混凝土力學(xué)性能及氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)

1、建筑材料試驗(yàn)報(bào)告姓名：同組人姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)課時(shí)間：班級(jí)實(shí)驗(yàn)名稱：混凝土力學(xué)性能及氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.學(xué)習(xí)混凝土主要力學(xué)性能的測(cè)試方法2.學(xué)習(xí)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、混凝土抗壓強(qiáng)度1.實(shí)驗(yàn)原理試件尺寸：100×100×100 (mm)齡期：21天加荷速度：C300.30-0.50Mpa/SC300.50-0.80Mpa/S換算系數(shù)：100×100×100(mm)0.95150×150×150(mm) 1.00200×200×200(mm)1.05混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)

2、算：式中，為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度(Mpa)；F為破壞荷載(N)；A為試件承壓面積(mm2)?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)精確至0.1 Mpa。強(qiáng)度值得確定應(yīng)符合下列規(guī)定：如兩個(gè)測(cè)值與中間值相差均不超過(guò)15%，則以三個(gè)試件的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值。三個(gè)測(cè)值中的最大值和最小值中如有一個(gè)與中間值得差值超過(guò)中間值的15%。則把最大及最小一并舍除，取中間值作為改組試件的抗壓強(qiáng)度值。如兩個(gè)測(cè)值與中間值相差均超過(guò)15%，則該組實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。取立方體試件的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值。用非標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，對(duì)100×100×100(mm) 的試件取值為0.95。2

3、.實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1) 壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)精度（示值的相對(duì)誤差）應(yīng)為±1%，試件的破壞荷載應(yīng)大于壓力機(jī)全量程的20%，且小于全量程的80%左右。實(shí)驗(yàn)機(jī)上、下壓板應(yīng)有足夠的剛度，其中的一塊壓板應(yīng)帶有球形支座，使壓板與試件接觸均衡。(2) 鋼尺量程300mm，最小刻度1mm。3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)盡快進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以免試件內(nèi)部的溫度濕度發(fā)生顯著變化。(2)試件在測(cè)試前應(yīng)將其表面與實(shí)驗(yàn)機(jī)的上下承壓板擦拭干凈，檢查其外觀。(3)將試件安放在實(shí)驗(yàn)機(jī)下壓板上，試件的中心與實(shí)驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直。(4)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)均勻地加載，注意加荷速度應(yīng)為：混凝土強(qiáng)度等級(jí)小

4、于C30時(shí)，取每秒鐘0.30.5MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于C30，但是小于C60時(shí)，取每秒鐘0.50.8MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于C60時(shí)，取每秒鐘0.81.0MPa。2.混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)條件如下：試件尺寸：100×100×100 (mm)齡期：21天加載方式：混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度采用直徑為150mm的鋼制弧型墊條，其長(zhǎng)度不短于試件邊長(zhǎng)。進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)時(shí)在墊條與混凝土之間墊一厚34mm、寬度為1020mm的三合板墊層。加荷速度：0.20.8Mpa/S（強(qiáng)度等級(jí)低的取0.20.5 Mpa/S，高的取0.50.8Mpa/S）。混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)按

5、下式計(jì)算：式中，fts為混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（Mpa)；F為破壞荷載（N）；A為試件劈裂面面積（mm2）。劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算精確到0.01。取立方體試件的劈裂抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值。用非標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，對(duì)100×100×100 (mm) 的試件取值為0.85。數(shù)據(jù)處理與混凝土抗壓強(qiáng)度相同。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1) 壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)劈裂抗拉實(shí)驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合“混凝土抗壓強(qiáng)度”中對(duì)設(shè)備的要求。(2) 墊塊、墊條和支架混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)采用半徑為75mm的鋼制弧形墊條，墊塊的長(zhǎng)度應(yīng)與試件相同。進(jìn)行劈裂抗拉實(shí)驗(yàn)時(shí)在墊塊與試件之間墊以木質(zhì)三合板墊層，寬度為20mm，厚度為3

6、4mm，長(zhǎng)度不應(yīng)短于試件邊長(zhǎng)。墊層不得重復(fù)使用。支架為鋼制支架。3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試件在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先擦拭干凈，檢查外觀并在試件中部畫線定出劈裂面的位置。劈裂面應(yīng)與試件成型時(shí)的頂面垂直。(2)將試件放在實(shí)驗(yàn)機(jī)下壓板的中心位置，在上、下壓板與試件之間墊以圓弧形墊塊及墊條各一條。(3)開(kāi)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡。加載應(yīng)連續(xù)均勻，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C30時(shí)，加載速度取每秒鐘0.020.05MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于C30，但是小于C60時(shí)，加載速度取每秒鐘0.050.08MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于C60時(shí)，加載速度取每秒鐘0

7、.080.10MPa。加載至試件破壞，記錄破壞荷載。3、混凝土與鋼筋握裹強(qiáng)度1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)條件如下：試件尺寸：100×100×200mm齡期：21天試件六個(gè)為一組加荷速度400N/S加載時(shí)到下面任何一種狀況時(shí)停止加載(1)鋼筋達(dá)到屈服(2)混凝土發(fā)生破裂(3)鋼筋滑動(dòng)超過(guò)0.1mm試驗(yàn)時(shí)采用16mm的光圓鋼筋,拔至最大荷載時(shí)停止實(shí)驗(yàn)混凝土鋼筋握裹力強(qiáng)度計(jì)算公式：鋼筋握裹強(qiáng)度P1：滑動(dòng)變形為0.01mm時(shí)的荷載（N）P2：滑動(dòng)變形為0.05mm時(shí)的荷載（N）P3：滑動(dòng)變形為0.1mm時(shí)的荷載（N）4.混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)1.實(shí)驗(yàn)方法：采用飽鹽電導(dǎo)法：基于Nernst-Ei

8、nstein方程發(fā)展起來(lái)的混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)法是最快速的方法，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)測(cè)定混凝土的飽鹽電導(dǎo)率來(lái)計(jì)算混凝土中的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。若把飽鹽混凝土看成是固體電解質(zhì)，氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)與混凝土飽鹽電導(dǎo)率關(guān)系是：此即著名的Nernst-Einstein方程。不同性能的混凝土擴(kuò)散系數(shù)大致為： C15 混凝土擴(kuò)散系數(shù)79×10-8cm2/s C30-C40 混凝土擴(kuò)散系數(shù)35×10-8cm2/s C40混凝土3×10-8cm2/s 高強(qiáng)混凝土C60以上2×10-8cm2/s當(dāng)摻入摻和料也會(huì)使結(jié)果偏小，根據(jù)以上結(jié)果是初步評(píng)定混凝土的耐久性的一項(xiàng)指標(biāo)。2.試

9、件制備和操作程序?qū)B(yǎng)護(hù)到一定齡期的混凝土切割成厚度為50mm的試件；將試件放入到抽真空（-0.08MPa）的裝置內(nèi)抽真空（把混凝土內(nèi)部的空氣抽出），四小時(shí)后，注入4M的NaCl溶液，繼續(xù)抽2小時(shí)后取出；將試件裝入到測(cè)試裝置的電極內(nèi)，進(jìn)入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，取兩次測(cè)試的平均值為最后結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)因混凝土28天抗壓強(qiáng)度未達(dá)到齡期而無(wú)法實(shí)驗(yàn)，故數(shù)據(jù)及分析在第四次報(bào)告中具體呈現(xiàn)。2、混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：序號(hào)極限應(yīng)力P（kN）劈裂抗拉強(qiáng)度f(wàn)ts（MPa）11147.321167.431288.2平均7.6平均標(biāo)準(zhǔn)6.5其中，標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，應(yīng)當(dāng)將平均值乘以0.85，

10、即0.85×fts6.5MPa。分析：一般來(lái)講，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)該只有抗壓強(qiáng)度的，而且隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，該比值降低。在我們組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，劈裂抗拉強(qiáng)度大約為抗壓強(qiáng)度的。3、混凝土與鋼筋握裹強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)：序號(hào)12握裹力峰值（kN）36.020.0（MPa）2.97計(jì)算得：=2.97MPa。4、混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下：序號(hào)平均值氯離子擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s）2.4953×10-9分析：各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：混凝土強(qiáng)度等級(jí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)C151×10-7C30C405×10-8C40以上1×

11、;10-8C60以上1×10-82×10-8我們組設(shè)計(jì)配制的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C60，而實(shí)驗(yàn)測(cè)得氯離子擴(kuò)散系數(shù)為2.4953×10-9，比經(jīng)驗(yàn)值（12×10-8）偏小。氯離子擴(kuò)散系數(shù)小，說(shuō)明我們配制的混凝土抗?jié)B性更好。其原因應(yīng)該是我們組配制的混凝土摻入了較多粉煤灰，使得混凝土孔隙率降低，混凝土對(duì)離子滲透的阻力增強(qiáng)。四、相關(guān)知識(shí)1影響混凝土強(qiáng)度的因素普通混凝土受力破壞一般出現(xiàn)在骨料和水泥石的分界面上，是常見(jiàn)的粘結(jié)面破壞的形式。在普通混凝土中，骨料最先破壞的可能性小，因?yàn)楣橇蠌?qiáng)度通常大大超過(guò)水泥石和粘結(jié)面的強(qiáng)度。所以混凝土的強(qiáng)度主要決定于水泥石強(qiáng)度及其與骨

12、料表面的粘結(jié)強(qiáng)度。而水泥石強(qiáng)度及其與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度又與水泥標(biāo)號(hào)、水灰比、及骨料的性質(zhì)有密切關(guān)系。當(dāng)水泥石強(qiáng)度較底時(shí)，水泥石本身容易受到破壞。此外混凝土的強(qiáng)度還受施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件及齡期的影響。 (1)水灰比和水泥標(biāo)號(hào)是決定混凝土強(qiáng)度的主要因素 水泥是混凝土中的活性成分，其強(qiáng)度的大小直接影響著混凝土強(qiáng)度的高低。從混凝土強(qiáng)度表達(dá)式：fcu,0Afce（CW-B）可以看出，在配合比相同的條件下，所用的水泥標(biāo)號(hào)越高，制成的混凝土強(qiáng)度越高。當(dāng)水泥相同時(shí)，混凝土的強(qiáng)度取決于水灰比。當(dāng)水泥水化時(shí)所需的結(jié)合水，一般只占水泥重量的23左右。如果結(jié)合水較大（約占水泥重量的4070），混凝土硬化

13、后，多余的水分殘留在混凝土中形成氣泡或蒸發(fā)后形成氣孔，大大地減少了混凝土抵抗荷載的實(shí)際有效斷面，可能在空隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，在水泥標(biāo)號(hào)相同的情況下，水灰比愈小，水泥石的強(qiáng)度愈高，與骨料粘結(jié)力愈大，混凝土的強(qiáng)度就愈高。如果加水太少，拌和物過(guò)于干硬，在一定的搗實(shí)成型條件下，無(wú)法保證澆灌質(zhì)量，混凝土中將出現(xiàn)較多的蜂窩孔洞，混凝土強(qiáng)度也將下降。 (2)粗骨料的影響 粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度也有一定的影響。當(dāng)石質(zhì)強(qiáng)度相等時(shí)，決定于骨料的表面粗糙度。如：碎石表面比卵石表面粗糙，它與水泥砂漿的粘結(jié)力比卵石大；當(dāng)水灰比相等或配合比相同時(shí)，兩種材料配制的混凝土，碎石的混凝土強(qiáng)度比卵石強(qiáng)。一般

14、混凝土的粗骨料控制在3.2cm左右。對(duì)于砂的質(zhì)量對(duì)混凝土的強(qiáng)度也有一定的影響。如果砂的含泥量大，含有一定量的有害雜質(zhì)，也會(huì)降低混凝土強(qiáng)度。因此，通常在施工中使用清水砂。 (3)溫度和濕度的影響 混凝土的硬化在于水泥的水化作用。周圍環(huán)境溫度對(duì)水泥水化的速度有顯著的影響：溫度升高，水泥水化速度加快，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)加快。反之，溫度降低，水泥水化速度降低，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，則由于混凝土中的水分大部分已結(jié)冰，水泥顆粒不能與冰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，混凝土的強(qiáng)度停止發(fā)展，而且孔隙內(nèi)水分結(jié)冰會(huì)引起膨脹（水結(jié)冰體積可膨脹約9），作用在孔隙毛細(xì)管內(nèi)壁，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，

15、已經(jīng)獲得的強(qiáng)度（如果在結(jié)冰前，混凝土已經(jīng)不同程度地硬化的話）受到損失。當(dāng)氣溫忽高忽底反復(fù)凍融，混凝土內(nèi)部的微裂逐漸增長(zhǎng)、擴(kuò)大，使混凝土強(qiáng)度逐漸降低，表面出現(xiàn)剝落，甚至混凝土完全崩潰。 周圍環(huán)境的濕度對(duì)水泥的水化作用也有顯著影響：濕度適當(dāng)，水泥水化進(jìn)行順利，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。如果濕度不夠，混凝土因缺水而影響水泥水化作用的正常進(jìn)行，甚至停止水化。使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，滲水性增大或形成干縮裂縫，影響耐久性。 為了使混凝土正常硬化，必須在成型后一定時(shí)間內(nèi)維護(hù)周圍環(huán)境，保證一定溫度和濕度。當(dāng)混凝土凝結(jié)以后，表面應(yīng)覆蓋草袋等物并不斷澆水，防止其發(fā)生不正常的收縮。在夏季應(yīng)注意澆水，保持必要

16、的濕度；在冬季注意保溫，保持必要的溫度。一般采取綜合蓄熱法及蒸養(yǎng)法。 (4)齡期的影響 凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度將隨著齡期的增加而提高，最初714d內(nèi)強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，28d以后增長(zhǎng)緩慢。 2提高混凝土強(qiáng)度的措施根據(jù)影響混凝土強(qiáng)度的因素分析，提高混凝土強(qiáng)度可以從以下幾個(gè)方面采取措施： (1)采用高標(biāo)號(hào)水泥 如：采用早強(qiáng)水泥，或在混凝土中摻入早強(qiáng)劑，均可提高混凝土早期強(qiáng)變。 (2)盡可能降低水灰比 為使混凝土拌和物中的游離水分減少，采用較小的水灰比，用水量小的干硬性混凝土，或在混凝土中摻入減水劑。 (3)采用濕熱處理

17、 蒸汽養(yǎng)護(hù) 將混凝土放在溫度低于100的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一般混凝土經(jīng)過(guò)1620d的蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度即可達(dá)到正常條件下養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度的7080。蒸汽養(yǎng)護(hù)的最適宜溫度隨水泥品種而不同。用普通水泥時(shí)，最適宜的養(yǎng)護(hù)溫度為80左右，用礦渣水泥及火山灰水泥時(shí)，則為90左右。 蒸壓養(yǎng)護(hù) 將混凝土構(gòu)件放在175的溫度及8個(gè)大氣壓的壓蒸鍋內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在高溫的條件下，水泥水化時(shí)析出的氫氧化鈣，不僅能與活性的氧化硅結(jié)合，而且亦能與結(jié)晶狀態(tài)的氧化硅相結(jié)合，生成含水硅酸鹽結(jié)晶，使水泥的水化加速，硬化加快，而且混凝土的強(qiáng)度也大大提高。對(duì)摻有活性混合材料的水泥更為有效。 (4)采用機(jī)械攪拌和振搗 機(jī)械攪拌比人工拌和能使混凝土拌和物更均勻，特別在拌和低流動(dòng)性混凝土拌和物時(shí)效果更顯著。攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高。但考慮到能耗、施工進(jìn)度等，一般要求控制在23min之間。利用振搗器搗實(shí)時(shí)，能提高混凝土拌和物的流動(dòng)性，使混凝土拌和物能很好的充滿模型，排除混凝土中氣泡，內(nèi)部空