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混凝土的各个组成材料的定义、分类及对混凝土强度或配合比的影响。
2015年4月27日
课后札记：
年月日
系领导审批：
年月日
教案续页
教学程序及讲授提纲或讲稿
方法手段
时间
第四章混凝土
第一节概述
一、混凝土的定义与分类：
1、定义
以水泥为胶凝材料、砂和石为骨料，按一定比列和工艺配制成的混凝土。
2、分类
分类标准：
所用胶凝材料、体积密度、施工方法、性能特点、抗压强度；
二、混凝土的应用特点
1、优点
原材料来源广泛，生产成本较低；
性能多样，用途广泛；
硬化前具有良好的可塑性，硬化后整体性好；
良好的耐水性；
较高的耐久性；
与钢筋具有相近的热胀冷缩特性。
2、缺点
抗拉强度低，易发生开裂；
自重大，比强度小；
硬化速度慢，生产周期长；
导热系数大，保温隔热性能差；
混凝土的质量受施工工艺的影响大。
3、弥补缺点的措施
可掺入钢纤维，提高材料的抗裂性能和韧性；
采用轻骨料可减少自重；
在生产过程中掺入适量的早强剂，可加快它的凝结硬化。
第二节混凝土的组成材料
普通混凝土（简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。
在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；
水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。
在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。
水泥浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。
一、水泥
水泥是混凝土中最重要的组分。
水泥品种的选择，应当根据混凝土工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择；
水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。
二、水
在拌制和养护混凝土用的水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。
凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。
海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，对水泥石有侵蚀作用，对钢筋也会造成锈蚀，因此一般不得用海水拌制混凝土。
三、细骨料
一般为公称粒径小于5mm的岩石颗粒。
按产源和生产方法：
天然砂（河砂、湖砂和山砂）和人工砂（机制砂和混合
砂）。
理论讲授
8min
5min
4min
3min
3、根据技术要求和适用范围
混凝土用砂分为
类、
类和
类。
4、粗细程度与颗粒级配
.粗细程度：
颗粒大小不同的砂粒混合时的平均颗粒尺度。
根据细度模数，砂可划分为：
粗砂、中砂、细砂和特细砂。
.颗粒级配：
砂中颗粒大小不同的砂粒互相搭配、逐级填充的情况。
在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。
要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。
.测定方法：
砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。
5、表观密度、堆积密度和孔隙率
为了使所配制的混凝土更好的满足使用要求，其表观密度、堆积密度和孔隙率因符合相应的规定。
6、含水状态
砂的含水状态按含水率分为：
全干状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态。
如配合比设计是以干骨料作基准的，确定用水量时应考虑补充干骨料的吸水；
当骨料是润湿态时，确定用水量时又应考虑扣除骨料的表面水。
7、杂质
为保证混凝土的质量，砂中有害杂质的含量，应符合国家技术规范的规定。
砂中的杂质可大致分为三类：
泥土和石粉；
和砂有关的开采矿源；
与砂的母岩成分有关的杂质。
8、坚固性和碱活性
砂的坚固性：
砂子在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下抵抗破坏的能力。
砂的碱活性：
指砂中能与碱性物质发生作用的活性成分的相对含量。
砂中不应含有活性氧化硅，因为砂中含有的活性氧化硅，能与水泥中的碱分起作用，产生碱骨料反应，使混凝土发生膨胀开裂。
4、粗骨料
粗骨料主要指用于制备普通混凝土的石子，一般把粒径大于5mm的岩石颗粒称为石子。
石子分为卵石（河卵石、海卵石和山卵石）和碎石。
1、颗粒级配和最大粒径
.粗骨料的颗粒级配也可通过筛分析实验评定；
.根据级配特征分为连续粒级和单一粒级。
连续粒级：
按颗粒尺寸由大到小，连续分级（4.75-Dmax），每一级粗骨料都有适量的比例。
连续级配是工程上最常用的级配。
单一粒级（间断粒级）：
是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级
配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。
2min
.最大粒径：
粗骨料公称粒径范围的上限值称为该骨料的最大粒径。
最大粒径选择的基本原则：
从结构上考虑、从施工上考虑、从经济上考虑。
2、强度
碎石的强度采用压碎指标值或其生产用岩石的抗压强度表示；
卵石则采用压碎指标值表示。
五、矿物掺合料
指在混凝土搅拌前或搅拌时，为了改善混凝土的性能和节约水泥而掺入的矿物粉体材料。
2、矿物掺合料的品种
.粉煤灰：
（飞灰）大多数来自火力发电厂；
优点：
活性，可有效的提高胶结强度和密实混凝土的内部结构；
滚珠效应，可提高混凝土的流动性；
微集料效应，可提高混凝土的密实度和耐久性；
较小的导热系数，可提高混凝土的保温隔热。
.水淬高炉矿渣微粉：
和粉煤灰类似。
释放的热量较少，可配制大体积的混凝土，并且可提高混凝土的抗腐蚀能力。
.硅粉：
由冶炼设备的烟道内排出的硅蒸汽经收尘装置收集而得到的。
可使混凝土结构致密，高强耐磨。
六、化学外加剂
1、混凝土外加剂是一类用于改善混凝土性能的物质，参量一般不超过胶凝材料总量的5%。
其目的是：
能够改善混凝土的综合性能，并减少拌合用水量、节约水泥、降低成本和施工劳动强度、同时还能加快施工速度。
按其主要功能划分为四大类：
.改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、泵送剂等。
.调节混凝土拌合物凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、促凝剂等。
.改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂和阻锈剂等。
.改善混凝土其他性能的外加剂，如膨松剂、着色剂等。
3、掺入外加剂的注意事项
.外加剂品种的选择；
.掺量的选择要适当；
.掺入方法：
溶于水的和不溶于水的要采用不同的掺入方法。
首页
5-4
5-12教师：
使学生掌握混凝土的技术性质、质量评定方法和常见技术问题的处理措施，初步具备混凝土应用和试验的能力。
为在工程中进行混凝土施工和进一步学习相关后续课程打下基础，当然关于混凝土的技术性质的基础就是之前所讲授的原材料的各自特点及其性质。
1.掌握混凝土拌合物和易性的概念及影响因素；
2.掌握混凝土的强度；
3.理解混凝土的变形、耐久性；
掌握混凝土拌合物和易性的概念及影响因素；
根据拌合物和易性的内涵及原材料的各自特点和作用来详细讲解。
1.影响混凝土强度的因素有哪些？
2.混凝土强度与水泥的用量有没有关系？
本堂课主要是理解和掌握混凝土拌合物和易性的概念及影响因素；
其次是混凝土的强度、变形和耐久性的内容。
2015年5月4日
年月日
第三节混凝土的主要技术性质
一、混凝土拌合物的工作性
1、混凝土拌合物的定义
混凝土的原材料按规定比例和方法拌合均匀，所形成的液态（或半液态）混合物称为混凝土拌合物或新拌混凝土。
2、混凝土拌合物的工作性（和易性）的定义
和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。
和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。
流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。
粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的性能。
保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重泌水的性能。
3、和易性测定方法
方法一、坍落度法
方法二、维勃稠度法
该法适用于粗骨料最大粒径不超过40ｍｍ，维勃稠度在５～30ｓ之间的混凝土拌合物的流动性的测定。
4、影响混凝土拌合物工作性的因素
.水泥的品种：
如配合比相同时，用矿渣水泥和某些火山灰质水泥时，坍落度一般较普通水泥时小，但矿渣水泥使拌合物水泥的沁水性增加；
.骨料的性质：
一般卵石所拌制的拌合物比碎石所拌制的拌合物的流动性好；
.水泥浆量：
水灰比不变的提前下，水泥浆量越多，拌合物的流动性也越大但水泥浆量过多，会出现流浆的现象；
.水灰比：
水灰比不能过大或过小，一般应根据混凝土强度和耐久性要求
合理的选用。
.砂率：
采用合理砂率，既可以满足拌合物工作性的要求，又能有效节约水泥。
.外加剂：
在拌制混凝土时加入很少量的外加剂，可以在不增加水泥用量的条件下有效的改善拌合物的工作性，从而降低施工难度和操作工人的劳动强度。
.时间和温度：
混凝土拌合物随着时间的增长，拌合物逐渐凝结，其流动性将随之减小；
拌合物的流动性随环境温度的升高而降低。
二、混凝土的强度
1、混凝土的抗压强度
.立方体抗压强度（fcu）
按照标准的制作方法制成边长为150ｍｍ的正立方体试件，在标准养护条件（温度20士2°
Ｃ，相对湿度95％以上）下，养护至28ｄ龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度（以fcu表示,以N／ｍｍ2即MPa）
②.立方体试件抗压强度标准值（fcu，k）
立方体抗压强度标准值（fcu,,k）是按数理统计方法确定，具有不低于95％保证率的立方体抗压强度。
③.强度等级
结构用混凝土一般划分为14个强度等级：
Ｃ15、Ｃ20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、Ｃ60、Ｃ65、C70、C75、Ｃ80。
2、混凝土的抗拉强度
按采用标准试件150mm立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度fts。
3、影响混凝土强度的因素
.水泥强度与水灰比
水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的决定性因素。
在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的混凝土强度也越高。
当用同一品种同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决于水灰比。
在保证施工质量的条件下，水灰比愈小，混凝土的强度就愈高。
.骨料的品种与级配
在水泥强度等级和水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往要高于卵石混凝土的强度。
.养护条件
养护需要适宜的条件，通常包括温度、湿度和时间三个方面。
.测试参数
如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。
三、混凝土的变形
引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：
非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。
.混凝土在非荷载作用下的变形
1）化学收缩
化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生微细裂缝。
2）湿胀干缩
混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。
3）温度变形
温度变形对大体积混凝土极为不利。
6min
.混凝土在荷载作用下的变形
荷载与变形的关系，是内部微裂缝发展规律的体现。
混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变发展到质变的过程。
混凝土的徐变会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力的重新分布。
对预应力钢筋混凝土结构，混凝土的徐变将使钢筋的预应力受到损失。
但有时徐变也对工程有利，如徐变可消除或减小钢筋混凝土内的应力集中，使应力均匀地重新分布。
对大体积混凝土，徐变能消除一部分由温度变形所产生的破坏应力。
四、混凝土的耐久性
1、混凝土耐久性的定义
混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。
2、与耐久性有关的因素
.抗渗性
.抗冻性
.抗侵蚀性
抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀、物理作用不
破坏的能力。
混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥的品种、混凝土密实度与孔隙特征等。
.混凝土的碳化
混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。
碳化对混凝土性能有明显的影响，首先是减弱对钢筋的保护作用。
其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土进一步碳化。
碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝土的抗折强度。
.碱一骨料反应
碱一骨料反应是指混凝土中所含的碱（Na2O或K2O）与骨料的活性成分（活性SiO2），在混凝土硬化后潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应生成复杂的碱—硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂的现象。
3、提高混凝土耐久性的措施
.合理选择水泥品种
.当控制混凝土的水灰比及水泥用量
.选用质量良好的砂石骨料
.掺入引气剂或减水剂
.加强混凝土的施工质量控制
5-11
5-19教师：
让学生掌握混凝土的配制方法和常见技术问题的处理措施，初步具备混凝土应用的能力。
为在工程中进行混凝土施工和进一步学习相关后续课程打下基础，当然关于混凝土的配合比的基础就是之前所讲授的原材料的各自特点及其对配合比的影响。
1.掌握普通混凝土的配合比设计的步骤方法；
2.掌握普通混凝土的配合比设计的要求。
普通混凝土的配合比设计的步骤方法；
课本例题和理论讲授来掌握混凝土的配合比设计方法。
讲授和课堂思考互相配合的方式来实施教学。
课上辅导。
混凝土的配合比内容包括：
混凝土配合比的表达方式、基本要求、背景资料、方法和步骤。
2015年5月11日
第四节混凝土的配合比设计
1、混凝土的配合比的定义
混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例。
确定这种数量比例关系的工作，称为混凝土配合比设计。
2、混凝土配合比设计的基本要求
混凝土配合比设计必须达到以下四项基本要求，即：
.满足结构设计的强度等级要求；
.满足混凝土施工所要求的和易性；
.满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；
.符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。
3、混凝土配合比的表达方式
.以每1m³
混凝土中各项材料的质量来表示；
如某配合比：
水泥300kg，水180kg，砂720kg，石子1200kg，该混凝土1m³
总质量为2400kg。
.以各项材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），如将上式换算成质量比为：
水泥：
砂：
石子=1:
2.4:
4，水灰比=0.6。
4、混凝土配合比设计基本参数确定的原则
水灰比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数。
混凝土配合比设计中确定三个参数的原则是：
在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比；
在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定单位用水量；
砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。
混凝土配合比设计以计算1m³
混凝土中各材料用量为基准，计算时骨料以干燥状态为准。
5、普通混凝土配合比设计基本原理
.绝对体积法
绝对体积法的基本原理是：
假定刚浇捣完毕的混凝土拌合物的体积，等于其各组成材料的绝对体积及混凝土拌合物中所含少量空气体积之和。
公式4-19
.质量法（假定表观密度法）。
如果原材料比较稳定，可先假设混凝土的表观密度为一定值，混凝土拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。
公式4-18
6、混凝土配合比设计的步骤
.设计的基本资料
1）所采用混凝土原材料的基本情况；
2）待设计混凝土的强度；
3）待设计混凝土的拌合物工作性指标；
4）与耐久性相关的混凝土的使用环境条件；
5）工程特点和施工工艺。
10min
7min
.初步配合比计算
1）确定试配强度fcu,28
公式4-17
2）计算水灰比W/C
公式4-15、4-16
其中关于A和B的取值：
采用碎石：
A=0.46B＝0.07
采用卵石：
A=0.48B=0.33
3）选定单位用水量ｍw0
根据所采用的骨料品种、最大粒径和拌合物的工作性要求，查表4-11可初步确定。
4）计算水泥用量ｍc0
根据已确定的W/C和ｍw0，可求出1m³
混凝土中水泥用量ｍc0
为保证混凝土的耐久性，得出的水泥用量还应大于表4-10规定的最小水泥量。
如算得的水泥用量小于表4-10规定值，应取规定的最小水泥用量值。
5）选择合理的砂率值βs0
可根据骨料种类、规格及混凝土的水灰比，查表4-12确定一个合理的砂率值。
6）计算粗、细骨料用量
质量法（假定表观密度法）应按下式计算：
ｍc0＋ｍg0＋ｍs0＋ｍw0＝ｍtp
当采用体积法（绝对体积法）时，按公式4-19
通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量，即初步配合比计算完成。
.配合比的调整与确定
通过计算求得的各项材料用量（初步配合比），必须进行试验加以检验并进行必要的调整。
1）调整和易性，确定基准配合比
按初步计算配合比称取材料进行试拌。
如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；
如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；
每次调整后再试拌，直到符合要求为止。
当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度（ρc，t）。
此满足和易性的配比为基准配合比。
2）检验强度和耐久性，确定试验室配合比
基准配合比能否满足强度要求，需进行强度检验。
一般采用三个不同的配合
比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定表观密度。
各种配合比制作两组强度试块，标准养护28d天进行强度测定。
3）配合比的确定
确定混凝土初步配合比
根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,0）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：
用水量（Ｗ）——取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，进行调整；
水泥用量（Ｃ）——取用水量乘以选定出的灰水比计算而得；
粗、细骨料用量（Ｓ、Ｇ）——取基准配合比
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