中心實驗室田小巖主任桂松工區(qū)培訓課件-混凝土

黔中水利樞紐一期工程桂松工區(qū)技術溝通會-混凝土混凝土

Concrete1混凝土的基本概念2一般混凝土協(xié)作比設計3一般混凝土拌合物性能試驗4一般混凝土物理力學試驗5混凝土質量限制1.混凝土的定義和分類1.1定義廣義上----凡由膠凝材料、骨料按適當比例協(xié)作，拌合制成的混合物，經確定時間硬化而成的人造石材統(tǒng)稱之為混凝土。目前工程上運用最多的是以水泥為膠結材料，以砂、石為骨料，加水及摻入適量外加劑和摻和料拌制的一般水泥混凝土（簡稱一般混凝土）1.2混凝土的分類按表觀密度分類特重混凝土——其表觀密度大于2700kg/m3，用重骨料和鋇水泥、鍶水泥等重水泥配制而成。具有防射線的性能，又稱防輻射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽結構材料。一般（重）混凝土——表觀密度1900kg/m3～2500kg/m3，用一般的自然砂石為骨料配制而成，為建筑工程中常用的混凝土。輕混凝土——表觀密度小于1900kg/m3，是接受陶粒等輕質多孔的骨料，或者不接受骨料而摻入加氣劑或泡沫劑，形成多孔結構的混凝土。主要用作輕質結構材料和絕熱材料。按用途分類結構混凝土防水混凝土道路混凝土防輻射混凝土耐熱混凝土耐酸混凝土大體積混凝土膨脹混凝土等。按膠結材料分類硅酸鹽水泥混凝土鋁酸鹽水泥混凝土瀝青混凝土樹脂混凝土按流淌性分類干硬性混凝土：坍落度小于10，用維勃稠度表示稠度塑性混凝土：坍落度10～90流淌性混凝土：坍落度100～150大流淌性混凝土：坍落度大于160按其抗壓強度（fcu）混凝土還可分為：一般混凝土（10MPa≤fcu≤50MPa)高強度混凝土（fcu≥60MPa)超高強度混凝土（fcu≥100MPa)按生產和施工方法分類泵送混凝土噴射混凝土滑模混凝土碾壓混凝土自密實混凝土離心混凝土壓力灌漿混凝土、預拌混凝土（商品混凝土）1.3混凝土的主要性質包括：

混凝土硬化前:混凝土拌合物的和易性（工作性Workability）

混凝土硬化后:混凝土的強度、變形性能和耐久性(1)混凝土拌合物的工作性新拌混凝土（FreshConcrete）的施工性、施工前后如何保持勻質性包括：工作性的定義工作性的評定方法影響工作性的因素實際工程調整工作性的方法新拌混凝土——混凝土的各組成材料按確定比例攪拌而制成的尚末凝固的混凝土拌和物。工作性的概念工作性——指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作（攪拌、運輸、澆注、搗實）并能獲得質量勻整，成型密實的混凝土的性能。工作性是一項綜合性的技術指標，包括：流淌性粘聚性保水性不同的施工方式，所要求的工作性不同。粘聚性粘聚性——是指混凝土拌和物內部組分之間具有確定的凝合力，在運輸和澆注過程中不致發(fā)生分層離析現(xiàn)象，使混凝土保持整體勻整的性能。粘聚性差的混凝土拌合物，在施工過程中易出現(xiàn)分層、離析現(xiàn)象。離析——指混凝土拌合物各組分分別，造成不勻整和失去連續(xù)性的現(xiàn)象。常有兩種形式：粗骨料從混合料中分別；稀水泥漿從混合料中淌出。分層——指混凝土澆注后由于重力沉降產生的不勻整分布現(xiàn)象。流動性流淌性——是指混凝土拌和物在自重或機械振搗作用下，能產生流淌，并勻整密實地填滿模板的性能。（廣義上：流淌性是固、液體混合物，即分散系統(tǒng)中克服內阻力而產生變形的性能，其大小取決于固、液相的比例）。流淌性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠，干脆影響著澆搗施工的難易和混凝土的質量。保水性保水性——是指混凝土拌和物具有確定的保持內部水份的實力，在施工過程中不致產生嚴峻的泌水現(xiàn)象。保水性差的混凝土拌和物，在施工過程中，一部分水易從內部析出至表面，在混凝土內部形成泌水通道，使混凝土的密實性變差，降低混凝土的強度和耐久性。它反映混凝土拌和物的穩(wěn)定性。沖突的統(tǒng)一混凝土拌和物的流淌性、粘聚性、保水性，三者之間相互關聯(lián)又相互沖突。如粘聚性好則保水性往往也好，但當流淌性增大時，粘聚性和保水性往往變差，反之亦然。所謂拌和物的工作性良好，就是要使這三方面的性能在某種具體條件下，達到均為良好，亦即使沖突得到統(tǒng)一。流淌性（坍落度）的選擇*需考慮的因素：結構類型構件截面大小配筋疏密攪拌方式——機械、人工輸送方式澆注方法——是否泵送搗實方法等原則：在不阻礙施工操作并能保證振搗密實的條件下，盡可能接受較小的坍落度，以節(jié)約水泥并獲得質量高的混凝土。影響工作性的因素1水泥漿的數量2水泥漿的稠度3砂率4組成材料性質的影響5外加劑6時間和溫度實際工程中調整和易性的原則：通過試驗，接受合理砂率，并盡可能接受較低的砂率；改善砂、石（特殊是石子）的級配；在可能條件下，盡量接受較粗的砂、石；當混凝土拌和物坍落度太小時，保持水灰比不變，增加適量的水泥漿；當坍落度太大時，保持砂率不變，增加適量的砂石；有條件時盡量摻用外加劑－減水劑、引氣劑。（2）混凝土的力學性能混凝土強度的意義：強度是混凝土最重要的力學性質，混凝土主要用于承受荷載或抗拒各種作用力?；炷翉姸扰c混凝土的其它性能關系親密，一般來說，混凝土的強度愈高，其剛性、不透水性、抗拒風化和某些侵蝕介質的實力也愈高，通常用混凝土強度來評定和限制混凝土的質量?；炷翉姸鹊姆诸惏ǎ嚎箟簭姸瓤估瓘姸瓤箯潖姸瓤辜魪姸扰c鋼筋的粘結強度等。砼的抗壓強度與強度等級定義：混凝土的抗壓強度是指標準試件在壓力作用下直到破壞的單位面積所能承受的最大應力（亦稱極限強度）?；炷两Y構物常以抗壓強度為主要參數進行設計，而且抗壓強度與其它強度及變形有良好的相關性，因此，抗壓強度常作為評定混凝土質量的指標，并作為確定強度等級的依據。立方體標準試件抗壓強度與強度等級的關系依據國家標準《一般混凝土力學性能試驗方法》所測得的抗壓強度值為混凝土立方體抗壓強度，以fcu表示。砼強度等級:依據混凝土立方體抗壓強度標準值（以fcu.k表示），將混凝土劃分為十二個強度等級：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60混凝土立方體抗壓強度標準值fcu.k系指對按標準方法制作和養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標準試驗方法測得的抗壓強度總體分布中的一個值，強度低于該值的百分率不超過5％。影響混凝土強度的因素混凝土破壞的斷面形式分：骨料剝離型骨料裂開型粘結界面破壞型混凝土強度關系式fcu=f(骨料強度、水泥石強度、界面強度)①水泥標號與水灰比水泥標號和水灰比是確定混凝土強度最主要的因素。水灰比不變時，水泥標號越高，則硬化水泥石強度越大，對骨料的膠結力也就越強，配制成的混凝土強度也就愈高。水泥標號相同的狀況下，水灰比愈小，水泥石的強度愈高，與骨料粘結力愈大，混凝土強度愈高。但水灰比過小，拌和物過于干稠，在確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，反將導致混凝土強度嚴峻下降。W/C理論=0.223W/C實際=0.4~0.6強度與水灰比的關系示意圖圖3-6齡期與水灰比對混凝土強度的影響砼強度與W/C、水泥強度等的閱歷公式fcu=Afce（C/W—B）

式中fcu———混凝土28d齡期的抗壓強度（Mpa）；C————每立方米混凝土中水泥用量（Kg）；W————每立方米混凝土中水的用量（Kg）；C/W———混凝土的灰水比；fce———水泥的實際強度（Mpa）。在無法取得水泥實際強度時，可用式fce=γ.fce.k代入，其中fce.k為水泥標號，γ為水泥標號值的富余系數（一般為1.13）。A、B——閱歷系數（骨料系數）A、B——閱歷系數，與骨料品種及水泥品種等因素有關，其數值通過試驗求得。若無試驗統(tǒng)計資料，則可按《一般混凝土協(xié)作比設計規(guī)程》（JGJ55－96）供應的A、B閱歷系數取用：接受碎石A＝0.46B＝0.07接受卵石A＝0.48B＝0.33公式的適用范圍：只適用于流淌性混凝土及低流淌性混凝土，對于干硬性混凝土則不適用。混凝土強度公式的應用：可依據所用的水泥標號和水灰比來估計所配制混凝土的強度，也可依據水泥標號和要求的混凝土強度等級來計算應接受的水灰比。②骨料的影響影響因素：骨料的強度骨料的種類骨料的級配骨料的表面狀態(tài)骨料的粒形骨料的有害雜質和弱顆粒含量③齡期定義：齡期——是指混凝土在正常養(yǎng)護條件下所閱歷的時間。在正常養(yǎng)護的條件下，混凝土的強度將隨齡期的增長而不斷發(fā)展，最初7～14天內強度發(fā)展較快，以后漸漸變緩，28天達到設計強度。28天后強度仍在發(fā)展，其增長過程可持續(xù)數十年之久。砼強度與齡期的關系圖齡期與強度閱歷公式在標準養(yǎng)護條件下，混凝土強度的發(fā)展，大致與其齡期的常用對數成正比關系（齡期不小于3d）。

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。齡期與強度閱歷公式的應用可以由所測混凝土早期強度，估算其28d齡期的強度?；蛘呖捎苫炷恋?8d強度，推算28d前混凝土達到某一強度須要養(yǎng)護的天數，如確定混凝土拆模、構件起吊、放松預應力鋼筋、制品養(yǎng)護、出廠等日期。④養(yǎng)護溫度及濕度的影響混凝土強度是一個漸進發(fā)展的過程，其發(fā)展的程度和速度取決于水泥的水化，而混凝土成型后的溫度和濕度是影響水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土澆搗成型后，必需在確定時間內保持適當的溫度和足夠的濕度以使水泥充分水化，保證混凝土強度不斷增長，以獲得質量良好的混凝土。溫度影響?zhàn)B護溫度高，水泥水化速度加快，混凝土強度的發(fā)展也快；在低溫下混凝土強度發(fā)展遲緩。當溫度降至冰點以下時，則由于混凝土中水分大部分結冰，不但水泥停止水化，混凝土強度停止發(fā)展，而且由于混凝土孔隙中的水結冰產生體積膨脹（約9％），而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遇破壞，導致混凝土已獲得的強度受到損失?；炷猎缙趶姸鹊?，更簡潔凍壞。冬季施工時，要特殊留意保溫養(yǎng)護，以免混凝土早期受凍破壞。濕度影響四周環(huán)境的濕度對水泥的水化能否正常進行有顯著影響。濕度適當，水泥水化反應順當進行，使混凝土強度得到充分發(fā)展，因為水是水泥水化反應的必要成份。假如濕度不夠，水泥水化反應不能正常進行，甚至停止水化，嚴峻降低砼強度，而且使砼結構疏松，形成干縮裂縫，增大了滲水性，從而影響混凝土的耐久性。施工規(guī)范規(guī)定：在混凝土澆筑完畢后，應在12h內進行覆蓋，以防止水分蒸發(fā)過快。在夏季施工混凝土進行自然養(yǎng)護時，運用硅酸鹽水泥、一般硅酸鹽水泥和礦渣水泥時，澆水保濕應不少于7d；運用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求時，應不少于14d。砼強度與保濕時間的關系圖試驗條件對砼強度測定值的影響試驗條件是指：試件的尺寸試件形態(tài)試件表面狀態(tài)加荷速度等提高混凝土強度的措施接受高標號水泥或早強型水泥接受低水灰比的干硬性混凝土接受濕熱處理養(yǎng)護混凝土接受機械攪拌和振搗摻入混凝土外加劑、摻合料等（3）混凝土變形的性能分類：化學收縮Ⅰ非荷載作用下的變形干濕變形溫度變形

Ⅱ荷載作用下的變形短期荷載作用下的變形長期荷載作用下的變形—徐變（4）混凝土的耐久性長期以來，人們始終認為混凝土材料是一種耐久性良好的材料，因為不少用其建立的結構物運用壽命許久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已經運用了100年上下照舊完好。但與此同時不少結構物過早地毀壞，修理困難而且費用昂揚，促使人們重視耐久性問題；很多大型結構物的興建，例如海底隧道、跨海大橋、石油鉆井平臺、核廢料儲存容器等，對運用壽命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至幾百年定義——混凝土抗拒環(huán)境介質作用并長期保持其良好的運用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結構的平安、正常運用的實力稱為耐久性。混凝土的抗?jié)B性：抗?jié)B性是確定混凝土耐久性最主要的因素，若混凝土的抗?jié)B性差，不僅四周水等液體物質易滲入內部，而且當遇有負溫或環(huán)境水中含有侵蝕性介質時，混凝土就易遭遇冰凍或侵蝕作用而破壞，對鋼筋混凝土還將引起其內部鋼筋銹蝕并導致表面混凝土疼惜層開裂與剝落。因此，對地下建筑、水壩、水池、港工、海工等工程，必須要求混凝土具有確定的抗?jié)B性?？?jié)B等級：抗?jié)B等級是以28d齡期的標準試件，在標準試驗方法下所能承受的最大靜水壓來確定的。抗?jié)B等級有P4、P6、P8、P10、P12等五個等級，表示能抗拒0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的靜水壓力而不滲透。提高混凝土抗?jié)B性的主要措施：提高混凝土的密實度;改善混凝土中的孔隙結構，削減連通孔隙;可通過低的水灰比、好的骨料級配、充分的振搗和養(yǎng)護、摻入引氣劑等方法來實現(xiàn)。混凝土的抗凍性——是指混凝土在飽水狀態(tài)下，能經受多次凍融循環(huán)而不破壞，同時也不嚴峻降低確定的性能。在寒冷地區(qū)，特殊是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土要求具有較高的抗凍性抗凍等級：以28d齡期的混凝土標準試件，在飽水后承受反復凍融循環(huán)，以抗壓強度損失不超過25％，且質量損失不超過5％時所能承受的最大循環(huán)次數來確定?；炷恋目箖龅燃売蠪10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300等九個等級，分別表示混凝土能承受凍融循環(huán)的最大次數不小于10、15、25、50、100、150、200、250和300次?；炷恋奶蓟ㄖ行曰侵富炷羶人嗍械臍溲趸}與空氣中的二氧化碳，在濕度適宜時發(fā)生化學反應，生成碳酸鈣和水，也稱中性化。碳化作用引起的堿度降低減弱了對鋼筋的疼惜作用。因鋼筋處在堿性環(huán)境中而在表面生成一層鈍化膜，疼惜鋼筋不易腐蝕；當碳化深度穿透混凝土疼惜層而達鋼筋表面時，鋼筋鈍化膜被破壞而發(fā)生銹蝕，此時產生體積膨脹，致使混凝土疼惜層產生開裂；開裂后的混凝土有利于二氧化碳、水、氧等有害介質的進入，更加劇了碳化的進行和鋼筋的銹蝕，最終導致混凝土產生順筋開裂而破壞。影響碳化的因素：①環(huán)境中二氧化碳的濃度——二氧化碳濃度高（如鑄造車間），碳化速度快②水泥品種——摻混合材的水泥堿度較低，碳化速度隨混合材料摻量的增多而加快。③水灰比——水灰比愈小，混凝土愈密實，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就慢。④環(huán)境濕度——當環(huán)境中的相對濕度在50～75％時，碳化速度最快，當相對濕度小于25％或大于100％時，碳化將停止。提高混凝土耐久性的措施合理選擇水泥品種。選用質量良好，技術條件合格的砂石骨料。限制水灰比及保證足夠的水泥用量是保證混凝土密實度的重要措施，是提高混凝土耐久性的關鍵。摻入減水劑或引氣劑，改善混凝土的孔結構，對提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性有良好作用。改善施工操作，保證施工質1.2混凝土材料及作用水泥(Cement)：顆粒尺寸1-50μm密度3.1g/cm3骨料(Aggregate):粗骨料（粒徑大4.75mm）細骨料（粒徑小于4.75mm）密度2.7g/cm3水(water)：密度1g/cm3化學外加劑(admixture)和礦物摻合料材料名稱檢測頻次水泥同品種、同等級的水泥200t，或＜200t為一批鋼材同型號以60t為一批，不足60t者也為一批砂、碎石以每600t為一批，不滿600t時也為一批粉煤灰同品種、同等級的粉煤灰200t，或＜200t為一批減水劑摻量大于1％（含1％）同品種的外加劑每一編號為100t，摻量小于1％的外加劑每一編號為50t，不足50t的也可按一個批量計水泥漿的作用：在混凝土硬化前，水泥槳起潤滑作用，賜予混凝土拌合物確定的流淌性，便于施工。水泥槳硬化后，起膠結作用，把砂石骨料膠結在一起，成為堅硬的人造石材－砼，并產生力學強度。砂石材料作用：填充、骨架；約束收縮外加劑：有效改善新拌混凝土的工作性、凝合時間，硬化混凝土的強度、耐久性等性質。

2混凝土協(xié)作比設計目的：確定混凝土中各組成材料數量之間的比例關系。常用的表示方法：以每1混凝土中各項材料的質量表示，水泥（mc）300kg、水（mw）180kg、砂（ms）720kg、石子（mg）1200kg；以各項材料的質量比來表示（以水泥質量為1）如水泥：砂：石子：水＝1：2.4:4:0.6（1）混凝土協(xié)作比設計的基本要求1)滿足混凝土結構設計——強度等級；2)滿足混凝土施工——和易性；3)滿足工程所處環(huán)境——耐久性的要求；4)符合經濟原則——盡可能接受當地材料?；炷羺f(xié)作比設計的資料準備了解工程設計要求的混凝土強度等級，以便確定混凝土配制強度。了解工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求，以便確定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。了解結構構件斷面尺寸及鋼筋配制狀況，以便確定混凝土骨料的最大粒徑。了解混凝土施工方法及管理水平，以便選擇混凝土拌和物坍落度及混凝土強度的標準差。駕馭原材料的性能指標。水泥──品種、標號、密度；砂、石骨料──種類、表觀密度、級配、最大粒徑等；拌和用水──水質狀況；外加劑──品種、性能、適宜摻量；摻和料——粉煤灰、礦渣、硅粉等?；炷羺f(xié)作比設計中的三個參數Ⅰ、水與水泥之間的比例關系——水灰比表示；Ⅱ、砂與石子之間的比關系——砂率表示；Ⅲ、水泥漿與骨料之間的比例關系——單位體積用水量來表示。確定三個參數的基本原則：在滿足混凝土強度和耐久性的基礎上，確定混凝土的水灰比；在滿足混凝土施工要求的和易性基礎上，依據粗骨料的種類和規(guī)格確定混凝土的單位用水量；砂在骨料中的數量應以填充石子空隙后略有富余的原則來確定砂率?；炷羺f(xié)作比設計的步驟Ⅰ初步計算協(xié)作比Ⅲ試驗室協(xié)作比Ⅱ基準協(xié)作比Ⅳ施工協(xié)作比調整坍落度校核強度、耐久性扣減工地砂石含水量二、初步計算協(xié)作比計算步驟：第一步：確定配制混凝土強度(fcu,t)其次步：確定水灰比(w/c)第三步：確定用水量W0第四步：確定水泥用量C0第五步：確定砂率βs第六步：確定砂石用量S0,G0第一步：混凝土配制強度的確定依據公式：fcu.0＝fcu.k

+1.645σ式中：fcu.0——混凝土配制強度（MPa）

fcu.k——混凝土立方體抗壓強度標準值；σ——混凝土強度標準差（MPa）。σ的確定：A、施工單位有強度歷史資料時，依公式計算；B、施工單位無強度歷史資料時，

<C20時,σ=3.5C20-C40時,σ=4.5>C40時,σ=5.5其次步:初步確定水灰比（W/C）依混凝土強度公式：fcu,o=Afce(C/W-B)

W/C=Afce/(fcu,o+ABfce)耐久性校核：水灰比還不得大于P238表8.4中規(guī)定的最大水灰比值結果——兩者取最小值。第三步:選取M3混凝土的用水量（mwo)

依據所用粗骨料的種類、最大粒徑及施工所要求的坍落度值，查表8.5，選取1M3混凝土的用水量。第四步:

計算1M3混凝土的水泥用量（mco）計算——依據確定的水灰比（W/C）和選用的單位用水量（mwo），可計算出水泥用量（mco）。W/C=mwo/mwcmco=mwo/(W/C)校核——為保證混凝土的耐久性，由上式計算得出的水泥用量還應滿足P238表8.4規(guī)定的最小水泥用量的要求；取值——兩者最大值。第五步:選取合理砂率值（βs）方法：Ⅰ、依據填充理論和砂石狀態(tài)參數，計算砂率；Ⅱ、依據混凝土拌和物的和易性，通過試驗求出合理砂率——坍落度最大的最小砂率；Ⅲ、如無試驗資料，可依據骨料品種、規(guī)格和水灰比，按P239表8.6選用。第六步:計算粗、細骨料的用量（mgo）及（mso）A質量法：若原材料狀況比較穩(wěn)定，所配制的混凝土拌和物的表觀密度將接近一個固定值。B

體積法：假定混凝土拌和物的體積等于各組成材料確定體積和混凝土拌和物中所含空氣體積之總和。A、質量法：假設1M3混凝土拌和物的質量為某一確定值mcp，則可列方程：

式中mco───每立方米混凝土的水泥用量（kg）；mgo------每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）;mso──－每立方米混凝土的細骨料用量（kg）；βs────砂率（％）；mcp──1m3混凝土拌和物的假定質量,其值可取2400～2500kg.聯(lián)立兩式，即可求出mgo、mso。B、

體積法假定混凝土拌和物的體積等于各組成材料確定體積和混凝土拌和物中所含空氣體積之總和，可列出下式：

式中ρc───水泥密度,可取2900～3100（kg/m3）；