第四章 普通水泥混凝土-jiang

《道路建筑材料》

第二篇無機(jī)混合料

第四章普通水泥混凝土

長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院

主要內(nèi)容第一節(jié)水泥混凝土的組成及特點(diǎn)4.1第二節(jié)水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2第三節(jié)普通水泥混凝土組成設(shè)計(jì)4.3第四節(jié)道路混凝土組成設(shè)計(jì)4.4第五節(jié)混凝土外加劑及摻合料4.5水泥混凝土的發(fā)展歷程1824年，John,Aspdin,發(fā)明波特蘭水泥1850年，

Lambot(France)，鋼筋混凝土1880年，鋼筋混凝土設(shè)計(jì)方法發(fā)表1918年，水灰比理論問世1928年，預(yù)應(yīng)力混凝土問世1824年1850年1880年1918年1928年4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)水泥混凝土的組成組成：水泥+砂+石+水+外加劑等

攪拌,成型,養(yǎng)護(hù)摻合料

水

水泥外加劑細(xì)集料

水泥混凝土粗集料改性材料水泥混凝土的定義與分類（1）定義以水泥和水組成的水泥漿體為粘結(jié)介質(zhì)，將分散某間不同粒徑的粗細(xì)集料膠結(jié)起來，在一定的條件下硬化成為具有一定力學(xué)性能的一種人工石材。4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)水泥混凝土的定義與分類（1）定義以水泥和水組成的水泥漿體為粘結(jié)介質(zhì)，將分散某間不同粒徑的粗細(xì)集料膠結(jié)起來，在一定的條件下硬化成為具有一定力學(xué)性能的一種人工石材。分散相:粗、細(xì)集料,起骨架作用

分散介質(zhì):水泥漿

4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)后期：黏結(jié)填充作用早期：潤(rùn)滑作用分散體系外加劑：起改善性能作用（減水、緩凝、早強(qiáng)等）水泥混凝土的定義與分類（2）分類低強(qiáng)混凝土:28d抗壓強(qiáng)度<20MPa中強(qiáng)混凝土:28d抗壓強(qiáng)度=20～50MPa高強(qiáng)混凝土:28d抗壓強(qiáng)度>50MPa道路混凝土、大壩混凝土、結(jié)構(gòu)混凝土4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)普通混凝土:2350～2500kg/m3（道路）輕混凝土:1900kg/m3（大跨徑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物)重混凝土:2500～3200kg/m3（屏蔽輻射）按流動(dòng)性按表觀密度按強(qiáng)度塑性混凝土:低流動(dòng)性混凝土:干硬性混凝土:按用途4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)水泥混凝土的特點(diǎn)特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單,適用性強(qiáng),可澆注成不同形狀的整體結(jié)構(gòu)或預(yù)制構(gòu)件用途最為廣泛的人造材料成本低廉節(jié)省能源有利于生態(tài)保護(hù)表觀簡(jiǎn)單，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非靜態(tài),非均質(zhì)concretus—生長(zhǎng)（拉丁文）使用前需現(xiàn)場(chǎng)拌制（施工工藝影響大）4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)水泥混凝土的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 料源廣泛,經(jīng)濟(jì)性好 強(qiáng)度高,耐久性好, 工藝簡(jiǎn)單,適用性強(qiáng) 易于鋼材配合使用缺點(diǎn)：自重大剛度大，變形小易出現(xiàn)收縮,開裂破損修復(fù)難度大

4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)4.1水泥混凝土的組成及特點(diǎn)水泥混凝土的三個(gè)階段4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)施工階段----工作性(和易性)凝結(jié)硬化階段----力學(xué)性質(zhì)使用階段----耐久性4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性混凝土拌合物便于施工操作，能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)均勻、成型密實(shí)的性能又稱工作性

workability實(shí)質(zhì)是易于進(jìn)行，減少離析保證施工質(zhì)量運(yùn)輸澆筑搗實(shí)表面處理離析密實(shí)4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性和易性

保水性

振實(shí)性

流動(dòng)性

粘聚性

好

好

易密實(shí)成型易結(jié)構(gòu)均勻

在自重或機(jī)械振動(dòng)密實(shí)作用下能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)亓鲃?dòng)并均勻密實(shí)地填滿模板的性能易于振搗密實(shí)、排出所有被挾帶空氣的性質(zhì)具有一定的保水能力，不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象組成材料之間有一定的粘聚力，不致產(chǎn)生分層和離析目前，國(guó)際上尚無一種能全面表征上述工作性的測(cè)定方法主要有①主觀評(píng)定②坍落度③壓入度試驗(yàn)④流動(dòng)度試驗(yàn)⑤重塑性試驗(yàn)⑥貫入度試驗(yàn)⑦攪拌機(jī)試驗(yàn)⑧其他方法我國(guó)規(guī)范現(xiàn)推薦：坍落度和維勃稠度試驗(yàn)4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1施工和易性——測(cè)試方法4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)

4.2.1施工和易性——測(cè)試方法測(cè)試方法①坍落度試驗(yàn)（美Chapman）坍落度筒測(cè)定：自重作用下的變形值——坍落度（單位mm）目測(cè)：粘聚性、保水性、棍度、含砂情況等

適用：集料最大粒徑不大于31.5mm坍落度值>=10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。分3次裝填，每層插搗25次，刮平垂直提取坍落度桶，置于一側(cè)4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)

4.2.1施工和易性——測(cè)試方法測(cè)試方法①坍落度試驗(yàn)（美Chapman）優(yōu)點(diǎn)：評(píng)價(jià)指標(biāo)直觀塌落度大,流動(dòng)性大測(cè)試方法簡(jiǎn)單可用于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制使用歷史悠久已得到工程界廣泛認(rèn)可適用于富含水泥漿的水泥混凝土缺點(diǎn)：坍落度僅能表征流動(dòng)性可能發(fā)生沿一斜面下滑甚至崩潰僅對(duì)富含水泥漿的混凝土較敏感，干硬混凝土坍落度=0坍落度不是滿意的工作性指標(biāo)4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)②

VB稠度試驗(yàn)（瑞典V.Bahrner）

維勃稠度儀測(cè)試方法4.2.1施工和易性——測(cè)試方法坍落度桶置于圓筒中，并安放在振動(dòng)臺(tái)上

拔出坍落度筒并在混凝土頂上置一透明圓盤開動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，直至水泥漿布滿圓盤記錄時(shí)間(s)適用：集料最大粒徑不大于31.5mm坍落度值<10mm的干硬性混凝土（維勃值≈5~30s）思考：VB值越大，表示流動(dòng)性越差/越好？③密實(shí)因素試驗(yàn)（英國(guó)人提出）Cf＝ρ1/ρ；ρ－圓柱筒中完全密實(shí)的混凝土密度

Cf↑，流動(dòng)性愈好一般，Cf＝0.8～0.92，對(duì)混凝土做一定功后，測(cè)定密實(shí)程度，先將混凝土裝滿料斗1，打開底門，落入2，再打開2的底門，混凝土落入3，刮平后，確定3中的混凝土密度ρ1。搗實(shí)系數(shù)儀123測(cè)試方法4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1施工和易性——測(cè)試方法④沉球試驗(yàn)(貫入式試驗(yàn)的一種）

非常簡(jiǎn)便、快速，能在手推車、敞篷卡車中進(jìn)行。用d＝152mm，G＝13.6kg的半球體，置于混凝土的表面上，在自重作用下沉入混凝土中，以沉入深度來評(píng)價(jià)混凝土的稠度。凱利球4.2.1施工和易性——測(cè)試方法4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)測(cè)試方法⑤重塑性的試驗(yàn)

以改變混凝土試樣的形狀所作的功來評(píng)價(jià)工作性能，把坍落度筒放在一個(gè)D=305mm,h=203mm的圓柱筒內(nèi)，固定在跳桌上，跳桌落差為6.3mm，按標(biāo)準(zhǔn)方法將坍落度筒裝滿混凝土后，并脫去，一個(gè)1.9kg的圓盤置于混凝土頂部，跳桌以1次/s的頻率跳動(dòng)直到圓盤到達(dá)離圓柱筒底81mm時(shí)為止，跳桌的次數(shù)即為重塑性。測(cè)混凝土在顛簸或持續(xù)振動(dòng)下流動(dòng)的性能，并提供利息趨勢(shì)或稠度指標(biāo)。將堆成一定形狀的混凝土置于跳桌上，經(jīng)跳動(dòng)一定的次數(shù)后，測(cè)定混凝土的擴(kuò)展程度，用以鑒定混凝土的流動(dòng)度及離析程度。⑥流動(dòng)度試驗(yàn)4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1施工和易性——測(cè)試方法測(cè)試方法⑦結(jié)論

所有的試驗(yàn)都是經(jīng)驗(yàn)性的，并不能用任何基本方法來測(cè)定混凝土的流動(dòng)性。沒有一個(gè)試驗(yàn)適用于所有混凝土，工作性不同的混凝土可能得到相同的數(shù)值。以上試驗(yàn)可作為一種質(zhì)量控制手段。4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1施工和易性——測(cè)試方法測(cè)試方法4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)水泥及集料內(nèi)因和易性影響因素單位用水量水灰比砂率外加劑環(huán)境因素時(shí)間因素外因4.2.1施工和易性——影響因素4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)W/C，水泥漿稠度，流動(dòng)性W/C過小，在一定的施工條件下就不能保證混凝土的密實(shí)成型W/C，水泥漿稠度，流動(dòng)性可能會(huì)引起粘聚性和保水性不良。水灰比(W/C)=mw

mc

4.2.1施工和易性——影響因素4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)單位用水量

水泥漿的數(shù)量單位用水量，流動(dòng)性單位用水量4.2.1施工和易性——影響因素W/C一定，單位用水量過小，粘聚性較差，易發(fā)生離析和崩坍，且不易成型密實(shí)4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)W/C一定，單位用水量過多，流動(dòng)性增加，會(huì)出現(xiàn)泌水、分層或流漿現(xiàn)象，產(chǎn)生離析W/C一定，單位用水量過多，容易產(chǎn)生收縮裂縫，嚴(yán)重降低強(qiáng)度和耐久性。W/C一定，單位用水量過多，水泥用量過大，降低混凝土經(jīng)濟(jì)性。單位用水量過多存在問題單位用水量

“固定用水量定則”4.2.1施工和易性——影響因素4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)在一定范圍內(nèi)，隨砂率的增加潤(rùn)滑作用越明顯，流動(dòng)性增大；砂率4.2.1施工和易性——影響因素砂率過小，會(huì)降低粘聚性和保水性，產(chǎn)生離析和流漿另外，砂率增大，集料的總表面積增大，需要水分增多，用水量一定時(shí)，流動(dòng)性反而降低砂率

坍落度

4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)合理砂率：在水泥漿數(shù)量一定的條件下，流動(dòng)性最大，且粘聚性和保水性良好時(shí)的砂率；Or,

在流動(dòng)性、強(qiáng)度一定，粘聚性良好時(shí)，水泥用量最小的砂率。砂率4.2.1施工和易性——影響因素第2節(jié)水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)品種細(xì)度礦物組成混合材摻量標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量水泥不同，需水量不同

因?yàn)椴煌贩N的水泥達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量不同例：普通混凝土比礦渣和火山灰混凝土工作性好。礦渣混凝土流動(dòng)性雖大，但粘聚性差，易離析，火山灰流動(dòng)性小，但粘聚性好。4.2.1施工和易性——影響因素4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)不同品種水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量不同，給定用水量時(shí)配制成的混凝土流動(dòng)性也就不同。水泥細(xì)度，流動(dòng)性，這種影響對(duì)水泥用量較高的拌合物尤為明顯較細(xì)的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性，減輕離析和泌水等現(xiàn)象。水泥品種和細(xì)度4.2.1施工和易性——影響因素4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)dmax，比表面積，需要更多的水泥漿來潤(rùn)滑，∴坍落度，工作性好。粗糙、多棱角性，坍落度針片狀含量、圓形顆粒，混凝土流動(dòng)性較大，粘聚性和保水性較好級(jí)配良好，空隙小，工作性好吸水性大，工作性差集料的性質(zhì)4.2.1施工和易性——影響因素dmax：形狀：級(jí)配：吸水性:4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)少量的外加劑可以在不改變用水量和水泥用量的情況下，有效地改善工作性，同時(shí)提高強(qiáng)度和耐久性。改善混凝土拌合物和易性的主要外加劑是減水劑和引氣劑。外加劑4.2.1施工和易性——影響因素?fù)酵饧觿┑幕炷?/p>

4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)環(huán)境因素4.2.1施工和易性——影響因素溫度

濕度

風(fēng)速

溫度，水化速度，水分蒸發(fā)坍落度

水分蒸發(fā)夏季施工時(shí)，應(yīng)采取措施減少混凝土拌合物流動(dòng)性的損失。

4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)攪拌時(shí)間不足，和易性就差，質(zhì)量也不均勻坍落度損失：攪拌后，坍落度隨時(shí)間逐漸減小

時(shí)間因素4.2.1施工和易性——影響因素時(shí)間

坍落度

坍落度損失的原因：一部分水分被集料吸收一部分水分蒸發(fā)一部分水分隨水泥水化反應(yīng)變成水化產(chǎn)物結(jié)合水4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)

4.2.1施工和易性——和易性分級(jí)與選擇對(duì)于滑模攤鋪機(jī)施工的碎石混凝土最佳工作坍落度為25～50mm；卵石混凝土最佳工作坍落度為20～40mm。4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)項(xiàng)次結(jié)構(gòu)種類坍落度（mm）1橋涵基礎(chǔ)、墩臺(tái)、擋土墻及大型制塊等便于灌注搗實(shí)的結(jié)構(gòu)0～202上列橋涵墩臺(tái)等工程中不便施工處10～303普通配筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如鋼筋混凝土板、梁、柱等30～504鋼筋較密、斷面較小的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（梁、柱、墻等）50～705鋼筋配置特密、斷面高而狹小、極不便灌注搗實(shí)的特殊結(jié)構(gòu)部位70～90注：1.使用高頻振搗器時(shí)，其混凝土坍落度可適當(dāng)減?。?.本表系不采用機(jī)械搗器的坍落度，采用人工搗器時(shí)可適當(dāng)放大；3.曲面或斜面結(jié)構(gòu)的混凝土，其坍落度應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要另行選定；4.需要配置大坍落度混凝土?xí)r，應(yīng)摻和外加劑；5.輕集料混凝土的坍落度，應(yīng)比表中數(shù)值小10～20mm；4.2.1施工和易性——和易性選擇（橋涵）4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.1施工和易性——改善措施采用合理砂率改善砂石的級(jí)配摻外加劑或摻合料提高振搗效能在水灰比不變的條件下，適當(dāng)增加水泥漿的用量，可增大拌合物的流動(dòng)性；在砂率不變的條件下，適當(dāng)增加砂石的用量，可減小拌合物的流動(dòng)性根據(jù)環(huán)境條件，注意坍落度的現(xiàn)場(chǎng)控制4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)水泥混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)

抗凍也與混凝土耐磨密切相關(guān)抗蝕4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)

變形強(qiáng)度劈裂抗拉強(qiáng)度

軸心抗壓強(qiáng)度

立方體抗壓強(qiáng)度抗彎拉強(qiáng)度

干縮變形

徐變變形

彈性變形溫度變形

4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)強(qiáng)度分布特征強(qiáng)度保證率：大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)（fcu,k）的概率P

(圖中陰影部分的面積)4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)正態(tài)分布

t與保證率有關(guān)P=95%，t=-1.645P=90%，t=-1.284.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)立方體抗壓強(qiáng)度4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸：邊長(zhǎng)150mm的立方體試件

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件溫度：20±2℃相對(duì)濕度：95％養(yǎng)護(hù)時(shí)間：28d齡期4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)立方體抗壓強(qiáng)度——混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；

F——抗壓試驗(yàn)中的極限破壞荷載，N；

A——試件的承載面積,mm2。4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)以三個(gè)試件為一組，取三個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值作為該組試件的立方體抗壓強(qiáng)度代表值，精確至0.1MPa。

——強(qiáng)度總體分布的平均值，MPa；——強(qiáng)度總體分布的標(biāo)準(zhǔn)差，MPa；——與保證率95%對(duì)應(yīng)的保證率系數(shù)值；4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)表示28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定的抗壓強(qiáng)度總體分布中的一個(gè)值強(qiáng)度低于該值的概率<5%4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)立方體抗壓強(qiáng)度等級(jí)4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)12個(gè)等級(jí)：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。強(qiáng)度等級(jí)：用“C”+“”表示C20“20”代表fcu,k>=20.0MPa；

“C”代表混凝土

——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，MPa；

F——抗壓試驗(yàn)中的極限破壞荷載，N；

A——試件的承載面積,mm2。4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)軸心抗壓強(qiáng)度4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)計(jì)算軸心受壓構(gòu)件，均以軸心抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)（多用于高/寬>2的構(gòu)件）。采用150mm×150mm×300mm的棱柱體0.7~0.84.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)抗彎拉強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)在道路和機(jī)場(chǎng)工程中，將抗彎拉強(qiáng)度作為重要指標(biāo)。采用150mm×150mm×550mm的梁形試件，標(biāo)養(yǎng)28d，3分點(diǎn)加載FfhbL4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)劈裂抗拉強(qiáng)度

4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)∵①直接抗拉試驗(yàn)試件在夾具附近易產(chǎn)生局部破壞，且易受到彎折作用，結(jié)果波動(dòng)較大； ②軸心抗拉設(shè)備困難，不易實(shí)現(xiàn)∴采用劈裂抗拉試驗(yàn)法間接求出混凝土的抗拉強(qiáng)度。

邊長(zhǎng)150mm的立方體試件標(biāo)養(yǎng)28d通過墊條加載受拉受壓4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)影響強(qiáng)度的主要因素混凝土受力破壞模式圖4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)I集料與水泥的粘結(jié)界面破壞II集料本身的破壞III水泥石的破壞4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)影響強(qiáng)度的主要因素4.2.2硬化后水泥混凝土的力學(xué)性質(zhì)∴混凝土的強(qiáng)度取決于界面粘結(jié)強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度集料強(qiáng)度水泥強(qiáng)度內(nèi)因強(qiáng)度影響因素水灰比集料特性水泥漿用量養(yǎng)護(hù)條件齡期外因施工質(zhì)量養(yǎng)護(hù)溫度養(yǎng)護(hù)濕度組成材料4.2水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì)水泥強(qiáng)度和水灰比影響強(qiáng)度的主要因素—1.組成材料4.2.2硬化后水