混凝土基本知识培训教材.doc

1、混凝土基本知识培训教材学习内容导引1 普通混凝土组成材料 1.1 水泥1.2 骨料1.3 混凝土用水1.4 外加剂1.5 掺合料2 混凝土拌合物的性能2.1 混凝土拌合物性能的涵义与测定2.2 混凝土拌合物性能的影响因素 3 硬化后混凝土的性能3.1 混凝土的强度3.2 混凝土的变形 3.3 混凝土的耐久性4 混凝土的质量控制及配合比设计4.1 混凝土的基本要求与质量控制4.2 普通混凝土配合比设计5 其它种类混凝土及其新进展5.1 高性能混凝土5.2 高强混凝土5.3 其它混凝土本章的学习目标是：、掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用。并掌握对各种组成材料的性质要求、测定方法及对混凝

2、土性能的影响。、掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。、掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性及其影响因素。、掌握普通混凝土的配合比设计方法。、了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。本课程的难点是混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比设计。1 普通混凝土组成材料本节基本概念水泥的选择细骨料粗骨料颗粒级配拌制和养护用水外加剂普通减水剂、引气剂、缓凝剂摻合料粉煤灰、矿渣粉、硅粉1.1 水泥 水泥是混凝土中很重要的组分，本节仅讨论如何选用。对于水泥的合理选用包括两个方面。(1) 水泥品种的选择配制混凝土时，应根据混凝土工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性做出合理的选择。如大坝工

3、程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。(2) 水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性能；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.52.0倍为宜。 图1-1露石混凝土路面 例如：某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水泥铺筑路面，见图-1。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。按J

4、TJ 01294公路混凝土路面设计规范，对于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。道路水泥混凝土质量与水泥选用请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面(如图-2)，该水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为 C3S 53，C2S 25，C3A 15，C4AF 7。请从水泥的角度分析其选用有否不当之处 。图1-2水泥混凝土道路表面 该路面磨损较严重，已出现较多裂纹。可见表面水泥砂浆层干缩较大、耐磨性较差。从资料可见，所选用的水泥熟料矿物组成中C3A含量较高，当水泥中C

5、3A含量较高，其耐磨性较差、干缩较大，可见选用水泥不当。1.2 骨料骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的6080，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。 骨料的技术性质骨料的各项性能指标将直接影响到混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：颗粒级配及粗细程度、颗粒形态和表面特征、强度、坚固性、含泥量、泥块含量、有害物质及碱集料反应等。 细骨料粒径4.75 mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机

6、制砂、混合砂的统称。国家标准GB/T 146842001建筑用砂规定了建筑用砂的技术要求。 粗骨料粒径大于4.75 mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的、粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒（平均粒径指该粒下限粒径的平均值）。建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T 146852001建筑用卵石、碎石的技术要求。 图1-3 卵石 图1-4碎石 石子形状

7、对混凝土性能的影响请观察图-5中A、B、C三种石子的形状有何差别，分析其对拌制混凝土性能会有哪些影响。A碎石1 B碎石2 C卵石图1-5 石块的形状A为碎石1，针片状颗粒含量较多。此针片状的碎石过多，表面积大，不仅会影响混凝土和易性，还会影响强度。B为碎石2，表面较粗糙，多棱角，比表面积较碎石1小，拌制混凝土时的性能优于碎石1。C为卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及表面积较小。故拌制混凝土时所需水泥量较小。混凝土拌和物和易性较好。但卵石与水泥石粘结力会较差。在相同条件下，混凝土强度较低。集料杂质多危害混凝土强度某中学一栋砖混结构教学楼，在结构完工，进行屋面施工时，屋面局部倒塌。经审查设计，未发现

8、任何问题。对施工方面审查发现：所设计为C20的混凝土，施工时未留试块，事后鉴定其强度仅C7.5左右，在断口处可清楚看出砂石未洗净，骨料中混有鸽蛋大小的粘土块粒和树叶等杂质。此外梁主筋偏于一侧，梁的受拉区1/3宽度内几乎无钢筋。集料的杂质对混凝土强度有重大的影响，必须严格控制杂质含量。树叶等杂质固然会影响混凝土的强度，而泥黏附在骨料的表面，防碍水泥石与骨料的黏结，降低混凝土强度，还会增加拌和水量，加大混凝土的干缩，降低抗渗性和抗冻性。泥块对混凝土性质的影响更为严重。混凝土用碎石或卵石中的含泥量及有害物质含量应符合下表规定。表：1碎石或卵石中泥、粘土和有害物质质量分数限值及等级项 目碎石或卵石的等

9、级优等品一等品合格品泥质量分数/0.51.01.5粘土块质量分数/0.250.250.5硫化物及硫酸盐质量分数/（以SO3计，）0.51.01.0有机物质量分数（用比色法试验）合格合格合格氯化物质量分数/（以NaCl计，）0.030.11.3 混凝土用水拌制和养护用水混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。凡是能引用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐（按SO2计）超过1的水均不能使用。当对水质有疑问时，可将该水与洁净水分别配制混凝土，做强度对比实验，如强度不低于用洁净水拌制的混凝土，则此水可以用。一般情况下不得用海水拌制混凝

10、土，因海水中含有的硫酸盐、镁盐和氯化物会侵蚀水泥石和钢筋。含糖份水使混凝土两天仍未凝结某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。1.4 外加剂外加剂在混凝土拌合物中掺入量一般不大于水泥质量5、能改善混凝土拌合物或硬化后混凝土性质的材料，称为外加剂。根据国家标准GB185882001混凝土外加剂中释放氨的限量的规定，混凝土外加剂中释放的氨量必须小于或等于0.10（质量分数）

11、。该标准适用于各类具有室内使用功能的混凝土外加剂，而不适用于桥梁、公路及其它室外工程用混凝土外加剂。常用外加剂有如下几种：普通减水剂在保持混凝土稠度不变的条件下，具有一般减水增强作用的外加剂。高效减水剂在保持混凝土稠度不变的条件下，具有大幅度减水增强作用的外加剂。引气剂在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌合物泌水离析、改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。引气减水剂兼有引气和减水作用的外加剂。 缓凝剂能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝减水剂兼有缓凝和减水作用的外加剂。早强剂能提高混凝土早期强度，并对其后期强度无显著影响

12、的外加剂。早强减水剂兼有早强和减水作用的外加剂。防冻剂在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。膨胀剂能使混凝土（砂浆）在水化过程中产生一定的体积膨胀，并在有约束条件下产生适宜自应力的外加剂。 钢筋阻锈剂加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的外加剂。 木质素减水剂与水泥所用石膏有两种水泥，一种以二水石膏为缓凝剂，另一种以硬石膏为缓凝剂，现以加入木质素磺酸钙减水剂的溶液配制水泥浆，请观察5分钟后两者凝结情况，讨论产生差别的原因。掺硬石膏水泥的凝结掺二水石膏水泥的凝结使用无水石膏作缓凝剂的水泥，加入木质素当减水剂或

13、稠密减水剂时会产生速凝现象。因无水石膏在木钙或糖钙溶液中硫酸钙溶解量下降，无法抑制C3A的水化，使C3A迅速水化，从而导致水泥浆速凝。故以硬石膏为缓凝剂的水泥不宜使用含木质素磺酸盐的减水剂。外加剂使用不当对混凝土的危害(1) 氯盐防冻剂锈蚀钢筋情况分析北京某旅馆的一层钢筋混凝土工程在冬季施工，为使混凝土防冻，在浇筑混凝土时掺入水泥用量3的氯盐。建成使用两年后，在A柱柱顶附近掉下一块约40 mm直径的混凝土碎块。停业检查事故原因，发现除设计有失误外，其中一重要原因是在浇筑混凝土时掺加的氯盐防冻剂，它不仅对混凝土有影响，而且腐蚀钢筋，观察底层柱破坏处钢筋，纵向钢筋及箍筋均已生锈，原直径6锈为5.2

14、左右。细及稀的箍筋难以承受柱端截面上纵向筋侧向压屈所产生的横拉力，使箍筋在最薄弱处断裂，断裂后的混凝土保护层易剥落，混凝土碎块下掉。 施工时加氯盐防冻，应同时对钢筋采取相应的阻锈措施。该工程因混凝土碎块下掉，引起了使用者的高度重视，停业卸去活荷载，并对症下药地对已有柱外包钢筋混凝土的加固措施，使房屋倒塌事故得以避免。(2) 斜拉索内水泥浆不凝结现象分析广州某斜拉桥使用年后其中一根拉索突然坠落，经检查拉索内钢丝严重腐蚀，此是由于拉索内上部水泥浆体长时间不凝结而产生电化学腐蚀所致。见下图（图4-8为拉索坠落，图4-9为未凝结浆体）。上段浆体配方：水泥:水:石英粉:FDN减水剂:铝粉1:0.34:0

15、.15:0.008 5:0.000 03请分析上段浆体长时间不凝结的原因。图1-8 拉索坠落 图1-9 未凝结浆体1.5 掺合料混凝土还可根据各种需要掺入有关掺合料，如粉煤灰、超细矿渣粉、硅粉及沸石粉等。合理使用掺合料不仅可以利用工业废弃物、节省水泥，还可以改善混凝土的性能。掺合料已成为有发展前途的混凝土的一种组分。 粉煤灰粉煤灰作为胶凝材料的一部分，除起增强作用外，在混凝土的用水量不变的情况下，可以起到显著改善混凝土拌合物和易性的效应，增加流动性和粘聚性，还可降低水化热。若保持混凝土拌合物原有的和易性不变，则可减少用水量，起到减水的效果，从而提高混凝土的密实度和强度，增强耐久性。 图1-10

16、 粉煤灰 图1-11丝光沸石 图1-12 硅灰(2).硅粉硅粉也称硅灰。在冶炼铁合金或工业硅时，由烟道排出的硅蒸气经收尘装置收集而得的粉尘称为硅粉。它是由非常细的玻璃质颗粒组成，其中SiO2含量高，其比表面积约为2 000 m2/kg。掺入少量硅粉，可使混凝土致密、耐磨，增强其耐久性。 沸石沸石粉是天然的沸石岩磨细而成的一种火山灰质铝硅酸矿物掺合料。含有一定量活性二氧化硅和三氧化铝，能与水泥生成的氢氧化钙反应，生成胶凝物质。沸石粉用作混凝土掺合料可改善混凝土和易性，提高混凝土强度、抗渗性和抗冻性，抑制碱骨料反应。主要用于配制高强混凝土、流态混凝土及泵送混凝土。沸石粉具有很大的内表面积和开放性孔

17、结构，还可用于配制湿混凝土等功能混凝土。 粒化高炉矿渣粉粒化高炉矿渣粉（简称矿渣粉）是指符合GB/T 203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。矿渣粉磨时允许加入助磨剂，加入量不得大于矿渣粉质量的1。掺合料种类对流动性的影响用等量取代法分别掺入细度相同的20粉煤灰和矿渣掺合料制备硅酸盐水泥砂浆拌合物，经跳桌法流动性试验后得到图-13和图-14所示的结果。请观察两者的差异，并对其现象进行讨论。图1-13 掺粉煤灰水泥砂浆图1-14 掺矿渣水泥砂浆 两者的不同在于粉煤灰和矿渣的形状及表面特征的不同，从粉煤灰的电镜照片中，可以发现：粉煤灰

18、颗粒多为表面光滑的圆球状颗粒，相对于不规则形状外形的矿渣颗粒而言，需要较少的水分润湿其表面，因而实际水与硅酸盐水泥质量比（水灰比）相对较大。同时光滑的圆球状颗粒也有利于减少集料之间的流动摩擦力。两者共同作用结果使得掺粉煤灰掺合料的砂浆拌合物具有更大的流动性。图1-15 粉煤灰电镜照片掺合料搅拌不均致使混凝土强度低某工程使用等量的42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰配制C25混凝土，工地现场搅拌，为赶进度搅拌时间较短。拆模后检测，发觉所浇筑的混凝土强度波动大，部分低于所要求的混凝土强度指标，请分析原因。该混凝土强度等级较低，而选用的水泥强度等级较高，故使用了较多的粉煤灰作掺合剂。由于搅拌时间较短，粉煤

19、灰与水泥搅拌不够均匀，导致混凝土强度波动大，以致部分混凝土强度未达要求。2混凝土拌合物的性能2.1 混凝土拌合物性能的涵义与测定混凝土拌合物的性能包括和易性、凝结时间、塑性收缩和塑性沉降等。国家标准GB/T 500802002普通混凝土拌合物性能试验方法标准规定，其试验为：稠度试验、凝结时间试验、泌水与压力泌水试验、表观密度试验、含气量试验和配合比分析试验。 和易性的涵义与测定 和易性混凝土拌合物的和易性又称工作性，它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。由于混凝土和易性内涵较复杂，因而目前尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法和指标。通常是以稠度实验来评定和

20、易性。稠度实验包括坍落度与坍落扩展度法以及维勃稠度法。流动性指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下易于产生流动、易于输送和易于充满混凝土模板地性质。粘聚性混凝土拌合物在施工过程中保持整体均匀一致的能力。粘聚性好可保证混凝土拌合物在输送、浇灌、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀。保水性混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。保水性好可保证混凝土拌合物在输送、成型及凝结过程中，不发生大的或严重的泌水，既可避免由于泌水产生的大量的连通毛细孔隙，又可避免由于泌水，使水在粗骨料和钢筋下部聚积所造成的界面粘结缺陷。保水性对混凝土的强度和耐久性有较大的影响。 混凝土凝结时间测定

21、从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测定坍落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入阻力达到3.5 MPa和28.0 MPa的时间分别为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。 混凝土中的蜂窝请观察图2-16中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30 mm。请分析混凝土不密实的原因。 空洞位置局部放大图2-16 混凝土横梁空洞该混凝土未采用振动器振捣，仅人工振捣，而混凝土的坍落度偏低，流动性较差，故易产生蜂窝，应增大混凝土的坍落度，具体按GB 50204-2001混凝土结构工程施工质量验收规范规定进行。实际施工时，混凝土拌和物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏

22、密和捣实方法来确定。当构件截面钢筋较密，或采用人工捣实时，坍落度可选择大一些。反之，若构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣，则坍落度可选择小一些。表2-16列出GB 50204-2001混凝土结构工程施工质量验收规范关于选用坍落度的规定。 表216 坍落度选择范围结构种类坍落度/mm基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构 1030板、梁和大型及中型截面的柱子等3050 配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）5070 配筋特密的结构7090 注：a.本表是采用机械振捣混凝土时的坍落度，当采用人工捣实混凝土时坍落度可适当增大；b.当需要配置大坍落度混凝

23、土时,应掺用外加剂；c.曲面或斜面结构混凝土的坍落度应根据实际需要另行选定；d.泵送混凝土的坍落度宜为80180 mm。（1）.泵送混凝土的和易性问题某高架桥桥台采用泵送混凝土。因该混凝土保水性较差，泌水量大，大量水泥稀浆从模板缝中流出，拆模板后可见桥台混凝土集料裸露。 泵送混凝土要求的坍落度较大，不仅要有较大的流动性，而且还要有较好的保水性及粘聚性，才可保证工程质量。(2).集料含水量波动对混凝土和易性的影响 某混凝土搅拌站用的集料含水量波动较大，其混凝土强度不仅离散程度较大，而且有时会出现卸料及泵送困难，有时又易出现离析现象。请分析原因。由于集料，特别是砂的含水量波动较大，使实际配比中的加

24、水量随之波动，以致加水量不足时混凝土坍落度不足，水量过多时则坍落度过大，混凝土强度的离散程度亦就较大。当坍落度过大时，易出现离析。若振捣时间过长坍落度过大，还会造成“过振”。2.2 混凝土拌合物性能的影响因素 混凝土和易性的影响因素和易性的影响因素有：水泥浆量、水灰比、砂率、骨料的品种、规格和质量、外加剂、温度和时间及其他影响因素。本小节着重讨论水泥浆量、水灰比和砂率对混凝土和易性的影响。水泥浆量水泥浆量是指混凝土中水泥及水的总量。混凝土拌合物中的水泥浆，赋予混凝土拌合物以一定的流动性。在水灰比不变的情况下，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大。但若水泥浆过多，使拌合物的粘聚性变差。水灰比拌制

25、水泥浆、砂浆和混凝土混合料时，水与水泥的质量比称为水灰比（W/C）。水灰比的倒数称为灰水比。在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越稠，混凝土拌合物的流动性便越小。水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。砂率砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比，它表示混凝土中砂、石的组合或配合程度。砂影响混凝土拌合物流动性有两个方面：一方面是砂形成的砂浆可减少粗骨料之间的摩擦力，在拌合物中起润滑作用，所以在一定的砂率范围内随砂率增大，润滑作用愈加显著，流动性可以提高；另一方面在砂率增大的同时，骨料的总表面积随之增大，包裹集料的水泥浆层变薄，

26、拌合物流动性降低。另外，砂率不宜过小，否则还会使拌合物粘聚性和保水性变差，产生离析、流浆等现象。砂率对混凝土拌合物的和易性有重要影响。 混凝土凝结时间影响因素水泥的水化是混凝土产生凝结的主要原因，但是，混凝土的凝结时间与所用水泥的凝结时间并不一致。因为水灰比的大小会明显影响水泥的凝结时间，水灰比越大，凝结时间越长，一般混凝土的水灰比与测定水泥凝结时间的水灰比是不同的，凝结时间便有所不同。而混凝土的凝结时间还受温度、外加剂等其他各种因素的影响。以下是混凝土胶凝材料浆量与和易性关系的试验录像。请讨论是否水泥浆量增加，混凝土拌和物的和易性越好。在一定范围内，胶凝材料浆量增多，混凝土拌和物流动性越大；

27、这是因包裹集料的水泥浆层由薄变厚，有利于流动性；但当浆量过多，不仅流动性无明显增大，而且粘聚性降低，保水性变差。因包裹集料的浆层厚度达一定值后，再增厚已无助于改善流动性，反而影响了粘聚性和保水性。碎石形状对混凝土和易性的影响3 硬化后混凝土的性能3.1 混凝土的强度 立方体抗压强度国家标准GB/T 500812002普通混凝土力学性能试验方法标准规定，将混凝土拌合物制作成边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度202，相对湿度95以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcu表示。 混凝土强度等级按照国家标准GB 500102002

28、混凝土结构设计规范，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度，以fcu，k表示。普通混凝土划分为十四个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围。 混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土的轴心抗压强度的测定采用150mm150mm300mm棱柱

29、体作为标准试件。轴心抗压强度设计值以fc表示，轴心抗压强度标准值以fck表示。混凝土轴心抗拉强度ft可按劈裂抗拉强度fts换算得到，换算系数可由试验确定。混凝土劈裂抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度fts。 混凝土的弯拉强度 混凝土的弯曲抗拉强度试验采用150mm150mm550mm的梁形试件，按三分点加荷方式加载。由于混凝土是一种非线性材料，因此，混凝土的弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度。 影响混凝土强度的因素混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值。混凝土所受应力超过其强度时，混凝土将产生裂缝而破坏。混凝土的破坏过程可分为四个阶段。影响混凝土强度的因素很多。可从原

30、材料因素、生产工艺因素及实验因素三方面讨论。 混凝土试件受压破坏后形状分析图3-18是混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状，请分析试件破坏后所得形状的原因。图3-18 混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状 破坏后试件的形状是环箍效应所致。 试件尺寸换算系数讨论混凝土标准试件为边长150 mm的立方体，以相同的混凝土另制得边长分别为200 mm和100 mm的两种非标准立方体试块，非标准立方体试块的抗压强度为读数值乘以尺寸换算系数，见表48。请讨论试件尺寸换算系数。表3-8 试件尺寸换算系数试件尺寸/mm尺寸换算系数1001001000.951501501501.002002002001

31、.05因混凝土质量问题所引发的工程质量事故(1) 混凝土强度低屋面倒塌北方某县东园乡美利小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因人工搅拌振捣，故把混凝土拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重，至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂,屋面塌落，并砸死屋内两名取暖的女小学生。图3-19 大梁断裂由于混凝土水灰比大，混凝土离析严重。从大梁断裂截面可见，上部只剩下砂和少量水泥，下部全为卵石，且相当多水泥浆已流走。现场用回弹仪检测，混凝土强度仅达到设计强度等级的一半。这是屋面倒塌的技术原因。该工程为私人挂靠施工，包工者从未进行

32、过房屋建筑，无施工经验。在冬期施工而无采取任何相应的措施，不具备施工员的素质，且工程未办理任何基建手续。校方负责人自认甲方代表，不具备现场管理资格，由包工者随心所欲施工。这是施工与管理方面的原因。(2) 混凝土质量差梁断倒塌彭泽县一住宅一层砖混结构，1989年元月15日浇注，3月7日拆模时突然梁断倒塌。施工队队长介绍，混凝土配合比是根据当地经验配制的，体积比1.5:3.5:6，即重量比1:2.33:4，水灰比为0.68。现场未粉碎混凝土用回弹仪测试，读数极低（最高仅13.5 Mpa，最低为0）。请分析混凝土质量低劣的原因。其混凝土质量低劣有几方面的原因：由于所用水泥质量差，混凝土水灰比大，即使

33、所使用的325水泥能保证按此水灰比配制的混凝土亦难以达到C20的强度等级。混凝土离析严重。从大梁断裂截面可见，上部只剩下砂和少量水泥，下部全为卵石，且相当多水泥浆已流走。现场用回弹仪检测，混凝土强度仅达到设计强度等级的一半。这是屋面倒塌的技术原因。该工程为私人挂靠施工，包工者从未进行过房屋建筑，无施工经验。在冬期施工而无采取任何相应的措施，不具备施工员的素质，且工程未办理任何基建手续。校方负责人自认甲方代表，不具备现场管理资格，由包工者随心所欲施工。这是施工与管理方面的原因。3.2 混凝土的变形混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等因素的 作用，会产生各种变形，这些变形是导致混凝土产生裂

34、纹的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强度和耐久性。(1) 化学变形混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水泥与水）的体积，导致混凝土在硬化时产生收缩，称为化学收缩。混凝土的化学收缩是不可恢复的，收缩量随混凝土的硬化龄期的延长而增加，一般在40 d内逐渐趋向稳定。(2) 干湿变形混凝土在不同干湿环境中会产生干缩湿胀变形。水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细孔负压，从而使混凝土产生收缩。当混凝土吸湿时，由于毛细孔负压减小或消失而产生膨胀。影响混凝土干湿变形有多种因素。(3) 温度变形对大体积混凝土工程，在凝结硬化初期，由于水泥水化放出的水化热不易散发而聚集在内

35、部，造成混凝土内外温差很大，有时可达4050以上，从而导致混凝土表面开裂。混凝土在正常使用条件下也会随温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的热膨胀系数与混凝土的组成材料及用量有关，但影响不大。混凝土的热膨胀系数一般为（0.61.3）105/。(4) 荷载作用下的变形混凝土在短期荷载作用下的变形混凝土是一种非均质材料属于弹塑性体。在外力作用下，既产生弹性变形，又产生塑性变形，即混凝土的应力与应变的关系不是直线而是曲线。混凝土的塑性变形是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等的结果。混凝土在长期荷载作用下的变形徐变混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形称为混凝土的徐变。混凝土徐

36、变的原因及影响因素较多.水化热与混凝土开裂 某工程在微风化软质岩石地基上浇筑2 m厚大体积基础板。采用C20混凝土，配合比为：水泥：水：砂：石=1:0.51:2.47:5.05，水泥用量280 kg/m3，另掺少量加气剂。14 d拆模后1 d即发现裂缝，此后裂缝扩展，其温度-时间曲线见左图3-21。 图3-21从温度-时间曲线来看，在较快的升温阶段，混凝土的弹性模量很小，因而压应力不大，但降温时混凝土的弹性模量较高，在板内除抵抗升温时的压应力外，还建立了较高的拉应力，而导致混凝土开裂。(1) 混凝土塑性沉降收缩裂缝某楼在梁对应的楼板处形成表面裂缝。图4-22 楼板的表面裂缝由于厚混凝土层的沉降

37、量较薄混凝土层的大，这两者之间就易形成塑性沉降裂缝。(2) 混凝土干缩缝某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂缝。裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半，裂缝上宽下窄，最大宽为0.5 mm。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于完整的砂岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土强度满足要求。经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从C20提高至C30，单位水泥用量增加了90 kg，且当时使用的砂亦恰好细度变细。从裂缝形状看，可知不属荷载裂缝，为收缩变形产生的裂缝。原因是施工中任意提高混凝土强度，加大水泥用量，且采用细度模数小的砂，这两方面都会使收缩增大，从而导致产生裂缝。

38、 3.3 混凝土的耐久性(1) 混凝土耐久性的概念混凝土的耐久性是混凝土在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。混凝土的耐久性直接影响结构物的安全性和使用性能。耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀和碱集料反应等。图3-23是被腐蚀的混凝土。氯离子腐蚀 酸雨腐蚀 图3-23 被腐蚀的混凝土抗渗性抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。抗渗性对混凝土的耐久性起重要作用，因为抗渗性控制着水分渗入的速率，这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时控制混凝土受热或受冻时水的移动。抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。在寒冷地区，尤其

39、是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。化学侵蚀混凝土暴露在有化学物的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳化等。碱集料反应某些含活性组分的骨料与水泥水化析出的KOH和NaOH相互作用，对混凝土有破坏作用。碱集料反应有三种类型：碱-氧化硅反应、碱-碳酸盐反应和碱-硅酸盐反应。(2) 提高混凝土耐久性的措施提高混凝土耐久性的措施，主要包括以下几个方面：选用适当品种的水泥及掺合料；适当控制混凝土的水灰比及水泥用量；长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土，应掺用引气剂；选用较好的砂、石集料；掺用加气剂或减水剂；改善混凝土的施

40、工操作方法。.混凝土孔结构对耐久性的影响 A、B两混凝土采用相同的水泥、砂、石，A掺用了引气剂，并降低了水灰比，其抗渗性优于B。请观察两混凝土断面的孔结构，如图3-24。并讨论如何可提高混凝土抗渗性。 A B图3-24 混凝土断面的孔结构A混凝土虽有较多气泡，但这些气泡是不连通的，截断了毛细管通道，从而提高了抗渗性。且其减少了水灰比，使其它部分更为致密。可见，改善混凝土孔结构，提高混凝土密实度，可提高混凝土抗渗性。但A混凝土的气泡大，且相互连通，抗渗性能差。 某海港码头梁裂缝锈蚀南方某海港码头建成后发现部分纵梁底部混凝土脱落，钢筋全部外露，见图3-25。纵梁底部严重锈裂，而型板面基本完好，见图

41、3-26。请讨论该码头钢筋混凝土腐蚀破坏的原因。图3-25 纵梁底部严重锈裂 图3-26 型板面基本完好该码头纵梁钢筋锈蚀，是因其处于浪溅区，海水氯盐入侵混凝土，使钢筋周围氯离子含量超过钢筋致锈的临界值，引起钢筋锈蚀。而锈蚀使混凝土膨胀开裂，以致脱落，又进一步加剧了钢筋的锈蚀。a.从混凝土其它方面来看，码头梁混凝土的水灰比为0.50 和0.55。较大的水灰比使混凝土孔径和孔隙率增大，利于氯离子渗透，扩散至钢筋表面。b.混凝土单位体积胶凝材料用量偏低。该工程混凝土未掺外加剂，水泥用量分别为350 kg/m3。c.混凝土保护层厚度不足。该混凝土保护层设计厚度为5.5 cm，且由于施工偏差，部分构件

42、实际保护层还低于设计值。(1) 北京西直门旧立交桥混凝土开裂北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于1978年12月开工，1980年12月完工。建成使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。1999年3月因各种原因拆除部分旧桥改建。在改造过程中，有关科研部门对旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作K2ONa2OCl-含量测试。其中Cl-浓度呈明显梯度分布，表面Cl-浓度为0.150.094和0.15。距表面1 cm处的Cl-浓度骤增，分别为0.300.18和0.78。在12 cm处Cl-浓度达到最高值，其后随着离开表面距离的增加，Cl-浓度逐渐减至0.1左右。北京市80年代每年化冰盐的撒散量为40

43、0600 t，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的Cl-主要来自化冰盐NaCl。混凝土表面Cl-含量低于距表面12 cm处，是因其表面受雨水冲刷，部分Cl-溶解入雨水中流失。Cl-超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。(2) 水池壁崩塌某市自来水公司一号水池建于山上，1980年1月交付使用，1989年6月20日池壁突然崩塌，造成39人死亡，6人受伤的特大事故。该水池使用的是冷却水，输入池内水温达41。该水池为预应力装配式钢筋混凝土圆形结构，池壁由132块预制钢筋混凝土板拼装，接口处部分有泥土。板块间接缝处用C30细石混凝土二

44、次浇筑有蜂窝麻面板壁外灌浇266根高强钢筋，再喷射3 cm砖保温墙，池内壁设计未作防渗层，只要求在接缝处向两侧各延伸5 cm范围内刷两道素水泥浆。A. 池内水温高，增强了对池壁的腐蚀能力，导致池壁结构过早破损。B. 预制板接缝面未打毛，清洗不彻底，故部分留有泥土；且接缝混凝土振捣不实，部分有蜂窝麻面，其抗渗能力大大降低，使水分浸入池壁，并对绕丝产生电化学反应。事实上所有钢丝已严重锈蚀，有效截面减少，抗拉强度下降，以致断裂，使池壁倒塌。C. 设计方面亦存在考虑不周，且对钢丝严重锈蚀未能及时发现等问题。4 混凝土的质量控制及配合比设计4.1 混凝土的基本要求与质量控制 (1) 混凝土的基本要求建筑

45、工程中所使用的混凝土须满足以下四项基本要求：混凝土拌合物须具有与施工条件相适应的和易性。满足混凝土结构设计的强度等级。具有适应所处环境条件下的耐久性。在保证上述三项基本要求前提下的经济性。(2) 混凝土的质量控制混凝土质量控制的目标是使所生产的混凝土能按规定的保证率满足设计要求。质量控制过程包括以下三个过程：混凝土生产前的初步控制，主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整等项内容。混凝土生产过程中的控制，包括控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等项内容。混凝土生产后的合格性控制。包括批量划分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限等项内容。(3) 混凝土生产质量水平评定用数理统计方法可求出几个特征统计量:强度平均值（）、强度标准差()以及变异系数(Cv)。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量愈不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量愈均匀。我国混凝土强