第5章混凝土的性能及强度资料教程

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1、 第5章 水泥混凝土和砂浆混凝土拌合物混凝土在未凝结硬化以前，称作新拌混凝土，或混凝土拌合物。 混凝土拌合物必须具有良好的和易性，以便于施工，保证能获得良好的浇灌质量。5.2 普通混凝土的主要技术性质 1.和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。 和易性是一项综合的技术性质，包括三方面的含义。5.2.1 混凝土拌合物的和易性 流动性粘聚性保水性和易性的三个方面n如图，混凝土拌和物分三层装入坍落度筒；n坍落度：筒高与坍落后试体 最高点之间的高差。 单位：mm(精确至5mm)。 观察：粘聚性、保水性。n全面地评价混凝土拌和物的工作

2、性。（1）坍落度 1.当混凝土拌和物的坍落度大于220mm时 用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在二者之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度值；否则，此次试验无效。 2.适用于骨料最大粒径不大于31.5mm（方孔筛）、坍落度不小于10mm的混凝土。注意：混凝土按坍落度的分类n根据坍落度不同，可将混凝土分为： 1.大流动性混凝土： 坍落度大于160mm； 2.流动性混凝土： 坍落度为100150mm； 3.塑性混凝土： 坍落度为1090mm； 4.干硬性混凝土： 坍落度小于10mm。（2）维勃稠度试验n如图，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

3、顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间。n维勃稠度值：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。n单位：以s计，( 精确至1s )n注意：适用于骨料D不大于31.5mm，维勃稠度在530s之间。3.混凝土拌和物的工作性选择n 依据结构物的断面尺寸、钢筋配置的疏密、 捣实的机械类型和施工方法等来选择。 一般对无筋大结构、钢筋配置稀疏易于施工 的结构，尽可能选用较小的坍落度，以节约水泥。 反之，对断面尺寸较小、形状复杂或配筋特密的 结构，则应选用较大的坍落度，可易于浇捣密实， 以保证施工质量。公路桥桥涵用混凝土拌和物的坍落度表项项次结结构种类类坍落度1 桥桥涵基础础、墩台、仰拱、挡

4、挡土墙墙及大型制块块等便于灌注捣实捣实 的结结构020mm2上列桥桥涵墩台等工程中较较不便施工处处1030mm3普通配筋的钢钢筋混凝土结结构3050mm4钢钢筋较较密、断面较较小的钢钢筋混凝土结结构（梁、柱、墙墙等）5070mm5 钢钢筋配置特密、断面高而狭小极不便灌注捣实捣实 的特殊结结构部位7090mm4.影响和易性的因素（1）水泥品种熟料中铝酸盐矿物需水量最大、C2S最小（2）集料的性质（3）水泥浆的数量（4）水泥浆的稠度（水灰比）首先改变（5）砂率（6）外加剂 高效减水剂（7）时间和温度（外因） 一、混凝土的强度 1.立方体抗压强度和强度等级 （1）立方体抗压强度（fcu） 按照标准的

5、制作方法制成边长为150的正立方体试件，在标准养护条件（温度20 2 ，相对湿度95以上）下，养护至28龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度。5.2.2 硬化后混凝土的力学性能（强度与变形）混凝土抗压强度试验 混凝土抗压强度试模 （2）立方体试件抗压强度标准值（fcu,k） 立方体抗压强度只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。 而立方体抗压强度标准值是按数理统计方法确定，具有不低于保证率的立方体抗压强度。 （3）强度等级 凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定的。如：C30，表示混凝土立方体抗压强度标准值,fcu,

6、k=30MPa。 我国现行GB50010-2002混凝土结构设计规范规定,普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个强度等级。 2.轴心抗压强度 为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。 测定其轴心抗压强度，采用150mm150m300mm棱柱体作为标准试件，轴心抗压强度以fcp表示，以MPa计。 3.劈裂抗拉强度 我国现行标准规定，采用标准试件150mm立方体，

7、 按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉 强度，简称为劈拉强度fts 计算公式： 4.混凝土抗折强度( fcf ) 道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯强度（或称抗折强度）为主要设计指标。 水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制备成 150mm150mm550mm的梁形试件，在标准条件下养护 后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（fcf ）。 计算公式：L=450mm混凝土抗折强度试模混凝土抗折强度试验1.原材料的因素（1）水泥强度与水灰比二、影响混凝土强度的因素（2）集料的种类、质量和数量（3）外加剂和掺合料碎石：a=0.46，b=0.07卵石：a=0.48，b=0.33混凝土的强度理论（

8、混凝土28d的抗压强度与水泥的实际强度和c/w的关系理论分析：fce一定,fcu,28与c/w成正比(与w/c成反比)。欲fcu,28 w/c c/w一定,fcu,28与fce成正比。欲fcu,28 水泥的强度等级 2.生产工艺因素 （1）施工条件 搅拌与振捣 （2）养护条件（温度与湿度） （3）龄期（早期强度推算后期强度） 3.试验因素 （1）试件形状尺寸 （2）表面状态 （3）试件湿度 （4）加荷速度（5）支承条件（6）加载方式引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类： 非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。 1.混凝土在非荷载作用下的变形 （1）化学收缩 （2）塑性收缩 （3）干湿变形

9、（4）温度变形5.2.3 混凝土的变形性能2、混凝土在荷载作用下的变形 （1）混凝土的受压变形与破坏特征 （2）弹性模量（初始切线模量、任意点的切线模量、 割线模量） （3）徐变混凝土弹性模量分类示意图 1.混凝土的抗渗性 指混凝土抵抗压力水渗透的能力。 2.混凝土的抗冻性 指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环 作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。5.2.4 混凝土的耐久性 3.抗侵蚀性 指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学 侵蚀、物理作用不破坏的能力。 4.混凝土的碳化 指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作 用，生成碳酸钙和水。 5.碱-集料反应 是指混凝土中所含的碱（N

10、a2O或K2O）与骨料 的活性成分（活性SiO2），在混凝土硬化后潮湿条 件下逐渐发生化学反应，反应生成复杂的碱硅酸 凝胶，这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂的现象。 反应慢，潜在危害相当大。 碱碳酸反应混凝土耐久性最大水灰比和最小水泥用量要求：环境条件 结构物类别 最大水灰比 最小水泥用量 /kg素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住和办公用房室内部件不作规定0.650.60200260300潮湿环境 无冻害1.高湿度的室内部件2.室外部件3.在非侵蚀性土和/或水中的部件0.700.600.60225280300有冻害1.经受冻害的室外部件2.在非侵蚀性

11、土和/或水中且经受冻害部件3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 6.提高混凝土耐久性的主要措施 （1）合理选择水泥品种 （2）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量 （3）选用质量良好的砂石骨料 （4）掺入引气剂或减水剂 （5）加强混凝土的施工质量控制n混凝土配合比：是指单位体积的混凝土中各组成材料的 质量比例。 确定这种数量比例关系的工作,称为混凝土配合比设计。n混凝土配合比的表示方法: （1）绝对用量表示法（单位用量表示法） （2）相对用量表示法5.4 普通

12、混凝土配合比设计 5.4.1 混凝土配合比设计的基本知识n混凝土配合比设计必须达到以下四项基本要求:（1）满足混凝土施工所要求的和易性；（2）满足结构设计的强度等级要求；（3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；（4）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。三大性质n混凝土配合比设计基本参数 配合比设计的三参数：水灰比、单位用水量、砂率。n水灰比混凝土中水与水泥的比例称为水灰比 砂子占砂石总量的百分率称为砂率 用水量是指1m3混凝土拌和物中水的 用量（kg/m3）n 单位用水量n 砂率三个步骤 5.4.2 混凝土配合比设计 1.初步配合比设计（材料全干状态）2.实验室配合比设计（材料全干状

13、态）3.施工配合比设计（材料自然状态）（1）确定试配强度（fcu,0）1. 混凝土初步配合比设计计算（2）计算水灰比 （W/C）耐久性复核1.645P=95%的保证率系数S强度标准差，MPa 有资料时，计算； 无资料时，查表。 （3）选定单位用水量（w0）拌合物稠度卵石最大粒径()碎石最大粒径()项目指标102031.540162031.540坍落度1030190170160150200185175165305020018017016021019518517550702101901801702202051951857090215195185175230215205195注：本表用水量系采用中砂

14、时的平均取值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加510，采用粗砂则可减少510。掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。（4）计算水泥用量（c0）（5）选择合理的砂率值 合理砂率可通过试验、计算或查表求得。耐久性复核混凝土砂率选用表 （%）水灰比卵石最大粒径()碎石最大粒径()1020401620400.402632253124303035293427320.503035293428333338323730350.603338323731363641354033380.70364135403439394438433641（6）计算粗、细骨料用量 质量法（假定表观密度法）计算公式： c0

15、g0s0w0cp砼假定密度可取24002450kg/m3 式中：c0每立方米混凝土的水泥用量（kg）； g0每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）； s0每立方米混凝土的细骨料用量（kg）； w0每立方米混凝土的用水量（kg）； s 砂率（）； cP每立方米混凝土拌合物的假定重量（kg/m3） 采用体积法（绝对体积法）计算公式：式中:c水泥密度(kg/3),可取29003100 kg/3； g 粗骨料的表观密度（kg/3）； s细骨料的表观密度（kg/3）； w水的密度（kg/3），可取1000 kg/3； s砂率（）； 混凝土的含气量百分数。 在不使用引气型外加剂时，可取。 注：若各材料的密度单

16、位取g/cm3，则公式表示为：（7）得出初步配合比 通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量， 即初步配合比计算完成。 表示为：混凝土实验室配合比设计包括配合比的试配、调整与确定。按初步配合比计算实际各项材料用量，进行试拌，过程如下： （1）检验工作性，确定基准配合比(工作性满足要求， 即坍落度、保水性和粘聚性均良好的配合比) （2）检验强度 （3）复核密度，确定试验室配合比2. 混凝土实验室配合比设计（1）检验工作性，确定基准配合比n按计算出的初步配合比进行试拌，以校核混凝土拌和 物的工作性（确定试拌数量）。n如试拌得出的拌和物的坍落度（或维勃稠度）不能满 足要求，或粘聚性和保水性能不好时应调整。 调整措施：保证w/c不变，相应调整用水量（即水泥浆 量）或砂率，直到符合要求为止。n提出供混凝土强度校核用的“基准配合比”， 表示为 mca：mwa：msa：mga。（2） 检验强度n拟定三个不同的配合比: A组 B组 C组 w/c-0.05(或0.10) 基准配合比提出w/c w/c+0.05(或0.10) 砂率减少1% 砂率增加1%n制作检验混凝土强度的试件时，尚应检验拌和物的坍落