混凝土与砂浆基础知识教程

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1、混凝土与砂浆基础知识教程第一节 概述第二节 普通混凝土的组成材料第三节 混凝土拌合物的和易性第四节 硬化混凝土的强度第五节 混凝土的变形性能第六节 混凝土的耐久性第七节 混凝土的外加剂第八节 普通混凝土的配合比设计第九节小结第十节 复习思考题混凝土与砂浆是建筑材料课程的重点之一。主要介绍普通混凝土的组成材料，新拌混凝土的工 作性及评定指标，混凝土外加剂及其作用原理和应用，硬化混凝土的力学性能、耐久性及其影响因 素，混凝土配合比设计方法及混凝土质量控制等。此外，还简要介绍了其它品种混凝土及建筑砂浆 的特性和用途。第一节 概述一、混凝土（ Concrete ）的含义凡由胶凝材料（胶结料）、粗细骨料

2、和水及其它材料，按适当的比例配合、拌合配制并硬化而成 的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材，叫做砼，如水泥混凝土、沥青混凝土等。即：胶凝材料+粒状材料+水+其它外加材料（外加剂、混合材料）f硬化得人工石材水泥砼（Cemen t Concre te ）简称混凝土，是以水泥为胶凝材料，砂石为骨料拌制而成的混凝土， 即： 水泥 砂 石水外加剂（混合材料） f 砼（混凝土） 。水泥混凝土是现代土木工程最主要的结构材料，本章主要介绍水泥混凝土。二、混凝土的分类最常用：普通水泥混凝土（ Ordinary Cement Concrete）一）按表观密度分类1. 重混凝土：为了屏蔽各种射线的辐射，采用各种

3、高密度骨料配制的混凝土，表观密度 2800kg/m3。 骨料为钢屑、重晶石、铁矿石等重骨料，水泥为钡水泥、锶水泥等重水泥。又称防辐射混凝土，用 于核能工厂的屏障结构材料。2普通混凝土：表观密度20002800kg/m3，骨料为天然砂、石，密度一般多在2500kg/m3左右，简 称砼，用于各种建筑的承重结构材料。3. 轻混凝土：表观密度1950kg/m3，骨料为多孔轻质骨料，或无砂的大孔混凝土或不采用骨料而掺 入加气剂或泡沫剂形成的多孔结构混凝土。主要用作轻质结构（大跨度）材料和隔热保温材料。（二）按用途分类可分为结构砼（普通砼）、 防水砼 、耐热砼 、耐酸砼 、大体积砼、道路砼等。（三）按所用

4、胶凝材料分类可分为水泥砼、石膏砼 、沥青砼、聚合物砼、水玻璃混凝土 等。（四）按强度等级分可分为低强度砼（fcuW 30MPa）、中强度砼（fcu= 3060MPa）、高强度砼（fcu= 60 lOOMPa）； 超高强度砼（fcu 100MPa）。（五）按生产和施工方法分类可分为普通浇筑砼、预拌砼 、泵送砼、喷射砼、压力灌浆砼 等。三、混凝土的特点（一）优点1. 原材料丰富，造价低廉；2. 砼拌和物具有良好的可塑性和浇注性，易加工成型；3. 可调整性强 ，可根据使用性能的要求与设计来配制相应的混凝土；4. 抗压强度高；5. 匹配性好，与钢筋及钢纤维等有牢固的粘结力；6. 耐久性良好；7. 耐火

5、性好，维修费少 ；8. 生产能耗低。二）缺点1. 自重大，比强度小；2. 抗拉强度低；3. 变形能力差，易开裂；4. 导热系数大，保温隔热性能较差；5. 硬化较慢，生产周期长，四、砼的发展趋向1. 高性能混凝土（HPC）要求有高强度等级（fcu60Mpa）和良好的工作性、体积稳定性和耐久性。发展途径：（1）采用高性能的原料以及与之相适应的工艺；（2）采用多元复合途径提高混凝土的综合性能。如掺入高效减水剂，缓凝剂、引气剂、硅灰、优 质粉煤灰、稻壳灰及沸石粉等。2. 绿色高性能混凝土（ GHPC）从节约能源、资源，减少工业废料排放和保护自然环境角度考虑，要求混凝土及其原材料的开 发、生产、建筑施工

6、作业等既能满足建设需要，又不危及后代人的延续生存环境。3. 其它新技术混凝土灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。第二节 普通混凝土的组成材料普通混凝土组成材料是水泥、天然砂、石、水、掺合剂和外加剂 。其组成过程为：水+水泥一水泥浆+砂一水泥砂浆+粗骨料一砼各成分的作用： 1.水泥浆能充填砂的空隙，起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性。2. 水泥砂浆能充填石子的空隙，起润滑作用，也能流动。3. 水泥浆在砼硬化后起胶结作用，将砂石胶结成整体，产生强度，成为坚硬的 水泥石。由上可知，在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动，便于施工。水泥浆硬化后起胶结作用，将砂石骨料胶结成整

7、体，产生强度，成为坚硬的水泥石。粗骨料a水泥浆中气孔泌水形成的JL隙骨料中孑厲和裂缝图 2.1 硬化混凝土的结构一、水泥1.水泥品种的选择水泥品种应根据工程性质及特点、工程所处环境及施工条件，依据各种水泥的特性，合理选择 常用水泥品种的选用见通用水泥的选用。2.水泥强度等级的选择选用原则：选择与砼的设计强度等级相适应的水泥标号。普通砼：水泥强度等级为砼强度等级的1.52.0倍；高强度砼（C30）:水泥标号为砼强度等级的0.91.5倍。二、骨料（Aggregate）细骨料 （ Fine aggregate） ：粒径为 0.15 4.75mm粗骨料（ Coarse-aggregate） ：粒径 4

8、.75mm通常细、粗骨料的总体积占砼总体积的 70%80%。骨料性能要求：有害杂质含量少；具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度，表面粗糙，与 水泥粘结牢固；性能稳定，坚固耐久。（一）细骨料（砂）（1）种类及特性河砂：洁净、质地坚硬，为配制混凝土的理想材料；海砂：质地坚硬，但夹有贝壳碎片及可溶性盐类山砂：含有粘土及有机杂质，坚固性差；人工砂：富有棱角，比较洁净，但细粉、片状颗较多，成本高 。（2 ）砼用砂质量要求一般要求：质地坚实、清洁、有害杂质含量少。 含泥量、石粉含量和泥块含量天然砂含泥量和泥块含量及人工砂石粉含量和泥块含量应分别符合表 6.2.1 和表6.2.2的规定。表 2.1 天然

9、砂含泥量和泥块含量项目指标I类II类III类含泥量（按质量计）（）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（）01.02.0表 2.2 人工砂石粉含量和泥块含量项目指标I类II类III类亚甲蓝试验MB 值 1.40或合格含泥量（按质量 计）（）3.05.07.0泥块含量（按质量 计）（）01.02.0MB值三1.40或不合格含泥量（按质量 计）（）1.03.05.0泥块含量（按质量 计）（）01.02.0 有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物，如含有云母、有机物及硫酸盐等，其含量应符合表6.2.3 的规定。表 2.3 砂中有害物质含量项 目指标I类II类III类云母（按质量计）（）

10、,V1.02.02.0轻物质（按质量计）（%）,1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）（）,V0.50.50.5氯化物（以氯离子质量 计）（）,0.010.020.06有害物质产生危害的原因： 泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；含泥量过大，会增加混凝土用水量，从而增大混凝土 收缩； 云母表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆粘结力差，易风化，影响混凝土强度及耐久性； 泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低； 硫化物及硫酸盐：对水泥起腐蚀作用，降低混凝土的耐久性； 有机质可腐蚀水泥，影响水泥的水化和硬化。氯盐会腐蚀钢筋。（3）砂的粗细程度（Mx）及颗粒级配

11、砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体砂的粗细程度。通常分为粗砂、中砂、 细砂等几种。在相同砂用量条件峡，粗砂的总表面积比细砂小，则所需要包裹砂粒表面的水泥浆少 因此，用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥量要省。砂的颗粒级配是指不同粒径砂颗粒的分布情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充， 为节省水泥和提高混凝土的强度，就应尽量减少砂粒之间的空隙。要减少砂粒之间的空隙,就必须有 大小不同的颗粒合理搭配。如图 6.2.2。图 2.2 骨料的颗粒级配砂的粗细程度及颗粒级配,常用筛分析的方法进行测定。砂的粗细程度用细度模数表示，颗粒级配 用级配区表示。筛分析：用一套方孔孔径为 9.50

12、mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm 、0.6mm、0.3mm、0.15mm 的七个标 准筛，将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂量，并计算出各筛上的分计 筛余百分率（各筛上的筛余量占砂子总量的百分率）a、a、a、a、a、a及累计筛余百分率123456（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和） A、 A、 A、 A、 A、 A 计算而得，123456即A =a +a + +ai 1 2 i女如对于2.36mm孔径，其分计筛余百分率为a，累计筛余百分率为（a+a ）。2 1 2其中a=m/500, a=m/500, a=m/500，以此类推。m , m , m等

13、分别为对应各筛的筛余量。分计筛112233123余百分率与累计筛余百分率的关系见表6.2.4。表 2.4 分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系筛孔尺寸分计筛余（）累计筛余（）4.75a1A =a1 12.36a2A =a +a2 1 21.18a3A =a +a +a31230.6a4A =a +a a a412+3+40.3a5A =a +a +a +a +a5123450.15aA =a +a +a +a +a +a12345其中 0.6mm 为控制粒径，它使任一砂样只能处于某一级配区内，不会同时属于两个级配区。砂的粗细程度（Coarseness）砂的粗细程度用细度模数（Fineness

14、Modulus）（Mx）表示。细度模数（Mx）通过累计筛余百分率（Cumulative percentage retained ）计算而得。按 Mx 将砂分为：x粗砂：Mx=3.73.1；中砂：Mx = 3.02.3；细砂：Mx = 2.21.6；特细砂：Mx = 1.50.7 普通砼用砂得细度模数： Mx = 3.71.6砂的颗粒级配（Grada tion）砂的颗粒级配：骨料各级粒径颗粒的分布情况 ，以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性。a） 级配区砂按0.6mm孔径筛的累计筛余百分率，划分成三个级配区即I区、II区、III区，如表6.2.5。普通 砼用砂的颗粒级配应处于任何一个区内，否则不

15、合格。表 2.5 砂的颗粒级配区级配区累计筛余方孔筛径I区II区III区9.50mm0004.75mm1001001002.36mm3552501501.18mm65 3550 102500.6mm85 7170 4140 160.3mm95 8092 7085 550.15mm100 90100 90100 90b）筛分曲线以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，作出三个级配区的筛分曲线。观察所计算的 砂的筛分曲线是否完全落在三个级配区的任一区内，即可判断该砂级配的合格性。41L L5 -31LSIL. a4-巧T-省箱乩尺寸血吨图2.3 筛分曲线4 ）砂的选用原则一般配制砼时，宜优先

16、选用II区砂。若选用I区砂，应该适当提高砂率，保证水泥用量。若选用III区砂，应该适当降低砂率，保证强度。若某一地区砂料过细，可采用人工级配。图 6.2.3 和图 6.2.4 均为级配较差的砂。图 2.3 级配较差的砂图 2.4 级配较差的砂例题：特制砼采用河砂，取砂样烘干，特取500g，按规定步骤进行了筛分，称得各筛号上的筛余 量如下表。筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.150.15筛编号1234567筛余量（g）15757010012010020求：（1）该砂的细度模数；（2）判断该砂的级配合格否？3）绘制筛分曲线图。解：（1）求分计筛余百分率Q. =X100% =3

17、%500% =.xi00% = 15%同理：a, =14= 20%,= 24%,% = 20%?咎=4%2）求累计筛余百分率 A时=込=3%出=&i + % =13%赳=应1 +务+现=32%同理：4 =52%, 4二充张4啦A, =100%3）计算砂的细度模数仏=（22+52+76+96）-5x3 = 乂切100 - 3（4）判断：用各筛号的A值与表6.5对比，该砂的累计筛余百分率落在II区，该砂级配合格。因 Mx = 2.67，所以是中砂5）绘制筛分曲线图（如图6.2.4）。/7/Z/ /0/-2 E1|5 D. JDD. 4-DI. it2.245D篇孔尺寸M图 2.4 筛分曲线（二）粗

18、骨料粗骨料为粒径4.75mm的岩石颗粒 分为卵石和碎石两类。卵石（ 砾石）包括河卵石、海卵石和山卵石等，其中河卵石应用较多。碎石大多由天然岩石径破碎筛分而成。碎石和卵石按技术要求分为I类、II类、III类三种类别。I类宜用于强度等级大于C60 的混凝土； II类宜用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土； III类宜用于强度等 级小于 C30 的混凝土。（1）质量及技术要求a）含泥量及泥块含量，其含量应分别符合表6.2.6的规定。b）有害物质含量，其含量应分别符合表6.2.7的规定。表 2.6 卵石、碎石含泥量和泥块含量项目指标I类II类III类含泥量（按质量计）（%）0.51

19、.01.5泥块含量（按质量计）（%）00.50.7表 2.7 卵石、碎石中有害物质含量项目指标I类II类III类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）（）,0.51.01.0（2）强度碎石强度采用岩石立方体抗压强度和碎石的压碎指标两种方法检验。 岩石立方体抗压强度检验，是将碎石的母岩制成直径余高均为 50mm 的圆柱体或边长为 50mm 的立 方体，在水饱和状态峡，测定其极限抗压强度值。一般要求碎石母岩岩石的抗压强度不小于混凝土 抗压强度的 1.5 倍，还要考虑母岩的风化程度。 压碎指标（Aggregate crusing value）是指将一定质量气干状态的9.09.5mm的石子

20、，按一定的 方法装入压碎指标值测定仪（内径152mm的圆筒）内，上面加压头后放在试验机上，在35min内 均匀加荷到200KN，卸荷后称取试样质量（G0 ）,再用孔径为2.36mm的筛进行筛分，称取试样的筛余 量（ G1 ） , 压碎指标 Qc 如下计算：Qc = GJG1 xioo%3）颗粒形状及表面特征粗骨料比较理想的颗粒形状为三维长度相等或相近的立方体或球形颗粒而三维长度相差较大的 针、片状颗粒粒形较差。颗粒长度大于平均粒径2.4倍为针状颗粒，颗粒厚度小于平均粒径 0.4倍 的为片状颗粒。平均粒径为一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。骨料表面的粗糙程度及孔隙特征影响混凝土的强度。卵

21、石：光滑少棱角，孔隙率及总表面积小，工作性好，水泥用量少，但粘结力差，强度低。碎石：多棱角，孔隙率及总表面积大，工作性差，水泥用量多，但粘结力强，强度高。在相同条 件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度约高 10左右。（4）最大粒径和颗粒级配 最大粒径粗骨料公称粒级的上限称该粒级的最大粒径。最大粒径的选用原则：质量相同的石子，粒径越大，总表面积越小，越节约水泥，故尽量选用大 粒径石子。同时应综合考虑以下 几点：a. 结构上考虑：建筑构件的截面尺寸及配筋疏密钢筋砼 ：粗骨料最大粒径 1/4结构截面最小尺寸且人工拌和时S,且搅拌时间长，则S大。五 、改善新拌混凝土和易性的措施1、调节混凝土的材料组成:

22、 采用合理砂率,并尽可能使用较低的砂率； 改善砂、石的级配； 在可能的条件下，尽量采用较粗的砂、石； 当拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当拌和物坍落度太大时，保持砂 率不变，增加适量的砂石。2、掺加各种外加剂（如减水剂、引气剂等）。3、提高振捣机械的效能 。思考题：1. 什么是混凝土拌合物的和易性？它有哪些含义？2. 影响混凝土和易性的因素有哪些？如何影响？3. 什么是合理砂率？采用合理砂率有何技术及经济意义？第四节 硬化混凝土的强度硬化后混凝土（ Harde ned con Crete）的强度（Stre ngth）包括立方体抗压强度、棱柱体抗 压强度、劈裂抗拉强度、抗弯

23、强度、抗剪强度和与钢筋的粘结强度等。抗压强度 抗弯强度 抗剪强度 抗拉强度一、混凝土的抗压强度与强度等级混凝土的抗压强度是指其标准试件在压力作用下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力。常作 为评定混凝土质量的指标，并作为确定强度等级的依据。1、立方体抗压强度（ fcu）cu按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件，在标准养护条件（温度203C，相 对湿度 90%以上）下，养护至 28d 龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为“混凝土立 方体试件抗压强度”（简称“立方抗压强度”以f表示），以MPa计。cu2、立方体抗压强度标准值（ fcu，k ）cu，k按照标准方法制作和养护

24、的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验测定的抗压 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%（即具有95%保证率的抗压强度），以 N/mm2 即 MPa 计。3、强度等级（Grading St reng th）混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。它的表示方法是用“C”和“立方体抗 压强度标准值”两项内容表示如“C30”即表示混凝土立方体抗压强度标准值f =30MPa。cu，k我国现行规范（GBJ1089）规定，普通混凝土按立方抗压强度标准值划分为：C7.5、C10、C15、 C20、 C25、 C30、 C35、 C40、 C45、 C50、 C5

25、5、 C60、 C65、 C70、 C75、 C80 等 16 个强度等级。立方体强度强度等级4、砼强度等级的实用意义C7.5C15 :用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构；C15C25：用于普通砼结构的梁、板、柱、楼梯及屋架；C25C30：用于大跨度结构、耐久性要求较高的结构、预制构件等；C30 以上：用于预应力钢筋混凝土结构、吊车梁及特种构件等。5、砼的轴心抗压强度（f ）cp轴心抗压强度采用150mm X 150mmX 300mm的棱柱体作为标准试件，如有必要，也可采用非标准尺寸 的棱柱体试件，但其高宽比（h/a）应在23的范围。在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构 件时，都采用混凝土

26、的轴心抗压强度fcp作为设计依据。f比同截面的f 小,且h/a越大，f越 cpcucp小。在立方体抗压强度为1055Mpa范围内时，f 心（0.700.80） f。cpcu二、砼的抗拉强度劈裂试验测得劈裂抗拉强度（Spli tt ing tension st reng th ）。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的 1/101/20，故在结构设计中，不考虑混凝土承受拉力，而是在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承受 拉力 。但确定抗裂度时，须考虑抗拉强度，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标。试验方法：劈裂法，测出强度为劈裂抗拉强度 fts 。ts混凝土的劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系

27、，可用经验公式表达如下：A =0.35/響三、砼与钢筋的粘结强度强度主要来源：混凝土与钢筋间的摩擦力、钢筋与水泥石间的粘结力、变形钢筋的表面机械咬合 力。影响因素：混凝土质量（强度）、钢筋尺寸及种类、钢筋在混凝土中的位置、加载类型、干湿变 化和温度变化等。四、影响硬化后水泥砼强度的因素砼破坏：a）硬化水泥石与骨料间破坏（与水泥强度、水灰比、骨料性质有关）b）硬化水泥石的破坏（水泥石强度有关）c）骨料本身的破坏（与骨料强度有关）主要影响因素有材料组成、制备方法、养护条件、试验条件等。1、材料组成对混凝土强度的影响（1）水泥的强度和水灰比feu afce_）f 混凝土 28d 龄期的立方体抗压强度

28、（ MPa） ;cuf 水泥实际强度（MPa）,可取f =1.13X f k，f k为水泥强度的标准值；cecece,k ce,kC/W灰水比；a、a 回归系数，碎石：a a =0.46； a b=0.07a bab卵石： a=0.48； a =0.33ab以上经验公式一般只适用于流动性混凝土、低流动性混凝土 ，不适于干硬性混凝土。（2）骨料的影响当骨料级配良好、砂率适当时，由于组成了坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。如果 混凝土骨料中有害杂质较多，品质低，级配不好时，会降低混凝土的强度。2、养护条件对混凝土强度的影响1）温度及湿度养护温度高，水泥水化速度快，混凝土强度的发展也快；反之，

29、在低温下混凝土强度发展迟缓。 当温度降到冰点以下时，水泥将停止水化，强度停止发展，而且易使硬化的混凝土结构遭到破坏。 因此，冬季施工时，混凝土应特别注意保温养护，防止早期受冻破坏。 温度对强度发展的影响如图 6.4.1。水是水泥水化的必要条件。如果湿度不够，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止水化，会严重 降低混凝土强度。因此在混凝土浇筑完毕后，应在 12h 内进行覆盖；在夏季施工的混凝土，要特别 注意浇水保湿。 湿度对强度发展的影响如图 6.4.2。相对强度0龄期(d)28图 4.1 温度对强度发展的影响相对强度%图 4.2 湿度对强度发展的影响1- 空气养护2-九个月后水中养护3-三个月后水

30、中养护 4-标准湿度条件下养护（3）龄期（Age）龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。 砼的强度随龄期的增长而提高 ，早期显著， 后期缓慢。普通水泥配制的滹沱那，在标准养护条件下，其强度发展大致与龄期的常用对数成正比 关系，其经验公式如下： _動f2S lg28式中 f混凝土 nd龄期的抗压强度（MPa）；nf 混凝土 28d龄期的抗压强度（MPa）；28n养护龄期（d）, n3。根据上式，可估算混凝土 28d的强度，或推算28d前混凝土达到某一强度需要养护的天数，如确 定生产施工进度：砼的拆模、构件的起吊、放松预应力钢筋、制品堆放、出厂等的日期 。3、试验条件对混凝土强度的影响试验条

31、件 包括试件形状与尺寸、试件湿度、温度、表面状态、加载方式等。 试件尺寸：相同混凝土试件的尺寸越小，测得的混凝土的强度就越高。我国标准规定，采用边长 为150mm的立方体试件作为标准试件，当采用非标准试件时，所测得的抗压强度应乘以表6.4.1所 列的换算系数。表 4.1 混凝土试件不同尺寸的强度换算系数骨料最大粒径（mm）试件尺寸（mm）换算系数30100X 100X 1000.9540150X 150X 150160200X200X2001.05 试件的形状：当试件受压面积相同，而高度不同时，高宽比越大，抗压强度越小。这是由于环箍 效应所致。当试件受压时 时，试件受压面与试件承压板之间的摩擦

32、力，对试件相对于承压板的横向 膨胀起着约束作用，该约束有利于强度的提高。愈接近试件的端面，这种约束作用就越大，在距端 面大约a的范围以外，约束作用才消失。试件破坏后，其上下部分各呈现一个较完整的棱锥体，这 就是这种约束作用的结果，称为环箍效应 。 表面状态混凝土试件承压面的状态，也是影响混凝土强度的重要因素。当试件受压面有润滑剂时，试件受 压时的环箍效应大大减小，测出的强度值较低。图 4.3 压力机压板 对试件的约束作用图 4.4 试件破坏后残存的棱锥体图 4.5 不受压板约束时 试件的破坏情况 加荷速度加荷速度越大，测得的强度值也越大。4、施工方法的影响: 尽量采用机械搅拌和振捣。五、提高混

33、凝土强度的措施1、选用高强度水泥和早强型水泥2、采用低水灰比 的干硬性混凝土3、掺加混凝土外加剂和掺合料4、采用湿热处理蒸汽养护和蒸压养护5、采用机械搅拌和振捣。第五节 混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载下的变形，分为混凝土的化 学收缩、干湿变形及温度变形；荷载作用下的变形，分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下 的变形徐变。一、非荷载作用下的变形（一）化学收缩（自生体积变形）在混凝土硬化过程中，由于水泥水化物的固体体积，比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的 收缩，称为化学收缩。特点：不能恢复 ，收缩值较小，对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内

34、部可能产生微细裂缝而 影响承载状态和耐久性。（二）干湿变形（物理收缩） 干湿变形是指由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土的干湿变形，表现为干缩湿胀。1. 产生原因混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛细孔中 形成负压，随着空气湿度的降低，负压 逐渐增大，产生收缩力，导致混凝土收缩。同时，水泥凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。当混凝土在水中硬化时，体积产生轻微膨胀，这是由于凝胶体中胶体粒子的 吸附水膜增厚，胶体粒子间的距离增大所致。2. 危害性混凝土的干湿变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩能使砼表面产生 较大的拉应力而导致开裂，降低

35、混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。3. 影响因素（1）水泥的用量、细度及品种 水灰比不变：水泥用量愈多，砼干缩率越大；水泥颗粒愈细，砼干缩率越大。（2）水灰比的影响水泥用量不变：水灰比越大，干缩率越大。（3）施工质量的影响延长养护时间能推迟干缩变形的发生和发展，但影响甚微 ；采用湿热法处理养护砼，可有效减小砼 的干缩率 。（4）骨料的影响骨料含量多 的混凝土，干缩率较小。（三）温度变形温度变形是指混凝土随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度变形系数a为（11.5） X10-5/ C，即温度每升高1C,每1m胀缩0.010.015mm。温度变形对大体积混凝土、纵长的 砼结构、大面积砼

36、工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。可采取的措施为：采用低热水泥， 减少水泥用量，掺加缓凝剂，采用人工降温，设温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋等，以减 少因温度变形而引起的混凝土质量问题。二、荷载作用下的变形（一）混凝土在短期作用下的变形混凝土是一种由水泥石、砂、石、游离水、气泡等组成的不匀质的多组分三相复合材料，为弹塑性 体。受力时既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力应变关系呈曲线，如图。卸荷后能恢复的应 变弹是由混凝土的弹性应变引起的，称为弹性应变；剩余的不能恢复的应变 塑,则是由混凝土的 弹塑塑性应变引起的，称为塑性应变。混凝土的弹性模量：在应力一应变曲线上任一点的应力Z与其

37、应变的比值，称为混凝土在该应 力下的变形模量。影响混凝土弹性模量的主要因素有混凝土的强度、骨料的含量及其弹性模量以及 养护条件等。（二）砼在长期荷载作用下的变形徐变（Creep）混凝土在持续荷载作用下，除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外，还会产生随时间增长的变形，称 为徐变。如图 6.5.2。荷载作甲时间（小图 5.2 徐变变形与徐变恢复1. 徐变特点：在加荷瞬间产生瞬时变形，随着时间的延长，又产生徐变变形。荷载初期，徐变变形增长较快，以 后逐渐变慢并温度下来。卸荷后，一部分变形瞬时恢复，其值小于在加荷瞬间产生的瞬时变形。在 卸荷后的一段时间内变形还会继续恢复，称为徐变恢复。最后残存的不能恢复的

38、变形，称为残余变 形。2. 徐变对结构物的影响有利影响：可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分配，从而使混凝土构件中局部应力得到 缓和。 对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。不利影响：使钢筋的预加应力受到损失（预应力减小），使构件强度减小。3. 影响徐变因素混凝土的徐变是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生粘性流动，向毛细孔内迁移所致。 影响混凝土徐变的因素有水灰比、水泥用量、骨料种类、应力等。 砼内毛细孔数量越多，徐变越大 ； 加荷龄期越长，徐变越小；水泥用量和水灰比越小，徐变越小；所用骨料弹性模量越大，徐变越小 所受应力越大，徐变越大。第六节 混凝土的耐久性

39、耐久性(Durability):混凝土抵抗介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持 混凝土结构的安全、正常使用的能力为混凝土的耐久性。耐久性是一个综合性的指标，包括抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱骨料反 应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能。1. 抗渗性：指砼在有压水、油等液体作用下，抵抗渗透的能力。用抗渗标号(S)表示，有S4、S6、 S8、S10、S12 等五个等级。砼产生渗透是由于其内部存在贯穿孔隙、毛细管和孔洞、蜂窝等。提高混凝土抗渗性的措施有降低 水灰比、采用减水剂，选用致密、干净、级配良好骨料。2. 抗冻性(Frost resistance)抗冻性用抗冻等级

40、表示，抗冻等级是按规范规定的试验进行反复冻融循环，以同时满足强度损失率 不超过 25%，质量损失率不超过 5%时的循环次数。它分为 D10、 D15、 D25、 D50、 D100、 D150、 D200 D250、 D300 等九个抗冻等级。提高混凝土抗冻性的关键是提高密实度。措施是减小水灰比，掺加引气剂等。3. 耐磨性(Wearing capacity):指混凝土抵抗机械磨损的能力。影响混凝土耐磨性的主要因素是砼的表面光滑程度、水泥品种、石子硬度等。4. 抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于其所用水泥的品种及混凝土的密实度。故提高混凝土抗侵蚀性的主 要措施是合理选用水泥品种、降低水灰比、提高

41、混凝土的密实度及尽量减少混凝土中的开口孔隙。5. 混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中Ca (OH)与空气中的CO2时发生化学反应，生成CaCO和23HO。2不利影响：减弱了对钢筋的保护作用。增加混凝土的收缩，降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。有利影响：提高混凝土的密实度，对提高抗压强度有利。影响因素：二氧化碳的浓度、环境湿度、水泥品种、水灰比等。氧化碳的浓度高，碳化速度快 。环境中湿度在50%75%时，碳化速度最快；湿度小于25%或大于100%时，碳化作用将停止进行采取措施：a.合理选用水泥品种；b. 使用减水剂，提高混凝土的密实度；c. 采用水灰比小，单位水泥用量较大的混凝土配

42、合比d. 在混凝土表面涂刷保护层，防止二氧化碳侵入等 ；e. 加强施工质量控制，加强养护，保证振捣质量。6. 混凝土的碱骨料反应碱一骨料反应是指水泥中的碱（Na20、屯0）与骨料中的活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成 复杂的碱硅酸凝胶，吸水，体积膨胀（可增加3 倍以上），从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏 这种现象称为碱一骨料反应。碱一骨料反应必须具备的三个条件：a. 水泥中碱含量高，（Na20+0.658K20）%大于0.6%；b. 骨料中含有活性二氧化硅成分，此类岩石有流纹岩、玉髓等；c. 有水的存在。碱一骨料反应速度极慢，但造成的危害极大，而且无法弥补，其危害需几年或几十年才表现出来 通

43、常用长度法，如六个月试块的膨胀率超过0.05%或一年中超过0.1%，这种骨料认为具有活性。7. 提高混凝土耐久性的措施1、合理选择水泥品种 ；2、适当控制砼的水灰比和水泥用量 ；3、选用品种良好，级配合格的骨料；4、掺外加剂；5、保证砼的施工质量。表 6.1 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量环境条件结构物类型最大水灰比最小水泥用量素混凝土钢筋混预应力素混钢筋预应力凝土混凝土凝土混凝 土混凝土干燥环境正常的居住或办公用房 屋内部件不作规定0.650.60200260300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0.700.600.60225280300有冻害经

44、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0.550.550.55250280300有冻害和除 冰剂的潮湿 环境经受冻害和有除冰剂作 用的室内和室外部件0.500.500.50300300300第七节 混凝土的外加剂混凝土的外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的能显著改善砼的性能的物质。其掺量一般不大于水 泥质量的 5%。由于外加剂对混凝土性能的改善，它在工程中应用的比例越来越大，不少国家使用掺 外加剂的混凝土已占混凝土总量的60%90%,因此，外加剂逐渐成为混凝土占的第五种成分。一、外加剂分类混凝土外加剂种类繁多，根据混凝土外加剂的分类、命名与定义规

45、定，混凝土外加剂按其主要 功能分为四类：1. 改善工作性的外加剂：减水性、泵送剂、引气剂2. 调节凝结硬化时间的外加剂：缓凝剂、早强剂、速凝剂3. 改善耐久性的外加剂：阻锈剂、防水剂、引气剂4. 改善其它性能的外加剂：加气剂、着色剂、膨胀剂、防冻剂二、减水剂减水剂是指在砼坍落度基本相同条件下，加入能显著减少拌和用水量的外加剂。（一） 减水剂的作用机理减水剂为表面活性物质，其分子由亲水基团和憎水基团两个部分组成。水泥加水拌和，水泥浆成絮凝结构，包裹一部分拌和水，降低了流动性。减水剂的作用机理表现在以下三个方面：（1）其疏水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同电荷

46、 斥力作用使水泥颗粒分开，放出絮凝结构游离水，增加流动性；（2）亲水基吸附大量极性水分子，增加水泥颗粒表面溶剂化水膜厚度，起润滑作用，改善工作性（3）减水剂降低表面张力，水泥颗粒更易湿润，使水化比较充分，从而提高混凝土的强度。电惟斥力图 7.1 水泥浆的絮凝结构和减水剂作用示意图（二） 减水剂的技术经济效果1增大流动性。在用水量及水灰比不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，且不影响混凝土的 强度。2提高混凝土的强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌和用水量10%15%, 从而降低水灰比，使混凝土强度提高 1520。3节约水泥。在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以在减少拌和水

47、量的同时，相应减少水泥用 量。4. 改善混凝土的耐久性。（三）减水剂的种类按化学成分主要有木质素系、萘系、水溶性树脂类、糖蜜类和复合型减水剂等。1. 木质素系减水剂包括木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）等。其中木钙减水 剂应用较多。木钙减水剂是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料，采用石灰乳中和，经生物发 酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。木钙减水剂的适宜掺量，一般为水泥质量的0.2%0.3%。其减水率为10%15%，混凝土 28d 抗压强度提高10%20% ；若不减水，混凝土坍落度可增大80100mm；若保持混凝土的抗压强度 和坍落度不变，可节约水泥用量 10%左右。木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，掺量过多或在低温下， 其缓凝作用更为显著，而且还可能使混凝土强度降低，使用时应注意。木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于大体积浇筑、滑模施工、泵送混凝土及夏