实验4：混凝土配合比设计实验

坍落度筒及捣棒 适用于坍落度在10-220mm的混凝土
维勃稠度仪 适用于较干硬性、维勃稠度在5~3s 之间的混凝土
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不同特性混凝土新拌稠度的分类和评价方法
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坍落度在10~90mm为塑性混凝土；坍落度在100~150mm 为流动性混凝土；坍落度等于或大于160mm为大流动性混 凝土。 坍落度法适用于测定粗集料的粒径不大于40mm，坍落度 10~220mm的混凝土。 但坍落度大于220mm时，应该用坍落扩展度来评价新拌混 凝土的稠度。 维勃稠度法适用于测定粗集料粒径不大于40mm，维勃稠 度在5-30s之间的混凝土拌合物稠度的测定。

用自己设计的混凝土配合比制备混凝土。 在制备过程中，通过调节水胶比、浆集比、砂率和减水剂用 量来改善混凝土的新拌工作性。 制备混凝土试件，以衡量所配制混凝土的强度发展历程和抗 氯离子渗透性。
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混凝土的配合比设计方法
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混凝土的配合比设计就是要在综合权衡混凝土的新拌工作性、强度、耐久性和经济性 的前提下，给出混凝土中各组分的适宜比例。 一般而言，混凝土的配合比设计可分为质量法和体积法。质量法是使得所配制混凝土 的单方质量为某一常规设定值，如对使用普通集料的混凝土，该设定值为 2450kg/m3；体积法是使得所配制混凝土中各组分在未拌和前的总体积为1m3。 在混凝土所用原材料品质给定的前提下，在混凝土的配合比设计过程中，可改变的参 数有：水胶比、浆集比、砂率、矿物掺合料和减水剂用量等。 在众多的混凝土配合比设计方法中，对高强混凝土(28天抗压强度60-100MPa)， Mehta和Aitcin的高性能混凝土配合比设计方法具有较高的简捷性、准确性和经济 性；对低强度等级的混凝土(28天抗压强度30-60MPa) ，为保证混凝土的耐久性，宜 使得混凝土的水胶比小于0.40，此时，需掺入具有较低早期水化活性的粉煤灰。 但对于超低或超高强度和自密实混凝土，应参照相应的配合比设计方法或文献。

试件成型1天后拆模，然后转移至T=20 ℃,RH>90%的养护室中养护 至测试所需龄期。
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该实验旨在锻炼如何合理地设计混凝土的配合比，以使得它具 有良好的新拌工作性、强度发展历程和抗氯离子渗透性。
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实验2：考察混凝土的新拌工作性
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在混凝土制备的过程中，可变换或调节混凝土的水胶比、浆集 比、砂率、矿物外加剂掺量、减水剂品种和掺量，考察这些因 素对混凝土新拌工作性的影响。 使用坍落度来表征混凝土的稠度，观察混凝土的泌水趋势以反 映其粘聚性。
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实验4：混凝土配合比设计实验
韩建国 清华大学土木水利学院建筑材料研究所
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本次课程概述
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实验目的

掌握混凝土的配合比设计方法 了解各组分对混凝土新拌工作性、强度和耐久性的影响 了解混凝土新拌工作性的评价方法
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实验内容




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实验1：混凝土的配制
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使用实验室可提供的原材料，配制28天抗压强度为40MPa （C30）、70MPa（C60）和90MPa（C80）的混凝土。 对C30、C60和C80混凝土，需成型试件数目和养护制度：

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100*100*100mm的试件12个，用于测定7,14,21和28天抗压强度。 100*100*400mm的试件3个，用于测定28天抗折强度。 100*100*300mm的试件1个，用于测定28天氯离子扩散系数。 拆模和养护：
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影响混凝土强度的因素
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混凝土中包括水泥浆体基体、集料和浆体-集料间的界面过渡区三 相。 对强度较低的混凝土，如28天抗压强度小于60MPa，其中过渡区的 强度是决定混凝土强度的主要因素，因此，可通过降低水胶比和使 用矿物掺合料来增强界面过渡区，从而提高混凝土的强度。 对强度较高的混凝土，除应降低水胶比和使用矿物掺合料增强界面 过渡区外，还要使用自身强度高，且与水泥浆体间有良好协同性的 粗集料如石灰石和玄武岩。
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Hale Waihona Puke Tsinghua University
影响混凝土耐久性的因素
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影响混凝土自身抗开裂能力的因素 影响混凝土抗外界有害物质侵蚀的因素
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混凝土试件抗压和抗折强度的测定
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混凝土抗压强度的测定关键是要确定其加荷速率：

当混凝土的强度等级＜C30时，加荷速率取0.3-0.5MPa/s。 当混凝土的强度等级≥C30且＜C60时，加荷速率取0.5-0.8MPa/s。 当混凝土的强度等级≥C60时，加荷速率取0.8-1.0MPa/s。
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The end
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谢 谢
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影响混凝土自身抗开裂能力的因素
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粗集料用量：粗集料用量增大，混凝土的收缩和徐变量减小。 胶凝材料体系的水化放热历程：使用低水化活性的粉煤灰替代部分水 泥，或使用水泥-粉煤灰-硅灰三元胶凝材料体系，可有效地降低混凝土 的早期水化温升，从而降低温度收缩的量。 体积稳定剂：合理地使用减缩剂和膨胀剂可有效降低混凝土的自收缩和 干燥收缩量。 外界约束：合理地降低混凝土结构的外界约束或设置施工缝可有效地降 低混凝土结构的非预期开裂。 当然，混凝土自身的抗开裂能力取决于多种因素及其相互作用，因此， 在分析混凝土结构的抗开裂能力时，应建立合理的计算模型，从而有效 地分析各因素和它们之间的交互作用对混凝土结构抗开裂能力的影响， 并找出降低混凝土结构开裂风险的措施。

注：如何降低混凝土结构，尤其是成熟过程中的混凝土结构的开裂风险是当 前研究的热点。
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影响混凝土抗外界有害物质侵蚀的因素
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混凝土抗外界有害物质侵蚀的能力取决于其组成材料的品质 和配合比。 例如：通过降低水泥中C3A的含量来提高混凝土的抗硫酸盐能 力；通过降低水泥中的碱含量或使用低活性的集料来降低碱集料反应；通过在混凝土中使用减水剂和矿物掺合料来提高 过渡区的品质而提高混凝土的抗渗透性；通过在混凝土中引 入孔径小于100µm，间距小于200µm的大量均分散气泡来提 高混凝土的抗冻融循环能力。
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混凝土的新拌工作性及其影响因素
稠度：主要依靠用水量和减水剂来调节。 (用坍落度大小来衡量)
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工作性
粘聚性：主要依靠砂率、砂的细度模数及 浆体/骨料的体积比来调节。 (用新拌混凝土的抗离析能力来衡量)
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测定混凝土新拌稠度的设备
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混凝土抗压和抗折强度结果的评定规则

混凝土抗压和抗折强度的测定均应以3个试件作为一组。 以三个试件测定值的算术平均值作为该组试件的强度值 （精确至0.1MPa）。 三个测定值中最大值或最小值如有一个与中间值的差值 超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍弃，取 中间值作为该组试件的测定结果。 如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%， 则该组试件的测定结果无效。
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混凝土抗折强度的测定也应在确定三点或四点施荷方式的基础上，确 定其加荷速率：



当混凝土的强度等级＜C30时，加荷速率取0.02-0.05MPa/s。对 100*100*400的试件，四点加载时，加荷速率为66-167N/s。 当混凝土的强度等级≥C30时，加荷速率取0.05-0.08MPa/s。对 100*100*400的试件，四点加载时，加荷速率为167-267N/s。 当混凝土的强度等级≥C60时，加荷速率取0.08-0.10MPa/s。对 100*100*400的试件，四点加载时，加荷速率为267-333N/s。
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思考题
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陈述自己选择或使用某一种混凝土配合比设计方法的理由。并说明 自己是如何考虑各组分对混凝土新拌工作性、强度、耐久性和经济 性的影响的。 给出自己设计的混凝土配合比，并进行实际的配制。在配制过程 中，记录混凝土的新拌工作性如坍落度和泌水趋势。对成型的试 件，在设定的龄期进行强度测试，到28天或特定龄期时，观察测试 结果是否与自己设计时的期望强度相接近，并计算混凝土的成本。 综合各小组的混凝土配比和强度及氯离子扩散系数的数据，说明对 一种具有特定要求的混凝土，应如何进行混凝土配合比设计。 通过文献调研，综述混凝土配合比设计方法的种类和当前发展状况。