項目四 混凝土(上)

項目四

混凝土教學目的與要求：了解水泥混凝土的地位、基本組成材料及作用、混凝土的分類；掌握普通混凝土的組成材料：水泥的合理選用；對骨料的一般質(zhì)量要求；砂、石顆粒特征及級配；混凝土用水要求；掌握混凝土拌和物和易性的概念及測定方法；掌握混凝土強度等級的評定及影響因素；了解混凝土變形性能及耐久性能；了解外加劑的種類、作用；熟練掌握混凝土配合比的設計；了解其他品種的混凝土性能及應用；重點、難點：普通混凝土配合比的設計；講授課時安排：6課時；試驗課時安排：2課時.任務1概述

*當今世界上用量最大的人工建筑材料*混凝土的定義：

混凝土是由膠凝材料、狀粒材料、水及其他外加劑按照適量的比例配制而成的。*在土木工程中，應用最廣泛的是水泥混凝土：以水泥為膠凝材料，以砂、石為骨料，加水拌制成的混合物，經(jīng)過一定時間硬化而成的水泥混凝土。1.按表觀密度分類特重混凝土（>2600kg/m3)普通混凝土（1900<<2600kg/m3)輕混凝土（600<<1900kg/m3)特輕混凝土(<600kg/m3)一、混凝土分類2.按用途分類結(jié)構用混凝土；道路混凝土；特種混凝土；耐熱混凝土耐酸混凝土等二混凝土的特點原材料豐富，成本低；混凝土中80%以上的是砂、石子，資源十分豐富。良好的可塑性；利用模板可以制成任何形狀、尺寸的構件；高強度；混凝土的抗壓強度為20~55MPa.良好的耐久性；有抗凍、抗?jié)B、抗風化、抗腐蝕等性能，比鋼材、木材更耐久?？捎娩摻钤鰪?；思考題：混凝土中四種組成材料的作用各是什么？“骨架作用”“包裹、填充，潤滑作用”三普通混凝土的組成一、水泥1水泥品種的選擇：

水泥的品種主要是根據(jù)工程的特點以及環(huán)境條件，按項目三P55表3-10選擇2水泥強度等級的選擇：

水泥的強度等級一般以為混凝土強度等級標準值的1.5~2倍。如設計C25強度等級的混凝土，一般選擇42.5、42.5R強度等級的水泥。任務2混凝土組成材料二、骨料普通混凝土所用的骨料一般按照粒徑的大小分為兩種：粗骨料和細骨料（1）粗骨料：顆粒粒徑大于5mm的顆粒；混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石兩種（2）細骨料：顆粒粒徑小于5mm的顆粒。

細骨料一般有河砂、海砂和山砂三類

砂、石的技術質(zhì)量要求：

**重點介紹砂、石的級配評定和粗細程度骨料的級配：

指骨料中不同粒徑顆粒的搭配分布情況。良好的級配，不但能減少水泥用量，而且提高混凝土的密實度、強度等性能。粗細程度：

指不同粒徑的顆?；旌衔锏钠骄旨毘潭龋?）砂的顆粒級配評定和粗細程度

砂的顆粒級配的評定和粗細程度一般用篩分析法來測定的。

具體操作方法：將500g干砂，依次通過一套孔徑為5.0、2.5（圓孔）、1.25、0.63、0.315和0.16（方孔）的六個篩子，測量各篩篩余量的質(zhì)量mi，計算出各篩的分計篩余量和累計篩余量。**砂的篩分析法的幾個概念：分計篩余量mi：砂子通過六個標準篩時各篩上的篩余量，即mi(其中i=1,2,3,4,5,6)；分計篩余率：各篩上的分計篩余量占砂樣總質(zhì)量（500g）的百分率，即

=mi/500;累計篩余率

：各篩與比該篩粗的所有分計篩余率之和。即篩孔/mm分計篩余量/g分計篩余率%

累計篩余率%5.0m12.5m21.25m30.63m40.315m50.16m6**砂的顆粒級配評定標準：砂的顆粒級配評定：P67表4-5

標準規(guī)定，按0.63mm的篩孔的累計篩余百分率分為三個級配區(qū)：I級配區(qū)砂：=（85~71）%；II級配區(qū)砂：=（41~70）%；III級配區(qū)砂：=（16~40）%。砂的粗細程度判斷標準：砂的粗細程度用細度模數(shù)

表示：普通混凝土優(yōu)先使用中砂MX=3.0~2.3；粗砂：=3.7~3.1；中砂：

=3.0~2.3；細砂：=2.2~1.6特細砂：

=1.5~0.7。例題：評定該砂級配情況和細數(shù)：篩孔尺寸/mm分計篩余累計篩余百分率（%）分計篩余量/g分計篩余百分率（%）5.015

2.5701.251050.63

1200.315900.16853142124181731738628097經(jīng)上面的計算可知：甲砂為II級配區(qū)、中砂。（2）石子的最大粒徑Dmax

與顆粒級配評定石子粒徑D的一般范圍：4.75mm<D<Dmax建筑工程中考慮最大粒徑Dmax的意義：（1）

在石子質(zhì)量m相同時，當增大顆粒的最大粒徑Dmax時，其表面積減?。唬?）用較大Dmax石子制做混凝土拌和物時，可以節(jié)約水泥的用量，因此比較經(jīng)濟。

（3）故在混凝土設計中，盡可能選用最大粒徑Dmax較大的石子。石子最大粒徑Dmax選用原則：（1）從結(jié)構上考慮：

石子的最大粒徑應該考慮建筑構件的尺寸以及配筋的疏密。最大粒徑Dmax不得超過結(jié)構截面最小尺寸的1/4，且不得大于鋼筋最小凈距的3/4對混凝土實心板，石子的最大粒徑Dmax不宜超過板厚的1/3，且最大不得超過40mm。（2）從施工上考慮：從施工上，對最大粒徑也有相應的限制。當最大粒徑過粗時，不利于混凝土拌合物的振搗、攪拌和運輸。（3）從經(jīng)濟上考慮：

當Dmax

增大時，水泥用量減少，但是從下面曲線可見，當Dmax>150mm時，

節(jié)約水泥的效果不明顯。所以最大粒徑不宜超過150mm。**建筑工程中混凝土用石子的最大粒徑Dmax大致選擇范圍：一般水利、海港等大型工程中:

混凝土用石子最大粒徑Dmax采用120mm或150mm;一般房屋建筑工程中:

混凝土用石子的最大粒徑Dmax一般采用20mm、31.5mm、40mm和60mm。石子的顆粒級配：石子的顆粒級配：是指石子中不同石子粒徑的搭配分布情況。石子的顆粒級配與砂子一樣，也是采用篩分析法來確定的，其標準篩的孔徑為2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90mm共12個篩.粗骨料的顆粒級配應滿足P69表4-7。石子的顆粒級配按供應情況分為連續(xù)粒級和單粒級兩種。連續(xù)粒級：是按顆粒尺寸由大到小連續(xù)分級（5mm~Dmax),每一級粗骨料都有適量的比例。單粒級：當粗顆粒最大粒徑大于37.5mm時，粗顆粒的級配很不穩(wěn)定、很不連續(xù)，此時的石子搭配很不均勻。一般在混凝土配合比設計中，應優(yōu)先選用連續(xù)級配；一般不宜選用“單一”的單粒級來設計混凝土。三、混凝土用水混凝土用水的基本質(zhì)量要求是：不能含影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)；不得影響混凝土強度的發(fā)展和耐久性。不得加快混凝土用鋼筋的銹蝕和脆斷；保證混凝土的表面不受污染?，F(xiàn)實生活中，凡是可以飲用的自來水和清潔的天然水，都可以用來拌制和養(yǎng)護混凝土。？請同學們思考：海水能否用來拌制鋼筋混凝土？為什么？五、混凝土外加劑摻入外加劑的目的：在拌制混凝土的過程中，為改善混凝土的某些性能而特意摻入的物質(zhì)，其摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5%。國外外加劑的發(fā)展狀況：面前國外60%~90%的混凝土和砂漿中使用了外加劑，因此，外加劑在當前已經(jīng)成為混凝土中除四種基本組成材料（膠凝材料、粗骨料、細骨料和水）以外的第五種重要組成材料。外加劑按使用功能分四大類：第一類外加劑：改善混凝土拌合物流變性能的外加劑：減水劑：在混凝土拌合物坍落度基本相同的條件下，加入減水劑可以減少用水量，并提高混凝土強度。我國常用的減水劑：M型減水劑（木質(zhì)磺酸鹽類減水劑）減水劑在混凝土中使用最普遍。引氣劑：定義：

指在混凝土攪拌過程中，能引入大量分布均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。歷史背景：引氣劑于本世紀30年代出現(xiàn)于美國，被認為是混凝土材料發(fā)展進程中的重大發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)廣泛應用于工程中我國常用的引氣劑：松香樹脂類。引氣劑的作用：（1）改善混凝土拌和物的和易性；（2）能提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性；（3）但降低混凝土的強度；第二類外加劑：調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間和硬化性能的外加劑：緩凝劑：

我國應用較多的有木質(zhì)素磺酸鈣和糖蜜；速凝劑：

我國應用較多的有紅星一型、國產(chǎn)711；早強劑：

我國應用較多的有NaCl等第三類外加劑：

改善混凝土耐久性能的外加劑：加氣劑：如鋁粉等；防水劑；阻銹劑：指能減少混凝土中鋼筋的銹蝕。第四類外加劑：

改善混凝土其他性能的外加劑：膨脹劑：能使混凝土產(chǎn)生補償收縮或微膨脹。防凍劑：能使混凝土在低溫下免受凍害。著色劑：任務3普通混凝土的主要技術性質(zhì)普通混凝土的主要技術要求是：（1）與施工條件相適應的和易性（工作性）；（2）符合設計要求的強度；（3）與使用環(huán)境相適應的耐久性。5.3.1新拌混凝土的和易性：1和易性的概念：

是指由水泥漿和骨料拌和而成的混凝土拌和物,在一定的施工條件下，便于各種施工工序（拌合、運輸、澆灌和振搗）的操作，以保證獲得均勻密實的混凝土的性能；和易性的內(nèi)容：

和易性包含流動性、粘聚性和保水性三方面的內(nèi)容。流動性、粘聚性和保水性的定義：流動性：是指新拌混凝土在自重或機械振搗作用下，能產(chǎn)生流動，并均勻密實地填充到模板的各個角落的性能；粘聚性：是新拌混凝土在施工過程中其組成材料之間有一定的粘聚力，使得混凝土不致發(fā)生分層和離析的性能；保水性：新拌混凝土在施工過程中，保持水分不易析出的能力。

2和易性測定方法：和易性的測定：

一般以測定混凝土拌和物的流動性為主，輔以對粘聚性和保水性的觀察，以判斷新拌混凝土的和易性是否滿足工程的需要。流動性的測定方法：

主要有坍落度法和維勃稠度法兩種。（1）測定流動性的第一種方法：坍落度法坍落度法：

將混凝土拌和物按規(guī)定的實驗方法裝入標準的圓錐形筒（坍落筒）內(nèi)，均勻搗平后，再將筒垂直向上快速（5~10s）提起，測量筒高與坍落后的混凝土試件最高點之間的高度差，即為該混凝土拌和物的坍落度值（以mm為單位，精確到5mm),通常用T表示。坍落度法適用的條件：

僅適用于骨料最大粒徑不大于40mm,且坍落度不小于10mm的混凝土拌和物。坍落度反映的是混凝土拌合物流動性的好壞。表5.10混凝土澆灌時的坍落度(mm)

結(jié)構種類坍落度基礎或地面的墊層，無配筋的大體積結(jié)構（擋土墻等）或配筋較稀的結(jié)構；

10~30板、梁和大中型截面的柱子

30~50配筋密列的結(jié)構（薄壁、細柱等）

50~70配筋特密的結(jié)構

70~90思考題：坍落度的設計主要考慮哪些因素？混凝土拌和物的流動性通過坍落度法測定以后，再觀察混凝土拌和物的粘聚性和保水性，以判斷其和易性：粘聚性的觀察方法：將搗棒在已坍落的混凝土錐體側(cè)面輕輕敲打，如果混凝土錐體逐漸下降，表示粘聚性良好，如果錐體倒塌或崩裂，說明粘聚性不好；保水性觀察辦法：若提起坍落筒后發(fā)現(xiàn)較多漿體從筒底流出，說明保水性不好。（2）測定流動性的第二種方法：

維勃稠度法適用范圍：僅適用于骨料最大粒徑不超過40mm,且坍落度小于10mm的混凝土拌合物流動性的測定；測定方法：試驗五普通混凝土主要技術性能試驗坍落度法的優(yōu)點：坍落度法簡單易行，且指標明確，故至今仍為世界各國廣泛采用坍落度法的缺點：（1）測定結(jié)果受操作技術的影響較大；（2）觀察粘聚性與保水性時有主觀因素的影響；（3）該方法僅適用于骨料粒徑小于40mm，且坍落度大于10mm的混凝土拌合物流動性的測定。

3影響和易性的主要因素（1）水泥漿的數(shù)量和水灰比的影響：在水灰比（W/C）一定的情況下，對同一體積的混凝土拌合物而言，水泥漿越多，流動性越好，但水泥漿數(shù)量過多時，會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，過少時，會導致粘性不良。在水泥漿數(shù)量一定的情況下，水灰比（W/C）越大，拌合物的流動性越好，但W/C過大時，混凝土的粘聚性與保水性降低。（2）砂率的影響：(3)組成材料的性質(zhì)對和易性的影響水泥對混凝土拌合物和易性的影響：主要是水泥品種和水泥水泥細度的影響：使用硅酸鹽水泥以及普通水泥，流動性大，保水性好！水泥越細，流動性越小，但保水性和粘聚性越好；骨料的影響：級配越好的骨料，流動性越大；顆粒粒徑越大，流動性越大；（4）時間和溫度對和易性的影響混凝土拌合物的流動性隨溫度的升高、時間的延長而降低而變干稠，流動性降低；工作性影響因素組成材料環(huán)境因素時間水泥水外加劑骨料溫度濕度風速最大粒徑砂率吸水性形狀級配表面紋理總結(jié)：

影響和易性的主要因素二、混凝土的強度

強度包括抗壓、抗拉、抗彎和抗剪強度1混凝土的抗壓強度和強度等級：抗壓強度fcu的測試：標準試件尺寸：邊長為150mm的立方體標準養(yǎng)護條件：養(yǎng)護時間：28d計算公式：fcu=P/(150*150)**P指的是混凝土試件受壓的破壞載荷如果實驗使用的為非標準試件，則計算結(jié)果應乘換算系數(shù)；試件尺寸換算系數(shù)立方體強度值邊長150mm的立方體1fcu=P/(150*150(邊長100mm的立方體0.95fcu=0.95*P/(100*100)邊長200mm的立方體1.05fcu=1.05*P/(200*200)[例]邊長為200mm的立方體某組混凝土試件，齡期為28d,測得破壞載荷分別為560kN600kN,580kN,試計算該組試件的混凝土立方體抗壓強度？解：計算公式為fcu=1.05*P/(200*200)Fcu1=1.05*560/(200*200)=14.7MPaFcu2=1.05*600/(200*200)=15.75MPaFcu3=1.05*580/(200*200)=15.23MPa

所求的混凝土立方體抗壓強度為：

Fcu=(Fcu1+Fcu2+Fcu3)/3=15.23MPa課堂練習：P99習題5.2尺寸為100mm×100mm×100mm的某組混凝土試件，齡期為28d,測定破壞荷載分別為392kN,379kN,384kN試計算該組試件的混凝土立方體抗壓強度？解：計算公式為fcu=0.95×P/(100×100)Fcu1=0.95×392/(100×100)=37.24MPaFcu2=0.95×379/(100×100)=36.01MPaFcu3=0.95×384/(100*100)=36.48MPa

所求的混凝土立方體抗壓強度為：

Fcu=(Fcu1+Fcu2+Fcu3)/3=36.58MPa混凝土的強度等級劃分的標準：以混凝土立方體抗壓強度為標準混凝土按照立方體抗壓強度劃分為9級：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55等9級；我國目前建筑中采用的強度等級范圍為：強度等級工程應用<C15多用于基礎工程或大體積混凝土；C15~C25多用于普通的鋼筋混凝土構件C20~C30多用于大跨度結(jié)構或預制構件；>C30預應力鋼筋混凝土或特種構件2影響混凝土強度的主要因素為了研究混凝土的強度影響因素，我們首先需了解混凝土的破壞形式：混凝土受壓破壞可能有以下三種形式：骨料與水泥石界面的粘結(jié)破壞；骨料本身發(fā)生劈裂破壞；水泥石本身的破壞。思考題：從