建筑材料课件第05章_混凝土.ppt

第05章混凝土 5.1混凝土概述混凝土是指以胶凝材料（胶结料）、骨料（或称集料）、水（或不加水）及其他材料为原料，按适当比例配制，经搅拌、振捣成型后，经一定时间养护硬化而成的具有固定形状和一定强度的人造石材。根据所用胶凝材料的不同，土木工程中常用的混凝土有：水泥混凝土沥青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土 5.1.1水泥混凝土的发展概况水泥混凝土自从19世纪20年代问世以来，它在土木工程各领域的应用不断扩展。水泥混凝土已经成为各种工业与民用建筑、桥梁、铁路、公路、水利、海洋、矿山和地下工程中的主导材料。20世纪末，全世界每年平均消耗的水泥混凝土量约为90亿吨，在21世纪它仍将在众多的工程材料中占居主导地位。 5.1.2混凝土的分类概念如表5.1 5.1.3普通水泥混凝土的特点和发展方向混凝土的优点：①混凝土组成材料来源广泛。②可调整性好。③施工性好。④具有较高的抗压强度。⑤与钢筋具有良好的共同工作性（匹配性）。⑥具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境破坏作用。⑦具有较好的耐火性。 混凝土的缺点：①自重大，比强度低。②抗拉强度小，一般只有其抗压强度的1/10～1/15，属于一种脆性材料。③导热系数大。一般为1.5w/m·k，相当于粘土砖的两倍。④硬化慢、生产周期长。 普通砼发展趋势：高强、高性质轻质减少生产能耗和劳动强度砼工业的可持续发展技术 5.2普通混凝土组成材料普通混凝土是由水泥、水、细骨料（天然砂等）和粗骨料（石子等）等为基本材料，或再掺加适量外加剂、混合材料等制成的复合材料。（如图5.1）各组成材料的作用：砂、石等骨料在混凝土中起骨架作用，因此也称为骨料，还可对混凝土起稳定性作用。由水泥与水所形成的水泥浆在混凝土硬化前起润滑作用；在混凝土硬化后，水泥浆形成的水泥石起胶结作用。 5.2.1水泥1.水泥品种的选择工程性质硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥工程特点大体积工程不宜可宜宜宜早强混凝土宜可不宜不宜不宜高强混凝土宜可可不宜不宜抗渗混凝土宜宜不宜宜宜耐磨混凝土宜宜可不宜不宜环境特点普通环境可宜可可可干燥环境可宜不宜不宜可潮湿或水下环境可可可可可严寒地区宜宜可不宜不宜严寒地区并有水位升降宜宜不宜不宜不宜 例某施工队使用以煤渣掺量为30％的火山灰水泥铺筑路面，见图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。露石混凝土路面按JTJ012－94《公路混凝土路面设计规范》，对于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。 2.水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应当与混凝土的设计强度等级相适应。通常要求水泥的强度为混凝土抗压强度的1.5～2.0倍；配制较高强度混凝土时，可取0.9～1.5倍。如表5.3 道路水泥混凝土质量与水泥选用请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面(如图)，该水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为C3S:53％，C2S:25％，C3A:15％，C4AF:7％。请从水泥的角度分析其选用有否不当之处。水泥混凝土道路表面该路面磨损较严重，已出现较多裂纹。可见表面水泥砂浆层干缩较大、耐磨性较差。从资料可见，所选用的水泥熟料矿物组成中C3A含量较高，当水泥中C3A含量较高，其耐磨性较差、干缩较大，可见选用水泥不当。 使用受潮水泥广西百色某车间单层砖房屋盖采用预制空心板12m跨现浇钢筋混凝土大梁，1983年10月开工，使用进场已3个多月并存放潮湿地方的水泥。1984年拆完大梁底模板和支撑，1月4日下午房屋全部倒塌。事故的主因：是使用受潮水泥，且采用人工搅拌，无严格配合比。致使大梁混凝土在倒塌后用回弹仪测定平均抗压强度仅5MPa左右，有些地方竟测不出回弹值。此外振捣不实，配筋不足等问题。 5.2.2细骨料（砂）骨料按粒径大小分为:粗骨料细骨料通常粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的70％～80％。因此，骨料质量的优劣对混凝土性能影响很大。 1.细骨料的种类及其特性细骨料：粒径4.75mm以下的骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂：河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；山砂：有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多；海砂：常混有贝壳碎片和含较多盐分等有害杂质。人工砂：机制砂：是将天然岩石用机械轧碎、筛分后制成的颗粒，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及细粉含量较多，且成本较高。混合砂：是由机制砂和天然砂混合而成，其技术性能应满足人工砂的要求。 依据GB/T14684-2001《建筑用砂》的规定，根据混凝土用砂的质量状态不同可分为：I类砂：适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土；Ⅱ类砂：适合配制强度在60MPa以下的混凝土以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土；Ⅲ类砂：通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土或建筑砂浆。 5.2.2.2砂的颗粒形状及表面特征河、海砂山砂 5.2.2.3砂的粗细程度及颗粒级配砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的平均粗细程度。通常砂子按粗细程度分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。砂子的粗细对于混凝土材料的内部结构及性能具有明显的影响。用粗砂配制混凝土要比用细砂配制混凝土所需的水泥浆量要节省。但若砂子过粗，则颗粒间难以相互嵌固，使混凝土内部结构难以形成稳定的相互嵌固堆聚结构，从而造成许多不良现象。因此，配制混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。 砂的颗粒级配是指不同粒径砂子的颗粒组配情况。也就是指砂中大小颗粒之间的搭配情况。要获得稳定的颗粒堆聚结构，并需要较少的水泥浆时，砂的颗粒级配应该为多种粒径的颗粒相互合理搭配（下图）。 筛分法砂筛分析法是用一套方孔孔径分别为9.50mm,4.75mm，2.36mm，1.18mm，600μm,300μcm和150μm的7个标准筛。将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得剩余在各筛上的砂质量：计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率），分别以a1，a2，a3，a4，a5和a6表示；再算出各筛的累计筛余百分率（某一筛与孔径更大的各筛的所有分计筛余百分率之和），分别以A1，A2，A3，A4，A5和A6表示。 细度模数（Mx）砂的细度模数(Mx)越大，表示砂越粗。当Mx＝3.7～3.1时为粗砂，当Mx＝3.0～2.3时为中砂，当Mx=2.2～1.6时为细砂，当Mx＝1.5～0.7时为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7～1.6，通常采用中砂较为适宜。 级配区累计筛余％筛孔尺寸级配区1239.50mm0004.75mm10～010～010～02.36mm35～525～015～01.18mm65～3550～1025～0600μm85～7170～4140～16300μm95～8092～7085～55150μm100～90100～90100～90 筛分曲线 砂的细度模数不能反映砂的级配优劣，细度模数相同的砂，其级配可能差别很大。因此，在配制混凝土时，砂的颗粒级配和细度模数应同时考虑。当砂子的级配较好，且其中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙时，这种砂的级配和粗细最适宜，其空隙率及总表面积均较小。配制混凝土时宜优先选用合格的中砂(2区砂）。当采用粗砂(1区砂）时，应适当提高其砂率，并保证有足够的水泥用量以填满骨料间的空隙；当采用细砂(3区砂）时，宜适当降低砂率以控制需要水泥浆包覆的细骨料总表面积。在选择砂源时应本着就地取材的原则。 （2）混凝土用砂的质量要求（1）含泥量、石粉含量和泥块含量砂中含泥量通常是指天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量；主要是由40～75μm的微粒组成泥块含量是指砂中所含粒径大于1.18mm,经水浸洗、手捏后粒径小于600μm的颗粒含量。 天然砂的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），％＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（按质量计），％0＜1.0＜2.0 人工砂的石粉含量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类1亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量（按质量计），％＜3.0＜5.0＜7.0①2泥块含量（按质量计），％0＜1.0＜2.03MB值≥1.40或不合格石粉含量（按质量计），％＜1.0＜3.0＜5.04泥块含量（按质量计），％0＜1.0＜2.0①根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定 （3）有害物质含量有害物质是指各种可能降低混凝土性能与质量的物质。通常，应限制云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、氯盐和有机物等的含量，且砂中不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、煤渣等杂物。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（按质量计），％，＜1.02.02.0轻物质（按质量计），％，＜1.01.01.0硫化物及硫酸盐（按SO3质量计），％，＜0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计），％，＜0.010.020.06有机物（比色法）合格合格合格 比色试验将砂试样（500g）倒入250ml的量筒中，然后注入3％浓度的NaOH溶液到200ml刻度处，剧烈摇动后静置24小时。用鞣酸粉和3％浓度的NaOH溶液配制标准液。若试样上部溶液的颜色浅于标准液的颜色，则有机物的含量对混凝土无害。如果试样上部溶液的颜色比标准液深，则表示砂中可能含有较多的有机物，但不能肯定这种砂不适用于混凝土。必须对可疑的砂再用下法检验：用经清洗有机物含量合格后的砂和未经清洗的砂配制相同配比、相同流动度的砂浆。若未经清洗的砂配制的砂浆，其7天和28天抗压强度不低于经清洗的砂配制的砂浆强度的95％时，则此砂可采用。 （4）砂的坚固性坚固性是指骨料在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。自然因素包括：温度变化干湿变化冻融循环通常采用硫酸钠溶液法检验骨料的坚固性：将砂试样在饱和硫酸钠溶液中经5次循环浸渍后；依据其质量损失来评定其类别。人工砂则采用压碎指标试验法进行检测。 砂的坚固性指标项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，％，＜8810压碎指标项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级最大压碎指标，％，＜202530 （5）表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，一般为2600～2700kg/m3；松散堆积密度大于1350kg/m3，一般为1400～1600kg/m3，在捣实状态下为1600～1700kg/m3；空隙率小于47％，一般为35～45％。（6）碱集料反应 5.2.2.4砂的含水状态 5.2.3粗骨料（石子）粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石子。常用的有碎石及卵石两种。卵石　碎石 根据其粒径尺寸分布状况的不同，混凝土用粗骨料有连续粒级和单粒级两种；依据其有害杂质含量的多少及强度的高低不同，又可分为I类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。其中：I类粗骨料适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土；Ⅱ类粗骨料适合配制强度在60MPa以下的混凝土，以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土；Ⅲ类粗骨料通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土。建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T14685－2001《建筑用卵石、碎石》的技术要求。 1.粗骨料中的含泥量和泥块含量粗骨料的含泥量是指粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于4.75mm,经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。它们在混凝土中均影响其强度与耐久性。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计），％＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（按质量计），％0＜0.5＜0.7 2.粗骨料中的有害物质含量混凝土用粗骨料中应严格控制有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质的含量（下表），并且不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。混凝土用粗骨料中有害物质含量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计），％，＜0.51.01.0 3.骨料的碱活性当水泥或混凝土中含有较多的强碱（Na2O，K2O）物质时，在潮湿环境下可能与含有活性二氧化硅的骨料反应，在骨料表面生成一种复杂的碱-硅酸凝胶体，这种反应称为碱-骨料反应。这种碱-硅酸凝胶体吸水时体积将会膨胀3倍以上。碱-骨料反应的化学反应式可简单表达如下：若怀疑所用骨料有可能含有活性骨料时，应根据混凝土结构的使用条件与要求，按规定方法(CECS48：93)进行骨料的碱活性试验。经碱骨料反应试验后，由砂、卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10％。 碱—骨料反应引起的错位 4.粗骨料的强度碎石的强度可用其母岩岩石的立方体抗压强度或压碎指标值来表示。卵石的强度则用压碎指标值表示。岩石立方体抗压强度检验是将碎石的母岩制成边长为50mm的立方体试件，在浸水饱和状态下测定其极限抗压强度值。混凝土用粗骨料要求其岩石立方体抗压强度应不小于混凝土抗压强度的1.5倍。通常：对于火成岩，其抗压强度应不小于80MPa；对于变质岩，其抗压强度应不小于60MPa；对于水成岩，其抗压强度应不小于30MPa。 压碎指标将一定质量气干状态下粒径为9.0～9.5mm的粗骨料装入标准圆筒内，并在压力机上在3～5min内对粗骨料均匀加荷至200kN，卸荷后称取试样质量G1，然后用孔径为2.36mm的筛筛除被压碎的细粒，称取剩余在筛上的试样质量G2，精确至1g。再按下式计算压碎指标值Qc：Qc——压碎指标值，％；G1——试样的质量，g；G2——压碎试验后筛余的试样质量，g。粗骨料的压碎指标值越小，表示其抵抗受压破坏的能力越强。 粗骨料的压碎指标要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（％），＜102030卵石压碎指标（％），＜121616 5.粗骨料的坚固性粗骨料的坚固性采用硫酸钠溶液法进行检验，并要求其在硫酸钠饱和溶液中经5次循环浸渍后的质量损失不应超过下表的规定值。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，％，＜5812 6.粗骨料的颗粒形状及表面特征针状颗粒是指其长度大于平均粒径2.4倍的颗粒；片状颗粒则是指颗粒厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒。对不同类别的粗骨料，其针、片状颗粒含量应符合下表的要求。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针片状颗粒（按质量计），％＜51525 骨料的表面特征又称表面结构，是指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等。骨料按表面特征分为光滑的和粗糙的颗粒表面。表面粗糙的骨料制作的混凝土的和易性较差，但与胶结料的粘结力较强；表面光滑的骨料制作的混凝土的和易性较好，一般与胶结料的粘结力较差。在相同条件下碎石混凝土强度可比卵石混凝土强度高10％左右。 7.粗骨料的最大粒径和颗粒级配筛分析试验确定粗骨料的颗粒级配。标准方孔筛的孔边长分别为：2.36mm,4.75mm,9.50mm，16.0mm，19.0mm,26.5mm，31.5mm，37.5mm，53.0mm,63.0mm，75.0mm及90.0mm共12个筛孔级别。试样筛析时，可按需要选用筛号，分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算与砂相同。根据不同的颗粒粒径分布，可将粗骨料划分为连续粒级和单粒粒级两种。连续粒级指5mm以上至最大粒径Dmax，各粒级均占一定比例，且在一定范围内。单粒级指从1/2最大粒径开始至Dmax。单粒级用于组成具有要求级配的连续粒级，也可与连续粒级混合使用，以改善级配或配成较大密实度的连续粒级。 普通混凝土用粗骨料的颗粒级配 连续级配是由连续粒级组成的颗粒级配，它是指粗骨料按颗粒尺寸由小到大连续分级，每级粗骨料都占有一定比例。间断级配是由单粒粒级组成的颗粒级配，它是用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相搭配组成的粗骨料，由于缺少中间粒径而为不连续的级配。 粗骨料的最大粒径最大粒径是指构成其颗粒级配的公称粒径的上限值。粗骨料的最大粒径越大，其总表面积和空隙率则越小，包裹其表面和填充空隙所需的水泥浆量就越少，因而可以使水泥浆用量减少，有助于提高混凝土的密实度，减少发热量及混凝土的收缩，这对大体积混凝土十分有利。在一般条件许可下，粗骨料的最大粒径应尽量可能选得大一些。 选择最大粒径主要考虑的因素①从结构上考虑：结构混凝土中应适当限制粗骨料的最大粒径。最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土实心薄板，其最大粒径不允许超过1/2板厚。②从施工上考虑：当搅拌机的容量小于0.8m3时，石子的最大粒径不得超过80mm，若是大容量搅拌机，也不宜超过150mm。对泵送混凝土，最大粒径与输送管内径之比，碎石宜小于或等于1：3，卵石宜小于1：2.5。 ③从经济上考虑：最大粒径超过150mm时，节约水泥的效果却不明显。0305080120150180160140120100Dm（mm）水泥用量百分率％ 8.骨料的含水状态普通粗骨料的饱和面干吸水率在1％左右，气干状态密实骨料的含水率在1％以下。在设计混凝土配合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干的骨料为准。砂的几种含水状态示意 5.2.4混凝土用水《混凝土拌合用水标准》(JGJ63)要求混凝土用水不得妨碍混凝土的凝结和硬化，不得影响混凝土的强度发展和耐久性，不得含有加快钢筋混凝土中钢筋锈蚀的成分，也不得含有污染混凝土表面的成分。混凝土用水中各种物质含量限值应满足下表的要求。项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值不溶物（mg/L）可溶物（mg/L）氯化物（以Cl－计）（mg/L）硫酸盐（以SO42-计）（mg/L）硫化物（以S2－计）（mg/L）＞4＜2000＜2000＜500＜600＜100＞4＜2000＜5000＜1200＜2700－＞4＜5000＜10000＜3500＜2700－ 若对水质有怀疑，应利用待检验水和蒸馏水分别进行水泥凝结时间、混凝土强度对比试验。对比试验所测得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不超过30min，且符合标准规定的凝结时间要求时才可以使用。用待检验水所配制水泥混凝土试件的28d抗压强度，不得低于用蒸馏水所配制对比试件抗压强度的90％。 含糖份水使混凝土两天仍未凝结某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。原因分析：由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。 5.3新拌混凝土的性质将粗细骨料、水泥和水等组分按适当比例配合，并经搅拌均匀而成的塑性混凝土混合材料称为新拌混凝土（也称为混凝土拌合物）；凝结硬化后的混凝土混合料称为硬化混凝土（也简称混凝土）。混凝土拌合物的性能包括和易性、凝结时间、塑性收缩和塑性沉降等。国家标准GB/T50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》标准规定，其试验为：稠度试验、凝结时间试验、泌水与压力泌水试验、表观密度试验、含气量试验和配合比分析试验。 5.3.1新拌混凝土的和易性概念和易性是指在搅拌、运输、浇筑、捣实等施工作业中易于流动变形，并能保持其组成均匀稳定的性能。和易性包括三方面性能：（1）流动性。流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模板的性能。（2）粘聚性。粘聚性是指新拌混凝土内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象，使混凝土能保持整体均匀稳定的性能。（3）保水性。保水性是指新拌混凝土具有一定保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。 5.3.2新拌混凝土和易性的检测根据GB/T50080-2002，土木工程建设中常用坍落度法或维勃稠度法来测定新拌混凝土的流动性，并辅以经验来目测评定其粘聚性和保水性，从而综合判定其和易性。其中：坍落度法：适用于较稀（自重作用下具有可塑性）的新拌混凝土；维勃稠度法：适用于较干硬的新拌混凝土。 1.坍落度试验标准坍落度圆锥筒为钢皮制成，高度H＝300mm，上口直径d＝l00mm，下底直径D＝200mm。 坍落度试验方法只适用于骨料最大粒径不大于40mm，且坍落度值为10～220mm的新拌混凝土。对于坍落度值大于220mm的新拌混凝土，应以坍落度扩展度检测，即：测量坍落后混凝土的扩展直径最大和最小两个方向的直径Dmax，Dmin，当二者的差值小于50mm时（当二者的差值大于50mm时则表示因实验操作失误而无效），则以其平均值作为坍落度扩展度。混凝土的坍落度扩展度值越大，则表明其流动性就越高。坍落度只对富水泥浆的新拌混凝土才比较敏感，而对贫水泥浆的新拌混凝土则误差较大。 依据坍落度值对新拌混凝土流动性的分级级别名称坍落度T1低塑性混凝土10～40T2塑性混凝土50～90T3流动性混凝土100～150T4大流动性混凝土＞160 2.维勃稠度试验将坍落度筒放在直径为240mm、高度为200mm圆筒中，圆筒安装在专用的振动台上。按坍落度试验的方法，将新拌混凝土装入坍落度筒内后再拔去坍落度筒，并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止，所经历的时间，以s计(精确至1s)，即为新拌混凝土的维勃稠度值。该法适用于骨料最大粒径小于40mm，维勃稠度在5～30s之间的新拌混凝土。 混凝土按维勃稠度的分级级别名称维勃稠度(s)V0超干硬性混凝土＞31V1特干硬性混凝土30～21V2干硬性混凝土20～11V3半干硬性混凝土10～5 5.3.3新拌混凝土和易性的选择根据GB50204-2001《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定，混凝土浇筑时的坍落度，宜参照下表选用。原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较好的混凝土。结构特点坍落度(mm)机械捣实人工捣实基础或地面等的垫层0～3020～40无配筋的厚大结构或配筋稀疏的结构10～3030～50板、梁和大型及中型截面的柱子等30～5050～70配筋较密的结构50～7070～90配筋特密的结构70～9090～120 混凝土中的蜂窝请观察图中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30mm。请分析混凝土不密实的原因。空洞位置　　　　　　　　局部放大混凝土横梁空洞 5.3.4影响新拌混凝土和易性的因素1.水泥浆数量在水灰比不变的情况下，新拌混凝土中的水泥浆数量越多，包裹在骨料颗粒表面的浆层越厚，其润滑能力就越强，则会因骨料间摩擦阻力的减小而使新拌混凝土的流动性越大。反之则小。若水泥浆量过多，不仅浪费了水泥，而且会出现流浆及泌水现象，导致新拌混凝土的粘聚性及保水性变差，甚至对混凝土的强度与耐久性也会产生一定的影响。若水泥浆数量过少，则不能填满骨料间的空隙或不能完全包裹骨料表面时，新拌混凝土的流动性与粘聚性就会变差，甚至产生崩坍现象。原则：新拌混凝土中水泥浆数量不能太少，但也不能过多，应以满足流动性要求为度。 2.水泥浆稠度在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越干稠，水泥浆的粘滞阻力或粘聚力增大，新拌混凝土的流动性就越小。当水灰比过小时，水泥浆就过于干稠，从而导致新拌混凝土的流动性很低，使其运输、浇注和振实施工操作困难，难以保证混凝土的成型密实质量。若水灰比过大时，水泥浆因过稀而几乎失去粘聚力，由于其粘聚性和保水性的严重下降而容易产生分层离析和泌水现象，这将严重影响混凝土的强度及耐久性。工程实际中绝不可以单纯加水的办法来增大流动性，而应在保持水灰比不变的条件下，以增加水泥浆量的办法来提高新拌混凝土的流动性。 固定加水量定则在配制混凝土时，当粗、细骨料的种类及比例确定后，对于某一流动性的新拌混凝土，其拌合用水量基本不变，即使水泥用量有所变动（如1m3混凝土水泥用量增减50～100kg）时，新拌混凝土的坍落度也可保持基本不变。这一关系称为“恒定用水量法则或固定加水量定则”。当采用常用水灰比(0.4～0.8)时，可以根据粗骨料品种、粒径及施工要求的流动性来直接确定配制lm3塑性或干硬性混凝土的用水量。 3.砂率砂率(SP)是指混凝土中砂的质量(S)占砂、石(G)总质量的百分率，其表达公式为： 合理砂率合理砂率：在用水量及水泥用量一定的情况下，能使新拌混凝土获得最大的流动性，保持良好的粘聚性和保水性。合理砂率：使新拌混凝土在具有较好流动性、粘聚性与保水性的同时，而使水泥用量达到最少。 4.组成材料性质的影响（1）水泥性质。水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都会影响需水量。用普通水泥的拌和物比矿渣水泥和火山灰水泥的和易性好。矿渣水泥拌和物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析；火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。适当提高水泥的细度可改善拌和物的粘聚性相保水性，减少泌水、离析现象。（2）骨料性质。骨料性质多指混凝土所用骨料的品种、级配、粒形、颗粒粗细及表面状态等。采用卵石及河砂拌制的新拌混凝土流动性要比用碎石及山砂拌制的新拌混凝土流动性较好。骨料级配与粗细也会影响新拌混凝土的和易性。（3）外加剂。 5.时间及环境温度新拌混凝土会随着存放时间的延长而逐渐变得越来越干稠，坍落度将逐渐减小，这种现象称为混凝土的坍落度损失。随着环境温度的升高，混凝土坍落度损失将更快。 5.3.5改善和易性的主要措施1.调节混凝土的材料组成①尽可能降低砂率。通过试验．采用合理砂率。有利于提高混凝土的质量和节约水泥。②改善砂、石(特别是石子)的级配，好处同上，但要增加备料工作。③尽量采用较粗的骨料。④当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或者加入外加剂等；当拌合物坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当加砂、石子。 2.掺加各种外加剂常用的有减水剂、高效减水剂、流化剂、泵送剂等，不仅可以改善新拌混凝土的和易性，同时还具有提高混凝土强度，改善混凝土耐久性，降低水泥用量等作用。3.改进水泥混凝土拌和物的施工工艺采用高效率的强制式搅拌机，可以提高水的润滑效率；采用高效振捣设备，也可以在较小的坍落度情况下，获得较高的密实度。现代的商品混凝土，在远距离运输时，为了减小坍落度损失，还经常采用二次加水法，即在搅拌站拌和时只加入大部分的水，剩下少部分水在快到施工现场时再加入，然后迅速搅拌以获得较好的坍落度。 5.4硬化混凝土的性质5.4.1硬化混凝土的力学性质 1.混凝土受力破坏过程①第Ⅰ阶段：荷载约为极限荷载的30％以内，界面裂缝无显著变化，荷载与变形呈直线关系。②第Ⅱ阶段：荷载超过比例极限，达到极限应力的30％～50％时，尚无明显砂浆裂缝出现。此时荷载与变形间不再是线性关系。当荷载超过极限应力的50％时，有些界面裂缝就开始失稳而逐渐扩展延伸至砂浆基体中。③第Ⅲ阶段：荷载超过临界荷载（极限荷载的70％～90％）后裂缝继续开展，在界面裂缝继续扩展的同时，砂浆基体中的裂缝也逐渐增生，并与邻近的界面裂缝连接起来，成为连续裂缝。④第Ⅳ阶段：达到极限荷载以后，连续裂缝急速地发展，混凝土的承载能力下降，变形自动增大直至完全破坏。 2.硬化混凝土的强度混凝土的强度包括：抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度与钢筋的粘结强度混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切。混凝土的强度越高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些介质侵蚀的能力也越强。混凝土的抗压强度是结构设计的主要参数，也是混凝土质量评定和控制的主要技术指标。 （1）混凝土的抗压强度根据《普通混凝土力学性能试验方法》》(GB/T50081-2002)，按规定方法制作而成150mm×150mm×150mm的标准立方体试件，在标准养护条件（温度20℃士2℃，相对湿度大于90％或在水中）下养护到28d龄期，用标准试验方法所测得的抗压强度值称为混凝土的立方体抗压强度，并以fcu表示。在工程施工中，常需要制作同期标准试件并与混凝土结构同条件养护（简称同条件养护试件），所测试件的抗压强度作为现场混凝土施工工艺和进度控制的依据。《早期推定混凝土强度试验方法))(JG15)：可利用快速养护方法所测定的混凝土促硬强度值来推定28d强度。对于已形成的混凝土结构物，其抗压强度可采用取芯法检测，或利用回弹法、超声波法等非破损检验推定。 （2）混凝土强度等级按照GB50010－2002《混凝土结构设计规范》，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值(fcu，k)是以立方体抗压强度为基准所确定的混凝土强度统计值。它是用标准试验方法测得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％（即具有强度保证率为95％的立方体抗压强度）。根据混凝土不同的强度标准值可划分为大小不同的强度等级。C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75及C80等。例如,C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k＝40MPa。 混凝土强度等级的选用C10～C15——垫层、基础、地坪及受力不大的结构；C20～C25——梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；C25～C30——大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；C40～C45——预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于25～30层；C50～C60——30层至60层以上高层建筑；C60～C80——采用高性能混凝土的高层建筑；C80～C120——采用超高强混凝土的高层建筑。 （3）混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度fcp又称棱柱体抗压强度，它是采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件，按照标准养护方法与试验方法所测得轴向抗压强度的代表值。当fcu在10～50MPa范围内时，轴心抗压强度fcp≈(0.7～0.8)fcu，其系数一般取0.76。 （4）混凝土的抗折强度(ftf)混凝土的抗折强度（弯拉强度）是指处于受弯状态下混凝土抵抗外力的能力。通常抗折强度是利用150mm×150mm×550mm的试梁在三分点加荷状态下测得的（其试件受力状态见图4-14）。试件受弯状态下的抗折强度计算公式为：ftf——混凝土的抗折强度(MPa)；F——所承受的最大垂直荷载(N)；L——试件两支点间的间距(450mm)；b——试件截面宽度（150mm）；h——试件截面高度（150mm）。图4-14抗折试验装置图（单位mm）1、2、6-一个钢球3、5-二个钢球4-试件7-活动支架8-机台9-活动船形垫块 道面混凝土抗折强度标准值要求（MPa）普通水泥混凝土抗折强度与抗压强度参考关系交通等级特重重中等轻普通水泥混凝土5.05.04.54.0钢纤维混凝土6.06.05.55.0抗折强度1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5抗压强度5.07.711.014.919.824.219.735.841.848.4 （5）混凝土的抗拉强度混凝土抗拉强度很低，只有抗压强度的1/10～1/20(通常取1/15)。通常采用劈裂抗拉试验法间接得出混凝土的抗拉强度，并称之为劈裂抗拉强度（fts）。混凝土劈裂抗拉强度是采用边长为150mm的立方体试件，计算公式为：fts——混凝土劈裂抗拉强度，MPa；P——破坏荷载，N；A——试件劈裂面面积，mm2。1-上压板2-下压板3-垫层4-垫条 试验研究证明，在相同条件下，混凝土的劈裂抗拉强度(fts)与标准立方体抗压强度(fcu)之间具有一定的相关性，对于强度等级为10～50MPa的混凝土，其相互关系可近似表示为： （6）混凝土与钢筋的粘结强度在钢筋混凝土结构中，为使钢筋与混凝土间有效地协同工作，要求它们之间必须有足够的粘结强度（也称为握裹强度）。粘结强度通常与混凝土抗压强度近似成正比。粘结强度还受其他许多因素的影响，如钢筋尺寸及变形钢筋种类，钢筋在混凝土中的位置（水平钢筋或垂直钢筋），加载类型（受拉钢筋或受压钢筋），干湿变化或温度变化等。 为了对比不同混凝土的粘结强度，美国材料试验学会提出了一种拔出试验方法：在边长为150mm的立方体混凝土试件中埋入φ19mm的标准变形钢筋，以不超过34MPa/min的加荷速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服、混凝土开裂或加荷端钢筋滑移超过2.5mm时，记录出现上述三种中最早出现的任一情况时的荷载值P，并用下式计算混凝土与钢筋的粘结强度：fN——粘结强度(MPa)；d——钢筋直径(mm)；L——钢筋埋入混凝土中的长度(mm)；P——测定的荷载值(N)。 3.影响混凝土强度的主要因素混凝土强度试验的过程表明，正常配比的混凝土在受力破坏时主要表现为骨料与水泥石的粘结界面开裂或水泥石本身的开裂。因此，混凝土的强度主要取决于水泥石强度及其与骨料的粘结强度。而粘结强度又与水泥强度、水灰比及骨料的性质有密切关系。混凝土的强度还受施工质量、养护条件及龄期的影响。 （1）水泥强度与水灰比的影响水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的最主要因素。在水灰比不变的情况下，水泥强度越高，则硬化水泥石的强度越大，对骨料的胶结力也就越强，所配制的混凝土强度也就越高。当用同一种水泥（品种及强度相同）时，混凝土的强度主要决定于水灰比。这一规律只适用于新拌混凝土已被充分振捣密实的情况。 混凝土的强度(fcu)与水灰比(W/C)之间呈近似双曲线关系，可用方程fcu＝K／（W/C）表示，则fcu与C/W之间呈近似线性关系。 混凝土强度公式当混凝土的灰水比在1.2～2.5之间时，混凝土强度与灰水比、水泥强度之间的关系可用经验公式（鲍罗米公式）表示：fcu——混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)；C——1m3混凝土中水泥用量(kg)；W——1m3混凝土中水的用量(kg)；fce——水泥的实际强度(MPa)。水泥的实际强度通常高于其强度等级的标准值(fce,k)。fce＝γc·fce，k代入，其中γc为水泥强度等级标准值的富余系数，一般取1.13；A，B——回归系数，它与骨料品种及水泥品种等因素有关。 回归系数A,B的取值按JGJ/T55-2000《普通混凝土配合比设计规程》，回归系数A，B按下列规定确定：A，B应根据工程所使用的水泥、骨料，通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；当不具备上述试验统计资料时，其回归系数可按下表选用:系数碎石卵石A0.460.48B0.070.33 利用混凝土强度计算公式，可初步解决两个问题：①当水泥强度等级已经选定，配制某一强度的混凝土时，算出应用的水灰比近似值。②当已知水泥强度等级及选定水灰比时，可以计算出该混凝土28d可能达到的强度。该推算公式主要适用于流动性混凝土及低流动性混凝土，对于干硬性混凝土则偏差较大。对于C60以上等级的混凝土，灰水比（胶水比）与抗压强度之间的线性关系不够明显，不宜简单套用混凝土强度计算公式。 例题已知某混凝土所用水泥强度为36.4MPa，水灰比0.45，碎石。试估算该混凝土28天强度值。[解]因为：W/C=0.45所以C/W=1/0.45=2.22碎石：A=0.46，B=0.07代入混凝土强度公式有：=0.46×36.4(2.22-0.07)=36.0(MPa)答：估计该混凝土28天强度值为36.0MPa。 （2）骨料的影响不同类型的粗骨料直接影响着混凝土的强度（反映在A,B系数上）。通常碎石混凝土的强度要高于卵石混凝土的强度。颗粒以近似球形或立方形的骨料对混凝土强度有利，而过多的针状或片状颗粒将会导致混凝土强度的下降。通常将混凝土中骨料质量与水泥质量之比称为集灰比。在水灰比和坍落度相同的情况下，混凝土强度可随着集灰比的增大而提高，但当骨料过多时也会降低混凝土的强度。 （3）养护温度及湿度的影响 在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖并开始浇水。当日平均气温低于5℃时不宜浇水，而应以保湿覆盖为主。混凝土浇水养护的持续时间：当采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥时，不得少于7d；当采用火山灰质硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥时，以及掺用缓凝型外加剂或对混凝土有抗渗性要求时，不得少于14d。 （4）龄期在正常养护条件下，混凝土的强度随龄期的增长而不断发展，最初7～14d内强度发展较快，以后便逐渐缓慢。尽管通常所指强度是28d强度，但28d后强度仍在发展，只是发展速度较慢。只要温度和湿度条件适当，混凝土的强度增长过程很长，可延续数十年之久。 在标准养护条件下，普通水泥混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比例关系，可利用这种关系估算不同龄期的混凝土强度：fn——混凝土nd龄期的抗压强度(MPa)；f28——混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)；n——养护龄期(d)，且n≥3d。 （5）试验条件对混凝土强度测定值的影响试验条件是指检测混凝土强度时所用试件的尺寸、形状、表面状态，以及试验时的加荷速度等。试验条件不同，会影响混凝土强度表现值的大小。 ①试件尺寸对于相同的混凝土，当其试件尺寸较小时，所测得的抗压强度值较大。我国采用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，当采用非标准的其他尺寸试件时，所测得的抗压强度应乘以下表所列的换算系数。混凝土抗压强度试块允许最小尺寸表骨料最大颗粒直径（mm）换算系数试块尺寸（mm）31.50.95100×100×100（非标准试块）401.00150×150×150（标准试块）601.05200×200×200（非标准试块） ②试件的形状当试件受压面积(a×a)相同，而高度(h)不同时，高宽比（h/a）越大，抗压强度越小。 混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状 ③试件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。当试件受压面上有油脂类润滑剂时，试件受压时的环箍效应大大减小，试件将出现直裂破坏，测出的强度值也较低。 ④加荷速度试验时加荷速度越快，混凝土强度表现值也就越大。当加荷速度超过1.0MPa/s时，这种趋势很明显。我国标准规定，混凝土抗压强度的加荷速度为0.3～0.8MPa/s,且应连续均匀地进行加荷；否则，所测得的强度值就不准确。 ⑤施工方法的影响若配合比相同且成型密实条件一致时，机械搅拌混凝土的强度一般要比人工搅拌时混凝土的强度提高10％左右。采用机械振捣比人工捣实要密实得多，这对低水灰比的混凝土尤为显著。采用二次搅拌工艺，也能提高混凝土强度。这种工艺的原理是将骨料和水泥投入搅拌机后，先加少量水拌和，使骨料表面裹上一层水灰比很小的水泥浆（此称“造壳”），以有效地改善骨料的界面结构，从而提高混凝土的强度。这种混凝土称为“造壳混凝土”。 混凝土强度低屋面倒塌某县东园乡美利小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振荡，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂,屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女小学生。大梁断裂 4.提高混凝土强度的措施（1）采用高强度等级水泥或早强型水泥。（2）采用低水灰比的干硬性混凝土。（3）采用机械搅拌与振实等强化施工工艺。（4）采用湿热处理养护措施。所谓的湿热处理，就是提高水泥混凝土养生时的温度和湿度，以加快水泥的水化，提高早期强度。常用的湿热处理处理方法，可分为蒸汽养护及蒸压养护两类。 蒸汽养护是将混凝土放在温度低于100℃的常压蒸汽中进行养护。混凝土经过16～20h蒸汽养护，其强度可达正常条件下养护28d强度的70%～80％。蒸汽养护时，是使浇筑好的混凝土构件经1～3h时预养后，再在90％以上的相对湿度、60℃以上温度的饱和水蒸汽中养护。蒸汽养护最适于掺活性混合材料水泥：矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥制备的混凝土，最高养护温度一般可达90℃，恒温养护时间不超过12h。对普通水泥或硅酸盐水泥配制的混凝土进行蒸汽养护，其早期强度也能得到提高，但后期强度增长速度反而减缓，其28d强度比标准养护28d的强度低10％～15％。所以用普通水泥配制的混凝上养护温度不宜太高，时间不宜太长，一般养护温度为60～80℃，恒温养护时间5～8h为宜。 蒸压养护蒸压养护是将浇筑完的混凝土构件静停8～10h后，放在高温高压（通常为175℃的温度及8个大气压）的压蒸釜中进行养护。在高温高压下，水泥水化时析出的Ca(OH)2与混合材料中的活性SiO2反应，生成结晶度较好的水化硅酸钙，可有效地提高混凝土的强度，并加速水泥的水化与硬化。这种方法对采用掺活性混合材料水泥及掺入磨细石英砂的混合硅酸盐水泥更为有效。 （5）掺加增强型外加剂。混凝土中掺入早强剂，可提高其早期强度。掺入减水剂尤其是高效减水剂，可大幅度减少拌合用水量，使混凝土获得较高的强度。（6）掺入掺合料。对于某些高强混凝土，在掺入高效减水剂的同时，往往还必须掺入磨细的矿物混合材料，如优质粉煤灰、硅灰、沸石粉及超细矿渣粉等。 掺合料粉煤灰SEM照片　丝光沸石SEM照片　硅灰SEM照片4000×2000×10000× 5.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与荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形又分为混凝土化学收缩、干湿变形及温度变形；荷载作用下的变形又分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形（即徐变）。 （1）非荷载作用下的变形①化学收缩。混凝土在硬化过程中，由于水泥水化生成物的固相体积小于水化前反应物的总体积，从而引起混凝土的体积收缩，这种收缩称为化学收缩。混凝土的化学收缩量通常很小，一般为(4～100)×10－6mm／mm，通常对混凝土结构几乎没有明显影响，但当其收缩量较大（水泥用量过多）时也可在混凝土内部产生微细裂纹，从而降低混凝土的耐久性。 ②干湿变形混凝土内部所含水分有三种形式：自由水（即孔隙水），毛细管水和凝胶体颗粒吸附水。当后两种水发生变化时，混凝土就会产生干湿变形。干缩后的混凝土若再吸水变湿时，有30％～50％的变形已不可恢复。 混凝土的干缩变形检测方法用100mm×100mm×515mm的标准试件，在规定试验条件下直接测得其干缩率。实际混凝土结构的干缩率要比试验值小。通常混凝土的干缩率试验值可达(3～5)×10－4；在混凝土结构设计时干缩率取值为(1.5～2.0)×10－4，即每1米混凝土的收缩量为0.15～0.20mm。干缩变形对混凝土危害较大，它可导致混凝土表面产生很高的拉应力而产生开裂，不仅降低其结构承载能力与安全性，而且严重降低混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀等耐久性能。 影响水泥混凝土干缩变形的因素水泥用量、细度及品种混凝土中水泥浆量愈多，其干缩率就愈大。水泥颗粒愈细，干缩也愈大。采用掺混合材料较多的水泥所配制的混凝土，比用普通水泥配制的混凝土干缩率大。水灰比当混凝土中的水泥用量不变时，混凝土的干缩率将随着水灰比的增大而增加。混凝土单位用水量的多少，也是影响其干缩率的重要因素，一般用水量每增加1％时，干缩率增大2％～3％。骨料质量骨料的弹性模量较大时，则其干缩率较小。吸水率较大的骨料其干缩率较大。骨料的含泥量较多时，也会增大混凝土的干缩性。通常，骨料粒径较大且级配良好时，混凝土干缩率较小。施工质量利用可靠的成型密实工艺和长期稳定的保湿养护，可推迟混凝土干缩变形的发生和发展，但对混凝土的最终干缩率无显著影响。 混凝土干缩缝某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂缝。裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半，裂缝上宽下窄，最大宽为0.5mm。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于完整的砂岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土强度满足要求。经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从C20提高至C30，单位水泥用量增加了90kg，且当时使用的砂亦恰好细度变细。原因分析：从裂缝形状看，可知不属荷载裂缝，为收缩变形产生的裂缝。原因是施工中任意提高混凝土强度，加大水泥用量，且采用细度模数小的砂，这两方面都会使收缩增大，从而导致产生裂缝。 ③温度变形混凝土热胀冷缩变形对于早期的混凝土结构危害很大，尤其是对大体积混凝土。混凝土的温度线膨胀系数为(1.0～1.5)×10－5／℃，即温度每升降1℃，1m长的混凝土结构物将产生0.01～0.015mm的膨胀或收缩变形。对纵长的混凝土结构或大面积混凝土工程来说，其累计热胀冷缩变形也可能导致结构的破坏。通常采用每隔一段距离设置一道伸缩缝，或在结构中设置温度钢筋等措施，以避免其热胀冷缩变形造成的破坏。 （2）荷载作用下的变形①混凝土的弹塑性变形 ②混凝土的弹性模量采用其轴心抗压强度(fcp)的40％作为试验控制应力荷载值（即σ=0.4fcp），经四次以上反复加荷与卸荷后，测得应力与应变的比值，即为混凝土的弹性模量E,它在数值上与tanα相近。 影响混凝土弹性模量的因素混凝土的弹性模量随着其强度的提高而增大。当混凝土强度等级由C10增加到C60时，其弹性模量大致由1.75×104MPa增加到3.60×104MPa。骨料含量越多，或其弹性模量越大，则混凝土的弹性模量就越高。混凝土的水灰比较小，或养护较充分且龄期较长时，混凝土的弹性模量就较大。在结构设计中，混凝土弹性模量是计算钢筋混凝土的变形、裂缝扩展及大体积混凝土的温度应力时所必须的参数。 ③徐变徐变是指混凝土在长期恒荷载作用下，随着时间的延长，沿着作用力的方向发生的变形。这种变形一般要延续2～3年才逐渐趋向稳定。 混凝土产生徐变的原因一般认为是由于水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下产生粘性流动，使凝胶孔水向毛细孔内迁移渗透所致（渗出假说）。当混凝土处于硬化初期时，水泥水化量很少，所含毛细孔较多，且凝胶体结构联结不够紧密，凝胶体易于在水泥石中流动，此时过早的加荷将会导致徐变发展较快且徐变量也较大；当混凝土经充分硬化后，水泥水化量较多，毛细孔相对较少，凝胶体结构联结已较紧密，毛细孔抗变形能力与凝胶体抗流变能力均较高，此时加荷时混凝土的徐变发展缓慢且徐变量也较小。 徐变的影响因素混凝土徐变是其水泥石中毛细孔相对数量的函数。毛细孔数量越多，混凝土的徐变越大，反之亦然。因此，当混凝土的水灰比较小，硬化龄期较长时，其中毛细孔含量就较少，徐变量也就较小。混凝土经充分湿养护后，其中毛细孔数量显著减少，内部凝胶体结构较密实，则其徐变量也较小。混凝土中骨料用量较多，且骨料弹性模量较大、级配较好及最大粒径较大时，则徐变量较小。 徐变的影响混凝土徐变对结构物的影响有利也有弊。有利方面：徐变可消除混凝土结构内部的应力集中，通过应力重新分布而使结构物的整体承载能力提高，也可避免因局部集中应力而造成的逐渐破坏；对大体积混凝土结构，徐变还能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。不利方面：由于徐变变形而使预应力钢筋混凝土中钢筋的预应力损失。 5.4.2硬化混凝土的耐久性混凝土的耐久性是指混凝土抵抗环境条件的长期作用，并保持其稳定良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力。氯离子腐蚀酸雨腐蚀被腐蚀的混凝土 1.混凝土抗渗性混凝土抗渗性是指混凝土抵抗液体（水、油、溶液等）压力渗透作用的能力。水灰比大小是影响混凝土中水泥石抗渗性的最主要因素。 抗渗等级（P）抗渗等级是以28d龄期的标准试件，按标准试验方法进行试验时所能承受的最大水压力来确定。GB50164《混凝土质量控制标准》根据混凝土试件在抗渗试验时所能承受的最大水压力（混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力），将混凝土的抗渗等级划分为P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，分别表示混凝土可抵抗0.4MPa，0.6MPa，0.8MPa，1.0MPa及1.2MPa的静水压力而不渗透。在工程设计时，应依据工程实际所承受的水压大小来选择抗渗等级。 试配时应采用水灰比最大的配合比作抗渗试验:其抗渗试验结果应符合下式要求：Pt≥P/10＋0.2式中P——设计要求的抗渗等级抗渗等级最大水灰比C20～C30C30以上P60.600.55P8～P120.550.50>P120.500.45 影响抗渗性的因素水灰比：水灰比越大，其抗渗性越差。骨料的最大粒径：在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗诊性能越差。养护方法：蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差。在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂隙，因而降低混凝土的抗渗性。水泥品种：水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好。外加剂：在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，提高混凝土的抗渗性能。掺合料：在混凝土中加入掺合料，可提高混凝土的密实度、细化孔隙，从而提高混凝土的抗渗性。 2.混凝土抗冻性混凝土抗冻性是指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土的抗冻性常用抗冻等级表示。混凝土的抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以其抗压强度损失不超过25％，质量损失不超过5％时，混凝土所能承受的最多的冻融循环次数来表示。常用混凝土的抗冻等级有F10,F15,F25,F50,F100,F150,F200,F250和F300等九个等级；例如其中F150表示混凝土在满足上述条件的情况下，能够承受冻融循环的次数不少于150次。 混凝土的抗冻性与其内部孔隙等缺陷的数量、孔隙特征、孔隙内充水程度、环境温度降低的程度及速度等有关。当混凝土的水灰比较小、密实度较高、含封闭小孔较多、或开口孔中充水不满时，则其抗冻性好。可见，提高混凝土抗冻性应提高其密实度或改善其孔结构。工程实际中，混凝土的抗冻等级应根据气候条件或环境温度、混凝土所处部位，以及可能遭受冻融循环的次数等因素来确定。对于有抗冻要求的混凝土，通常要求其水灰比较小，且应采用质量可靠的原材料及良好的配比，还可通过掺加引气剂或引气型减水剂等手段，使混凝土中含有适量封闭孔隙，以显著提高其抗冻性。 3.混凝土的抗侵蚀性造成混凝土被腐蚀的形式主要是软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀和强碱侵蚀等。在海岸与海洋混凝土工程中，海水对混凝土的侵蚀作用除了化学作用外，尚有反复干湿的物理作用、盐分在混凝土内的结晶与聚集、海浪的冲击磨损、海水中氯离子对混凝土内钢筋的锈蚀作用等。这些综合侵蚀作用将会加剧混凝土的破坏速度。混凝土的抗侵蚀性与所用水泥品种、混凝土的密实程度及缺陷等有关。 为保证混凝土的耐久性，还应限制其中侵蚀性较强的氯化物含量，因此，《混凝土质量控制标准》(GB50164)要求，混凝土中的氯化物总含量，以氯离子含量计应符合下列规定：①对素混凝土，不得超过水泥质量的2％；②对处于干燥环境或有防潮措施的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的1％；③对处于潮湿而不含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的0.3％；④对在潮湿并含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的0.1％；⑤对于预应力钢筋混凝土及处于易侵蚀环境中的钢筋混凝土，不得超过水泥质量的0.06％。 4.混凝土的碳化混凝土的碳化是指在湿度相宜时，混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生化学反应并生成碳酸钙和水的过程，该过程也称为混凝土的中性化。混凝土的碳化深度大致与其碳化时间的平方根成正比，可用下式表示：D——混凝土碳化深度(mm)；t——混凝土碳化时间(d)；α——碳化速度系数。 碳化对混凝土性能的影响碳化不利影响：主要是碱度降低，减弱了强碱环境对钢筋的保护作用。致使混凝土保护层产生开裂。碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。碳化有利影响：碳化作用可提高混凝土碳化层的密实度，并对提高其强度与硬度有利。如混凝土预制基桩就可以利用碳化作用来提高桩的表面硬度。 影响混凝土碳化速度的主要因素二氧化碳浓度高，混凝土碳化速度快；当环境的相对湿度为50％～75％时，混凝土碳化速度最快，当相对湿度小于25％或在水中时，碳化将停止；普通硅酸盐水泥碱度高，故其抗碳化能力优于掺混合材料的水泥，且随水泥中混合材料掺量的增多碳化速度加快；水灰比小的混凝土较为密实，二氧化碳和水不易渗入，故碳化速度就较慢；混凝土施工振捣不密实或养护不良时，由于密实度较差也会使碳化加快。 防碳化的措施①在钢筋混凝土结构中，保证足够的混凝土保护层，使碳化深度在建筑物设计年限内不会达到钢筋表面；②根据工程所处环境和使用条件，合理选用水泥品种；③采用较低的水灰比和较多的水泥用量；④使用减水剂等，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度；⑤在混凝土表面涂刷保护层（如聚合物砂浆、涂料等）或粘贴面层材料（如贴面砖等），防止二氧化碳侵入；⑥加强施工质量控制，保证混凝土的振捣质量并加强养护，减少或避免混凝土出现蜂窝等质量事故。 5.混凝土的碱-骨料反应(简称AAR)碱骨料反应的条件：①水泥中含碱量＞0.6％；②砂、石骨料中夹杂有非晶质的活性二氧化硅矿物，如蛋白石、玉髓、鳞石英和燧石等，它们常存在于流纹岩、安山岩、凝灰岩等天然岩石中。③有水存在。 预防碱-骨料反应的措施①慎选骨料②控制混凝土中的总碱量③掺加活性矿物掺合料④控制进入混凝土的水分 6.提高混凝土耐久性的措施（1）选用适当品种的水泥。根据混凝土工程的特点和所处的环境条件，合理选用水泥品种。（2）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量。水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素，它不但影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。保证足够的水泥用量，同样可以起到提高混凝土密实性和耐久性的作用。《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000对所用混凝土的最大水灰比及最小水泥用量作了规定。 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量（kg）素砼钢筋砼预应力砼素砼钢筋砼预应力砼干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件无规定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除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300 （3）长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土，应掺用引气剂。引气剂的掺入量应根据混凝土的含气量确定，混凝土的最小含气量应符合下表的规定；混凝土的含气量亦不宜超过7％。混凝土中的粗骨料和细骨料应作坚固性试验。长期处于潮湿和严寒环境中混凝土的最小含气量粗骨料最大粒径（mm）最小含气体积分数（%）31.5及以上1610456 （4）选用较好的砂、石骨料。改善粗细骨料的颗粒级配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒径的粗骨料，可减少骨料的空隙率和比表面积，也有助于提高混凝土的耐久性。（5）掺用加气剂或减水剂。掺用加气剂或减水剂对提高抗渗、抗冻等有良好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。（6）改善混凝土的施工操作方法。在混凝土施工中，应当搅拌均匀、浇灌和振捣密实及加强养护以保证混凝土的施工质量。 混凝土孔结构对耐久性的影响A、B两混凝土采用相同的水泥、砂、石，A掺用了引气剂，并降低了水灰比，其抗渗性优于B。请观察两混凝土断面的孔结构，并讨论如何可提高混凝土抗渗性。AB混凝土断面的孔结构 某海港码头梁裂缝锈蚀南方某海港码头建成后发现部分纵梁底部混凝土脱落，钢筋全部外露。纵梁底部严重锈裂，而л型板面基本完好，见图。请讨论该码头钢筋混凝土腐蚀破坏的原因。纵梁底部严重锈裂л型板面基本完好 讨论：该码头纵梁钢筋锈蚀，是因其处于浪溅区，海水氯盐入侵混凝土，使钢筋周围氯离子含量超过钢筋致锈的临界值，引起钢筋锈蚀。而锈蚀使混凝土膨胀开裂，以致脱落，又进一步加剧了钢筋的锈蚀。a.从混凝土其它方面来看，码头梁混凝土的水灰比为0.50和0.55。较大的水灰比使混凝土孔径和孔隙率增大，利于氯离子渗透，扩散至钢筋表面。b.混凝土单位体积胶凝材料用量偏低。该工程混凝土未掺外加剂，水泥用量分别为350kg/m3。c.混凝土保护层厚度不足。该混凝土保护层设计厚度为5.5mm，且由于施工偏差，部分构件实际保护层还低于设计值。 北京西直门旧立交桥混凝土开裂北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于1978年12月开工，1980年12月完工。建成使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。1999年3月因各种原因拆除部分旧桥改建。在改造过程中，有关科研部门对旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作K2O﹑Na2O﹑Cl－含量测试。其中Cl－浓度呈明显梯度分布，表面Cl-浓度为0.15％﹑0.094％和0.15％。距表面1cm处的Cl－浓度骤增，分别为0.30％﹑0.18％和0.78％。在1～2cm处Cl-浓度达到最高值，其后随着离开表面距离的增加，Cl－浓度逐渐减至0.1％左右。 原因分析：北京市80年代每年化冰盐的撒散量为400～600t，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的Cl－主要来自化冰盐NaCl。混凝土表面Cl－含量低于距表面1～2cm处，是因部分Cl－溶解入雨水中流失。Cl－超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。