第3章 混凝土材料

1、第三章混凝土材料(cilio)共五十八頁(yè)3.1 混凝土概述(i sh)定義(dngy)混凝土是由膠結(jié)料和骨料混合、通過(guò)一定的工藝成型后、硬化而成的復(fù)合材料。膠結(jié)料是無(wú)機(jī)膠凝材料，或有機(jī)膠凝材料或二者的復(fù)合。水泥混凝土，通常簡(jiǎn)稱混凝土，是由水泥漿膠結(jié)顆粒骨料或骨料構(gòu)架而成的人造石材?；炷恋奶攸c(diǎn)混凝土的特點(diǎn)有：耐久性能好；組分材料來(lái)源豐富，經(jīng)濟(jì)性好；容易成型為任意形狀和尺寸的構(gòu)件；可大量利用工業(yè)廢料；可與鋼材復(fù)合使用；性脆易裂，抗拉強(qiáng)度低；混凝土生產(chǎn)能耗較低，維護(hù)費(fèi)用少。共五十八頁(yè)3.1 混凝土概述(i sh)混凝土的種類(lèi)(zhngli) 根據(jù)表觀密度普通混凝土(2400kg/m3)、輕混凝土(

2、1950kg/m3)、重混凝土(2600kg/m3)。 根據(jù)用途(功能)普通混凝土、道路混凝土、防水混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、防輻射混凝土、膨脹混凝土、裝飾混凝土等。 根據(jù)生產(chǎn)與施工方法商品混凝土、泵送混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、擠壓混凝土、壓力灌漿混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、離心混凝土等。 按混凝土使用膠凝材料種類(lèi)分無(wú)機(jī)膠凝材料、有機(jī)膠凝材料、復(fù)合膠凝材料（聚合物水泥混凝土、聚合物浸漬混凝土）。 按結(jié)構(gòu)分普通結(jié)構(gòu)混凝土、細(xì)?；炷?、大孔混凝土（無(wú)細(xì)骨料）、多孔混凝土（無(wú)骨料）。共五十八頁(yè)3.1 混凝土概述(i sh)混凝土理論與技術(shù)的歷史1867年，鋼筋混凝土理論；1916年，混凝土強(qiáng)度

3、的水灰比理論；1925年，水灰比學(xué)說(shuō)和恒定用水量法則；1928年，混凝土的收縮與徐變理論，預(yù)應(yīng)力技術(shù)；20世紀(jì)中葉，混凝土減水劑等外加劑技術(shù)；20世紀(jì)90年代，高性能混凝土的概念與技術(shù)?；炷凉I(yè)經(jīng)歷(jngl)了三次大革命：無(wú)筋混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土到現(xiàn)代混凝土。 混凝土的徐變是在持續(xù)（恒定）荷載作用下，混凝土產(chǎn)生隨時(shí)間而增加的變形稱為徐變。共五十八頁(yè)3.1 混凝土概述(i sh)建筑工程對(duì)混凝土的基本要求滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求，以保證構(gòu)筑物能安全地承受各種設(shè)計(jì)荷載；滿足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均勻密實(shí)的混凝土；具有與工程環(huán)境(hunjng)相適應(yīng)的耐久性，

4、以保證構(gòu)筑物在所處環(huán)境(hunjng)中服役壽命；滿足經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的要求，能源與資源消耗低、環(huán)境(hunjng)負(fù)荷少等。和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（攪拌、運(yùn)輸、澆筑、搗實(shí)）并能獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能，又稱為工作性。 共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土普通混凝土是由水泥、粗細(xì)骨料外加劑及水拌合，經(jīng)水化硬化而成的一種人造石。3.2.1 普通混凝土的使用特點(diǎn)使用普通混凝土主要特點(diǎn)有較高的抗壓強(qiáng)度及耐久性，混凝土拌和物有良好的塑性便于施工塑制成型，混凝土與鋼筋有牢固的黏結(jié)力，原材料豐富、價(jià)格較低，維修保養(yǎng)費(fèi)用低；缺點(diǎn)：抗拉、抗彎強(qiáng)度較低，易產(chǎn)生裂縫，自重大(zhngd)、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)

5、、導(dǎo)熱系數(shù)大，同時(shí)影響混凝土質(zhì)量的因素較多，施工中要嚴(yán)格控制質(zhì)量。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土3.2.2 混凝土的組成混凝土由水泥、水、砂、石子、外加劑五種主要材料組成；水泥是膠凝材料與水拌合形成水泥漿使混凝土具有流動(dòng)性并產(chǎn)生膠結(jié)作用（2030%）；砂、石子起骨架作用（7080%）；外加劑起改性作用，小于水泥質(zhì)量的5%（忽略）。水泥與水組成水泥漿，水泥漿填充砂子空隙并包裹砂子形成砂漿(shjing)，砂漿(shjing)填充石子空隙并包裹石子成為混凝土。硬化后，水泥漿成為水泥石，將砂、石膠結(jié)成一個(gè)整體。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土3.2.3 對(duì)混凝土的基本(jbn)要求

6、建筑工程中使用的混凝土，一般要滿足以下四種基本要求： 混凝土拌和物應(yīng)有一定的和易性。 有符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。 有與工程環(huán)境相適應(yīng)的耐久性。 在保證質(zhì)量的前提下盡量降低水泥用量，以滿足經(jīng)濟(jì)合理的要求。圖3-1 混凝土的結(jié)構(gòu)示意圖共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土3.2.4 普通混凝土的組成材料（1）水泥水泥品種的選擇和強(qiáng)度等級(jí)的選擇原則是：一般水泥強(qiáng)度等級(jí)與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比1.52.0；高強(qiáng)度等級(jí)混凝土可取1.01.5；大于C60（混凝土標(biāo)號(hào)：現(xiàn)在(xinzi)稱為混凝土強(qiáng)度等級(jí)，采用立方體標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度。其抗壓強(qiáng)度為60MPa）時(shí)，水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于52.5。（2）骨料細(xì)骨料:其作用是填

7、充粗骨料空隙，減少水泥漿干縮。粗骨料：起骨架作用，堅(jiān)固耐久。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土骨料的一般要求是： 表面清潔，含有害成分少。 有足夠的強(qiáng)度。 骨料的形狀、表面特征。細(xì)骨料要求粒徑為0.165mm，技術(shù)要求:天然砂和人工砂。天然砂有河砂、海砂、山砂之分，以潔凈的河砂為優(yōu)。（3）砂顆粒級(jí)配：表示砂大小顆粒搭配(dpi)情況。分計(jì)篩余：各篩上的篩余量占砂樣總重量的百分?jǐn)?shù)。累計(jì)篩余：各篩和比該篩粗的所有分計(jì)篩余量相加?；虬训扔诨虼笥谀程?hào)篩孔的砂重占砂總重量的百分率。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土（4）粗骨料粗骨料是指大于5mm,起骨架作用，堅(jiān)固耐久，空隙率大，比表面積小的

8、顆粒，可分為碎石和卵石。顆粒級(jí)配用以表示石子大小搭配的情況。最大粒徑是指粗骨料中公稱粒級(jí)的上限。 粗骨料的質(zhì)量要求包含(bohn)以下幾個(gè)方面： 含泥量及有害雜質(zhì)。粗骨料中的有害雜質(zhì)主要有黏土、細(xì)屑、硫化物、硫酸鹽及有機(jī)物等。其危害與細(xì)骨料中的有害雜質(zhì)相同。粗骨料中的有害雜質(zhì)含量應(yīng)不超過(guò)表所配制規(guī)定。粗骨料中含有風(fēng)化軟弱顆粒時(shí)，要進(jìn)行試驗(yàn)論證。 顆粒形狀(針、片狀顆粒)。卵石及碎石的形狀以接近卵形或立方體為較好。針狀顆粒指顆粒長(zhǎng)度大于該顆粒所屬粒級(jí)的平均粒徑的2.4倍，片狀顆粒指厚度小于平均粒徑的0.4倍。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土（4）粗骨料 強(qiáng)度。根據(jù)建設(shè)用卵石、碎石（GBT

9、14685-2001）的規(guī)定，碎石或卵石的強(qiáng)度，可用巖石立方體強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)兩種方法表示。對(duì)經(jīng)常性的生產(chǎn)質(zhì)量控制則用壓碎指標(biāo)值檢驗(yàn)較為方便抗壓強(qiáng)度用50mm50mm的圓柱體試件或邊長(zhǎng)為50 mm的立方體試件，在水中浸泡48 h，飽和狀后測(cè)定，要求抗壓強(qiáng)度大于等于45 MPa。同時(shí)(tngsh)，極限抗壓強(qiáng)度與所采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比不應(yīng)小于1.5。(3-2)壓碎指標(biāo)越大，強(qiáng)度越小。壓碎指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范的規(guī)定。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土（4）粗骨料混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB502042002）規(guī)定：混凝土粗骨料的最大粒徑不得超過(guò)結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時(shí)不得大于鋼筋間最

10、小凈距的3/4。對(duì)于(duy)混凝土實(shí)心板，可允許采用最大粒徑不超過(guò)1/3板厚的骨料，但最大粒徑不得超過(guò)50 mm。共五十八頁(yè)3.2 普通(ptng)混凝土（5）拌合及養(yǎng)護(hù)用水自來(lái)水和清潔的天然水，水中不得含有有害雜質(zhì)，如油脂、糖類(lèi)等有機(jī)物質(zhì)。海水（SO42-、Mg2+、Cl-）、工業(yè)污水(w shu)等應(yīng)經(jīng)處理后使用。共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑混凝土外加劑是在拌制混凝土過(guò)程(guchng)中摻入，用以改善混凝土性能的物質(zhì)?；炷镣饧觿?shí)質(zhì)是一種表面活性劑，其能夠被吸附在物體界面，并能降低界面張力的物質(zhì)，分為離子型（陽(yáng)離子型、陰離子型）和兩性離子型。非離子型：不能電離生成離子，本身具有極性

11、，能夠吸附水分子起親水基作用，它的親水基主要由一定數(shù)量的含氧基團(tuán)構(gòu)成，水溶液穩(wěn)定性好，不受無(wú)機(jī)鹽酸堿的影響。表面活性劑是具有顯著改變(通常為降低)液體表面張力或二相間界面張力的物質(zhì)，其分子由親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)二個(gè)部分組成。共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.2 外加劑的分類(lèi) 改善(gishn)混凝土拌合物流變性能的外加劑。包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等； 調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑。包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等； 改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等； 改善混凝土其他性能的外加劑。包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑等。 共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.

12、3.3 常用的外加劑3.3.3.1 減水劑減水劑是當(dāng)前外加劑中品種(pnzhng)最多、應(yīng)用最廣的一種，根據(jù)其功能分為： 普通減水劑在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑； 高效減水劑在保持混凝土坍落度基本相同的條件下，能大幅度減少用水量的外加劑； 引氣減水劑兼有引氣和減水功能的外加劑； 緩凝減水劑兼有緩凝和減水功能的外加劑； 早強(qiáng)減水劑兼有早強(qiáng)和減水功能的外加劑。 共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.3 常用的外加劑3.3.3.1 減水劑使用減水劑的目的主要有：使混凝土的原配合比不變，流動(dòng)性提高；使混凝土的流動(dòng)性及水泥用量不變，降低用水量，使強(qiáng)度(qingd)提高；保持混

13、凝土拌和物的流動(dòng)性、水灰比不變，使水泥用量降低。減水劑按其主要化學(xué)成分為：木質(zhì)素磺酸鹽系；多環(huán)芳香族磺酸鹽系；水溶性樹(shù)脂磺酸鹽系；糖鈣以及腐植酸鹽等。共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.3 常用(chn yn)的外加劑3.3.3.1 減水劑（1）減水劑的作用機(jī)理圖3-3 水泥漿的絮凝結(jié)構(gòu)(jigu)及減水劑作用簡(jiǎn)圖共五十八頁(yè)（1）減水劑的作用機(jī)理 水泥加水后，產(chǎn)生絮狀結(jié)構(gòu)，原因是水泥礦物在水化過(guò)程中所帶電荷不同，在溶液中熱運(yùn)動(dòng)相互碰撞，相互吸引，粒子間范德華力及初期水化反應(yīng)引起的。當(dāng)水泥漿中加入減水劑后，減水劑分子中的憎水基定向吸附于水泥質(zhì)點(diǎn)表面，親水基團(tuán)(j tun)指向水溶液，在水泥顆粒

14、表面形成單分子或多分子吸附膜，在電斥力作用下，使原來(lái)水泥加水后由于水泥顆粒間分子凝聚力等多種因素而形成的絮凝結(jié)構(gòu)打開(kāi)，把被束縛在絮凝結(jié)構(gòu)中的游離水釋放出來(lái)， 這就是由減水劑分子吸附產(chǎn)生的分散作用。水泥加水后，水泥顆粒被水濕潤(rùn)，濕潤(rùn)愈好，在具有同樣工作性能的情況下所需的拌和水量也就愈少，且水泥水化速度亦加快，當(dāng)有表面活性劑存在時(shí)，降低了水的表面張力和水與水泥顆粒問(wèn)的界面張力，這就使水泥顆粒易于濕潤(rùn)、利于水化；減水劑分子定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團(tuán)(j tun)指向水溶液，使水泥顆粒表面的溶劑化層增厚，增加了水泥顆粒間的滑動(dòng)能力，又起了潤(rùn)滑作用，若是引氣型減水劑，則潤(rùn)滑作用更為明顯。共五十八頁(yè)

15、3.3 混凝土外加劑3.3.3 常用的外加劑3.3.3.1 減水劑（2）常用的減水劑 木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑該類(lèi)減水劑根據(jù)其所帶陽(yáng)離子的不同，有木質(zhì)素磺酸鈣(木鈣)、木質(zhì)素磺酸鈉(木鈉)、木質(zhì)素磺酸鎂(木鎂等)。 多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑的主要成分為萘或萘的同系物的磺酸鹽與甲醛的縮合(suh)物，故又稱萘系減水劑。使用多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑可使混凝土28d強(qiáng)度提高20以上。在保持混凝土強(qiáng)度和坍落度相近時(shí)，則可節(jié)約水泥用量1020。萘系減水劑對(duì)不同品種水泥的適應(yīng)性較強(qiáng)。適用于配制早強(qiáng)、高強(qiáng)、流態(tài)、防水、蒸養(yǎng)等混凝土。也適用于日最低氣溫0以上施工的混凝土，低于此溫度則宜與早

16、強(qiáng)劑復(fù)合使用。 共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.3 常用的外加劑3.3.3.1 減水劑（2）常用的減水劑水溶性樹(shù)脂(shzh)系減水劑水溶性樹(shù)脂系減水劑是以一些水溶性樹(shù)脂為主要原料的減水劑，如三聚氰胺樹(shù)脂、古瑪隆樹(shù)脂等，我國(guó)生產(chǎn)的SM減水劑即是將三聚氰胺與甲醛反應(yīng)生成三經(jīng)甲基三聚氰胺，再經(jīng)硫酸氫鈉磺化而得的以三聚氰胺樹(shù)脂磺酸鈉為主要成分的減水劑。CRS減水劑則是以古瑪隆一茍樹(shù)脂磺酸鈉為主要成分的減水劑。這兩種減水劑除具有顯著的減水、增強(qiáng)效果外，還能提高混凝土的其他力學(xué)性能和混凝土的抗?jié)B、抗凍性，對(duì)混凝土的蒸養(yǎng)適應(yīng)性也優(yōu)于其他外加劑。水溶性樹(shù)脂系減水劑為高效減水劑，適用于早強(qiáng)、高強(qiáng)、蒸養(yǎng)及

17、流態(tài)混凝土等。 共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.3 常用的外加劑3.3.3.2 早強(qiáng)劑早強(qiáng)劑是指能提高混凝土的早期強(qiáng)度的外加劑，有氯化物系、硫酸鹽系、三乙醇胺、石膏等。早強(qiáng)機(jī)理體現(xiàn)在：能夠盡早與C3A作用生成鈣礬石（AFt、AFm），能生成難溶的復(fù)鹽：水化氯鋁酸鈣及氧氯化鈣。3.3.3.3 調(diào)凝劑調(diào)凝劑是能延緩(ynhun)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，而不顯著影響混凝土的后期強(qiáng)度的外加劑。摻量為0.030.1%，主要應(yīng)用于油井工程、大體積混凝土、商品混凝土中。其中速凝劑能使混凝土迅速凝結(jié)，并改善混凝土與基底的黏結(jié)性及穩(wěn)定性。共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.3 常用的外加劑3.3.3.4 引氣

18、劑引氣劑是指能在混凝土拌合物中產(chǎn)生一定量的微小獨(dú)立氣泡并使之均勻分布其中的外加劑。如松香熱聚物、松香皂等。在混凝土拌合物中加入少量的金屬粉末（如鋁粉等），澆注時(shí)發(fā)生反應(yīng)，放出大量的氫氣等氣體，使?jié){體體積顯著膨脹。一般摻量為水泥的萬(wàn)分之0.51.1，引氣量為36%。引氣劑的引氣機(jī)理體現(xiàn)在能吸附空氣表面，憎水基向里，親水基向外，吸附水分子，使氣泡穩(wěn)定存在。 引氣劑的作用(zuyng)體現(xiàn)在： 由于水分子均勻分布?xì)馀荼砻?，改善了混凝土的粘聚性，保水性?氣泡起滾珠、潤(rùn)滑作用(zuyng)，使混凝土的流動(dòng)性提高，節(jié)約水泥。 0.010.25mm的微氣泡穩(wěn)定均勻分布，遮斷了毛細(xì)管道，抗?jié)B性、抗凍性提高。

19、 氣泡的彈性變形，對(duì)抗裂性有利。 氣泡的存在，使混凝土的強(qiáng)度降低。但水灰比降低，使混凝土強(qiáng)度得到補(bǔ)償。 共五十八頁(yè)3.3 混凝土外加劑3.3.4 外加劑的使用 先摻法與水泥等一起混合后加水拌合； 同摻法加水配成溶液后摻入； 滯水法滯水于23min加入； 后摻法將拌合物拌好送到澆注(jio zh)地點(diǎn)后加入。共五十八頁(yè)3.4 混凝土的質(zhì)量(zhling)控制和評(píng)定工程中常以混凝土抗壓強(qiáng)度作為重要的質(zhì)量控制指標(biāo)，并以此作為評(píng)定混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平的依據(jù)。 (1) 混凝土強(qiáng)度的波動(dòng)規(guī)律正態(tài)分布在一定施工條件下，對(duì)同一種混凝土進(jìn)行隨機(jī)取樣，制作組試件（n25）,測(cè)得其28齡期的抗壓強(qiáng)度，然后(rnhu)

20、以混凝土強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，以混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)的概率為縱坐標(biāo)，繪制出混凝土強(qiáng)度概率分布曲線。實(shí)踐證明，混凝土的強(qiáng)度分布曲線一般為正態(tài)分布曲線 ；共五十八頁(yè)3.4 混凝土的質(zhì)量控制(kngzh)和評(píng)定(2) 混凝土質(zhì)量評(píng)定(pngdng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在一定施工條件下，對(duì)同一種混凝土進(jìn)行隨機(jī)取樣，制作組試件（n25）,測(cè)得其28齡期的抗壓強(qiáng)度，然后以混凝土強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，以混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)的概率為縱坐標(biāo)，繪制出混凝土強(qiáng)度概率分布曲線。實(shí)踐證明，混凝土的強(qiáng)度分布曲線一般為正態(tài)分布曲線 ；共五十八頁(yè)3.5 混凝土的變形(bin xng)（1）混凝土的徐變混凝土的徐變是在持續(xù)（恒定）荷載作用下，混凝土產(chǎn)生隨時(shí)間而

21、增加的變形稱為徐變。 徐變曲線特征加上恒定荷載時(shí)，混凝土立即產(chǎn)生瞬時(shí)彈性(tnxng)變形，隨后，徐變隨時(shí)間增加快，然后逐漸減慢。卸荷后，一部分變形可恢復(fù)，稱為彈性(tnxng)恢復(fù)；其后將有一個(gè)隨時(shí)間而減小的應(yīng)變恢復(fù)稱為徐變恢復(fù)；最后殘留下來(lái)的變形成為不可逆徐變。 共五十八頁(yè)3.5 混凝土的變形(bin xng)（1）混凝土的徐變 徐變產(chǎn)生的機(jī)理水泥石中的水化物凝膠顆粒之間的粘性流動(dòng)和剪切滑移；在荷載(hzi)作用下，凝膠體內(nèi)的吸附水被擠出，骨料的延后彈性變形，加荷后，水泥石首先變形，骨料上的應(yīng)力增大，骨料產(chǎn)生彈性變形延后彈性變形，過(guò)渡區(qū)裂縫的擴(kuò)展或產(chǎn)生。 影響徐變的因素濕含量，混凝土中的濕

22、含量降低，徐變減小。環(huán)境濕度，濕度降低，徐變?cè)龃?。溫度，溫度升高，徐變?cè)龃螅?0C以上，使徐變降低。骨料用量，體積含量增加，徐變減小。骨料的特性，泊松比和彈性模量，彈模越大，徐變?cè)叫?。水灰比與齡期，水灰比增大，徐變?cè)龃?。水泥用量，水灰比一定，水泥用量增加，徐變減小。荷載應(yīng)力水平，荷載越大，徐變會(huì)越大。 共五十八頁(yè)3.5 混凝土的變形(bin xng)（2）混凝土立方體抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 混凝土立方體抗壓試件強(qiáng)度：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法，制作邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度203，相對(duì)濕度(xingdu shd)90%以上）條件下，養(yǎng)護(hù)到28 d齡期，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值為混

23、凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度。 （3）軸心抗壓強(qiáng)度（fcp） 采用150150300mm棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，也可用非標(biāo)準(zhǔn)試件，但高寬比應(yīng)在23的范圍里。 共五十八頁(yè)3.5 混凝土的變形(bin xng)（4）抗拉強(qiáng)度混凝土是一種脆性材料，抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度為1/101/20?；炷僚芽箟簭?qiáng)度計(jì)算式如下：式中，P為壓力，N；A為受壓面積，m2（5）影響強(qiáng)度的因素及提高強(qiáng)度的措施影響強(qiáng)度的因素有：水泥標(biāo)號(hào)與水灰比、骨料的性質(zhì)、養(yǎng)護(hù)條件(tiojin)、齡期、其它因素等。共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長(zhǎng)期保持其良好的使用性能的能力稱為混凝土的耐久性。提高混凝土耐久性，對(duì)于延長(zhǎng)結(jié)

24、構(gòu)壽命，減少修復(fù)工作量，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。（1）混凝土的抗?jié)B性混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力?；炷翝B水是由于內(nèi)部孔隙形成連通的滲水孔道。這些孔道主要來(lái)源于水泥漿中多余(duy)水分蒸發(fā)而留下的氣孔、水泥漿泌水所產(chǎn)生的毛細(xì)管孔道、內(nèi)部的微裂縫以及施工振搗不密實(shí)產(chǎn)生的蜂窩、孔洞，這些都會(huì)導(dǎo)致混凝土滲漏水?；炷恋目?jié)B性以抗?jié)B等級(jí)來(lái)表示?？?jié)B等級(jí)是以28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)抗?jié)B試件，按規(guī)定方法試驗(yàn)，以不滲水時(shí)所能承受的最大水壓力來(lái)表示，劃分為P2、P4、P6、P8、P12等等級(jí)，它們分別表示能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.2 MPa的水壓力而不滲透?；炷恋目?jié)B性與水灰比

25、有密切關(guān)系，還與水泥品種、骨料級(jí)配、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件以及是否摻外加劑、摻合料有關(guān)。 共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性(2)混凝土的抗凍性混凝土的抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低(jingd)強(qiáng)度的性能?；炷量箖鲂砸话阋钥箖龅燃?jí)表示?？箖龅燃?jí)是采用齡期28d的試塊在吸水飽和后，承受反復(fù)凍融循環(huán)，以抗壓強(qiáng)度下降不超過(guò)25%，而且質(zhì)量損失不超過(guò)5%時(shí)所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)確定的。將混凝土劃分為以下抗凍等級(jí)：F10、F15、F25、F50、F150、F200、F250、F300等九個(gè)等級(jí)，分別表示混凝土能夠承受反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)為10、25、25

26、、50、100、150、200、250和300次?；炷潦軆鋈谧饔闷茐牡脑?，是混凝土內(nèi)部的孔隙水在負(fù)溫下結(jié)冰后體積膨脹造成的靜水壓力，因冷凍水蒸汽壓的差別推動(dòng)未凍水向凍結(jié)區(qū)的遷移造成的滲透壓力，當(dāng)這兩種壓力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，多次凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。 共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性影響混凝土抗凍性的因素有： 混凝土強(qiáng)度愈高，抵抗凍融破壞的能力(nngl)越強(qiáng)，抗凍性越好。 混凝土密實(shí)度、混凝土孔隙構(gòu)造及數(shù)量。密實(shí)度越小，開(kāi)口孔隙愈多，水分愈易滲入，靜水壓力越大，抗凍性越差。 混凝土孔隙充水程度。飽水程度愈高，凍結(jié)后產(chǎn)生的凍脹作用就大，抗凍性越差。

27、 水灰比。水灰比與孔隙率成正比，水灰比越大，且開(kāi)口孔隙率大，抗凍性越差。 外加劑。在混凝土中摻入引氣劑，可在水泥石中形成無(wú)數(shù)細(xì)小、均勻的氣泡，使之成為壓力水進(jìn)出的“水庫(kù)”，使靜水壓力和滲透壓力得以釋放，對(duì)冰凍破壞起到很好的緩沖作用。適宜的引氣量以46為宜。共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性（3）抗侵蝕性抗侵蝕性是指混凝土在含有侵蝕性介質(zhì)環(huán)境中遭受到化學(xué)侵蝕、物理作用不破壞的能力?；炷恋目骨治g性主要取決于水泥的品種、混凝土密實(shí)度與孔隙特征等。（4）混凝土的碳化混凝土的碳化作用是指空氣中的二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣(qn yn hu i)作用，生成碳酸鈣和水。碳化又叫中性化。碳化對(duì)混凝土性能有明

28、顯的影響，首先是減弱對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。其次，當(dāng)碳化深度超過(guò)鋼筋的保護(hù)層時(shí)，鋼筋不但易發(fā)生銹蝕，還會(huì)因此引起體積膨脹，使混凝土保護(hù)層開(kāi)裂或剝落，進(jìn)而又加速混凝土進(jìn)一步碳化。碳化作用還會(huì)引起混凝土的收縮，使混凝土表面碳化層產(chǎn)生拉應(yīng)力，可能產(chǎn)生微細(xì)裂縫，從而降低了混凝土的抗折強(qiáng)度。 共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性影響混凝土碳化速度的主要因素有： 水泥品種。摻混合材的水泥，因其氫氧化鈣含量較少，碳化比普通水泥快。 水灰比。水灰比大的混凝土，因孔隙較多，二氧化碳易于進(jìn)入，碳化也快。 環(huán)境濕度。在相對(duì)濕度為5075的環(huán)境時(shí)，碳化最快。相對(duì)濕度小于25或達(dá)到100時(shí)，碳化停止。因?yàn)樘蓟枰?，但不能堵?/p>

29、二氧化碳的通道。此外，空氣中二氧化碳濃度越高，碳化速度也越快。 硬化條件?？諝庵谢蛘羝叙B(yǎng)護(hù)的混凝土，比在潮濕環(huán)境或水中養(yǎng)護(hù)的混凝土碳化快。因?yàn)榍罢?qin zh)促使水泥石形成多孔結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生微裂縫，后者水化程度高，混凝土較密實(shí)。 混凝土的碳化深度大體上與碳化時(shí)間的平方成正比。為防止鋼筋銹蝕，必須設(shè)置足夠的鋼筋保護(hù)層。共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性(5) 堿一骨料反應(yīng)堿一骨料反應(yīng)是指混凝土中所含的堿（Na2O或K2O）與骨料的活性成分（活性SiO2），在混凝土硬化后潮濕條件下逐漸(zhjin)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成復(fù)雜的堿-硅酸凝膠，這種凝膠吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的現(xiàn)象。堿-骨料反應(yīng)的反應(yīng)

30、速度很慢，需幾年或幾十年，因而對(duì)混凝土的耐久性十分不利。共五十八頁(yè)3.6 混凝土的耐久性(6) 提高混凝土耐久性的主要措施 合理選擇水泥品種。 適當(dāng)控制混凝土的水灰比及水泥用量。水灰比的大小是決定混凝土密實(shí)性的主要因素，它不僅影響混凝土的強(qiáng)度，而且也嚴(yán)重影響其耐久性，故必須嚴(yán)格控制水灰比。 選用質(zhì)量良好的砂石骨料。質(zhì)量良好、技術(shù)條件合格的砂、石骨料，是保證混凝土耐久性的重要條件。改善粗細(xì)骨料級(jí)配，在允許(ynx)的最大粒徑范圍內(nèi)盡量選用較大粒徑的粗骨料，可減小骨料的空隙率和比表面積，也有助于提高混凝土的耐久性。 摻入引氣劑或減水劑，摻入引氣劑或減水劑對(duì)提高抗?jié)B、抗凍等有良好的作用。 加強(qiáng)混凝土

31、的施工質(zhì)量控制?；炷潦┕ぶ?，應(yīng)當(dāng)攪拌均勻、澆灌和振搗密實(shí)并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以保證混凝土的施工質(zhì)量。 共五十八頁(yè)3.7 特種(tzhng)混凝土采用特殊施工方法或具有特種性能的混凝土均可稱為特種混凝土。主要種類(lèi)有：泡沫混凝土、碾壓混凝土、泵送混凝土、噴射混凝土、自流平自密實(shí)(m shi)混凝土、水下不分散混凝土、膨脹混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、瀝青混凝土等。3.7.1 泡沫混凝土（1）泡沫混凝土的定義泡沫混凝土通常是用機(jī)械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注型、養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔混凝土材料。泡沫混凝土中含有大量封閉的孔

32、隙，所以具有良好的物理力學(xué)性能。共五十八頁(yè)3.7 特種(tzhng)混凝土（2）泡沫混凝土的特性 輕質(zhì)泡沫混凝土的密度小，密度等級(jí)一般為3001800kg/m3，常用泡沫混凝土的密度等級(jí)為3001200kg/m3，。 保溫隔熱性能好由于泡沫混凝土中含有大量封閉的細(xì)小孔隙，因此具有良好的熱工性能，即良好的保溫隔熱性能，這是普通混凝土所不具備的。 隔音耐火性能好泡沫混凝土屬多孔材料，因此它也是一種良好的隔音材料，在建筑物的樓層和高速公路的隔音板、地下(dxi)建筑物的頂層等可采用該材料作為隔音層。泡沫混凝土是無(wú)機(jī)材料，不會(huì)燃燒，從而具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。 泡沫混

33、凝土還具有施工過(guò)程中可泵性好，防水能力強(qiáng)，沖擊能量吸收性能好，可大量利用工業(yè)廢渣，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。共五十八頁(yè)3.7 特種(tzhng)混凝土（3）泡沫混凝土的生產(chǎn)工藝泡沫混凝土的基本原料為水泥、石灰、水、泡沫，在此基礎(chǔ)上摻加一些填料、骨料及外加劑。常用(chn yn)的填料及骨料為：砂、粉煤灰、陶粒、碎石屑、膨脹聚苯乙烯、膨脹珍珠巖、苯脫克細(xì)骨料，常用(chn yn)的外加劑與普通混凝土一樣，為減水劑、防水劑、緩凝劑、促凝劑等。泡沫混凝土的生產(chǎn)方法有濕砂漿法和干砂漿法兩種。最近，日本采用蛋白質(zhì)物添加適量的陽(yáng)離子表面活性劑配成的混合發(fā)泡劑，采用現(xiàn)場(chǎng)澆注成型的工藝，研制成功現(xiàn)澆泡沫混凝土新工藝。共

34、五十八頁(yè)3.7 特種(tzhng)混凝土3.7.2 碾壓混凝土碾壓混凝土是采用振動(dòng)碾壓機(jī)械密實(shí)成型的干硬性混凝土。壓實(shí)度不小于97%。工作度以VC值表征。VC值一般取用510s。碾壓混凝土絕熱溫升低。3.7.3 泵送混凝土采用混凝土泵進(jìn)行混凝土運(yùn)輸與澆筑的混凝土稱為泵送混凝土。泵送混凝土坍落度大，坍落度損失小，不離析。通常(tngchng)摻加混凝土泵送劑。3.7.4 噴射混凝土噴射混凝土是通過(guò)噴射機(jī)管道輸送混凝土拌和物，由噴射機(jī)噴頭高速噴射到受?chē)娒娑杆倌Y(jié)的混凝土。噴射法施工分干噴法和濕噴法兩種。干噴法采用粉狀速凝劑，濕噴法采用液態(tài)速凝劑。 共五十八頁(yè)3.7 特種(tzhng)混凝土3.7

35、.5 自流平自密實(shí)混凝土自流平自密實(shí)混凝土具有高流動(dòng)度、不離析和均勻性及穩(wěn)定性都好的特點(diǎn)。澆筑時(shí)依靠自重(zzhng)流動(dòng)，無(wú)需振搗就能密實(shí)。3.7.6 水下不分散混凝土水下不分散、自流平自密實(shí)混凝土稱為水下不分散混凝土。必須摻用抗分散劑。粗骨料最大粒徑不宜超過(guò)20mm。常用抗分散劑可分為聚丙烯酰胺和纖維素。3.7.7 膨脹混凝土在混凝土中摻加膨脹劑，使混凝土具有補(bǔ)償收縮性能或微膨脹性能。 共五十八頁(yè)3.7 特種(tzhng)混凝土3.7.8 纖維混凝土纖維混凝土是在混凝土基體中摻入亂向分布的短纖維所組成的一種多相、多組分水泥基復(fù)合材料。鋼纖維提高硬化混凝土韌性合成纖維：聚丙烯纖維防止混凝土塑

36、性開(kāi)裂聚丙烯睛纖維防止混凝土塑性開(kāi)裂、提高硬化混凝土韌性。3.7.9 聚合物水泥混凝土聚合物混凝土分為三類(lèi)：聚合物水泥混凝土、樹(shù)脂混凝土、聚合物浸漬混凝土。聚合物水泥混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料，摻聚合物乳液改性的混凝土。聚合物水泥混凝土特有的原材料是聚合物乳液。3.7.10 瀝青混凝土瀝青混凝土是以石油(shyu)瀝青為膠結(jié)材料的混凝土。瀝青混凝土的原材料有：瀝青、粗骨料、細(xì)骨料、填料、摻合料等。 共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.1 綠色建筑材料（1）建筑材料的歷史沿革它在歷史的發(fā)展中經(jīng)歷了3次較大的變革，第一次是從原始社會(huì)穴居巢處的天然土石、草泥藤條到封建社

37、會(huì)的人工燒制磚瓦；第二次是從漫長(zhǎng)的石灰石膏氣硬性膠材時(shí)代到19世紀(jì)水泥的出現(xiàn)；第三次是從鋼筋混凝土的出現(xiàn)到20世紀(jì)30年代高分子材料的發(fā)明以及隨之而來(lái)的各種有機(jī)無(wú)機(jī)(wj)復(fù)合材料的出現(xiàn)。目前正經(jīng)歷著以各種高性能材料和智能材料的出現(xiàn)為標(biāo)志的第四次重要變革。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.1 綠色建筑材料（2）傳統(tǒng)建筑材料所帶來(lái)的問(wèn)題a、建筑材料作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，為社會(huì)帶來(lái)巨大財(cái)富，推動(dòng)了人類(lèi)(rnli)文明的進(jìn)程。從資源、能源和環(huán)境的角度分析，傳統(tǒng)建筑材料（主要指水泥、混凝土、黏土磚及產(chǎn)生污染的化學(xué)建材）的生產(chǎn)和使用不僅是礦產(chǎn)資源和能源的主要消耗者，

38、而且也是人類(lèi)(rnli)生存空間的主要爭(zhēng)奪者，是人居環(huán)境污染的重要責(zé)任者。b、人們?yōu)楦纳凭幼l件一直在進(jìn)行著不懈的努力，人們對(duì)居室的要求不再是遮風(fēng)避雨、維持生存，而是追求更為舒適和有利于身心健康，從傳統(tǒng)的磚瓦灰砂石到如今令人眼花繚亂的各種新型建材就是很好的證明。然而，由于傳統(tǒng)裝修材料散發(fā)出大量的有害物質(zhì)和有毒氣體，致使出現(xiàn)了很多裝修病，輕則使人氣喘、胸悶，重則感染、發(fā)燒、嘔吐甚至誘發(fā)病變。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.1 綠色建筑材料（3）綠色建材的基本特征 在生產(chǎn)過(guò)程中，以高新技術(shù)為基礎(chǔ)，盡可能少地使用天然資源和能源，大量采用尾礦、廢渣和廢液等廢棄物；不產(chǎn)生

39、過(guò)量的有毒有害物質(zhì)或廢料；不得使用甲醛、鹵化物或芳香族碳?xì)浠衔?，產(chǎn)品中不得含有汞、鉛、鉻及其化合物。 在使用過(guò)程中，應(yīng)最大程度地滿足人居所要求的健康、舒適、衛(wèi)生(wishng)、安全、環(huán)保與美觀，且應(yīng)具有滅菌、除臭、防火、調(diào)溫、調(diào)濕等多種功能和良好的耐久性能。 在完成使用壽命后，可再生循環(huán)利用或易于轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)顯著影響的物質(zhì)。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.1 綠色建筑材料（4）綠色建筑材料與可持續(xù)發(fā)展 從資源的開(kāi)發(fā)利用與再生及對(duì)環(huán)境影響的角度來(lái)看：利廢、減排、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境友好。 從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度看：采用高新技術(shù)、節(jié)約資源和能源、資源再生。 從人類(lèi)的生存

40、(shngcn)與發(fā)展條件看：綠色建材避免使用了對(duì)人體十分有害的甲醛、芳香族碳?xì)浠衔锛昂泄?、鉛、鉻化合物等物質(zhì)，可有效減少居室環(huán)境中至癌物出現(xiàn)的可能。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.2 高性能混凝土技術(shù)3.8.2.1 混凝土高性能化的必要性（1）混凝土在耐久性方面存在很多問(wèn)題混凝土是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛、用量最大的工程(gngchng)材料，然而在許多國(guó)家中混凝土面臨著耐久性不良的嚴(yán)重問(wèn)題，其維修費(fèi)用極為昂貴，有的甚至無(wú)法維修。（2）混凝土在特種結(jié)構(gòu)中將獲得更多應(yīng)用混凝土的更廣泛應(yīng)用，對(duì)混凝土的性能提出了更高的要求。（3）混凝土已進(jìn)入高科技時(shí)代混凝土技術(shù)的飛

41、速發(fā)展對(duì)混凝土性能有了更高的要求。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.2 高性能混凝土技術(shù)3.8.2.2 高性能混凝土和綠色高性能混凝土（1）高性能混凝土（HPC）高性能混凝土（High Performance Concrete）。1990年5月美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）與美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）召開(kāi)會(huì)議，首先提出高性能混凝土（HPC）這個(gè)名詞，認(rèn)為HPC是同時(shí)具有某些性能的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝與優(yōu)質(zhì)原材料，配制成便于(biny)澆搗、不離析、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期強(qiáng)度高，并具有韌性和體積穩(wěn)定性的混凝土；特別適合于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境

42、下的建筑物。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.2 高性能混凝土技術(shù)3.8.2.2 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土高性能混凝土的不同觀點(diǎn)(gundin)：1、美國(guó)的Mehta為代表的美加學(xué)派認(rèn)為高性能混凝土應(yīng)該是高耐久性，而不僅僅是高強(qiáng)度。耐久性應(yīng)放在HPC的首位，此外還應(yīng)該包括高的體積穩(wěn)定性（收縮和徐變?。?、低滲透性和高工作性；2、法國(guó)規(guī)定高性能混凝土的圓柱體強(qiáng)度應(yīng)該在50MPa以上；共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.2 高性能混凝土技術(shù)3、以東京大學(xué)岡村為代表的日本學(xué)者認(rèn)為高流態(tài)、免振自密實(shí)混凝土就是高性能混凝土，他們認(rèn)為高性

43、能混凝土不僅具有良好(lingho)的工作性能，而且應(yīng)該有良好(lingho)的體積穩(wěn)定性。4、我國(guó)的吳中偉院士認(rèn)為，應(yīng)該根據(jù)用途和經(jīng)濟(jì)合理等條件對(duì)性能有所側(cè)重，現(xiàn)階段HPC強(qiáng)度低限可向中等強(qiáng)度（30MPa）適當(dāng)延伸，但以不損害混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)（孔結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)、水化物結(jié)構(gòu)等）的發(fā)展與耐久性為度，并據(jù)此提出了HPC的定義為：HPC是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，采用低水膠比和摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料與高效外加劑，在妥善的質(zhì)量控制下制成的；HPC應(yīng)同時(shí)保證下列性能：耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理性。共五

44、十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土3.8.2 高性能混凝土技術(shù)3.8.2.2 高性能混凝土和綠色高性能混凝土（2）綠色高性能混凝土（GHPC）綠色材料的涵義主要可概括為： 節(jié)約資源、能源； 不破壞環(huán)境，更應(yīng)有利于環(huán)境； 可持續(xù)發(fā)展，保證人類(lèi)后代能健康(jinkng)、幸福地生存下去。共五十八頁(yè) 3.8 綠色(l s)建筑材料與高性能混凝土綠色高性能混凝土應(yīng)符合以下條件： 所使用的水泥必須為綠色水泥； 最大限度地節(jié)約水泥熟料用量，從而減少水泥生產(chǎn)中的“副產(chǎn)品”二氧化碳、二氧化硫、氧化氮等氣體，以減少環(huán)境污染保護(hù)環(huán)境。 更多地?fù)郊咏?jīng)過(guò)加工處理的工業(yè)廢渣，如磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料，以節(jié)約水泥，保護(hù)環(huán)境，并改善