第五章水泥混凝土

第五章水泥混凝土第1頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.1概述

5.1.1混凝土的定義由膠凝材料、骨料（或稱集料）按適當(dāng)比例配合，拌和制成的混合物，經(jīng)過一定時(shí)間硬化而形成的人造石材，統(tǒng)稱之為混凝土。工程上使用最多的是水泥混凝土。第2頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.1.2砼的分類（一）按表觀密度大小分類（1）重砼：＞2600kg/m3

，采用重晶石、鐵礦石、鋼屑等重骨料和鋇水泥、鍶水泥等重水泥配制而成。適用于國防核能工程的屏蔽結(jié)構(gòu)，防射線、防輻射。第3頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）普通砼：=1950~2500kg/m3，用普通天然砂石為骨料配制而成的，建筑工程中常用的砼，適用建筑物的各種承重構(gòu)件。（3）輕砼：＜1950kg/m3，采用陶粒等輕質(zhì)多孔的骨料，或用發(fā)泡劑、加氣劑形成多孔結(jié)構(gòu)的砼。輕骨料混凝土，多孔混凝土和大孔混凝土。適用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，絕熱材料。第4頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）按膠結(jié)材料分類水泥砼、瀝青砼、石膏砼、水玻璃砼、聚合物砼。（三）按用途分類結(jié)構(gòu)砼、防水砼、道路砼、防輻射砼、耐熱砼、耐酸砼、大體積砼、膨脹砼。第5頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（四）按生產(chǎn)工藝分類泵送砼、噴射砼、碾壓砼、擠壓砼、離心砼、壓力灌漿砼、預(yù)拌砼（商品砼）、拌制砼。（五）按抗壓強(qiáng)度分類普通砼、高強(qiáng)砼、超高強(qiáng)砼。第6頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.1.3砼的特點(diǎn)（1）砼用料中80%以上的砂石可就地取材，成本低；（2）凝結(jié)前具有良好的可塑性，可以按工程結(jié)構(gòu)的要求，澆筑成各種形狀的任意尺寸的整體結(jié)構(gòu)或預(yù)制構(gòu)件；第7頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（3）硬化后有較高抗壓強(qiáng)度和良好的耐久性；（4）砼與鋼筋有牢固的粘結(jié)力，復(fù)合成鋼筋混凝土，加大了砼的應(yīng)用范圍；（5）可利用工業(yè)廢料調(diào)制成不同性能的砼，有利于環(huán)境保護(hù)；第8頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（6）自重大、比強(qiáng)度??；（7）抗拉強(qiáng)度低；（8）硬化速度慢，生產(chǎn)周期長；（9）強(qiáng)度波動(dòng)因素多。隨著現(xiàn)代混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，混凝土的不足之處已經(jīng)得到或正在被克服。例如采用輕骨料，可使混凝土的自重和導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低；在混凝土內(nèi)摻入纖維或聚合物，可大大降低混凝土的脆性；混凝十采用快硬水泥或摻入早強(qiáng)劑、減水劑等，可明顯縮短其硬化周期。第9頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.1.4混凝土的發(fā)展方向自1824年發(fā)明了波特蘭水泥之后，1830年前后就有了混凝土問世，1867年又出現(xiàn)了鋼筋混凝上。混凝土和鋼筋混凝土的出現(xiàn)，特別是鋼筋混凝土的誕生，被譽(yù)為是對(duì)混凝土的第一次革命。上世紀(jì)30年代預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的出現(xiàn)，被稱為是混凝土的第二次革命。70年代出現(xiàn)的混凝土外加劑，認(rèn)為是混凝土的第三次革命。為了適應(yīng)將來的建筑向高層，超高層，大跨度發(fā)展，以及向地下和海洋開發(fā)，混凝土今后的發(fā)展方向是：快硬，高強(qiáng)，輕質(zhì)，高耐久性，多功能和節(jié)能。第10頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.1.4砼的組成及各組成的作用砼由水泥、水、砂及石子四種基本材料組成。為節(jié)約水泥或改善砼的某些性能，常摻入外加劑和摻合料。外加劑和摻合料逐漸成為混凝土中必不可少的第五種成分。第11頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三混凝土組成的絕對(duì)體積比第12頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三水泥和水構(gòu)成水泥漿，砂和石子為砼的骨料，砂為細(xì)骨料，石子為粗骨料，水泥漿和砂構(gòu)成砂漿。水泥漿的作用：（1）填充砂的孔隙，并包裹砂粒；（2）拌制時(shí)在砂、石子之間起潤滑作用，便于施工；第13頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（3）填充石子的空隙并包裹石子；（4）水泥漿硬化后形成水泥石，將砂、石膠結(jié)成一個(gè)整體。骨料的作用：（1）形成砼的骨架；（2）對(duì)水泥石的體積變形起一定的抑制作用。第14頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.1.5對(duì)砼的基本要求（1）具有符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度；（2）具有與施工條件相適應(yīng)的施工和易性；（3）具有與工程環(huán)境相適應(yīng)的耐久性；（4）材料配孔的經(jīng)濟(jì)合理性。第15頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.2混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)

5.2.1混凝土的和易性

1、定義和易性是砼拌合物的施工操作（拌合、運(yùn)輸、澆灌、搗實(shí)）的難易程度和抵抗離析作用程度并能獲得質(zhì)量均勻，密實(shí)砼的性能。和易性包含流動(dòng)性、粘聚性、保水性。第16頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、和易性的含義

（1）流動(dòng)性流動(dòng)性是砼拌和物在自重或施工振搗的作用下，產(chǎn)生流動(dòng)，并均勻、密實(shí)地填滿模型的性能。流動(dòng)性反映拌和物的稀稠，關(guān)系著施工振搗的難易和澆筑的質(zhì)量。第17頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）粘聚性（抗離性）粘聚性是砼拌合物在施工過程中互相之間有一定粘聚力，不發(fā)生分層、離析、泌水，保持整體均勻的性能。第18頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（3）保水性保水性是砼拌合物保持水分不易析出的能力。砼拌合物中的水，一部分是保證水泥水化所需水量，另一部分是為使砼拌合物具有足夠流動(dòng)性，便于澆搗所需的水量。第19頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、和易性的測定（1）坍落度一般常用坍落度來表示常態(tài)砼流動(dòng)性的大小。粘聚性及保水性常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過試驗(yàn)或施工現(xiàn)場的觀察定性地評(píng)定其優(yōu)劣。第20頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三坍落度測量試驗(yàn)第21頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）和易性的評(píng)定：流動(dòng)性：坍落度粘聚性：在坍落的拌合物錐體一側(cè)輕打，若逐漸下沉，表示粘聚性好，如果錐體突然倒塌，部分崩裂，或石子離析則表示粘聚性不好。第22頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三保水性：若提起坍落筒后，有較多稀漿從底部析出，拌合物錐體因失漿而骨料外露，表示保水性不好。若提起坍落筒后，無稀漿析出或僅有少量稀漿自底部析出，砼錐體含漿飽滿，表示砼拌合物保水性良好。第23頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（5）維勃稠度（VB）干硬性砼拌合物，采用維勃稠度作為和易性指標(biāo)。維勃稠度：混凝土拌和物裝入坍落筒內(nèi)，提出坍落筒后，將透明圓盤置于頂面，啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，圓盤底面完全為水泥漿布滿所經(jīng)歷的時(shí)間。第24頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三砼按維勃稠度分級(jí)及允許偏差第25頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三4、影響砼拌合物和易性的因素

（1）水泥漿含量的影響水泥漿稀稠不變時(shí)，水泥漿愈多，流動(dòng)性愈大。但水泥漿過多，將出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使粘聚性變差，影響強(qiáng)度和耐久性；過少，則不能填滿骨料空隙或不能很好包裹骨料表面，產(chǎn)生崩坍現(xiàn)象，粘聚性變差。第26頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）含砂率的影響砂率是指砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。合理砂率：是在水灰比及水泥用量一定的條件下，能使砼拌合物在保持粘聚性和保水性良好的前提下，獲得最大流動(dòng)性的含砂率。第27頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三砂率過小，不能形成砂漿潤滑層，流動(dòng)性差，影響粘聚性、保水性。砂率過大，骨料孔隙率及總表面積大，當(dāng)水灰比及水泥用量一定時(shí)，使拌合物干稠，流動(dòng)性低；當(dāng)流動(dòng)性一定時(shí)，使水泥用量顯著增大。第28頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（3）水泥漿的稠度的影響水泥漿的稠度由水灰比W/C決定。W/C過小，水泥漿干稠，流動(dòng)性過低，施工困難；W/C過大，使砼拌合物的粘聚性和保水性不良，產(chǎn)生流漿、離析，影響強(qiáng)度。第30頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（4）水泥品種和骨料的性質(zhì)用礦碴水泥和某些粉煤灰水泥，拌合物的坍落度比用普通水泥小，并使拌合物的泌水性顯著增加。卵石拌制的拌合物比碎石拌制的流動(dòng)性好，河砂拌制的拌合物比山砂拌制的流動(dòng)性好。骨料級(jí)配好的砼拌合物的流動(dòng)性也好。第31頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（5）時(shí)間和溫度拌合物拌制后，隨時(shí)間的延長而逐漸變得干稠，流動(dòng)性減小。環(huán)境溫度的升高，水分蒸發(fā)及水泥水化反應(yīng)加快，拌合物的流動(dòng)性變差，坍落損失也變快。第32頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5、改善和易性的措施

（1）水灰比一定時(shí)，適當(dāng)增加水泥漿量（2）適宜的水泥品種及摻合料（3）級(jí)配良好的骨料，盡量采用較粗的砂、石（4）采用合理砂率（5）摻入適量的減水劑或引氣劑第33頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.2.2砼拌合物的凝結(jié)時(shí)間

初凝時(shí)間表示施工時(shí)間的極限；終凝時(shí)間表示力學(xué)強(qiáng)度開始快速發(fā)展。砼拌合物的凝結(jié)時(shí)間與所采用的水泥的凝結(jié)時(shí)間并不相等。水泥品種，環(huán)境溫度、濕度、摻和料、外加劑、水泥的水化反應(yīng)是影響砼凝結(jié)時(shí)間的主要因素。第34頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（1）在環(huán)境的溫度、濕度條件相同且摻合料、外加劑也相同的條件，砼所用水泥的凝結(jié)時(shí)間長，則砼拌合物凝結(jié)時(shí)間也相應(yīng)較長第35頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）砼的水灰比越大，拌和物的凝結(jié)時(shí)間越長。（3）摻粉煤灰、緩凝劑，凝結(jié)時(shí)間增長。（4）混凝土所處環(huán)境溫度高，拌和物凝結(jié)時(shí)間縮短。第36頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.2.3混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等，其中抗壓強(qiáng)度最大，砼也主要用于承受壓力。第37頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（一）混凝土的抗壓強(qiáng)度1、砼立方體抗壓強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)（1）抗壓強(qiáng)度（fcu）標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（20℃±3℃，相對(duì)濕度90%以上）下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測得的極限抗壓強(qiáng)度值為砼標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度。第38頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）砼的強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)砼立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，將砼劃為12個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。C25表示立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為25MPa。第39頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、砼的軸心抗壓強(qiáng)度（fc）砼結(jié)構(gòu)形式大部分是棱柱體型（正方形截面）或圓柱體型，為了使測得的砼強(qiáng)度接近于砼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，在砼結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算軸心受壓構(gòu)件（柱子、桁架的腹桿），受彎構(gòu)件（板、梁）都是采用砼的軸心抗壓強(qiáng)度作為依據(jù)。第40頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三用棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件測定的軸心抗壓強(qiáng)比同截面的立方體抗壓強(qiáng)度小，當(dāng)立方體抗壓強(qiáng)度在10～50MPa時(shí)，軸心抗壓強(qiáng)約為立方體抗壓強(qiáng)度的0.70～0.80倍，通常取軸心抗壓強(qiáng)為0.67倍立方體抗壓強(qiáng)度。第41頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）影響砼強(qiáng)度的因素砼的破壞型式：①骨料和水泥石分界面上的破壞；②水泥石強(qiáng)度低，水泥石本身破壞；骨料的破壞（可能性很小）砼強(qiáng)度取決于：水泥石強(qiáng)度、水泥石與骨料表面的粘結(jié)強(qiáng)度第42頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三影響砼強(qiáng)度的因素：①水泥強(qiáng)度與水灰比②骨料種類及級(jí)配③養(yǎng)護(hù)條件與齡期施工因素外加劑與摻合料等第43頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三1、水泥強(qiáng)度與水灰比①水泥標(biāo)號(hào)：水灰比一定時(shí)，水泥標(biāo)號(hào)愈高，水泥石強(qiáng)度愈高，砼強(qiáng)度也愈高②水灰比：水泥標(biāo)號(hào)相同時(shí)，水灰比越小，水泥石強(qiáng)度愈高，與骨料粘結(jié)力愈大，砼強(qiáng)度就愈高第44頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第45頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三③砼強(qiáng)度fcu的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式fcu=Afce（C/W—B）（5—1）fce=c·fce,kA、B—與材料品種和施工條件有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)c—強(qiáng)度等級(jí)富裕系數(shù)：1.0～1.13第46頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三砼抗壓強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式的運(yùn)用：1、已知水泥強(qiáng)度，估算某一強(qiáng)度砼的水灰比2、已知水泥強(qiáng)度和水灰比，估算配制出的砼可達(dá)到的強(qiáng)度。第47頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、骨料的種類及級(jí)配碎石表面愈粗糙，骨料與水泥砂漿之間粘結(jié)力愈大，砼的強(qiáng)度愈高。骨料的強(qiáng)度愈高，砼的強(qiáng)度愈高。骨料粒形以三維長度相等或相近的球形或立方體形為好。骨料級(jí)配愈好，填充愈密實(shí)，砼強(qiáng)度愈高。第48頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、砼的養(yǎng)護(hù)條件與齡期砼強(qiáng)度取決于水泥的水化狀況，受養(yǎng)護(hù)條件及齡期影響。養(yǎng)護(hù)條件是混凝土成型后的養(yǎng)護(hù)溫度與濕度。齡期是砼在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)歷的時(shí)間。第49頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三在干燥的環(huán)境中，砼強(qiáng)度的發(fā)展會(huì)隨水分的逐漸蒸發(fā)而減慢或停止。養(yǎng)護(hù)溫度高時(shí)，硬化速度較快，養(yǎng)護(hù)溫度低時(shí)，硬化比較緩慢，當(dāng)溫度低至0℃以下時(shí)，砼停止硬化，且有冰凍破壞的危險(xiǎn)。第50頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三砼澆筑后，應(yīng)在12小時(shí)內(nèi)進(jìn)行覆蓋草袋，塑料薄膜等；使用硅酸鹽、普通水泥、礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)不小于7d；使用火山灰水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或摻緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，澆水養(yǎng)護(hù)應(yīng)不小于14天。第51頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三燥熱條件下，澆水養(yǎng)護(hù)不得少于21d；平均溫度低于5℃時(shí)，不得澆水養(yǎng)護(hù)，可涂刷保護(hù)膜，防止水分蒸發(fā)。在正常養(yǎng)護(hù)條件下，砼的強(qiáng)度將隨齡期的增長而不斷發(fā)展。最初7~14d強(qiáng)度發(fā)展較快，28d可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，強(qiáng)度發(fā)展可持續(xù)數(shù)十年之久。第52頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三齡期7d28d3m6m1y2y4～5y20y強(qiáng)度0.6～0.7511.251.51.7522.253各齡期混凝土強(qiáng)度的增長值第53頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，砼強(qiáng)度與齡期的對(duì)數(shù)成正比：fn/f28=lgn/lg28fn—砼nd齡期的抗壓強(qiáng)度，MPaf28—砼28d齡期的抗壓強(qiáng)度，Mpan—養(yǎng)護(hù)齡期，n>3d第54頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三4、施工因素的影響攪拌愈均勻，振搗愈密實(shí)，砼強(qiáng)度愈高，反之砼強(qiáng)度愈低，機(jī)械振搗比人工振搗更充分、均勻，砼強(qiáng)度更高。第55頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5、外加劑與摻合料摻入早強(qiáng)劑可提高砼的早期強(qiáng)度；摻入減水劑、硅粉可提高砼的各凝期的強(qiáng)度；摻入粉煤灰、礦渣可使砼的早期強(qiáng)度降低，但后期強(qiáng)度提高。第56頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）砼的抗拉強(qiáng)度（ft）砼的抗拉強(qiáng)度很低，一般約為抗壓強(qiáng)度的7%~14%，且隨著砼強(qiáng)度的提高，拉、壓強(qiáng)度比值逐漸減小?？估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系：第57頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三受拉構(gòu)件不以混凝土來承受拉力，而是由內(nèi)部鋼筋承受拉力。對(duì)抗裂性要求高的結(jié)構(gòu)（如預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件、油庫、水池、水槽等），結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，抗拉強(qiáng)度是確定混凝土抗裂度的重要指標(biāo)。第58頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（四）提高砼強(qiáng)度和促進(jìn)砼強(qiáng)度發(fā)展的措施1、采用高標(biāo)號(hào)和快硬早強(qiáng)類水泥2、采用低水灰比的干硬性砼3、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)：蒸汽、蒸壓養(yǎng)護(hù)4、采用機(jī)械攪拌和振搗5、摻入砼外加劑、摻合料第59頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.2.4砼的變形與抗裂性

（一）非荷載作用下的變形

1、濕脹干縮變形砼長期在水中硬化，體積微膨脹；在空氣中硬化，水泥石膠體逐漸干燥收縮，產(chǎn)生干縮；干縮砼再次吸水，大部分干縮變形會(huì)消失。第60頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第61頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（1）干縮率干縮率是按規(guī)定試驗(yàn)方法，干縮至規(guī)定齡期，測量試件干縮長度占原長度的百分比。（5—3）第62頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）影響砼干縮率的主要因素單位用水量越大，水灰比越大，水泥顆粒越細(xì)，摻入促凝劑，干縮率越大；最大粒徑MD越大，級(jí)配良好，干縮率越小。第63頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（3）濕脹干縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響濕脹系數(shù)比干縮系數(shù)小得多，而濕脹常產(chǎn)生有利的影響，所以在設(shè)計(jì)中一般不考慮濕脹的影響。對(duì)于干縮，如果構(gòu)件是能夠自由收縮的，則混凝土的干縮只是引起構(gòu)件的縮短而不會(huì)導(dǎo)致干縮裂縫。

但不少結(jié)構(gòu)構(gòu)件都程度不同地受到邊界的約束作用，例如板受到梁的約束，梁受到支座的約束等，對(duì)于這些受到約束不能自由伸縮的構(gòu)件，混凝土的干縮就會(huì)使構(gòu)件表面產(chǎn)生有害的干縮應(yīng)力（拉應(yīng)力），導(dǎo)致表面裂縫的產(chǎn)生。結(jié)果使混凝土抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性能降低。。第64頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、溫度變形溫度變形是混凝土隨著溫度的變化，產(chǎn)生熱脹冷縮的變形。（1）溫度變形系數(shù)第65頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三砼的溫度變形系數(shù)隨骨料的種類和配合比而改變。骨料為花崗巖、石英巖的α大，石灰?guī)r、白云巖、玄武巖的α小。第66頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）不利影響：當(dāng)溫度變形受到約束時(shí)，就可能性產(chǎn)生裂縫，約束的程度越大裂縫就越寬。對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)來說，由于混凝土硬化過程中，水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度上升，但是混凝土的導(dǎo)熱性差，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)外溫度差，而導(dǎo)致溫度應(yīng)力的產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部受壓外部受拉，由于混凝土在只有很低的抗拉強(qiáng)度，如果拉應(yīng)力超過了抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。第67頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（3）防止溫度變形的措施：大體積砼施工時(shí)常采用低熱水泥，減少水泥用量，摻加緩凝劑及采用人工降溫，預(yù)冷骨料，以及預(yù)埋冷卻水管通水冷卻等措施。一般縱向較長的鋼筋砼結(jié)構(gòu)物，每隔一定長度設(shè)置伸縮縫，以及在結(jié)構(gòu)物中設(shè)置溫度鋼筋等。第68頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、砼的自生體積變形（化學(xué)收縮）在砼硬化過程中，由于水泥水化生成物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積小，從而引起砼的收縮，稱為自生體積變形。自生體積變形是不可恢復(fù)的，收縮量隨硬化齡期的延長而增加。第69頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）荷載作用下的變形

1、受壓應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系第70頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）荷載作用下的變形

1、受壓應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系Ⅰ階段：σ＜（0.3~0.5）fcu，σ—ε曲線近于直線，砼的變形主要是彈性變形，也有極少的塑性變形，有局部微裂縫產(chǎn)生。第71頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三Ⅱ階段：σ=（0.3~0.5）fcu至（0.7~0.9）fcu，σ—ε曲線曲率增大。此階段的塑性變形與砼內(nèi)裂縫發(fā)展相聯(lián)系，稱為假塑性變形。內(nèi)裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展，發(fā)展到一定程度會(huì)自行停止。第72頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三Ⅲ階段：σ≥（0.7~0.9）fcu后，砼內(nèi)出現(xiàn)不穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展，砼表面出現(xiàn)可見裂縫，變形速度進(jìn)一步加快。Ⅳ階段：應(yīng)力達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度fcu后，裂縫發(fā)展為貫通裂縫，承載力下降，變形繼續(xù)增加，直到破壞。第73頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、受拉應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力較低時(shí)，σ—ε曲線更加接近于直線，當(dāng)應(yīng)力超過極限抗拉強(qiáng)度的70%時(shí)，曲線明顯彎曲，隨即發(fā)生破壞。第74頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第75頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、重復(fù)荷載應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系當(dāng)重復(fù)應(yīng)力小于（0.3～0.5）fcu時(shí)，每次卸載有少量殘余變形，且隨重復(fù)次數(shù)的增加，塑性變形增量逐漸減小，最后穩(wěn)定下來；當(dāng)重復(fù)應(yīng)力大于（0.5～0.7）fcu時(shí)，塑性變形逐漸增加，最后破壞。第76頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第77頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三4、徐變與松弛（1）徐變隨著荷載作用時(shí)間的延長，即使應(yīng)力不變，砼變形將逐漸增大，這種隨時(shí)間增長的變形稱為徐變。第78頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三混凝土的徐變曲線第79頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三徐變產(chǎn)生的原因a、由水泥石的徐變所引起，而水泥石的徐變則是凝膠體中水份的遷移，及粘性流動(dòng)所產(chǎn)生的。b、砼內(nèi)部的微裂縫在荷載的長期作用下不斷增加（應(yīng)力較小時(shí)）和擴(kuò)展（應(yīng)力較大時(shí)）所致。第80頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三a、σ＜（0.3~0.5）fcu時(shí)，變形隨時(shí)間延長而增長，可達(dá)到瞬時(shí)變形的2~3倍。卸荷后，部分變形可恢復(fù)，保留部分永久變形。b、σ＞（0.3~0.5）fcu時(shí)，徐變變形增長比應(yīng)力增加的快。c、σ＞（0.7~0.8）fcu時(shí)，砼的徐變不收斂，砼由于變形不斷增長而導(dǎo)致破壞，持荷時(shí)間越長破壞應(yīng)力越低。第81頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三影響徐變的因素：①初始應(yīng)力的大小②加荷齡期越早，徐變?cè)酱螈踂/C大，砼強(qiáng)度低，徐變大④W/C一定，C較多，徐變大⑤水泥質(zhì)量好，骨料級(jí)配好，徐變?。虎迵饺氲V渣，火山灰質(zhì)混合料，徐變大⑦養(yǎng)護(hù)質(zhì)量好，可降低徐變第82頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）應(yīng)力松馳荷載作用下，砼產(chǎn)生一定變形后，維持此變形不變，隨時(shí)間的延長，砼內(nèi)的應(yīng)力將逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松馳。加載齡期越早，荷載持續(xù)時(shí)間越長，應(yīng)力松弛現(xiàn)象越明顯。第83頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）砼的抗裂性

1、砼的裂縫砼的開裂主要是由于拉應(yīng)力超過了抗拉極限強(qiáng)度。砼的干縮、冷縮、自身體積收縮等收縮變形在受周圍約束時(shí)，以及自由膨脹變形會(huì)在內(nèi)部引起拉應(yīng)力，可能導(dǎo)致砼產(chǎn)生裂縫。第84頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、抗裂性指標(biāo)（1）極限拉伸應(yīng)變p

（2）抗裂度：極限拉伸應(yīng)變與溫度變形系數(shù)的比值D=p/（3）熱強(qiáng)比H/R：單位體積的發(fā)熱量與抗拉強(qiáng)度的比值（4）抗裂性系數(shù)CR=p/·△T第85頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、提高砼抗裂性的措施（1）選擇適當(dāng)水泥品種（2）選擇適當(dāng)水灰比（3）選用多棱角的碎石和人工砂（4）摻入適量的粉煤灰或硅粉（5）摻入減水劑和引氣劑（6）加強(qiáng)質(zhì)量管理，提高均勻性（7）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)第86頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.2.5砼的耐久性耐久性：抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持結(jié)構(gòu)的安全，正常使用的能力。砼的耐久性包括：抗?jié)B性、抗凍性、抗沖磨性、抗侵蝕、抗碳化等。第87頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（一）砼的抗?jié)B性1、定義砼的抗?jié)B性是砼抵抗有壓介質(zhì)（水、油、溶液等）滲透作用的能力，它是決定砼耐久性的重要因素。抗?jié)B性↑，抗凍性↑，抗侵蝕性↑；抗?jié)B性↓，抗凍性↓，抗侵蝕性↓第88頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、抗?jié)B性的表示方法①抗?jié)B等級(jí)：按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)試件所承受的最大水壓力來表示。W2、W4、W6、W8、W10、W12能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水壓力而不滲透。②滲透系數(shù)：越小，抗?jié)B性越強(qiáng)。第89頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、影響砼抗?jié)B性的主要因素砼抗?jié)B性主要與孔隙率（開口孔隙率）有關(guān)的因素有關(guān)：（1）水泥品種（2）水灰比（3）骨料級(jí)配和粒徑（4）砂率（5）養(yǎng)護(hù)條件與齡期（6）外加劑與混合材料第90頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三4、提高砼抗?jié)B性的主要措施（1）選擇合理的水泥品種（2）采用較小的水灰比（3）選擇適宜的骨料粒徑，級(jí)配良好且干凈的骨料（4）摻入適量的減水劑、引氣劑、放水劑和粉煤灰等混合材料（5）適當(dāng)增加砂率（6）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)第91頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）砼的抗凍性1、定義抗凍性是砼在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融作用而不破壞，同時(shí)出不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。第92頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、表示方法抗凍等級(jí)是以28天齡期砼標(biāo)準(zhǔn)試件，在水飽和狀態(tài)下所能承受的凍融循環(huán)次數(shù)N來確定。要求其強(qiáng)度降低不超過25%，質(zhì)量損失不超過5%。F50、F100、F150、F200、F300、F400第93頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、砼抗凍等級(jí)的選用根據(jù)工程所處環(huán)境，年凍融循環(huán)次數(shù)按有關(guān)規(guī)范選用。

抗凍性好的砼，抗溫度變化，抗干濕變化、抗風(fēng)化等性能也好，因此溫和地區(qū)的水工建筑、民用建筑也應(yīng)提出抗?jié)B要求。第94頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三4、影響抗凍性的因素：（1）水泥品種、標(biāo)號(hào)（2）水灰比（3）外加劑、摻合料（4）骨料品質(zhì)第95頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）砼的抗磨及抗氣蝕性1、有抗磨性要求的砼，強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，2、有抗氣蝕性要求的應(yīng)采用C50以上的細(xì)石砼，并在砼中摻入硅粉及高效減水劑，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證砼密實(shí)、均勻、表面平整。第96頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（四）砼的抗侵蝕性主要取決于水泥的抗蝕性（五）砼的堿骨料反應(yīng)水泥中的堿類與骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使砼發(fā)生不均勻膨脹，造成裂縫，強(qiáng)度模量下降等不良現(xiàn)象，這類堿與骨料發(fā)生的反應(yīng)統(tǒng)稱堿骨料反應(yīng)。第97頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)生堿骨料反應(yīng)的必要條件：①骨料中含有一定量的活性成分（活性氧化硅）②混凝土中含堿量（K2O及Na2O）較高③砼中有水分第98頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三防止堿骨料反應(yīng)措施：①選擇非活性骨料；②選用低堿水泥，控制砼總含堿量；③在砼中摻入活性摻合料，抑制堿骨料反應(yīng)；④在砼中摻入引氣劑⑤防止外界水分滲入砼內(nèi)部第99頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（六）砼的碳化（中性化）1、定義水泥石中的Ca(OH)2與空氣中的CO2，在有水分存在的條件下，發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3，并使砼中Ca(OH)2濃度下降，稱為砼的碳化。第100頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、碳化對(duì)砼的不利影響（1）碳化引起砼收縮，使砼表層產(chǎn)生微細(xì)裂縫，嚴(yán)重影響砼結(jié)構(gòu)的使用壽命。（2）碳化發(fā)展到鋼筋層時(shí)，使鋼筋表層的鈍化膜遭到破壞，發(fā)生生銹，最終導(dǎo)致鋼筋砼結(jié)構(gòu)的破壞。第101頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、碳化對(duì)砼的有利影響碳化作用產(chǎn)生的CaCO3填充了水泥石的孔隙，產(chǎn)生的水分有助于未水化的水泥水化，從而可提高砼碳化層的密實(shí)度，對(duì)提高抗壓強(qiáng)度有利。第102頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三4、影響碳化速度的主要因素：（1）環(huán)境中的CO2濃度（2）水泥品種（3）水灰比（4）環(huán)境濕度第103頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5、減少碳化作用不利影響的措施（1）采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層（2）合理選擇水泥品種（3）采用水灰比小，單位水泥用量較大的砼配合比（4）使用減水劑，改善砼的和易性，提高砼的密實(shí)度（5）加強(qiáng)施工質(zhì)量控制第104頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（七）提高砼耐久性的主要措施1、合理選擇水泥品種2、選用質(zhì)量良好，合格的砂石骨料3、嚴(yán)格控制水灰比，提高砼密實(shí)性4、摻入減水劑及引氣劑，改善砼內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)5、改善施工操作，保證質(zhì)量第105頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.3砼的組成材料砼是一個(gè)宏觀勻質(zhì)，微觀非勻質(zhì)的堆聚結(jié)構(gòu)。水泥漿包裹砂粒，填充砂粒間的空隙形成水泥砂漿，水泥砂漿包裹石子并填充石子間的空隙而形成砼。第106頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.3.1水泥

（一）水泥品種的選擇一般采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥。第107頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三水泥進(jìn)場須有出廠合格證或進(jìn)場試驗(yàn)報(bào)告，對(duì)品種、標(biāo)號(hào)、包裝或散裝倉號(hào)、出廠日期等應(yīng)檢查驗(yàn)收。當(dāng)對(duì)水泥質(zhì)量有懷疑或出廠日期超過三個(gè)月（快硬硅酸鹽水泥超過一個(gè)月）時(shí)，應(yīng)復(fù)查試驗(yàn)，并試驗(yàn)結(jié)果使用。第108頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）水泥標(biāo)號(hào)的選擇根據(jù)砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)選擇，砼強(qiáng)度等級(jí)高，水泥標(biāo)號(hào)也高。水泥標(biāo)號(hào)=（1.5～2）砼強(qiáng)度等級(jí)高強(qiáng)砼：水泥標(biāo)號(hào)=（0.9～1.5）砼強(qiáng)度等級(jí)。第109頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.3.2細(xì)骨料（砂）

細(xì)骨料是粒徑為0.16～5mm的骨料。細(xì)骨料有天然砂（河砂、海砂、山谷砂等）和人工砂（含6%~12%粒徑小于0.16mm的石粉），其中以河砂的質(zhì)量最好。第110頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（一）顆粒形狀及表面特征1、山谷砂和人工砂的顆粒多棱角，表面粗糙，與水泥粘結(jié)較好，砼強(qiáng)度較高，但拌和物的流動(dòng)性較差。2、河砂和海砂的顆粒少棱角，表面光滑，與水泥粘結(jié)較差，砼強(qiáng)度較低，但拌和物的流動(dòng)性較好第111頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）細(xì)骨料的有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)：云母、粘土、淤泥、有機(jī)物、化合物、輕物質(zhì)等。民用建筑用砂符合《普通砼用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》；水工砼用砂符合《水工砼施工規(guī)范》；水運(yùn)工程砼用砂符合《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》。第112頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）砂的粗細(xì)程度與顆粒級(jí)配1、砂的粗細(xì)程度砂的粗細(xì)程度是反映不同粒徑的砂粒，混合后的總體粗細(xì)程度。細(xì)度模數(shù)（μf）是指不同粒徑的砂?；煸谝黄鸷蟮钠骄旨?xì)程度，用來表示砂的粗細(xì)程度。第113頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（5—11）A1、A2、A3、A4、A5、A6—分別為用5.0、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm各篩上累計(jì)篩余百分率第114頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第115頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三粗砂μf=3.7~3.1中砂μf=3.0~2.3細(xì)砂μf=2.2~1.6特細(xì)砂μf=1.5~0.7拌制砼以中砂為宜，普通砼用砂的細(xì)度模數(shù)為3.7~1.6第116頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、砂的顆粒級(jí)配砂的顆粒級(jí)配指砂不同大小顆粒的搭配情況。砂的級(jí)配常用各篩上累計(jì)篩余量百分率來表示，共分為I、II、III區(qū)級(jí)，級(jí)配較好的砂應(yīng)處于同一區(qū)間。拌制砼應(yīng)優(yōu)先選擇Ⅱ區(qū)的砂。第117頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三單一粒徑兩種粒徑多種粒徑顆粒級(jí)配示意圖第118頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第119頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第120頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（四）砂的物理性質(zhì)1、砂的視密度、堆積密度及空隙率（1）砂的視密度反映砂的密實(shí)程度一般砂：ρ視=2.5g/cm3石英砂：ρ視=2.6~2.7g/cm3第121頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）砂的堆積密度：自然狀態(tài)：=1400~1600kg/m3密實(shí)堆積：

=1600~1700kg/m3（3）空隙率天然河砂的空隙率為40%~45%級(jí)配良好河砂的空隙率＜40%第122頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2、砂的含水狀態(tài)（1）含水狀態(tài)①干燥狀態(tài)：在不超過110℃的溫度下烘干至恒重，砂含水率為零。②氣干狀態(tài)：砂含水率與大氣濕度相互平衡時(shí)的狀態(tài)。第123頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三③飽和面干狀態(tài)：砂子表面干燥而內(nèi)部孔隙含水達(dá)到飽和時(shí)的狀態(tài)。飽和面干砂既不從砼拌合物中吸取水分，也不放出水分，配制砼較好。④濕潤狀態(tài)：砂子不僅內(nèi)部孔隙含水飽和，而且表面也吸附一層自由水。第124頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三干燥狀態(tài)氣干狀態(tài)飽和面干狀態(tài)濕潤狀態(tài)砂的含水狀態(tài)第125頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（2）飽和面干吸水率飽和面干砂的含水率稱為飽和面干吸水率，簡稱吸水率。砂的顆粒越堅(jiān)實(shí)，吸水率就越小，品質(zhì)就越好。工民建按干燥狀態(tài)砂（含水率<0.5%）及石子（含水率<0.2%）來設(shè)計(jì)砼配合比。第126頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3、砂的堅(jiān)固性砂的堅(jiān)固性是指砂在氣候、環(huán)境變化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。第127頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5.3.3粗骨料粗骨料是粒徑>5mm的骨料。常用的粗骨料有卵石和碎石。（一）顆粒形狀及表面特征較理想的顆粒形狀：三維長度相等，相近的球形或立方體顆粒。較差的顆粒形狀：三維長度相差較大的針、片狀顆粒。第128頁，共142頁，2023