混凝土-普通混凝土的主要技術性質（建筑材料課件）

普通混凝土的主要技術性質混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和易性熟悉混凝土拌合物的和易性、流動性及影響和易性的因素學習目標和易性的測定及選用02交貨與驗收01影響和易性的主要因素03改善混凝土和易性的措施04混凝土拌合物的和易性混凝土的各組成材料按一定比例配合、攪拌而成的尚未凝固的材料，稱為混凝土拌和物，又稱新拌混凝土。新拌混凝土應具備的性能主要是滿足施工要求，即拌合物必須具有良好的和易性，這樣才能便于施工和按設計要求成形，從而保證混凝土的強度和耐久性。01交貨與驗收一、交貨與驗收混凝土拌和物的和易性又稱工作性，是指混凝土拌和物在一定的施工條件下（如設備、工藝、環(huán)境等）易于各工序（攪拌、運輸、澆注、搗實）施工操作，并能獲得質量穩(wěn)定，整體均勻，成型密實的性能。和易性是一項綜合性的技術指標，包括流動性、黏聚性（或稱抗離析性）、保水性（或稱穩(wěn)定性）等3方面性能。一、交貨與驗收流動性流動性是指混凝土拌和物在自重或機械振搗作用下，易于流動并均勻密實地填滿模板的性能。流動性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠，直接影響澆搗施工的難易和混凝土的質量。流動性好，混凝土易操作、易成型。黏聚性黏聚性是指混凝土拌和物有一定黏聚力，在運輸和澆注過程中不致產生分層和離析現(xiàn)象，使混凝土拌和物保持整體均勻的性能。黏聚性不好的拌和物，砂漿與石子容易分離，振搗后會出現(xiàn)蜂窩、空洞等現(xiàn)象，嚴重影響工程質量。保水性保水性是指混凝土拌和物在施工過程中，具有一定保持內部水分而不致產生嚴重泌水的能力。如果混凝土拌和物的保水性差，很容易造成固體顆粒下沉，水上浮于混凝土表面形成泌水，使硬化后的混凝土表面酥軟。當泌水發(fā)生在骨料或鋼筋下面時，會影響混凝土的整體均勻性。此外，保水性差的混凝土拌和物，因泌水會形成易透水的孔隙，使混凝土的密實性變差，強度和耐久性降低。02和易性的測定及選用二、和易性的測定及選用目前，還沒有一種科學的測試方法和定量指標能全面、準確地反映混凝土拌和物的和易性。一般采用國標《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》（GB/T50080—2002）規(guī)定的坍落度與坍落擴展度法和維勃稠度法，定量地表示拌和物流動性的大小，然后根據(jù)經(jīng)驗，通過對試驗或現(xiàn)場觀察，定性地判斷或評定混凝土拌和物的和易性。二、和易性的測定及選用1．坍落度與坍落擴展度法坍落度的測定是將混凝土拌和物按規(guī)定方法裝入標準坍落度筒內，裝滿刮平后將筒垂直向上提起，然后測出混凝土因自重而產生坍落的尺寸，以mm表示，如圖5-6所示。坍落度值越大，表示流動性越大。在測定坍落度后，用搗棒在已坍落的拌和物錐體的側面輕擊，觀察其黏聚性。若錐體逐漸下沉，表示黏聚性良好；若錐體突然倒塌、部分崩裂或出現(xiàn)離析現(xiàn)象，則表示黏聚性不好。圖5-6混凝土拌和物坍落度測定示意圖二、和易性的測定及選用保水性以混凝土拌和物中稀漿析出的程度評定。提起坍落筒后，如果錐體底部有較多稀漿析出，拌和物因失漿而骨料外露，則表示拌和物的保水性不良；如果無稀漿析出或僅有少量稀漿自底部析出，混凝土錐體含漿飽滿，則表示拌和物的保水性良好。根據(jù)試驗和觀察，最后以流動性、黏聚性及保水性來綜合評定混凝土拌和物的和易性。當混凝土拌和物的坍落度大于220mm時，用鋼尺測量混凝土擴展后最終的最大直徑和最小直徑，在這兩個直徑之差小于50mm的條件下，用其算術平均值作為坍落擴展度值；否則，此次試驗無效。二、和易性的測定及選用2．維勃稠度法利用維勃稠度儀測定混凝土拌和物的稠度，其具體方法為：①將喂料斗提到坍落度筒上方扣緊，并校對容器的位置，使其中心與喂料斗中心重合，如圖5-7所示；②將混凝土拌和物按規(guī)定方法裝入坍落度筒內；③將喂料斗轉離，垂直提起坍落度筒；④利用螺釘將透明玻璃圓盤移至坍落的混凝土拌和物上方，然后開啟振動臺并用秒表記錄時間，直到透明圓盤底部布滿水泥漿為止，此段時間（s）稱為維勃稠度。維勃稠度越大，流動性越小。圖5-7混凝土拌和物維勃稠度測定示意圖二、和易性的測定及選用根據(jù)混凝土坍落度和維勃稠度的大小，可將混凝土拌和物分為4級，如表5-15所示。表5-15混凝土拌和物的分級二、和易性的測定及選用3．和易性的選用新拌水泥混凝土的坍落度可根據(jù)施工方法和結構條件（斷面尺寸、鋼筋分布情況），并參考有關資料（經(jīng)驗）加以選擇。表5-16為不同場合混凝土拌和物的坍落度的適宜范圍。表5-16混凝土坍落度的適宜范圍03影響和易性的主要因素三、影響和易性的主要因素1．水泥漿的用量混凝土拌和物中的水泥漿賦予混凝土拌和物一定的流動性。在水灰比不變的情況下，單位體積拌和物內，如果水泥漿愈多，則拌和物的流動性愈大。但若水泥漿過多，將會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使拌和物的黏聚性變差，同時對混凝土的強度與耐久性也會產生一定影響；若水泥漿過少而不能填滿骨料間隙或不能很好地包裹骨料表面時，拌和物就會產生崩塌現(xiàn)象，黏聚性也變差。因此，混凝土拌和物中水泥漿的用量，應以滿足流動性和強度要求為準，不宜過量。三、影響和易性的主要因素2．水泥漿的稠度——水灰比（W/C）或水膠比（W/B）水泥漿的稠度與水泥的水灰比和水膠比有關。其中，水灰比是指1m3混凝土中水與水泥用量的比值，用符號W/C表示；水膠比是指1m3混凝土中水與所用膠凝材料用量的比值，用W/B表示。在水泥用量不變的情況下，水灰比愈小，水泥漿就愈稠，混凝土拌和物的流動性就愈小。當水灰比過小時，水泥漿干稠，混凝土拌和物的流動性過低，會使施工困難，且不能保證混凝土的密實性。增大水灰比會使流動性加大，但如果水灰比過大，又會造成混凝土拌和物的黏聚性和保水性不良，從而產生流漿、離析現(xiàn)象，嚴重影響混凝土的強度。因此，水灰比不能過大或過小，一般應根據(jù)混凝土強度和耐久性要求，合理地選用。三、影響和易性的主要因素3．單位體積用水量無論是水泥漿的多少還是水泥漿的稀稠，實際上對混凝土拌和物流動性起決定作用的是單位體積用水量的多少。當骨料和單位體積混凝土的用水量一定時，如果單位體積混凝土中水泥用量增減不超過50～100kg，混凝土拌和物的坍落度大體可保持不變。如果單純加大用水量會降低混凝土的強度和耐久性。因此，調整混凝土拌和物流動性時，應在保證水灰比不變的條件下，通過調整水泥漿的用量來調整。三、影響和易性的主要因素4．砂率砂率是指混凝土中砂的用量占砂石總用量的百分率。砂率的變動，會使骨料的空隙率和骨料的總表面積有明顯改變，因而對混凝土拌和物的和易性產生顯著影響。砂率過大時，骨料的總表面積及空隙率都會增大，在水灰比及水泥用量不變的情況下，混凝土拌和物顯得干稠，其流動性顯著降低。如果砂率過小，不能保證粗骨料之間有足夠的砂漿層，也會降低混凝土拌和物的流動性，并嚴重影響其黏聚性和保水性，容易造成離析、流漿。三、影響和易性的主要因素合理砂率是指在水灰比及水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動性，保持良好的粘聚性和保水性，如圖5-8所示，即采用合理砂率時，能使混凝土拌合物獲得所要求的流動性及良好的粘聚性與保水性，而水泥用量為最少，如圖5-9所示。圖5-8砂率與坍落度的關系圖5-9砂率與水泥用量的關系三、影響和易性的主要因素5．水泥品種和骨料的性質水泥對混凝土和易性的影響主要表現(xiàn)在水泥的需水性上。需水量大的水泥品種，達到相同的坍落度，需要較多的用水量。常用水泥中以普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土拌和物的流動性和保水性較好。礦渣、火山灰質混合材料對水泥的需水性都有影響，礦渣水泥所配制的混凝土拌和物的流動性較大，但黏聚性差，易泌水?；鹕交宜嘈杷看螅谙嗤铀織l件下，流動性顯著降低，但黏聚性和保水性較好。骨料的性質對混凝土拌和物的和易性影響較大。級配良好的骨料，空隙率小，在水泥漿用量相同的情況下，包裹骨料表面的水泥漿較厚，和易性好。碎石比卵石表面粗糙，所配制的混凝土拌和物的流動性較卵石配制的差。細砂的比表面積大，用細砂配制的混凝土比用中、粗砂配制的混凝土拌和物的流動性小。三、影響和易性的主要因素6．外加劑外加劑（如咸水劉、引氣劑等）對混凝土拌和物的和易性有很大的影響，在拌制混凝土時，加入少量的外加劑能使混凝土拌和物在不增加水泥用量的條件下，獲得良好的和易性。摻入外加劑的混凝土，其流動性不僅顯著增加，還能有效地改善混凝土拌和物的黏聚性和保水性，且在不改變混凝土配合比的情況下，能提高混凝土的強度和耐久性。7．時間和溫度攪拌后的混凝土拌和物，隨著時間的延長而逐漸變得干稠，坍落度降低，流動性下降，這種現(xiàn)象稱為坍落度損失。致使混凝土拌和物的流動性變差的原因，是隨著混凝土凝聚結構的逐漸形成，混凝土拌和物中的一部分水已與水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸發(fā)所致。04改善混凝土和易性的措施四、改善混凝土和易性的措施調整混凝土流動性的主要措施有以下幾種：（1）最有效的措施是摻入外加劑，如減水劑、引氣劑等。（2）當拌和物坍落度太小時，保持水灰比不變，增加適量的水泥用量和用水量；當拌和物坍落度太大時，保持砂率不變，增加適量砂石。（3）盡可能選用較粗大的砂、石骨料。（4）砂率不能太大，必要時需經(jīng)試驗采用合理砂率。（5）粗細骨料含泥量要少，且級配合格。普通混凝土的主要技術性質混凝土的強度混凝土的強度熟悉混凝土質量波動及其配置強度了解混凝土的結構和受壓破壞過程學習目標混凝土與鋼筋的黏結強度02混凝土的抗壓強度與強度等級01影響混凝土強度的因素0304提高混凝土強度的措施混凝土的強度混凝土拌和物經(jīng)硬化后，應達到規(guī)定的強度要求。按照我國現(xiàn)行國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T50081—2002）規(guī)定，混凝土強度有抗壓強度、軸心抗壓強度、劈裂抗拉強度、抗折強度等，通常以混凝土的抗壓強度作為其力學性能的總指標。一般情況下，混凝土的強度常指混凝土的抗壓強度。01混凝土的抗壓強度與強度等級一、混凝土的抗壓強度與強度等級1．混凝土立方體抗壓強度混凝土的抗壓強度，是指其標準試件在壓力作用下直到破壞時單位面積所能承受的最大壓力。為了使混凝土的質量有對比性，常采用標準試驗方法測定混凝土的抗壓強度，它是結構設計、混凝土配合比設計和質量評定的重要數(shù)據(jù)。一、混凝土的抗壓強度與強度等級國標《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T50081—2002）中規(guī)定，混凝土抗壓強度的試驗方法為：先制作150mm×150mm×150mm標準立方體試件，在標準條件（溫度在（20±2）℃，相對濕度在95%以上的標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，或在溫度在（20±2）℃的不流動的Ca（OH）2飽和溶液中養(yǎng)護）下，養(yǎng)護到28d齡期，所測得的抗壓強度值為混凝土立方體試件抗壓強度，簡稱立方體抗壓強度，可按下式計算：一、混凝土的抗壓強度與強度等級此外，測定混凝土立方體試件的抗壓強度，也可以按粗骨料的最大粒徑尺寸選用不同的試件尺寸。但是在計算其抗壓強度時，應乘以換算系數(shù)，以得到相當于標準試件的試驗結果。在特殊情況下，也可采用f150×300mm的圓柱體標準試件或f100×200mm和f200×400mm的圓柱體非標準試件。注意在實際混凝土工程中，其養(yǎng)護條件（如溫度、濕度）不可能與標準養(yǎng)護條件完全相同，為了能說明工程中混凝土實際達到的強度，往往將混凝土試件放在與實際工程相同的條件下養(yǎng)護，并按所需的齡期測得立方體試件的抗壓強度，以作為工地混凝土質量控制的依據(jù)。一、混凝土的抗壓強度與強度等級2．強度等級為了正確進行結構設計和控制工程質量，根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標準值（以fcu,k表示），將混凝土劃分為不同的強度等級。所謂抗壓強度標準值，是指按標準方法制作和養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28d的抗壓強度標準值中，強度低于該值的百分率不超過5%，即具有強度保證率為95%的立方體抗壓強度?；炷翉姸鹊燃壊捎梅朇與其立方體抗壓強度標準值（以MPa計）表示，按照國標《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010—2010）規(guī)定，共劃分成C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等14個強度等級。例如，以C40表示混凝土立方體抗壓強度標準值fcu,k=40MPa。一、混凝土的抗壓強度與強度等級為了保證工程質量并節(jié)約水泥，設計時必須根據(jù)建筑構件所處部位及承受荷載的性質，選用不同強度等級的混凝土，一般情況下：C15～C20——用于墊層、基礎、地坪及受力不大的構件；C30～C40——用于工業(yè)與民用建筑的普通鋼筋混凝土結構中的梁、板、柱、樓梯、屋架等部位；C40以上——用于吊車梁、預應力鋼筋混凝土構件、大跨度結構及特種結構。02混凝土與鋼筋的黏結強度二、混凝土與鋼筋的黏結強度在鋼筋混凝土結構中，為使鋼筋和混凝土能有效協(xié)同工作，混凝土與鋼筋之間必須要有適當?shù)酿そY強度。這種黏結強度，主要來源于混凝土與鋼筋之間的摩擦力、鋼筋與水泥之間的黏結力，以及變形鋼筋的表面機械嚙合力。黏結強度與混凝土質量有關，與混凝土抗壓強度成正比。此外，黏結強度還受其他諸多因素的影響，如鋼筋尺寸及變形鋼筋種類、鋼筋在混凝土中的位置、鋼筋的受力情況（如受拉鋼筋或受壓鋼筋），以及干濕變化、溫度變化等。03影響混凝土強度的因素三、影響混凝土強度的因素硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化學收縮和物理收縮引起砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產生了分布極不均勻的拉應力，從而導致界面上形成了許多微細的裂縫。另外，強度試驗證實，正常配比的混凝土破壞主要是骨料與水泥石的黏結界面發(fā)生破壞，這是因為混凝土成型時，某些上升的水分被粗骨料顆粒所阻止，這些水分聚集在粗骨料的下緣，混凝土硬化后就成為界面裂縫。當混凝土受力時，這些預存的界面裂縫會逐漸擴大、延長并匯合連通起來，形成可見的裂縫，進而破壞混凝土的強度。由此可見，混凝土的強度主要取決于水泥的強度及其與骨料的黏結強度，而黏結強度又與水泥強度等級、水灰比及骨料的性質有密切關系。此外，混凝土的強度還受施工質量、養(yǎng)護條件及齡期的影響。三、影響混凝土強度的因素1．水泥強度等級和水灰比水泥的強度等級和水灰比是決定混凝土強度最主要的因素，也是決定性因素。在水灰比不變時，水泥強度等級愈高，則硬化水泥石的強度愈大，它對骨料的膠結力就愈強，配制成的混凝土強度也就愈高。在水泥強度等級相同的條件下，混凝土的強度主要取決于水灰比。理論上，水泥水化時所需的結合水，一般只占水泥質量的23%左右，但在拌制混凝土拌和物時，為了獲得施工所要求的流動性，常需多加一些水，如常用的塑性混凝土，其水灰比均在0.4～0.8之間。當混凝土硬化后，多余的水分就殘留在混凝土中或蒸發(fā)后形成氣孔或通道，大大減小了混凝土抵抗荷載的有效斷面，還可能在孔隙周圍引起應力集中。三、影響混凝土強度的因素因此，在水泥強度等級相同的情況下，水灰比愈小，水泥石的強度愈高，與骨料黏結力愈大，混凝土強度也愈高。但是，如果水灰比過小，拌和物過于干稠，在一定的施工振搗條件下，混凝土不能被振搗密實，出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，這將導致混凝土的強度嚴重下降，如圖5-10所示。圖5-10混凝土強度與水灰比的關系三、影響混凝土強度的因素根據(jù)工程實踐的經(jīng)驗資料統(tǒng)計，混凝土的抗壓強度與水灰比、水泥強度等因素之間的線性經(jīng)驗公式為：

fcu——混凝土28d齡期的抗壓強度（MPa）；C——1m3混凝土中的水泥用量（kg）；W——1m3混凝土中水的用量（kg）；上述經(jīng)驗公式一般只適用于流動性混凝土及低流動性混凝土，對于干硬性混凝土則不適用。三、影響混凝土強度的因素2．骨料強度骨料的強度影響混凝土的強度。一般情況下，骨料強度越高，所配制的混凝土強度越高，這一特點在低水灰比和配制高強混凝土時尤為明顯。骨料粒形以三維長度相等或相近的球形或立方體形為好，若混凝土中含有較多扁平或細長的骨料顆粒，會增加其孔隙率，擴大混凝土中骨料的表面積，增加混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，導致混凝土的強度下降。此外，由于碎石表面粗糙有棱角，提高了骨料與水泥砂漿之間的機械嚙合力和黏結力，所以在原材料、坍落度相同的條件下，用碎石拌制的混凝土比用卵石拌制的混凝土的強度要高。三、影響混凝土強度的因素3．養(yǎng)護溫度及濕度混凝土強度是一個漸進發(fā)展的過程，其發(fā)展程度和速度取決于水泥的水化狀況，而溫度和濕度是影響水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土成型后，必須在一定時間內保持適當?shù)臏囟群妥銐虻臐穸龋允顾喑浞炙?，即混凝土的合理養(yǎng)護。如果養(yǎng)護溫度高，水泥水化速度加快，混凝土的強度發(fā)展也快；反之，在低溫下混凝土強度發(fā)展遲緩，如圖5-11所示。圖5-11養(yǎng)護溫度對混凝土強度的影響三、影響混凝土強度的因素當溫度降至冰點以下時，水泥停止水化，其強度停止發(fā)展，且由于混凝土孔隙中的水分結冰產生體積膨脹（約9%），體積膨脹會對孔壁產生相當大的壓應力（可達100MPa），從而使硬化中的混凝土結構遭到破壞，導致混凝土已獲得的強度受到損失。由于水是水泥水化反應的必要條件，只有周圍環(huán)境濕度適當，水泥水化反應才能順利進行，從而使混凝土的強度得到充分發(fā)展。如果濕度不夠，水泥水化反應不能正常進行，甚至停止水化，會嚴重降低混凝土強度。圖5-12所示為潮濕養(yǎng)護對混凝土強度的影響。圖5-12混凝土強度與保濕養(yǎng)護時間的關系三、影響混凝土強度的因素如果水泥水化不充分，或水化作用未完成，還會使混凝土結構疏松，形成干縮裂縫，增大其滲水性，從而影響混凝土的耐久性。為此，施工規(guī)范規(guī)定，在混凝土澆筑成型后，必須保證足夠的濕度，且應在12h內進行覆蓋，以防止水分蒸發(fā)。在夏季施工的混凝土，要特別注意澆水保濕。使用硅酸鹽水泥、普通水泥和礦渣水泥時，澆水保濕應不少于7d；使用火山灰水泥、粉煤灰水泥、在施工中摻用緩凝型外加劑，以及有抗?jié)B要求的混凝土，其保濕、養(yǎng)護應不少于14d。三、影響混凝土強度的因素4．齡期齡期是指混凝土在正常養(yǎng)護條件下所經(jīng)歷的時間。在正常養(yǎng)護條件下，混凝土的強度將隨齡期的增長而不斷發(fā)展，最初7～14d內強度發(fā)展較快，以后逐漸緩慢，28d達到設計強度。28d后強度仍在發(fā)展，其增長過程可延續(xù)數(shù)十年之久，混凝土強度與齡期的關系也可從圖5-12中看出。普通水泥制成的混凝土在標準養(yǎng)護條件下，其強度的發(fā)展及齡期可用下式推算：式中fn——nd齡期混凝土的抗壓強度（MPa）；f28——28d齡期混凝土的抗壓強度（MPa）；n——養(yǎng)護齡期（d），n≥3。三、影響混凝土強度的因素5．試驗條件試驗條件是指試件的尺寸、形狀、表面狀態(tài)及加荷速度等。試驗條件不同，會影響混凝土強度的試驗值。試件尺寸相同的混凝土，試件尺寸越小，測得的強度越高。試件尺寸影響強度的主要原因是當試件尺寸較大時，其內部孔隙、缺陷等出現(xiàn)的幾率也大，導致有效受力面積減小，應力集中，從而使強度降低。我國標準規(guī)定，采用150mm×150mm×150mm的立方體試件作為標準試件，當采用非標準的其他尺寸試件時，所測得的抗壓強度應乘以換算系數(shù)，如表5-17。表5-17混凝土試件不同尺寸的強度換算系數(shù)三、影響混凝土強度的因素試件尺寸的大小取決于粗骨料的最大粒徑，如表5-18。表5-18混凝土試件尺寸選用表三、影響混凝土強度的因素試件的形狀當試件受壓面積（a×a）相同，而高度（h）不同時，高寬比（h/a）越大，抗壓強度越小。這是由于試件受壓時，試件受壓面與試件承壓板之間的摩擦力，對試件相對于承壓板的橫向膨脹起著約束作用，該約束有利于強度的提高。愈接近試件的端面，這種約束作用就愈大，在適當范圍以外，約束作用才消失，通常稱這種約束作用為環(huán)箍效應，如圖5-13所示。圖5-13試件受力時的環(huán)箍效應三、影響混凝土強度的因素表面狀態(tài)混凝土試件承壓面的狀態(tài)，也是影響混凝土強度的重要因素。當試件受壓面上有油脂類潤滑劑時，試件受壓時的環(huán)箍效應大大減小，試件將出現(xiàn)直裂破壞，測出的強度值也較低，如圖5-14所示。圖5-14試件受壓面有潤滑劑時的破壞情況三、影響混凝土強度的因素加荷速度加荷速度越快，測得的混凝土強度值也越大，當加荷速度超過1.0MPa/s時，這種趨勢更加顯著。因此，我國標準規(guī)定，混凝土強度等級＜C30時，加荷速度取每秒鐘0.3～0.5MPa；混凝土強度等級≥C30且＜C60時，取每秒鐘0.5～0.8MPa；混凝土強度等級≥C60時，取每秒鐘0.8～1.0MPa，且應連續(xù)均勻地進行加荷。04提高混凝土強度的措施四、提高混凝土強度的措施1．采用高強度等級水泥或早強型水泥在混凝土配合比相