1、第五章 普通混凝土 51 概 述 正在施工的秦山核电站 一、混凝土的定义 混凝土 由胶凝材料、细骨料、粗 骨料、水以及必要时掺入的化 学外加剂组成，经过胶凝材料 凝结硬化后，形成具有一定强 度和耐久性的人造石材。 普通混凝土 由水泥、砂、石子、水以 及必要时掺入的化学外加剂组 成，经过水泥凝结硬化后形成 的、干体积密度为2000 2800kg/m3，具有一定强度和 耐久性的人造石材。又称为水 泥混凝土，简称为“混凝土”。 三峡工程钢筋混凝土重力坝 二、混凝土的分类 按体积密度分 重混凝土 02800kg/m3。 普通混凝土 0 2000 2800kg/m3。 轻混凝土 02000kg/m3。
2、按胶凝材料分 水泥混凝土、硅酸盐混凝土、 沥青混凝土、聚合物水泥混凝 土、聚合物浸渍混凝土等。 按用途分 结构混凝土、防水混凝土、道 路混凝土、耐酸混凝土、大体 积混凝土、防辐射混凝土等 。 二、混凝土的分类 按生产和施工工艺分 预拌混凝土（商品混 凝土）、泵送混凝土、 喷射混凝土、碾压混 凝土、离心混凝土、 等。 按强度分 普通混凝土 C60。 高强混凝土 C60。 超高强混凝土 100MPa。 按配筋情况分 素混凝土、钢筋混凝 土、预应力混凝土、 钢纤维混凝土等。 喷射混凝土施工 三、混凝土的特点 优点 抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低 ； 原材料丰富、成本低； 混凝土拌合物具有良好的可
3、塑性； 混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋 。 缺点 抗拉强度低（约为抗压强度的1/101/20）、变形性 能差； 导热系数大约为1.8W/（m K）； 体积密度大（约为2400kg/m3左右）； 硬化较缓慢。 52 普通混凝土组成材料 （一） 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 6075% 715% 2540% 1421% 2128% 3942% 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 混凝土的结构 混凝土的结构 水泥+水水泥浆+砂 水泥砂浆+石子混 凝土拌合物硬化混 凝土 组成材料的作用 粗集料 细集料 水泥浆 孔
4、 隙 泌水形成 的孔隙 混凝土体积构成 水泥石25左右； 砂和石子70以上； 孔隙和自由水15%。 组成材料 硬化前 硬化后 水泥+水 润滑作用 胶结作用 砂+石子 填充作用 骨架作用 一、水泥的选择 品种的选择 配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的 工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考 虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。 强度等级的选择 原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等 级的水泥； 一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的 1.52.0倍； 配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土 强度等级的1倍左右。 二、砂的技术质量要求 定义 砂是指粒径在4.75
5、mm以下的颗粒。 分类 按产源分 按技术要求分 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类 用于强度等级为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的混凝土和建筑砂浆。 砂 天然砂 人工砂 机制砂 混合砂 河砂、湖砂、山 砂、和淡化海砂 等 二、砂的技术质量要求 1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度02500kg/m3； 松散堆积密度o1350kg/m3； 空隙率P47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； 泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小 于600m的颗粒含量； 石粉含量是指人工砂中粒径小于0
6、.075mm的颗粒含量。 具体指标见表。 二、砂的技术质量要求 项 目 指 标 类 类 类 含泥量（质量计，%） 1.0 3.0 5.0 泥块含量（质量计，%） 0 1.0 2.0 天然砂含泥量和泥块含量 项 目 指 标 类 类 类 亚 甲 蓝 试 验 MB值1.40 或合格 石粉含量（%） 3.0 5.0 7.0 泥块含量（%） 0 1.0 2.0 MB值1.40 或不合格 石粉含量（%） 1.0 3.0 5.0 泥块含量（%） 0 1.0 2.0 人工砂石粉含量和泥块含量 二、砂的技术质量要求 3.有害物质含量 砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物， 有害物质主要是云母、轻物质、有机物
7、、硫化物及 硫酸盐、氯化物等。见下表。 项 目 指 标 类 类 类 云母（%)（质量计） 1.0 2.0 2.0 轻物质（%)（质量计） 1.0 1.0 1.0 有机物（比色法） 合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐（SO3质量计） 0.5 0.5 0.5 氯化物（氯离子质量计） 0.01 0.02 0.06 二、砂的技术质量要求 4.颗粒级配 （1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。 （2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其 空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混 凝土拌合物的和易性。 （3）颗粒级配采用筛分法确定，详见实验部分。 （4）颗粒级配的指标 级配区 按600m筛的
8、累计筛余率的大小，可分为1区、2区、 3区共三个级配区。详见下页表。 级配合格判定 砂的实际级配全部在任一级配区规定范围 内；除4.75mm和600m筛档外，可以略有超出，但超出总 量应小于5。 二、砂的技术质量要求 方筛孔 累计筛余率， 1区 2区 3区 9.50mm 4.75mm 2.36mm 1.18mm 600m 300m 150m 0 100 355 6535 8571 9580 10090 0 100 250 5010 7041 9270 10090 0 100 150 250 4016 8555 10090 1）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600m筛档外，
9、可以略有超出，但超出 总量应小于5。 2）1区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10085，2区人工砂中150m筛孔的累计筛余 可以放宽到10080，3区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10075。 砂的颗粒级配区 二、砂的技术质量要求 （5）级配的选择 宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应 适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。 5.规格 砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂 Mx =3.73.1；中 砂 Mx =3.02.3；细砂 Mx =2.21.6。 细度模数按下式计算： 式中：Mx细度模数； A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为4.75mm、2
10、.36mm、 1.18mm、600m、300m、150m筛的累计筛余百分率，。 1 165432 x 100 5) A AAAAAA M （ 问题？问题？ 砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？ 为什么？为什么？ 答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗 细程度的差别。细程度的差别。 细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细 度模数相同吗？度模数相同吗？ 答：细度模数相同，级配不一定相同；但级答：细度模数相同，级配不一定相同；但级 配相同，细度模数一定相同。配相同，细度模数一定相同。
11、三、石子的技术质量要求三、石子的技术质量要求 定义定义 粒径大于粒径大于4.75mm4.75mm的骨料称为粗骨料。的骨料称为粗骨料。 分类分类 按产源分：卵石和碎石按产源分：卵石和碎石 按技术要求分：按技术要求分： 类类 宜用于强度等级大于宜用于强度等级大于C60C60的混凝土；的混凝土； 类类 用于强度等级为用于强度等级为C30C30C60C60及抗冻、及抗冻、 抗渗或其他要求的混凝土；抗渗或其他要求的混凝土； 类类 宜用于强度等级小于宜用于强度等级小于C30C30的混凝土和的混凝土和 建筑砂浆。建筑砂浆。 三、石子的技术质量要求 1.表观密度、堆积密度及空隙率 表观密度02500kg/m3
12、； 松散堆积密度01350kg/m3； 空隙率P47%。 2.含泥量、泥块含量及石粉含量 含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； 泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗 手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。 三、石子的技术质量要求 3.针片状颗粒含量 针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均 粒径2.4倍者； 片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。 针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的 空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。 项 目 指 标 类 类 类 含泥量（质量计，%） 0.5 1.0 1.5 泥块含量（质量计，%） 0 0.5 0.7
13、 碎石、卵石含泥量和泥块含量 三、石子的技术质量要求 项 目 指 标 类 类 类 针、片状颗粒（%）（质量计） 5 15 25 碎石、卵石针片状颗粒含量 4.有害物质含量 卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、 煤块和炉渣等杂物。见下表。 项 目 指 标 类 类 类 有机物 合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐（%） （SO3质量计） 0.5 1.0 1.0 三、石子的技术质量要求 5.强度 采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验： 岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm立方体试 件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。 压碎指标是将一定质量风干状态下9.5019.0mm的颗粒装 入标
14、准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN 并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛 余量。按下式计算： 式中：Qc压碎指标值 ； G1试样的质量 ，g； G2压碎后的筛余量，g。 %100 1 21 c G GG Q 6.颗粒级配 为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混 凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。 粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。 连续级配是石子由小到大连续分级； 间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配， 中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。 三、石子的技术质量要求 项 目 指 标 类 类 类 碎石压碎指标（%
15、） 10 20 30 卵石压碎指标（%） 12 16 16 碎石、卵石的压碎指标 三、石子的技术质量要求 7.最大粒径 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最 大粒径。 从结构上考虑 根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面 最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝 土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。 从施工上考虑 对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不 宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：31： 4，超高层建筑宜在1：41：5。 从经济上考虑 当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加， 当大于15
16、0mm后，节约水泥的效果却不明显。 表面特征与形状对混凝土性能的表面特征与形状对混凝土性能的 有何影响？有何影响？ 表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆， 影响混凝土的成本。影响混凝土的成本。 影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径 颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流 动。动。 影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨 料与水泥浆的界面结合力较大。料与水泥浆的界面结合力较大。 影响混凝土的强度影响混凝土的强度 骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越
17、大，混凝土骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土 强度越高；强度越高； 针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料； 大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料 四、拌合用水的技术质量要求 混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、 地表水、地下水和经适当处理的工业用水。 拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它 来源水时，应符合混凝土拌合用水标准 （JGJ631989）的规定。 53 混凝土拌合物的技术性质 一、和易性（工作性）的概念 混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、 成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性 和保
18、水性： 和易性 粘聚性 保水性 流动性 易达结构均匀 易成型密实 好 好 在本身自重或施工机械振捣 作用下，能产生流动并且均 匀密实地填满模板的性能。 各组成材料之间具有一定的 内聚力，在运输和浇注过程 中不致产生离析和分层现象 的性质。 具有一定的保持内部 水分的能力，在施工 过程中不致发生泌水 现象的性质。 保证混凝土 硬化后的质 量 二、和易性的评定 定量测定拌合物的流 动性、辅以直观经验 评定粘聚性和保水性。 1.坍落度法 测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值坍落度（单 位mm）。 适用范围： 集料最大粒径不大于40mm； 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。 二、和
19、易性的评定 2.维勃稠度法 测定使拌合物密实所 需要的时间，s。 适用范围 粗骨料最大粒径不大于 40mm； 坍落度小于10mm，维 勃稠度在5s30s之间 的干硬性混凝土。 三、混凝土拌合物按流动性的分类 按混凝土质量控制标准（GB50164）的规 定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度 、维 勃稠度分为四级。见下表。 名 称 代号 指标 混 凝 土 拌 合 物 塑性混凝土 （坍落度10mm） 低塑性混凝土 塑性混凝土 流动性混凝土 大流动性混凝土 T1 T2 T3 T4 10mm40mm 50mm90mm 100mm150mm 160mm 干硬性混凝土 （坍落度10mm） 超干硬性混凝土
20、 特干硬性混凝土 干硬性混凝土 半干硬性混凝土 V0 V1 V2 V3 31s 30s21s 20s11s 10s5s 四、混凝土施工时坍落度的选择 混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、 构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。 见 下表。 结 构 种 类 坍落度，mm 基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构 （挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构 1030 板、梁和大型及中型截面的柱子等 3050 配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细 柱等） 5070 配筋特密的结构 7090 五、影响和易性的因素 1.组成材料及其用量之间的关系 水泥浆数量和单位用水量； 骨料的品种、级配和粗细程度；
21、 砂率 ； 外加剂 。 见下图。 2.施工环境的温度、搅拌制度等。 水泥 水 砂 石子 外加剂 水泥浆 骨料 混凝土拌合物 c w m m 水灰比100% gs s s mm m 砂率 五、影响和易性的因素 合理砂率的确定 合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的 流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的 砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良 好时，水泥用量最小的砂率。 T，mm s合理砂率 水泥浆数量一定坍落度、强度一定 合理砂率 mc，kg s 六、改善和易性的措施 采用合理砂率； 改善砂石的级配； 掺外加剂或掺合料； 根据环境条件，注意坍落度的 现场
22、控制； 在水灰比不变的条件下，适当 增加水泥浆的用量，可增大拌 合物的流动性； 在砂率不变的条件下，适当增 加砂石的用量，可减小拌合物 的流动性。 掺外加剂 的混凝土 54 硬化混凝土的技术性质 一、混凝土的强度 混凝土强度的种类 混凝土强度 抗拉强度 抗剪强度 抗压强度 握裹强度 轴心抗压强度 立方体抗压强度 钢筋与混凝土 的粘结强度 一、混凝土的强度 1.立方体抗压强度 以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为202， 相对湿度为95以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液 中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。 用fcu表示。 当采用非标准试件时，须乘以换算系
23、数，见下表： 标准试验方法是指普通混凝土力学性能试验方法 （GB/T500812002 ），详见实验部分。 试件种类 试件尺寸，mm 粗骨料最大粒径， mm 换算系数 标准试件 150150150 40 1.00 非标准试件 100100100 30 0.95 200200200 60 1.05 一、混凝土的强度 2.混凝土强度等级 按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C和混 凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15， C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65， C70，C75，C80等十五个强度等级。 立方体抗压强度标准值
24、（fcu,k ） ，是立方体抗压强度总体分 布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。 强度等级表示的含义： 强度的范围：某混凝土，其fcu30.034.9MPa； 某混凝土，其fcu30.0MPa的保证率为95%。 C30 C代表“混凝土”。 30代表fcu,k30.0MPa； 一、混凝土的强度 3.轴心抗压强度 采用150mm150mm300mm 的棱柱体试件。在立方体抗压 强度为055MPa范围内fcp= （0.70.8）fcu 。在结构设计 计算时，一般取fcp0.67fcu。 非标准尺寸的棱柱体试件的截 面尺寸为100mm100mm和 200mm200mm，测得的抗压 强度值应分
25、别乘以换算系数 0.95和1.05。 F F 一、混凝土的强度 4. 劈裂抗拉强度 式中：fts劈裂抗拉强度， MPa； P破坏荷载，N； A试件劈裂面积， mm2。 劈裂抗拉强度较低，一般 为抗压强度的1/101/20。 A P A P f637. 0 2 ts 拉应力 压应力 P P 一、混凝土的强度 5.影响抗压强度的因素 （1）水泥的强度和水灰比 式中：fcu混凝土28d龄期 的抗压强度值，MPa； fce水泥28d抗压强 度的实测值，MPa； 混凝土灰水比， 即灰水比的倒数； a、b回归系数。 振动 手工捣实 充分密实的混凝土 不完全密实的混凝土 fcu mw/mc fcu mc/m
26、w ）（ b w c ceacu m m ff wc /mm 当混凝土水灰比值在0.40 0.80之间时越大，则混凝土 的强度越低； 水泥强度越高，则混凝土强 度越高。 一、混凝土的强度 （2）粗集料的品种 碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强 度较高； 卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较 低。 在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于 卵石混凝土的强度。 （3）养护条件 在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越 快，早期强度越高； 低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0以下时， 硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。 混凝土浇筑完毕后，必须
27、加强养护，保持适当的温度和湿 度，以保证混凝土不断地凝结硬化。 一、混凝土的强度 （4）龄期 龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。 在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而 不断发展，在714d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d 后强度发展更慢。 由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。 当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准 养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。 式中： fn、f28分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。 （5）外加剂 28lglg 28n f n f n3 一、混凝土的强度 6.提高混凝土抗压强度的措施 （1）采用高
28、强度等级水泥； （2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝 土； （3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量 良好的碎石； （4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣； （5）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度； （6）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。 二、混凝土在非荷载作用下的变形 干燥收缩干燥收缩 自收缩自收缩 温度变形温度变形 (1) 湿胀干缩变形 定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形定义：湿度变化所引起的混凝土体积变形湿胀湿胀 干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的干缩，主要原因是水泥石中的凝胶水和毛细孔水的 变化引起的。变化引起的。 水泥石和混凝土的收缩行为水泥石和混
29、凝土的收缩行为 水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀；水泥石在水中连续浸泡，产生相当小的连续膨胀； 第第1 1次干燥时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的，次干燥时，收缩最大，其收缩值有部分是不可逆的， 即再次吸水不能恢复。即再次吸水不能恢复。 试验证明：相对湿度为试验证明：相对湿度为70%70%的空气中的收缩值为水中膨的空气中的收缩值为水中膨 胀值的胀值的6 6倍，相对湿度为倍，相对湿度为50%50%，为，为8 8倍。倍。 混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约混凝土的湿胀干缩变形重要的是干缩变形，因在约 束下的收缩将导致混凝土开裂。束下的收缩将导致混凝土开裂。 连续浸泡连续浸泡
30、 下的湿胀下的湿胀 不可逆收缩 可逆收缩 应变 膨胀 收缩 第1次干燥 时间 水泥石或混凝土在干湿循环下的变形行为 混凝土的干缩机理混凝土的干缩机理 干缩来自材料内部水的损失，二者的关系如干缩来自材料内部水的损失，二者的关系如 图所示，收缩值随着水的损失变化的斜率不图所示，收缩值随着水的损失变化的斜率不 一致。一致。 环境湿度不同，有以下几种不同的干缩机理：环境湿度不同，有以下几种不同的干缩机理： 毛细张力毛细张力 毛细孔和较大的凝胶孔中的自由水因大毛细孔和较大的凝胶孔中的自由水因大 气水蒸气压降低而蒸发时，表面张力增加，产生气水蒸气压降低而蒸发时，表面张力增加，产生 拉伸应力，使得孔壁受压而
31、收缩；拉伸应力，使得孔壁受压而收缩； 分离压分离压 水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁间水泥石中的凝胶孔中的吸附水使得孔壁间 存在分离压力存在分离压力( (湿胀的原因湿胀的原因), ),因干燥而吸附水损失因干燥而吸附水损失 时，将降低孔壁的分离压，引起整体收缩；时，将降低孔壁的分离压，引起整体收缩； 层间可挥发水的迁移层间可挥发水的迁移 0 5 10 15 20 25 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 水损失对水灰比为0.5的水泥石干缩的影响 变 形 百 分 率 (%) 水损失量（质量百分数%) 毛细水 吸附水 分离压 干燥收缩的危害干燥收缩的危害
32、路面板、桥面板、机场道面、停车场路面板、桥面板、机场道面、停车场 等暴露面积大且厚度较小的结构物干等暴露面积大且厚度较小的结构物干 缩最为显著；缩最为显著； 当混凝土的干燥收缩受到约束时，将当混凝土的干燥收缩受到约束时，将 导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久导致裂缝，影响混凝土的强度和耐久 性。性。 混凝土干缩的影响因素混凝土干缩的影响因素 混凝土组成与配合比混凝土组成与配合比 混凝土的干缩小于水泥石，因此，骨料体积含量越大，混凝土的干缩小于水泥石，因此，骨料体积含量越大， 干缩越小：干缩越小： c c p p (1 (1- -V Vg g) )n n ( (n n1.21.7)1.21.7)
33、水泥用量水泥用量 水灰比一定时，水泥用量越多，干缩越大；水灰比一定时，水泥用量越多，干缩越大； 用水量用水量 水泥用量一定时，用水量越多，干缩越大。水泥用量一定时，用水量越多，干缩越大。 水泥种类与细度水泥种类与细度 细度越细，干缩较大。细度越细，干缩较大。 良好养护可以减小收缩良好养护可以减小收缩 构件几何尺寸和形状构件几何尺寸和形状 表面积与体积比值越大，收缩越大；表面积与体积比值越大，收缩越大； 湿度扩散的路径越长，收缩速率越低。湿度扩散的路径越长，收缩速率越低。 骨料的体积百分数(%) 干 缩 值 比 骨料体积含量对混凝土干缩的影响 普通混凝 土范围 水泥石的孔隙率 干 缩 率 (%)
34、 孔隙率对水泥石干缩的影响 不可逆收缩 可逆收缩 第1次 收缩 (2) 自收缩 条件特征：与外界环境无水分交换；条件特征：与外界环境无水分交换； 产生的原因：产生的原因： 水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛水泥水化吸收毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛 细管压力，引起收缩细管压力，引起收缩自干燥收缩；自干燥收缩； 水泥水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导水泥水化物的体积小于反应前各物质的体积和，因而导 致混凝土硬化后收缩致混凝土硬化后收缩化学收缩；化学收缩； 特点：特点：收缩值随龄期而增加，早期较快，后期缓慢。收缩值随龄期而增加，早期较快，后期缓慢。 影响因素影响因素
35、水泥品种水泥品种 主要是矿物组成与混合材种类；主要是矿物组成与混合材种类； 水灰比水灰比 随水灰比减小，收缩增大随水灰比减小，收缩增大 ； 骨料及其体积分数骨料及其体积分数 水泥用量水泥用量 外加剂外加剂 内部相对湿度(%) 龄期(天) 水泥石内部相对湿度随龄期的变化 自收缩测量装置 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 00.51.534.56 时间（天） 自收缩（微应变） 普通硅酸盐中热水泥快硬铁铝酸盐硫铝酸盐 水泥品种对自收缩的影响 水灰比对自收缩的影响 0 200 400 600 800 1000 00.51.534.56 时间（天） 自
36、收缩（微应变） W/C=0.45W/C=0.35W/C=0.30W/C=0.25 0 200 400 600 800 1000 00.51.534.56 时间（天） 自收缩（微应变） (W/C)e=0(W/C)e=0.045(W/C)e=0.07 外加剂对自收缩的影响 骨料与未水化水泥颗粒的含量(%) 收 缩 值 之 比 骨料和未水化水泥颗粒含量对收缩值的影响 问题？ 混凝土的干燥收缩与自干燥收缩有何异同？混凝土的干燥收缩与自干燥收缩有何异同？ 解答：解答： 相同点：机理相似，水分损失、毛细张力等；相同点：机理相似，水分损失、毛细张力等； 不同点：不同点： 水分损失的原因不同，前者是因环境湿度
37、变化引起的，水分损失的原因不同，前者是因环境湿度变化引起的， 后者是由水泥水化引起的；后者是由水泥水化引起的； 前者主要发生在表面层，而后者发生在整个体积，尤前者主要发生在表面层，而后者发生在整个体积，尤 其在中心部位更大。其在中心部位更大。 (3) (3) 温度变形温度变形 与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的与其它材料一样，混凝土也具有热胀冷缩的 性质；性质； 混凝土的热膨胀系数为混凝土的热膨胀系数为1 11010 5 5/ / C C； ； 温度变形对大体积混凝土不利，因水泥水化温度变形对大体积混凝土不利，因水泥水化 放热，造成内外温差较大，内外膨胀不均，放热，造成内外温差较大，内外膨
38、胀不均， 导致外部开裂；导致外部开裂； 混凝土的热膨胀系数取决于骨料的热膨胀系混凝土的热膨胀系数取决于骨料的热膨胀系 数。数。 3 3、混凝土的徐变、混凝土的徐变 什么是徐变？什么是徐变？ 在持续（恒定）荷载作用下，混凝土在持续（恒定）荷载作用下，混凝土 产生随时间而增加的变形称为徐变。产生随时间而增加的变形称为徐变。 徐变曲线特征？徐变曲线特征？ 徐变产生的机理？徐变产生的机理？ 徐变对混凝土结构有何影响？徐变对混凝土结构有何影响？ 影响徐变的因素有那些？影响徐变的因素有那些？ 徐变曲线特征：徐变曲线特征： 加上恒定荷载时，混凝土立即产生瞬时弹性加上恒定荷载时，混凝土立即产生瞬时弹性 变形，
39、随后，徐变随时间增加较快，然后逐变形，随后，徐变随时间增加较快，然后逐 渐减慢。渐减慢。 卸荷后，卸荷后， 一部分变形可恢复，称为弹性恢复；一部分变形可恢复，称为弹性恢复； 其后将有一个随时间而减小的应变恢复称为徐变其后将有一个随时间而减小的应变恢复称为徐变 恢复；恢复； 最后残留下来的变形成为不可逆徐变。最后残留下来的变形成为不可逆徐变。 徐变恢复 加荷后的时间加荷后的时间( (天天) ) 弹性恢复 不可恢复 弹性变形 徐变变形 卸荷 徐变产生的机理徐变产生的机理： 水泥石中的水化物凝胶颗粒之间的粘性流动水泥石中的水化物凝胶颗粒之间的粘性流动 和剪切滑移；和剪切滑移； 在荷载作用下，凝胶体内
40、的吸附水被挤出；在荷载作用下，凝胶体内的吸附水被挤出； 骨料的延后弹性变形骨料的延后弹性变形 ； 过渡区裂缝的扩展或产生。过渡区裂缝的扩展或产生。 加荷后，水泥石首先变形，骨料上的应力 增大，骨料产生弹性变形延后弹性变形 吸附水吸附水 吸附水排出吸附水排出 徐变徐变 徐变机理徐变机理 不利： 徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几 十年来生产的构件预应力损失达3050%； 混凝土构件会产生随时间变化的挠度或变形。 有利 徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小； 降低结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力 的结构中的应力峰值。 徐变的影响： 西太平洋Caroline群岛
41、上的一座桥梁(主跨为241m)，由于徐变 使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成 不到20年后坍塌 (1996年)。 影响徐变的因素：影响徐变的因素： 湿含量：混凝土中的湿含量降低，徐变减小；湿含量：混凝土中的湿含量降低，徐变减小； 环境湿度：湿度降低，徐变增大；环境湿度：湿度降低，徐变增大； 温度：温度升高，徐变增大，温度：温度升高，徐变增大，7070 C C以上，使徐变降低；以上，使徐变降低； 骨料用量：体积含量增加，徐变减小；骨料用量：体积含量增加，徐变减小； 骨料的特性：泊松比和弹性模量，弹模越大，徐变越小；骨料的特性：泊松比和弹性模量，弹模越大，徐变越小； 水灰比与
42、龄期：水灰比增大，徐变增大；水灰比与龄期：水灰比增大，徐变增大； 水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐变减小水泥用量：水灰比一定，水泥用量增加，徐变减小 荷载应力水平：荷载越大，徐变会越大荷载应力水平：荷载越大，徐变会越大 。 骨料的体积含量骨料的体积含量(%) 骨料的体积含量对混凝土徐变 的影响 温度对混凝土徐变的影响 荷载作用时间荷载作用时间(天天) 加荷的应力水平对混凝土徐变的影响 加荷时间加荷时间( (天天) ) 环境湿度对混凝土徐变的影响 骨料的弹性模量对混凝土徐变的影响 加荷时间加荷时间(对数对数) 三、混凝土的耐久性 1.耐久性的主要内容 （1）抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土
43、抵抗压力水渗透的能力。 混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件， 按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可 分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能 抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。 （2）抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循 环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。 用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件， 在饱和水状态下，强度损失不超过25，且质量损失不超过5 时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、 F25、F50、F100、F200、F
44、250和F300等九个等级。 三、混凝土的耐久性 （3）抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。 合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵 蚀性。 （4）抗碳化性 混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。 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；引起混凝土表面产生收缩而开裂。 （5）碱集料反应 碱集料反应是指水泥、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。 应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。 三、混凝土的耐久性 2.提高混凝土耐久性的措施 （1）合理选择混凝土的
45、组成材料 根据混凝土工程特点或所处环境条件，选择水泥品种； 选择质量良好、技术要求合格的骨料。 （2）提高混凝土制品的密实度 严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。见下页表。 选择级配良好的骨料及合理砂率，保证混凝土的密实度。 掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。 严格按操作规程进行施工操作。 （3）改善混凝土的孔隙结构 在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔结构， 封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗 侵蚀性。 三、混凝土的耐久性 环境条件 结构物类别 最大水灰比 最小水泥用量 素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 1.干燥环境 正常的居住
46、或办公用房屋内 不作规定 0.65 0.60 200 260 300 2. 潮 湿 环 境 无 冻 害 高湿度的室内部件 室外部件 在非侵蚀性土和（或）水中的部件 0.70 0.60 0.60 225 280 300 有 冻 害 经受冻害的室外部件 在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害 的部件 高湿度且经受冻害的室内部件 0.55 0.55 0.55 250 280 300 3.有冻害和除冰剂 的潮湿环境 经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部 件 0.50 0.50 0.50 300 300 300 混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ552000） 55 混凝土外加剂 外加剂及其分类 定
47、义 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善 混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。 按主要功能的分类 （1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，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 强剂和速凝剂等。 （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）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻 剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。 一、减水剂 混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性 一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又 称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。 1.减水剂的作用机理 减水剂多属于表面活性剂，它的分子
