[工學(xué)]第4章土木材料

1、第4章 水泥混凝土及砂漿混凝土是由膠凝材料，水和粗、細(xì)骨料按適當(dāng)比例配合、拌制成拌合物，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的人造石材。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 自1824年英國(guó)的阿斯普丁獲得波特蘭水泥專利以來(lái)，以水泥作為膠結(jié)材料的素混凝土就與水泥共同發(fā)展。到19世紀(jì)中葉(1850年左右)，法國(guó)首先獲得了鋼筋混凝土專利，混凝土技術(shù)獲得了第一次突破；1928年，法國(guó)人freysslent首次設(shè)計(jì)了一種張拉鋼筋的錨具，開(kāi)始了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的應(yīng)用，使混凝土技術(shù)獲得了第二次突破；20世紀(jì)60年代，日本、德國(guó)分別研制成功了減水率達(dá)20的高效減水劑，混凝土的性質(zhì)和功能得到了很大的改善和提高，混凝土技術(shù)獲得了

2、第三次突破。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 混凝土常按表觀密度的大小分類，一般可分為以下三種： 重混凝土：其表觀密度大于2600kg/m3。它是采用了密度很大的重骨料重晶石、鐵礦石、鋼屑等配制而成。具有防x射線和射線的性能，故又稱防輻射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽結(jié)構(gòu)材料。 普通混凝土：其表觀密度為19502500kg/m3，一般多在2400kg/m3左右。它是用普通的天然砂、石作骨料配制而成，為建筑工程中常用的混凝土，通常簡(jiǎn)稱混凝土。主要用作各種建筑的承重結(jié)構(gòu)材料。 輕混凝土：其表觀密度小于1950kg/m3。它又可分為輕骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土三種其用途可分為結(jié)構(gòu)用、保

3、溫用和結(jié)構(gòu)兼保溫等幾種。 根據(jù)所用膠凝材料不同，混凝土可分為水泥混凝土、瀝青混凝土、聚合物混凝土、石膏混凝土等等。根據(jù)特性或施工方法不同，可分為防水混凝土、耐熱混凝土、防射線混凝土、高強(qiáng)混凝土、泵送混凝土等。 土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 混凝土的優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉、凝結(jié)前塑性好、可調(diào)整性能、與鋼筋粘結(jié)力高、抗壓強(qiáng)度高、耐久性好。 缺點(diǎn)：自重大、脆性大、抗拉強(qiáng)度小、質(zhì)量波動(dòng)大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)。 一般對(duì)混凝土質(zhì)量的基本要求是：強(qiáng)度、和易性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 4.1 普通混凝土的組成材料4.1.1 混凝土中各組成材料的作

4、用砂、石骨架水泥漿潤(rùn)滑、膠結(jié)4.1.2 混凝土組成材料的技術(shù)要求 1.水泥 (1) 水泥品種選擇配制混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)混凝土工程性質(zhì)、部位、施工條件、環(huán)境狀況等，按各品種水泥的特性作出合理的選擇。如大壩工程，宜用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿(2) 水泥強(qiáng)度等級(jí)選擇水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇，應(yīng)與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)。若用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，不僅會(huì)使水泥用量過(guò)多，還會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生不利影響。反之，用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，若只考慮強(qiáng)度要求，會(huì)使水泥用量偏少，從而影響耐久性能。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般以選擇的水泥強(qiáng)度等級(jí)比混凝土強(qiáng)度等

5、級(jí)高一個(gè)等級(jí)為宜。 土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 2.細(xì)骨料 粒徑在0.164.75mm之間的骨料稱為細(xì)骨料。一般有河砂、海砂和山砂。配制混凝土?xí)r所采用的細(xì)骨料的質(zhì)量要求有以下幾方面： （1）有害雜質(zhì) 云母 泥、粘土塊、粉砂 有機(jī)雜質(zhì)、硫化物、硫酸鹽 氯離子 草根、樹(shù)葉、樹(shù)枝、塑料、煤塊、爐渣等雜物土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （2）顆粒形狀及表面特征 （3）顆粒級(jí)配及粗細(xì)程度 顆粒級(jí)配即表示砂大小顆粒的搭配情況。它反映砂粒之間的空隙率的大小。用級(jí)配區(qū)表示。 粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂?；旌显谝黄鸷蟮目傮w的粗細(xì)程度。它反映的是砂的總表面積

6、。用細(xì)度模數(shù)表示。 砂的級(jí)配區(qū)和細(xì)度模數(shù)常用篩分析的方法進(jìn)行測(cè)定。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 將500g干砂試樣由粗到細(xì)依次過(guò)篩，然后稱得剩留在各個(gè)篩上的砂質(zhì)量（m），并計(jì)算出各篩上的分計(jì)篩余百分率(各篩上的篩余量占砂樣重的百分率)，分別以a表示。再算出各篩的累計(jì)篩余百分率(各個(gè)篩與比該篩粗的所有篩之分計(jì)篩余百分率之和)，分別以a表示。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿篩孔尺寸 分計(jì)篩余 累計(jì)篩余 4.75 a1 a1 2.36 a2 a2 1.18 a3 a3 0.6 a4 a4 0.3 a5 a5 0.15 a6 a6 篩底116543

7、21005aaaaaaaf 砂按細(xì)度模數(shù)可分為粗、中、細(xì)、特細(xì)四級(jí)，其規(guī)定范圍：粗砂3.73.1；中砂3.02.3；細(xì)砂：2.21.6；特細(xì)砂：1.50.7。普通混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)范圍般為3.71.6，其中以采用中砂較為適宜。 根據(jù)0.6mm篩的累計(jì)篩余百分率分為三個(gè)級(jí)配區(qū)?；炷劣蒙暗念w粒級(jí)配應(yīng)處于其中任何一個(gè)級(jí)配區(qū)內(nèi)。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （4）砂的堅(jiān)固性 指砂在氣候、環(huán)境變化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。根據(jù)試樣在飽和硫酸鈉溶液中循環(huán)浸漬5次后的質(zhì)量

8、損失率來(lái)判斷。有抗疲勞、耐磨、抗沖擊要求的混凝土用砂 或有腐蝕介質(zhì)作用或經(jīng)常處于水位變化區(qū)的地下結(jié)構(gòu)混凝土用砂 ，其堅(jiān)固性質(zhì)量損失率應(yīng)小于8%。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 我國(guó)建筑用砂年需約6億噸左右。目前我國(guó)多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的是天然砂。天然砂資源是一種地方資源，是短時(shí)間內(nèi)不可再生和長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)?。隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要，在我國(guó)不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、砂質(zhì)量下降、限采或禁采天然砂的情況?；炷劣蒙肮┬杳苡葹橥怀?。隨著混凝土技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代混凝土對(duì)砂的技術(shù)要求卻越來(lái)越高，特別是高性能混凝土對(duì)骨料的要求很高，能滿足其要求的天然砂數(shù)量越來(lái)越少，甚至沒(méi)有。因此，發(fā)展

9、新砂源（人工砂）勢(shì)在必行。2002年6月，隴海線灞河鐵路橋多處橋墩塌陷，130多米鐵路橋完全垮塌斷裂。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 3.粗骨料 粒徑大于4.75mm的骨料。根據(jù)形成原因可分為碎石和卵石。 用于混凝土的粗骨料的質(zhì)量要求有： （1）有害雜質(zhì) 粘土、淤泥、細(xì)屑、硫酸鹽、硫化物、有機(jī)雜質(zhì)； 活性氧化硅 （2）顆粒形狀及表面特征土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （3）最大粒徑及顆粒級(jí)配 粗骨料中公稱粒級(jí)的上限稱為該粒級(jí)的最大粒徑。粗骨料的最大粒徑應(yīng)在條件許可下，盡量選用得大些。但最大粒徑的確定，還要受到混凝土結(jié)構(gòu)截面尺寸及配筋間距的限制。按混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(g

10、b502042002)規(guī)定，混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的14，且不得大于鋼筋間最小凈距的34。對(duì) 于混凝土實(shí)心板，可允許采用最大粒徑達(dá)12板厚的骨料，但最大粒徑不得超過(guò)50mm。 土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 石子的級(jí)配與砂子類似，也通過(guò)篩分析試驗(yàn)來(lái)確定。石子的標(biāo)準(zhǔn)篩有孔徑為2.35、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75及90mm等12個(gè)篩子。根據(jù)篩分析結(jié)果可分為連續(xù)粒級(jí)和單粒級(jí)兩種級(jí)配。配制混凝土應(yīng)選用連續(xù)粒級(jí)的粗骨料。 （4）強(qiáng)度 粗骨料的強(qiáng)度可采用巖石立方體強(qiáng)度或壓碎指標(biāo)來(lái)表示。 巖石立方體強(qiáng)度：將巖石制成5050

11、50mm的立方體（或直徑與高均為50mm的圓柱體）試件，在水飽和狀態(tài)下，其抗壓強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比，作為粗骨料的強(qiáng)度指標(biāo)。 壓碎指標(biāo)a：將一定質(zhì)量氣干狀態(tài)下1020mm的石子裝入一定規(guī)格的圓筒內(nèi)，在壓力機(jī)上施加荷載到200kn，卸荷后稱取一定質(zhì)量的試樣，用孔徑為2.5mm的篩篩除被壓碎的細(xì)粒，計(jì)算篩下百分率，即為壓碎指標(biāo)。 土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （5）堅(jiān)固性 有抗凍要求的混凝土所用的粗骨料，要求測(cè)定其堅(jiān)固性。根據(jù)試樣在飽和硫酸鈉溶液中循環(huán)浸漬5次后的質(zhì)量損失率來(lái)判斷。 4.骨料的含水狀態(tài)及飽和面干吸水率 干燥狀態(tài)：骨料含水率等于或接近于零； 氣干狀態(tài)：含水率與大

12、氣濕度相平衡時(shí)； 飽和面干狀態(tài)：骨料表面干燥而內(nèi)部孔隙含水達(dá)飽和時(shí)；（此時(shí)的含水率即為飽和面干吸水率） 濕潤(rùn)狀態(tài)：骨料不僅內(nèi)部孔隙充滿水，而且表面還有一層表面水。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 5.混凝土拌合及養(yǎng)護(hù)用水 質(zhì)量要求：不得影響混凝土的和易性及凝結(jié)；不得有損于混凝土強(qiáng)度發(fā)展；不得降低混凝土的耐久性、加快鋼筋腐蝕及導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋脆斷；不得污染混凝土表面。 6.混凝土外加劑 混凝土外加劑是指在拌制混凝土過(guò)程中摻入的用以改善混凝土性能的物質(zhì)。其摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5%。被稱為混凝土的第五組分。 常按其功能進(jìn)行分類。土木工程材料 第4章 水泥

13、混凝土及砂漿 混凝土外加劑的分類 1.改善混凝土拌和物流變性能的外加劑。如減水劑、泵送劑、引氣劑、保水劑等； 2.調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間和硬化性能的外加劑。如早強(qiáng)劑、緩凝劑、速凝劑等； 3.調(diào)節(jié)混凝土氣體含量的外加劑。如引氣劑、加氣劑、泡沫劑等； 4.改善混凝土耐久性的外加劑。如引氣劑、防凍劑、阻銹劑、防水劑等； 5.改善混凝土其他性能的外加劑。如引氣劑、膨脹劑、防水劑、堿骨料反應(yīng)抑制劑等。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 1）減水劑 water reducer 是指在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑。 普通減水劑 減水率小于10%，如木質(zhì)素系和糖蜜系減水劑； 高效減水

14、劑 也稱超塑化劑(high range water reducer；superplasticizer)，減水率大于12%，有的達(dá)30%以上，如萘系和水溶性樹(shù)脂系減水劑。為什么加入減水劑后水泥漿變??？土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿憎水基憎水基親水基親水基表面活性劑的分子由表面活性劑的分子由親水基和憎水基組成。親水基和憎水基組成。其親水基傾向于和水其親水基傾向于和水締合，而憎水基傾向締合，而憎水基傾向于遠(yuǎn)離水而于遠(yuǎn)離水而 指向空氣、指向空氣、油或固體顆粒。油或固體顆粒。氣氣水水在水中加入表面活性劑在水中加入表面活性劑水水氣氣穩(wěn)定后，表面活性劑會(huì)在水穩(wěn)定后，表面活性劑會(huì)在水氣界面上定向排列成

15、單分氣界面上定向排列成單分子排列層。親水基指向水，子排列層。親水基指向水，而憎水基指向空氣。而憎水基指向空氣。減水劑減水劑分散分散水泥的機(jī)理水泥的機(jī)理 加減水劑前加減水劑前 加減水劑后加減水劑后絮凝絮凝分散分散沒(méi)加減水劑的水泥漿沒(méi)加減水劑的水泥漿加減水劑后的水泥漿加減水劑后的水泥漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 混凝土中摻入減水劑獲得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果：1.用水量和水灰比不變，混凝土拌和物的流動(dòng)性 ；2.流動(dòng)性和水泥用量不變，用水量 ，水灰比 ，混凝土強(qiáng)度 ；3.流動(dòng)性和水灰比不變，用水量 ，水泥用量 ；4.混凝土耐久性 。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿木質(zhì)素系減水劑是使用較多的一

16、類減水劑。按其所帶陽(yáng)離子的不同，有木質(zhì)素磺酸鈣(木鈣)、木質(zhì)素磺酸鈉(木鈉)和木質(zhì)素磺酸鎂(木鎂)之分，其中木鈣為目前使用最多的減水劑，簡(jiǎn)稱m劑，它屬于陰離子表面活性劑。m劑是以生產(chǎn)紙漿或纖維漿下來(lái)的亞硫酸木漿廢液為原料，采用石灰乳中和，經(jīng)生物發(fā)酵除糖、蒸發(fā)濃縮、噴霧干燥而制成，為棕黃色粉狀物。 m劑因原料豐富，價(jià)格低廉，并具有較好的塑化效果，故目前應(yīng)用十分普遍。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 m劑適宜摻量為0.20.3，減水率10左右。若不減水，坍落度可提高10 cm左右；混凝土28d強(qiáng)度提高1020；若保持強(qiáng)度不變，則可節(jié)約水泥10。m劑對(duì)混凝土有緩凝作用，一般緩凝13 h，低溫下

17、緩凝性更強(qiáng)，摻量過(guò)多，緩凝嚴(yán)重。m劑為引氣型減水型，它使混凝土的含氣量由不摻時(shí)的2增為3.6。摻m劑的混凝土不宜蒸汽養(yǎng)護(hù)，以免蒸養(yǎng)后混凝土表面出現(xiàn)酥松現(xiàn)象。 摻m型減水劑后有的混凝土收縮會(huì)稍有增大。幾種效果能否同時(shí)獲得？為什么？幾種效果能否同時(shí)獲得？為什么？土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 2）早強(qiáng)劑 accelerator 能加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑稱早強(qiáng)劑。早強(qiáng)劑主要有氯鹽類、硫酸鹽類、有機(jī)胺三類以及它們組成的復(fù)合早強(qiáng)劑。 注意氯鹽類早強(qiáng)劑在鋼筋混凝土中的使用。 3）引氣劑 在攪拌混凝土過(guò)程中能引入大量均勻分布的、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡（直徑在10100m）的外加劑，稱為引氣劑。

18、土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 引氣劑的摻入對(duì)混凝土性能的影響： (1)改善混凝土拌合物的和易性：混凝土拌合物中引入大量微小氣泡后，封閉小氣泡猶如滾珠存在，從而減少了骨料間的摩擦，增強(qiáng)了潤(rùn)滑作用，使混凝土拌合物流動(dòng)性提高。一般混凝土的含氣量每增加1時(shí)，混凝土的坍落度約提高1cm。同時(shí)由于微小氣泡的存在，阻滯了固體顆粒的沉降和水分的上升，加之氣泡薄膜形成時(shí)消耗了部分水分，減少了能夠自由移動(dòng)的水量，從而使混凝土拌合物的保水性得到改善，泌水率顯著降低，粘聚性也良好。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 (2)提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性：混凝土中引入的大量微小密閉氣泡，它們堵塞和隔斷了混凝土

19、中的毛細(xì)管通道；同時(shí)，由于保水性和和易性的提高，減少了混凝土中的各種滲水通道。其抗?jié)B性能，可提高50以上?？箖鲂缘奶岣邉t主要是由于封閉氣泡的引入，緩沖了水的凍脹應(yīng)力所致。 (3)混凝土抗壓強(qiáng)度有所降低：由于氣泡的存在，使混凝土的有效受壓面積減少了，故使混凝土的強(qiáng)度有所下降。一般混凝土的含氣量每增加1時(shí)，其抗壓強(qiáng)度將降低35。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 4）緩凝劑 能延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間而不顯著降低混凝土后期強(qiáng)度的外加劑稱為緩凝劑。常用的是糖蜜和木質(zhì)素磺酸鈣。 緩凝劑可用于大體積混凝土、炎熱氣候條件下施工的混凝土以及需長(zhǎng)時(shí)間停放或長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)幕炷痢?5）速凝劑 能使混凝土迅速凝結(jié)硬

20、化的外加劑稱為速凝劑。常用的是無(wú)機(jī)鹽類速凝劑。主要用于快速搶修及防滲堵漏工程。采用噴射施工方法進(jìn)行施工。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 6）防凍劑 防凍劑是能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期性能的外加劑。常用防凍劑是由多組分復(fù)合而成，其主要組分有防凍組分、減水組分、引氣組分和早強(qiáng)組分。 7）膨脹劑能使混凝土產(chǎn)生一定體積膨脹的外加劑。 8）泵送劑 能改善混凝土拌合物泵送性能的外加劑。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 外加劑在使用時(shí)的注意事項(xiàng)： （1）摻量 （2）摻加方法 （3）水泥適應(yīng)性土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 4.2 普通混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)4.2.

21、1 混凝土拌合物的和易性 1.和易性的概念 混凝土拌合物易于施工操作（拌合、運(yùn)輸、澆灌、搗實(shí)）并能獲致質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。 流動(dòng)性 混凝土拌合物在本身自重或施工機(jī)械振搗的作用下，能產(chǎn)生流動(dòng)并均勻密實(shí)地填滿摸板 粘聚性 混凝土各組成材料間有一定的粘聚力，不致產(chǎn)生分層離析的現(xiàn)象 保水性 混凝土具有一定的保持水分的能力，不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 2.和易性的測(cè)定方法及指標(biāo) 混凝土拌合物和易性內(nèi)容比較復(fù)雜，通常是采用一定的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定混凝土拌合物的流動(dòng)性，再輔以直觀經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)評(píng)定粘聚性和保水性。 混凝土拌合物的流動(dòng)性以坍落度或維勃稠度作為指標(biāo)。坍落度適用于流動(dòng)性

22、較大的混凝土拌合物，維勃稠度適用于干硬的混凝土拌合物。坍落度筒土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿坍落度測(cè)定土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿維勃稠度儀土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 3.流動(dòng)性（坍落度）的選擇 根據(jù)構(gòu)件截面尺寸、鋼筋疏密和搗實(shí)方法確定。 混凝土灌注時(shí)的坍落度 表4-19土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 4.影響和易性的主要因素 （1）水泥漿的數(shù)量 （2）水泥漿的稠度用水量 固定需水量定則：當(dāng)使用確定的材料拌制混凝土?xí)r，水泥用量在一定范圍內(nèi)，為達(dá)到一定流動(dòng)性，所需加水量為一常值。（所謂一定范圍是指每1m3混凝土水泥用量增減不超過(guò)50100kg。）土木工程材料

23、 第4章 水泥混凝土及砂漿 塑性混凝土的用水量（kg/m3） 表4-21土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （3）砂率 砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。圖4-11 砂率與坍落度的關(guān)系（水與水泥用量為一定）圖4-12 砂率與水泥用量的關(guān)系（達(dá)到相同的坍落度）土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 混凝土的砂率（%） 表4-22土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （4）水泥品種和骨料的性質(zhì) （5）外加劑 （6）時(shí)間和溫度圖4-13 坍落度和拌合后時(shí)間的關(guān)系（配比：1:2 :4，w/c=0.775） 時(shí)間（h）土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混

24、凝土及砂漿 5. 改善新拌混凝土和易性的措施 （1）選用合適的水泥品種和骨料； （2）通過(guò)試驗(yàn)，采用合理砂率； （3）改善砂、石級(jí)配；盡量采用較粗的砂、石； （4）當(dāng)混凝土拌合物坍落度太小時(shí)，保持水灰比不變，增加適量的水泥漿；當(dāng)坍落度太大時(shí)，保持砂率不變，增加適量的砂、石； （5）摻用外加劑；采用機(jī)械振搗。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.2.2 混凝土的強(qiáng)度 2.混凝土立方體抗壓強(qiáng)度 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（ gb/t 500812002），制作邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度203，相對(duì)濕度90以上）下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立

25、方體試件抗壓強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱立方體抗壓強(qiáng)度），以fcu表示。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 在實(shí)際施工中，根據(jù)混凝土所用粗骨料的最大粒徑，允許采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試體，但應(yīng)將其抗壓強(qiáng)度乘以尺寸換算系數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的抗壓強(qiáng)度值。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 混凝土試件尺寸愈小，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值愈大，這包括兩方面的原因：一是環(huán)箍效應(yīng) 環(huán)箍效應(yīng)：因?yàn)榛炷猎嚰趬毫C(jī)上受壓時(shí)，在沿加荷方向發(fā)生縱向變形的同時(shí)，也按泊松比效應(yīng)產(chǎn)生橫向膨脹。而鋼制壓板的橫向膨脹較混凝土小，因而在壓板與混凝土試件受壓面形成磨擦力，對(duì)試件的橫向膨脹起著約束作用，這種約束作用

26、稱為環(huán)箍效應(yīng)。環(huán)箍效應(yīng)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有提高作用。離壓板越遠(yuǎn)，環(huán)箍效應(yīng)小，在距離試件受壓面約 （為試件邊長(zhǎng)）范圍外這種效應(yīng)消失。23土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 二是因?yàn)榇笤嚰?nèi)存在的孔隙 、裂縫和局部較差等缺陷的機(jī)率大，從而降低了材料的強(qiáng)度。 3.混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與強(qiáng)度等級(jí) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb 500102002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于95保證率的抗壓強(qiáng)度值，以f

27、cu，k表示。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 普通混凝土劃分為十四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：c15、c20、c25、c30、c35、c40、c45、c50、c55、c60、c65、c70、c75和c80。 混凝土強(qiáng)度等級(jí)是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度計(jì)算取值的依據(jù)，同時(shí)也是混凝土施工中控制工程質(zhì)量和工程驗(yàn)收時(shí)的重要依據(jù)。 4. 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)cp 標(biāo)準(zhǔn)試件：150150300mm 混凝土的fcp比同截面的fcu小。試驗(yàn)表明：在fcu=1055mpa范圍內(nèi)， fcp與fcu之比約為0.70.8土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 5.混凝土的抗拉強(qiáng)度 只有抗壓強(qiáng)度的1/101/20。劈裂抗拉強(qiáng)度f(wàn)t

28、s 6.混凝土的抗折強(qiáng)度f(wàn)cf 在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)以抗折強(qiáng)度作為主要強(qiáng)度指標(biāo)。測(cè)定混凝土抗折強(qiáng)度采用150150600mm（或550mm）小梁作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d后，按三分點(diǎn)加荷方式測(cè)得其抗折強(qiáng)度。當(dāng)采用100 100 400mm非標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，需乘以0.85的尺寸換算系數(shù)。又如采用單點(diǎn)加荷方法試驗(yàn)，應(yīng)乘以0.85的折算系數(shù)。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 7.影響混凝土強(qiáng)度的因素 （1）水灰比和水泥強(qiáng)度等級(jí)決定混凝土強(qiáng)度的主要因素bwcaffcecu式中：fcu混凝土抗壓強(qiáng)度； fce水泥28天實(shí)測(cè)強(qiáng)度， fc

29、e=c fce，k fce，k水泥的28天抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（強(qiáng)度等級(jí)）采用碎石：a=0.46、b=0.07采用卵石：a=0.48、b=0.33a、b回歸系數(shù)土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿圖4-21 混凝土強(qiáng)度與水灰比及灰水比的關(guān)系w/c，水灰比土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （2）養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿圖4-24 混凝土強(qiáng)度與保持潮濕日期的關(guān)系土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （3）齡期 普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，大致與其齡期的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系（齡期不小于3d）：28lglg

30、28nffn土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.2.3 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 1.化學(xué)收縮 2.干濕變形 3.溫度變形 4.在荷載作用下的變形 （1）彈塑性變形 混凝土的彈性模量 （2）徐變 混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下，沿著作用力的方向的變形會(huì)隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，即荷載不變而變形仍隨時(shí)間增大，一般要延續(xù)23年才逐漸趨于穩(wěn)定。這種在長(zhǎng)期荷載下產(chǎn)生的變形，通常稱為徐變。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.2.4 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 1.耐久性的概念 混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長(zhǎng)期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結(jié)構(gòu)的安全

31、、正常使用的能力稱為耐久性。 （1）抗?jié)B性 （2）抗凍性 （3）抗侵蝕性 （4）混凝土的碳化（中性化） （5）堿骨料反應(yīng)土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿橋墩表面混凝土凍融剝落土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿青藏公路三叉河大橋被有害離子侵蝕的混凝土橋墩土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿混凝土表面的干燥收縮裂縫土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿青藏公路曲水河橋臺(tái)因凍土下沉而開(kāi)裂的狀況土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 2.提高混凝土耐久性的措施 （1）合理選擇水泥品種 （2）適當(dāng)控制混凝土的水灰比及

32、水泥用量 （3）選用較好的砂、石骨料 （4）摻用外加劑 （5）加強(qiáng)混凝土質(zhì)量的生產(chǎn)控制土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 4.3 普通混凝土的質(zhì)量控制 初步控制：包括混凝土各組成材料的質(zhì)量檢驗(yàn)與控制和混凝土配合比的合理確定； 生產(chǎn)控制：包括混凝土組成材料的計(jì)量，混凝土拌合物的攪拌、運(yùn)輸、澆注和養(yǎng)護(hù)等工序的控制； 合格控制：指混凝土質(zhì)量的驗(yàn)收，即對(duì)混凝土強(qiáng)度或其他技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)定。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.3.1 強(qiáng)度概率分布 正態(tài)分布強(qiáng)度平均值 ：cufniicucufnf11，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差：1121212nfnfnffcuniicunicuicu，變異系數(shù)cv： cv=

33、 /cuf土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 強(qiáng)度保證率：是指在混凝土強(qiáng)度總體中大于設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（fcu,k）的概率p()。如圖4-30所示，強(qiáng)度正態(tài)分布曲線下的面積為概率的總和，等于100。土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 所以，強(qiáng)度保證率可按如下方法計(jì)算：首先，計(jì)算出概率度t，即：，cukcufft 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，設(shè)計(jì)普通混凝土要求的強(qiáng)度保證率為95%，查表4-27可得，概率度t=-1.645。令混凝土的配制強(qiáng)度等于強(qiáng)度平均值，可得下式：645.1kcucuff，土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.3.4 混凝土強(qiáng)度的檢驗(yàn)評(píng)定混凝土強(qiáng)度的檢驗(yàn)評(píng)定 混凝土強(qiáng)度應(yīng)分批進(jìn)

34、行檢驗(yàn)評(píng)定。一個(gè)驗(yàn)收批的混凝土應(yīng)由強(qiáng)度等級(jí)相同、齡期相同以及生產(chǎn)工藝條件和配合比基本相同的混凝土組成?？砂唇y(tǒng)計(jì)法或非統(tǒng)計(jì)法評(píng)定。 1.統(tǒng)計(jì)法：由不少于10組試件組成一個(gè)驗(yàn)收批kcufcucufsf，9 .01kcucuff，2min 2.非統(tǒng)計(jì)法：kcucuff，15. 1kcucuff，95. 0min土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.4 普通混凝土的配合比設(shè)計(jì) 配合比的表示方法： 1.以每m3混凝土中各項(xiàng)材料的質(zhì)量表示； 2.以各項(xiàng)材料相互之間的質(zhì)量比來(lái)表示（以水泥的質(zhì)量為1），常用兩個(gè)比值：水泥:砂:石=1 : : ：水灰比w/c=小數(shù)。4.4.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本要求強(qiáng)度

35、、和易性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性4.4.2混凝土配合比設(shè)計(jì)中的三個(gè)參數(shù)水灰比、砂率、單位用水量（1m3混凝土的用水量）土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿4.4.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)的步驟 1.初步配合比的計(jì)算 （1）配制強(qiáng)度（fcu，0）的確定645.10kcucuff，式中，fcu，0混凝土配制強(qiáng)度； fcu，k混凝土強(qiáng)度等級(jí)； 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，可按標(biāo)準(zhǔn)差公式計(jì)算或查表4-30土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （2）初步確定水灰比 設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)在c60以下時(shí)：00wwcc 查表4-25中規(guī)定的最大水灰比值，復(fù)核。 （3）選取每1m3混凝土的用水量w0 查表4-21 （4）計(jì)算混凝土的

36、單位水泥用量w0cecucefbafafcw0，土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 （5）選取合理的砂率值sp 查表4-22 （6）計(jì)算粗、細(xì)骨料的用量g0及s0 1）體積法lwsgcwasagc1000100000%100000psgss土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 2）假定表觀密度法（質(zhì)量法） c0+g0+s0+w0=oh=2400%100000psgss 2.配合比的試配、調(diào)整與確定 調(diào)整和易性 基準(zhǔn)配合比 調(diào)整強(qiáng)度 確定配合比（c，w，s，g）土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 校正： oh，計(jì)=c+w+s+g = oh，實(shí)/oh，計(jì) 當(dāng)oh，實(shí)與oh，計(jì)之差的絕對(duì)值

37、不超過(guò)oh，計(jì)的2%時(shí)，由以上定出的配合比，即為確定的配合比；若超過(guò)2%時(shí)，則須將已定出的配合比中每項(xiàng)材料用量均乘以校正系數(shù)，即為最終定出的配合比。 3.施工配合比c =cs =s（1+ws）g =g（1+wg）w =w-sws- g wg土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 例1. 某施工單位，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差為5.0mpa。經(jīng)加強(qiáng)管理后，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差為3.5mpa。欲配制c30混凝土，請(qǐng)計(jì)算加強(qiáng)管理后1m3混凝土可節(jié)約多少水泥。（ 1m3混凝土用水量為180kg，水泥28天實(shí)測(cè)強(qiáng)度為48mpa，采用碎石） 2. 某實(shí)驗(yàn)室配合比為1:1.88:3.54，w/c=0.57，若工地砂含水率ws=1%，

38、石子含水率wg=4%，1）請(qǐng)計(jì)算施工配合比；2）若把實(shí)驗(yàn)室配合比直接用于工地施工，計(jì)算實(shí)際配合比，混凝土強(qiáng)度變化多少？（水泥28天實(shí)測(cè)強(qiáng)度為48mpa，采用碎石）土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿1. 前：fcu，0=fcu，k+1.645=30+1.6455=38.225mpa fcu，0= afce（c/w-b） 38.225=0.46 48（c/180-0.07） c=324kg 后：fcu，0=fcu，k+1.645=30+1.6453.5=35.76mpa 35.76=0.46 48（c/180-0.07） c=304.2kg 1m3混凝土可節(jié)約水泥324-304.2=19.8kg土木工程材料 第4章 水泥混凝土及砂漿 2. 1） c =c=1s =s（1