混凝土耐久性

混凝土耐久性第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第八節(jié)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)致混凝土開裂的現(xiàn)象。堿一骨料反應(yīng)的反應(yīng)速度很慢，需幾年或幾十年，因而對混凝土的耐久性十分不利。

第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一骨料中含有活性二氧化硅的礦物有：蛋白石、玉髓、鱗石英等。含有活性氧化硅的巖石有：安山巖、凝灰?guī)r、流紋巖等。用這種骨料配制混凝土?xí)r，必須用低堿水泥，控制混凝土堿含量（折算成Na2O）小于0.6％，或采用摻混合材的水泥。對有懷疑的骨料，需做堿一骨料試驗(yàn)，防止混凝土出現(xiàn)堿一骨料反應(yīng)而破壞。

第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一6．提高混凝土耐久性的主要措施

（１）合理選擇水泥品種

（２）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。保證足夠的水泥用量，同樣可以起到提高混凝土密實(shí)性和耐久性的作用?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計規(guī)程》（JGJ55—2000）對建筑工程所用混凝土的最大水灰比及最小水泥用量作了規(guī)定，見表4－8(p126表4－25)。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（3）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)骨料級配，在允許的最大粒徑范圍內(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。

（４）摻入引氣劑或減水劑

摻入引氣劑或減水劑對提高抗?jié)B、抗凍等有良好的作用，在某些情況下，還能節(jié)約水泥。

（5）加強(qiáng)混凝土的施工質(zhì)量控制

混凝土施工中，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。

第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第九節(jié)

混凝土的質(zhì)量控制與評定混凝土在生產(chǎn)與施工中，由于原材料性能波動的影響，施工操作的誤差，試驗(yàn)條件的影響，混凝土的質(zhì)量波動是客觀存在的，因此一定要進(jìn)行質(zhì)量管理，

由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與混凝土其他性能有著緊密的相關(guān)性，能較好地反映混凝土的全面質(zhì)量，因此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)，并以此作為評定混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平的依據(jù)。

第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一

1.混凝土強(qiáng)度的波動規(guī)律——正態(tài)分布

在一定施工條件下，對同一種混凝土進(jìn)行隨機(jī)取樣，制作ｎ組試件（ｎ≥２５），測得其２８ｄ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。第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一2.混凝土質(zhì)量評定的數(shù)理統(tǒng)計方法

（１）混凝土強(qiáng)度平均值（）

混凝土強(qiáng)度平均值可按下式計算：

式中ｎ——混凝土強(qiáng)度試件組數(shù)；

fcu，i—混凝土第ｉ組的抗壓強(qiáng)度值。

第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（２）混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（σ）

混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差又稱均方差，其計算式為

標(biāo)準(zhǔn)差σ是正態(tài)分布曲線上拐點(diǎn)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)。

第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（３）變異系數(shù)（Ｃv）

變異系數(shù)又稱離差系數(shù)，其計算式如下

由于混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差（σ）隨強(qiáng)度等級的提高而增大，故可采用變異系數(shù)（Ｃv）作為評定混凝土質(zhì)量均勻性的指標(biāo)。Ｃv值愈小，表示混凝土質(zhì)量愈穩(wěn)定；Ｃv值大，則表示混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性差。

第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（４）混凝土的強(qiáng)度保證率（Ｐ）

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，見圖4-6所示。低于設(shè)計強(qiáng)度等級（fcu，ｋ）的強(qiáng)度所出現(xiàn)的概率為不合格率。圖4-6混凝土強(qiáng)度保證率第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一混凝土強(qiáng)度保證率Ｐ（％）的計算方法為：首先根據(jù)混凝土設(shè)計等級（fcu,ｋ）、混凝土強(qiáng)度平均值（）、標(biāo)準(zhǔn)差（σ）或變異系數(shù)（Ｃv），計算出概率度（ｔ），即

則強(qiáng)度保證率Ｐ（％）就可由正態(tài)分布曲線方程積分求得，即

第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一但實(shí)際上當(dāng)已知ｔ值時，可從數(shù)理統(tǒng)計書中的表內(nèi)查到Ｐ值。(P129表4-27）

工程中Ｐ（％）值可根據(jù)統(tǒng)計周期內(nèi)混凝土試件強(qiáng)度不低于要求強(qiáng)度等級的組數(shù)N0與試件總組數(shù)Ｎ（Ｎ≥２５）之比求得，即

第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一3.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,ｋ），則由圖4—6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,ｋ）。

第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一混凝土配制強(qiáng)度可按下式計算（JGJ55-2000）：

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）；

σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）．

第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)施工單位不具有近期的同一品種混凝土的強(qiáng)度資料時，σ值可按表4-9(p133表4-30)取值。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第十節(jié).普通混凝土配合比設(shè)計

混凝土配合比，是指單位體積的混凝土中各組成材料的質(zhì)量比例，確定這種數(shù)量比例關(guān)系的工作，稱為混凝土配合比設(shè)計。

混凝土配合比設(shè)計必須達(dá)到以下四項(xiàng)基本要求，即：

（１）滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的強(qiáng)度等級要求；

（２）滿足混凝土施工所要求的和易性；

（３）滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求；

（４）符合經(jīng)濟(jì)原則，即節(jié)約水泥以降低混凝土成本。第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一10.1混凝土配合比設(shè)計基本參數(shù)確定的原則

水灰比、單位用水量和砂率是混凝土配合比設(shè)計的三個基本參數(shù)。混凝土配合比設(shè)計中確定三個參數(shù)的原則是：在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，確定混凝土的水灰比；在滿足混凝土施工要求的和易性基礎(chǔ)上，根據(jù)粗骨料的種類和規(guī)格確定單位用水量；砂率應(yīng)以砂在骨料中的數(shù)量填充石子空隙后略有富余的原則來確定?；炷僚浜媳仍O(shè)計以計算1m3混凝土中各材料用量為基準(zhǔn)，計算時骨料以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)。

第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一10.2普通混凝土配合比設(shè)計基本原理

（1）絕對體積法

絕對體積法的基本原理是：假定剛澆搗完畢的混凝土拌合物的體積，等于其各組成材料的絕對體積及混凝土拌合物中所含少量空氣體積之和。

第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（２）質(zhì)量法（假定表觀密度法）。

如果原材料比較穩(wěn)定，可先假設(shè)混凝土的表觀密度為一定值，混凝土拌合物各組成材料的單位用量之和即為其表觀密度。

第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一10.3混凝土配合比設(shè)計的步驟

10.3.1設(shè)計的基本資料

①混凝土的強(qiáng)度等級、施工管理水平，

②對混凝土耐久性要求，

③原材料品種及其物理力學(xué)性質(zhì)，

④混凝土的部位、結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況、施工條件等。

10.3.2．初步配合比計算

（１）確定試配強(qiáng)度（fcu,0）第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（２）計算水灰比（W/C）

根據(jù)強(qiáng)度公式計算水灰比：式中fcu,0——混凝土試配強(qiáng)度,ＭＰa；

fce——水泥28d的實(shí)測強(qiáng)度,ＭＰa；

αa,αb—回歸系數(shù)，與骨料品種、水泥品種有關(guān)，其數(shù)值可通過試驗(yàn)求得?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計規(guī)程》（JGJ55—2000）提供的αa、αb

經(jīng)驗(yàn)值為：

采用碎石：αa=0.46 αb＝0.07

采用卵石：αa=0.48 αb=0.33

第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（３）選定單位用水量（ｍw0）；用水量根據(jù)施工要求的坍落度（參考表4－5（p102表４－19)）和骨料品種規(guī)格，參考表4－6(p104表4－21)選用。注：①本表用水量系采用中砂時的平均取值，采用細(xì)砂時，每立方米混凝土用水量可增加5~10㎏，采用粗砂則可減少5～10㎏。②摻用各種外加劑或摻合料時，用水量應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（４）計算水泥用量（ｍc0）

根據(jù)已確定的W/C和ｍw0，可求出ｌm3混凝土中水泥用量ｍc0：

為保證混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量還應(yīng)大于表4－8(p126表4－25)規(guī)定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于表4－8規(guī)定值，應(yīng)取規(guī)定的最小水泥用量值。

第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（５）選擇合理的砂率值（βs）

合理砂率可通過試驗(yàn)、計算或查表求得。

試驗(yàn)是通過變化砂率檢測混合物坍落度，能獲得最大流動度的砂率為最佳砂率。也可根據(jù)骨料種類、規(guī)格及混凝土的水灰比，參考表4—7(p105表4-22)選用。

第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（6）計算粗、細(xì)骨料用量

①重量法（假定表現(xiàn)密度法）應(yīng)按下式計算：

ｍc0＋ｍg0＋ｍs0＋ｍw0＝ｍcp

第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一②當(dāng)采用體積法（絕對體積法）時，應(yīng)按下式計算：第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一通過以上計算，得出每立方米混凝土各種材料用量，即初步配合比計算完成。

4.4配合比的調(diào)整與確定

通過計算求得的各項(xiàng)材料用量（初步配合比），必須進(jìn)行試驗(yàn)加以檢驗(yàn)并進(jìn)行必要的調(diào)整。

第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（１）調(diào)整和易性，確定基準(zhǔn)配合比

按初步計算配合比稱取材料進(jìn)行試拌。混凝土拌合物攪拌均勻后測坍落度，并檢查其粘聚性和保水性能的好壞。如實(shí)測坍落度小于或大于設(shè)計要求，可保持水灰比不變，增加或減少適量水泥漿；如出現(xiàn)粘聚性和保水性不良，可適當(dāng)提高砂率；每次調(diào)整后再試拌，直到符合要求為止。當(dāng)試拌工作完成后，記錄好各種材料調(diào)整后用量，并測定混凝土拌合物的實(shí)際表觀密度（ρc，t）。此滿足和易性的配比為基準(zhǔn)配合比。

第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（２）檢驗(yàn)強(qiáng)度和耐久性，確定試驗(yàn)室配合比

基準(zhǔn)配合比能否滿足強(qiáng)度要求，需進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)。一般采用三個不同的配合比，其中一個為基準(zhǔn)配合比，另外兩個配合比的水灰比值，應(yīng)較基準(zhǔn)配合比分別增加及減少0.05，其用水量應(yīng)該與基準(zhǔn)配合比相同，但砂率值可做適當(dāng)調(diào)整并測定表觀密度。各種配比制作兩組強(qiáng)度試塊，如有耐久性要求，應(yīng)同時制作有關(guān)耐久性測試指標(biāo)的試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d天進(jìn)行強(qiáng)度測定。

第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（3）配合比的確定

①確定混凝土初步配合比

根據(jù)試驗(yàn)得出的各灰水比及其相對應(yīng)的混凝土強(qiáng)度關(guān)系，用作圖或計算法求出與混凝土配制強(qiáng)度（fcu,0）相對應(yīng)的灰水比值，并按下列原則確定每立方米混凝土的材料用量：

用水量（Ｗ）——取基準(zhǔn)配合比中的用水量，并根據(jù)制作強(qiáng)度試件時測得的坍落度或維勃稠度，進(jìn)行調(diào)整；

水泥用量（Ｃ）——取用水量乘以選定出的灰水比計算而得；

粗、細(xì)骨料用量（Ｓ、Ｇ）——取基準(zhǔn)配合比中的粗、細(xì)骨料用量，并按定出的灰水比進(jìn)行調(diào)整。

至此，得出混凝土初步配合比。

第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一②確定混凝土正式配合比

在確定出初步配合比后，還應(yīng)進(jìn)行混凝土表觀密度較正，其方法為：首先算出混凝土初步配合比的表觀密度計算值（ρc，c），即ρc，c=Ｃ十Ｗ十Ｓ十Ｇ再用初步配合比進(jìn)行試拌混凝土，測得其表觀密度實(shí)測值（ρc，t），然后按下式得出校正系數(shù)δ，即

當(dāng)混凝土表觀密度實(shí)測值與計算值之差的絕對值不超過計算值的２％時，則上述得出的初步配合比即可確定為混凝土的正式配合比設(shè)計值。若二者之差超過２％時，則須將初步配合比中每項(xiàng)材料用量均乘以校正系數(shù)得值，即為最終定出的混凝土正式配合比設(shè)計值，通常也稱實(shí)驗(yàn)室配合比。

第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一10.5混凝土施工配合比換算

混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比計算用料是以干燥骨料為基準(zhǔn)的，但實(shí)際工地使用的骨料常含有一定的水分，因此必須將實(shí)驗(yàn)室配合比進(jìn)行換算，換算成扣除骨料中水分后、工地實(shí)際施工用的配合比。其換算方法如下：

設(shè)施工配合比1m3混凝土中水泥、水、砂、石的用量分別為C’、Ｗ’、Ｓ’、Ｇ’；并設(shè)工地砂子含水率為a％，石子含水率為b％。則施工配合比1m3混凝土中各材料用量為

C’=C

S’=S·(1+a%)

G’=G·(1+b%)

W’=W－S·a%－G·b%第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一例10-2．某框架結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為Ｃ30，施工要求混凝土坍落度為３０～５０㎜，根據(jù)施工單位歷史資料統(tǒng)計，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ＝5MPa。所用原材料情況如下：水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥密度為ρｃ=3.10ｇ/cm３，水泥強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值的富余系數(shù)為1.08；砂：中砂，級配合格，砂子表觀密度ρos=2.60ｇ/cm３；石：5～30mm碎石，級配合格，石子表觀密度ρog=2.65ｇ/cm3；試求：１．混凝土計算配合比；

2．若經(jīng)試配混凝土的和易性和強(qiáng)度等均符合要求，無需作調(diào)整。又知現(xiàn)場砂子含水率為３％，石子含水率為1％，試計算混凝土施工配合比。第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一解１．求混凝土計算配合比(1)確定混凝土配制強(qiáng)度（fcu,0）fcu,0=fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa(2)確定水灰比（W/C）fce=γc×fce,k=1.08×42.5=45.9MPa由于框架結(jié)構(gòu)混凝土梁處于干燥環(huán)境，由表4-8,干燥環(huán)境容許最大水灰比為0.65，故可確定水灰比為0.53。第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（3）確定用水量（mw0）查表4—6，對于最大粒徑為30㎜的碎石混凝土，當(dāng)所需坍落度為３０～５０㎜時,1m3混凝土的用水量可選用185kg。(4)計算水泥用量（mc0）