道路工程材料第五章 水泥混凝土課件

第五章水泥混凝土與砂漿5.15.25.35.4水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)混凝土外加劑與摻合料路面水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)5.5砂漿★水泥混凝土的定義水泥、水和粗、細(xì)集料按適當(dāng)比例配合，必要時(shí)摻加適量外加劑、摻合料或其他改性材料拌制成混合料經(jīng)硬化而成的人造石材。水泥集料水外加劑摻合料改性材料膠凝、填充作用骨架、密實(shí)作用資源豐富，就地取材，成本低可滿(mǎn)足不同工程的要求可制成不同形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)與鋼筋具有牢固的粘結(jié)力抗壓強(qiáng)度高，耐久性好★水泥混凝土特點(diǎn)水泥混凝土路面道路類(lèi)型公路城市道路高速公路一級(jí)～四級(jí)公路等外公路鄉(xiāng)村道路快速路主干路次干路支路路面等級(jí)高級(jí)路面次高級(jí)路面低級(jí)路面中級(jí)路面砂石路面穩(wěn)定土類(lèi)瀝青表處、水泥路面等瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面水泥混凝土路面特點(diǎn)強(qiáng)度高、剛度大（承載能力大）穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)自重大、抗拉強(qiáng)度低、韌性低、抗沖擊能力差維修困難和易性：即工作性，易于施工操作并獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。流動(dòng)性：克服內(nèi)摩阻力產(chǎn)生流動(dòng)，均勻密實(shí)地填滿(mǎn)模板的能力搗實(shí)性：易密性粘聚性：粘聚力，不產(chǎn)生分層、離析保水性：不泌水5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)一、混凝土拌合物的施工和易性1.混凝土拌合物施工和易性的概念水泥、水與粗細(xì)集料攪拌后得到的混合物，即尚未凝結(jié)硬化的水泥混凝土稱(chēng)為混凝土拌合物。5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)一、混凝土拌合物的施工和易性2.施工和易性的測(cè)定方法——流動(dòng)性坍落度試驗(yàn)VB稠度試驗(yàn)5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)一、混凝土拌合物的施工和易性4.混凝土拌合物和易性分級(jí)按坍落度分級(jí)按VB稠度分級(jí)級(jí)別名稱(chēng)坍落度值(mm)允許偏差(mm)級(jí)別名稱(chēng)VB稠度值(s)允許偏差(mm)T1低塑性混凝土10~40±10V0超干硬型混凝土T2塑性混凝土50~90±20V1特干硬型混凝土30~21±6T3流動(dòng)性混凝土100~150±30V2干硬型混凝土20~11±4T4大流動(dòng)性混凝土≥160±30V3半干硬型混凝土10~5±3≥315.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)⑴立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu（單軸）①立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k②強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定，表示方法：“C”+fcu,kC7.5,C10,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60如：C25表示混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k=25MPa。⑵混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）fcp—鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)⑶混凝土的抗折強(qiáng)度f(wàn)cf——道路路面結(jié)構(gòu)⑷混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度f(wàn)ts——確定fts～fcf二、硬化混凝土的強(qiáng)度特征2.混凝土的強(qiáng)度5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)二、硬化混凝土的強(qiáng)度特征4.混凝土強(qiáng)度的質(zhì)量評(píng)定評(píng)定方法已知標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)方法未知標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)方法非統(tǒng)計(jì)方法三組試件一個(gè)驗(yàn)收批次。不小于10組試件一個(gè)驗(yàn)收批次。5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)二、硬化混凝土的強(qiáng)度特征4.混凝土強(qiáng)度的質(zhì)量評(píng)定混凝土質(zhì)量水平的評(píng)定統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（σ0）及試件強(qiáng)度不低于要求強(qiáng)度等級(jí)的百分率P進(jìn)行評(píng)定。5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)三、硬化混凝土的變形特征彈性變形徐變變形溫度變形干縮變形硬化混凝土變形特征5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)四、硬化混凝土的耐久性混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用而保持其形狀、質(zhì)量和適用性的能力?；炷恋哪途眯钥?jié)B性抗凍性抗化學(xué)侵蝕性耐磨性堿-集料反應(yīng)5.1水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)★耐久性小結(jié)

混凝土的耐久性在很大程度上與其密實(shí)度有關(guān)混凝土的密實(shí)度主要取決于水灰比和水泥用量現(xiàn)行國(guó)標(biāo)中規(guī)定了混凝土的最大水灰比和最小水泥用量5.2普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)一、普通水泥混凝土組成材料的技術(shù)要求4.拌合水5.外加劑與摻合料

外加劑是在混凝土拌和前或拌合時(shí)摻入、摻量不大于水泥質(zhì)量5%（特殊情況下除外），并能按照某些要求改善混凝土性能的物質(zhì)。摻合料用于改善水泥拌合物的施工和易性、降低混凝土水化熱、調(diào)節(jié)凝結(jié)試件等?！锝M成設(shè)計(jì)內(nèi)容確定原材料：明確強(qiáng)度、和易性、耐久性要求配合比設(shè)計(jì)：確定各組成材料用量★混凝土配合比的常用表示方法以1m3混凝土中各種材料的質(zhì)量表示水泥330kg，水185kg，砂598kg，石子1281kg以水泥質(zhì)量為1表示其它各項(xiàng)材料用量的相對(duì)關(guān)系表示水泥：砂：石子＝1：1.81：3.88；水灰比＝0.56★水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要步驟

初步配合比→基準(zhǔn)配合比→設(shè)計(jì)配合比→施工配合比5.2普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)二、普通水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)5.2普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)2.混凝土初步配合比設(shè)計(jì)步驟⑴按設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算混凝土的配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0⑵按配制強(qiáng)度計(jì)算出相應(yīng)的水灰比W/C，并進(jìn)行耐久性校核⑶查表5-14選定1m3中混凝土的單位用水量mw0⑷計(jì)算1m3中混凝土的水泥用量，并進(jìn)行耐久性校核表5-12⑸查表5-15確定砂率S⑹計(jì)算粗集料和細(xì)集料的用量：絕對(duì)體積法或表觀密度法

★得出混凝土的初步配合比為：水泥：水：砂：石子＝mc0：mw0：ms0：mg0二、普通水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)圖5-21水泥混凝土體積組成示意圖絕對(duì)體積法——方程組： 表觀密度法——方程組：砂率的確定方法(教材P191表5-15)★依據(jù)：粗集料品種、最大粒徑及水灰比坍落度在10～60mm范圍混凝土砂率，可根據(jù)按表5-15選用坍落度≥100mm的混凝土砂率，應(yīng)在表5-15的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以調(diào)整坍落度＜10mm或在60～100mm內(nèi)的混凝土及摻用外加劑和摻合料的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定3.混凝土配合比的試配、調(diào)整與確定1)基準(zhǔn)配合比——檢查混凝土拌合物的施工和易性配合比調(diào)整：保持水灰比不變，相應(yīng)調(diào)整用水量或砂率2)設(shè)計(jì)配合比(1)確定水灰比與強(qiáng)度的關(guān)系28d強(qiáng)度檢驗(yàn)：基準(zhǔn)配合比用水灰比W/C，W/C±0.05（0.03）試拌混合料的和易性檢測(cè)符合要求(2)設(shè)計(jì)配合比的確定強(qiáng)度試驗(yàn)由配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0→灰水比C/W設(shè)計(jì)配合比：用水量mw、水泥用量mc、粗細(xì)集料用量mg和ms(3)混凝土組成材料用量的調(diào)整表觀密度計(jì)算值c,c＝mc＋mw＋ms＋mg表觀密度實(shí)測(cè)值c,t

設(shè)計(jì)配合比：水泥：水：砂：石子＝mc：mw：ms：mg5.2普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)二、普通水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)4.施工配合比水泥：mc=mc0砂：

ms=ms×（1+Ws%）碎石：mg=mg×（1+Wg%）水：

mw=mw－（ms×Ws%＋mg×Wg）

5.2普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)二、普通水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)圖5-2坍落度測(cè)試示意圖測(cè)定混合料流動(dòng)性，并通過(guò)目測(cè)檢查混合料的粘聚性及保水性。①方法：②測(cè)定單位：mm③適用范圍：集料dmax≯31.5mm坍落度≮10mm④結(jié)果評(píng)定：坍落度越大，流動(dòng)性越大⑤粘聚性、保水性的測(cè)試坍落度試驗(yàn)圖5-3V.B稠度儀示意圖①測(cè)試方法：漿混凝土拌合物裝于VB稠度試驗(yàn)儀的容器中，把透明盤(pán)轉(zhuǎn)至混凝土試樣頂部，開(kāi)啟振動(dòng)臺(tái)，計(jì)時(shí)至透明圓盤(pán)被水凝漿布滿(mǎn)的瞬間停止。②單位：V.B稠度值，以s計(jì)③適用范圍：dmax≯31.5mmV.B稠度值=5～30s④結(jié)果評(píng)定：VB稠度越大，流動(dòng)性越小。VB稠度試驗(yàn)圖5-4-1砂率與坍落度的關(guān)系曲線(xiàn)圖5-4-2水泥用量與砂率的關(guān)系最優(yōu)砂率在相同水泥量下，混合料工作性最好的砂率滿(mǎn)足工作性要求條件下，水泥漿用量最小的砂率

圖5-5坍落度與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)圖5-6坍落度與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)

（相同時(shí)間）（相同溫度）

正態(tài)分布曲線(xiàn)平均值標(biāo)準(zhǔn)差σ變異系數(shù)Cv＝標(biāo)準(zhǔn)差σ反映施工質(zhì)量水平，σ越大，施工質(zhì)量越不穩(wěn)定。變異系數(shù)反映混凝土質(zhì)量，越小，質(zhì)量水平越高。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)方法制成邊長(zhǎng)150mm立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d，用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定其受壓極限破壞荷載，MPa立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)方法制成變長(zhǎng)150mm立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d，用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定抗壓強(qiáng)度總體分布的平均值減去1.645倍的標(biāo)準(zhǔn)差。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率不低于95%。抗折強(qiáng)度測(cè)試示意圖目的：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（確定路面板厚）混凝土質(zhì)量控制150mm×150mm×550mm直角棱柱小梁，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)28d，三分點(diǎn)加荷方式。劈裂抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/10~1/20，并隨著抗壓強(qiáng)度的增加而減小。采用劈裂抗拉試驗(yàn)間接求混凝土的抗拉強(qiáng)度。150mm立方體試件，墊條施壓。壓應(yīng)力拉應(yīng)力劈裂抗拉強(qiáng)度石灰?guī)r、花崗巖、碎石混凝土為：fts=1.868×fcf

0.871玄武巖碎石混凝土為：fts=3.035×fcf

0.423劈裂抗拉強(qiáng)度約為軸心抗拉強(qiáng)度的0.9倍，與彎拉強(qiáng)度有關(guān)。

水泥混凝土受力破壞示意圖集料與水泥粘結(jié)界面的破壞水泥石的破壞集料的破壞水泥混凝土強(qiáng)度取決于：水泥石的強(qiáng)度水泥石與集料界面的粘結(jié)強(qiáng)度①水泥強(qiáng)度等級(jí)與水灰比試驗(yàn)條件及水灰比相同——水泥強(qiáng)度↑，水泥石強(qiáng)度↑，混凝土的強(qiáng)度↑。水泥品種一定——水灰比↑，混凝土強(qiáng)度↓。水泥混凝土強(qiáng)度的主要因素分析——組成材料的影響水灰比公式：抗壓強(qiáng)度：fcu,28＝acfce（C/W－ab）抗折強(qiáng)度：fcf,28＝ac＋adfcef＋aeC/W水灰比定則：fce↑fcu↑；C/W↑fcu↑→W/C↑fcu↓②

集料特性集料的顆粒形狀、表面特征、表面的潔凈程度影響到集料與水泥漿界面的粘結(jié)強(qiáng)度。

水泥強(qiáng)度及水灰比相同的條件下，碎石比礫石混凝土強(qiáng)度高W/C＜0.4時(shí)，碎石混凝土強(qiáng)度比礫石混凝土強(qiáng)度高38％左右W/C↑，二者差距逐漸縮小W/C≥0.65時(shí)，二者差距已不明顯集料數(shù)量：在水灰比一定的條件下，集灰比↑強(qiáng)度↑水泥混凝土強(qiáng)度的主要因素分析——組成材料的影響水泥混凝土強(qiáng)度的主要因素分析——養(yǎng)護(hù)條件的影響混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)溫度的關(guān)系養(yǎng)護(hù)溫度高，混凝土早期強(qiáng)度高，但后期強(qiáng)度增進(jìn)率小。養(yǎng)護(hù)溫度低，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度提高。溫度過(guò)低或冰點(diǎn)以下，混凝土強(qiáng)度不發(fā)展。濕度條件對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響1－空氣中養(yǎng)護(hù)2－九個(gè)月后水中養(yǎng)護(hù)3－三個(gè)月后水中養(yǎng)護(hù)4－標(biāo)準(zhǔn)濕度下養(yǎng)護(hù)水泥混凝土強(qiáng)度的主要因素分析——養(yǎng)護(hù)條件的影響濕度不足，水化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，影響混凝土的強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度與齡期的關(guān)系強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)，早期快，后期慢①對(duì)數(shù)公式：f28=f

n(n＞3d齡期)②斯拉特公式：f28=f7+k水泥混凝土強(qiáng)度的主要因素分析——齡期影響混凝土彈性模量分類(lèi)初始切線(xiàn)彈性模量(0)割線(xiàn)彈性模量(1)切線(xiàn)彈性模量(2)應(yīng)變應(yīng)力OCC’AA’ε殘ε彈混凝土應(yīng)力-應(yīng)變特征示意圖混凝土的變形特性——彈性變形靜力抗壓彈性模量影響因素：粗集料的彈性模量、混凝土強(qiáng)度混凝土的徐變和恢復(fù)曲線(xiàn)變形特征：彈性變形→徐變變形→瞬間恢復(fù)的變形→徐變恢復(fù)→永久變形（也稱(chēng)殘余變形）持續(xù)荷載作用下的變形特征混凝土變形特性——徐變變形影響因素：水泥石的徐變變形引起混凝土變形特性——溫度變形原理：熱脹冷縮，溫度膨脹系數(shù)（10~14）×10-6/℃影響：溫度變形不利于大體積混凝土工程、溫差較大季節(jié)施工。改善措施：采用低熱水泥、施工時(shí)人工降溫，外表保溫，設(shè)置各類(lèi)接縫混凝土的干濕變形混凝土變形特性——干縮變形干燥環(huán)境中，混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)引起體積變化，干縮。濕脹值《干縮值干縮應(yīng)變極限值(50~90)×10-5，干縮系數(shù)0.5~0.9mm/m影響因素：水泥石的干縮→水泥品種、單位用水量；集料；施工、養(yǎng)護(hù)條件?！乐勾胧合拗扑嘤昧壳冶ＷC一定的集料用量，減少水灰比，充分搗實(shí)、早期養(yǎng)護(hù)混凝土的耐久性——抗?jié)B性混凝土的抗?jié)B性：混凝土對(duì)液體或氣體滲透的抵抗能力。影響因素：混凝土的密實(shí)度（孔隙率）及孔隙結(jié)構(gòu)特征。改善措施：降低水灰比（采用減水劑）以減少混凝土內(nèi)部毛細(xì)管通道。防止由于離析、泌水導(dǎo)致在混凝土內(nèi)形成空隙。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)及防止出現(xiàn)施工缺陷。抗?jié)B性的表示——抗?jié)B標(biāo)號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，規(guī)定方法測(cè)試其承受的最大水壓力。六等級(jí)——S2、S4、S6、S8、S10、S12混凝土的耐久性——抗凍性混凝土的抗凍性：混凝土抵抗凍融循環(huán)作用的能力。影響因素：混凝土的密實(shí)度（孔隙率）及孔隙結(jié)構(gòu)特征。改善措施：摻加引氣劑，在混凝土中形成均勻分布的不連通微孔抗凍性的表示——抗凍標(biāo)號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，吸水飽和后，-15~-20，15~20溫度下反復(fù)凍融，滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度下降不超過(guò)25%，質(zhì)量損失不超過(guò)5%時(shí)的最大凍融循環(huán)次數(shù)。九等級(jí)——D10、D15、D25、D50、D100、D150、

D200、

D250、D300混凝土的耐久性——抗化學(xué)侵蝕性影響因素：混凝土的密實(shí)度（孔隙率）及孔隙結(jié)構(gòu)特征。改善措施：降低水灰比（采用減水劑）以減少混凝土內(nèi)部毛細(xì)管通道。防止由于離析、泌水導(dǎo)致在混凝土內(nèi)形成空隙。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)及防止出現(xiàn)施工缺陷。摻加引氣劑，在混凝土中形成均勻分布的不連通微孔侵蝕機(jī)理：同泥石的侵蝕?；炷恋哪途眯浴獕A－集料反應(yīng)堿集料反應(yīng)條件：●水泥中的堿（Na2O和K2O）含量較高●集料中含有堿活性物質(zhì)：SiO2和Al2O3等●水兩種類(lèi)型的堿－集料反應(yīng)：①堿—硅反應(yīng)：水化物為堿硅酸凝膠，體積增大近3倍②堿—碳酸鹽反應(yīng)：生成物由白云石→水鎂石，體積增大近1.5倍。5.3混凝土外加劑與摻合料一、混凝土外加劑1.外加劑類(lèi)型1)按其主要功能分類(lèi)（表5-16）2)按化學(xué)成分分類(lèi)無(wú)機(jī)化合物——早強(qiáng)劑CaCl2和Na2SO4等，主要是無(wú)機(jī)電解質(zhì)鹽類(lèi)有機(jī)化合物——表面活性劑類(lèi)和某些有機(jī)化合物及復(fù)鹽表面活性現(xiàn)象分子組成特點(diǎn)親油端（憎水基）、親水端（親水基）離子型：陽(yáng)離子型陰離子型非離子型圖5-18表面活性現(xiàn)象圖5-19表面活性分子模型5.3混凝土外加劑與摻合料一、混凝土外加劑2.常用混凝土外加劑混凝土外加劑減水劑引氣劑混凝劑早強(qiáng)劑常用混凝土外加