普通混凝土的基本組成材料

1、普通混凝土的基本組成材料：水泥漿（水泥、水）、骨料（砂子、石子）適量的摻合劑和外加劑。水泥漿潤滑作用與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性膠結(jié)作用包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結(jié)硬化，將砂、石骨料膠結(jié)成整體，形成固體骨 料廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴(kuò)展傳力作用降低水化熱提供耐磨性水混凝土中的拌和水有兩個作用:供水泥的水化反應(yīng)賦予混凝土的和易性剩余水留在混凝土的孔（空）隙中使混凝土中產(chǎn)生孔隙對防止塑性收縮裂縫與和易性有利對滲透性、強(qiáng)度和耐久性不利外加劑化學(xué)外加劑：改善混凝土的性能緩凝劑 使水泥漿凝結(jié)硬化速度減慢；促凝劑 使水泥漿凝結(jié)硬化速度減慢；減水劑減少

2、拌和需水量；引氣劑在混凝土中引起封閉氣孔；礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰礦渣和易性：混凝土拌合物便于施工并能獲得均勻、密實。是混凝土的一種綜合性能，包括：流動性、粘聚性、保水性。 流動性：反映混凝土拌合物在自重或施工機(jī)械振搗作用下流動的性能，取決于拌和物的稠度。 粘聚性：反映混凝土拌合物的抗離析、分層的性能。 保水性： 指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。和易性是一項綜合評價混凝土拌合物施工性能的指標(biāo)，包括流動性、粘聚性、保水性。和易性用坍落度或維勃稠度定量指標(biāo)，輔以粘聚性和保水性的定性觀察，綜合評價。和易性影響到澆灌后混凝土的均勻密實性，從而影響硬化后混凝土性能。和易性受下

3、列因素影響：水泥品種、細(xì)度與水泥用量；用水量與水灰比骨料(顆粒特征、粒徑與級配、砂率等) ；外加劑；溫度與時間措施： 水泥漿的用量要合理 水灰比 砂率 種類：v 按照組成有：有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)外加劑Ø 有機(jī)質(zhì)表面活性物質(zhì)Ø 無機(jī)質(zhì)電解質(zhì)鹽類化合物v 按照功能有：Ø 改善和易性：減水劑、泵送劑、引氣劑等；Ø 調(diào)節(jié)凝結(jié)時間：速凝劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等；Ø 減少塑性收縮：減縮劑、膨脹劑等；Ø 提高耐久性：引氣劑、阻銹劑、防水劑等；Ø 其它：防凍劑、泡沫劑、消泡劑等。外加劑的作用Ø 改善混凝土拌合物的和易性；Ø 加快或

4、延緩凝結(jié)時間；Ø 控制強(qiáng)度增長；Ø 提高抗凍融、熱開裂、堿骨料膨脹、硫酸鹽侵蝕和鋼筋銹蝕等作用下的耐久性；Ø 節(jié)約水泥用量，降低成本；Ø 減少放熱速度，控制溫升。Ø 減水劑功能上能在和易性不變時，減少單位用水量；或在單位用水量不變時，能改善和易性；或二者都具備又不改變含氣量的外加劑。Ø 組成特點：碳?xì)浞肿渔溕蠋в杏H水性離子基團(tuán)的表面活性物質(zhì)。Ø 種類：Ø 減水效果Ø 普通減水劑(也稱塑化劑)；Ø 高效減水劑(也稱超塑化劑)。Ø 復(fù)合功能Ø 早強(qiáng)減水劑；Ø 緩凝減水劑

5、；Ø 引氣減水劑。) 減水劑的組成與分子結(jié)構(gòu)特點v 減水劑都是表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)中含有親水的離子基團(tuán)和憎水基團(tuán)。減水劑的物理化學(xué)特征v 可溶于水，能顯著降低水的表面張力；v 能吸附在固體表面，并在固體表面定向排列，形成表面吸附分子層，降低水固界面張力。減水劑的作用效果 通過吸附分散、濕潤潤滑等作用，能使水泥漿變稀、混凝土拌和流動性增大，從而，取得下列效果：Ø 在保持用水量不變的條件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于澆注、成型密實；Ø 在保持坍落度不變的條件下，減少用水量，降低水灰比(水膠比) ，提高混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性；Ø 在保持混凝土強(qiáng)度和和易性

6、，在減少用水量的同時減少水泥用量。Ø 由于水泥顆粒之間和水泥顆粒與水之間的的相互吸力，導(dǎo)致水泥顆粒在水中分散困難，水泥顆粒容易相互粘聚形成絮凝結(jié)構(gòu)，有1030%的拌和水被包含在其中，從而降低了水泥漿的流動性。 當(dāng)減水劑加入水泥漿中，減水劑分子吸附在水泥顆粒表面，作定向排列，組成了單分子或多分子吸附層，使水泥漿結(jié)構(gòu)發(fā)生了的變化：Ø 水泥顆粒表面帶相同電荷，相互間的靜電斥力使水泥顆粒易于分散； Ø 減水劑分子鏈上的極性基團(tuán)使水泥顆粒表面溶劑化層增厚，產(chǎn)生空間位阻，增加了水泥顆粒間的滑動能力，減少了粘滯性，增加潤滑性；Ø 水泥顆粒易于濕潤，自動粘聚能力減弱，塑

7、化能力增強(qiáng)。 引氣劑 能在混凝土拌和物中產(chǎn)生許多均勻分布的微小氣泡(孔徑為0.012mm)，并在硬化后仍能穩(wěn)定存在的外加劑。v 組成特點：帶有憎水基和親水基的表面活性劑v 物理化學(xué)特性：Ø 可溶于水；Ø 降低水的表面張力；Ø 能吸附在氣泡表面，使之穩(wěn)定。v 攪拌水可產(chǎn)生氣泡，但很快消失，為什么？ 水的表面張力是氣泡不穩(wěn)定！v 水中加入引氣劑后Ø 水的表面張力降低，在攪拌過程中將空氣引入而產(chǎn)生許多氣泡；Ø 通過吸附于氣泡表面形成單分子膜，減小液氣界面能(表面張力)，使氣泡表面的液膜堅固不易破裂而穩(wěn)定存在。v 改善拌和物的和易性，減少用水量5%9%

8、，改善保水性，減少泌水性；v 混凝土的抗?jié)B性提高50%，抗凍標(biāo)號提高3倍； v 降低混凝土的強(qiáng)度，引入1%的空氣，可使強(qiáng)度下降56%； v 增大變形性，降低彈性模量，提高抗裂性和抗沖擊性。 調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間的外加劑v 早強(qiáng)劑 早強(qiáng)劑能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期強(qiáng)度，而對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑稱為早強(qiáng)劑。v 防凍劑 在負(fù)溫下使用的早強(qiáng)劑稱為防凍劑或防凍早強(qiáng)劑，它能降低冰點，促使水泥水化放熱反應(yīng)，達(dá)到抵抗冰體膨脹的臨界強(qiáng)度v 速凝劑 能使水泥混凝土急速凝結(jié)硬化(15min內(nèi)初凝，210min內(nèi)終凝)的外加劑。 v 緩凝劑 能延緩水泥混凝土凝結(jié)硬化時間，并對后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑v

9、 早強(qiáng)劑的作用機(jī)理 通過同離子效應(yīng)，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快速結(jié)晶沉淀；v 形成結(jié)晶性很好、化學(xué)結(jié)合水量較大、且有一定膨脹性的不溶性復(fù)合鹽水化物晶體，如氯鋁酸鈣、硫鋁酸鈣水化物，降低了孔隙率、加快了水泥漿結(jié)構(gòu)的形成；v 提高了水泥漿體的堿性，使水泥礦物的水化速度加快，如三乙醇胺；v 速凝劑的作用機(jī)理 使水泥生產(chǎn)時摻入的起調(diào)凝作用的石膏分解，從而使C3A迅速水化；v 速凝劑中的組分與硫酸鈣反應(yīng)生成能促進(jìn)水泥水化的化合物；v 水溶性的鋁酸鹽能迅速促進(jìn)水泥漿的凝結(jié)硬化。v 緩凝劑的作用機(jī)理 緩凝劑分子吸附在水泥顆粒表面，屏蔽活性點，阻礙水泥的水化；v 能產(chǎn)生多元酸根離子吸附在金屬離

10、子上，阻礙水泥水化物的結(jié)晶沉淀，從而延緩了水泥漿體結(jié)構(gòu)的形成，使混凝土的凝結(jié)時間延緩幾小時。混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的評定1)混凝土強(qiáng)度的波動規(guī)律A.算術(shù)平均值：fcu = (1/n)Sfcu,i式中：n試驗組數(shù)，( n 30)； fcu,i第i組試驗值。B.標(biāo)準(zhǔn)差（） ：正態(tài)分布曲線上拐點至對稱軸的垂直距離，可用以作為評定混凝土質(zhì)量均勻性的一種指標(biāo)。 s = S(fcu,ifcu)2/（n1） 1/2 混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差（）隨強(qiáng)度等級的提高而增大。C. 變異系數(shù)（v）作為評定混凝土質(zhì)量均勻性的指標(biāo)： Cv = s /fcu v值愈小，表示混凝土質(zhì)量愈穩(wěn)定；v值大，則表示混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性差?；炷翉?qiáng)度保

11、證率（）混凝土的強(qiáng)度保證率P（）是指混凝土強(qiáng)度總體中，大于等于設(shè)計強(qiáng)度等級的概率，在混凝土強(qiáng)度正態(tài)分布曲線圖中以陰影面積表示。低于設(shè)計強(qiáng)度等級（fcu，）的強(qiáng)度所出現(xiàn)的概率為不合格率。混凝土配制強(qiáng)度在施工中配制混凝土?xí)r，如果所配制混凝土的強(qiáng)度平均值（ ）等于設(shè)計強(qiáng)度（fcu,），則由圖5-19可知，這時混凝土強(qiáng)度保證率只有50。因此，為了保證工程混凝土具有設(shè)計所要求的95強(qiáng)度保證率，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計時，必須使混凝土的配制強(qiáng)度大于設(shè)計強(qiáng)度(fcu,）。 硬化混凝土的變形性 硬化混凝土的變形來自兩方面：環(huán)境因素(溫、濕度變化)和外加荷載因素，因此有：v 荷載作用下的變形 Ø 彈性變

12、形Ø 非彈性變形 v 非荷載作用下的變形 Ø 收縮變形Ø 膨脹變形v 復(fù)合作用下的變形 Ø 徐變v 混凝土配制強(qiáng)度可按下式換算（JGJ55-2000）： fcu,0fcu,k +1.645 式中fcu,0混凝土配制強(qiáng)度（MPa） fcu,k設(shè)計的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa） 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）fcu,k<C20 =4.0 C20<fcu,k<C35 =5.0 C35<fcu,k=6.0在干燥狀態(tài)下，混凝土內(nèi)部水的損失，而引起干縮變形，它與混凝土的組成、構(gòu)件幾何尺寸與形狀、環(huán)境條件等有關(guān)；在與外界隔絕的條件下，由于水泥水化會引

13、起混凝土內(nèi)部自干燥，而產(chǎn)生整體的自干縮變形；骨料和水泥石是彈性體，而混凝土是彈塑性體或粘彈性體，在受壓應(yīng)力作用，既產(chǎn)生彈性變形，又產(chǎn)生塑性變形；混凝土的彈性模量不是一個常數(shù)，工程應(yīng)用中，一般用割線彈性模量作為設(shè)計依據(jù)，其大小取決于水泥石和骨料的彈性模量及其相對含量，以及界面狀況；在荷載長期作用下，混凝土?xí)l(fā)生隨時間增加的變形徐變，干燥會使徐變增大；在約束條件下，混凝土發(fā)生的各種變形，可引起開裂?；炷僚浜媳仍O(shè)計分為四個階段：初步配合比設(shè)計、基準(zhǔn)配合比設(shè)計、實驗室配合比設(shè)計、施工配合比設(shè)計。（一）、初步配合比設(shè)計1、確定試配強(qiáng)度 ：確定初步水灰比(W/C)：確定用水量(mw0 ) ：混凝土單位用

14、水量參見表524和525。計算水泥用量(Co ) ： mc0 mw0 /(W/C) 根據(jù)使用環(huán)境條件的耐久性要求，查表515規(guī)定的最小水泥用量。§ 最后取兩值中大者確定為水泥用量。5、確定砂率（s)：參見混凝土砂率選用表，表526。§ 計算砂石用量(ms0， mg0 ）：（1）、質(zhì)量法（體積密度法） § 體積法 假定混凝土拌合物的體積等于各組成材料絕對密實體積及拌合物中所含空氣的體積之和（二）、基準(zhǔn)配合比設(shè)計和易性調(diào)整三）、實驗室配合比設(shè)計強(qiáng)度復(fù)核（四）、施工配合比(五）摻減水劑的混凝土配合比設(shè)計在基準(zhǔn)混凝土配合比的基礎(chǔ)上加以調(diào)整，減水劑所占的重量和體積不計。第八

15、章 建筑鋼材碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號： 根據(jù)國標(biāo)GB700-2006，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照屈服強(qiáng)度分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五個牌號，每個牌號又根據(jù)硫、磷等雜質(zhì)含量(沖擊韌性）分為A、B、C、D四個質(zhì)量等級。 牌號的順序：屈服強(qiáng)度字母Q、屈服強(qiáng)度數(shù)值、 質(zhì)量等級（A、B、C、D）、 脫氧程度符號（F、b、Z、TZ）。例如：Q235AF，表示屈服強(qiáng)度為235MPa，A級沸騰（F）碳素結(jié)構(gòu)鋼。 2）、鋼牌號與性能的關(guān)系 鋼牌號越大，鋼的含碳量增加，強(qiáng)度與硬度增高，塑性和韌性降低，可焊性變差。 3）選用原則：應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的工作條件、荷載類型、連接方式、環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況等綜合因素

16、選用。v 8.4.1 冷加工v 將鋼材在其結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工稱為冷加工，如在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔、冷軋等冷加工處理。v 由于冷塑性變形引起強(qiáng)度增高而塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化，或形變硬化。v 冷加工硬化原理： 鋼材加工至塑性變形后，由于塑性變形區(qū)域內(nèi)的晶粒產(chǎn)生相對滑移，使滑移面下的晶粒破碎，晶格歪扭，構(gòu)成滑移面的凹凸不平，從而給使用中的變形造成附加阻力，提高了鋼材對外力作用下重新滑移產(chǎn)生的抵抗力。v 加工硬化的效果：Ø 屈服強(qiáng)度提高Ø 塑性和韌性降低Ø 可焊性變壞Ø 硬脆傾向增加等。 時效強(qiáng)化v 將經(jīng)過冷加工的鋼筋，在常溫下存放1520天，

17、或在100120°C保持一定時間，其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，彈性模量基本恢復(fù)，這個過程稱為時效處理。v 時效強(qiáng)化原理： 由于溶于鐵素體中的過飽和的氮和氧原子，隨著時間的增長慢慢地以Fe4N和FeO從鐵素體中析出，形成滲碳體分布于晶體的滑移面或晶界面上，阻礙晶粒的滑移，增加抵抗塑性變形的能力，從而使鋼材的強(qiáng)度和硬度增加、塑性和沖擊韌性降低。鋼的分類 按冶煉時脫氧程度分類v （）沸騰鋼。煉鋼時僅加入錳鐵進(jìn)行脫氧，則脫氧不完全。這種鋼水澆入錠模時，會有大量的氣體從鋼水中外逸，引起鋼水呈沸騰狀，故稱沸騰鋼，代號為“。沸騰鋼組織不夠致密，成分不太均勻，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，故質(zhì)量較差。但因其成本低、

18、產(chǎn)量高，故被廣泛用于一般建筑工程。v （）鎮(zhèn)靜鋼。煉鋼時采用錳鐵、硅鐵和鋁錠等作脫氧劑，脫氧完全，且同時能起去硫作用。這種鋼水鑄錠時能平靜地充滿錠模并冷卻凝固，故稱鎮(zhèn)靜鋼，代號為“”。鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高，但其組織致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。適用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程。v （）半鎮(zhèn)靜鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，為質(zhì)量較好的鋼，其代號為“”。v （）特殊鎮(zhèn)靜鋼。比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，故其質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程，代號為“TZ”。. 按化學(xué)成分分類（）碳素鋼。碳素鋼的化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵一碳合金。其含碳量為0.022.06。此外尚含有極少量

19、的硅、錳和微量的硫、磷等元素。碳素鋼按含碳量又可分為：v 低碳鋼（含碳量小于0.25）、v 中碳鋼（含碳量為0.250.60）v 高碳鋼（含碳量大于0.60）（）合金鋼。是指在煉鋼過程中，有意識地加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種。常用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量的不同，合金鋼可分為v 低合金鋼（合金元素總含量小于）v 中合金鋼（合金元素總含量為10）v 高合金鋼（合金元素總含量大于10）。v 3. 按有害雜質(zhì)含量分類 按鋼中有害雜質(zhì)磷（）和硫（S）含量的多少，鋼材可分為以下四類：（）普通鋼。磷含量不大于0.045；硫含量不大 于0.050%。（）優(yōu)質(zhì)

20、鋼。 磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。（）高級優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.025%。（）特級優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。v 4、按用途分類（1）結(jié)構(gòu)鋼：低碳鋼或中碳鋼。（2）工具鋼：高碳鋼。（3）特殊鋼：合金鋼。土木工程中，使用的 主要鋼種：碳素結(jié)構(gòu)鋼； 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼； 常用鋼材：鋼結(jié)構(gòu)用型鋼 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋與鋼絲。8.3.1 力學(xué)性質(zhì) 鋼材的力學(xué)性能，即是指鋼材在外力（載荷）作用時表現(xiàn)出來的性能，包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。 1 強(qiáng) 度 鋼材抵抗變形或斷裂的能力稱為其強(qiáng)度，鋼材的強(qiáng)度

21、用拉伸試驗測定。強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)其變形特點分下列幾個： v 彈性極限（e） 表示鋼材保持彈性變形, 不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力, 是彈性零件的設(shè)計依據(jù)。v 屈服強(qiáng)度（ s） 表示鋼材開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。v 條件屈服強(qiáng)度s0.2 對于屈服現(xiàn)象不明顯的硬鋼，則規(guī)定以產(chǎn)生殘余變形為0.2%時的應(yīng)力。 v 極限強(qiáng)度 (抗拉強(qiáng)度b ) 表示金屬受拉時所能承受的最大應(yīng)力。 疲勞強(qiáng)度v 在交變應(yīng)力（動荷載）作用下，雖然鋼構(gòu)件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程，稱為疲勞破壞。v 材料承受的交變應(yīng)力( )與材料斷裂前承受交變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)(

22、N)之間的關(guān)系可用疲勞曲線來表示。v 鋼材承受的交變應(yīng)力越大, 則斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越少。當(dāng)應(yīng)力低于一定值時, 試樣可以經(jīng)受無限次周期循環(huán)而不破壞, 此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強(qiáng)度) 。  塑 性 鋼材在荷載作用下斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力稱為鋼材的塑性, 用伸長率和斷面收縮率來表示。 v 伸長率（） 在拉伸試驗中, 試樣拉斷后, 標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。d = （L1L0）/ L0 ×100% v 斷面收縮率（）  試樣拉斷后, 縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。 y = （A0A1）/ A0 ×10

23、0% v 伸長率和斷面收縮率的值越大，鋼材的塑性越大沖擊韌性v 鋼材抵抗沖擊（動）荷載作用的能力，稱為沖擊韌性，采用夏比V形缺口試件，用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定。v 測得試樣沖擊吸收功,用符號 k（J) 表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積 A, 即得到材料的沖擊韌度 ak。v ak （J/m2)值越大,表示沖斷時吸收的功越多，鋼材的沖擊韌性越好。v 隨溫度降低，鋼材由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，使沖擊值降低的現(xiàn)象稱為冷脆性，與之對應(yīng)的溫度稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度。4硬度鋼材抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)的能力叫硬度，即受壓時抵抗局部塑性變形的能力。有布氏法（HB）和洛氏法（HR）兩種方法測定。 1 冷彎性能1）、定義：常溫下鋼材能承受較大的彎曲變形而不破壞的能力，衡量鋼材的冷塑性變形能力,檢驗鋼材缺陷的重要指標(biāo)。2）、評價指標(biāo)：用不同彎曲角度a和不同彎心半徑d相對于鋼材厚度a的比值（d/a）表示；3）、試驗方法：按一定的a角與d/a值進(jìn)行冷彎，試件彎曲處的外拱面及兩個側(cè)面不出現(xiàn)裂縫和起層現(xiàn)象為合格。 2 焊接性能焊接：把兩塊金屬局部加熱并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，從而使之牢固地聯(lián)接起來。2）可焊性：鋼