混凝土的体积稳定性
混凝土的体积稳定性
混凝土的体积稳定性混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施领域的重要建筑材料。
然而，混凝土在使用中会受到很多不同的力和应力，导致其体积及变形产生变化，进而影响其强度和耐用性。
因此，混凝土的体积稳定性是一个非常重要的问题，需要我们深入研究。
混凝土的体积稳定性主要指的是混凝土在受到外力作用时，其体积保持不变的能力。
如果混凝土在使用过程中发生体积变化，会对建筑物的结构和功能产生严重的影响，甚至导致建筑物的破坏。
因此，混凝土的体积稳定性是保证建筑物结构安全的关键因素。
混凝土体积的稳定性受到多种因素的影响，其中最主要的因素是水泥胶体的缩胀和混凝土内部孔隙的变化。
水泥胶体缩胀是由于水泥中的水分在反应时会释放出热量，如果没有措施进行保护，则会导致水泥缩胀，从而影响混凝土的体积稳定性。
混凝土中的孔隙也是影响混凝土体积稳定性的重要因素。
混凝土中的大量孔隙会使其体积变化更加明显，从而影响其强度和耐久性。
为了保证混凝土的体积稳定性，我们需要在混凝土的制作和施工过程中采取一些措施。
首先，我们需要选择优质的水泥和骨料，这样可以提高混凝土的密实度，减少孔隙和缩胀。
其次，混凝土的制作需要进行充分的拌和和振捣，以确保混凝土中的各个组成部分充分混合。
同时，我们还需要注意混凝土的密实度，混凝土应该在施工过程中充分压实，以保证其密实度。
此外，我们还需要在混凝土表面涂上透气性好的涂层，使空气能够顺畅被排出，从而减少混凝土表面的开裂和脱落。
除了在制作混凝土时采取一些措施来保证其体积稳定性外，我们还可以在混凝土的使用和维护过程中进行一些措施。
首先，我们需要注意混凝土的水分控制，避免混凝土表面过干或者过湿，以避免混凝土开裂和脱落。
其次，我们需要对混凝土进行定期维护和检查，及时发现和解决混凝土表面的裂纹和缺陷。
总之，混凝土的体积稳定性是保证建筑结构安全和耐久性的关键因素。
我们需要在混凝土的制作和使用过程中采取一些措施，以保证其体积稳定性，避免影响建筑物的结构和功能，从而确保建筑物的长期安全。
混凝土的体积稳定性原理
混凝土的体积稳定性原理混凝土是一种常用的建筑材料，具有高强度、耐久性和可塑性等优点，广泛应用于建筑结构、基础和路面等领域。
混凝土的体积稳定性是指在受到外部荷载作用时，混凝土能够保持其初始体积不发生变化的能力。
本文将从混凝土的组成、材料特性、混凝土结构以及荷载作用等方面，探讨混凝土的体积稳定性原理。
一、混凝土的组成混凝土是由水泥、骨料、砂、水和掺合料等组成的一种复合材料。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，能够将骨料、砂等颗粒粘结为整体；骨料和砂是混凝土的骨架材料，能够承受外部荷载并向水泥胶凝体传递荷载；水是混凝土的溶剂，能够使水泥胶凝体和骨料、砂等颗粒混合均匀；掺合料是混凝土的辅助材料，能够改善混凝土的性能，如增加混凝土的流动性、延缓凝结时间等。
二、材料特性混凝土的材料特性对其体积稳定性有着重要的影响。
以下是混凝土常用材料的特性介绍：1.水泥：水泥的早期强度高，能够促进混凝土的早期凝结，提高混凝土的体积稳定性。
2.骨料：骨料的粒径应越小越好，能够使混凝土的骨架更加紧密，提高混凝土的体积稳定性。
3.砂：砂的粒径应适中，过细或过粗的砂都会降低混凝土的体积稳定性。
4.水：水的用量应控制在合理范围内，过多的水会导致混凝土的收缩，过少的水会导致混凝土的强度不足，影响混凝土的体积稳定性。
5.掺合料：掺合料的种类和用量应根据具体情况确定，不同种类和用量的掺合料会对混凝土的体积稳定性产生不同的影响。
三、混凝土结构混凝土的结构对其体积稳定性也有着重要的影响。
混凝土的结构可以分为胶凝体结构和孔隙结构两部分：1.胶凝体结构：胶凝体结构是由水泥凝结而成的，它的稳定性对混凝土的体积稳定性起着至关重要的作用。
当混凝土受到外部荷载作用时，胶凝体结构能够承担部分荷载，并将其传递给骨料和砂等骨架材料。
2.孔隙结构：孔隙结构是由混凝土中的空隙和气泡组成的。
混凝土中的空隙和气泡会影响混凝土的强度和密度，从而影响其体积稳定性。
孔隙结构中的空隙越小，混凝土的密度越大，体积稳定性越好。
骨料对混凝土的影响
骨料对混凝土的影响骨料对混凝土的影响是混凝土性能的重要方面之一。
骨料是构成混凝土的主要成分之一，直接决定了混凝土的强度、耐久性和工作性能等特性。
下面将从五个方面介绍骨料对混凝土的影响。
1. 强度和耐久性：骨料的种类、粒径和形状对混凝土的强度和耐久性有着直接的影响。
一般来说，粗骨料的使用可以增加混凝土的强度，而细骨料则可以增加混凝土的致密性和耐久性。
同时，采用合适的骨料可以降低混凝土的收缩和开裂倾向，提高混凝土的抗磨损性、抗渗透性和耐久性。
2. 工作性能：骨料的形状、表面状况和粒度分布会影响混凝土的流动性、坍落度和可泵送性等工作性能。
粗砂状的骨料可以增加混凝土的流动性，而圆形的骨料可以提高混凝土的坍落度。
此外，骨料的表面状况会影响骨料与水泥浆液的黏附力，进而影响混凝土的工作性能。
3. 混凝土的体积稳定性：合理选择骨料可以改善混凝土的体积稳定性。
例如，在高温条件下，使用热稳定的骨料可以减少混凝土的热收缩，从而提高混凝土的体积稳定性。
另外，粗骨料的使用可以减少混凝土的干缩倾向，提高混凝土的体积稳定性。
4. 骨料与水泥胶浆的相互作用：骨料和水泥胶浆之间的相互作用对混凝土的性能有着重要影响。
一方面，骨料颗粒表面的覆盖薄膜可以减缓水泥胶浆中的溶解离子的渗透，从而改善混凝土的耐久性。
另一方面，骨料表面的覆盖薄膜可以减少骨料与水泥胶浆的黏着力，从而降低混凝土的黏稠度，提高混凝土的流动性。
5. 粒度分布对混凝土的影响：合理的骨料粒度分布可以改善混凝土的工作性能和强度。
粗骨料的使用可以降低混凝土的收缩倾向，提高混凝土的强度；细骨料的使用可以填充水泥胶浆中的微观孔隙，提高混凝土的密实性。
通过合理控制骨料的粒度分布，可以获得更好的混凝土性能。
总之，骨料是混凝土性能的关键因素之一。
选择合适的骨料类型、粒径和形状，并控制好骨料与水泥胶浆的相互作用以及骨料的粒度分布，可以显著提高混凝土的强度、耐久性、工作性能和体积稳定性等关键性能。
高性能混凝土性能
高性能混凝土性能讲授目录HPC的性能相对于传统混凝土而言当然应当是优异的。
我们分以下几个方面来讨论。
高性能混凝土的工作性高性能混凝土的体积稳定性高性能混凝土的耐久性高性能混凝土的力学问题高性能混凝土的高温性能一、高性能混凝土的工作性高性能混凝土的优良工作性，既包括传统混凝土拌和物工作性中的流动性、黏聚性（抗离析性）和泌水性等方面，又包括现代混凝土为适应泵送、免振等施工要求而要求的大流动性、坍落度保留好等方面。
为使硬化后的混凝土具有较高的强度和密实性，与普通混凝土相比，高性能混凝土中胶凝材料用量可能增大，除水泥外，往往还要加入1-2种矿物外加剂，同时使用高效减水剂，在较低水胶比下获得高流动性，因此拌和物的黏性增大，变形需要一定的时间。
高性能混凝土的流变性仍近似于宾汉姆体。
可以用屈服剪切应力和塑性黏度两个参数来表达其流变性能，而在实际工程中采用变形能力和变形速度来反映高性能混凝土的工作性更为合理。
新拌混凝土的流变学参数用宾汉姆体描述新拌混凝土流变学特性时，屈服值（屈服应力）是最重要的参数。
屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。
坍落度值越小，表明混凝土拌合物的屈服值越大，在较小的应力作用下越不易变形。
影响混凝土屈服值的主要因素有用水量和化学外加剂。
②塑性黏度是反映作用应力与流动速度之间关系的参数。
坍落度大致相同，塑性黏度大，混凝土拌合物流动和变形速度慢。
胶凝材料用量多的混凝土，其塑性黏度有增大的趋向。
特别是使用塑化剂减少单位体积用水量时，黏性较不掺塑化剂且坍落度相同的混凝土拌合物明显增大，造成泵压增大，可泵性变差。
高性能混凝土工作性的测定方法坍落度与坍落流动度V型漏斗试验U形充填性试验装置J-环试验L形流动仪及测试指标试验高掺量粉煤灰HPC的工作性比基准混凝土会有很大程度的改善和提高高掺量粉煤灰HPC选用的粉煤灰一般属优质灰,粒度细、比表面积大、玻璃微珠含量高,能起到分散水泥颗粒絮凝体和对混凝土混合料的润滑作用。
第四章3 混凝土的体积稳定性与耐久性
1、化学收缩 在砼硬化过程中，由于水泥水化产物的体积比反应前物 质的总体积小，从而引起砼的收缩，称为化学收缩。
水 水泥
水泥浆
收缩
水泥水化后，固相体积增加，但水泥—水体系的绝对体积则减小
特点 a、化学收缩是不可恢复的。 b、其收缩量是随砼硬化龄期的延长而增加， 一般在砼成型后40天内增长较快，以后逐渐 趋于稳定。 c、化学收缩值很小，对砼结构没有破坏作用， 但在砼内部可能产生微细裂缝。。
3、抗冻性
1）定义 抗冻性是指砼在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用， 能保持强度和外观完整性的能力。 砼受冻融破坏的原因：由于砼内部孔隙中的水在负温下 结冰后体积膨胀形成的静水压力；当这种压力产生的内 应力超过砼的抗拉强度，砼就会产生裂缝；多次冻融循 环使裂缝不断扩展直至破坏。。
土木工程材料 Civil Engineering Materials
孙家瑛
三、砼的变形性能
砼在荷载作用下产生弹性与非弹性变形，在硬化过 程和干燥或冷却作用下也要产生变形，当变形受约 束时常会引起开裂。 80%以上的开裂都是由于砼变形所引起，只有很小 一部分是由于承载力不足导致。 ——裂缝治理专家 王铁梦
影响砼徐变的因素： a、水灰比：砼的水灰较小或在水中养护时，徐变较小； b、水泥用量：水灰比相同的砼，水泥用量愈多，徐变愈大； c、骨料性质：砼所用骨料的弹性模量较大时，徐变较小； d、荷载：所受应力越大，徐变越大。 砼徐变对钢筋砼构件产生的影响： a、能消除钢筋砼内的应力集中，使应力产生重分布，从而 使结构物中局部集中的应力得到缓和；（有利） b、对于大体积砼而言，能消除一部分由于温度变形产生的 破坏应力； （有利） c、预应力钢筋砼中，徐变将使预应力受到损失。（有害） 徐变引起的工程事故：：
混凝土硬化体积稳定性评定标准
混凝土硬化体积稳定性评定标准一、前言混凝土硬化体积稳定性评定标准是指对混凝土硬化后在不同环境条件下体积变化的评定标准，是混凝土质量的重要指标之一。
本标准制定的目的是为了保证混凝土硬化后的体积稳定性，以确保混凝土的耐久性和使用寿命，同时也是为了保证建筑物的安全性能。
二、术语和定义1. 混凝土硬化体积稳定性：指混凝土在硬化后，在不同环境条件下的体积稳定性。
2. 体积变化率：指混凝土在不同环境条件下，体积的变化量与初始体积的比值，通常以百分数表示。
3. 吸湿膨胀率：指混凝土在吸湿后的体积膨胀量与初始体积的比值。
4. 干缩率：指混凝土在干燥后的体积收缩量与初始体积的比值。
5. 总体积变化率：指混凝土在不同环境条件下，吸湿膨胀率与干缩率之和。
三、评定方法1. 试样制备试样应采用标准方法制备，并在规定的时间内进行养护。
2. 试验条件试验应在相对湿度为50%至80%、温度为20℃±5℃的条件下进行。
试验前应将试样放置在试验室内至少24小时以达到室内湿度与温度的平衡。
3. 试验程序（1）吸湿膨胀试验将试样放置在相对湿度为95%的环境中，测定试样在规定时间内的体积变化率，计算吸湿膨胀率。
（2）干缩试验将试样放置在相对湿度为50%的环境中，测定试样在规定时间内的体积变化率，计算干缩率。
（3）总体积变化试验将试样先进行吸湿膨胀试验，然后将试样放置在相对湿度为50%的环境中，测定试样在规定时间内的体积变化率，计算总体积变化率。
四、评定标准1. 吸湿膨胀率混凝土的吸湿膨胀率应符合以下要求：（1）普通混凝土吸湿膨胀率不应超过0.5%；（2）高性能混凝土吸湿膨胀率不应超过0.3%。
2. 干缩率混凝土的干缩率应符合以下要求：（1）普通混凝土干缩率不应超过0.05%；（2）高性能混凝土干缩率不应超过0.03%。
3. 总体积变化率混凝土的总体积变化率应符合以下要求：（1）普通混凝土总体积变化率不应超过0.5%；（2）高性能混凝土总体积变化率不应超过0.3%。
混凝土体积稳定性分析
混凝土体积稳定性指标主要有线膨胀系数 、收缩系数和 应 力松驰系数 。
收稿 日期 ：２００５—１２—１５
重分布 。
根据混合规律 ，混凝 土的线膨胀系数为 ：
ⅨｐＥｐＶｐ＋ Ⅸ．Ｅ．Ｖ．＋ⅨｒＥｒＶ ｒ
＝ — —Ｌ — — · — · —— · — — — —— — — — — — － — — — —— — — — — 一
国内高性能混凝土在应用 中之所 以存 在开裂严 重 的问 题 ，主要原 因是对高性能 混凝土 内涵认识上存 在的偏 颇 ，有 相 当一部分人往 往将 高强 度混凝土与高性混凝土混为一谈 ； 或单纯强调混凝土在 自由状态下 的密实性 和抗化学 介质渗 透的性能 ，据此推断混凝 土的耐久性 ；或误认 为在普 通混凝 土 四种基本组分（水泥 、水 、细骨料和粗骨 料）基础上 复合高 效减水剂和活性掺 合料 （如硅灰 、粉煤 灰或磨 细矿 渣粉 ）制 成的大流动性混 凝土就一定高性能 。事实上 ，高性能混凝土 必须同时具备 高工作 性 、良好的力学 性能 、低渗透性 和高体 积稳定性。就 目前 的技 术水平 ，通过掺 人超塑化 剂 、活性掺 合料和控制水胶 比制各高工作性 、良好力学性能 和低渗透性 的混凝土已不是什 么秘密 。但对体积稳定性 ，尤其是对混凝 土由于热应 力和收缩 引起 体积变 形往往疏 于重视或 缺少有 效对策 ，导致在实际工作应 用中混凝 土结构开裂 普遍 、渗透
了提 高混凝 土材料抗裂性 能与保持混凝土体积稳定性的具体措 施。
混凝土的体积稳定性
混凝土的体积稳定性混凝土，作为现代建筑中广泛应用的材料，其性能的优劣直接关系到建筑物的质量和耐久性。
在众多性能指标中，体积稳定性是一个至关重要的方面。
所谓混凝土的体积稳定性，简单来说，就是指混凝土在凝结硬化以及使用过程中，其体积保持不变或者变化很小的能力。
这一特性对于混凝土结构的长期稳定性和安全性有着深远的影响。
混凝土体积不稳定可能导致多种问题。
其中最常见的就是裂缝的产生。
当混凝土体积发生收缩或膨胀时，如果这种变化受到约束，内部就会产生应力。
一旦应力超过混凝土的抗拉强度，裂缝就会出现。
这些裂缝不仅会影响结构的外观，更严重的是会降低结构的承载能力、防水性能和耐久性。
例如，在桥梁结构中，裂缝的存在可能导致钢筋锈蚀，进而削弱结构的强度，危及桥梁的安全使用。
影响混凝土体积稳定性的因素众多。
首先是原材料的质量和配合比。
水泥的品种和用量对体积稳定性有着显著影响。
不同类型的水泥，其矿物组成和水化特性不同，导致混凝土的体积变化也有所差异。
例如，某些水泥在水化过程中产生的水化热较大，容易引起混凝土的温度裂缝。
骨料的级配和含泥量也不容忽视。
级配良好的骨料可以使混凝土更加密实，减少孔隙，从而提高体积稳定性。
含泥量过高则会增加混凝土的收缩。
其次，施工过程中的工艺和养护条件也起着关键作用。
搅拌不均匀、振捣不密实会导致混凝土内部存在缺陷，影响其体积稳定性。
养护不当更是常见的问题。
混凝土在凝结硬化过程中需要保持适当的温度和湿度。
如果养护期间缺水，混凝土表面会迅速干燥，而内部的水分仍在继续水化，从而产生不均匀的收缩，导致裂缝的出现。
再者，环境因素也不可小觑。
温度的变化会引起混凝土的热胀冷缩。
在大体积混凝土结构中，由于内部水泥水化产生的热量不易散发，内外温差较大，容易产生温度裂缝。
湿度的变化同样会影响混凝土的体积。
在干燥的环境中，混凝土中的水分会逐渐散失，导致收缩增大。
为了提高混凝土的体积稳定性，我们可以采取一系列的措施。
在原材料方面，选择合适的水泥品种和骨料，优化配合比。
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第 3 章
基础约束
混凝土
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第 3 章
工程实例
(1 ) - Bo t to m tr a n sve r se cr a ckin g (2 ) - Bo t to m lo n g it u d in a l cr a ckin g -T o p tr a n sve r se cr a ckin g (3 ) -F o r m at io n o f t h ro u g h cr a cks -Er o sio n (4 ) -F r ict io n r e d uce d on cr acks -L o a d d ist r ib u t ion lo st b / w t r a n sver se ‘b e a m s’ Tr a f f ic d ire ct ion (5 ) - Pu n ch ing sh ea r f a ilu r e
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第 3 章
抗压强度(MPa) 20 27 40 53 67
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混凝土
EC（GPa） 21 25 30 35 39
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不同等级混凝土弹性模量基本数据：
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2）随时间（混凝土的龄期）会不断增长；
3）弹性模量高时，虽然同样荷载作用下的 变形小；但混凝土的变形受约束时，产生的 应力则越大。
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水泥浆基体
过渡区
骨料
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弹性模量的影响因素：
混凝土
• 混凝土的弹性模量高，即刚度大，意味着在一定荷 载作用下的变形小。
• 混凝土的弹性模量与孔隙率关系密切，因此影响强 度的各种因素，也同样影响它的弹性模量。
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3.7.1 变形的意义和类型
混凝土
变形的类型: • 弹性变形: 外力引起 • 温度变形: 温度差异引起 (混凝土热膨胀系数: （612）X10-6/ 0C • 干燥收缩与徐变 • 自身收缩 • 碳化收缩
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• 混凝土的弹性模量在很大程度上取决于占其主要体 积组分的骨料的弹性模量。
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混凝土
关于混凝土弹性模量的几点说明：
1）不是常数。受许多因素影响，如骨料品种、
用量和混凝土干湿状态等；
第 3 章
弹性模量 • 切线模量 (A,B线) • 割线模量 （C线 )
混凝土
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弹性模量的测定
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变形的意义
混凝土
• 自由收缩或膨胀：材料不受任何约束，自由变形， 材料内不产生应力
收缩前
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收缩后
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混凝土
• 约束变形 — 产生应力土木水利学院
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混凝土
弹性模量的影响因素
试件的潮湿状 态和加荷条件 水泥浆的 弹性模量 过渡区的组 成及孔隙率 骨料的弹 性模量 孔隙率 体积 分数
孔隙率
试验参数
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3.7.2 弹性变形 外力作用产 生的可恢复 的产生变形
混凝土
弹性模量
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混凝土
3.7
混凝土的体积稳定性
3.7.1 变形的意义和类型 3.7.1 弹性行为 3.7.2 温度收缩与热膨胀 3.7.3 干燥收缩与徐变 3.7.4 自身收缩 3.7.5 碳化收缩 3.7.6 延伸性与开裂
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混凝土
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基本结论： 80%以上的开裂都是由于混凝土变形所 引起，只有很小一部分是由于承载力 不足导致。
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混凝土
• 温度变形 — 引起翘曲、开裂
T
T
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常见约束类型：
• 临近结构 • 增强钢筋 • 基础
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钢筋约束
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混凝土
由于70年代美国混凝土桥面板普遍出 现开裂，因此转向使用更高强度的混凝土 ，但是看来这无济于事。根据美国国家公 路合作研究计划1995年的调查表明：10万 多块混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个 月内就出现了间隔1-3米的贯穿性裂缝。