土木工程材料大全.pptx

课程性质：专业基础课（必修）课 时：总学时 40学时 课堂授课 30学时 试 验 10学时采用教材：土木工程材料（第二版）教学目的：使学生掌握土木工程材料的制备、性质、用途、质量检测和控制方法。掌握土木工程材料的选用及改善性能的途径。绪绪绪绪 论论论论第第 一一 章章1.11.1概概 述述土木工程材料与土木工程的关系：土木工程材料与土木工程的关系：土木工程材料与土木工程的关系：土木工程材料与土木工程的关系：土木工程材料是一切土木工程的物质基础(一)土木工程材料的各项物理力学性能是结构设计的基本依据。(二)土木工程材料是选择施工方案和进行施工设计的基础。(三)土木工程材料费用约占土木工程总投资的6070，是控制土木工程成本的关键。(四)土木工程材料的质量直接影响土木工程的质量。1.1.11.1.1土木工程材料的分类土木工程材料的分类土木工程材料的分类土木工程材料的分类 土木工程材料品种繁多，我们可按不同原则进行分类：(1)按材料在工程中的功能分类按材料在工程中的功能分类 结构材料 它们在建筑中承受各种荷载，起骨架作用，其质量好坏直接危及结构安全，属于这类材料的有钢材、水泥混凝土等。围护与隔绝材料 它们在建筑中起围护与隔绝作用，以便形成建筑空间，这些材料应具有绝热、隔声、防水等功能，又称功能材料。装饰材料 特种功能材料 用于建筑物内外的装饰，其色彩和质感均应满足建筑内外环境设计的要求。其中包括耐高温、抗强腐蚀、防辐射、太阳能转换等具有特种功能要求的材料。(2)按材料的化学成分分类按材料的化学成分分类无机材料有机材料复合材料金属材料非金属材料植物材料沥青材料合成高分子材料钢、铝等碳、水泥、石材、混凝土玻璃等木材、竹材石油沥青、煤沥青及其制品塑料、合成橡胶等金属 非金属有机 无机1.1.2 土木工程材料的标准化土木工程材料的标准化标准内容标准内容:规格、分类、技术要求、检验方法、验收规规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输和贮存等则、标志、运输和贮存等标准类型：标准类型：ISO国际标准国际标准 国家标准（国家标准（GB GB/T)行业标准（行业标准（JG JC YB JT)地方标准（地方标准（DB)企业标准（企业标准（QB)1.2 1.2 1.2 1.2 材材料料的的基基本本状状态态参参数数材材料料的的基基本本状状态态参参数数1.2.1 1.2.1 材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度、表观密度和堆积密度1.2.1.1 密度密度定义：定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。可按下式计算：密度，g/cm3；m 材料的质量，g；V 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。（density）测量方法测量方法 有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。某些致密材料，如卵石等，可用直接 排液法，用这种方法测量的体积，由 于无法排除内部封闭的孔隙，所以称 这样测得的密度为近似密度(a)。1.2.1.2 表观密度表观密度定义：定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。计算：计算：0 表现密度，g/cm3或 kg/m3；m 材料的质量，g，或 kg；V0 材料在自然状态下的体积，cm3 或 m3。（unit weight）1.2.1.3 堆积密度堆积密度定义：定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。计算：计算：0 堆积密度，kg/m3；m 材料的质量，kg；V0 松散材料的堆积体积，m3。（heaped density）V0VVKVB开口孔开口孔封闭孔封闭孔闭口孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙实体实体实实 体体空空 隙隙开口孔隙开口孔隙封闭孔隙封闭孔隙装在容器里的粒状、粉状或块状材料V0VVKVBV01.2.2 1.2.2 材料的孔隙和空隙材料的孔隙和空隙材料的孔隙和空隙材料的孔隙和空隙1.2.2.1 材料的孔隙材料的孔隙(1)孔隙率孔隙率:材料内部孔隙体积占材料总体积的百材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率分率材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。(2)密实度密实度:材料内部固体物质的实际体积占材料材料内部固体物质的实际体积占材料 总体积的百分率总体积的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；（2）按空隙间是否贯通分互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔；（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。把开口孔体积记为Vk，闭口孔体积记为VB，则孔隙体积 V=Vk+VB定义开口孔孔隙率为定义闭口孔孔隙率为则孔隙率为散粒材料颗粒间的空隙多少用空隙率表示。(1)空隙率空隙率:散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率的百分率1.2.2.2 材料的空隙材料的空隙(2)填充率填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质1.3.1 强度与比强度强度与比强度一、材料的强度一、材料的强度一、材料的强度一、材料的强度定义 材料在外力作用下不破坏时能承受 的最大应力 根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。LLF/2F/2FFL/3F FL/3L/3(a)压力(b)拉力(c)弯曲(d)剪切材料所受外力：材料所受外力：各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度抗压、抗拉、抗剪的强度f 强度，Mpa；P 破坏时最大荷载，N；A 受力截面面积，mm2。抗弯强度抗弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)ff 抗弯强度，Mpa；P 弯曲破坏时最大荷载，N；L 两支点的间距，mm；b 试件横截面积宽度，mm；h 试件横截面积高度，mm。许多土木工程材料常以其强度大小划分为若干等级，俗称 “标号标号 ”。材料强度受以下三个因素的影响：材料内部结构和构造 材料所处的环境条件(温度、湿度、含水量等)强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等)二、材料的比强度二、材料的比强度定义 单位体积重量的材料强度,等于 材料的强度与其表观密度之比衡量材料是否轻质、高强的指标1.3.2 1.3.2 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性 弹性与塑性弹性与塑性 材料在承受外力时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性弹性。如果只能部分恢复变形，而残留一部分不能消失的变形，该残留部份称为塑性变形塑性变形。材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式：应力；应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；弹性模量；弹性模量是材料刚度的度量，物理意义为单位应变所需要的应力，反映了材料抵抗变形的能力。是结构设计中的主要参数之一。弹塑性材料：材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。1.3.3 1.3.3 脆性和韧性脆性和韧性（1）脆性 材料在外力作用下，无明显塑性变形 而突然破坏的性质。具有这种破坏特征的材料，称为脆性材料脆性材料。从应力应变图中看材料的脆性（2）韧性 材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性韧性或冲击韧性。一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的能量作为指标。1.3.4 1.3.4 硬度和耐磨性硬度和耐磨性硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力常用刻划法和压入法测定。常用刻划法和压入法测定。刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。和维氏硬度。耐磨性：材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示耐磨性：材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示1.3.5 1.3.5 材料的徐变和应力松弛材料的徐变和应力松弛 当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而缓慢增加的过程，称为徐变徐变。当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变，由于徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程，称为应力松弛松弛。徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。1.41.4材料与水有关的性质材料与水有关的性质(a)亲水性材料(b)憎水性材料 9090 亲水材料 9090 憎水材料1.4.1 1.4.1 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性润湿边角润湿边角:在材料、水和空气的三相交叉点处沿水 滴表面作切线，切线与材料和水接触面 的夹角。1.4.2 1.4.2 材料的含水状态材料的含水状态四种基本含水状态：四种基本含水状态：干燥状态干燥状态材料孔隙中不含或含水极微；材料孔隙中不含或含水极微；气干状态气干状态材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干状态饱和面干状态材料表面干燥，孔隙含水饱和；材料表面干燥，孔隙含水饱和；湿润状态湿润状态材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附 有一层水膜。有一层水膜。材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态饱和水表面水材 料 的 含 水 状 态(a)干燥状态(b)气干状态(c)饱和面干状态(d)湿润状态(a)(b)(c)(d)1.4.3 1.4.3 材料的吸湿性和吸水性材料的吸湿性和吸水性(1)吸湿性吸湿性 亲水材料在潮湿空气中吸收水分 的性质。用含水率表示Wh 含水率；ms 材料含水状态下的质量，g；mg 材料干燥状态下的质量，g。材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。平衡含水率：平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所 对应的湿度相平衡时的含水率。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。（2）吸水性）吸水性材料在水中吸水的性质。用吸水率表示，有重量吸水率和体积吸水率两个定义：重量吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分重 量占材料干燥时重量的百分率；体积吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分体 积占材料干燥时体积的百分率；材料的体积吸水率等于其重量吸水率乘上材料干燥状态时的表观密度。1.4.4 1.4.4 耐水性耐水性定义定义 材料长期在水作用下不破坏、强度也不 明显下降的性质用软化系数表示：软化系数材料吸水饱和状态下的抗压强度 与干燥状态下的抗压强度之比软化系数 0.8 的材料称为耐水材料1.4.5 1.4.5 抗渗性抗渗性定义定义 材料抵抗 压力水渗透的性质 常用渗透系数或抗渗标号表示：渗透系数：k 渗透系数，cm/h；Q 透水量，cm；d 试件厚度，cm；A 透水面积，cm；t 时间，h；H 静水压力水头，cm。抗渗标号（记为抗渗标号（记为Pn）：）：材料按规定制作的试件在标准试验条件下所材料按规定制作的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（能承受的最大水压力（MPa）。）。材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材料的抗渗性越好。料的抗渗性越好。1.4.6 1.4.6 抗冻性抗冻性定义定义 材料在含水状态下能经受多次冻融循环 作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。常用抗冻标号（记为记为FnFn）表示：以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻标号。材料的抗冻性与材料吸水程度、材料强度及孔隙特征有关。含水率大、强度低、开口孔多抗冻性差。1.5材料的热性质材料的热性质1.5.1.1.5.1.热容性热容性定义定义材料在温度变化时吸收或放出热量的材料在温度变化时吸收或放出热量的能力能力不同材料的热容性可用比热进行比较。不同材料的热容性可用比热进行比较。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。定义定义1.5.2 1.5.2 导热性导热性材料两侧有温差时热量由高温侧材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。向低温侧传递的能力。常用导热系数表示。常用导热系数表示。材料的导热性能与孔隙特征有关，增加材料的导热性能与孔隙特征有关，增加孤立的、不连通孔隙可降低材料导热能孤立的、不连通孔隙可降低材料导热能力。力。1.5.3 1.5.3 热变形性热变形性定义定义材料在温度变化时的尺寸变化材料在温度变化时的尺寸变化常用线膨胀系数表示。常用线膨胀系数表示。有保温隔热要求的工程尽量选用热容量有保温隔热要求的工程尽量选用热容量大、导热系数小的材料。大、导热系数小的材料。1.61.6材料的耐久性材料的耐久性 土木工程材料在使用过程中经受各种破坏因素(物理的、化学的、环境的、生物的等等)的作用，而能保持其使用性能的性质称为土木工程材料的耐久性土木工程材料的耐久性。环境影响因素往往是复杂多变的，它们单独或交互作用于材料形成破坏。由于各种破坏因素的复杂性和多样性，使得耐久性是一个综合性概念。材料的耐久性是一项重要技术指标。在构筑物的设计及材料选用中，必须慎重考虑材料耐久性问题，以利节约材料、减少维修费用，延长使用寿命。高耐久性材料可抵抗各种破坏作用、延长构筑物使用寿命，使之坚固稳定、经久耐用，并可降低维修费用，最终使整体综合费用降低，利用率增高，收益增大，从而获得显著的综合经济效益。从工程技术发展角度看，由按耐久性进行工程设计取代按强度进行工程设计更具科学性和实用性。然而，要按耐久性进行工程设计，尚需对各种材料的耐久性进行更为广泛深入的研究。提高材料耐久性是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。第第二二章章第第二二章章气气 硬硬 性性 胶胶 凝凝 材材 料料气气 硬硬 性性 胶胶 凝凝 材材 料料胶凝材料:与水拌和后能将散粒或块状材料粘结成 整体的材料。气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持或发 展强度；水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化，而且能 更好地在水中硬化，保持和发展 强度。胶凝材料的分类：胶凝材料胶凝材料有机胶凝材料有机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料天然有机胶凝材料天然有机胶凝材料如：沥青、天然树脂等合成有机胶凝材料合成有机胶凝材料如：各种合成树脂气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：各种水泥2.12.1石石 灰灰 lime 2.1.1 石灰生产简介石灰生产简介生产简介：以碳酸钙为主要成分的原料9001000c 高温煅烧得到块状生石灰氧化钙。块状生石灰加工得产品：生石灰粉（磨细生石灰）消石灰分（加水消化干燥而成）石灰膏（加过量水消化成达一定稠度的膏体）生石灰经消化后成熟石灰，其主要成分为氢氧化钙烧成 CaCO3 CaO+CO2 熟化 CaO+H2O Ca(OH)2+64.9103J2.1.2 石灰的技术要求石灰的技术要求各种石灰产品按现行建材行业标准各种石灰产品按现行建材行业标准分三个等级分三个等级,并各有其技术标准并各有其技术标准.2.1.3 石灰的特性石灰的特性可塑性和保水性好生石灰水化时水化热大，体积增大硬化缓慢硬化Ca(OH)2硬化时体积收缩大硬化后强度低耐水性差脱水结晶碳化 Ca(HO)2+CO2+nH2O CaCO3+(n+1)H2O制作石灰乳涂料配制砂浆拌制石灰土和石灰三合土生产硅酸盐制品2.1.4 石灰的应用石灰的应用2.22.2石石 膏膏gypsum 2.2.1 建筑建筑 石膏生产简介石膏生产简介石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料.二水石膏加热时的变化SO42H2O至140的饱和水蒸气条件下或某些盐溶液中可溶性硬石膏220可溶性硬石膏320360CaSO4不溶性硬石膏500700110170分类：建筑石膏 高强石膏 无水石膏水泥 高温煅烧石膏建筑石膏生产简介：原料（天然二水石膏矿石、天然 无水石膏、化工石膏等）经加热煅烧、脱水、磨细得石膏产品。加热温度和方式不同得不同类型石膏产品。建筑石膏为非封闭、加热到107170c得到。建筑石膏即 型半水石膏型半水石膏2.2.2 石膏的技术要求石膏的技术要求分为三个等级并有其技术指标分为三个等级并有其技术指标.易吸潮易吸潮,贮运时须防潮贮运时须防潮,储存时间一般不超过三个月储存时间一般不超过三个月.产品标记顺序为产品标记顺序为:产品名称产品名称,抗折强度值抗折强度值,标准号标准号.2.2.3 建筑石膏的特性建筑石膏的特性凝结硬化快硬化时体积微膨胀硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低隔热、吸声性良好防火性能良好具有一定的调温调湿性耐水性和抗冻性差加工性能好硬化过程溶解水化 过饱和 胶化 结晶2.2.4 建筑石膏的应用建筑石膏的应用制备粉刷石膏建筑石膏制品2.32.3水水 玻玻 璃璃sodium silicate 2.3.1 水玻璃的特性水玻璃的特性泡花碱 能溶于水的硅酸盐 由不同比例碱金属氧化物和二氧化硅组成化学通式：R2OnSiO2n水玻璃模数，是二氧化硅与碱金属氧化物间的分 子比。一般在1.53.5之间，工程中常用2.62.8。n越小，水玻璃中晶体组分多，粘结力差；n越大,水玻璃中胶体成分增多，粘结力增大。n1 溶于常温水中n23 溶于热水中n 3 溶于4个大气压的蒸气中在空气中硬化进程缓慢，要加促硬剂具有良好的粘结性能固体含量多时冰点降低，变脆，冻后加热融化性能不变耐酸性能好耐高温堵塞材料毛细孔，防水防渗2.3.2 水玻璃的应用水玻璃的应用涂刷建筑材料表面提高其抗风化能力配制耐酸浆、耐酸砂浆、耐酸混凝土配制耐热砂浆、耐热混凝土用于土壤加固配制快凝防水剂菱苦土简介第第三三章章第第三三章章水水泥泥水水泥泥cement水硬性无机矿物胶凝材料常用水泥：硅酸盐水泥代号P（不掺混合材料）、P（掺 300m/kg筛余：800m筛孔筛余 45min终凝 6h30min标准稠度：水泥拌制成特定的塑性状态。标准稠度用水量：水泥拌制成特定的塑性状态时所 需的水量。标准稠度测定仪试锥和锥模1铁座；2金属圆棒；3松紧螺丝；4指针；5标尺 体积安定性:水泥在凝结硬化过程中，体积变 化的均匀性.体积安定性不良的水泥，会导至结构物内的体积不均匀变化而产生裂缝、强度下降等严重后果。测定方法：测定方法：试饼蒸煮法；雷氏夹法(两者均为沸煮法)3.1.5.3 体积安定性体积安定性雷氏夹雷氏夹膨胀值测量仪1指针；2环模1底座；2模子座；3测弹性标尺；4立柱；5测膨胀值标尺；6悬臂；7悬丝；8弹簧顶扭7123456812 石膏过量 (生产中严格控制)安定性不良的原因：fCaO 过量 (用沸煮法检验)fMgO 过量 (生产中严格控制)3.1.5.4 强度及强度等级强度及强度等级1604040水泥强度是选用水泥时的主要技术指标,也是划分水泥强度等级的依据.采用软练胶砂法测定水泥强度.试件尺寸 抗折强度 抗压强度水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法:1.试模为可装卸的三联模,每条4040 160mm.2.各龄期试件必须在下列时间内进行强度试验:龄期 时间 3d 3d2h 7d 7d3h 28d 28d3h3.每龄期取出三条试件先做抗折强度试验,采用中分点加荷.结果取三块试件平均整数.当三个强度值中有超过平均值10%的,应剔除后再平均,平均值作为抗折强度试验结果。4.抗折试验后二个断块立即进行抗压试验,受压面4062.5mm.六个抗压强度结果剔除最大、最小两个数值，剩下四个平均值作为抗压强度试验结果。如不足六块，取平均值。硅酸盐水泥各龄期的强度8.5强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(Mpa)3 d28 d3 d28 d6.57.08.08.042.5R22.042.54.052.523.052.54.07.052.5R27.052.55.062.528.062.55.062.5R32.062.55.572.5R37.072.56.0根据强度试验结果确定水泥强度等级。根据强度试验结果确定水泥强度等级。42.517.042.53.56.53.1.5.5 碱含量碱含量碱含量是指水泥中氧化钠和氧化钾的含量。如果水泥中碱含量过高，用于混凝土时，遇到有活性的骨料，易产生碱-骨料反应。碱-骨料反应：混凝土所用骨料中若含有活性氧化硅会与水泥中的碱发生反应，在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，吸水后无限膨胀导致混凝土开裂破坏。国家标准规定：水泥中碱含量不得大于0.60%。国家标准规定：国家标准规定：对于水泥的五项主要技术质量要求，凡氧化镁 三氧化硫 四项中任一项不符合四项中任一项不符合安定性（fCaO）标准规定时，水泥均标准规定时，水泥均初凝时间 为废品为废品其它要求任一项不符合标准规定时水泥为不合格品其它要求任一项不符合标准规定时水泥为不合格品3.23.2其它品种水泥其它品种水泥3.2.1 高铝水泥高铝水泥矾土水泥,属铝酸盐水泥系列.以铝矾土和石灰石为原料经高温煅烧而成,主要成分为铝酸钙.主要特性:(1)快凝早强;(2)水化热大,放热集中;(3)抗硫酸盐性能很强,抗碱性极差;(4)耐热性好;(5)长期强度略有降低趋势.主要应用于紧急军事工程、抢修工程、配制耐热混凝土、寒冷地区冬季施工的混凝土工程.不宜用于大体积混凝土工程,不能蒸汽养护,不得与硅酸盐水泥或石灰相混,不能用于长期承重结构及高温高湿环境中的工程.3.2.2 膨胀水泥膨胀水泥在硬化国过程中不仅不收缩反而有一定数量的膨胀，可克服普通水泥硬化时收缩产生微裂缝的缺点。有硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥、铁铝酸钙膨胀水泥四个主要品种。膨胀源于水泥石中钙矾石的膨胀。适用于配制收缩补偿混凝土，构件的接缝及管道接头，混凝土结构加固和修补，防渗堵漏，机器底座及地脚螺丝固定。自应力大于2.0MPa时称自应力水泥，用于自应力钢筋混凝土压力管及其配件。3.2.3 白色和彩色硅酸盐水泥白色和彩色硅酸盐水泥3.2.3.1 白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥主要矿物组成仍为硅酸盐，只是其中着色物质含量极少。性能与硅酸盐水泥基本相同。多用于装饰工程。3.2.3.2 彩色硅酸盐水泥彩色硅酸盐水泥在硅酸盐水泥中加入着色物质。用于装饰工程，配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土。第第第第 四四四四 章章章章混混 凝凝 土土混混 凝凝 土土(砼砼砼砼)concrete4.14.1混凝土概述混凝土概述由胶凝材料、水（或不加水）和骨料按适当的比例配合，拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，叫做混凝土。混凝土一词源自于拉丁文术语“Concretus”“共同生长”混凝土的概念混凝土的概念concrete混凝土的分类混凝土的分类1.按所用胶凝材料分按所用胶凝材料分水泥混凝土沥青混凝土硅酸盐混凝土聚合物胶结混凝土聚合物浸渍混凝土聚合物水泥混凝土水玻璃混凝土石膏混凝土硫磺混凝土2.按表观密度大小分按表观密度大小分重 砼普通砼。2600 kg/m。=20002500 kg/m轻 砼。1950 kg/m轻骨料砼。=8001950 kg/m多 孔 砼。=3001000 kg/m大 孔 砼普通骨料。=15001900 kg/m轻骨料。=5001500 kg/m3.按施工工艺分按施工工艺分泵送混凝土喷射混凝土真空脱水混凝土造壳混凝土(裹砂混凝土)碾压混凝土压力灌浆混凝土(预埋骨料混凝土)热拌混凝土太阳能养护混凝土4.按用途分按用途分防水混凝土防射线混凝土耐酸混凝土装饰混凝土耐火混凝土不发火混凝土补偿收缩混凝土水下浇筑混凝土粉煤灰混凝土硅灰混凝土磨细高炉矿渣混凝土纤维混凝土5.按掺合料分按掺合料分6.按抗压强度分按抗压强度分低强混凝土(抗压强度5mm的不属于细骨料，所以：为粗砂为中砂（配制混凝土时优先选用）为细砂砂的粗细程度用细度模数表示。砂子的级配区筛孔尺寸(mm)级 配 区1 区2 区3 区累计筛余(按质量计)(%)10.0005.002.501.250.630.3150.1601003556535857195801009001002505010704192701009001001502504016855510090砂按0.630 mm筛孔的累计筛余百分率分成三个级配区：3区累 计 筛 余 0204060801000.160.3150.631.252.505.0010.00过细砂区过粗砂区筛 孔 尺 寸，mm1区2区注意：注意：砂的细度模数不能反映其级配的优劣，细度模数相同的砂级配可以很不相同。配制混凝土时必须同时考虑砂的级配和细度模数。（2）石子的颗粒级配和最大粒径石子的级配分为连续粒级和单粒级两种。石子的级配通过筛分析试验确定，计算与砂相同。最大粒径：最大粒径：骨料筛析后，骨料中公称粒级的上限称为该骨料的最大粒径 dmax最大粒径的选择主要根据构件截面尺寸和施工条件b 板梁cadmax a c bdmax 50mm为施工方便 级配范围筛 孔 尺 寸 (圆 孔 筛)(mm)级配情况连续粒级公称粒级(mm)累 计 筛 余 按 质 量 计 (%)015951002.50 5.00 10.0 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 80.0 1005108010003060951005169010001004070951005209010001000 9510051590100307005050709095100531.590100 154505759054095100 30650 碎 石 或 卵 石 的 颗 粒 级 配 范 围筛 孔 尺 寸 (圆 孔 筛)(mm)级配情况 单粒级公称粒级(mm)累 计 筛 余 按 质 量 计 (%)851002.50 5.00 10.0 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 80.0 10010209510001501631.59510085100010951002040951008010000 31.56395100057510001004080 9510030600100 碎 石 或 卵 石 的 颗 粒 级 配 范 围4.2.2.6 骨料的形状和表面特征骨料的形状和表面特征骨料颗粒形状近似球状或立方体形且表面光滑时,对混凝土流动性有利,但表面光滑时与水泥石粘结较差.对配制流动性要求高的混凝土宜选用卵石,对强度要求高的混凝土宜选用碎石。石子必须限制其针、片状颗粒含量。针状颗粒：长度大于该颗粒所属粒级平均粒径（该 粒级上、下限粒径的平均值）的2.4倍者。片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍者。4.2.2.7 强度强度 抗压强度测定：用555cm试件在水饱和状态下进行抗压试验，测定其极限抗压强度值。一般在混凝土强度等级大于C60时测定。压碎指标测定：200KN石子d=1020mm，加压后用孔径为2.5mm的筛子筛析粗骨料强度。碎石用抗压强度和压碎指标值表示，卵石用压碎指标值表示。4.2.3 混凝土用水混凝土用水能饮用的水和清洁的天然水。酸碱度、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物等都有一定的含量限值。海水不得拌制钢筋混凝土、预应力混凝土和有饰面要求的混凝土。4.2.4 外加剂外加剂外加剂：在拌制混凝土过程中掺入、用以改善混凝土性能的物质。掺量一般不超过水泥重量的5%。分类：1.改善混凝土拌合物流变性能的外加剂；2.调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂；3.改善混凝土耐久性的外加剂；4.提供特殊性能的外加剂。4.2.4.1 减水剂减水剂4.2.4.2 引气剂引气剂减水剂：在混凝土拌和物坍落度基本相同条件下能减少拌 和用水量的外加剂。原理：表面活性物质。在电性斥力作用下使水泥颗粒分 开，将絮凝结构内的游离水释放出来。作用：不减少拌和用水量能明显提高拌和物流动性；减水而不减少水泥量时，能提高混凝土强度；减水同时适当减少水泥量则能节约水泥。引气剂：在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而 封闭的微小气泡的外加剂。一种表面活性剂。作用：改善混凝土拌和物和易性；提高混凝土抗渗性和抗冻 性；使混凝土强度降低。减水剂作用简图水泥颗粒溶剂化水膜游离水电性斥力减水剂水泥颗粒水泥颗粒游离水水 泥 浆 的 絮 凝 结 构4.2.4.3 早强剂早强剂4.2.4.4 缓凝剂缓凝剂早强剂：能加速混凝土早期强度发展的外加剂。作用：促进水泥水化和硬化，提高早期强度，缩短 养护周期，加快施工进度。特别适用于冬季施工和紧急抢修工程。缓凝剂：能延缓混凝土凝结时间而不显著影响混 凝土后期强度的外加剂。作用：延缓水泥水化和硬化。适用于高温季节施工混凝土、商品混凝土、分层浇筑混凝土、大体积混凝土。4.2.5 掺和料掺和料混凝土掺和料是在配制混凝土拌和物过程中，直接加入的具有一定活性的矿物细粉料。主要成分为SiO2和AI2O3，绝大多数来自工业固体废渣。在碱性或兼有硫酸盐成分存在的液相条件下发生水化反应，生成具有固化特性的胶凝物质。混凝土掺和料被称为混凝土“第二胶凝材料”或辅助胶凝材料。掺和料用于混凝土中可取代水泥，节约成本，改善混凝土拌和物和硬化混凝土各项性能。可改善环境，减少二次污染，推动可持续发展的绿色混凝土。4.2.5.1 粉煤灰粉煤灰又称飞灰，煤燃烧排放出的一种粘土类火山灰质材料。绝大多数来自火电厂。按获取工艺分：多电场收尘灰，选分机选灰，机械 磨细灰。按其中氧化钙含量分：低钙灰，高钙灰。用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB159691规定了低钙粉煤灰的技术指标和分级。粉煤灰掺和料可改善混凝土拌和物和易性、可泵性和抹面性；能降低混凝土水化热；能提高混凝土抗渗性、抗化学侵蚀性，抑制碱骨料反应。广泛应用于土木、水利建筑工程以及预制混凝土制品和构件。粉煤灰混凝土早期强度有所下降，长期强度可赶上或超过不掺粉煤灰的混凝土。4.2.5.2 矿渣微粉矿渣微粉矿渣微粉是水淬粒化高炉矿渣磨细加工后形成的微粉材料。上海市地方标准规定了矿渣微粉的技术指标和分级。矿渣微粉可取代水泥，显著改善和提高混凝土的综合性能如改善和易性，降低水化热，提高抗腐蚀能力，提高后期强度。用于配制高强、高性能混凝土，也适用于中强混凝土、大体积混凝土、地下和水下混凝土。4.2.5.3 硅灰硅灰硅灰是电弧冶炼硅金属或硅铁合金时的副产品，极细的球形颗粒，主要成分为无定形二氧化硅。可取代水泥节约成本，能改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性，降低水化热，提高混凝土抗渗、抗冻和抗侵蚀能力，能大幅度提高早期和后期强度。常用硅灰配制100MPa以上的特高强混凝土。4.34.3新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性4.3.1 和易性的概念和易性的概念和易性和易性定义：定义：混凝土硬化前在拌合、运输、浇筑、振捣过程中，不发生分层、离析、泌水等现象，获得质量均匀、成型密实混凝土的性质。和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性三方面含义。新拌混凝土：将水泥、砂、石加水拌和的尚未凝固 时的拌和物。流动性：流动性：混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性：粘聚性：混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间有一定粘聚力，不发生分层和离析的现象。保水性：保水性：混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。4.3.2 和易性的测定方法和易性的测定方法和易性的测定方法：测定混凝土拌合物的流动性，结合直观观察评定其和易性。混凝土流动性用坍落度和维勃稠度来表示。4.3.2.1 坍落度试验坍落度试验在进行坍落度试验的同时检查混凝土拌和物的粘聚性。坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40 mm，坍落度不小于10 mm的混凝土拌和物。测定方法：混凝土拌合物坍落度的测定 坍落度法级 别名 称坍落度(mm)低塑性混凝土塑性混凝土 流动性混凝土大流动性混凝土T110405090100150 160T2T3T混凝土按坍落度的分级塑性混凝土施工时要根据构件截面尺寸大小钢筋疏密和捣实方法来确定。混凝土灌筑时的坍落度7090项 次结 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)或配筋稀疏的结构板、梁和大型及中型截面的柱子等配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)配筋特密的结构12341030305050704.3.2.2 维勃稠度试验维勃稠度试验坍落度小于10 mm 的干硬混凝土拌和物的流动性用维勃稠度表示，单位为s维勃稠度试验适用于骨料最大粒径不超过40 mm，维勃稠度在530s之间的混凝土拌和物。根据维勃稠度混凝土分四级：超干硬性（31s）特干硬性（3021s）干硬性 （2011s）半干硬性（105s）维勃稠度法维勃稠度仪4.3.3.影响和易性的主要因素影响和易性的主要因素水灰比：水灰比：混凝土中用水量与水泥用量的比例。无论是水泥浆数量影响还是水灰比影响，实际上都是用水量影响，影响新拌混凝土和易性的决定因素是单位体积混凝土用水量多少。固定用水量定则：固定用水量定则：骨料一定，单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50100kg，坍落度基本 保持不变。固定单位用水量，变化水灰比，既满足和易性要求，又满足强度要求。4.3.3.1 水泥浆的数量和水灰比的影响水泥浆的数量和水灰比的影响干硬性和塑性混凝土的用水量(kg/m)碎石最大粒径(mm)拌合物稠度卵石最大粒径(mm)坍落度(mm)项目指标102040162040维勃稠度(s)152010155101030305050707090175160145180170155180165150185175160185170155190180165190170150200185165200180160210195175210190170220205185215195175230215195180含砂率(mm)坍落度，(合理)4.3.3.2 砂率的影响砂率的影响砂率砂率:细骨料含量占骨料总量的百分率.应在用水量和水泥用量不变的情况下选取可使拌和物获得所要求的流动性及良好粘聚性和保水性的合理砂率.（3）外加剂 加入减水剂和引气剂可明显提高拌和物流动 性，引气剂可有效改善粘聚性和保水性。(1)水泥主要是水泥品种和水泥细度的影响。(2)骨料级配好、表面光滑的骨料和易性好；粒径大的骨料流动性好。4.3.3.3 组成材料性质的影响组成材料性质的影响4.3.3.4 温度和时间的影响温度和时间的影响拌和物流动性随温度升高而降低；拌和物流动性随时间延长而降低。4.44.4硬化混凝土的强度硬化混凝土的强度我国以立方体抗压强度为混凝土强度的特征值。标准的普通混凝土抗压强度试验条件：立方体试件：非标准尺寸应进行修正：200200200mm 1.05100100100mm 0.95尺寸：150150150mm4.4.1 混凝土的抗压强度与强度等级混凝土的抗压强度与强度等级养护养护：标准养护(203 相对湿度90以上或置于水中)试验龄期：试验龄期：28d（在标准养护条件下养护28天）以标准方法测试、计算得到的抗压强度称为混凝土立方体抗压强度。混凝土立方体强度取值：混凝土立方体强度取值：1.每组三个试块；2.以三个试块的算术平均值作为该组试件的抗压强 度代表值；3.三个测值中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%时，取中间值为代表值。4.两个测值与中间值之差均超过中间值的15%，该组试件试验结果无效。立方体抗压强度标准值 按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。强度，fcuQ%P%tfcu,kfcu概率密度，(fcu)混凝土的强度等级混凝土的强度等级我国将普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为12个等级C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60“C”为混凝土强度符号，“C”后面的数值即为混凝土立方体抗压强度标准值。棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度 fcp(轴心抗压强度轴心抗压强度)工程实际中，受压构件常为棱柱体（或圆柱体）而不是立方体，采用棱柱体试件能比立方体试件更好地反映混凝土的实际受压情况。由棱柱体试件测得的抗压强度称为棱柱体抗压强度，又称轴心抗压强度。试件 150150300mm 非标准尺寸棱柱体试件高与宽之比应在23间。轴心抗压强度与立方体抗压强度之间的关系：fcp =（0.70.8）fcc 砼劈拉强度 fts压应力拉应力劈裂试验时垂直于受力面的应力分布ft