建筑材料的强度、耐久性、外加剂

普通混凝土的强度硬化混凝土的强度混凝土强度的意义强度是混凝土最重要的力学性质，混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力。混凝土强度与混凝土的其它性能关系密切，一般来说，混凝土的强度愈高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高，通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。混凝土的破坏受力前，在水泥石和界面处存在缺陷和裂缝：•由于水泥的收缩，引起砂浆与粗骨料间产生拉应力，产生裂缝；•水泥的泌水使与集料间形成界面裂缝；•水泥水化热引起的裂缝；•多余水的蒸发留下的孔隙；•外力碰撞、振动不均匀，不密实产生的裂缝（如拆模式时）；•施工时不可能达到完全密实，留有孔隙。受力后，以上裂缝、孔隙不断发展，混凝土破坏。混凝土受力破坏的过程，实际是混凝土裂缝的发生及发展的过程。一、混凝土的强度(一)混凝土强度的种类混凝土强度抗拉强度抗剪强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土的粘结强度（二）、混凝土的抗压强度1.立方体抗压强度以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。用fcu表示。当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150×150×150401.00非标准试件100×100×100300.95200×200×200601.05AFf＝cu试验条件对混凝土强度的影响试件尺寸150200200100标准试件试件形状示意图1001502.混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十四个强度等级。立方体抗压强度标准值（fcu,k），是立方体抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。强度等级表示的含义：强度的范围：某混凝土，其fcu＝30.0～34.9MPa；某混凝土，其fcu≥30.0MPa的保证率为95%。C30“C”代表“混凝土”“30”代表fcu,k＝30.0MPa；3.轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为0～55MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcu。在结构设计计算时，一般取fcp＝0.67fcu。非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm×100mm和200mm×200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。FF（三）混凝土的抗拉强度4.劈裂抗拉强度式中：fts——劈裂抗拉强度，MPa；P——破坏荷载，N；A——试件劈裂面积，mm2。劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的1/10～1/20。APAPf637.02ts＝拉应力压应力PP（四）影响抗压强度的因素（1）水泥的强度和水灰比式中：fcu——混凝土28d龄期的抗压强度值，MPa；fce——水泥28d抗压强度的实测值，MPa；当水泥无法获得28天实测强度时:fce=γc.fce,g其中:fce,g----水泥的强度等级，MPa；γc----水泥的富余系数，一般取1.13;-—混凝土灰水比，即水灰比的倒数；αa、αb——粗骨料的回归系数。碎石：αa=0.46，αb=0.07卵石：αa=0.48，αb=0.33）（＝bceacuWCffWC/水泥的强度等级和水灰比的关系从图中看出：1、混凝土的强度和水灰比成反比关系，当混凝土水灰比值在0.40～0.80之间时强度最高，反则混凝土的强度越低；2、水泥强度越高，则混凝土强度越高。（2）粗集料的品种碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高；卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。（3）养护条件在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高；低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0℃以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。（4）龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在7～14d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。式中：fn、f28——分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。（5）外加剂28lglg28nfnf＝n≥3（五）提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；（3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣；（5）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；（6）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。二、混凝土的耐久性1.耐久性的主要内容（1）抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。（2）抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25％，且质量损失不超过5％时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。二、混凝土的耐久性（3）抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性。（4）抗碳化性混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。（5）碱集料反应碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。二、混凝土的耐久性2.提高混凝土耐久性的措施（1）合理选择混凝土的组成材料根据混凝土工程特点或所处环境条件，选择水泥品种；选择质量良好、技术要求合格的骨料。（2）提高混凝土制品的密实度严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。见下页表。选择级配良好的骨料及合理砂率，保证混凝土的密实度。掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。严格按操作规程进行施工操作。（3）改善混凝土的孔隙结构在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔结构，封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。二、混凝土的耐久性环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土1.干燥环境正常的居住或办公用房屋内不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ55－2000）§4－5混凝土外加剂外加剂及其分类定义混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。按主要功能的分类（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。一、减水剂混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。1.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；掺入减水剂前：当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；一、减水剂掺入减水剂后：表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高；表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。游离水水泥颗粒电性斥力减水剂水泥颗粒游离水溶剂化水膜水泥颗粒絮凝状结构一、减水剂2.减水剂的作用效果（1）减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量5％～25％（普通型5％～15％，高效型10％～30％）。（2）提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100～200mm。（3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥5％～20％。（4）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。一、减水剂3.常用的减水剂（1）木质素系减水剂（M型）木质素系减水剂主要使用木质素磺酸钙（木钙），属于阴离子表面活性剂，为普通减水剂，其适宜掺量为0.2～0.3％，减水率10％左右。对混凝土有缓凝作用，一般缓凝１～３ｈ。（2）萘系减水剂高效减水剂，其主要成分为β一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建Ⅰ型等。萘系减水剂适宜掺量为0.5％～1.0％，其减水率较大，为10％～25%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温０℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。一、减水剂（3）树脂类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂，为阴离子表面活性剂。我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。SM适宜掺量为0.5％～2.0％，减水率达20％～27％。（4）糖蜜类减水剂普通减水剂。它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。适宜掺量0.2％～0.3％，减水率10％左右，属缓凝减水剂。二、早强剂早强剂是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度，对后期强度无明显影响的外加剂。种类无机盐类早强剂有机物类早强剂复合早强剂主要品种氯化钙、硫酸钠三乙醇胺、三异丙醇胺、尿素等二水石膏+亚硝酸钠+三乙醇胺适宜掺量氯化钙1％～2％；硫酸钠0.5％～2％0.02％～0.05％2％二水石膏+1％亚硝酸钠+0.05％三乙醇胺作用效果氯化钙：可使2d～3d强度提高40％～100％，7d强度提高25％能使3d强度提高50％注意事项氯盐会锈蚀钢筋，掺量必须符合有关规定对钢筋无锈蚀作用早强效果显著，适用