4.4-硬化混凝土的技术性质（课件）- 《建筑材料》同步教学（哈尔滨工程大学出版社）

项目4 混 凝 土 目 录 CONTENT 行业PPT模板http：///hangye/ 1 2 3 4 混凝土概述 普通混凝土的组成材料 混凝土拌合物的技术性质 硬化混凝土的技术性质 目 录 CONTENT 行业PPT模板http：///hangye/ 5 6 7 8 混凝土外加剂 混凝土配合比设计 混凝土的质量控制 其他品种混凝土 9 混凝土性能检测 PART 04 硬化混凝土的技术性质 4.4.1 混凝土的强度 1.混凝土的抗压强度和强度等级 (1)混凝土立方体抗压强度。根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2019)的规定，制作边长为150mm的立方体试件，试件拆模后应立即放入温度为(20±2)℃、相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，或在温度为(20±2)℃的不流动氢氧化钙饱和溶液中养护。标准养护室内的试件应放在支架上，彼此间隔10~20mm，试件表面应保持潮湿，但不得用水直接冲淋试件。养护至28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度，用fcu表示。 4.4.1 混凝土的强度 当混凝土强度等级小于C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，对200mm×200mm×200mm试件可取为1.05，对100mm×100mm×100mm试件可取为0.95。 当混凝土强度等级不小于C60时，宜采用标准试件；当使用非标准试件时，混凝土强度等级不大于C100时，尺寸换算系数宜由试验确定，在未进行试验确定的情况下，对100mm×100mm×100mm试件可取为0.95；混凝土强度等级大于C100时，尺寸换算系数应经试验确定。 4.4.1 混凝土的强度 (2)混凝土立方体抗压强度标准值。按《混凝土结构设计规范(2015年版)》(GB50010—2010)的规定，混凝土立方体抗压强度标准值是按标准方法制作和养护边长为150mm的立方体试件在28d龄期，用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于95%保证率的抗压强度值，用fcu，k表示，单位为MPa。 4.4.1 混凝土的强度 混凝土的强度等级是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。《混凝土结构设计规范(2015年版)》(GB50010—2010)将混凝土划分为14个强度等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。其中C表示混凝土，数字表示混凝土立方体抗压强度标准值，如C50表示fcu，k=40MPa。 4.4.1 混凝土的强度 2.轴心抗压强度 确定混凝土强度等级时采用的是立方体试件，但在实际工程中混凝土结构形式大部分是棱柱体和圆柱体。因此，在进行混凝土结构(如桥墩、柱子等轴心受压构件)设计时都是采用混凝土轴心抗压强度(fcp)作为设计依据的。测定轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm棱柱体作为标准试件。通过试验分析，fcp≈0.67fcu。 4.4.1 混凝土的强度 3.混凝土的抗拉强度 混凝土的抗拉强度很低，只有抗压强度的1/20~1/10，当直接受拉时，很小的变形就会引起混凝土开裂。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强度对于防止开裂具有重要的意义，在进行结构设计时，抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要技术指标，可用来衡量混凝土与钢筋的黏结强度。混凝土劈裂抗拉强度按式(4-3)计算。 式中，fts为混凝土劈裂抗拉强度(MPa)；F 为试件破坏荷载(N)；A 为试件劈裂面面积(mm2)。 4.4.1 混凝土的强度 确定混凝土的抗拉强度时，以三个试件抗拉强度测定值的算术平均值作为该组试件的劈裂抗拉强度值，精确至0.1MPa。三个测定值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%，则取中间值作为该组试件的劈裂抗拉强度值；如最大值和最小值与中间值的差值均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。 4.4.1 混凝土的强度 当用同一种水泥(品种及强度等级相同)时，混凝土的强度主要取决于水胶比。 W/B 对fcu的影响如图4-7所示。 4.影响混凝土抗压强度的因素 (1)水泥强度等级及水胶比。水泥是混凝土中的活性组分，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。 在配合比相同的条件下，水泥的强度等级越高，所配制的混凝土强度也越高。 提示 4.4.1 混凝土的强度 4.4.1 混凝土的强度 根据大量试验和工程实践，建立了混凝土强度与水泥强度等级及胶水比之间的关系式，即混凝土强度公式： 式中，fcu为混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)；B 为每立方米混凝土中的胶凝材料用量(kg)；W 为每立方米混凝土中的水用量(kg)；B/W 为胶水比；αa、αb 为回归系数，与粗骨料品种有关，可按《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)的规定取值：卵石αa=0.49、αb=0.13，碎石αa=0.53、αb=0.20；fb 为胶凝材料28d胶砂抗压强度(MPa)。 4.4.1 混凝土的强度 (2)骨料的性能。若骨料中有害杂质过多、品质较低，则会降低混凝土的强度。强度高、级配良好、砂率合理的骨料，能组成密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。 碎石表面粗糙有棱角，提高了骨料与水泥砂浆之间的黏结力，且颗粒之间有嵌固作用，因此在原材料及坍落度相同的条件下，用碎石拌制的混凝土比用卵石拌制的混凝土的强度高。 4.4.1 混凝土的强度 (3)养护的温度和湿度。混凝土强度的增长过程是水泥凝结硬化的过程，而水泥的凝结硬化是水泥水化的必然结果。要使混凝土强度不断增长直至形成坚硬的人造石材，就应满足水泥的水化要求，而水泥的水化与温度、湿度有着密切的关系。混凝土浇筑振捣成型后，要在一定时间内保持适当的温度和足够的湿度以保证水泥充分水化，这就是混凝土的养护。 养护温度高时，硬化速度较快；养护温度低时，硬化速度较慢，尤其是当温度低于冰点时，硬化不但停止，而且还有被冰冻破坏的危险。 提示 4.4.1 混凝土的强度 当湿度适当时，水泥水化能顺利进行，混凝土强度能得到充分发展；若在湿度较低的干燥环境中养护混凝土，则混凝土会失水干燥，影响水泥的水化，这不仅会严重降低混凝土强度，还会导致干缩裂缝的产生，使混凝土结构疏松，影响其强度和耐久性。因此，为了提高混凝土的强度，施工中一定要注意湿润养护，在混凝土浇筑完毕后12h内应进行覆盖，防止水分蒸发。对在夏季施工的混凝土，要特别注意浇水保湿。 使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥时，浇水保湿应不少于7d；火山灰水泥、粉煤灰水泥或在施工中掺入缓凝剂及混凝土有抗渗要求时，保湿养护应不少于14d。 提示 4.4.1 混凝土的强度 (4)养护的时间(龄期)。在适宜的温度、充足的湿度条件下，混凝土强度将随时间的延长而提高。混凝土的强度在最初的7~14d增长较快，以后逐渐减慢，28d达到设计强度。28d后强度仍在发展，如果能保持足够的温度和湿度，强度的增长将延续数十年。 在标准养护条件下，混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比关系(龄期不小于3d)。 式中，fcu，n为nd(n≥3)龄期混凝土的立方体抗压强度(MPa)；fcu，28为28d龄期混凝土的立方体抗压强度(MPa)；n 为养护的龄期(d)(n≥3)。 4.4.1 混凝土的强度 根据式(4-5)，若测出混凝土的早期强度，则可估算出混凝土28d龄期的抗压强度；或根据28d混凝土的抗压强度，估算出28d前混凝土达到某一强度所需养护的天数，以便确定混凝土拆模、构件起吊、放松预应力钢筋、制品养护及出厂等日期。但由于影响混凝土强度的因素很多，所以此公式的结果仅供参考。 4.4.1 混凝土的强度 (5)试验条件。试验条件主要是指试件尺寸、形状、表面状态及加荷速度等。 ①试件尺寸。对同种混凝土来说，试件尺寸越小，测得的强度越高。当试件尺寸较大时，试件内部存在孔隙等缺陷的概率较大，导致有效受力面积减小和应力集中，从而引起混凝土强度的测定值偏低。 4.4.1 混凝土的强度 ②试件形状。当试件受压面积相同、高度不同时，高宽比越大，抗压强度越小。这是由于当试件受压时，试件受压面与试件承压板之间的摩擦力对试件相对于承压板的横向膨胀起着约束作用，该约束有利于强度的提高(图4-8)，越接近试件的端面，这种约束作用就越大，在离端面大约a 以外，约束作用才消失，通常称这种约束作用为环箍效应(图4-9)。 4.4.1 混凝土的强度 4.4.1 混凝土的强度 ③表面状态。混凝土试件承压面的状态也是影响混凝土强度的重要因素。若试件承压面有油脂类润滑剂，则试件受压时的环箍效应将大大减小，试件将出现直裂破坏(图4-10)，此时测出的强度值也较低。 ④加荷速度。加荷速度越快，测得的混凝土抗压强度就越大。测定混凝土抗压强度的加荷速度应连续均匀。 4.4.1 混凝土的强度 (6)施工质量。施工质量对混凝土强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确、搅拌均匀、振捣密实及养护充分等。施工单位的技术和管理水平、工序的施工规范程度都会对混凝土的强度造成影响。因此，必须采取严格有效的控制措施和手段，保证混凝土的施工质量。 (7)提高混凝土强度的措施。提高混凝土强度的措施主要有以下几点。 ①采用性能适宜、强度等级高的水泥配制混凝土。 ②合理选用满足技术要求、级配良好的骨料。 ③有条件时可掺入外加剂(如减水剂、早强剂等)。 ④采用较小的水灰比。 ⑤采用湿热处理养护混凝土。 ⑥采用机械搅拌和振捣。 4.4.2 混凝土的耐久性 1.抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗压力水、油等液体渗透的性能。它是一项非常重要的耐久性指标，直接影响混凝土的抗冻性和耐蚀性，是决定混凝土耐久性最主要的因素。 混凝土的抗渗性用抗渗等级(P)来表示，即以28d龄期的标准试件按标准试验法进行试验时所能承受的最大水压力(MPa)来确定。根据《混凝土质量控制标准》(GB50164—2011)的规定，混凝土的抗渗等级可划分为P4、P6、P8、P10、P12和>P12，表示能抵抗0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa、>1.2MPa的静水压力而不渗透。 混凝土的抗渗性主要与其密实度及内部孔隙的大小和构造有关。 4.4.2 混凝土的耐久性 2.抗冻性 混凝土在吸水饱和状态下抵抗多次反复冻融循环而不破坏，同时也不严重降低其各种性能的能力，称为抗冻性。 混凝土的抗冻性用抗冻等级(F)表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件在浸水饱和状态下进行冻融循环试验，以抗压强度损失不超过25%，同时质量损失不超过5%时能承受的最大的冻融循环次数来确定的。 4.4.2 混凝土的耐久性 3.耐蚀性 混凝土在外界各种侵蚀介质的作用下抵抗破坏的能力，称为混凝土的耐蚀性。混凝土的耐蚀性主要与水泥石的耐蚀性有关，当工程所处环境中存在侵蚀介质时，对混凝土必须提出耐蚀要求。 合理选择水泥品种，提高混凝土的密实度，改善孔隙特征(具有闭口孔隙)等均可提高混凝土的耐蚀性。 提示 4.4.2 混凝土的耐久性 PROJECT Introduction 4.抗碳化 空气中的CO2 与水泥石中的Ca(OH)2 反应生成CaCO3 和H2O，从而使混凝土的碱度降低的化学变化过程，称为碳化。这种碳化过程是由表及里逐渐向混凝土内部扩散的，碳化会引起水泥石的化学组成及组织结构发生变化，对混凝土的碱度、强度和收缩均会产生影响。 4.4.2 混凝土的耐久性 注意：当碳化深度穿透混凝土保护层到达钢筋时，钢筋会因钝化膜被破坏而锈蚀，并产生体积膨胀，使混凝土保护层开裂，开裂后的混凝土碳化更加严重。采取降低水灰比、使用减水剂、提高密实度等措施可提高混凝土的抗碳化能力。 4.4.2 混凝土的耐久性 5.碱-集料反应 混凝土的碱-集料反应是指混凝土中的碱(Na2O 或K2O)与集料中的活性二氧化硅(SiO2)发生化学反应，在集料表面生成复杂的碱-硅酸胶凝，这种胶凝吸水后体积膨胀(体积可增加3倍以上)，导致混凝土膨胀开裂而破坏，从而威胁建筑物的安全。 混凝土发生碱-集料反应要满足三个条件：一是水泥中碱含量高；二是砂、石集料中含有活性二氧化硅成分；三是有水存在，在无水条件下，碱-集料反应不会发生。 因此在实际工程中，为了防止碱-集料反应造成的危害，可以采取如下措施：控制水泥中总碱含量不大于0.6%，选用非活性骨料，掺加活性混合材料或引气剂等。 4.4.2 混凝土的耐久性 6.提高混凝土耐久性的措施 (2)选用质量好、级配合格、砂率合理的骨料。 (3)控制混凝土的最大水胶比和最小水泥用量。 (4)掺入引气剂或减水剂，改善混凝土内部的孔隙结构，提高混凝土的耐久性。 (5)严格控制混凝土的施工质量，在施工过程中，要配料准确、搅拌均匀、振捣密实、养护充分，保证混凝土均匀密实。 (1)合理选择水泥品种。 4.4.2 混凝土的耐久性 合理控制水胶比和水泥用量，是保证混凝土密实度并提高耐久性的关键。《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)和《混凝土结构设计规范(2015年版)》(GB50010—2010)规定了设计使用年限50年的混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量限值，如表4-19所示。 4.4.2 混凝土的耐久性 思政目标：提升学生的民族自豪感，培养学生精益求精、科学创新的职业素养。 请看以下报道：世界上最长的跨海大桥———港珠澳大桥，由桥梁和海底隧道组成。海底隧道由东西岛头的隧道预埋段和每节排水量达8×104t的33节预制沉管以及长约12m，重达6500t的“最终接头”拼接而成。该隧道全长约6.7km，是迄今为止世界最长、埋入海底最深(最深处近50m)、单个沉管体量最大、使用寿命最长、隧道车道最多、综合技术难度最高的沉管隧道。 同学们可以说出港珠澳大桥的建设历史与建设意义吗? 思 政 课 堂 非常感谢您的观看 $$