混凝土力學(xué)性能及氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗

1、建筑材料試驗報告姓名：同組人姓名：學(xué)號：實驗課時間：班級實驗名稱：混凝土力學(xué)性能及氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗一、實驗?zāi)康?1.學(xué)習(xí)混凝土主要力學(xué)性能的測試方法2.學(xué)習(xí)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的試驗方法二、實驗內(nèi)容1、混凝土抗壓強(qiáng)度1.實驗原理試件尺寸：100×100×100 (mm)齡期：21天加荷速度：C300.30-0.50Mpa/SC300.50-0.80Mpa/S換算系數(shù)：100×100×100(mm)0.95150×150×150(mm) 1.00200×200×200(mm)1.05混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度按下式計

2、算：式中，為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度(Mpa)；F為破壞荷載(N)；A為試件承壓面積(mm2)?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度計算應(yīng)精確至0.1 Mpa。強(qiáng)度值得確定應(yīng)符合下列規(guī)定：如兩個測值與中間值相差均不超過15%，則以三個試件的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值。三個測值中的最大值和最小值中如有一個與中間值得差值超過中間值的15%。則把最大及最小一并舍除，取中間值作為改組試件的抗壓強(qiáng)度值。如兩個測值與中間值相差均超過15%，則該組實驗結(jié)果無效。取立方體試件的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值。用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，對100×100×100(mm) 的試件取值為0.95。2

3、.實驗設(shè)備(1) 壓力實驗機(jī)精度（示值的相對誤差）應(yīng)為±1%，試件的破壞荷載應(yīng)大于壓力機(jī)全量程的20%，且小于全量程的80%左右。實驗機(jī)上、下壓板應(yīng)有足夠的剛度，其中的一塊壓板應(yīng)帶有球形支座，使壓板與試件接觸均衡。(2) 鋼尺量程300mm，最小刻度1mm。3.實驗步驟(1)試件從養(yǎng)護(hù)地點取出后應(yīng)盡快進(jìn)行實驗，以免試件內(nèi)部的溫度濕度發(fā)生顯著變化。(2)試件在測試前應(yīng)將其表面與實驗機(jī)的上下承壓板擦拭干凈，檢查其外觀。(3)將試件安放在實驗機(jī)下壓板上，試件的中心與實驗機(jī)下壓板中心對準(zhǔn)，試件的承壓面應(yīng)與成型時的頂面垂直。(4)在實驗過程中應(yīng)連續(xù)均勻地加載，注意加荷速度應(yīng)為：混凝土強(qiáng)度等級小

4、于C30時，取每秒鐘0.30.5MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級大于等于C30，但是小于C60時，取每秒鐘0.50.8MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級大于等于C60時，取每秒鐘0.81.0MPa。2.混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度1.實驗原理實驗條件如下：試件尺寸：100×100×100 (mm)齡期：21天加載方式：混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度采用直徑為150mm的鋼制弧型墊條，其長度不短于試件邊長。進(jìn)行劈裂抗拉試驗時在墊條與混凝土之間墊一厚34mm、寬度為1020mm的三合板墊層。加荷速度：0.20.8Mpa/S（強(qiáng)度等級低的取0.20.5 Mpa/S，高的取0.50.8Mpa/S）?；炷僚芽估瓘?qiáng)度應(yīng)按

5、下式計算：式中，fts為混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（Mpa)；F為破壞荷載（N）；A為試件劈裂面面積（mm2）。劈裂抗拉強(qiáng)度計算精確到0.01。取立方體試件的劈裂抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值。用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，對100×100×100 (mm) 的試件取值為0.85。數(shù)據(jù)處理與混凝土抗壓強(qiáng)度相同。2.實驗設(shè)備(1) 壓力實驗機(jī)劈裂抗拉實驗用的實驗機(jī)應(yīng)符合“混凝土抗壓強(qiáng)度”中對設(shè)備的要求。(2) 墊塊、墊條和支架混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實驗采用半徑為75mm的鋼制弧形墊條，墊塊的長度應(yīng)與試件相同。進(jìn)行劈裂抗拉實驗時在墊塊與試件之間墊以木質(zhì)三合板墊層，寬度為20mm，厚度為3

6、4mm，長度不應(yīng)短于試件邊長。墊層不得重復(fù)使用。支架為鋼制支架。3.實驗步驟(1)試件從養(yǎng)護(hù)地點取出后，應(yīng)及時進(jìn)行實驗。試件在實驗前應(yīng)先擦拭干凈，檢查外觀并在試件中部畫線定出劈裂面的位置。劈裂面應(yīng)與試件成型時的頂面垂直。(2)將試件放在實驗機(jī)下壓板的中心位置，在上、下壓板與試件之間墊以圓弧形墊塊及墊條各一條。(3)開動實驗機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時，調(diào)整球座，使接觸均衡。加載應(yīng)連續(xù)均勻，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級小于C30時，加載速度取每秒鐘0.020.05MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級大于等于C30，但是小于C60時，加載速度取每秒鐘0.050.08MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級大于等于C60時，加載速度取每秒鐘0

7、.080.10MPa。加載至試件破壞，記錄破壞荷載。3、混凝土與鋼筋握裹強(qiáng)度1.實驗原理實驗條件如下：試件尺寸：100×100×200mm齡期：21天試件六個為一組加荷速度400N/S加載時到下面任何一種狀況時停止加載(1)鋼筋達(dá)到屈服(2)混凝土發(fā)生破裂(3)鋼筋滑動超過0.1mm試驗時采用16mm的光圓鋼筋,拔至最大荷載時停止實驗混凝土鋼筋握裹力強(qiáng)度計算公式：鋼筋握裹強(qiáng)度P1：滑動變形為0.01mm時的荷載（N）P2：滑動變形為0.05mm時的荷載（N）P3：滑動變形為0.1mm時的荷載（N）4.混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)1.實驗方法：采用飽鹽電導(dǎo)法：基于Nernst-Ei

8、nstein方程發(fā)展起來的混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)法是最快速的方法，其實質(zhì)是通過測定混凝土的飽鹽電導(dǎo)率來計算混凝土中的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。若把飽鹽混凝土看成是固體電解質(zhì)，氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)與混凝土飽鹽電導(dǎo)率關(guān)系是：此即著名的Nernst-Einstein方程。不同性能的混凝土擴(kuò)散系數(shù)大致為： C15 混凝土擴(kuò)散系數(shù)79×10-8cm2/s C30-C40 混凝土擴(kuò)散系數(shù)35×10-8cm2/s C40混凝土3×10-8cm2/s 高強(qiáng)混凝土C60以上2×10-8cm2/s當(dāng)摻入摻和料也會使結(jié)果偏小，根據(jù)以上結(jié)果是初步評定混凝土的耐久性的一項指標(biāo)。2.試

9、件制備和操作程序?qū)B(yǎng)護(hù)到一定齡期的混凝土切割成厚度為50mm的試件；將試件放入到抽真空（-0.08MPa）的裝置內(nèi)抽真空（把混凝土內(nèi)部的空氣抽出），四小時后，注入4M的NaCl溶液，繼續(xù)抽2小時后取出；將試件裝入到測試裝置的電極內(nèi)，進(jìn)入自動測試系統(tǒng)，取兩次測試的平均值為最后結(jié)果。三、實驗結(jié)果及分析1、混凝土抗壓強(qiáng)度實驗因混凝土28天抗壓強(qiáng)度未達(dá)到齡期而無法實驗，故數(shù)據(jù)及分析在第四次報告中具體呈現(xiàn)。2、混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實驗測得的數(shù)據(jù)如下：序號極限應(yīng)力P（kN）劈裂抗拉強(qiáng)度fts（MPa）11147.321167.431288.2平均7.6平均標(biāo)準(zhǔn)6.5其中，標(biāo)準(zhǔn)化時，應(yīng)當(dāng)將平均值乘以0.85，

10、即0.85×fts6.5MPa。分析：一般來講，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)該只有抗壓強(qiáng)度的，而且隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，該比值降低。在我們組的實驗數(shù)據(jù)中，劈裂抗拉強(qiáng)度大約為抗壓強(qiáng)度的。3、混凝土與鋼筋握裹強(qiáng)度實驗測得數(shù)據(jù)：序號12握裹力峰值（kN）36.020.0（MPa）2.97計算得：=2.97MPa。4、混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測定實驗測得數(shù)據(jù)如下：序號平均值氯離子擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s）2.4953×10-9分析：各強(qiáng)度等級混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：混凝土強(qiáng)度等級氯離子擴(kuò)散系數(shù)C151×10-7C30C405×10-8C40以上1×

11、;10-8C60以上1×10-82×10-8我們組設(shè)計配制的混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C60，而實驗測得氯離子擴(kuò)散系數(shù)為2.4953×10-9，比經(jīng)驗值（12×10-8）偏小。氯離子擴(kuò)散系數(shù)小，說明我們配制的混凝土抗?jié)B性更好。其原因應(yīng)該是我們組配制的混凝土摻入了較多粉煤灰，使得混凝土孔隙率降低，混凝土對離子滲透的阻力增強(qiáng)。四、相關(guān)知識1影響混凝土強(qiáng)度的因素普通混凝土受力破壞一般出現(xiàn)在骨料和水泥石的分界面上，是常見的粘結(jié)面破壞的形式。在普通混凝土中，骨料最先破壞的可能性小，因為骨料強(qiáng)度通常大大超過水泥石和粘結(jié)面的強(qiáng)度。所以混凝土的強(qiáng)度主要決定于水泥石強(qiáng)度及其與骨

12、料表面的粘結(jié)強(qiáng)度。而水泥石強(qiáng)度及其與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度又與水泥標(biāo)號、水灰比、及骨料的性質(zhì)有密切關(guān)系。當(dāng)水泥石強(qiáng)度較底時，水泥石本身容易受到破壞。此外混凝土的強(qiáng)度還受施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件及齡期的影響。 (1)水灰比和水泥標(biāo)號是決定混凝土強(qiáng)度的主要因素 水泥是混凝土中的活性成分，其強(qiáng)度的大小直接影響著混凝土強(qiáng)度的高低。從混凝土強(qiáng)度表達(dá)式：fcu,0Afce（CW-B）可以看出，在配合比相同的條件下，所用的水泥標(biāo)號越高，制成的混凝土強(qiáng)度越高。當(dāng)水泥相同時，混凝土的強(qiáng)度取決于水灰比。當(dāng)水泥水化時所需的結(jié)合水，一般只占水泥重量的23左右。如果結(jié)合水較大（約占水泥重量的4070），混凝土硬化

13、后，多余的水分殘留在混凝土中形成氣泡或蒸發(fā)后形成氣孔，大大地減少了混凝土抵抗荷載的實際有效斷面，可能在空隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，在水泥標(biāo)號相同的情況下，水灰比愈小，水泥石的強(qiáng)度愈高，與骨料粘結(jié)力愈大，混凝土的強(qiáng)度就愈高。如果加水太少，拌和物過于干硬，在一定的搗實成型條件下，無法保證澆灌質(zhì)量，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩孔洞，混凝土強(qiáng)度也將下降。 (2)粗骨料的影響 粗骨料對混凝土強(qiáng)度也有一定的影響。當(dāng)石質(zhì)強(qiáng)度相等時，決定于骨料的表面粗糙度。如：碎石表面比卵石表面粗糙，它與水泥砂漿的粘結(jié)力比卵石大；當(dāng)水灰比相等或配合比相同時，兩種材料配制的混凝土，碎石的混凝土強(qiáng)度比卵石強(qiáng)。一般

14、混凝土的粗骨料控制在3.2cm左右。對于砂的質(zhì)量對混凝土的強(qiáng)度也有一定的影響。如果砂的含泥量大，含有一定量的有害雜質(zhì)，也會降低混凝土強(qiáng)度。因此，通常在施工中使用清水砂。 (3)溫度和濕度的影響 混凝土的硬化在于水泥的水化作用。周圍環(huán)境溫度對水泥水化的速度有顯著的影響：溫度升高，水泥水化速度加快，混凝土強(qiáng)度增長加快。反之，溫度降低，水泥水化速度降低，混凝土強(qiáng)度增長緩慢。當(dāng)溫度降至冰點以下時，則由于混凝土中的水分大部分已結(jié)冰，水泥顆粒不能與冰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，混凝土的強(qiáng)度停止發(fā)展，而且孔隙內(nèi)水分結(jié)冰會引起膨脹（水結(jié)冰體積可膨脹約9），作用在孔隙毛細(xì)管內(nèi)壁，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，

15、已經(jīng)獲得的強(qiáng)度（如果在結(jié)冰前，混凝土已經(jīng)不同程度地硬化的話）受到損失。當(dāng)氣溫忽高忽底反復(fù)凍融，混凝土內(nèi)部的微裂逐漸增長、擴(kuò)大，使混凝土強(qiáng)度逐漸降低，表面出現(xiàn)剝落，甚至混凝土完全崩潰。 周圍環(huán)境的濕度對水泥的水化作用也有顯著影響：濕度適當(dāng)，水泥水化進(jìn)行順利，混凝土強(qiáng)度增長較快。如果濕度不夠，混凝土因缺水而影響水泥水化作用的正常進(jìn)行，甚至停止水化。使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，滲水性增大或形成干縮裂縫，影響耐久性。 為了使混凝土正常硬化，必須在成型后一定時間內(nèi)維護(hù)周圍環(huán)境，保證一定溫度和濕度。當(dāng)混凝土凝結(jié)以后，表面應(yīng)覆蓋草袋等物并不斷澆水，防止其發(fā)生不正常的收縮。在夏季應(yīng)注意澆水，保持必要

16、的濕度；在冬季注意保溫，保持必要的溫度。一般采取綜合蓄熱法及蒸養(yǎng)法。 (4)齡期的影響 凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度將隨著齡期的增加而提高，最初714d內(nèi)強(qiáng)度增長較快，28d以后增長緩慢。 2提高混凝土強(qiáng)度的措施根據(jù)影響混凝土強(qiáng)度的因素分析，提高混凝土強(qiáng)度可以從以下幾個方面采取措施： (1)采用高標(biāo)號水泥 如：采用早強(qiáng)水泥，或在混凝土中摻入早強(qiáng)劑，均可提高混凝土早期強(qiáng)變。 (2)盡可能降低水灰比 為使混凝土拌和物中的游離水分減少，采用較小的水灰比，用水量小的干硬性混凝土，或在混凝土中摻入減水劑。 (3)采用濕熱處理

17、 蒸汽養(yǎng)護(hù) 將混凝土放在溫度低于100的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一般混凝土經(jīng)過1620d的蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度即可達(dá)到正常條件下養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度的7080。蒸汽養(yǎng)護(hù)的最適宜溫度隨水泥品種而不同。用普通水泥時，最適宜的養(yǎng)護(hù)溫度為80左右，用礦渣水泥及火山灰水泥時，則為90左右。 蒸壓養(yǎng)護(hù) 將混凝土構(gòu)件放在175的溫度及8個大氣壓的壓蒸鍋內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在高溫的條件下，水泥水化時析出的氫氧化鈣，不僅能與活性的氧化硅結(jié)合，而且亦能與結(jié)晶狀態(tài)的氧化硅相結(jié)合，生成含水硅酸鹽結(jié)晶，使水泥的水化加速，硬化加快，而且混凝土的強(qiáng)度也大大提高。對摻有活性混合材料的水泥更為有效。 (4)采用機(jī)械攪拌和振搗 機(jī)械攪拌比人工拌和能使混凝土拌和物更均勻，特別在拌和低流動性混凝土拌和物時效果更顯著。攪拌時間越長，混凝土強(qiáng)度越高。但考慮到能耗、施工進(jìn)度等，一般要求控制在23min之間。利用振搗器搗實時，能提高混凝土拌和物的流動性，使混凝土拌和物能很好的充滿模型，排除混凝土中氣泡，內(nèi)部空