混凝土學(xué)講義

緒論

一、簡(jiǎn)述混凝土的應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土木建筑事業(yè)也迅速發(fā)展，對(duì)混凝土的需求也日益增大。

目前，混凝土的應(yīng)用已從一般的工業(yè)與民用建筑、港口碼頭、道路橋梁、水利工程等

領(lǐng)域擴(kuò)展到了海上浮動(dòng)領(lǐng)域、海底建筑、地下城市建筑、高壓儲(chǔ)罐、核電站等領(lǐng)域，

已成為世界上用量最大的人造石才一。

二、混凝土的定義

由膠結(jié)材(無機(jī)的、有機(jī)的或無機(jī)有機(jī)復(fù)合的)、顆粒狀材料以及必要時(shí)加入化學(xué)外

加劑和礦物摻合料等組分合理組成的混合料經(jīng)硬化后形成具有堆聚結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料稱

為混凝土(這類混凝土的組織結(jié)構(gòu)類似干某些天然巖石，故又稱為人造石)。

三、混凝土的分類

(一)按膠結(jié)材分

1.無機(jī)膠結(jié)材混凝土

(1)水泥混凝土：各種水泥為膠結(jié)材

(2)石灰一硅質(zhì)膠結(jié)材混凝土：石灰和各種合硅原料(砂及工業(yè)廢渣等)以水熱合成

方法來產(chǎn)生水化礦物膠凝物質(zhì)

(3)石膏混凝土：以各種倉膏為膠結(jié)材制成

(4)水玻璃一氟硅酸鈉混凝土：木玻璃為膠結(jié)材，以氟硅酸鈉為促硬劑制成

2.有機(jī)膠結(jié)材混凝土

(1)瀝青混凝土：以瀝青為膠結(jié)材制成，主要用于道路工程

(2)聚合物膠結(jié)混凝土：以純聚合物為膠結(jié)材制成

3.無機(jī)有機(jī)復(fù)合膠結(jié)材混凝土

(1)聚合物水泥混凝土：在水泥混凝土混合料中摻入聚合物或者用摻有聚合物的水

泥制成

(2)聚合物浸漬混凝：以水泥混凝土為基材，用有機(jī)單體液浸談和聚合制成

(二)按混凝土的結(jié)構(gòu)分

1.普通結(jié)構(gòu)混凝土：它由粗、細(xì)集料和膠結(jié)材制成。(碎石或卵石、砂和水泥制成

者，即是普通混凝土。)

2.細(xì)?；炷粒杭?xì)集料和膠結(jié)材制成

3.大孔混凝土：僅由粗集料和膠結(jié)材制成

4.多孔混凝土：既無粗集料、也無細(xì)集料全由磨細(xì)的膠結(jié)材和其他粉料加水拌成

的料漿用機(jī)械方法或化學(xué)方法位之形成許多微小的氣泡后再經(jīng)硬

化制成

(三)按容重分

1.特重混凝土

2.重混凝土

3.輕混凝土

4.特輕混凝土

（四）按用途分

結(jié)構(gòu)用混凝土、隔熱瘟凝土、裝飾混凝土、耐酸混凝土、耐堿混凝土、耐火混凝

土、道路混凝土、大壩混凝土、收縮補(bǔ)償混凝土、海洋混凝土、防護(hù)混凝土等等。

四、混凝土的發(fā)展歷史

氣硬膠材混凝土

水泥混凝土

1887年，科倫首先發(fā)明了鋼筋混凝土的計(jì)算方法。

1918年，艾布拉姆斯發(fā)表了計(jì)算混凝土強(qiáng)度的水灰比理論。

1918年，用張拉鋼筋對(duì)預(yù)先是施以壓應(yīng)力的方法可以保證混凝土構(gòu)件在荷載作用下既

能抵抗拉應(yīng)力又不致產(chǎn)生裂縫——預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)運(yùn)而生。

1950年，外加劑廣泛應(yīng)用于混凝土，使混凝土的性能得到更好的改善。

后來，又出現(xiàn)了現(xiàn)代混凝土，特種混凝土，高性能混凝土及綠色混凝土等等。

五、研究方法

主線；感性認(rèn)識(shí)一理性科學(xué)研究

六、教學(xué)任務(wù)

牢固掌握各類混凝土（普通混凝土、硅酸鹽混凝土、輕集料混凝土等）的結(jié)構(gòu)、

性能、各種參數(shù)與結(jié)構(gòu)和性能的的基本理論以及各種混凝土的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，能根據(jù)

實(shí)際工程中對(duì)混凝土的使用要求，正確選材:合理設(shè)計(jì)和選用配合比，最后制成經(jīng)濟(jì)、

耐久的混凝土。

§1普通混凝土

§1-1普通混凝土的原材料

§1-1-1水泥

一、水泥的應(yīng)用要求

（一）水泥的強(qiáng)度等級(jí)

（二）使用條件下的穩(wěn)定性

（三）水泥強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律

（四）其他要求

二、水泥品種的選擇

硅酸鹽系列水泥、鋁酸鹽系列水泥、硫鋁酸鹽系列水泥和其他水泥

（根據(jù)混凝土的工程特點(diǎn)和所處環(huán)境條件來選擇）

§1-1-2骨料

一、骨料作用

經(jīng)濟(jì)上：作為混凝土的填充料，比水泥便宜，可降低建材的成本，具有經(jīng)濟(jì)意義。

性能上：提高混凝土體積穩(wěn)定性和耐久性；

改善混凝土的強(qiáng)度和其他力學(xué)性能；

特種骨料可配制特種混凝土。

二、分類

粒徑：粗骨料（＞5mm）和細(xì)骨料（0.16?5mm）

性質(zhì)：普通骨料、重骨料和輕骨料

來源：天然骨料和人工骨料

三、主要技術(shù)性質(zhì)

（-）強(qiáng)度

評(píng)定原因：骨架作用

評(píng)定方法：巖石立方體法和壓碎指標(biāo)法

（二）密度、表觀密度、堆積密度、空隙率和孔隙率

（三）含水率、吸水率

含水率：材料中所含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)材料的質(zhì)量之比。

吸水率：材料吸水飽和時(shí)，其含水率就為吸水率——質(zhì)量吸水率和體積吸水率

（四）砂的容脹

1、原因：潮濕的砂，各顆砂粒的表面有層水膜，引起一定重量的砂子體積顯著增加，

這種現(xiàn)象稱為砂的容脹。按體積況料時(shí)，著忽視砂于的容比特造成混掇土混

合料缺砂，出現(xiàn)離析和蜂窩現(xiàn)象。

2、規(guī)律:容脹的程度取決于砂子的含水率和細(xì)度。隨著砂的含水率增加到大約5—8%

的數(shù)值時(shí)，砂的體積將增加20—30%。再增加含水率時(shí)，則砂粒表面的水增

厚，水的自重超過砂粒表面對(duì)水的吸附作用而發(fā)生跟動(dòng)，并遷移到砂粒間的

空隙中，砂粒表面的水膜消失。這時(shí)砂的容積隨含水率的增加而減少。

（五）體積穩(wěn)定性

1.定義：這里專指集料抵抗由于自然條件的變化引起體積過分變化的能力。

2.對(duì)混凝土性能的影響：引起集料體積變化的自然因素有凍融損壞、干混交替等。集

料的體積變化可能導(dǎo)致混凝土的局部開裂、剝落甚至使整個(gè)

結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

（六）顆粒形狀和表面狀態(tài)

1.評(píng)定原因：對(duì)混凝土的性能由影響：工作性、強(qiáng)度、耐久性等，形狀，狀態(tài)均有影

響。

2.形狀：球棱角針狀片狀

3.形狀評(píng)定：

①棱角系數(shù)

一種尺寸的顆粒，堆實(shí)的程度取決干它們的形狀。在英國(guó)用“棱角系數(shù)”表示集

料的顆粒形狀對(duì)堆實(shí)程度的影響。

棱角系數(shù)——以67減去按規(guī)定的方法將集料填滿容器時(shí)，固體體積所占的份數(shù)。（67

代表最圓的卵石用同樣的填充方法所得的固體體積份數(shù)）

所以“棱角系數(shù)”即表示超過圓形卵石空隙率的百分?jǐn)?shù)。

“棱角系數(shù)”愈大，集料顆粒的棱角愈多，堆積時(shí)的空隙率也愈大。

②針片狀顆粒含量

4.表面狀態(tài)：孔及粗糙程度

（七）集料中有害雜質(zhì)：

1.有機(jī)雜質(zhì)

2.鉆土、淤泥和粉塵

3.硫化物和硫酸鹽類

4.云母

5.鹽

四、骨料的級(jí)配

（-）概念及工程意義

（二）表示方法

（三）級(jí)配要求

（四）最大粒徑

§1-1-3磨細(xì)礦物摻料

?、具有弱自硬性的材.料，如堿性粒狀高爐礦渣、某些爐渣和燒頁巖灰。

二、具有活性水硬性材料，這些材料不能自行硬化，但能夠與水泥水化析出的氫氧化

鈣或者與加入的石灰相互作用而形成較強(qiáng)較穩(wěn)定的膠按物質(zhì)。

例如酸性粒狀高爐礦渣、爐渣、扮煤灰、輕燒粘土、燒頁巖以及含有非晶狀氧

化硅的火山和沉積巖石，前者如浮石、凝灰?guī)r、火山灰，后者如硅藻石、蛋白石等。

三、微活性摻料（填充料）。如各種巖石風(fēng)化分解的產(chǎn)物如砂、石英、黃土、粘土等。

§1-1-4混凝土拌合用水

拌合混凝土混合料兒乎可以來用任何天然水，只要它不合有過量的鹽類，特別是

硫酸鹽和酸性化合物以及有機(jī)雜質(zhì)。不允許使用富有有機(jī)雜質(zhì)的沼澤水、含有腐植酸

或其他酸、鹽的污水和工業(yè)廢水。

§1-2普通混凝土混合料

§1-2-1混凝土混合料的特性

0、概念

新拌混凝土：混授土的各組成材料（水泥、粗細(xì)集抖、水

得的尚未凝結(jié)硬化的材料，也稱混凝土拌和物。

一、流變學(xué)概念

（一）兒個(gè)概念

1.流變學(xué)：研究混凝土物體流動(dòng)和變形的科學(xué)。

2.彈性：外力作用后發(fā)生變形，外力撤消，變形立即恢復(fù)的性質(zhì)。

3.塑性：外力作用發(fā)生變形，外力撤消，變形立不消失且材料也不破壞的性質(zhì)。

4.結(jié)構(gòu)粘性：某些粘性液體在靜止不動(dòng)時(shí)有較大粘性，攪動(dòng)時(shí)粘性降低，停止攪動(dòng)，

粘性有迅速增加，原結(jié)構(gòu)恢復(fù)。

粘度：阻礙液體流動(dòng)的粘滯力。

5.脆性：

6.剛性：抵抗塑性變形的能力。

7.韌性：

8.觸變形：某些液體在外力作用下，粘性破壞后緩慢恢復(fù)的性質(zhì)。

9.應(yīng)力松弛：在持續(xù)外力作用下，發(fā)生的變形不變，內(nèi)應(yīng)力逐漸減小的過程。

10.彈性后效：在持續(xù)外力作用下，發(fā)生緩慢變形，而外力撤消后，變形緩慢恢復(fù)的

現(xiàn)象。

（二）流變基元（模型）

1.胡克體（H——模型）：表示具有完全彈性的理想材料，

2.牛頓液體（N——模型）：表示只具有粘性的理想材料。

3.圣維南體（St^"——模型）表示超過屈服點(diǎn)后只具有塑性變形的理想材料

（三）基本組成形式（現(xiàn)實(shí)物質(zhì)模擬）

1.麥克斯威爾（MaxWell——M）模型

最簡(jiǎn)單的串聯(lián)模型：M=N-H,表示恒定變形的應(yīng)力變化歷程。

2.Kelvin模型（K）

最簡(jiǎn)單的并聯(lián)模型：M=H/N,表示恒定應(yīng)力下的變形過程。

二、混凝土混合料的流變方程

（-）混凝土拌和物的流變特點(diǎn)

1.流變?cè)颍侯w粒間相互潤(rùn)滑

2.流變阻力：顆粒間附著力、摩擦力

（二）流變模型

1.變形特征：瞬時(shí)有較小的彈性變形

克服一定阻力，發(fā)生較大的變形——Stv特種

存在一定的粘性，隨時(shí)間延長(zhǎng)變形增大——N特種

2.流變模型——賓漢姆模型：H-（Stv/N）

3.流動(dòng)曲線的基本類型（圖1—19）

牛頓液體非牛頓液體賓漢姆體一般賓漢姆體

三、混合科流變參數(shù)Ty與n的含義

（-）屈服剪應(yīng)力（Ty）

1.定義：屈服剪應(yīng)力（Ty）是阻止塑性變形的最大應(yīng)力，故又稱為塑性強(qiáng)度。

2.產(chǎn)生原因：混合科的屈服剪切應(yīng)力是組成材料各顆粒之間的附著力和摩擦力引起的

3.測(cè)定：土壤剪切法（圖1—12）

（-）粘度系數(shù)（n）

1.定義：液體內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻礙流動(dòng)的一種性能。

2.產(chǎn)生原因：它是由于流動(dòng)的液體中，在平行流動(dòng)方向的各流層之間，產(chǎn)生與流動(dòng)方

向相反的阻力（粘滯阻力）的結(jié)果。因此，粘性是流動(dòng)的反面。對(duì)于不同

的液體，粘性有的大，有的小，取決于液體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3.特征：對(duì)于理想的流體：n是固定值；

對(duì)于一般流體：n是變值，隨T和D而變化（圖1一23）

四、流動(dòng)特性的測(cè)定

（一）ty的測(cè)定

1.土壤剪切法

2.錐體塑性法

（-）n的測(cè)定——流速法

（三）綜合測(cè)定

1.細(xì)顆粒分散質(zhì)均勻

原理：外筒轉(zhuǎn)內(nèi)筒轉(zhuǎn)

數(shù)據(jù)處理：

2.新拌混凝土——大顆粒分散質(zhì)不連續(xù)性大，測(cè)試?yán)щy

§1-2-2新拌混凝土的工作性

一、工作性的定義

（一）《建材：》定義：在一定施工條件下，便于各種施工操作并均勻密實(shí)地填充模板的

性能。（不能定量）

流動(dòng)性+粘聚性+保水性

（-）混凝土定義：流動(dòng)性+可塑性+穩(wěn)定性+易密性（未量化）

（三）ASTMC125：使一定數(shù)量的新拌混凝土在不喪失勻的前提下，澆注振實(shí)所需的

功。（內(nèi)阻力；混凝土與鋼筋、模板的摩擦阻力）

二、工作性的測(cè)定

（一）塌落度法

1.簡(jiǎn)介

2.原理

過程：重力作用下混凝土料的流變過程

靜止條件：重力產(chǎn)生的煎應(yīng)力WTy

測(cè)試實(shí)質(zhì)：測(cè)混凝土的塑性強(qiáng)度

討論：（2Ty/pg）230時(shí),SLWO,無塌落

（-）流動(dòng)度法

簡(jiǎn)介：這是美國(guó)所采用的試驗(yàn)方法

測(cè)定：將一堆成一定形狀的混合料置于跳桌上，經(jīng)過跳動(dòng)一定的次數(shù)后，測(cè)定混合料

擴(kuò)展的程度，以鑒定混合科的流動(dòng)度及離析的程度。

（三）凱利球法

簡(jiǎn)介：

測(cè)定：每下沉2.5cm,相當(dāng)于SL=5cm

（四）重塑數(shù)試驗(yàn)

簡(jiǎn)介：1932年美國(guó)鮑威爾斯所建議的試驗(yàn)，以改變混合科試樣的形狀所做的功來評(píng)價(jià)

混合料的工作性。

（五）工業(yè)粘度計(jì)

（六）維皮試驗(yàn)——現(xiàn)行規(guī)范方法

簡(jiǎn)介：這是重塑數(shù)試驗(yàn)的改進(jìn)試驗(yàn)。省取了重塑數(shù)的內(nèi)圓環(huán)，以振動(dòng)代替跳動(dòng)使混合

科達(dá)引重型密實(shí)，更接近于實(shí)際情況。

（七）密實(shí)數(shù)法

簡(jiǎn)介：起于英國(guó)，密實(shí)數(shù)=測(cè)定密度/實(shí)際密度

（A）倒置SL筒法

簡(jiǎn)介：適用于鋼纖維混凝土

§1-2-3影響混凝土工作性的因素

X混凝上混合料的工作性取決于各紹.份的特性及其相對(duì)含量。

一、混合料的單位加水量對(duì)流動(dòng)性的影響

（-）水的作用：水化、潤(rùn)滑

（-）影響

1.規(guī)律I：初始流動(dòng)性為y的混凝土，變化條件為流動(dòng)性的變量為dy

①dy與y的關(guān)系：dy8y----①

②dy與Vs/Vw（固冰體積比）的變化（Vs+Vw=1）

由于Vst,VwI,y'<y,所以有下式成立:

dy=-Kd(Vs/Vw)——②

I

降低表示

2.規(guī)律II

結(jié)合I一①②，得：

dy=-Kyd(Vs/Vw)

y=Yoe-Sw)

=Yoe+K(i'w)

令：W=WQ時(shí)，y=yo（可測(cè)），得：

心=攵（1-L）o攵=

為八%-1w

因?yàn)椋?/p>

In—=1g—/1ge

丫。丫。

i

由上可見：igy與京成正比（線形關(guān)系）

3.規(guī)律m

dydw

—二n——

yw

積分得：y=K'w"

4.二者比較

二、集灰比（Va/Vc）的影響

坨薩呻4（T與水有關(guān)

-心)

y=%e%

=心一心一（”當(dāng)

丫。匕,，%

1

心）（1+%）

%%

由上式可見：Va/Vct,yI；

Va/VcI,yto

三、砂率（Sp）的影響

過大、過小的流變模型解釋

四、材料的影響

五、時(shí)間、溫度的影響（SL的損失）

時(shí)間t,SL的損失t,SLI；

溫度"SL的損失t,SL!o

§1-2-4離析和泌水

一、離析

（一）定義：沿合料的離所是指混合料各組份分離，造成不均勻和失去連續(xù)性的現(xiàn)象。

（-）產(chǎn)生原因：這是由于構(gòu)成混合料的各種固體粒子大小、比質(zhì)不同，它們之間發(fā)

生了不同的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生不同的位移而引起的。

（三）兩種形式：一種足粗集抖從混合料中分離，因?yàn)樗鼈儽燃?xì)骨料更易于沿著斜面

下滑或在模內(nèi)下沉；

另一種是稀水泥漿從混合料淌出，這主要發(fā)生在流動(dòng)性性大的混合

料中。

二、泌水

（一）定義：混合料澆灌之后到開始凝結(jié)期間，固體粒小下沉，水上升，并在表面析

出水的現(xiàn)象稱為泌水。（同時(shí)，混合料發(fā)生沉陷收縮）

（二）產(chǎn)生原因：固體粒子小下沉、水上浮而引起的。

（三）結(jié)果：

使表面混合料含水量增加，產(chǎn)生大量的浮漿，硬化后使面層的混經(jīng)上強(qiáng)度弱于下

面混凝土的強(qiáng)度，并產(chǎn)生大量容易剝落的“紛塵”；

如果混凝上是分層澆注，若刁；沒法除去面層上的這些浮漿，則會(huì)損害每層混凝

土之間的粘結(jié)；

一些上升的水還會(huì)聚結(jié)在粗集料或鋼筋的下方，毆化后成為空隙，出現(xiàn)弱粘結(jié)地

帶。上升的水，在其后留下水的通道，降低了混凝上的抗?jié)B性和抗原性；

在和模板的交界面上，池水時(shí)會(huì)把水泥漿帶走，僅留下砂子，出現(xiàn)“砂紋”現(xiàn)象。

§1-3普通混凝土的硬化及結(jié)構(gòu)的形成過程

§1—3—0概述

一、組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系

（―）.組成：構(gòu)成物質(zhì)的基本單元

化學(xué)組成——元素

礦物組成——氧化物

相組成

混凝土組成——集料+水泥石+孔+水

（二）結(jié)構(gòu)：基本單元的結(jié)合形式

（三）組成、結(jié)構(gòu)決定性能

二、普通混凝土的組成

多相、多組分；宏觀均勻、微觀不均勻

三、普通混凝土的結(jié)構(gòu)形成

拌和一澆注一密實(shí)一硬化f混凝土

§1-3-1普通混凝土的分層

一、外分層

（-）定義：混凝土振搗密實(shí)過程中及完畢后，大顆粒下沉，小顆粒上浮而導(dǎo)致的混

凝土不均勻現(xiàn)象。

（-）危害：強(qiáng)度不均勻；表面軟弱起粉。

二、內(nèi)分層

（-）定義：粗骨料間隙內(nèi)砂漿中，砂顆粒及水泥顆粒下沉、水上浮的現(xiàn)象。

（二）危害：骨料下部水富集——充水區(qū)域，孔，滲水通道

§1-3-2硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化（自學(xué)）

§1-3一3水泥石的亞微觀結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度（自學(xué)）

§1-3-4硬化混凝土的結(jié)構(gòu)及界面過渡區(qū)

一、混凝土結(jié)構(gòu)組成

三部分：水化水泥漿體+集料+水泥漿體和集料間的過渡區(qū)

（宏觀：由集料顆粒分散在水泥漿基體中所組成的兩相材料?）

過渡區(qū)：存在于在水泥漿體與集料結(jié)合的界面，過渡區(qū)是圍繞大集料周圍納一層

薄殼，此處的硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)中水泥石或水泥砂漿的結(jié)構(gòu)有

明顯的不同，其厚度一般為10~15um,是混凝土性能中的一個(gè)薄弱環(huán)

節(jié)。

二、集料相結(jié)構(gòu)及其對(duì)混凝土性能的影響

集料相對(duì)混凝土性能所起的作用，不是化學(xué)性的，而是物理性的，諸如：容重、

彈性模量、體積穩(wěn)定性等。

影響因素：集料的容重、強(qiáng)度、粗集料的形狀和織構(gòu)與粒徑等。如混凝土所用的粗集

料尺寸越大，長(zhǎng)條或扁平顆粒含量越多，都會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低，這是由于

上述集料表面集聚水膜的傾向也越大，從而使水泥漿體與集料間的過渡區(qū)減

弱。

三、過渡區(qū)結(jié)構(gòu)

(-)研究背景

1.混凝土的拉伸破壞為何呈脆性?而壓縮破壞時(shí)為何具有一定的彈塑性？

2.混凝土各組分材料當(dāng)分別以單軸壓力試驗(yàn)時(shí)，直到破壞都保持彈性，而為何混凝土

卻表現(xiàn)為非完全彈性行為？

3.混凝土的抗壓強(qiáng)度為何能較其抗拉強(qiáng)度高一個(gè)數(shù)量級(jí)？

4.水泥用量、水灰比和水化齡期均相同，為何水泥砂漿的強(qiáng)度比混凝土高？

5.為何混凝土的抗?jié)B性比相應(yīng)的水泥漿體低一個(gè)數(shù)量級(jí)？

6.混凝土暴露在火中，為何彈性模量的降低比抗壓強(qiáng)度要快得多？

(-)過渡區(qū)結(jié)構(gòu)

L過渡區(qū)成因

首先，粗集料表面的水灰比大于混凝土的本體；

其次，水灰比值高，結(jié)晶約束小此處所形成的結(jié)晶產(chǎn)物的晶體尺寸大。

2.過渡區(qū)模型

集科

過渡發(fā)水泥石本體

C-A-&-H

C—S-H(H的砒石

舞0靜

圖3—10典型的混凝土界面翅凝層模型AM

3.界面過渡區(qū)特點(diǎn)

①局部水灰比高

②孔隙率大_

③C”及QA而“32多，

④CH及遼3H32晶粒粒徑大

⑤C”取向性生長(zhǎng)

(三)過渡區(qū)強(qiáng)度

1.影響因素

3個(gè)因素：孔的體積和孔徑大小；氫氧化鈣晶體的大小與取向?qū)?；存在的微裂縫。

2.改善措施

①采用活性摻料，降低CH尺寸及取相性，增加密實(shí)性；

②降低W/C,減少骨料下方的充水區(qū)域，也會(huì)使CH的尺寸減小，取向性差；

③骨料的粗糙表面，減小粒徑；

④制作工藝(攪拌，振實(shí)，養(yǎng)護(hù)等)

（四）對(duì)混凝土性能的影響

1.強(qiáng)度下降；

2.非彈性破壞；

3.f拉Vf,E

4.剛度下降;

5.耐久性下降。

四.混凝土結(jié)構(gòu)模型

（一）中心質(zhì)假說（吳中偉）

該論述將混凝土作為一種復(fù)合材料，混凝土是由各級(jí)分散相分散在各級(jí)連續(xù)相中

而組成的多相聚集體。

中心質(zhì)假說持各級(jí)分散相命名為中心質(zhì)，將各級(jí)連續(xù)相命名為介質(zhì)。

中心質(zhì)與介質(zhì)根據(jù)尺度各分為大、次、微3個(gè)層次，即大中心質(zhì)、次中心質(zhì)、微中心

質(zhì)和大介質(zhì)、次介質(zhì)、微介質(zhì)。

廣大中心質(zhì)包含各種集料、摻合料、增強(qiáng)材料、長(zhǎng)期殘存的未水化的水泥熟料。

次中心質(zhì)是鼓度小于10um的水泥熟料粒子，屬過渡性組分。

微中心質(zhì)是水泥水化后生成的各種晶體，包括I、II型C—S—H纖維狀和網(wǎng)狀結(jié)

/晶。

、大介質(zhì)是大中心質(zhì)所分散成的連續(xù)相，其中有結(jié)構(gòu)膜層。

次介質(zhì)是次中心質(zhì)歷分散成的連續(xù)相，其中有水化層。

微介質(zhì)是微中心質(zhì)所分散成的連續(xù)相。IILIV型C—S—H、尺寸較小的不規(guī)則的

,粒子與結(jié)構(gòu)水及吸附水均可視為該級(jí)的連續(xù)相。

2.模型（近代混凝土技術(shù)P152圖5—2）

圖1混凝土結(jié)構(gòu)的中心質(zhì)假說圖解

3.理想結(jié)構(gòu)的模型

（1）.各級(jí)中心質(zhì)（分散相）以最佳狀態(tài)（均布、網(wǎng)絡(luò)、緊密）分散在各級(jí)介質(zhì)（連續(xù)

相）之中。在中心質(zhì)與介質(zhì)問存在著過渡區(qū)的界面，是漸變的非勻質(zhì)的過渡結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)

組成的排列順序?yàn)橹行馁|(zhì)--界面區(qū)一介質(zhì)。

（2）.網(wǎng)絡(luò)化是中心質(zhì)的特征。各層次的中心質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成水泥基材料的骨架。各

級(jí)介質(zhì)填充于各級(jí)中心質(zhì)網(wǎng)絡(luò)之間。強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)骨架是提高水泥基材料性能的一個(gè)必要

條件。

（3）.界面區(qū)保證著中心質(zhì)與介質(zhì)的連續(xù)性。因此，界面區(qū)的優(yōu)劣決定了水泥基

材料的強(qiáng)度、韌性、耐久性、整體性與均勻性的優(yōu)劣。界面區(qū)不應(yīng)是水泥基材料中的

薄弱部分，因?yàn)樗淖饔檬翘刂行馁|(zhì)的某些性能傳給介質(zhì)，應(yīng)是有利于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形

成和中心質(zhì)效應(yīng)的發(fā)揮。強(qiáng)化界面區(qū)是提高水泥基材料性能的又一個(gè)必要條件。

（4）.各種尺度的孔、縫也是一種分散相，分布在各級(jí)介質(zhì)之中，因此，也是中心

質(zhì)。尺度較大的孔（毛細(xì)扎）對(duì)強(qiáng)度等性能不利，也不參加構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。因此，對(duì)其尺度與

含量應(yīng)加以限制。但是，它在水泥基材料中還起著補(bǔ)給水分與提供水化物空間的有利

作用?？椎挠欣饔眠^去很少捉及。但吳中偉教授對(duì)此一直很重稅，認(rèn)為孔在水泥基

材料中的存在，陳有利于水化外.今后在研究開發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)、提高抗裂性與耐久性（如

抗沖密、抗凍融等）時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)并深化對(duì)孔的研究。

（-）四層次理論（黃蘊(yùn)元）

1.基本內(nèi)容

4個(gè)結(jié)構(gòu)層次是按照在光學(xué)顯微鏡下能見到的結(jié)構(gòu)單元尺度來劃分的。

A：

，原子一分子層次；

細(xì)觀層次：尺度為lonm—1mm,在此層次上研究的內(nèi)容為：硬化水泥漿體的孔隙

串、晶體與膠體的比例（晶膠比）和不同相之間的界面諸因素。

《粗觀層次：尺度為1mm到幾厘米，以粗集料與水泥砂漿基材的界面作為主要結(jié)構(gòu)參

數(shù)。而砂漿中的大孔、砂一水泥漿體的界面和裂縫。

宏觀層次：則是工程結(jié)構(gòu)單元尺度。

B-：

1.在混凝土的原子一分子、細(xì)觀和租觀諸層次上，組分、結(jié)構(gòu)和界面在不同方面

和不同程度上彩向其宏觀力學(xué)性質(zhì)。其綜合影響，則決定了整體混凝土的宏觀力學(xué)行

為。所謂力學(xué)行為就是材料發(fā)生變形和斷裂的全部特征和過程。

2.所謂“結(jié)構(gòu)”，實(shí)際上是不同的鍵和結(jié)構(gòu)元的集合，主要是不同鍍和界面的集合,

而界面實(shí)際上是離子、分子或微晶體等組成的過渡區(qū)。從混凝土的結(jié)構(gòu)形成到結(jié)構(gòu)破

損的整個(gè)過程中，始終貫穿著界面的形成、轉(zhuǎn)移和消失，而且還會(huì)發(fā)生雙電層的形成、

轉(zhuǎn)移和消失。

3.能量是貫通所有結(jié)構(gòu)層次的共同物理量，它也是確定組分一結(jié)構(gòu)一界面一性能

關(guān)系的主要媒介。混凝土的抗拉強(qiáng)度是其單位體積內(nèi)界面能的函數(shù)。

4.鍵和結(jié)構(gòu)元的集合總是統(tǒng)計(jì)性的，因而其一般性質(zhì)也應(yīng)是統(tǒng)計(jì)性的。

5.如果在應(yīng)力作用下，應(yīng)變能不能轉(zhuǎn)變而及時(shí)消散，或者不在變形時(shí)的晶形轉(zhuǎn)變

中校消耗，又不發(fā)生其他能耗，裂縫就會(huì)產(chǎn)生并使該應(yīng)變能轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻婺堋⒑诉吥芎?/p>

棱角能。其中表面能是主要的，并會(huì)貯存在整個(gè)材料體系中，影響其力學(xué)行為。

6.如果混凝土在歷受的應(yīng)力下，不同層次的組分、結(jié)構(gòu)和界面，能自動(dòng)轉(zhuǎn)變至對(duì)

抗力更為合適的狀態(tài)，則其抗變形性及強(qiáng)度就能提高。

7.孔隙不僅在粗雙層次而且也在細(xì)觀層次影響混凝土的力學(xué)行為。孔的尺寸和形

狀在這種影響中起重要的作用?？撞荒鼙徽J(rèn)為僅是混凝土中的一個(gè)無質(zhì)星的空洞.在

小孔所成的紉縫中，二孔壁間的范德華力及其他長(zhǎng)程力將影響混凝土的力學(xué)行為。

2.模型硬化水泥漿體強(qiáng)度——水泥石強(qiáng)度

§1-4普通混凝土的物理性質(zhì)

X概念：密實(shí)度體積變形滲透性導(dǎo)熱性

§1-4-1密實(shí)度（自學(xué)）

§1-4-2混凝土的變形性質(zhì)（非荷載）

一、混凝土內(nèi)的濕度變化而導(dǎo)致的變形

（一）干燥

1.定義：混凝土的失水過程。

原因：水分外逸、蒸發(fā)（干燥）；混凝土內(nèi)水分的自發(fā)性減少（水化）

2.水面的曲率半徑和飽和蒸氣壓的熱力學(xué)平衡關(guān)系用下式表示：

P2bM

（二汗縮

1.原因：毛細(xì)孔失水；凝膠孔失水

2.結(jié)果：無限制條件下：混凝土密實(shí)過程；

有約束：裂縫（鄰位，鋼筋，濕度梯度）

3.影響因素：水泥用量；環(huán)境濕度；齡期；骨料性質(zhì)；集灰比；外加劑、摻合料。

（三）自收縮：混凝土在水化硬化過程中由于自身水化需水導(dǎo)致混凝土干燥而造成德

收縮。

1.背景高水泥用量、低水灰比混凝土的應(yīng)用

2.減小措施：高水灰比、低水膠比

（四）混凝土的塑性收縮

L定義：新拌混凝土硬化前的收縮。

2.原因：混凝土拌合物失水速度大于泌水速度

3.發(fā)生時(shí)間：澆注振搗數(shù)小時(shí)發(fā)生

4.特點(diǎn)：平行裂縫，間距2.5?7.5cm,深度:2.5?5cm

（五）濕脹

1.定義：混凝土吸水后體積膨脹。

2.原因：

①水泥凝膠體顆粒之間吸入水分，水分子破壞了凝膠體顆粒的凝聚力，迫使顆粒

分離的結(jié)果；

②水的浸入，使凝膠體顆粒表面形成吸附加降低了表面張力；

③使顆粒發(fā)生微小的膨脹。

（六）干一濕變形規(guī)律

存在不可逆收縮

原因：當(dāng)毛細(xì)孔中的水蒸發(fā)完后，如繼續(xù)干燥，則凝肢體顆粒的吸附水也發(fā)生部分

蒸發(fā)。失去水膜的凝膠體顆粒，由于分子引力的作用，使粒子間的匪離變小甚至發(fā)生

新的化學(xué)結(jié)合而收縮。

二.溫度變形：熱脹冷縮——大體積混凝土

三.碳化收縮

（―）定義：混凝土中水泥的水化產(chǎn)物CH與C02>H20反應(yīng)生成CaCC>3和H20產(chǎn)生

的收縮。

（二）原因：

1.碳化產(chǎn)物水t——毛細(xì)管收縮t

2.新生產(chǎn)物體積I——收縮

（三）收縮規(guī)律

1.碳化進(jìn)行在相對(duì)濕度50%左右最快；

2.先干縮，再碳化，收縮值最大；

3.隨CO2濃度的增加而加快；

4.蒸養(yǎng)混凝土碳化后，變形減小。

（四）碳化對(duì)混凝土性能的影響

1.增大不可逆收縮；

2.抗壓強(qiáng)度下降，滲透性下降。

§1一4一3滲透性

一、多孔材料的滲透性

Q=KAXhw/l

式中：A——滲透面積；

hw——壓力差；

1—試件厚度

二、普通混凝土的滲水性

（-）原理：孔，微裂縫的存在

（-）影響因素：P，孔結(jié)構(gòu)，W/C

（三）測(cè)試方法——抗?jié)B等級(jí)

§1-5普通混凝土的力學(xué)性能

§1一5-1普通混凝土的強(qiáng)度

0、概述

（-）強(qiáng)度定義：混凝土在外力或荷載作用下抵抗破華的能力。

（-）強(qiáng)度的工程意義：

1.表征承載能力；

2.相關(guān)其他性能：強(qiáng)度t——抗凍t；抗?jié)Bt；剛性t

（三）混凝土強(qiáng)度分類（外荷載作用形式）

1.抗壓強(qiáng)度

2.抗拉強(qiáng)度

3.抗折強(qiáng)度

4.抗剪強(qiáng)度

5.與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度

一、抗壓強(qiáng)度

（一）、概念

1.立方體抗壓強(qiáng)度

2.立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

3.立方體抗壓強(qiáng)度代表值

4.軸心抗壓強(qiáng)度

（二）立方體抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法

1.試件：標(biāo)準(zhǔn)（150X150X150mm的立方體），

非標(biāo)準(zhǔn)（100X100X100的立方體，200X200義200mm立方體的）

標(biāo)準(zhǔn)試件的測(cè)定結(jié)果不用修正，非標(biāo)準(zhǔn)試件的測(cè)定結(jié)果要乘以一個(gè)系數(shù),0.95或1.05

2.養(yǎng)護(hù)條件：

'標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

自然養(yǎng)護(hù)：自然條件下養(yǎng)護(hù)。

J加速養(yǎng)護(hù)：蒸汽養(yǎng)護(hù)（latm的水蒸汽中養(yǎng)護(hù)）和蒸壓養(yǎng)護(hù)（壓力大于latm,溫

度大于100℃的高溫高壓中）。

同條件養(yǎng)護(hù)：養(yǎng)護(hù)條件和同結(jié)構(gòu)的混凝土的養(yǎng)護(hù)條件一致，這樣可以用來指導(dǎo)生

X.

產(chǎn)。

3.加載速度：WC30為0.3?0.5MPa/s；

>C30為0.5?0.8MPa/so

4.試件濕度：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，擦干即可

（三）軸心抗壓強(qiáng)度

1.試件：標(biāo)準(zhǔn)：150mmX150mmX300mm的棱柱體

非標(biāo)準(zhǔn)：100mmX100mmX200mm；200mmX200mmX400mm

2.養(yǎng)護(hù)與上同。

3.加載:0.3~0.8MPa/s

4.珀與心的關(guān)系：fcp=0.7~0.8fcu

二、抗拉強(qiáng)度（軸心抗拉強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度）

（-）定義（G

（-）與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系：￡=0.5（%嚴(yán)

（三）測(cè)試方法

1.軸心抗拉

2.辟裂抗拉

（四）影響因素

1.隨齡期增長(zhǎng)，fj,但增長(zhǎng)率較G低；

2.混凝土集料，f；改善優(yōu)于L

3.f；對(duì)養(yǎng)護(hù)條件更敏感

4.搗實(shí)不充分或含氣量高，ft降低幅度大于L

三、抗折強(qiáng)度（機(jī)場(chǎng)，跑道）

（-）定義

（二）測(cè)試條件

四、粘結(jié)強(qiáng)度（主要是由于混凝土與鋼筋之間的摩擦力和附著力引起的）

（-）測(cè)試條件

1、拉出法

2、壓入法

（二）原因因素

1.鋼筋表面狀態(tài)

2.混凝土本身狀態(tài)

3.鋼筋的位置

4.溫度

5.濕度

五、抗剪強(qiáng)度

混凝土的剪切強(qiáng)度較抗拉強(qiáng)度為大。

由于測(cè)試上的困難混凝土的剪切強(qiáng)度不易準(zhǔn)確測(cè)定；有人認(rèn)為剪切強(qiáng)皮較抗拉強(qiáng)

度大20?30%,但也行人認(rèn)為剪切強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的幾倍，而常為抗壓強(qiáng)度的50%?

90%o

§1-5-2混凝土強(qiáng)度的影響因素

0.概述

宏觀力學(xué)分析

細(xì)觀力學(xué)分析

一、水灰比和水泥強(qiáng)度等級(jí)一一決定混凝土強(qiáng)度的主要因素

☆定性角度：水泥的實(shí)際強(qiáng)度t,混凝土強(qiáng)度t；水灰比I,混凝土強(qiáng)度to

☆定量角度：

式中：C/W——灰水比（水泥與水質(zhì)量比）；

G——水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，MPa；

水泥28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)推值

富余埠數(shù)<^YC=1.13）

A、B與骨料的種類、表面木態(tài)以：采用碎石：A=0.46、B=0.07

采用卵石：A=0.48>B=0.33

二、骨料

（―）表面狀態(tài)：W/C大時(shí)不明顯；W/C小時(shí)明顯

（二）最大粒徑（Dm）：Dmt,同條件fl

（三）骨料自身強(qiáng)度

三、集/灰

（-）趨勢(shì)：集/灰t,ft

（二）原因

1.骨料t——吸水t,有效W/Ct,ft；

2.骨料t——水泥用量I,總P,ft；

3.骨料3每顆骨料下部的充水區(qū)域I,CH等取向性，晶粒尺寸I,界面過渡區(qū)改

進(jìn)，ftO

四、養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度

趨勢(shì)：Tt,在一定范圍內(nèi)，f混凝土t。

濕度：若混凝土早期失水，則強(qiáng)度IO

原因：周圍環(huán)境的濕度對(duì)水泥的水化作用能否正常進(jìn)行有顯著影響：濕度適當(dāng)，水

泥水化便能順利進(jìn)行，使混凝土強(qiáng)度得到充分發(fā)展。如果濕度不夠，混凝土

會(huì)失水干燥而影響水泥水化作用的正常進(jìn)行，甚至停止水化。因?yàn)樗嗨?/p>

只能在為水填充的毛細(xì)管內(nèi)發(fā)生。而且混凝土中大量自由水在水泥水化過程

中逐漸被產(chǎn)生的凝膠所吸附.，內(nèi)部供水化反應(yīng)的水則愈來愈少。這不僅嚴(yán)重

降低混凝土的強(qiáng)度，而且因水化作用未能完成，使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，滲水性

增大，或形成干縮裂縫，從而影響耐久性。

五、齡期

定義：混凝土加水拌合開始至進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試所經(jīng)歷的時(shí)間）

趨勢(shì)：齡期越長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高。

關(guān)系式（n天的強(qiáng)度和28天強(qiáng)度之間的關(guān)系如下）:

f=f.皿

1281g28

X注意：要求n，3。

六、測(cè)試條件（不會(huì)影響強(qiáng)度的實(shí)際值，只是影響強(qiáng)度的觀測(cè)值）

（1）試件大小

趨勢(shì)：試件越小，f觀測(cè)t。

原因：小試件包含的裂縫總數(shù)少，那么破壞概率小，只有增加荷載才可以破壞；

大試件包含的裂縫總數(shù)多，則破壞概率大，小荷載下就可破壞。

（2）試件的形狀

趨勢(shì)：立方體抗壓強(qiáng)度>軸心抗壓強(qiáng)度

原因：環(huán)箍效應(yīng)（測(cè)定強(qiáng)度時(shí)，混凝土試件與鋼板受到的力是一樣的。任何材料在發(fā)生縱

向變形時(shí)也可以發(fā)生橫向變形（試件變矮的同時(shí)會(huì)變胖，試件是固體，壓縮時(shí)體積不變），鋼材的

泊松比小，發(fā)生的變形小，混凝土變形大?；炷翙M向膨脹，鋼板不膨脹，橫向就存在摩擦力，摩

擦力作用給試件有一個(gè)限制巧件變形的環(huán)箍效應(yīng)，使混凝土三向受壓，。廠廠

環(huán)箍效應(yīng)的作用高度是9a（a是混凝土試件邊長(zhǎng)），上、下面都是也a,—a+—a>a,

在試件中部有部分疊加，這曲件破壞后是棱錐體。2；1

對(duì)于棱柱體試件（150X150X300mm）,同樣有環(huán)箍效應(yīng)，上、下表面均為——a,那么在中

2

間部位沒有環(huán)箍效應(yīng)，中間所受的荷載只是單向的受壓，f嫡要低。fcp=0.7-0.8feu?）

（3）試件的濕度

趨勢(shì)：試件越濕，f規(guī)SIIO

原因：試件濕表明試件中有孔隙存在，空中進(jìn)入水，水是塑性的，受荷載作用很容

易變形，對(duì)混凝土產(chǎn)生撕裂作用，相當(dāng)于在內(nèi)部拉混凝土，混凝土更容易破

壞。

※注意；試件從養(yǎng)護(hù)室拿出來擦干后（飽和面干狀態(tài)）,立即測(cè)試強(qiáng)度。

（4）加載速度

趨勢(shì)：越快，f觀潮t。

原因：混凝土內(nèi)部裂縫擴(kuò)展、連續(xù)造成混凝土破壞，如果加載快，裂縫來不及擴(kuò)

展、連續(xù)。GB規(guī)定：加載速度為0.3?0.8MPa/s,WC30為0.3?0.5MPa/s,>C30

為0.5?0.8MPa/so

（5）表面狀態(tài)

表面特別粗糙，實(shí)際受壓面積小，f觀測(cè)I；

表面特別光滑（涂油），無環(huán)箍效應(yīng)，f觀測(cè)I。

※注意:實(shí)際測(cè)試時(shí),受壓的表面為與模板相接觸的光滑表面,粗糙的表面對(duì)著實(shí)驗(yàn)者。

七、影響因素綜合示意圖

圖2影響因素綜合示意圖

§1-5-3普通混凝土的脆性斷裂

0、研究背景

（一）混凝土材料的宏觀力學(xué)行為

低0,08￡

高o,。不與e成正比

高強(qiáng)度混凝土：。不與￡成正比，有一定的塑性，不大

（二）混凝土材料力學(xué)行為分析

宏觀力學(xué)

細(xì)觀力學(xué)

（三）材料的理論強(qiáng)度

1.雙原子模型

2.理論強(qiáng)度研究假設(shè)

（三）材料實(shí)際強(qiáng)度<<理論強(qiáng)度

原因：混凝土內(nèi)部缺陷——引入斷裂力學(xué)理論

一、Griffith理論

（一）假設(shè)——研究前提

1.無垠大平板

2.線彈性材料?，有貫串裂縫

3.張開型裂縫（張開型，推開型和撕開型）

（-）應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)

1.單向受力

2.雙向受力

（三）Griffith能量平衡理論

1.出現(xiàn)裂縫時(shí)，表面能變化（出現(xiàn)一個(gè)裂縫，暴露兩個(gè)面）

W,=2X2CXY（單位厚度）

=4CY

2.應(yīng)變能變化：Ws（減?。?/p>

應(yīng)變能：受力發(fā)生變形時(shí)所儲(chǔ)存的能量；

應(yīng)變能量變化：平面應(yīng)變狀態(tài)

平面應(yīng)力狀態(tài)

3.系統(tǒng)總能量變化V

V=4CY-Ws

討論：dv/dc>0,能量增加的過程——非自發(fā)過程

dv/dcVO,能量減小的過程——自發(fā)過程

4臨界應(yīng)力

裂縫的擴(kuò)展：dv/dc<0

平面應(yīng)力：

平面應(yīng)變：

（四）應(yīng)力強(qiáng)度因子K

（五）Griffith公式的修正

材料的非絕對(duì)線彈性，本身塑性在裂縫擴(kuò)展時(shí)可以吸收能量，對(duì)強(qiáng)度有利，S-塑性能。

平面應(yīng)力：

平面應(yīng)變：

（六）實(shí)際強(qiáng)度與理論強(qiáng)度比較

（七）多孔應(yīng)力下混凝土的破壞

（A）Griffith理論的局限

1.混凝土的斷裂由許多相互作用的裂縫控制，而非單一裂縫擴(kuò)展控制；

2.混凝土非各向同性，裂縫擴(kuò)展非直線型一曲線型；

3.斷裂韌性不是混凝土的基本材料性能；

4.粗骨料阻斷了裂縫的擴(kuò)展。

二、混凝土裂縫的擴(kuò)展

（0）研究背景

（-）裂縫擴(kuò)展的測(cè)試方法

1.。一￡曲線：斜率開始下降的點(diǎn)，為裂縫出現(xiàn)擴(kuò)展時(shí)刻

2.利用。一u曲線：u突然增大的點(diǎn)

3.應(yīng)變比法

4.超聲波法

5.顯微鏡觀察

（-）裂縫擴(kuò)展的階段

1.初始裂縫

2.受力引發(fā)

3.緩慢擴(kuò)展階段

4.裂縫快速擴(kuò)展一不穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展

（三）裂縫出現(xiàn)位置

1.界面

2.水泥石基體

3.集料顆粒內(nèi)

（四）混凝土的破壞：裂縫發(fā)生、發(fā)展、連續(xù)的過程

三、混凝土的強(qiáng)度理論

分子理論唯象理論統(tǒng)升理論模擬理論

§1-5-4混凝土的彈性模量

0、概述

彈性模量（E）：反映了材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的物理量

彈性體：E=C；非彈性體：EWC

意義：表征結(jié)構(gòu)剛性

一、普通混凝土的彈性模量

（0）混凝土的非彈性體特征

（一）兒種研究方式

1.初始彈性模量——無實(shí)際意義

2.切線彈性模量——很小的荷載范圍

3.割線彈性模量—易測(cè)定，準(zhǔn)確，過程常用

4.弦線彈性模量——消除向上翹的影響

（二）動(dòng)彈性模量

1.動(dòng)彈性模量Ea與彈性模量En不同

彈性模量：靜力作用（可逆狀態(tài)）

動(dòng)彈性模量：動(dòng)力作用（振動(dòng)等），變荷載

2.測(cè)試：超聲波脈沖——聲速

3.Ea與En的關(guān)系

En=（1.25Ea-19）X103MPa

（三）彈性模量影響因素

因素：試驗(yàn)條件水泥石強(qiáng)度過渡區(qū)集料彈性模量

IIII

趨勢(shì)：干濕狀態(tài)tE；PtE；組成及PPI及集/灰tEt

及加快速度tEt

二、混凝土彈性模量的細(xì)觀力學(xué)分析

（0）混凝土的二相體模型

「非連續(xù)相（P）：石子

混凝土＜r連續(xù)相（凝膠）

、「連續(xù)相（水泥石）[

連續(xù)相（m）：砂漿1〔

[非連續(xù)相

、非連續(xù)相（砂）

（-）并連模型（剛度混合率）

F=FI+F2=。XS[

F=oiXSi}E￡=EIVI+V正2

F=o2XS2」

（二）串連模型（柔度混合率）

oJ—O2—O'

?￡=￡iV]+V262

e1+￡2=￡J

（三）Hirsch模型

總體是串列，上部體積：1—X,下部體積：X

A1

)+(一)(3+

紇匕+EpVp

（四）Counto模型

連續(xù)介質(zhì)包裹非連續(xù)體：

1.P較軟，Ep低時(shí)，就相當(dāng)于并列:

Ep』P

2.P較硬，就相當(dāng)于串歹U：

E“,+(Ep-E.)Vj3

紇+(號(hào)一切Vp2/3(1—Vj3)

（五）哈欣模型（略）

§1-5-5混凝土的徐變

一、定義：徐變是材料在長(zhǎng)期荷載作用下隨著時(shí)間而增加的變形。

二、規(guī)律：

混凝土的徐變，在加荷早期增加得比較快，然后逐漸減慢，在居千年后則增加很

少。在荷載除去后，一部分變形瞬時(shí)校復(fù)。此瞬時(shí)恢復(fù)的變形等于混凝土在卸荷時(shí)的

彈性變形，較在加荷時(shí)的小。那些約在若干天內(nèi)能逐漸恢復(fù)的變形，稱為徐變恢復(fù)。

最后殘留下來的不能恢復(fù)的變形為殘余變形?；謴?fù)性徐變約在加荷后兩個(gè)劉礎(chǔ)趨于穩(wěn)

定，而非恢復(fù)性徐變則在相當(dāng)反的時(shí)間內(nèi)仍繼續(xù)增加。

三、相關(guān)名詞

1.基本徐變：混凝土與周圍環(huán)境無水分遷移時(shí)的徐變。

2.干燥徐變：混凝土試件承受荷載時(shí)為干燥狀態(tài)。

3.總徐變：基本徐變+干燥徐變

4.比徐變：施加單位應(yīng)變時(shí)的徐變應(yīng)變。

5.徐變系數(shù)：徐變應(yīng)變與彈性應(yīng)變的比值。

四、與干縮的相似點(diǎn)

1.均源于水泥漿體

2.影響干縮的因素影響徐變趨勢(shì)一致

3.應(yīng)變量大致相同

4.變形部分可逆

五、徐變對(duì)工程的影響

1.內(nèi)力重新分布

2.預(yù)應(yīng)力損失

3.大體積混凝土裂縫修復(fù)后再生

升溫階段：松弛應(yīng)力

后期徐變速率快，可導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力

4.影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

六、成因

徐變是凝膠體與水分的遷移造成的。

七、影響因素

W/C；集料與集/灰；外加劑與摻和料；尺寸效應(yīng)；應(yīng)力狀態(tài)；溫度與濕度

§1-6混凝土的耐久性

§1—6—0概述

一、定義：混凝土抵抗周圍環(huán)境介質(zhì)作用而不破壞的能力。

二、隨時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度的變化

1.有利：水泥不斷水化，強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)

2.不利：各種腐蝕不斷發(fā)生，強(qiáng)度下降

3.綜合作用

三、耐久性研究意義

混凝土結(jié)構(gòu)未達(dá)到預(yù)期使用年限二破壞

四、耐久性不良破壞形式

"磨蝕（機(jī)械磨耗、沖蝕、氣蝕）

I物理作用（干濕交替，水的滲透、凍融、鹽結(jié)晶）

I化學(xué)作用（化學(xué)介質(zhì)侵蝕，混凝土本身：堿一骨料反應(yīng)等）

〔鋼筋銹蝕（大氣中C02、海水C「）

§1-6-1普通混凝土的抗凍性

一、混凝土內(nèi)水的冰點(diǎn)

（-）冰點(diǎn)：某一壓力下，水、冰共存的平衡溫度。

（-）混凝土內(nèi)冰點(diǎn)的變化

1.趨勢(shì)：降低

2.原因：

①混凝土中的水一般都溶有鹽類。根據(jù)稀溶液的性質(zhì)，則其冰點(diǎn)要低于純水時(shí)的冰點(diǎn),

冰點(diǎn)的降低值與溶液的濃度成正比；

②彎液面附壓作用，彎液面蒸汽壓降低，冰點(diǎn)下降。

二、凍融破壞機(jī)理

（-）靜水壓力：水結(jié)冰，體積膨脹，推動(dòng)未結(jié)冰的水向周圍遷移，遷移不自由，引

起的壓力。

（二）滲透壓力：

1.未結(jié)冰的細(xì)孔的飽和蒸汽壓大于毛細(xì)孔的飽和蒸汽壓，水分遷移；

2.結(jié)冰后，冰水共存的孔中，鹽濃度上升，小孔水向大孔轉(zhuǎn)移。

（三）抗凍性評(píng)定

1.抗凍等級(jí)：m損65%；f損425%的凍融循環(huán)次數(shù)。

2.抗凍耐久性指數(shù)

DF=E3OO/EO

DF=En/EoX3OO——未到300次，E損失達(dá)40%以上；

式中：EJOO—300次凍融后的動(dòng)彈性模量；

Eo一未凍時(shí)的彈性模量；

n------次數(shù)

三、抗凍性的影響因素

集料；水泥品種；強(qiáng)度；W/C；氣泡間距

四、提高措施

1.合理選擇集料

2.普通硅酸鹽水泥，如，摻粉煤灰等

3.控制含氣量及W/C

4.引氣造成強(qiáng)度的下降，需要調(diào)整配合比降低W/C。

§1-6-2普通混凝土的化學(xué)侵蝕

一、軟水的侵蝕(溶出性侵蝕)

1.反應(yīng)：氫氧化鈣溶于水。

2.條件：流動(dòng)的水及壓力水作用。

3.原因：孔隙率大及氫氧化鈣的存在。

4.原理：溶出性破壞

二、鹽類腐蝕

1.硫酸鹽的腐蝕(在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業(yè)污水及流經(jīng)高爐礦渣或

煤渣的水中常含鈉、鉀、鏤等)

(1)反應(yīng)：

硫酸鹽+水泥石中的氫氧化鈣起置換作用一生成硫酸鈣。

硫酸鈣+水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣一高硫型水化硫鋁酸鈣。

(2)機(jī)理：膨脹破壞

(3)條件：硫酸根、氫氧化鈣以及水化鋁酸鈣的存在。三者缺一不可。

(4)特例：硫酸氨一生成氨氣一破壞更加劇烈。

2.鎂鹽的腐蝕

(1)反應(yīng)：MgSO4+Ca(OH)2+H20=CaS04?H20+Mg(OH)2

MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2

生成的氫氧化鎂松軟而無膠凝能力，氯化鈣易溶于水，二水石膏則引起硫酸鹽的

破壞作用。因此，硫酸鎂對(duì)水泥石起鎂鹽和硫酸鹽的雙重腐蝕作用。

(2)機(jī)理：溶解性和膨脹破壞

三、酸類腐蝕

1.碳酸腐蝕

Ca(0H)2十CO?十H20——CaC03+2H20

生成的碳酸鈣再與含碳酸的水作用轉(zhuǎn)變成重碳酸鈣，是可逆反應(yīng)：

CaC03十C02十H20——Ca(HC03)2

生成的重碳酸鈣易溶于水。當(dāng)水中含有較多的碳酸，并超過平衡濃度，則上式反

應(yīng)向右進(jìn)行。因此水泥石中的氫氧化鈣，通過轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿闹靥妓徕}而溶失。氫氧化

鈣濃度降低，還會(huì)導(dǎo)致水泥石中其他水化物的分解，使腐蝕作用進(jìn)一步加劇。

2.一般酸的腐蝕

HC1十Ca(OH)?——CaCk十2H20

HzSO”十Ca(0H)2——CaSO.,?2H20o

生成的二水石膏或者直接在水泥石孔隙中結(jié)晶產(chǎn)生膨脹，或者再與水泥石中的水化鋁酸鈣作

用，生成高硫型水化硫鋁酸鈣，其破壞性更大。

四、強(qiáng)堿的腐蝕

堿類溶液如濃度不大時(shí)一般是無害的。

但鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強(qiáng)堿（如氫氧化鈉）作用后也會(huì)破壞：

X氫氧化鈉+鋁酸鹽一易溶的鋁酸鈉

當(dāng)水泥石被氫氧化鈉浸透后又在空氣中干燥：

※氫氧化鈉+二氧化碳f碳酸鈉一碳酸鈉在水泥石毛細(xì)孔中結(jié)晶沉積一水泥石

脹裂。

五、除冰鹽的破壞

（一）除冰鹽的作用：融化積雪

（二）危害

1.除冰鹽溶液被毛細(xì)孔吸收較多——靜水壓破壞

且易造成粘度差，水分遷移——滲透壓破壞（4%時(shí)最嚴(yán)重）

2.干燥，NaCl結(jié)晶，結(jié)晶壓破壞

（三）破壞特征

1.從表面開始，表面剝落，內(nèi)部完好；

2.破壞發(fā)展快，兒個(gè)凍融就破壞；

3.剝蝕表面可見NaCl析晶，色白味咸。

六、腐蝕的防止

1.原因：

（1）W/C；

（2）水泥石本身不密實(shí)，有很多毛細(xì)孔通道，侵蝕性介質(zhì)易于進(jìn)入其內(nèi)部，摻混合材；

（3）含氣量——?dú)馀蓍g距。

2.防止措施；

（1）根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種。例如采用水化產(chǎn)物中氫氧化鈣含量較少的水泥,

可提高對(duì)軟水等侵蝕作用的抵抗能力。

（2）提高水泥石的緊密程度。硅酸鹽水泥水化只需水（化學(xué)結(jié)合水）23%左右（占水泥質(zhì)量的百分

數(shù)），而實(shí)際用水量較大（約占水泥質(zhì)量的40%—70%）,多余的水蒸發(fā)后形成連通的孔，腐蝕

介質(zhì)就容易進(jìn)入水泥石內(nèi)部，從而加速了水泥石的腐蝕。在實(shí)際工程中，提高混凝土或砂漿密

實(shí)度的各種措施如合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，降低水灰比，仔細(xì)選擇骨料，摻外加劑，改善施工

方法等，均能提高其抗腐蝕能力。

⑶摻加引氣劑，含氣量6%以上。

§1-6-3堿-骨料反應(yīng)

0、概述

（-）定義：水泥或混凝土中所含的堿與骨料中的活性組份作用，產(chǎn)生膨脹性物質(zhì)，

最終導(dǎo)致混凝土開裂的反應(yīng)。

（-）分類

1.堿一氧化硅反應(yīng)

2.堿一碳酸鹽反應(yīng)

一、堿一集料反應(yīng)的破壞條件

（-）堿份

1.組成：K,0；Na2O

2.來源：水泥中（K2O+0.66Na20<0.6%,低堿水泥=

外加劑中

（二）集料：活性組份

1.活性SiO2

2.活性碳酸鹽：粘土質(zhì)白云石（MgCO3-CaCO3）

（三）環(huán)境濕度：堿集料反應(yīng)的充分條件是水分

二、破壞機(jī)理

（一）堿一SiO2反應(yīng)

1.反應(yīng)：K2O+SiO2+mH2O=K2O?SiO2?mH2O（無限吸水膨脹）

2.機(jī)理：（顆粒表面，貫串顆粒）

①K20-SiO2-mH2O具有無限吸水膨脹性

②滲透壓理論

水泥水化生產(chǎn)的產(chǎn)物類似半透膜，允許H20,Na（OH）等進(jìn)入接觸集料，集料又

阻止硅酸根離子外移，形成的滲