項(xiàng)目四 混凝土(上)

項(xiàng)目四

混凝土教學(xué)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(lèi)；掌握普通混凝土的組成材料：水泥的合理選用；對(duì)骨料的一般質(zhì)量要求；砂、石顆粒特征及級(jí)配；混凝土用水要求；掌握混凝土拌和物和易性的概念及測(cè)定方法；掌握混凝土強(qiáng)度等級(jí)的評(píng)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(lèi)、作用；熟練掌握混凝土配合比的設(shè)計(jì)；了解其他品種的混凝土性能及應(yīng)用；重點(diǎn)、難點(diǎn)：普通混凝土配合比的設(shè)計(jì)；講授課時(shí)安排：6課時(shí)；試驗(yàn)課時(shí)安排：2課時(shí).任務(wù)1概述

*當(dāng)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(yīng)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(guò)一定時(shí)間硬化而成的水泥混凝土。1.按表觀密度分類(lèi)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(lèi)2.按用途分類(lèi)結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(gòu)件；高強(qiáng)度；混凝土的抗壓強(qiáng)度為20~55MPa.良好的耐久性；有抗凍、抗?jié)B、抗風(fēng)化、抗腐蝕等性能，比鋼材、木材更耐久。可用鋼筋增強(qiáng)；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(rùn)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(diǎn)以及環(huán)境條件，按項(xiàng)目三P55表3-10選擇2水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇：

水泥的強(qiáng)度等級(jí)一般以為混凝土強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的1.5~2倍。如設(shè)計(jì)C25強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，一般選擇42.5、42.5R強(qiáng)度等級(jí)的水泥。任務(wù)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(xì)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(xì)骨料：顆粒粒徑小于5mm的顆粒。

細(xì)骨料一般有河砂、海砂和山砂三類(lèi)

砂、石的技術(shù)質(zhì)量要求：

**重點(diǎn)介紹砂、石的級(jí)配評(píng)定和粗細(xì)程度骨料的級(jí)配：

指骨料中不同粒徑顆粒的搭配分布情況。良好的級(jí)配，不但能減少水泥用量，而且提高混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度等性能。粗細(xì)程度：

指不同粒徑的顆粒混合物的平均粗細(xì)程度（1）砂的顆粒級(jí)配評(píng)定和粗細(xì)程度

砂的顆粒級(jí)配的評(píng)定和粗細(xì)程度一般用篩分析法來(lái)測(cè)定的。

具體操作方法：將500g干砂，依次通過(guò)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(gè)篩子，測(cè)量各篩篩余量的質(zhì)量mi，計(jì)算出各篩的分計(jì)篩余量和累計(jì)篩余量。**砂的篩分析法的幾個(gè)概念：分計(jì)篩余量mi：砂子通過(guò)六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)篩時(shí)各篩上的篩余量，即mi(其中i=1,2,3,4,5,6)；分計(jì)篩余率：各篩上的分計(jì)篩余量占砂樣總質(zhì)量（500g）的百分率，即

=mi/500;累計(jì)篩余率

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

累計(jì)篩余率%5.0m12.5m21.25m30.63m40.315m50.16m6**砂的顆粒級(jí)配評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：砂的顆粒級(jí)配評(píng)定：P67表4-5

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，按0.63mm的篩孔的累計(jì)篩余百分率分為三個(gè)級(jí)配區(qū)：I級(jí)配區(qū)砂：=（85~71）%；II級(jí)配區(qū)砂：=（41~70）%；III級(jí)配區(qū)砂：=（16~40）%。砂的粗細(xì)程度判斷標(biāo)準(zhǔn)：砂的粗細(xì)程度用細(xì)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(xì)砂：=2.2~1.6特細(xì)砂：

=1.5~0.7。例題：評(píng)定該砂級(jí)配情況和細(xì)數(shù)：篩孔尺寸/mm分計(jì)篩余累計(jì)篩余百分率（%）分計(jì)篩余量/g分計(jì)篩余百分率（%）5.015

2.5701.251050.63

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

與顆粒級(jí)配評(píng)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(shí)，當(dāng)增大顆粒的最大粒徑Dmax時(shí)，其表面積減??；（2）用較大Dmax石子制做混凝土拌和物時(shí)，可以節(jié)約水泥的用量，因此比較經(jīng)濟(jì)。

（3）故在混凝土設(shè)計(jì)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(gòu)上考慮：

石子的最大粒徑應(yīng)該考慮建筑構(gòu)件的尺寸以及配筋的疏密。最大粒徑Dmax不得超過(guò)結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，且不得大于鋼筋最小凈距的3/4對(duì)混凝土實(shí)心板，石子的最大粒徑Dmax不宜超過(guò)板厚的1/3，且最大不得超過(guò)40mm。（2）從施工上考慮：從施工上，對(duì)最大粒徑也有相應(yīng)的限制。當(dāng)最大粒徑過(guò)粗時(shí)，不利于混凝土拌合物的振搗、攪拌和運(yùn)輸。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮：

當(dāng)Dmax

增大時(shí)，水泥用量減少，但是從下面曲線可見(jiàn)，當(dāng)Dmax>150mm時(shí)，

節(jié)約水泥的效果不明顯。所以最大粒徑不宜超過(guò)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(jí)配：石子的顆粒級(jí)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(jí)配與砂子一樣，也是采用篩分析法來(lái)確定的，其標(biāo)準(zhǔn)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(gè)篩.粗骨料的顆粒級(jí)配應(yīng)滿足P69表4-7。石子的顆粒級(jí)配按供應(yīng)情況分為連續(xù)粒級(jí)和單粒級(jí)兩種。連續(xù)粒級(jí)：是按顆粒尺寸由大到小連續(xù)分級(jí)（5mm~Dmax),每一級(jí)粗骨料都有適量的比例。單粒級(jí)：當(dāng)粗顆粒最大粒徑大于37.5mm時(shí)，粗顆粒的級(jí)配很不穩(wěn)定、很不連續(xù)，此時(shí)的石子搭配很不均勻。一般在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先選用連續(xù)級(jí)配；一般不宜選用“單一”的單粒級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)生活中，凡是可以飲用的自來(lái)水和清潔的天然水，都可以用來(lái)拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。？請(qǐng)同學(xué)們思考：海水能否用來(lái)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(guò)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(guó)外外加劑的發(fā)展?fàn)顩r：面前國(guó)外60%~90%的混凝土和砂漿中使用了外加劑，因此，外加劑在當(dāng)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(xì)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(lèi)：第一類(lèi)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(qiáng)度。我國(guó)常用的減水劑：M型減水劑（木質(zhì)磺酸鹽類(lèi)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(guò)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(jì)30年代出現(xiàn)于美國(guó)，被認(rèn)為是混凝土材料發(fā)展進(jìn)程中的重大發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于工程中我國(guó)常用的引氣劑：松香樹(shù)脂類(lèi)。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(qiáng)度；第二類(lèi)外加劑：調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間和硬化性能的外加劑：緩凝劑：

我國(guó)應(yīng)用較多的有木質(zhì)素磺酸鈣和糖蜜；速凝劑：

我國(guó)應(yīng)用較多的有紅星一型、國(guó)產(chǎn)711；早強(qiáng)劑：

我國(guó)應(yīng)用較多的有NaCl等第三類(lèi)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(lèi)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(bǔ)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(wù)3普通混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)普通混凝土的主要技術(shù)要求是：（1）與施工條件相適應(yīng)的和易性（工作性）；（2）符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度；（3）與使用環(huán)境相適應(yīng)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(yùn)輸、澆灌和振搗）的操作，以保證獲得均勻密實(shí)的混凝土的性能；和易性的內(nèi)容：

和易性包含流動(dòng)性、粘聚性和保水性三方面的內(nèi)容。流動(dòng)性、粘聚性和保水性的定義：流動(dòng)性：是指新拌混凝土在自重或機(jī)械振搗作用下，能產(chǎn)生流動(dòng)，并均勻密實(shí)地填充到模板的各個(gè)角落的性能；粘聚性：是新拌混凝土在施工過(guò)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(guò)程中，保持水分不易析出的能力。

2和易性測(cè)定方法：和易性的測(cè)定：

一般以測(cè)定混凝土拌和物的流動(dòng)性為主，輔以對(duì)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(dòng)性的測(cè)定方法：

主要有坍落度法和維勃稠度法兩種。（1）測(cè)定流動(dòng)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(shí)驗(yàn)方法裝入標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量筒高與坍落后的混凝土試件最高點(diǎn)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(dòng)性的好壞。表5.10混凝土澆灌時(shí)的坍落度(mm)

結(jié)構(gòu)種類(lèi)坍落度基礎(chǔ)或地面的墊層，無(wú)配筋的大體積結(jié)構(gòu)（擋土墻等）或配筋較稀的結(jié)構(gòu)；

10~30板、梁和大中型截面的柱子

30~50配筋密列的結(jié)構(gòu)（薄壁、細(xì)柱等）

50~70配筋特密的結(jié)構(gòu)

70~90思考題：坍落度的設(shè)計(jì)主要考慮哪些因素？混凝土拌和物的流動(dòng)性通過(guò)坍落度法測(cè)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(shuō)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(shuō)明保水性不好。（2）測(cè)定流動(dòng)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(guò)40mm,且坍落度小于10mm的混凝土拌合物流動(dòng)性的測(cè)定；測(cè)定方法：試驗(yàn)五普通混凝土主要技術(shù)性能試驗(yàn)坍落度法的優(yōu)點(diǎn)：坍落度法簡(jiǎn)單易行，且指標(biāo)明確，故至今仍為世界各國(guó)廣泛采用坍落度法的缺點(diǎn)：（1）測(cè)定結(jié)果受操作技術(shù)的影響較大；（2）觀察粘聚性與保水性時(shí)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(dòng)性的測(cè)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(duì)同一體積的混凝土拌合物而言，水泥漿越多，流動(dòng)性越好，但水泥漿數(shù)量過(guò)多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，過(guò)少時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(dòng)性越好，但W/C過(guò)大時(shí)，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(duì)和易性的影響水泥對(duì)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(xì)度的影響：使用硅酸鹽水泥以及普通水泥，流動(dòng)性大，保水性好！水泥越細(xì)，流動(dòng)性越小，但保水性和粘聚性越好；骨料的影響：級(jí)配越好的骨料，流動(dòng)性越大；顆粒粒徑越大，流動(dòng)性越大；（4）時(shí)間和溫度對(duì)和易性的影響混凝土拌合物的流動(dòng)性隨溫度的升高、時(shí)間的延長(zhǎng)而降低而變干稠，流動(dòng)性降低；工作性影響因素組成材料環(huán)境因素時(shí)間水泥水外加劑骨料溫度濕度風(fēng)速最大粒徑砂率吸水性形狀級(jí)配表面紋理總結(jié)：

影響和易性的主要因素二、混凝土的強(qiáng)度

強(qiáng)度包括抗壓、抗拉、抗彎和抗剪強(qiáng)度1混凝土的抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)：抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu的測(cè)試：標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸：邊長(zhǎng)為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：養(yǎng)護(hù)時(shí)間：28d計(jì)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(shí)驗(yàn)使用的為非標(biāo)準(zhǔn)試件，則計(jì)算結(jié)果應(yīng)乘換算系數(shù)；試件尺寸換算系數(shù)立方體強(qiáng)度值邊長(zhǎng)150mm的立方體1fcu=P/(150*150(邊長(zhǎng)100mm的立方體0.95fcu=0.95*P/(100*100)邊長(zhǎng)200mm的立方體1.05fcu=1.05*P/(200*200)[例]邊長(zhǎng)為200mm的立方體某組混凝土試件，齡期為28d,測(cè)得破壞載荷分別為560kN600kN,580kN,試計(jì)算該組試件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度？解：計(jì)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(qiáng)度為：

Fcu=(Fcu1+Fcu2+Fcu3)/3=15.23MPa課堂練習(xí)：P99習(xí)題5.2尺寸為100mm×100mm×100mm的某組混凝土試件，齡期為28d,測(cè)定破壞荷載分別為392kN,379kN,384kN試計(jì)算該組試件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度？解：計(jì)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(qiáng)度為：

Fcu=(Fcu1+Fcu2+Fcu3)/3=36.58MPa混凝土的強(qiáng)度等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)：以混凝土立方體抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)混凝土按照立方體抗壓強(qiáng)度劃分為9級(jí)：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55等9級(jí)；我國(guó)目前建筑中采用的強(qiáng)度等級(jí)范圍為：強(qiáng)度等級(jí)工程應(yīng)用<C15多用于基礎(chǔ)工程或大體積混凝土；C15~C25多用于普通的鋼筋混凝土構(gòu)件C20~C30多用于大跨度結(jié)構(gòu)或預(yù)制構(gòu)件；>C30預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土或特種構(gòu)件2影響混凝土強(qiáng)度的主要因素為了研究混凝土的強(qiáng)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