第四章2-混凝土的和易性與強度要點

1、土木工程材料Civil Engineering Materials孫家瑛教授第三節(jié) 普通砼的主要技術(shù)性質(zhì) 在砼凝結(jié)硬化前：良好的和易性，便于施工。 在砼凝結(jié)硬化后：足夠的強度，良好的體積穩(wěn)定性和耐久性，保證結(jié)構(gòu)安全。 一、和易性 1、定義 和易性：砼拌合物易于施工操作（拌合、運輸、澆灌、搗實）并能獲得質(zhì)量均勻、成型密實的性能。包括流動性、粘聚性和保水性。 國外：工作性（Workability） 。 流動性：砼拌合物在本身自重或施工機械振搗作用下，能產(chǎn)生流動，并均勻密實的填滿模板的性能。 粘聚性：砼拌合物在施工過程中其組成材料之間的粘聚力，不致產(chǎn)生分層和離析的性能。 保水性：砼拌合物在施工過程中

2、，具有一定的保水能力，不致產(chǎn)生嚴重的泌水現(xiàn)象。 砼拌和物的流動性、粘聚性、保水性，三者之間互相關(guān)聯(lián)又互相矛盾。 如粘聚性好則保水性往往也好，但當流動性增大時，粘聚性和保水性往往變差，反之亦然。 所謂拌和物的和易性良好，就是要使這三方面的性能在某種具體條件下，達到均為良好。 矛盾的統(tǒng)一。 2、和易性的測定 和易性的主要測試方法有坍落度法和維勃稠度法。 坍落度法 適用范圍：骨料最大粒徑不大于40mm，坍落度值不小于10mm的砼。 坍落度試驗方法：將砼拌合物按規(guī)定方法裝入標準圓錐坍落度筒內(nèi)，裝滿刮平后，垂直向上將筒提起，移到一旁。砼拌合物由于自重將會產(chǎn)生坍落現(xiàn)象。然后量出向下坍落的尺寸，該尺寸（mm

3、）就是坍落度，作為流動性指標，坍落度越大表示流動性越好。 在進行坍落度試驗的同時，應觀察砼拌合物的粘聚性、保水性，以便全面地評定砼拌合物的和易性。 粘聚性的評定方法：用搗棒在已坍落的砼錐體側(cè)面輕輕敲打，若錐體逐漸下沉，則表示粘聚性良好；如果錐體倒塌，部分崩裂或出現(xiàn)離析現(xiàn)象，則表示粘聚性不好。 保水性的評定方法：以砼拌合物中的稀水泥漿析出的程度來評定。坍落度筒提起后，如有較多稀水泥漿從底部析出，錐體部分砼拌合物也因失漿而骨料外露，則表明砼拌合物的保水性能不好。如坍落度筒提起后無稀水泥漿或僅有少量稀水泥漿自底部析出，則表示此砼拌合物保水性良好。 。當坍落度不符合要求，怎么辦？ 坍落度小于設(shè)計要求

4、保持W/C不變，加水泥漿：每增加1cm坍落度，加510的水泥漿。 坍落度大于設(shè)計要求 保持Sp不變，加粗細骨料：每減小1cm坍落度，加612粗細骨料。視頻 根據(jù)坍落度的不同，可將砼拌合物分為4級： T1級低塑性砼（坍落度1040mm）； T2級塑性砼（坍落度5090mm）; T3級流動性砼（坍落度100150mm）； T4級大流動性砼（坍落度160mm） 維勃稠度法 適用于干硬性砼 。 坍落度值小于10mm 儀器：維勃稠度儀。 3、流動性的選擇 砼拌合物的坍落度要根據(jù)構(gòu)件截面的大小、鋼筋的疏密和搗實方法來確定。 案例：請觀察圖中砼樓面，其中有空洞（俗稱蜂窩）。該砼是采用人工振搗，其砼坍落度為3

5、0 mm。請分析砼不密實的原因。 該砼未采用振動器振搗，僅人工振搗，而砼的坍落度偏低，流動性較差，故易產(chǎn)生蜂窩，應增大砼的坍落度，具體按GB 50204-2001砼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范進行。 實際施工時，砼的坍落度要根據(jù)構(gòu)件截面尺寸大小、鋼筋疏密和搗實方法來確定。當構(gòu)件截面鋼筋較密，或采用人工搗實時，坍落度可選擇大一些。反之，若構(gòu)件截面尺寸較大，或鋼筋較疏，或采用機械振搗，則坍落度可選擇小一些。 4、影響和易性的主要因素 （1）水泥漿的數(shù)量 水泥漿的作用：在砼凝結(jié)硬化以前，水泥漿起潤滑作用，賦予拌合物一定的和易性，便于施工。 在水灰比不變的情況下，單位體積拌和物內(nèi)，如果水泥漿愈多，則拌和物

6、的流動性愈大。 若水泥漿過多，將會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使拌和物的粘聚性變差，同時對砼的強度與耐久性也會產(chǎn)生一定的影響，且水泥用量也大。 水泥漿過少，不能填滿骨料間空隙或不能很好包裹骨料表面時，就會產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象，粘聚性變差。 因此，砼拌和物中水泥漿的數(shù)量應以滿足流動性流動性要求為度，不宜過量。 （2）水泥漿的稠度（W/C） 在水泥用量不變的情況下，水灰比愈小，水泥漿就愈稠，砼拌合物流動性就愈小。 水灰比過小，水泥漿干稠，砼拌和物的流動性過低，會使施工困難，不能保證砼的密實性。 水灰比過大，會造成砼拌合物的粘聚性和保水性差，產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象，并嚴重影響砼的強度。 水灰比不能過大或過小，依據(jù)砼強度和耐久

7、性砼強度和耐久性要求合理地選用。 無論是水泥漿的多少還是水泥漿的稀稠，實際上對砼流動性起決定作用的是用水量的多少。無論是提高水灰比還是增加水泥漿用量最終都表現(xiàn)為砼用水量的增加。 恒定用水量法則：恒定用水量法則：在使用粗細骨料的種類和比例一定時，使砼拌和物獲得一定的流動性，所需的單位用水量基本上是一個定值，即使水泥用量有所變動（1m3砼水泥用量增減50100kg）也無甚影響。 砼用水量的選擇可參考標準。 對砼拌和物流動性的調(diào)整，應在保證水灰比不變的條件下，用調(diào)整水泥漿量的方法來調(diào)整。絕對不允許采用單純改變用水量的方法來調(diào)整砼的流動性。 （3）砂率 砂的作用：填充石子間空隙，并與水泥形成水泥砂漿包

8、裹在石子外表面減少粗骨料顆粒間的摩阻力，賦予砼拌合物一定的流動性。100砂重砂率砂重石重 砂率過大：骨料的總表面積增大，在水泥漿含量不變的情況下，相對地水泥漿顯得少了，減弱了水泥漿的潤滑作用，導致砼拌和物流動性降低。 砂率過?。河植荒鼙ＷC粗骨料之間有足夠的砂漿層，也會降低砼拌和物的流動性，而且會嚴重影響其粘聚性和保水性，容易造成離析、流漿。 。 合理砂率：合理砂率： 從技術(shù)角度出發(fā)：采用合理砂率時，可使砼在用水量及水泥用量一定的情況下，其可獲得最大的流動性，且保持良好的粘聚性和保水性。砂率（合理）坍落度mm 從經(jīng)濟角度出發(fā)：采用合理砂率時，可使砼在水泥用量最少的情況下，獲得所要求的流動性及良好

9、的粘聚性和保水性。 （合理）砂率水泥用量砼砂率的選擇水灰比/（W/C）卵石最大粒徑/mm碎石最大粒徑/mm1020401620400.402632253124303035293427320.503035293428333338323730350.603338323731363641354033380.70364135403439394438433641 （4）水泥品種和骨料的性質(zhì) 用礦渣水泥配制的砼其坍落度比用普通水泥的小。 用卵石配制的砼其坍落度大于碎石配制的砼。 （5）外加劑 加入減水劑可在不提高單位用水量的情況下使砼獲得較好的和易性，表現(xiàn)為增大流動性、改善粘聚性、降低泌水性。 。 （6）

10、時間和溫度 時間 隨著時間的增加，砼拌合物的坍落度逐漸降低，稱為坍落度的經(jīng)時損失。 原因：水泥水化消耗水、骨料吸水、水分蒸發(fā)、水化產(chǎn)物凝聚結(jié)構(gòu)的形成。 溫度 拌合物的和易性也受溫度的影響。溫度每提高10，坍落度降低2040mm。 原因：溫度升高導致水分蒸發(fā)及水泥水化反應加快。 5、改善和易性的措施 a、通過試驗、采用最佳砂率； b、改善砂、石級配 c、在可能的條件下，盡可能采用較粗的砂、石 d、當砼拌合物坍落度太小時，保持水灰比不變，適當增加水泥和水（水泥漿）； e、當砼坍落度太大時，保持砂率不變，適當增加砂、石； f、有條件盡量使用外加劑減水劑、引氣劑 。 6、新拌砼的凝結(jié)時間 水泥的水化反

11、應是砼凝結(jié)硬化的主要原因。凡是影響水泥凝結(jié)硬化的因素都會對砼的凝結(jié)硬化產(chǎn)生影響； 但是砼的凝結(jié)時間并不等于水泥的凝結(jié)時間。 砼的凝結(jié)時間使用貫入阻力儀進行測定。 二、強度 1、砼受壓破壞過程 在砼受荷載之前，其內(nèi)部已存在一定的界面微裂縫，當砼受荷載時，這些界面微裂縫會逐漸擴大、延長并匯合連通起來，形成可見裂縫，致使砼結(jié)構(gòu)喪失連續(xù)性而遭到完全破壞。 砼在外力作用下的變形和破壞過程，是內(nèi)部裂縫的發(fā)生和擴展的過程，它是一個從量變到質(zhì)變的過程，只有砼內(nèi)部的微觀破壞發(fā)展到一定量時才使砼的整體遭受破壞。 。 2、立方體抗壓強度 1）立方體抗壓強度的測定 根據(jù)砼試件尺寸的不同，抗壓強度可分為： 立方體抗壓強

12、度、棱柱體抗壓強度（軸心抗壓強度） 國家標準GB/T 500812002普通砼力學性能試驗方法標準規(guī)定，將砼拌合物制成邊長為150mm的立方體試件，在標準條件（溫度202，相對濕度95以上）下，養(yǎng)護到28d齡期，測得的抗壓強度值為砼立方體試件抗壓強度（簡稱立方體抗壓強度），以fcu表示。 影響砼強度測定值測定值的因素 試件尺寸 砼采用標準試件在標準條件下測定抗壓強度，是為了使數(shù)據(jù)具有可比性 ?？箟簭姸葥Q算系數(shù) 試件邊長（mm）抗壓強度換算系數(shù)1000.951501.002001.05 原因： a、環(huán)箍效應：在壓力作用下，鋼壓板與砼試件都要產(chǎn)生橫向變形，但是鋼壓板的橫向變形小于砼的橫向變形，造成

13、上下壓板與砼試件接觸的表面之間產(chǎn)生摩阻力，它對砼試件的橫向膨脹起著約束作用，從而對其強度起到提高作用。砼試件尺寸越大，環(huán)箍效應的相對作用越小，測得的強度值偏低。（Flash2） 消除環(huán)箍效應的方法： b、砼試件中存在的微裂縫和孔隙等缺陷，將減少砼試件的受力面積以及引起應力集中，導致砼強度降低，顯然，大尺寸砼試件中存在缺陷的幾率較大，因此其所測得的強度要比較小尺寸的低。 加荷速度 加荷速度越快，強度測定值越大。 原因：砼內(nèi)部裂縫來不及擴展。 2）砼強度等級 砼強度等級是按立方體抗壓強度標準值確定的。標準值是指按照標準方法制作養(yǎng)護的邊長150mm的立方體試件，在28d齡期，用標準試驗方法測得的強度

14、總體分布中具有不低于不低于95保證率保證率的抗壓強度值，以 表示 普通砼：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60共12個等級。 結(jié)構(gòu)砼： C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、 C50 、C55、C60、C65、 C70、C75、C80共14個等級。 砼強度等級是結(jié)構(gòu)設(shè)計時強度計算取值的依據(jù)，同時也是砼施工中控制工程質(zhì)量和驗收時的重要依據(jù)。,cu kf C7.5C15：可用于墊層、基礎(chǔ)、地坪及受力不大的素砼結(jié)構(gòu)； C15C30：可用于普通砼結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、樓梯及屋架等鋼筋砼結(jié)構(gòu)； C30以上：可用于大跨度及耐久性要求

15、較高的結(jié)構(gòu)，還可用于預應力鋼筋砼結(jié)構(gòu)、吊車梁及特種結(jié)構(gòu)。 C40C45：用于2530層； C50C60：用于30層至60層以上高層建筑； C60C80：用于高層建筑，采用高性能砼。 3）軸心抗壓強度 砼立方體抗壓強度只是評定強度等級的一個標志，不能作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。為了符合工程實際，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中砼受壓構(gòu)件的計算采用砼軸心抗壓強度。以fcp表示。 標準試件：150mm150mm300mm棱柱體 試驗表明，軸心抗壓強度fcp比同截面的立方體強度值fcu小，棱柱體試件高寬比越大，軸心抗壓強度越小，但當高寬比達到一定值后，強度就不再降低。但是過高的試件在破壞前由于失穩(wěn)產(chǎn)生較大的附加偏心，又會降低其抗

16、壓的試驗強度值。 試驗表明：在立方抗壓強度fcu=1055MPa的范圍內(nèi)，軸心抗壓強度fcp與fcu之比約為0.700.80。 。 3、抗拉強度 砼是一種典型的脆性材料，即抗壓強度高，抗拉強度低，且脆性隨砼強度等級的提高而增大。一般砼的抗拉強度僅為其抗壓強度的1/101/20，砼強度等級越高，該比值有所降低。 抗拉強度主要對砼的開裂現(xiàn)象有重要意義。 試驗方法： 直接拉伸法 目前混凝土抗拉強度很難采用直接拉伸的方法進行測定，主要是很難對中，同時夾具附近混凝土會產(chǎn)生破壞 。PPft = P/A 劈拉法 劈裂抗拉強度（劈拉強度） 標準試件：150150150 非標準試件：100100100，修正系數(shù)

17、為0.85220.637:MPa:N:mmtstsPPfAAfPA混凝土劈裂抗拉強度，破壞荷載，試件劈裂面積， 4、抗折強度（彎曲抗拉強度） 公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范（JTJ 012-94）規(guī)定：砼的設(shè)計強度以齡期為28天的彎拉強度為標準。 各交通等級砼路面要求的砼設(shè)計彎拉強度不得低于下表規(guī)定。砼設(shè)計彎拉強度交通等級特重重中等輕抗折強度fcf(MPa)5.04.54.54.0 砼抗折強度試驗試件為：150mm150mm550mm直角棱柱體小梁，采用三分點加荷。 如圖所示 當采用100mm100mm400mm非標準試件時，換算系數(shù)為0.85。 。 5、影響砼強度的因素 （1）水灰比和水泥強度等級

18、砼的強度主要取決于水泥石的強度水泥石的強度及其與骨骨料接觸面的粘結(jié)強度料接觸面的粘結(jié)強度。而水泥石的強度及其與骨料的粘結(jié)強度主要取決于水泥標號、水灰比以及骨料的表面質(zhì)地。 水泥標號越高，所配制的砼強度越高。 水灰比越小，水泥石強度越高，與骨料的粘結(jié)力越大，砼強度越高。 若水灰比過小，拌合物過于干硬，在一定的搗實成型條件下，無法保證灌注質(zhì)量，砼中將會出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞，強度也將下降。如圖所示。 此外，骨料表面粗糙（如碎石），則其與水泥的粘結(jié)力較高，砼強度較高，反之亦然。所以相同配合比下碎石配制的砼強度高于卵石配制的砼。 。 鮑羅米公式： 鮑羅米只適用于流動性及低流動性砼，不適用于干硬性砼。 系

19、數(shù)A、B可通過試驗求得，一般可采用規(guī)范的規(guī)定： 碎石：A0.46，B0.07，卵石：A0.48，B0.33 ()kgkg28dMPa28dMPa,cucecuceCfAfBWCWCWffA B每立方米混凝土中水泥用量，每立方米混凝土中的用水量，灰水比混凝土抗壓強度，水泥抗壓強度實測值，回歸系數(shù)，與骨料品種有關(guān) （2）養(yǎng)護的溫度和濕度 養(yǎng)護：保持環(huán)境的溫度與濕度，使砼強度不斷提高的措施稱為養(yǎng)護。 溫度 a、溫度升高，有助于砼早期強度的提高，但對后期強度會造成不利影響； b、在低溫下砼強度發(fā)展遲緩。當溫度降至冰點以下時，則由于砼中水分大部分結(jié)冰，不但水泥停止水化，砼強度停止發(fā)展，而且由于砼孔隙中的

20、水結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，從而使硬化中的砼結(jié)構(gòu)遭受破壞，導致砼已獲得的強度受到損失。 濕度 a、濕度適當，水泥水化反應順利進行，使砼強度得到充分發(fā)展，因為水是水泥水化反應的必要成份。 b、濕度不夠，水泥水化反應不能正常進行，甚至停止水化，嚴重降低砼強度，而且使砼結(jié)構(gòu)疏松，形成干縮裂縫，增大了滲水性，從而影響砼的耐久性。 施工規(guī)范規(guī)定：在砼澆筑完畢后，應在12h內(nèi)進行覆蓋，以防止水分蒸發(fā)過快。在夏季施工砼進行自然養(yǎng)護時，使用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥時，澆水保濕應不少于7d；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求時，應不少于14d。 砼強度與保持潮濕日期的關(guān)系如圖所

21、示。 。 （3）齡期 齡期：指混凝土在正常養(yǎng)護條件下所經(jīng)歷的時間。 在正常養(yǎng)護的條件下，混凝土的強度將隨齡期的增長而不斷發(fā)展，最初714天內(nèi)強度發(fā)展較快，以后逐漸變緩，28天達到設(shè)計強度。28天后強度仍在發(fā)展，其增長過程可延續(xù)數(shù)十年之久。 在標準養(yǎng)護條件下，混凝土強度的發(fā)展，大致與其齡期的常用對數(shù)成正比關(guān)系。 例：某混凝土養(yǎng)護7d后，測得其150mm立方體抗壓強度為15MPa，試推定其28d強度。 2828lglg28MPa28MPannnfffnfn天齡期混凝土的抗壓強度，天齡期混凝土的抗壓強度，養(yǎng)護齡期(d),n328lg281.4471525.7lg0.845nffMPan作業(yè) 4.11

22、、4.12、4.14 、4.22自密實砼自密實砼泵送砼Pumping Concrete返回返回 粘聚性與保水性骨料骨料水水可見泌水可見泌水內(nèi)泌水內(nèi)泌水坍落度蜂窩蜂窩 結(jié)構(gòu)種類坍落度/mm基礎(chǔ)或地面等的墊層、無配筋的大體積結(jié)構(gòu)（擋土墻、基礎(chǔ)等）或配筋稀疏的結(jié)構(gòu) 1030板、梁和大型及中型截面的柱子等3050 配筋密列的結(jié)構(gòu)（薄壁、斗倉、筒倉、細柱等）5070 配筋特密的結(jié)構(gòu)7090 本表是采用機械振搗砼時的坍落度，當采用人工搗實砼時坍落度可適當增大 坍落度選擇范圍坍落度選擇范圍 貫入阻力儀 砼用水量（kg/m3)拌合物稠度卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項目指標102031.540162031.540坍落度（mm）103019017016015020018517516530502001801701602101