修补工程：要求混凝土早期强度高，以便早道路修补工程：要求混凝土早期强度高，
22、以便早日开放交通；日开放交通；冬天施工：要求混凝土强度增长快，以免冻坏；冬天施工：要求混凝土强度增长快，以免冻坏；大体积工程：要求混凝土缓慢凝结，以免水化放大体积工程：要求混凝土缓慢凝结，以免水化放热太快引起温度应力和变形开裂。热太快引起温度应力和变形开裂。调节凝结时间的外加剂种类调节凝结时间的外加剂种类早强剂早强剂u能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期强度能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期强度，而对后期强度无显著影响的外加剂称为早强，而对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。剂。u应用：蒸养砼、有早强或防冻要求的混凝土应用：蒸养砼、有早强或防冻要求的混凝土缓凝剂缓凝剂u能能延缓水泥混凝土凝
23、结硬化时间，并对后期强延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后期强度无显著影响的度无显著影响的外加剂外加剂u应用：大体积砼、泵送砼应用：大体积砼、泵送砼 夏季施工、滑模施工夏季施工、滑模施工 远距离运输远距离运输u不适用：不适用： 低温施工、早强砼、蒸养砼低温施工、早强砼、蒸养砼速凝剂速凝剂 能使水泥混凝土急速凝结硬化能使水泥混凝土急速凝结硬化(15min(15min内初凝，内初凝，210min210min内终凝内终凝) )的外的外加剂。加剂。 防冻剂防冻剂 在负温下使用的早强剂称为防冻剂在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂或防冻早强剂引气剂引气剂1 1、定义：能在混凝土拌和物中产生许多均匀分
24、、定义：能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡布的微小气泡( (孔径为孔径为0.012mm)0.012mm)，并在硬化后，并在硬化后仍能稳定存在的外加剂。仍能稳定存在的外加剂。2 2、引气剂的作用效果、引气剂的作用效果改善拌和物的和易性，减少用水量改善拌和物的和易性，减少用水量5%9%5%9%，改，改善保水性，减少泌水性；善保水性，减少泌水性；混凝土的抗渗性提高混凝土的抗渗性提高50%50%，抗冻标号提高，抗冻标号提高3 3倍；倍； 降低混凝土的强度，引入降低混凝土的强度，引入1%1%的空气，可使强度的空气，可使强度下降下降56%56%； 外加剂的选择和使用外加剂的选择和使用1 1、外加
25、剂品种的选择、外加剂品种的选择2 2、外加剂掺量的确定、外加剂掺量的确定通过试验试配确定最佳通过试验试配确定最佳掺量。掺量。3 3、外加剂的掺加方法：、外加剂的掺加方法：对于可溶于水，应先配成一定浓度的溶液，随对于可溶于水，应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。水加入搅拌机。对于不溶于水的，应与适量水泥或砂混合均匀对于不溶于水的，应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。后再加入搅拌机内。4 4、外加剂的掺入时间、外加剂的掺入时间有同掺法、后掺法、分有同掺法、后掺法、分次掺入等。次掺入等。4.5 4.5 普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计一、配合比及其表示方法一、配合比及其表示方法
26、定义：定义：是指混凝土各组成材料用量之比。是指混凝土各组成材料用量之比。确定这种数量关系的工作，就是混凝土的确定这种数量关系的工作，就是混凝土的配配合比设计合比设计。混凝土配合比设计包括配合比的。混凝土配合比设计包括配合比的计算计算、试配试配和和调整调整。配合比表示方法：配合比表示方法：（1 1）以）以1m1m3 3混凝土中各组成材料的混凝土中各组成材料的实际用量实际用量表示。表示。水泥水泥mc 295kg295kg， 砂砂ms 648kg648kg， 石子石子mg 1330kg1330kg， 水水mw 165kg165kg。（2 2）以各组成材料）以各组成材料质量比质量比表示。例如上例也可表
27、示表示。例如上例也可表示为：为： mc ： ms ： mg 1 1：2.202.20：4.514.51， W/ / C0.560.56。二、配合比设计的基本要求二、配合比设计的基本要求满足结构设计的满足结构设计的强度等级强度等级要求；要求； 满足混凝土施工所要求的满足混凝土施工所要求的和易性和易性；满足工程所处环境对混凝土满足工程所处环境对混凝土耐久性耐久性的要求的要求；符合经济原则，即符合经济原则，即节约水泥节约水泥以降低混凝土以降低混凝土成本。成本。1 1）拌合物的和易性）拌合物的和易性 施工工艺施工工艺 坍落度坍落度(mm)(mm)碾压混凝土碾压混凝土 0 0滑模摊铺混凝土滑模摊铺混凝土
28、 30 50 30 50 泵送混凝土泵送混凝土 100 200100 200自密实混凝土自密实混凝土 240 240 2 2）配制强度）配制强度 fcu.0 fcu.k + t 式中：式中：fcu.0 混凝土配制强度；混凝土配制强度； fcu.k 设计混凝土立方体抗压强度标准值；设计混凝土立方体抗压强度标准值； t 保证率系数；保证率系数； 混凝土强度标准差混凝土强度标准差(MPa)(MPa)取决于强度保证率取决于强度保证率 取决于施工企业的生产管理水平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！和设计的混凝土强度等级！3 3） 耐久性耐久性耐久性要求所依据的条件：耐久性要求所依据的条
29、件：l服役环境等级：干燥、潮湿、温度变化范围、服役环境等级：干燥、潮湿、温度变化范围、海洋、化学介质的种类与浓度、室内、室外等海洋、化学介质的种类与浓度、室内、室外等；l结构物类型：素混凝土、钢筋混凝土、预应力结构物类型：素混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土等。钢筋混凝土等。满足耐久性需要控制的设计参数：满足耐久性需要控制的设计参数：l最大水灰比；最大水灰比；l最小胶凝材料用量最小胶凝材料用量( (水泥矿物外加剂水泥矿物外加剂) )；l骨料的种类与组成。骨料的种类与组成。防波堤三、配合比设计基本参数三、配合比设计基本参数水泥水泥水水砂砂石子石子水泥浆水泥浆骨料骨料混凝土混凝土单位用水量单位用
30、水量mw砂率砂率s水灰比水灰比mw/ mc与强度、耐与强度、耐久性有关久性有关与流动性与流动性有关有关与粘聚性、与粘聚性、保水性有关保水性有关配合比设计的原理配合比设计的原理l原理一：用鲍罗米公式确定水灰比原理一：用鲍罗米公式确定水灰比l原理二：细骨料体积略大于粗骨料的堆积孔隙以利于原理二：细骨料体积略大于粗骨料的堆积孔隙以利于 流动，确定合理砂率；流动，确定合理砂率；l原理三：用恒定用水量法则，确定单位用水量；原理三：用恒定用水量法则，确定单位用水量；l原理四：原理四：1 1立方米混凝土的质量或体积是各组分材料立方米混凝土的质量或体积是各组分材料 的质量或体积之和。的质量或体积之和。 根据这
31、四个原理，建立四元一次方程组，计算求出根据这四个原理，建立四元一次方程组，计算求出1 1立方米混凝土所需各组分材料的用量立方米混凝土所需各组分材料的用量四、混凝土配合比设计的步骤四、混凝土配合比设计的步骤计算配合比计算配合比试拌配合比试拌配合比设计配合比设计配合比施工配合比施工配合比调整坍落度调整坍落度校核校核强度、强度、耐久耐久性性考虑现场砂、考虑现场砂、石含水量石含水量（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（1 1）计算混凝土配制强度）计算混凝土配制强度1 1）当砼的设计强度等级小于）当砼的设计强度等级小于C60C60时，时，2 2）当砼的设计强度等级不小于当砼的设计强度等级不小
32、于C60C60时，时，645. 1,kcuocuffkcuocuff,15. 1（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（2 2）初步确定水胶比）初步确定水胶比（a a）根据强度要求计算水胶比。）根据强度要求计算水胶比。 由式：由式： 则有：则有：（b b）根据耐久性要求查表，得最大水胶比限值。）根据耐久性要求查表，得最大水胶比限值。（c c）比较强度和耐久性要求水胶比，取最小值。）比较强度和耐久性要求水胶比，取最小值。)B(b,baocuWffb,bBfffWbaocua（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（3 3）选定单位用水量（）选定单位用水量（mw0）（a）水胶比在
33、水胶比在0.400.400.800.80范围内时，根据粗集料范围内时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的坍落度，的品种、粒径及施工要求的坍落度，按表选取按表选取。（b）水胶比小于水胶比小于0.400.40的混凝土以及采用特殊成型的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定应通过试验确定。（c）掺外加剂时混凝土的单位用水量：）掺外加剂时混凝土的单位用水量： mw0mw0（1）式中式中 外加剂的减水率，应经试验确定。外加剂的减水率，应经试验确定。（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（4 4）计算胶凝材料用量（）计算胶凝材料用量（ mb0 ）矿物掺合
34、料和水）矿物掺合料和水泥用量泥用量计算计算校核校核为保证混凝土的耐久性，由上式计算为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的胶凝材料用量还应满足规定的最小胶凝得出的胶凝材料用量还应满足规定的最小胶凝材料用量的要求；材料用量的要求；取值取值两者最大值。两者最大值。B/Ww0b0mm （一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（5 5）选定砂率（）选定砂率（ s ）（a a）一般可根据粗集料品种、最大粒径和水灰）一般可根据粗集料品种、最大粒径和水灰比，按表选用。比，按表选用。 实际选用时可采用内插法，并根据附加说明实际选用时可采用内插法，并根据附加说明进行修正。进行修正。（b b）在有条件时，可
35、通过试验确定最优砂率。）在有条件时，可通过试验确定最优砂率。（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（6 6）计算砂、石子用量）计算砂、石子用量ms0、mg0 体积法体积法 混凝土的含气量百分数，混凝土的含气量百分数， 在不使用引气型外加剂时，可取在不使用引气型外加剂时，可取 1 1。101. 0ww0gg0ss0cc0mmmm100g0s0s0s mmm（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（6 6）计算砂、石子用量）计算砂、石子用量ms0、mg0 质量法（假定表观密度法）质量法（假定表观密度法）假定混凝土拌合物的质量为假定混凝土拌合物的质量为mcp ，kg。cpw0g0s
36、0c0mmmmm100g0s0s0s mmm（一）计算配合比计算步骤（一）计算配合比计算步骤（7 7）初步配合比的表达方式）初步配合比的表达方式1 1）以）以1m1m3 3混凝土中各组成材料的实际用量表示。混凝土中各组成材料的实际用量表示。2 2）以组成材料用量之比表示：）以组成材料用量之比表示： mc0：ms0：mg01：x：y， mw/mc ？（二）试拌调整提出试拌配合比（二）试拌调整提出试拌配合比配合比调整的目的有两个配合比调整的目的有两个：一一：使混凝土使混凝土拌和物和易性满足施工需要拌和物和易性满足施工需要；二二：使使水胶比满足混凝土强度及耐久性的要求水胶比满足混凝土强度及耐久性的要
37、求。普通混凝土配合比设计规程普通混凝土配合比设计规程（JGJ 55JGJ 5520112011）规定：在计算配合比的基础上应进行试）规定：在计算配合比的基础上应进行试拌。拌。计算水胶比宜保持不变计算水胶比宜保持不变，并应通过，并应通过调整配合比调整配合比其他参数其他参数使混凝土拌和物性能符合设计和施工使混凝土拌和物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出试拌配合比要求，然后修正计算配合比，提出试拌配合比。（二）试拌调整提出试拌配合比（二）试拌调整提出试拌配合比按计算配合比称取一定质量的组成材料，拌制按计算配合比称取一定质量的组成材料，拌制20L20L或或25L25L混凝土，测拌合物坍落
38、度，同时检查其粘聚性和混凝土，测拌合物坍落度，同时检查其粘聚性和保水性能；保水性能；如不符合要求，按下列原则进行调整：如不符合要求，按下列原则进行调整：（a a）当）当坍落度小于设计要求坍落度小于设计要求时，保持水灰比不变，时，保持水灰比不变，增增加加用水量和相应的水泥用量（用水量和相应的水泥用量（水泥浆水泥浆）。）。（b b）当）当坍落度大于设计要求坍落度大于设计要求时，保持砂率不变，时，保持砂率不变，增加增加砂、石用量砂、石用量（相当于减少水泥浆用量）。（相当于减少水泥浆用量）。（c c）当）当粘聚性和保水性不良粘聚性和保水性不良时（通常是砂率不足），时（通常是砂率不足），可适当增加砂用量
39、，即可适当增加砂用量，即增大砂率增大砂率。（d d）当拌合物中）当拌合物中砂浆数量显得过多砂浆数量显得过多时，而使其流动性时，而使其流动性较低时较低时, ,可单独加入适量的石子（即可单独加入适量的石子（即减小砂率减小砂率）。）。 （二）试拌调整提出试拌配合比（二）试拌调整提出试拌配合比再根据实测的混凝土的表观密度，对假定表观再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，由此得出混凝土的密度和材料用量进行调整，由此得出混凝土的试拌试拌配合比。配合比。如果计算配合比和易性完全满足要求而如果计算配合比和易性完全满足要求而无需调无需调整，也必须测定实际整，也必须测定实际混凝土拌合物的
40、体积密度混凝土拌合物的体积密度，并利用上式计算。否则将出现，并利用上式计算。否则将出现“亏方亏方”或或“盈方盈方”现象。亦即初步计算现象。亦即初步计算1m31m3混凝土，在实混凝土，在实际拌制时，少于或多于际拌制时，少于或多于1m31m3。（三）检验强度、确定设计配合比（三）检验强度、确定设计配合比采用采用三个不同三个不同的配合比，其一为基准配合比，另的配合比，其一为基准配合比，另外两个配合比的外两个配合比的W/CW/C较基准配合比分别增加或减少较基准配合比分别增加或减少0.050.05。2 2）每种配合比至少制作一组（三块）试件，标准养）每种配合比至少制作一组（三块）试件，标准养护到护到28
41、d28d时进行强度（或耐久性）测试。时进行强度（或耐久性）测试。3 3）由试验得出的各灰水比及其对应的混凝土的强度）由试验得出的各灰水比及其对应的混凝土的强度（或耐久性）关系，用作图法或计算法求出与混（或耐久性）关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（凝土配制强度（fcu,ofcu,o）相对应的灰水比，并确定）相对应的灰水比，并确定出设计配合比。出设计配合比。（四）施工配合比换算（四）施工配合比换算 假定现场砂、石子的含水率分别为假定现场砂、石子的含水率分别为a和和b%，则施工配合比中则施工配合比中1m3混凝土的各组成材料用混凝土的各组成材料用量分别为：量分别为：%)1 (%)1 (bma
42、mmmbmmammmmgswwggsscc施工配合比可表示为：施工配合比可表示为：?/1 wgsccmmyxmmm，：（五）配合比计算例题（五）配合比计算例题例题例题 某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为强度等级为C30C30。施工采用机械拌合和振捣，选择的。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为混凝土拌合物坍落度为303050mm50mm。施工单位无混凝。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下：土强度统计资料。所用原材料如下：水泥水泥：普通水泥，强度等级：普通水泥，强度等级42.5MPa42.5MPa，实测，实测28d28d
43、抗压抗压强度强度48.0MPa48.0MPa，密度，密度c c3.1g/cm3.1g/cm3 3; ;砂砂：中砂，级配：中砂，级配2 2区合格。表观密度区合格。表观密度s s 2.65g/cm2.65g/cm3 3石子石子：卵石，：卵石，5 540mm40mm。表观密度。表观密度g g2.60g/cm2.60g/cm3 3; ;水水：自来水，密度：自来水，密度w w1.00g/cm1.00g/cm3 3。试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。（五）配合比计算例题（五）配合比计算例题解解:1.:1.计算混凝土的施工配制强度计算混凝土的施工配制强度
44、fcu,0：根据根据题意可得：题意可得：fcu,k30.0MPa，查表查表5.245.24取取5.0MPa，则则 fcu,0 fcu,k + 1.645 30.0+1.6455.038.2MPa2 2. .确定混凝土水灰比确定混凝土水灰比mw/mc （1 1）按强度要求）按强度要求计算计算根据根据题意可得：题意可得：fce48.0MPa，a0.48，b0.33则：则：（2 2）复核耐久性：经复核，耐久性合格。）复核耐久性：经复核，耐久性合格。 ceba0cuceacwfffmm，50. 00 .4833. 048. 02 .380 .4848. 0（五）配合比计算例题（五）配合比计算例题3.3
45、.确定用水量确定用水量mw0 根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为40mm，查表取查表取mw0160kg。4.4.计算水泥用量计算水泥用量mc0（1 1）计算：）计算： （2 2）复核耐久性）复核耐久性 经复核，耐久性合格。经复核，耐久性合格。5.5.确定砂率确定砂率根据根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm40mm）、）、水灰水灰比比0.50，查表查表s2833，取取s30。kg32050. 0160/cww0c0mmmm（五）配合比计算例题（五）配合比计算例题6.6.计算砂、石子用量计算砂、石子用量ms0、mg0（1
46、 1）体积法）体积法 将数据代入体积法的计算公式，取将数据代入体积法的计算公式，取1 1，可得：，可得： 解方程组，可得解方程组，可得ms0570kg、mg01330kg。（2 2）质量法）质量法假定混凝土拌合物的质量为假定混凝土拌合物的质量为mcpmcp2400kg2400kg，将数据代入，将数据代入质量法计算公式，得：质量法计算公式，得： ms0 + mg02400320160 解方程组，可得解方程组，可得ms0576kg、mg01344kg。01. 010001603100320126002650g0s0mm30100g0s0s0mmm30100g0s0s0mmm（五）配合比计算例题（五
47、）配合比计算例题7.7.计算初步配合比计算初步配合比（1 1）体积法）体积法 mc0:ms0:mg0320:570:13301:1.78:4.16， mw/mc 0.50；（2 2）质量法）质量法 mc0:ms0:mg0320:576:13441:1.80:4.20， mw/mc 0.50。4.6 4.6 普通混凝土的质量控制普通混凝土的质量控制（一）混凝土质量的波动（一）混凝土质量的波动 基本概念：基本概念：混凝土本身的质量不是完全均匀的，其性能测试混凝土本身的质量不是完全均匀的，其性能测试数据存在一定的离散性，这是一个客观存在的事数据存在一定的离散性，这是一个客观存在的事实，是必然出现的。
48、实，是必然出现的。但只要根据产生波动的原因，但只要根据产生波动的原因，科学合理的控制混科学合理的控制混凝土生产过程的各个环节，可以使混凝土的质量凝土生产过程的各个环节，可以使混凝土的质量波动控制在一定的范围内波动控制在一定的范围内，以满足工程应用的要，以满足工程应用的要求，这是可以做到的。求，这是可以做到的。混凝土质量波动的原因混凝土质量波动的原因材料组成材料组成 混凝土是多组分材料混合形成的，原材料的质混凝土是多组分材料混合形成的，原材料的质量、组成配比等因素都会导致混凝土质量的波动量、组成配比等因素都会导致混凝土质量的波动；施工工艺施工工艺 混凝土的施工方法，如：配料、搅拌、运输、浇混凝土
49、的施工方法，如：配料、搅拌、运输、浇灌、养护等不会完全一样，自然导致质量的波动灌、养护等不会完全一样，自然导致质量的波动；试验条件试验条件 试件的制作、养护和测试方法等因素会导致试件的制作、养护和测试方法等因素会导致性能测试结构的离散。性能测试结构的离散。混凝土质量波动的原因混凝土质量波动的原因正常因素正常因素是指施工中是指施工中不可避免的正常变化不可避免的正常变化因素因素，如砂、石质量的波动，称量时的微小误，如砂、石质量的波动，称量时的微小误差，操作人员技术上的微小差异等。受正常因差，操作人员技术上的微小差异等。受正常因素的影响而引起的质量波动，是正常波动。素的影响而引起的质量波动，是正常波
50、动。异常因素异常因素是指施工中出现的不正常情况，是指施工中出现的不正常情况，如搅拌时任意改变水灰比而随意加水，混凝土如搅拌时任意改变水灰比而随意加水，混凝土组成材料称量误差等。它们是组成材料称量误差等。它们是可以避免克服的可以避免克服的因素因素。受异常因素影响引起的质量波动，是异。受异常因素影响引起的质量波动，是异常波动。常波动。（二）混凝土质量控制（二）混凝土质量控制 全过程质量控制全过程质量控制，贯穿于混凝土的设计，贯穿于混凝土的设计、生产、施工及成品检验的全过程。、生产、施工及成品检验的全过程。混凝土质量的初步控制混凝土质量的初步控制 混凝土质量的生产控制混凝土质量的生产控制 混凝土质量
