建筑材料與檢測教案模塊三-單元三-混凝土技術性質-力學性質+耐久性

《建筑材料與檢測》課程教案模塊三普通混凝土及其性能檢測單元三混凝土的技術性質二、硬化混凝土的強度1、強度（1）立方體抗壓強度標準值和強度等級①立方體抗壓強度(fcu)——標準方法制作、標準試件（邊長為150mm的立方體試件）、標準養(yǎng)護條件(溫度20℃±2℃，相對濕度為95％以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，或在溫度為20℃±2℃的不流動的Ca(OH)2飽和溶液中養(yǎng)護、規(guī)定齡期（28d）、標準方法測定其抗壓強度值，以fcu表示。 非標準尺寸試件，強度按照尺寸折算系數(shù)見下表表4-24試件尺寸換算系數(shù)混凝土強度等級試件尺寸(mm)換算系數(shù)≤C60100×100×1000.95150×150×1501.00200×200×2001.05＞C60150×150×1501.00100×100×100尺寸折算系數(shù)由實驗確定，其試件數(shù)量不應少于30對組①。200×200×200②立方體抗壓強度標準值(fcu，k)——按照標準方法制作和養(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%(即具有95％保證率的抗壓強度值)，單位：MPa，以fcu，k表示。③強度等級——根據(jù)立方體抗壓強度標準值來確定的。(GB/T50107—2010)規(guī)定：普通混凝土按立方體抗壓強度標準值劃分為C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等15個等級。⑴C10——用做混凝土墊層。⑵C15——用于墊層、基礎、地坪及受力不大的結構，當前C7.5已很少采用。⑶C20～C25——用于梁、板、柱、樓梯、屋架等普通鋼筋混凝土結構。⑷C25～C30——用于大跨度結構、要求耐久性高的結構、預制構件等。（5）C40～C45——用于預應力鋼筋混凝土構件、吊車梁及特種結構等，用于25～30層高層建筑。⑸C50～C60——用于30～60層以上高層建筑。⑹C60～C80——用于高層建筑，采用高強混凝土。⑺C80～C120——采用超高強混凝土用于高層建筑。（2）(fcf)抗折強度——衡量道路路面或機場道面用水泥混凝土的強度，抗壓強度為參考強度。以標準操作方法制備成150mm×l50mm×550mm的梁形試件，在標準條件下，經(jīng)養(yǎng)護28d后，按三分點加荷方式測定的混凝土抗折強度()，以MPa計。 （3）軸心抗壓強度()軸心抗壓強度——用于計算鋼筋混凝土結構中的軸心受壓構件的強度。采用150mm×150mm×300mm的棱柱體作為測定軸心抗壓強度的標準試件，軸心抗壓強度()，計算 (4)劈裂抗拉強度()混凝土是一種脆性材料，直接受拉時，很小的變形就會產(chǎn)生脆性破壞。 (5)影響混凝土強度的因素(1)材料性質及其組成①水泥的強度混凝土的配合比相同，水泥強度越高，水泥石的強度及其與骨料的粘結力越大，混凝土強度越高。結論——混凝土強度與水泥強度成正比例關系。②水灰比水灰比越小，水泥石強度及與骨料的粘結強度愈大，混凝土強度越高。結論——混凝土的強度與灰水比呈直線關系。圖4-15圖4-15混凝土的抗壓強度與水灰比的關系圖4-16混凝土的抗壓強度與灰水比的關系碎石表面粗糙，與水泥石粘結力較大；而卵石表面光滑，與水泥石的粘結力較小。當水灰比小于0.4時，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土強度約高38%。 鮑羅米經(jīng)驗式—— ④集漿比水灰比一定，水泥漿量增加，拌和物流動性增大，混凝土易于成型，強度提高。但漿體過多，混凝土易產(chǎn)生較大的收縮，形成較多孔隙，混凝土強度降低。(2)施工條件機械攪拌比人工攪拌的拌和物更均勻、更密實；強制式攪拌機又比自由落體式攪拌機效果更好。(3)養(yǎng)護條件①溫度的影響4℃～40℃范圍內(nèi)，養(yǎng)護溫度提高，水泥溶解、水化和硬化加快，混凝土早期強度提高。0℃以下時，混凝土中水將結冰，水化反應停止，混凝土強度停止增長，且孔隙內(nèi)水分結冰體積膨脹(約9%)，對孔壁產(chǎn)生相當大的膨脹壓力，導致混凝土已獲得的強度受到損失，嚴重時會引起混凝土的崩潰。結論——混凝土凍結時間愈早，強度損失越大，所以在冬季施工時要特別注意保溫養(yǎng)護。②濕度的影響濕度——水泥能否正常水化的必要條件。濕度不夠，混凝土會失水干燥，甚至停止水化。自然養(yǎng)護(自然條件下養(yǎng)護)——養(yǎng)護的濕度隨氣溫變化。普通水泥——澆水保濕應不少于7d；礦渣水泥和火山灰水泥或在施工中摻用減水劑時——不少于14d；礬土水泥——不得少于3d；有抗?jié)B要求的混凝土——不少于14d。③齡期的影響齡期——自加水攪拌開始，混凝土所經(jīng)歷的時間，按天或小時計。在正常條件下養(yǎng)護，混凝土的強度隨齡期增長而提高。強度增長速度基本規(guī)律——礦渣水泥7d的強度約為28d的42%～54%，普通水泥7d強度約為28d的58%～65%，但28d以后兩種水泥強度的增長基本相同。(4)試驗條件的影響①試件的形狀：高寬比越大，抗壓強度越小。②試③試件表面狀態(tài)：表面光滑平整，壓力值較小；當試件表面有油脂類潤滑劑時，測得的強度值明顯降低。④加荷速度：加荷速度越快，強度測值越大；標準規(guī)定混凝土抗壓強度的加荷速度為0.3～0.8MPa/s，且應連續(xù)均勻地加荷。圖4-21壓力機壓板對試件的約束作用圖4-21壓力機壓板對試件的約束作用圖4-22試件破壞后殘存的棱柱體圖4-23不受壓板約束時試件的破壞情況（6）提高混凝土強度的措施①采用高強度等級水泥和早期型水泥②采用水灰比較小、用水量較少的干硬性混凝土。③采用質量合格、級配良好的碎石及合理砂率。④摻加外加劑和摻合料⑤改進施工工藝，提高混凝土的密實度降低水灰比，采用機械振搗的方式，增加混凝土的密實度，提高混凝土強度。⑥采用濕熱處理常壓蒸汽養(yǎng)護(蒸養(yǎng))：將澆筑完畢的混凝土構件經(jīng)1～3h預養(yǎng)后，在90%以上的相對濕度、60℃以上的飽和水蒸汽中進行的養(yǎng)護。高壓蒸汽養(yǎng)護(壓蒸)：將澆筑好的混凝土構件靜停8～10h后，放入蒸壓釜內(nèi)，通入高溫、高壓(175℃和8個大氣壓)飽和蒸汽進行的養(yǎng)護。2、變形（1）非荷載作用下的變形①沉降收縮又稱塑性收縮——固體顆粒下沉，表面產(chǎn)生泌水而使混凝土的體積減小，其收縮值約為1%。②化學收縮圖4—24混凝土的濕漲干縮變形——水化產(chǎn)物的體積比反應前物質的總體積(包括水的體積)圖4—24混凝土的濕漲干縮變形化學收縮——不能恢復，收縮值隨齡期增長而增加，40d以后漸趨穩(wěn)定，但收縮率一般很小(在4～100×10-6mm/mm左右)，在限制應力下不會對結構物產(chǎn)生破壞作用，但會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細裂縫。③干濕變形干濕變形——混凝土最常見的非荷載變形，主要是干縮濕脹。設計中，通常采用混凝土的線收縮值為1.5×10-3～2.0×10-4。④碳化收縮碳化收縮——水化生成物氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應，使混凝土體積減小的收縮。碳化收縮會使混凝土表面產(chǎn)生微細裂縫。⑤溫度變形混凝土的溫度變形表現(xiàn)為熱脹冷縮，其溫度膨脹系數(shù)為(10×10-5mm/mm·℃)?？v長的鋼筋混凝土結構，每隔一段距離設置一道長度伸縮縫，或采取在結構物中設置溫度鋼筋以減少溫度變形。（2）荷載作用變形①彈—塑性變形與彈性模量混凝土骨料和水泥石的彈性模量關系為：水泥石＜混凝土＜骨料。骨料含量較多、水泥石的水灰比較小、養(yǎng)護較好、齡期較長時，混凝土的彈性模量就較大。②徐變在長期荷載作用下，隨時間而增長的塑性變形稱為徐變，也稱蠕變?；炷恋淖冃闻c荷載作用時間的關系如圖4-26所示。結論——混凝土無論是受壓、受拉或受彎時，均有徐變現(xiàn)象。且徐變量隨著力作用時間的延長會不斷增大。三、混凝土的耐久性指混凝土在使用條件下抵抗周圍環(huán)境各種因素長期作用的能力。耐久性主要包括——抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、耐磨性和抗堿—骨料反應等。1、抗凍性（1）含義——混凝土在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用仍能保持外觀的完整性，強度也不嚴重降低的性能。（2）表示——抗凍標號（3）測定方法——快凍實驗、慢凍實驗法慢凍實驗法——以標準養(yǎng)護28d齡期的混凝土標準試件，飽水后，在-15℃～+20℃條件下進行凍融循環(huán)（凍4小時，融4小時），以同時滿足強度損失不超過25%、質量損失不超過5%時的最大凍融循環(huán)次數(shù)來表示。混凝土的抗凍標號有：D20、D25、D50、D100、D150、D200、大于D200等級?？箖龅燃壍扔诨虼笥贒50級的混凝土稱為抗凍混凝土。（4）影響因素混凝土結構不密實、孔隙率大、連通的開口孔多，抗凍性差。2、抗摻性（1）含義——混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。直接影響混凝土的抗凍性和抗侵蝕性。（2）表示——抗?jié)B等級。以28天齡期的標準試件，按標準試驗方法試驗，以試件所能承受的最大靜水壓力來確定?；炷恋目?jié)B等級共有P4、P6、P8、P10、P12五個等級。3、抗侵蝕性當混凝土所處環(huán)境中含有酸、堿、鹽等侵蝕性介質時，混凝土便會遭受侵蝕。實和孔隙封閉的混凝土，環(huán)境水不易侵入，抗侵蝕性較強。4、混凝土的碳化（1）含義——在一定濕度條件下，混凝土內(nèi)水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學反應，也稱中性化。（2）碳化對混凝土性質的影響①降低了混凝土的堿度，減弱了對鋼筋的保護作用。②增加了混凝土的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生微細裂縫，降低混凝土的抗拉、抗折強度及抗?jié)B能力。③增加了混凝土的密實度。產(chǎn)生的碳酸鈣填充了水泥石的孔隙，提高混凝土的抗壓強度。（3）影響碳化速度因素①二氧化碳濃度：濃度高(如鑄造車間)，碳化速度快；②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％或在水中時碳化將停止；③水灰比。水灰比小的混凝土較密實，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就減慢；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。（4）減少碳化作用的措施①在鋼筋混凝土結構中采用適當?shù)谋Ｗo層，使碳化深度在建筑物設計年限內(nèi)達不到鋼筋表面。②