土木工程材料第四章混凝土

第四章混凝土土木工程材料第四章混凝土4.1混凝土概述一、混凝土的定義由膠凝材料、骨料、水以及必要時(shí)摻入的外加劑和礦物摻合材，按適當(dāng)比例配合拌制成拌合物，經(jīng)均勻攪拌，密實(shí)成型和養(yǎng)護(hù)硬化而成的人造石材。二、混凝土的分類

（一）按干表觀密度分重砼＞2600kg/m3普通砼1950kg/m3

～2500kg/m3輕砼＜1950kg/m3

土木工程材料第四章混凝土三、普通混凝土各組成材料的作用：砂、石對混凝土起潤滑作用，水泥和水組成水泥漿包裹在骨料的表面并填充骨料的空隙中。在混凝土拌和物中，水泥漿起潤滑作用，賦予混凝土拌和物流動(dòng)性，便于施工；在混凝土硬化后起膠結(jié)作用。砂子水泥漿石子土木工程材料第四章混凝土4.2普通混凝土的組成材料混凝土的質(zhì)量，很大程度上原材料的技術(shù)性質(zhì)是否符合要求。因此，為了選用材料和保證混凝土的質(zhì)量，必須掌握原材料的技術(shù)質(zhì)量要求。

4.2.1水泥4.2.1.1水泥品種和選擇

根據(jù)工程特點(diǎn)、所處環(huán)境條件及施工條件，進(jìn)行合理選擇。4.2.1.2水泥強(qiáng)度等級的選擇

高強(qiáng)度等級的水泥配制高強(qiáng)度等級的混凝土，低強(qiáng)度等級的水泥配制低強(qiáng)度等級的混凝土。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般以水泥強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值為混凝土強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值的1.5-2.0倍為宜。土木工程材料第四章混凝土一、細(xì)骨料:

普通混凝土骨料按粒徑大小分為兩種，粒徑小于5mm的顆粒稱為細(xì)骨料。細(xì)骨料主要采用天然砂和人工砂。4.2.2骨料土木工程材料第四章混凝土項(xiàng)目指標(biāo)Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類云母(按質(zhì)量計(jì))(%，小于）1.02.02.0輕物質(zhì)(按質(zhì)量計(jì))(%，小于）1.01.01.0有機(jī)物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸鹽(SO3質(zhì)量計(jì))（%）0.50.50.5氯化物(以氯離子質(zhì)量計(jì))(%，小于)0.010.020.061、砂中有害物質(zhì)含量（GB/T14684—2001）

土木工程材料第四章混凝土2、砂的顆粒級配及粗細(xì)程度砂的顆粒級配：砂大小顆粒的搭配情況。砂的粗細(xì)程度：不同粒徑的砂混合在一起總體的粗細(xì)程度?？偙砻娣e小空隙率小土木工程材料第四章混凝土篩分析試驗(yàn)——評定砂的粗細(xì)程度和顆粒級配0.16mm0.315mm0.63mm1.25mm2.50mm5mm分計(jì)篩余量：各篩上的篩余量占砂樣總質(zhì)量的百分率。累積篩余量：各篩與比該篩粗的所有篩之分計(jì)篩余百分率之和。土木工程材料第四章混凝土篩孔尺寸，mm分計(jì)篩余，%累計(jì)篩余，%5.002.501.250.630.3150.16a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=

a1+a2+a3+a4+a5+a6分計(jì)篩余和累計(jì)篩余的關(guān)系土木工程材料第四章混凝土

細(xì)度模數(shù)的計(jì)算3.7-3.1為粗砂3.0-2.3為中砂2.2-1.6為細(xì)砂例題：取一砂子試樣，進(jìn)行篩分析試驗(yàn)，已知所取試樣重500g，其篩余量依次為44、68、115、140、80、46（g），度計(jì)算分計(jì)篩余量，累計(jì)篩余量，細(xì)度模數(shù)，并判斷為何種砂？土木工程材料第四章混凝土篩分曲線篩孔尺寸I區(qū)II區(qū)III區(qū)10mm0005mm10-010-010-02.50mm35-525-015-01.25mm65-3550-1025-00.63mm85-7170-4140-160.315mm95-8092-7085-550.16mm100-90100-90100-90土木工程材料第四章混凝土粗骨料技術(shù)要求有害雜質(zhì)含量骨料的顆粒形狀和表面特征：針片狀顆粒含量骨料的強(qiáng)度顆粒級配與最大粒徑堅(jiān)固性土木工程材料第四章混凝土1、顆粒級配與最大粒徑粗骨料顆粒級配粗骨料的顆粒級配按供應(yīng)情況分連續(xù)粒級和單粒級。粗骨料最大粒徑:粗骨料公稱粒級的上限。粗骨料顆粒級配評定方法同砂子顆粒級配的評定方法。

2、粗骨料的顆粒形狀和表面特征針狀顆粒：長度大于該顆粒所屬平均粒徑2.4倍的。片狀顆粒：厚度小于該顆粒所屬平均粒徑0.4倍的。土木工程材料第四章混凝土

最大粒徑不得超過結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4；不得超過鋼筋最小凈距的3/4；對于實(shí)心板，不得超過板厚的1/2且不得超過50mm；對于泵送混凝土，最大粒徑與輸送管道內(nèi)徑之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。土木工程材料第四章混凝土3、粗骨料強(qiáng)度(1)巖石抗壓強(qiáng)度:(2)壓碎指標(biāo)值:

將母巖制成50mm×50mm×50mm的立方體試件或Ф50mm×50mm的圓柱體試件，在水中浸泡48h以后，取出擦干表面水分，測得其在飽和水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度值。%100010-=mmmδa土木工程材料第四章混凝土4、骨料的堅(jiān)固性

定義：指骨料在自然風(fēng)化和其他外界物理、化學(xué)因素作用下，抵抗破壞的能力，也即指砂的耐久性。骨料采用硫酸鈉溶液法進(jìn)行試驗(yàn)，計(jì)算總質(zhì)量損失百分率；人工砂采用壓碎指標(biāo)值來判斷骨料的堅(jiān)固性。土木工程材料第四章混凝土

普通混凝土的主要性質(zhì)：混凝土在凝結(jié)硬化前稱為混凝土拌合物?；炷涟韬衔锊煌氖┕きh(huán)境和施工條件下表現(xiàn)出不同的特征，而混凝土施工過程對硬化后的混凝土具有重大的影響，因此必須找出評價(jià)混凝土施工過程中的性質(zhì)。這樣才能保證混凝土的質(zhì)量。拌合物狀態(tài)時(shí)要求具有良好的和易性（或稱工作性），硬化后的混凝土應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和必要的耐久性。4.3新拌混凝土的和易性土木工程材料第四章混凝土

和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、運(yùn)輸、澆灌、搗實(shí)）并能獲致質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。4.3.1混凝土拌合物和易性概念

和易性包含的內(nèi)容：流動(dòng)性、粘聚性和保水性。

離析是指拌合物各組分分離造成不均勻及失去流動(dòng)性的現(xiàn)象。對于流動(dòng)性較大的混凝土拌合物，因各組分粒度及密度不同，易引起砂漿與石子間的分層離析現(xiàn)象。對于硬性或少砂的混凝土拌合物，若裝卸及澆注方法不當(dāng)，也會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象。泌水是指拌合水按不同方式從拌合物中分離出來的現(xiàn)象。

無論是離析，還是泌水對硬化后混凝土的強(qiáng)度和耐久性都將有很大的影響。

土木工程材料第四章混凝土4.3.2混凝土拌合物和易性的測定方法根據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》GBJ80—85）規(guī)定，混凝土拌合物的稠度可采用坍落度法和維勃稠度法測定。

由于和易性是一項(xiàng)綜合的技術(shù)性制，因此很難找到一種能全面反映拌合物和易性的測定方法。通常以測定流動(dòng)性（即稠度）為主，而對粘聚性和保水性主要通過觀察進(jìn)行評定。4.3.2.1坍落度試驗(yàn)

坍落度法適用于骨料最大粒徑不大于40mm、坍落度值大于10mm的塑性和流動(dòng)性混凝土拌合物稠度測定。

土木工程材料第四章混凝土坍落度試驗(yàn)土木工程材料第四章混凝土4.3.2.1維勃稠度法維勃稠度法適用于骨料最大粒徑不大于40mm，維勃稠度在5~30s之間的混凝土拌合物稠度的測定。維勃稠度試驗(yàn)土木工程材料第四章混凝土4.3.3影響混凝土和易性的因素4.3.3.2砂率砂率是指砂用量占砂、石總用量的質(zhì)量百分比。砂率過大或過小都會(huì)導(dǎo)致混凝土和易性變差，應(yīng)選擇合理砂率。

4.3.3.4環(huán)境因素、施工條件、時(shí)間、外加劑4.3.3.1水泥漿量及水灰比在水灰比不變的情況下，如果水泥漿越多，則拌合物的流動(dòng)性越大；但若水泥漿過多，使拌合物的流動(dòng)性、粘聚性變差。4.3.3.3水泥品種及細(xì)度、骨料的性質(zhì)

如用礦渣水泥時(shí)，坍落度較普通水泥小，泌水性增加。土木工程材料第四章混凝土砂率對混凝土坍落度的影響土木工程材料第四章混凝土

粗骨料表面狀態(tài)不同對混凝土和易性的影響：卵石碎石土木工程材料第四章混凝土4.4硬化后混凝土的強(qiáng)度

4.4.1混凝土的強(qiáng)度與強(qiáng)度等級

1、立方體抗壓強(qiáng)度（fcu）按照標(biāo)準(zhǔn)的制作方法制成邊長為150ｍｍ的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（溫度２０士3°Ｃ，相對濕度90％以上）下，養(yǎng)護(hù)至28ｄ齡期，按照標(biāo)準(zhǔn)的測定方法測定其抗壓強(qiáng)度值，稱為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)試塊土木工程材料第四章混凝土測定混凝土立方體抗壓強(qiáng)度時(shí)，也可以采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件，其尺寸應(yīng)根據(jù)混凝土中粗骨料的最大粒徑而定，單其測定結(jié)果應(yīng)乘以相應(yīng)的尺寸換算系數(shù)見表強(qiáng)度換算系數(shù)(GB/T50081—2002)試件尺寸(mm)骨料最大粒徑(mm)強(qiáng)度換算系數(shù)100×100×100150×150×150200×200×20031.540630.9511.05土木工程材料第四章混凝土混凝土立方體抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度土木工程材料第四章混凝土

2、強(qiáng)度等級

混凝土的“強(qiáng)度等級”是根據(jù)“立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”來確定的。按標(biāo)準(zhǔn)方法制作邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)方法測得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于95%保證率的抗壓強(qiáng)度值，以fcu.k表示。如：C30，表示混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,fcu,k=30MPa。我國現(xiàn)行GB50010-2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定,普通混凝土按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分為：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14個(gè)強(qiáng)度等級。土木工程材料第四章混凝土抗壓試驗(yàn)土木工程材料第四章混凝土3、軸心抗壓強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度等級只是評價(jià)混凝土力學(xué)性能的依據(jù)，為了使測得的混凝土強(qiáng)度接近于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（如柱子）時(shí)都采用軸心抗呀強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)試件，測定其標(biāo)養(yǎng)28天的抗壓強(qiáng)度值。

采用150

150

300mm棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，也可用非標(biāo)準(zhǔn)試件，但高寬比應(yīng)在2∽3的范圍里。

fcu：fcp=0.70∽0.80土木工程材料第四章混凝土CementConcrete軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖土木工程材料第四章混凝土4.4.2影響混凝土強(qiáng)度的因素

4.4.2.1

水泥強(qiáng)度等級和水灰比土木工程材料第四章混凝土混凝土強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：C/W——灰水比；

fcu——混凝土28d抗壓強(qiáng)度；

fce——水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測值。

A,B——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

碎石A=0.46;B=0.07

卵石A=0.48;B=0.33fcu=Afce（C/W-B）土木工程材料第四章混凝土4.4.2.2骨料的影響：

粗骨料表面狀態(tài)不同對混凝土強(qiáng)度的影響：土木工程材料第四章混凝土4.4.2.3齡期

齡期指混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)歷的時(shí)間，最初的7—14d發(fā)展較快，28d以后增長緩慢。公式應(yīng)用條件：n——養(yǎng)護(hù)齡期，n≥3d。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)中等強(qiáng)度等級的混凝土1428抗壓強(qiáng)度齡期/d土木工程材料第四章混凝土4.4.2.4養(yǎng)護(hù)的溫、濕度4℃38℃21℃13℃齡期抗壓強(qiáng)度031421287

養(yǎng)護(hù)溫度對混凝土強(qiáng)度的影響土木工程材料第四章混凝土濕度的影響土木工程材料第四章混凝土提高混凝土強(qiáng)度的措施1、高標(biāo)號的水泥和快硬早強(qiáng)水泥2、干硬性混凝土3、濕熱處理蒸汽養(yǎng)護(hù)：將混凝土放在溫度低于100℃常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一般16~20h。蒸壓養(yǎng)護(hù)：將混凝土構(gòu)件放在125℃及8atm的壓蒸鍋內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。4、采用機(jī)械攪拌和振搗5、摻外加劑、摻合料土木工程材料第四章混凝土(一)混凝土的抗?jié)B性（P4、P6、P8）(二)混凝土的抗凍性（F10、F15、F25）(三)混凝土的抗碳化性(四)堿骨料反應(yīng)(五)抗化學(xué)侵蝕4.5硬化混凝土的耐久性土木工程材料第四章混凝土混凝土抗?jié)B儀

是指混凝土抵抗水、油等液體滲透的能力?？?jié)B性好壞用抗?jié)B等級來表示?？?jié)B等級分為P4、P6、P8、P10、P12等5個(gè)等級?；炷了冶葘?jié)B性起決定性作用。提高混凝土抗?jié)B性的根本措施在于增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度。4.5.1混凝土的抗?jié)B性土木工程材料第四章混凝土

抗凍性是指混凝土在飽和水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能，是評定混凝土耐久性的主要指標(biāo)?？箖龅燃壐鶕?jù)混凝土所能承受的反復(fù)凍融循環(huán)的次數(shù)，劃分為F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9個(gè)等級?；炷恋拿軐?shí)度、孔隙的構(gòu)造特征是影響抗凍性的重要因素4.5.2混凝土的抗凍性土木工程材料第四章混凝土一、混凝土的碳化：指空氣中的CO2在濕度適宜的條件下與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣和水，使混凝土堿度降低的過程，碳化也稱中性化。二、混凝土碳化對混凝土性能的影響：

1、化學(xué)性能影響

2、物理性能影響

3、力學(xué)性能影響三、影響碳化的因素：

1、CO2濃度影響：越高，碳化速度越快。

2、濕度影響：相對濕度為50%-70%，碳化速度最快。低于25%碳化為0，高于100%，碳化速度也基本為0。

4.5.3混凝土的碳化土木工程材料第四章混凝土一、混凝土的堿骨料反應(yīng)：是指水泥中的堿(Na2O和K2O)含量較高時(shí)與骨料中的活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，在骨料表面生成堿—硅酸凝膠，這種凝膠具有吸水膨脹特性，會(huì)使包裹骨料的水泥石脹裂，這種現(xiàn)象稱為堿—骨料反應(yīng)。二、堿骨料反應(yīng)發(fā)生的條件：

1、膠凝材料提供堿的含量大于6%.

2、骨料具有活性.

3、在有水的情況下或潮濕的狀態(tài)下。三、檢驗(yàn)方法：

含有活性的骨料與高堿水泥制成1：2.25膠砂試塊，恒溫、怛濕養(yǎng)護(hù)，定期測量其膨脹值，如果6個(gè)月膨脹值不超過0.05%，12個(gè)月不超過0.1%。則合格。

4.5.4混凝土的堿骨料反應(yīng)土木工程材料第四章混凝土(一)非荷載作用下的變形化學(xué)收縮混凝土的干縮濕脹溫度變形(二)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4.6硬化混凝土的變形性能土木工程材料第四章混凝土混凝土變形及破壞的過程土木工程材料第四章混凝土混凝土變形及破壞的過程土木工程材料第四章混凝土4.5混凝土質(zhì)量控制與強(qiáng)度評定本節(jié)課的主要講述內(nèi)容：一、混凝土質(zhì)量控制所包含的內(nèi)容。二、混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的評定

混凝土質(zhì)量控制參照標(biāo)準(zhǔn)：

1、《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB50164—92)2、《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJl07—87)。土木工程材料第四章混凝土一、混凝土的質(zhì)量控制所包含的內(nèi)容

1.混凝土生產(chǎn)前的初步控制，主要包括人員配備、設(shè)備調(diào)試、組成材料的檢驗(yàn)及配合比的確定與調(diào)整等項(xiàng)內(nèi)容。

2.混凝土生產(chǎn)過程中的控制，包括控制稱量、攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)等項(xiàng)內(nèi)容。

3.混凝土生產(chǎn)后的合格性控制。包括批量劃分，確定批取樣數(shù)，確定檢測方法和驗(yàn)收界限等項(xiàng)內(nèi)容。土木工程材料第四章混凝土

在混凝土施工過程中，原材料、施工過程及試驗(yàn)條件、施工環(huán)境的變化，均可能造成混凝土質(zhì)量的波動(dòng)，影響到混凝土的和易性、強(qiáng)度及耐久性。由于強(qiáng)度是混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)，其他性能可從強(qiáng)度得到間接反映，故以強(qiáng)度為例分析波動(dòng)的因素。土木工程材料第四章混凝土二、混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的評定（一）混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)的幾個(gè)基本概念1、隨機(jī)現(xiàn)象：無論自然現(xiàn)象和社會(huì)現(xiàn)象，在定條件下，其可能結(jié)果不只一個(gè)，至于哪一個(gè)出現(xiàn)，事先也無法確定，稱隨機(jī)現(xiàn)象。2、混凝土總體平均強(qiáng)度：Ufcu=1/n·∑fcu,i3、強(qiáng)度頻數(shù)：混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)中，相同強(qiáng)度值出現(xiàn)的次數(shù)。4、強(qiáng)度頻率：某一強(qiáng)度等級混凝土的強(qiáng)度數(shù)據(jù)中，相同強(qiáng)度值出現(xiàn)的百分率。5、強(qiáng)度概率：大量重復(fù)試驗(yàn)的情況下，強(qiáng)度頻率的穩(wěn)定值。i=1n土木工程材料第四章混凝土6、概率密度：概率（頻率）/組距組距：強(qiáng)度數(shù)據(jù)中，人為劃分的相鄰兩組強(qiáng)度值差。7、混凝土強(qiáng)度的概率分布—正態(tài)分布?；A(chǔ)概率隨機(jī)變量概率分布，有6種形式：即“兩點(diǎn)分布”，“兩項(xiàng)分布”，“普瓦松分布”，“均勻分布”，“指數(shù)分布”和“正態(tài)分布”。（1）正態(tài)分布的直觀思想：混凝土材料在正常的施工情況下，許多影響因素是隨機(jī)的。所以混凝土的強(qiáng)度也是隨機(jī)變化的，對于隨機(jī)變量，可以用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來對其進(jìn)行評定。設(shè)混凝土的強(qiáng)度等級C20的試塊總數(shù)共1000組，根據(jù)實(shí)測的混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)以2MPa為組距，把全部試件分成15組，如下表：土木工程材料第四章混凝土組別123456789101112131415fcu14-15.9516-17.9518-19.9520-21.9522-23.9524-25.9526-27.9528-29.9530-31.9532-33.9534-35.9536-37.9538-39.9540-41.9542-43.95Ufcu151719212325272931333537394143頻數(shù)6155095120147180140906640252051頻率0.0060.0150.0500.0950.1200.1470.1800.1400.0900.0660.0460.0250.0200.0050.001概率密度0.00300.00750.0250.04750.06000.03750.09000.07000.04500.0330.02000.01250.01000.00250.0005整理后的強(qiáng)度數(shù)據(jù)表土木工程材料第四章混凝土0.010.020.030.040.050.060.070.080.09246810121416182022242628303234363840424446實(shí)際頻率曲線頻率分布直方圖fcu隨機(jī)變量概率密度土木工程材料第四章混凝土以概率密度為縱坐標(biāo)，隨機(jī)變量fcu橫坐標(biāo)，做頻率分布直方圖。發(fā)現(xiàn)每個(gè)矩形的底邊長就是組距。矩形的面積=組距×概率密度=組距×概率（頻率）/組距=概率所以：矩形面積等于相應(yīng)各組強(qiáng)度的頻率（概率）。各組頻率的和等于1，即100%。當(dāng)組距越小時(shí)，頻率直方圖就轉(zhuǎn)化為分布密度曲線（理論頻率曲線），分布密度曲線的面積就轉(zhuǎn)化成概率。所以，描繪出的中間高、兩邊低，左右近似對稱“單駝峰狀曲線”—正態(tài)曲線，它所反映的數(shù)據(jù)分布—正態(tài)分布。（2），正態(tài)分布特點(diǎn)及正態(tài)分布函數(shù)：a:正態(tài)分布特點(diǎn)：1、一個(gè)高峰，中間高，兩邊低，曲線“單駝峰型”有一個(gè)最高點(diǎn)。2、一個(gè)對稱軸，對稱軸直線fcu=Ufcu在曲線高峰處。3、一個(gè)漸近線（對稱軸fcu曲線無論向左或向右延伸，都越來越接近橫軸，但不會(huì)和橫軸相交）土木工程材料第四章混凝土滿足這個(gè)條件的函數(shù)就是著名的正態(tài)分布密度函數(shù)式：

b：正態(tài)分布函數(shù)：基于上述分析，自然希望函數(shù)：fcu=Ufcu取極大值f(Ufcu-σ)=f(Ufcu+σ)fcu=±∞時(shí)，f(fcu)0正態(tài)分布中，介于x1和x2之間，隨機(jī)變量x出現(xiàn)的概率P(x1≤x≤x2)可用下式表示：

土木工程材料第四章混凝土所以對于混凝土的正態(tài)分布密度函數(shù)式是：

（3）混凝土標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線

a、作為混凝土的正態(tài)分布，習(xí)慣橫坐標(biāo)用標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)量表示，（即隨機(jī)變量為t)，經(jīng)隨機(jī)變量的變量轉(zhuǎn)換，

P（fcu1≤fcu≤fcu2）=∫fcu2fcu1e(fcu-Ufcu)22σ2dfcuscuuffcut-=

（將t代入（4-6）式）則（4-6）式變?yōu)殡S機(jī)變量t的概率密度函數(shù)f(t)，所以f(t)即混凝土標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線。其表達(dá)式為：

21)(22tetf-=p土木工程材料第四章混凝土21)(22xexf-=pb、隨機(jī)變量的變量轉(zhuǎn)換后稱標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線的原因：因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線的特例，即對稱軸通過原點(diǎn)x=0，標(biāo)準(zhǔn)差σ=1的正態(tài)分布即N（0，1）所以，當(dāng)x=0，σ=1函數(shù)式

土木工程材料第四章混凝土因此，在正態(tài)分布曲線上，fcu1與fcu2之間的混凝土強(qiáng)度值出現(xiàn)的概率P（fcu1≤fcu≤fcu2）可用下式表示：fcu1fcu2fcu1fcu2P（fcu1≤fcu≤fcu2）=∫e(fcu-Ufcu)22σ2dfcuP（fcu1≤fcu≤fcu2）=∫f(fcu)dfcu土木工程材料第四章混凝土（fcu1≤fcu≤fcu2）正態(tài)分布曲線fcu1fcu2Ufcu概率fcu土木工程材料第四章混凝土-=tdteP(t)2221p

∫t∞

在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線上自t-∞混凝土強(qiáng)度值出現(xiàn)的概率ò￥-=ttdteP(t)2221p

土木工程材料第四章混凝土概率

標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線t0土木工程材料第四章混凝土t0.00-0.524-0.842-1.00-1.04-1.28-1.40-1.60P(t)0.5000.7000.8000.8410.8500.9000.9190.945t-1.645-1.800-2.000-2.060-2.330-2.580-2.880-3.000P(t)0.9500.9640.9770.9800.9900.9950.9980.999為計(jì)算方便可查表，已知t值可以查得p不同t值的p(t)值返回土木工程材料第四章混凝土(二)、混凝土均質(zhì)性的評定指標(biāo)強(qiáng)度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)強(qiáng)度保證率配制強(qiáng)度1.強(qiáng)度平均值：Ufcu=1/n·∑fcu,i

平均值只反應(yīng)混凝土強(qiáng)度總體強(qiáng)度水平,不能說明強(qiáng)度波動(dòng)的大小.理論上，平均強(qiáng)度與該批混凝土的配制強(qiáng)度相等，它只反映該批混凝土強(qiáng)度的總平均值，而不能反映混凝土強(qiáng)度的波動(dòng)情況。例如平均強(qiáng)度20MPa，可以由15Pa、20MPa、25MPa求得，也可以由18MPa、20MPa、22MPa求得，雖然平均值相等，但它們的均質(zhì)性顯然后者優(yōu)于前者。

ni=1土木工程材料第四章混凝土2、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差

強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差：標(biāo)準(zhǔn)差對稱圴方差，它表明分布曲線的拐點(diǎn)距強(qiáng)度平均值的距離，標(biāo)準(zhǔn)差越大，說明其強(qiáng)度離散程度越大，混凝土質(zhì)量越不穩(wěn)定，相反則說明控制質(zhì)量好，但是太小時(shí)，就不太經(jīng)濟(jì)，但當(dāng)平均強(qiáng)度不等時(shí)，并不確切。例如平均強(qiáng)度分別為20MPa和50MPa的混凝土，當(dāng)σ均等于5MPa時(shí)，對前者來說波動(dòng)已很大，而對后者來說波動(dòng)并不算大。因此，對不同強(qiáng)度等級的混凝土單用標(biāo)準(zhǔn)差值尚難以評判其勻質(zhì)性，宜采用變異系數(shù)加以評定。

。上一張幻燈片其計(jì)算公式：

σ=

=N≥25土木工程材料第四章混凝土

假設(shè)3個(gè)施工單位同樣生產(chǎn)C20混凝土，甲單位管理水平很高，統(tǒng)計(jì)等混凝土的標(biāo)準(zhǔn)差為2MPa，幾組混凝土平均強(qiáng)度f甲＝20＋1．645σ＝23．3MPa；乙單位施工管理水平一般，σ＝5MPa；幾組混凝土平均強(qiáng)度f乙＝20＋1．645σ＝28．2MPa；丙單位管理水平低劣，σ＝8MPa，幾組平均強(qiáng)度f丙＝20＋1．645σ＝33．2MPa，也就是說，3種施工水平的單位均得按95％保證率要求控制混凝土平均強(qiáng)度。施工質(zhì)量優(yōu)良的混凝土平均強(qiáng)度23．3MPa與施工質(zhì)量低劣的混凝土平均強(qiáng)度33．2MPa具有同等的使用價(jià)值。因此，不但要使混凝土平均強(qiáng)度大于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級，更重要的是要想方設(shè)法減少混凝土強(qiáng)度的變異性。這樣，既保證了工程質(zhì)量也降低了工程造價(jià)。

土木工程材料第四章混凝土3.變異系數(shù)（又稱離差系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)）

由于σ隨強(qiáng)度等級的提高而增大，當(dāng)混凝土強(qiáng)度不同時(shí),可采用Ｃv作為評定混凝土質(zhì)量均勻性的指標(biāo)。Ｃv越小，表示混凝土質(zhì)量越好；Ｃv越大，則表示混凝土質(zhì)量越差。變異系數(shù)亦即為標(biāo)準(zhǔn)差與平均強(qiáng)度的比值，實(shí)際上反映相對于平均強(qiáng)度而言的變異程度。其值越小，說明混凝土質(zhì)量越均勻，波動(dòng)越小。如上例中，前者的Cv＝5/20＝0.25；后者的Cv＝5/50＝0.1。顯而易見，后者質(zhì)量均勻性好，施工管理水平高。其計(jì)算式如下:ufcuCvs=

土木工程材料第四章混凝土4、強(qiáng)度保證率（Ｐ）

混凝土的強(qiáng)度保證率P（％）是指混凝土強(qiáng)度總體中，大于等于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的概率，在混凝土強(qiáng)度正態(tài)分布曲線圖中以陰影面積表示，見圖所示。低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級（fcu，ｋ/fd）的強(qiáng)度所出現(xiàn)的概率為不合格率。混凝土強(qiáng)度保證率土木工程材料第四章混凝土混凝土強(qiáng)度保證率Ｐ（％）的計(jì)算方法為：首先根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)等級（fd）、混凝土強(qiáng)度平均值（）、標(biāo)準(zhǔn)差（σ）或變異系數(shù)（Ｃv），計(jì)算出概率度（ｔ），即

強(qiáng)度保證率Ｐ（％）就可由正態(tài)分布曲線方程積分求得，即scuuffcut-=

土木工程材料第四章混凝土但實(shí)際上當(dāng)已知ｔ值時(shí)，可從數(shù)理統(tǒng)計(jì)書中的表內(nèi)查到Ｐ值。(表5-19

）工程中Ｐ（％）值可根據(jù)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)混凝土試件強(qiáng)度不低于要求強(qiáng)度等級的組數(shù)N0與試件總組數(shù)Ｎ（Ｎ≥２５）之比求得，即土木工程材料第四章混凝土5、混凝土配制強(qiáng)度施工中，由于各種因素的影響，混凝土強(qiáng)度總會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，為使混凝土具有要求的保證率，必須使混凝土的配制強(qiáng)度fcu.o高于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu.k。令：則：土木工程材料第四章混凝土式中fcu.0——混凝土的配制強(qiáng)度，MPa；fcu.k——混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；σ——施工單位混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的歷史統(tǒng)計(jì)水平，MPa；t——概率參數(shù)(概率度)。根據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJl07～87)，混凝土的強(qiáng)度保證率應(yīng)為95%。據(jù)此，土木工程材料第四章混凝土從表中可以查出，達(dá)到此保證率時(shí)，t=-1．645。所以混凝土配制強(qiáng)度應(yīng)為：土木工程材料第四章混凝土施工單位的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)按下列規(guī)定確定：

(1)當(dāng)施工單位有近期的同一品種混凝土強(qiáng)度資料時(shí)，其混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差按下式計(jì)算：式中n——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)同一品種混凝土試件的總組數(shù)，n≥25；fcu.i——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)同一品種混凝土第i組試件的強(qiáng)度值，MPa；μfcu——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)同一品種混凝土n組強(qiáng)度的平均值，MPa。土木工程材料第四章混凝土(2)當(dāng)施工單位不具有近期的同一品種混凝土強(qiáng)度資料時(shí)，其混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差可按下表取用。

混凝土強(qiáng)度等級

低于C20C20~C35

高于C35

σ(MPa)4．05．0

6．0注：在采用本表時(shí)，施工單位可根據(jù)實(shí)際情況，作適當(dāng)調(diào)整。土木工程材料第四章混凝土1工程實(shí)例

1.1工程概況

南京地鐵一號線小行段專用線高架橋,由中隧集團(tuán)ＴＡ1標(biāo)項(xiàng)目部施工,天津新亞太監(jiān)理公司監(jiān)理,專用線高架橋箱梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為Ｃ50,箱梁混凝土從2002年8月開始澆筑,到2003年1月結(jié)束。

1.2數(shù)理統(tǒng)計(jì)

專用線高架橋箱梁共送檢混凝土試塊24組,根據(jù)其抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果,用數(shù)理方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如表1所示。

土木工程材料第四章混凝土土木工程材料第四章混凝土土木工程材料第四章混凝土分析評價(jià)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,高架橋箱梁混凝土標(biāo)號雖然較高,但是均方差和變異系數(shù)都很小,如表1混凝土強(qiáng)度保證率比較高,從強(qiáng)度波動(dòng)圖亦可看出混凝土強(qiáng)度總體比較穩(wěn)定;通過檢查評定,結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土達(dá)到了內(nèi)實(shí)外光的效果。因此,南京地鐵一號線小行段專用線高架橋箱梁混凝土滿足安全、經(jīng)濟(jì)和美觀要求。土木工程材料第四章混凝土小浪底工程土木工程材料第四章混凝土分布密度曲線返回土木工程材料第四章混凝土4.8普通混凝土配合比設(shè)計(jì)4.8.1.1混凝土配合比設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本要求：1.滿足強(qiáng)度等級要求；2.滿足所要求的和易性；3.滿足工程耐久性的要求；4.符合經(jīng)濟(jì)原則.4.8.1混凝土配合比設(shè)計(jì)基本要點(diǎn)

用計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、試驗(yàn)的方法確定不同強(qiáng)度等級配制1m3混凝土各組成材料的用量和比例。土木工程材料第四章混凝土4.8.1.2混凝土配合比設(shè)計(jì)內(nèi)涵：三個(gè)參數(shù)1、水灰比2、單位用水量3、砂率4.8.1.3混凝土配合比設(shè)計(jì)的算料基準(zhǔn)1、計(jì)算1m3混凝土拌合物中各材料的用量，以質(zhì)量計(jì)。2、計(jì)算時(shí)，骨料以干燥狀態(tài)質(zhì)量為基準(zhǔn)，所謂干燥狀態(tài)，是指細(xì)骨料含水率小于0.5%，粗骨料含水率小于0.2%。土木工程材料第四章混凝土初步配合比基準(zhǔn)配合比實(shí)驗(yàn)室配合比施工配合比4.8.2普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法和步驟土木工程材料第四章混凝土1.確定配制強(qiáng)度(fcu,t)一、初步配合比的確定2.確定水灰比值(W/C)復(fù)核耐久性土木工程材料第四章混凝土土木工程材料第四章混凝土3.確定用水量(Wo)

根據(jù)施工要求的坍落度值和已知的粗骨料種類及最大粒徑，通過查表選取單位用水量。注：①本表用水量系采用中砂時(shí)的平均取值，采用細(xì)砂時(shí)，每立方米混凝土用水量可增加5~10㎏，采用粗砂則可減少5～10㎏。②摻用各種外加劑或摻合料時(shí)，用水量應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。土木工程材料第四章混凝土4.計(jì)算混凝土的單位水泥用量(Co)復(fù)核耐久性5.確定合理砂率(Sp)

根據(jù)混凝土具有良好和易性的合理砂率，粗骨料種類及最大粒徑及已確實(shí)的水灰比，通過查表選取合理砂率。土木工程材料第四章混凝土土木工程材料第四章混凝土6.確定1m3混凝土的砂石用量（體積法）

質(zhì)量法確定砂石用量土木工程材料第四章混凝土

在初步配合比基礎(chǔ)上,進(jìn)行和易性和強(qiáng)度調(diào)整。

1、和易性調(diào)整得基準(zhǔn)配合比：按初步配合比稱取一定體積混凝土所需的各種原材料，按規(guī)定的方法拌和、進(jìn)行坍落度或工作度試驗(yàn)。調(diào)整砂率：粘聚性、如保水性不良，則增大砂率。調(diào)整單位用水量：流動(dòng)性過小，則保持W/C不變，增大水泥漿用量。流動(dòng)性過大，則保持砂率不變，適當(dāng)增加砂石的用量。

土木工程材料第四章混凝土2、強(qiáng)度校正得實(shí)驗(yàn)室配合比：一般采用三個(gè)不同的配合比，其中一個(gè)為基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比值，應(yīng)較基準(zhǔn)配合比分別增加及減少0.05，其用水量應(yīng)該與基準(zhǔn)配合比相同，但砂率值可做適當(dāng)調(diào)整并測定表觀密度。各種配比制作兩組強(qiáng)度試件，如有耐久性要求，應(yīng)同時(shí)制作有關(guān)耐久性測試指標(biāo)的試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d天進(jìn)行強(qiáng)度測定。土木工程材料第四章混凝土

假設(shè)工地砂、石含水率分別為a%和b%，則施工配合比為：C′=CshS′=Ssh(1+a%)G′=Gsh(1+b%)W′=Wsh-Ssh·a%-Gsh·b%3、施工配合比的確定

土木工程材料第四章混凝土混凝土外加劑

定義：混凝土外加劑是在混凝土生產(chǎn)過程摻入，用來改善混凝土性能，摻入不超過水泥質(zhì)量5％。

目前，外加劑品種已發(fā)展到數(shù)百個(gè)品種，其產(chǎn)量也日益增加，使其在土木工程建設(shè)中的作用越來越重要，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代水泥混凝土技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志之一。從目前土木工程技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀來看，外加劑也已成為現(xiàn)代混凝土中不可缺少的組分，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果已得到工程界的普遍認(rèn)同和重視。

土木工程材料第四章混凝土混凝土外加劑的分類

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB8075—87中按外加劑主要功能劃分?；炷镣饧觿┌粗饕δ艽笾路譃橐韵滤念悾?/p>

1、改變新拌混凝土流變性能的外加劑，如引氣劑、泵送劑、減水劑。

2、改變混凝土空氣（或其他氣體）含量的外加劑，如引氣劑、加氣劑等；

3、調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)硬化速度的外加劑，如緩凝劑、速凝劑、早強(qiáng)劑等；

4、改善混凝土其他性能的外加劑，如著色劑、膨脹劑、防凍劑、阻銹劑等。

土木工程材料第四章混凝土常用混凝土外加劑

一.減水劑

1、定義：在新拌混凝土坍落度基本相同的條件下，能顯著減少其用水量的外加劑，稱為減水劑。減水劑一般多為表面活性劑。

表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特：是具有顯著改變(通常為降低)液體表面張力或二相間界面張力的物質(zhì)，其分子由親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)二個(gè)部分組成。（1）、表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)土木工程材料第四章混凝土（2）、表面活性劑的特性及其作用表面活性劑分子的吸附定向排列土木工程材料第四章混凝土2、減水劑的作用機(jī)理

1、吸附-分散作用

2、潤滑作用

3、濕潤作用土木工程材料第四章混凝土3、減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

①提高混凝土流動(dòng)性。在混凝土原配比保持不變的情況下，摻加減水劑后可改變其新拌混凝土的稠度（增大坍落度或減小維勃稠度），從而提高其流動(dòng)性，且不影響混凝土的強(qiáng)度。

②提高混凝土強(qiáng)度。在保持新拌混凝土流動(dòng)性和水泥用量不變的條件下，摻加減水劑后可減少部分拌合用水量，降低混凝土的實(shí)際水灰比，從而提高其強(qiáng)度和耐久性。③節(jié)約水泥。在保持新拌混凝土流動(dòng)性及硬化混凝土強(qiáng)度不變的條件下，可以在減少拌合用水量的同時(shí)，相應(yīng)減少水泥用量（維持水灰比不變），從而節(jié)省水泥并改善某些性能。土木工程材料第四章混凝土二.引氣劑

1、定義：引氣劑是在混凝土攪拌過程中能引入大量均勻分布且穩(wěn)定而封閉小氣泡的外加劑。引氣劑屬于憎水性表面活性劑，其活性作用主要發(fā)生在水-氣界面上。

摻入引氣劑后，混凝土中產(chǎn)生的氣泡大小均勻，直徑在20～1000μm之間，大多在200μm以下。

土木工程材料第四章混凝土2、引氣劑對混凝土性能的影響

（1）有效改善新拌混凝土的和易性。提高了新拌混凝土的流動(dòng)性。使新拌混凝土的泌水率顯著降低，粘聚性和保水性明顯改善。（2）顯著提高混凝土的杭滲性和杭凍性。（3）變形能力增大，但強(qiáng)度有所降低。通常，混凝土中含氣量每增加1％，其抗壓強(qiáng)度可降低4％～6％，抗折強(qiáng)度可降低2％～3％。為防止混凝土強(qiáng)度的顯著下降，應(yīng)嚴(yán)格控制引氣劑的摻量，以保證混凝土的含氣量不致過大。抗凍融性要求高的混凝土，必須摻用引氣劑，其摻量應(yīng)根據(jù)混凝土的含氣量要求，通過試驗(yàn)確定。土木工程材料第四章混凝土三.早強(qiáng)劑

1、定義：早強(qiáng)劑是能顯著加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展且對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑。土木工程材料第四章混凝土2、常用品種早強(qiáng)劑的作用機(jī)理

（1）氯化鈣。CaCl2與水泥漿中的水化C3A反應(yīng)，生成幾乎不溶于水的水化氯鋁酸鈣(3Ca0·Al203·3CaC12·32H20)，并與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)，生成溶解度極小的氧氯化鈣(CaCl2·3Ca(OH)2·12H2O)。Ca(OH)2濃度的降低，又促進(jìn)了C3S的進(jìn)一步水化。由于這些反應(yīng)的綜合作用，使混凝土硬化加快，早期強(qiáng)度顯著提高。（2）硫酸鈉。它可迅速與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)，生成呈高度分散狀態(tài)的CaS04·2H20,它又很快與C3A的水化物反應(yīng)迅速生成難溶于水的水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）。（3）三乙醉胺。三乙醇胺是一種催化劑。土木工程材料第四章混凝土四.緩凝劑

加入混凝土中后能延長其凝結(jié)時(shí)間而不顯著降低其后期強(qiáng)度的外加劑稱為緩凝劑。目前土木工程中較常用的緩凝劑主要有糖類、無機(jī)鹽類、羥基羧酸及其鹽類和木質(zhì)素磺酸鹽類等，主要品種有糖蜜、木質(zhì)素磺酸鹽及檸檬酸等。有機(jī)類緩凝劑多為表面活性劑，摻入混凝土中，能吸附在水泥顆粒表面，并使其表面的親水膜帶有同性電荷，從而使水泥顆粒相互排斥，阻礙了水泥水化產(chǎn)物的凝聚。無機(jī)類緩凝劑往往是在水泥顆粒表面形成一層難溶的薄膜，對水泥顆粒的正常水化起阻礙作用，從而導(dǎo)致緩凝。土木工程材料第四章混凝土4.9其他種類混凝土土木工程材料第四章混凝土4.9.1輕混凝土

凡干表觀密度小于小于1950kg/m3的混凝土稱為輕混凝土。輕骨料混凝土多孔混凝土無砂大孔混凝土分類4.9.1.1輕骨料混凝土工業(yè)廢料輕骨料（粉煤灰，煤渣）天然輕骨料（火山渣，浮石）人工輕骨料（頁巖陶粒，粘土陶粒）輕骨料種類土木工程材料第四章混凝土輕骨料混凝土的特點(diǎn)及應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn)：體積密度比普通混凝土減小1/4～