土木工程材料课件,第五章 混凝土.ppt

第五章混凝土5.1混凝土的组成与要求5.2普通混凝土的组成材料5.3混凝土外加剂5.4混凝土掺合料5.5混凝土拌凝土的和易性5.6混凝土的强度5.7混凝土的变形性能5.8混凝土的耐久性5.9混凝土的质量控制与评定5.10普通混凝土配合比设计5.11其它种类混凝土 5.1普通混凝土的组成与混凝土的基本要求1、混凝土的定义混凝土是由胶凝材料、颗粒状的粗细骨料和水按适当比例配制，经均匀搅拌、密实成型，并经过硬化后而成的一种人造石材，是建筑工程中的主要建筑材料。2、水泥混凝土以水泥为胶凝材料，以砂石为骨料，加水拌制成混合物，经一定时间凝结硬化而成的人造石材叫水泥混凝土，又称普通混凝土。简称混凝土。（本章如无特别说明，混凝土均指水泥混凝土） 5.1普通混凝土的组成与混凝土的基本要求3、混凝土的分类（1）、按密度分：重混凝土ρ0＞2500kg／m3普通混凝土1900kg／m3＜ρ0≤2500kg／m3轻混凝土600kg／m3＜ρ0≤1900kg／m3特轻混凝土ρ0≤600kg／m3（2）、按性能与用途分：结构混凝土、装饰混凝土、水工混凝土、特种混凝土（耐热混凝土、耐酸混凝土、抗渗混凝土、防辐射混凝土等。）（3）、按施工方法分：泵送混凝土、喷射混凝土、振密混凝土、离心混凝土等。（4）、按掺和料分：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、纤维混凝土等。 5.1普通混凝土的组成与混凝土的基本要求4、混凝土的特点（1）、使用方便：新拌制的混凝土拌和物具有良好的可塑性，可浇注成各种形状和尺寸的构件及结构物。（2）、价格低廉：原材料丰富，就地取材，其中80%的砂石料均为地方材料，价格便宜，节能经济。（3）、高强耐久：普通混凝土的强度为20—55MPa,具有良好的耐久性。（4）、性能易调整：改变组成材料的品种和数量，可制成不同性能的混凝土，以满足工程的不同要求。（5）、有利环保：混凝土可充分利用工业废料，如矿渣、粉煤灰等，降低环境污染。（6）、主要缺点：自重大，抗拉强度低，呈脆性，易产生裂缝。 5.2普通混凝土的材料组成1、组成混凝土的基本材料是：水泥、水、砂、石子。2、各种材料的作用：砂石的总含量占混凝土总体积的80%左右，主要起骨架作用。水泥加水形成水泥浆；水泥浆包裹在砂粒表面并填充砂粒间的空隙形成水泥砂浆；水泥砂浆又包裹石子并填充石子间的空隙而形成混凝土。水泥浆在硬化前起润滑作用，使混凝土拌和物具有流动性；硬化后将砂、石胶结在一起，形成人造石材。 5.2普通混凝土的材料组成一、水泥1、水泥品种的选择根据工程性质、施工条件、环境状况，按各水泥品种的特性选择水泥品种。2、水泥强度等级的选择：原则：与混凝土的强度等级相适应，满足施工要求，考虑经济效益。中低标号混凝土：水泥标号为混凝土标号的1.5—2.5倍。高标号混凝土：水泥标号为水泥标号的0.8—1.5倍。 5.2普通混凝土的材料组成二、骨料粒径大于0.08mm，小于5.0mm的骨料称细骨料，一般称为砂。粒径大于5.0mm的骨料称为粗骨料，一般采用石子。粒径小于0.08mm的称为泥土。砂可分为：山砂、河砂、海砂、人工砂。山砂含泥量一般较高；海砂对混凝土有腐蚀作用；人工砂成本较高；河砂质量较好，价格低廉，工程上采用较普遍。普通混凝土用的石子分为：碎石、卵石。 5.2普通混凝土的材料组成普通混凝土细骨料标准:（1）细度（砂的粗细程度）（2）级配（大小颗粒的搭配情况,）（2）控制有害杂质（云母、泥块、淤泥、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐）含量（3）坚固性（通过测定硫酸钠饱和溶液渗入砂中形成结晶时的膨胀力对砂的破坏程度来间接地判断其坚固性）（4）砂的含水状态 5.2普通混凝土的材料组成普通混凝土用石的质量标准（1）最大粒径（在一定的范围内，最大粒径增大，用水量的减少提高混凝土的强度集料粒径大于40mm并没有好处，有可能造成混凝土强度下降。）（2）颗粒级配（连续级配和易性较好，不易发生离析现象；间断级配节约水泥但易产生离析现象，导致施工困难。）（3）粗集料的强度及坚固性（碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标表示）（4）控制有害杂质（5）颗粒形态及表面特征（立方体或近球状体为最佳，针、片状，使集料的空隙率增大，并降低混凝土的强度，特别是抗折强度。） 5.2普通混凝土的材料组成三、混凝土用水凡是饮用水和清洁的天然水，都可以作为混凝土的拌和水和养护水。混凝土用水中的物质含量限值（JGJ63-89）项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土PH值＞4＞4＞4不溶物（mg/L)＜2000＜2000＜2005可溶物（mg/L)＜2000＜5000＜10000氯化物（以CI-计/mg/L)＜500＜1200＜3500硫酸盐（以SO42-计mg/L)＜600＜2700＜2700硫化物（以S2-计/mg/L)＜100-- 5.3混凝土外加剂混凝土外加剂在水泥混凝土拌制时或拌制前掺入的、掺入量不大于水泥质量5%(特殊情况除外）并能使水泥混凝土的使用性能得到一定程度改进的物质，称为混凝土外加剂。外加剂的作用1、改善混凝土拌合物和易性，有利于机械化施工，提高混凝土的工程质量。2、加快混凝土的凝结与硬化，减少养护时间，提高施工速度。3、提高或改善混凝土的质量。4、节约水泥，降低成本。5、使混凝土具有特殊性质。外加剂的分类1、改善混凝土拌合物和易性的外加剂，减水剂、引气剂、泵送剂。2、调节凝结时间和硬化速度的外加剂，早强剂、缓凝剂、苏凝剂。3、提高或改善混凝土的耐久性的外加剂，防水剂、阻锈剂、引气剂。4、改善混凝土特殊性能的外加剂，防冻剂、膨胀剂、着色剂。 5.3混凝土外加剂一、常用外加剂的品种、性能和应用（GB8076-87)1、减水剂在不影响混凝土拌合物和易性的条件下，具有减水及增强作用的外加剂，称为减水剂或塑化剂。（1）、表面活性剂具有显著改变（通常为降低）液体表面张力或二相界面张力的物质。其分子由亲水基团和憎水基团二个部分组成。表面活性剂加入水溶液后，其分子中的亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列，形成定向吸附膜，从而降低水的表面张力和二相间的界面张力。表面活性剂分为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性型表面活性剂。憎水基团亲水基团 5.3混凝土外加剂（2）、减水剂的减水原理水泥加水拌和后，由于水泥颗粒及水化物间的吸附作用，形成大量的絮状结构，絮状结构中包裹着部分拌和水，减少了拌和水的润滑作用，降低了混凝土拌合物的流动性。加入了减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附在水泥颗粒表面，形成单分子吸附膜：①、降低了水泥颗粒的表面能，因而降低了水泥颗粒间的粘连能力；②、水泥颗粒表面带有同性的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒分开,破坏了水泥浆中的絮状结构，释放出被包裹的拌和水；③、减水剂的亲水基团吸附了大量极性水分子，增加了水泥颗粒表面水膜厚度，使水泥颗粒之间易于滑动；④、表面活性剂降低了水泥颗粒与水间的界面张力，使水泥颗粒更容易被水湿润。 5.3混凝土外加剂（3）、减水剂的技术经济效益a、保持用水量不变时，可提高混凝土拌合物的流动性。b、保持混凝土拌合物的流动性及水泥用量不变时，可减少用水量10%－20%，提高混凝土的强度10％－30%，提高混凝土的耐久性。c、保持混凝土拌合物的流动性和混凝土的强度不变时，可减少用水量10％－20%，节约水泥10％－20％。d、减少混凝土拌合物的分层、离析、泌水现象。e、减缓水泥水化放热速度和减少最高放热温度。f、改善混凝土的耐久性。g、配制特殊混凝土和高强混凝土。h、降低混凝土成本。 5.3混凝土外加剂（4）、常用减水剂的品种及其性能普通减水剂：木质素系（木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁）高效减水剂：萘系（萘磺酸盐甲醛缩合物）树脂系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物） 5.3混凝土外加剂2、早强剂能提高混凝土的早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。(1)、氯盐系列早强剂（氯化钙CaCl2，氯化钠NaCl)(2)、硫酸盐系列早强剂（硫酸钠Na2SO4，磷酸钙CaSO4)(3)、三乙醇胺（无色或淡黄色油状液体，属非离子型表面活性剂) 5.3混凝土外加剂3、其他外加剂（1）、引气剂在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布，稳定而封闭的微小气泡的外加剂。其作用为：可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的抗冻性，混凝土的强度有所降低，属增水性表面活性剂。常用引气剂有：松香熱聚物和松香皂，烷基苯磺酸钠，脂肪醇硫酸钠，蛋白质盐，石油硫酸盐等。其中以松香聚酯类应用最多。松香熱聚物和松香皂引气剂掺入量为0.01％～0.02％。使用引气剂时，混凝土含气量应控制在3％～6％，含气量过大，混凝土强度下降过多。含气量过小，对混凝土耐久性改善不大。（2）、缓凝剂能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝剂的主要种类有：羟基羟酸及其盐类，如酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸；含糖碳水化合物类，如糖蜜、葡萄糖、蔗糖等；无机盐类，如硼酸盐、磷酸盐；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠等。 5.3混凝土外加剂（3）、速凝剂能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。我国常用品种有：红星Ⅰ型、711型、8604型WJ－1型、J85型等，国际上有名的品种有日本生产的“西古尼特”、奥地利生产的“西卡”。（4）、防冻剂能使混凝土在负温度下凝结硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。混凝土防冻剂大多数为复合外加剂，通常含有防冻、早强、减水、引气、阻锈等组分。常用防冻组分物质有：氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾、碳酸钾、尿素等。 5.3混凝土外加剂（5）、阻锈剂抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈蚀的外加剂。当外加剂中含有氯盐时，常加入亚硝酸钠。掺入量为水泥质量的1％－8%。（6）、膨胀剂能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。常用膨胀剂有：明矾石膨胀剂、CSA膨胀剂、石灰膨胀剂、氧化镁膨胀剂等。膨胀剂主要用于防水混凝土、补偿收缩混凝土、自应力混凝土、修补裂缝、地脚螺丝灌浆料等。（7）、防水剂能降低砂浆或混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。作用原理为：减少混凝土内部的孔隙，提高混凝土的密实度，改变孔隙特征，堵塞渗水通路。（8）、泵送剂改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。主要成分为高效减水剂和引气剂。可保证混凝土在泵送过程中不发生严重的离析、泌水现象。 5.3混凝土外加剂外加剂使用注意事项1、外加剂品种的选择应根据工程需要和现场条件（特别是水泥品种）合理选择外加剂，参照有关资料，通过试验确定。2、外加剂掺入量的确定掺入量过少，达不到预期效果，掺入量过大，造成浪费，甚至会造成工程质量事故，应通过试验确定最佳掺入量。3、外加剂掺入方法外加剂掺入混凝土拌合物中的方法不同，其效果也不同。掺入法有先掺法（将外加剂掺入水泥中后再与水、骨料一起拌和）、同掺法（将外加剂与水拌和形成水溶液后再与水泥、骨料拌和）、后掺法（在混凝土拌合物送到浇注地点后，才加入外加剂并再次搅拌均匀后进行浇注）。如减水剂采用后掺法比先掺法和同掺法效果好，掺入量只需一半。 5.4混凝土掺合料一、配制混凝土时，掺加到混凝土中的磨细混合材料称为掺合料。掺合料不同于水泥生成过程中掺入的混合材，它是在混凝土搅拌前或搅拌中直接加入的一种材料。二、在混凝土中掺入掺合料的作用：1、取代部分水泥，减少水泥用量，降低混凝土成本。2、改善混凝土拌合物的和易性和硬化混凝土的性能指标。3、充分利用工业废料，减少污染，有利环保。三、常用掺合料品种1、粉煤灰a、粉煤灰的掺入效应：活性效应粉煤灰中的活性氧化硅、氧化铝能与水泥产生水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，起到增强作用。形态效应粉煤灰颗粒为细小的玻璃微珠，可减少混凝土的内摩擦力，从而减少用水量，起到减水作用。微骨料效应粉煤灰的细小颗粒均匀分布在混凝土中，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的结构，增大了混凝土的密实度。 5.4混凝土掺合料b、粉煤灰的种类及技术要求粉煤灰按氧化钙含量分为高钙灰和低钙灰两种C、粉煤灰的掺量规定及方法混凝土中掺入粉煤灰的方法：等量取代法以等质量的粉煤灰取代混凝土中的水泥。主要适用于掺加Ⅰ级粉煤灰、超强混凝土、大体积混凝土；超量取代法粉煤灰掺入量超过取代的水泥质量，替代部分细骨料，增加胶凝材料用量，补偿由于粉煤灰取代水泥而造成的强度降低。外加法保持混凝土中水泥用量不变，外掺一定数量的粉煤灰，目的是改善混凝土拌合物的和易性。 5.4混凝土掺合料2、硅灰（硅粉）电弧炉炼铁副产品。氧化硅含量≥80％，主要是非晶态的无定性氧化硅，平均粒径0.1－0.2μm，比表面积为20000－25000m2/kg，密度2.2，具有极高的活性。用硅灰取代水泥可提高混凝土的早期强度。硅灰取代量为水泥质量的5％－15%，超过20％时拌合物的流动性明显降低，一般应同时加入减水剂，降低水灰比，可配制出100MPa的高强混凝土。3、其他掺合料磨细矿渣粉（国外已大量采用，我国尚处于开发阶段），磨细煤矸石粉，磨细浮石粉、磨细硅质页岩等。 5.5新拌混凝土的和易性和易性可分为:1.流动性—表征混凝土拌合物浇捣振实难易程度的参数2.粘聚性—输送、振实过程中不易泌水和离析分层的性能3.保水性 5.5新拌混凝土的和易性一.测试方法1.塌落度试验2.VB试验3.密实因素实验二.影响因素1.用水量2.水泥品种及用量3.外加剂4.集料特征和级配 5.5新拌混凝土的和易性三.塌落度损失1.随时间降低:(1)水分蒸发；(2)水泥水化消耗水；(3)新生态水化产物表面吸附水2.温度影响:温度升高，水化快，蒸发快3.环境湿度影响4.熟料组成影响:高碱高C3A水泥塌落度损失快5.矿渣、粉煤灰等可减缓塌落度损失6.外加剂影响不同 5.5混凝土拌凝土的和易性三、改善混凝土和易性的措施（1）、改善粘聚性和保水性的措施1、选用级配良好的骨料，连续级配最好。2、限制粗骨料的最大粒径。3、适当增大砂率或掺加掺合料，如粉煤灰、矿渣粉等。4、掺加外加剂，如减水剂、引气剂等。（2）、改善流动性的措施1、尽可能选用较粗大的粗骨料和细骨料。2、骨料级配良好，含泥量少、杂质含量低的骨料。3、保持水灰比不变，适当增加水泥用量，或保持砂率不变，增加砂石用量4、降低砂率。5、掺加减水剂。 5.6混凝土的强度工程材料的强度通常被定义为抵抗外力不受破坏的能力。混凝土强度与引起破坏时的应力有关，强度与达到破坏极限的应力最大值可视为同义词。混凝土的强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪等，其中抗压强度最大，故混凝土主要用来承受压力。混凝土的抗压强度与各种强度及其他性能之间有一定相关性，因此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的指标。 一、影响混凝土强度的因素：原料因素：水泥强度：水泥强度的大小直接影响混凝土强度的高低，混凝土的强度与水泥的强度成正比关系。水灰比：满足和易性要求的混凝土，在水泥强度等级相同的情况下，水灰比越小，水泥石的强度越高，与集料粘结力也越大，混凝土的强度就越高。一般采用下面直线型的经验公式来表示：集料的种类、数量和质量外加剂和掺合料 生产工艺因素施工条件——搅拌与振捣养护条件：混凝土养护是致力于优化水泥水化的步骤和条件。其包括：从新拌混凝土注入模板开始的养护时间、环境温度和湿度等。龄期：在正常养护条件下，混凝土强度将随着龄期的增长而增长。 实验因素试件形状尺寸表面状态含水程度：混凝土试件含水率越高，其强度越低。加荷速度 二、混凝土的其他强度混凝土的劈裂抗拉强度抗拉强度对于抗开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标，有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。混凝土抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度fts。混凝土的弯拉强度 5.6混凝土的强度三、混凝土的强度等级：【混凝土强度检验与评定标准】（GBJ107-87）规定：混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值fcc（具有95％强度保证率的抗压强度值）将混凝土强度划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60十二个等级。 5.6混凝土的强度四、提高混凝土强度和促进强度发展的主要措施1、采用高强水泥和快硬早强类水泥。2、减小水灰比和单位体积用水量。3、采用级配良好的骨料。4、掺加混凝土外加剂和掺合料。5、采用机械搅拌和振捣成型。6、加强养护。7、采用蒸汽养护或蒸压养护。 5.7混凝土的变形性能一、化学变形混凝土在硬化过程中，由于水泥水化物的体积小于反应物（水泥和水）的体积，导致混凝土在硬化时产生收缩，称为化学收缩。化学收缩是不可恢复的。化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用。二、干湿变形混凝土产生干湿变形的原因是由于水泥石中胶体的吸附水和毛细孔水的变化造成的，当水分减少时，胶体紧缩，毛细管产生负压，从而使混凝土体积收缩，反之产生体积膨胀。混凝土的湿涨变形值很小，对结构无破坏作用，干缩变形可使混凝土表面产生较大的拉应力而开裂，使混凝土的强度、抗渗性、抗冻性下降。影响混凝土干湿变形的因素有水泥品种、用量、水灰比、骨料规格与质量、养护条件等。 5.7混凝土的变形性能三、温度变形1、水化硬化过程中的温度变形水泥水化熱使混凝土温度上升，造成内外温差，从而导致混凝土表面开裂。为降低混凝土内部温度，可采用水化熱较低的水泥品种，降低水泥用量，掺加缓凝剂，人工降温等措施。2、正常使用状态下的温度变形混凝土的热膨胀系数一般为（0.6－1.3）×10-5/℃，即温度上升1℃，1m长的混凝土长度变化约为0.01mm。温度变形对大体积混凝土、大面积混凝土、长结构混凝土极为不利，易使混凝土结构产生裂缝，设计规范规定采用设置变形缝（伸缩缝）来限制结构长度，减少温度变形对结构的不利影响。 5.7混凝土的变形性能四、荷载作用下的变形1、混凝土在短期荷载作用下的变形－－弹塑性变形混凝土是一种非均质材料，在外力作用下，产生弹塑性变形，其应力与应变的关系不是直线而是曲线。 5.7混凝土的变形性能2、混凝土的弹性模量混凝土的应力与应变的比值称为弹性模量，弹性模量随着应力增大而降低。规范规定：混凝土采用150×150×300mm的棱柱体试件，以40％的轴心抗压强度fa为荷载值，经3次循环加荷、卸荷的重复作用后，测得的应力与应变的比值，即为混凝土的弹性模量（割线模量）。C10~C60混凝土的弹性模量为:（1.75－3.60）×104MPa。低应力下重复荷载作用下的应力－应变曲线应变应力0ABB’A’αE=tgα40%fa 5.7混凝土的变形性能3、混凝土在长期荷载作用下的变形－－徐变混凝土在长期不变的荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形称为混凝土的徐变。04080120160200240应变（10-6）荷载作用时间（d）瞬时恢复残余变形徐变恢复加荷持荷卸荷瞬时应变徐变应变30060090012001500 5.7混凝土的变形性能混凝土在受拉、受压、受弯时均产生徐变。混凝土的徐变对混凝土及钢筋混凝土结构的应力和应变状态影响很大，徐变可能超过弹性变形，甚至达到弹性变形的2－4倍。有些情况下，徐变有利于削弱由温度、干缩等引起的约束变形，从而防止混凝土结构出现裂缝。但在预应力混凝土结构中，徐变将产生应力松弛，引起预应力损失，造成不利影响。影响混凝土徐变的因素有：荷载大小、持续时间、材料组成（水泥用量、水灰比、骨料规格）、强度、龄期、养护环境条件等。 5.8混凝土的耐久性一、混凝土的耐久性1、抗渗性（Percolation）混凝土的抗渗性用抗渗标号来表示。抗渗试件为圆台型试件，上口直径175mm，下口直径185mm，高165mm,每组6只，标准养护28天后进行抗渗试验，混凝土的抗渗等级以每组6个试件中4个未发现有渗水现象时的最大水压力表示。分为P4、P6、P8、P10、P12五个等级，分别表示其抗渗水压力为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa。混凝土的抗渗性与水泥品种、孔隙特征、水灰比有关。地下工程及有防水要求的混凝土工程应考虑混凝土的可视性能。 5.8混凝土的耐久性2、抗冻性（Freeze）混凝土的抗冻性用抗冻标号来表示。慢冻法：抗冻试件同抗压试件，在吸水饱和状态下反复冻结（-15－-20℃的空气中）与融化（＋20℃的水中），以混凝土的抗压强度损失不超过25％，质量损失不超过5％时混凝土所承受的最多冻融循环次数来表示。混凝土的抗冻标号分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300九个级别，其中数字表示冻融循环的次数。快冻法：试件尺寸为100×100×400mm，在冻融箱内进行冻融循环。以相对动弹性模量值不小于60％，质量损失率不超过5％时所承受的最大循环次数来表示。提高混凝土抗冻性的有效方法是提高密实度，减小水灰比，掺加引气剂、减水剂等。 5.8混凝土的耐久性3、抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要与水泥品种以及混凝土的密实度有关，特殊情况下，与骨料的性质有关，当环境中含有酸性物质时，应选用耐酸骨料（石英岩、花岗岩），当环境中含有碱性物质时，应选用耐碱骨料（石灰岩、白云岩）。4、炭化混凝土的炭化是指空气中的二氧化碳渗透到混凝土中，与氢氧化钙反应，生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程，也叫中性化。混凝土孔隙内充满氢氧化钙饱和溶液，pH值为12－13。在碱性环境中，混凝土中的钢筋表面能形成一层氧化铁钝化膜，保护钢筋不锈蚀。 5.8混凝土的耐久性当混凝土炭化深度达到钢筋时，由于碱度降低，起保护作用的钝化模中性化，钢筋随即产生锈蚀。锈蚀的钢筋产生体积膨胀，引起混凝土开裂，加速了钢筋的锈蚀，降低了混凝土的强度。混凝土的炭化产生的碳酸钙使混凝土表面更加密实，有利于抗压强度。但总体来说，弊大于利。在正常大气条件下，炭化深度D(mm)随时间t（d）延长而增大，D=a√t。a炭化速度系数。影响炭化深度的因素：二氧化碳浓度；湿度，湿度50%－70%时炭化速度最快；水泥品种，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥抗炭化能力较强，掺混合材的水泥较弱；骨料质量；水灰比；外加剂；养护。 5.8混凝土的耐久性5、碱－骨料反应1920－1940年间，美国报道了很多混凝土建筑出现破坏现象，这些破坏表现为结构遍体开裂，在混凝土表面呈现广泛的地图形图案裂纹，并在开裂处经常伴有白色凝胶状物质渗出，甚至表面崩裂。后经断定，这些破坏是由于骨料内部的活性氧化硅与水泥中的碱（氧化钠、氧化钾）间的反应产物碱－硅酸凝胶，吸水后产生巨大体积膨胀造成。碱－骨料反应只有在水泥中碱含量大于0.6％（以NaO2含量计）的情况下，骨料中含有活性氧化硅时，并且在有水或潮湿环境中才能进行。碱－骨料反应速度极慢，其危害需几年或十几年时间才逐渐表现出来。当骨料中含有活性氧化硅又必须使用时，应采用以下措施：1、使用含碱量小于0.6％的水泥；2、掺加磨细活性混合料；3、掺加引气剂。 5.8混凝土的耐久性二、提高混凝土耐久性的措施1、合理选择水泥品种和水泥标号，掺加适量的活性掺合料。2、采用较小的水灰比，并限制最大水灰比和最小水泥用量。3、采用质量好、级配好、粒径适当的骨料。4、掺加外加剂或引气剂。5、加强养护，特别是早期养护。6、采用机械搅拌和机械振捣。7、必要时，适当增大砂率。 5.9混凝土的质量控制与评定一、影响混凝土质量的因素与质量控制1、影响混凝土质量的因素（1）、原材料的影响：混凝土原料的质量和计量的波动，用水量和骨料含水量的变化引起的水灰比的波动。（2）、施工操作的影响：搅拌、运输、浇筑、振捣、养护、气温等条件的变化与波动。（3）、试验条件的影响：试验取样方法、试件成型、养护条件、试验设备误差、试验人员操作水平差异等。2、混凝土质量控制（1）、严格控制混凝土组成材料的质量。（2）、严格计量，保证混凝土配合比的准确性。（3）、加强施工过程管理，确保施工质量。 5.9混凝土的质量控制与评定二、混凝土的强度评定1、混凝土强度的波动规律－－正态分布在正常施工条件下，影响混凝土强度的因素是随机变化的因此混凝土的强度也是随机变量。对于随机变量问题，可采用数理统计的方法处理。在一定的施工条件下，对同一种混凝土进行随机取样，制作n组试件（n≥25），测其28d抗压强度，然后以混凝土强度为横坐标，以混凝土强度出现的概率为纵坐标，绘制出混凝土强度出现的概率分布曲线。混凝土强度分布曲线符合正态分布。σσf概率强度混凝土强度的正态分布曲线正态分布曲线特征：（1）、曲线呈钟形对称，对称轴在平均强度值处。（2）、曲线与横坐标之间所包围的面积为概率总和，等于100％，对称轴两边出现的概率相等，各为50％。（3）、曲线在对称轴两边各有一拐点，曲线以横坐标轴为渐近线。 5.9混凝土的质量控制与评定2、混凝土强度的统计计算（1）、强度平均值n－－混凝土试件组数（n≥25）－－第i组混凝土试件的强度值，Mpa.（2）、强度标准差标准差σ反应了强度波动的大小（离散程度），σ越小，说明混凝土强度波动越小。（3）、变易系数变易系数反应强度的相对波动程度，CV越小，说明强度越均匀。 5.9混凝土的质量控制与评定（3）、混凝土强度保证率混凝土强度保证率P(%)是指混凝土强度整体中，大于设计强度等级值fd的概率，即图中阴影部分的面积。混凝土强度保证率σσfcu概率强度0fcu,ktσ保证率P不合格率计算保证率P时先计算概率度系数t(保证率系数）混凝土保证率P（％）由下式计算t0.000.501.001.501.6452.003.00P(%)50.069.284.193.395.097.799.87不同t值的保证率P 5.9混凝土的质量控制与评定三、混凝土的配制强度为了保证混凝土强度具有规范要求的95％保证率，混凝土的配制强度fh必须大于设计要求的强度等级。保证率P为95％时，t=1.645，所以混凝土配制强度式中σ可由生产单位统计资料得到，无资料时，按下表取值。混凝土强度等级＜C20C20-C35＞C35σ（Mpa)4.05.06.0 5.10普通混凝土配合比设计一、混凝土配合比设计的基本要点（一）、混凝土配合比设计的基本要求1、满足混凝土结构设计要求的强度等级。2、满足施工要求的混凝土拌合物的和易性。3、满足与使用环境相适应的耐久性。4、在满足以上三个技术性质的前提下，尽量节约水泥和降低混凝土成本。（二）、混凝土配合比设计的三个重要参数1、水灰比。2、单位用水量。3、砂率。（三）、混凝土配合比设计的基准1、1m3混凝土中各种材料用量；2、材料在干燥状态。 5.10普通混凝土配合比设计（四）、混凝土配合比设计的表示方法1、以每1m3混凝土中各项材料的质量比表示。如：水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg，合计每1m3混凝土总质量为2400kg。2、以各项材料相互之间的质量比来表示，其中以水泥质量为1计，将上例换算成质量比为水泥：砂：石子＝1：2.4：4，水灰比＝0.6。（五）、配合比设计前的准备工作进行混凝土配合比设计前，必须详细掌握以下基本资料：1、设计要求的强度等级和反映混凝土生产中强度质量稳定性的强度标准差，以便确定混凝土的试配强度。2、掌握混凝土的使用环境条件及耐久性要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。3、了解结构构件的断面尺寸和配筋情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。4、了解施工工艺对混凝土拌合物的流动性要求。5、了解各种原料的品种、类型和物理力学性能指标；混凝土外加剂的性能及使用方法。 5.10普通混凝土配合比设计二、混凝土配合比设计方法和步骤混凝土配合比设计分为三个阶段：初步配合比设计；实验室配合比设计；施工配合比设计。（一）、初步配合比设计1、确定试配强度：2、确定初步水灰比：3、确定用水量：混凝土单位用水量选用表（JGJ55-2000）4、计算水泥用量：不得小于最小水泥用量的规定。5、确定砂率：混凝土砂率选用表（％）（JGJ/T55-2000)6、计算砂石用量： 5.10普通混凝土配合比设计（1）、质量法（体积密度法）当混凝土组成材料性能相对稳定时，即使混凝土组成材料的用量有所变化，但混凝土拌合物的体积密度ρ0h基本保持不变，即ρ0在2370－2450kg/m3之间选取，先估计一个混凝土拌合物的体积密度值，用下式计算砂石用量：解此方程组即可求出砂、石用量。 5.10普通混凝土配合比设计（2）、质量法假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对密实体积及拌合物中所含空气的体积之和，用下式计算砂石用量：式中分别为水泥、水的密度，kg/cm3。分别为砂、石的表观密度，kg/cm3。α为混凝土拌合物含气量的百分数，在不使用引气剂型外加剂时，α＝1。 5.10普通混凝土配合比设计（二）、实验室配合比设计1、和易性调整按初步配合比计算出15L所需的材料用量，配制成混凝土拌合物，测试其和易性。当和易性不符合要求时，进行调整。调整原则为：若流动性太大，可在保持水灰比和砂率不变的情况下，适当增加砂石用量；若流动性太小，应保持水灰比不变，增加水泥和水；粘聚性和保水性不良时，实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或过多，可适当增减砂率。调整和易性满足要求时的配合比，即是可供混凝土强度试验用的基准配合比。2、混凝土拌合物体积密度测定测定混凝土拌合物的实际体积密度，与计算假定的体积密度相比较，如不相符，应进行体积密度调整。 5.10普通混凝土配合比设计3、强度复核经过和易性调整试验得出的混凝土基准配合比，其混凝土强度不一定符合要求，所以应对混凝土强度进行复核。复核强度时，采用三个不同的配合比，其中一个是基准配合比，另两组的水灰比分别增减0.05，其用水量应与基准配合比相同，砂率分别增减1％。每种配合比制作一组（三块）试件，制作试件时，同时测定混凝土拌合物的和易性和体积密度，将试件在标准养护条件下养护28d，测得其抗压强度。由三组抗压强度值和灰水比绘制抗压强度－灰水比关系图，确定最佳水灰比W/C。f1f3f2f28C/WW0/C0+0.051C0/W0W0/C0-0.051fhC/W抗压强度－灰水比关系图 5.10普通混凝土配合比设计4、混凝土体积密度校正根据混凝土实测体积密度值和估算体积密度值进行体积密度校正。计算校正系数δ：δ＝ρ实测/ρ估算。最后按下式得到实验室配合比：C=C拌×δ；S=S拌×δ；G=G拌×δ；W=W拌×δ。（三）、施工配合比施工中考虑砂的含水率a%、石子的含水率b%将实验室配合比换算成施工配合比：C’=C；W’=W－S×a%－G×b％；S’=S×（1＋a%）；G’=G×（1＋b%）。施工中应根据砂、石含水率的变化即时调整。 5.10普通混凝土配合比设计三、混凝土配合比设计实例某室内现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级C25，施工要求塌落度为35-50mm（机械搅拌、机械振捣），该施工单位无历史资料。采用原料如下：水泥：强度等级42.5的普通水泥，实测强度45MPa,密度ρc＝3.0kg/cm3；砂：Mx＝2.7，Ⅱ区，级配良好，表观密度ρs＝2650/m3；堆积密度ρs’＝1450kg/m3；碎石：最大粒径40mm，表观密度ρG＝2700/m3；堆积密度ρG’＝1520kg/m3；自来水。试求:（1）混凝土的初步配合比；（2）若调整时加入5％的水泥浆后和易性满足要求，并测得拌合物的体积密度为2375kg/m3，强度满足设计要求，求混凝土的实验室配合比；（3）若现场砂子含水率为4％，石子含水率为1％，求混凝土的施工配合比。 5.10普通混凝土配合比设计解：一、确定混凝土的初步配合比1、确定混凝土的试配强度＝25＋1.645×5.0＝33.2（Mpa）。2、确定水灰比33.2＝0.46×45（C/W－0.07）C/W=1.67W/C＝0.60。查表最大水灰比≤0.65，取水灰比0.60。3、确定用水量查表1M3混凝土用水量W0=175kg。4、确定水泥用量C0=W0/(W/C)=175/0.60=292(kg)。查表满足耐久性要求。5、确定砂率由W/C＝0.60，石子最大粒径40mm，查表，取砂率SP＝35％。 5.10普通混凝土配合比设计6、计算砂石用量（1）、体积法：因未掺加外加剂，故α取1。解联立方程组得：S0=680kg，G0=1260kg。混凝土初步配合比为：水泥：砂：石子＝1：2.33：4.32。水灰比0.60。292S01753000G0265010002700+++=1+0.01×1S0G0S0+×100％＝0.35 5.10普通混凝土配合比设计（2）、体积密度法(质量法）假定混凝土拌合物的体积密度为2400kg/m3,则有：S0+G0=2400－292－175=1933（kg），S0=1933×0.35＝677（kg），G0=1933－677=1256（kg）.混凝土初步配合比为：水泥292kg，砂子677kg，石子1256kg，水175kg。或水泥：砂：石子：水＝1：2.32：4.30：0.60。C0S0W0G0+++=S0G0S0+×100％＝SP292S0175G0+++＝2400S0G0S0+×100％＝0.35 5.10普通混凝土配合比设计二、进行和易性和强度调整确定实验室配合比按计算配合比取样15升试拌，各材料用量为：水泥：292×0.015＝4.38kg；水：175×0.015＝2.63kg；砂子：677×0.015＝10.2kg；石子：1256×0.015＝18.8kg。试拌后测得混凝土拌合物的保水性、粘聚性合格，塌落度为10mm，低于要求的35－50mm，可见砂率选用合理，增加水泥浆用量5％，即水泥增加0.22kg(4.38×0.05＝0.22），水增加0.13kg，重新拌和后测得其塌落度为40mm，符合要求。拌合物的体积密度为2375kg/m3。拌合物各种材料的实际用量为：水泥：4.60kg；水：2.76kg；砂子：10.2kg；石子：18.8kg。基准配合比为：水泥：砂子：石子：水＝1：2.2：4.1：0.6 5.10普通混凝土配合比设计用0.55、0.60、0.65三个水灰比分别拌制三个试样，测得其体积密度、强度见下表：组别W/CC/WC（kg)S（kg)G（kg)W（kg)ρ0（kg/m3)f28（Mpa)10.551.825.0210.218.82.76241039.820.601.674.6010.218.82.76238035.230.651.544.2510.218.82.76235030.130.139.835.2f28C/W33.2抗压强度－灰水比关系图1.541.671.821.64绘制抗压强度－灰水比关系图可得满足设计强度的灰水比值为1.64，则水灰比为0.61。此时混凝土的各材料用量为：水泥4.52kg，砂子、石子、水质量不变，混凝土拌合物的总质量36.28kg，拌合物体积密度为2375kg/m3，因此，混凝土的实验室配合比为：C=4.52×2375/36.28＝295kg；W=2.76×2375/36.28＝181kg；S=10.2×2375/36.28＝668kg；G=18.8×2375/36.28＝1231kg。 5.10普通混凝土配合比设计三、确定施工配合比C’=C=295（kg）；S’=S×（1＋4％）＝668×1.04＝695（kg）；G’=G×（1＋1％）＝1231×1.01＝1243（kg）；W’=W－S×4%－G×1％＝181－26.7－12.3＝142（kg）。 5.11其它混凝土一、高强混凝土高强混凝土是使用水泥、砂、石等传统原材料，通过添加一定数量的高效减水剂或同时添加一定数量的活性矿物材料，采用普通成型工艺制成的具有高强性能的一类水泥混凝土。高强混凝土的概念，并没有一个确切的定义，在不同的历史发展阶段，高强混凝土的涵义是不同的。由于各国之间的混凝土技术发展不平衡，其高强混凝土的定义也不尽相同。即使在同一个国家，因各个地区的高强混凝土发展程度不同，其定义也随之改变。正如美国的S·Shah教授所指出的那样：“高强混凝土的定义是个相对的概念，在休斯顿认为是高强混凝土，而在芝加哥却认为是普通混凝土。”在我国，通常将强度等级等于或超过C50级的混凝土称为高强混凝土。 5.11其它混凝土二、纤维混凝土纤维增强混凝土（FiberReinforcedConcrete，FRC）或简称纤维混凝土是以水泥浆、砂浆或混凝土为基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材料，均匀地掺合在混凝土中而组成的一种新型水泥基复合材料的总称.在水泥石、砂浆或混凝土中掺入抗拉强度高、极限延伸率大、抗酸碱性好的纤维后，从微观机制上改良了基体的力学性能，弥补了砂浆或混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、韧性差的缺点。纤维混凝土最适用于厚度较薄的结构，这种结构如采用传统钢筋增强，要正确放置钢筋是十分困难的。另外，喷射纤维混凝土适合制作不规则的产品，与具有等效强度、厚度较大的钢筋混凝土相比，采用相对较薄的纤维混凝土可以显著减轻结构自重。土木工程中应用最广的纤维混凝土按纤维类别分为四种：钢纤维混凝土（SFRC）、玻璃纤维混凝土（GFRC）、碳纤维混凝土（CFRC）以及合成纤维混凝土（SNFRC） 5.11其它混凝土三、轻集料混凝土轻集料混凝土是指用轻质粗集料、密度小于1950kg/m3的混凝土。轻集料混凝土主要用作保温隔热材料。一般情况下，密度较小的轻集料混凝土强度也较低，但保温隔热性能较好；密度较大的轻混凝土强度也较高，可以用作结构材料。与普通混凝土相比，轻集料混凝土在强度几乎没有多大改变的前提下，可使结构自身的重量降低30～35%，工程总造价将降低5%～20%，不仅间接地提高了混凝土的承载能力，降低成本，还能改善保温、隔热、隔音等功能性，满足现代建筑不断发展的要求。 5.11其它混凝土四、自密实混凝土密实是对混凝土最基本的要求。混凝土若不能很好地密实，其性能就不能体现。在普通混凝土的施工中，混凝土浇注后，需通过机械振捣，使其密实，但机械振捣需要一定的施工空间，而在建筑物的一些特殊部位，如配筋非常密集的地方，无法进行振捣，这就给混凝土的密实带来了困难。然而，自密实混凝土能够很好地解决这一问题。自密实混凝土指混凝土拌合物主要靠自重，不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋，属于高性能混凝土的一种。该混凝土流动性好，具有良好的施工性能和填充性能，而且集料不离析，混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性。 5.11其它混凝土五、大体积混凝土大体积混凝土工程在现代工程建设中，如各种型式的混凝土大坝、港口建筑物、建筑物地下室底板以及大型设备的基础等有着广泛的应用。但是对于大体积混凝土的概念，一直存在着多种说法。我国混凝土结构工程施工及验收规范认为，建筑物的基础最小边尺寸在1～3m范围内就属于大体积混凝土。大体积混凝土的特点除体积较大外，更主要的是由于混凝土的水泥水化热不易散发，在外界环境或混凝土内力的约束下，极易产生温度收缩裂缝。 5.11其它混凝土六、装饰混凝土水泥混凝土是当今世界最主要的土木工程材料，但其美中不足是外观颜色单调、灰暗、呆板给人以压抑感。于是，人们设法在建筑物的混凝土表面上作适当处理，使其产生一定的装饰效果，具有艺术感，这就产生了装饰混凝土。混凝土的装饰手法很多，通常是通过混凝土建筑的造型，或在混凝土表面做成一定的线型、图案、质感、色彩等获得建筑艺术性，从而满足建筑立面、地面或屋面的不同装饰要求。目前装饰混凝土主要有：彩色混凝土、清水混凝土、露石混凝土、镜面混凝土。 5.11其它混凝土七、聚合物混凝土在混凝土中引入聚合物可以显著改善混凝土的抗渗性，抗裂性、力学性能、电学性能等。聚合物的混凝土通常按聚合物引入方式的不同，分为聚合物胶结混凝土、聚合物改性水泥基复合材料及聚合物浸渍混凝土三种。