水泥混凝土及砂浆.

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1、第三章 水泥混凝土和砂浆 本章重点：讲述普通水泥混凝土的组成材料、设计方法和质量控制。 本章要求：要求学生应掌握普通水泥混凝土的主要技术性质及其影响因素，现行配合组成设计方法和质量评定；了解混凝土常用外加剂的作用及品种，了解其它混凝土的特性和建筑砂浆。,水泥混凝土是由水泥、水和粗、细集料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。这种材料具有较高的抗压强度和较好的耐久性，可以浇筑成任意形状、不同强度、不同性能的建筑物，且原材料来源广泛，价格低廉。因此，水泥混凝土已成为路桥工程的主要建筑材料。但这种材料抗拉强度低、受拉时变形能力小、容易受温度湿度变化而开裂、自重大等缺点。,第一节

2、 普通水泥混凝土 一、普通水泥混凝土的组成材料 水泥混凝土是由水泥、水、砂、石集料配制而成。其中集料起骨架填充作用，水泥和水起胶结作用，将集料颗粒牢固地粘结成整体，使混凝土具有一定强度。 在混凝土中加入各种外加剂以改善混凝土性能，用量一般只占水泥质量的1%2%，最多不超过5% 。,（一）水泥 水泥是混凝土的胶结材料，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量，在保证混凝土性能的前提下，应尽量节约水泥，降低工程造价。 选用水泥强度等级应与要求配制的混凝土强度等级相适应。水泥强度等级选用过高，则混凝土中水泥用量过低，影响混凝土的易性和耐久性；水泥强度等级选用过低，则混凝土中水泥用量太多，影响混凝

3、土的某些技术品质（如收缩率增大等），且不经济。,（二）细集料 混凝土用细集料一般应采用粒径小于4.75mm的级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的天然砂或加工的机制砂。配制时，对细集料的品质应严格控制。 1、有害杂质的含量 1）含泥量、石粉含量、泥块含量 2）云母含量 3）轻物质含量 4）有机质含量 5）硫化物和硫酸盐含量,2、压碎值和坚固性,3、砂的粗细程度和颗粒级配 砂的粗细程度和颗粒级配应使所配制混凝土达到设计强度等级和节约水泥的目的。混凝土用砂的级配根据建筑用砂（GB/T 146842001）规定的级配范围应符合下表。,（三）粗集料 普通混凝土常用的粗集料是指粒径大于4.75mm的卵石和碎石。

4、碎石是将天然岩石或大卵石破碎、筛分而得的表面粗糙且带棱角，与水泥石粘结比较牢固。 1、强度和坚固性 1）强度 根据国标建筑用卵石、碎石（GB/T 146852001）规定，将粗集料分为I类、II类、III类。 2）坚固性 根据国标建筑用卵石、碎石（GB/T 146852001）规定，用硫酸钠溶液进行坚固性试验，经5次循环后测其质量损失。,2、有害杂质含量 粗集料中常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、硫酸盐及硫化物和有机物等，其含量不应超过表中的规定。,3、最大粒径及颗粒级配 1）最大粒径 粗集料中公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。集料的粒径越大，其表面积相应减小，所需的水泥浆量相应减少，在一定

5、的和易性和水泥用量条件下，则能减少用水量而提高混凝土强度。 粗集料的最大粒径在条件允许情况下，尽量选择大些为好，但最大粒径不得超过40mm。 2）颗粒级配 粗集料的颗粒级配，可采用连续粒级或连续粒级与单粒级配合使用。,4、颗粒形状及表面特征 粗集料的颗粒形状比较理想的是接近正立方体，对粗集料中的针、片状颗粒含量应当限制。 粗集料的表面特征比较理想的是粗糙有棱角，与水泥石的粘结能力强。 5、碱活性检验 对于重要的水泥混凝土工程用粗集料，应进行集料碱活性检验。 1）用岩相法检验确定哪些集料可能与水泥中的碱发生反应。 2）用砂浆长度法检验集料产生有害反应的可能性。,（四）混凝土拌和用水 混凝土拌和用

6、水的水源可用的有：饮用水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水、符合国家标准的生活用水。在拌制混凝土用水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等；地表水或地下水必须进行适用性检验，合格才能使用；海水只允许用来拌制素混凝土，不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。,二、普通水泥混凝土的技术性质 （一）新拌水泥混凝土的工作性(和易性) 水泥混凝土在尚未凝结硬化以前，称为水泥混凝土拌和物。新拌水泥混凝土的良好工作性质，称之为工作性或和易性。 1、新拌混凝土工作性的概念 新拌混凝土工作性是指混凝土拌和物易于施工操作且成型后具有质量均匀、密实的性能。,2、新拌混凝土工作性的测定

7、方法 按我国行业标准公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTG E302005）规定，测定新拌混凝土工作性的方法有： 1）坍落度试验 适用于集料公称最大粒径不大于31.5mm，坍落度值大于10mm的新拌混凝土。试验方法见道路建筑材料思考题及试验报告指导书。 2）维勃稠度试验 适用于集料公称最大粒径不大于31.5mm，维勃稠度为550s之间的干硬性新拌混凝土。试验方法见道路建筑材料思考题及试验报告指导书。,3、影响新拌混凝土工作性的主要因素 1）水泥浆的数量 混凝土拌和物中的水泥浆，在水灰比一定的条件下，水泥浆愈多，流动性愈大；但水泥浆过多，集料则相对减少，将出现流浆现象，拌和物的稳定性变差，会使

8、拌和物的强度和耐久性降低；水泥浆过少，拌和物易产生崩塌现象，失去稳定性。因此，拌和物中水泥浆的数量应以满足流动性为宜。 2）水灰比的影响 水泥用量多即水灰比小，会使水泥浆变稠，拌和物流动性小；减少水泥用量即水灰比大，水泥浆变稀，拌和物流动性增大，但会使拌和物流浆、离析，严重影响混凝土的强度，因此，应合理地选择水灰比。,3）单位用水量 增加用水量，拌和物流动性增大，但硬化后混凝土会产生较大的孔隙，降低了混凝土的强度和耐久性；用水量过多，会使新拌混凝土产生分层、泌水现象，降低工作性。 4）砂率 砂率是指混凝土中砂或细集料用量占砂石或细集料总用量的百分率。砂率过大，则集料的总表面积增大，包裹砂子的水

9、泥浆层变薄，砂粒间的摩擦阻力加大，拌和物流动性减小；砂率过小，虽然表面积减小，但由于砂浆不足，包裹石子的水泥浆层变薄，拌和物的流动性减小，影响工作性。在水泥用量一定时，能使新拌混凝土获得最大流动性，又不离析、不泌水时的砂率，即为合理的砂率。,5）水泥的品种和集料的性质 水泥的品种不同，混凝土拌和物的工作性也不同。普通水泥的混凝土拌和物的工作性好。 集料表面光滑、形状较圆、少棱角的石料，所拌制的混合料流动性好，但强度比表面粗糙、多棱角的碎石要低。 6）外加剂 在混凝土拌和物中加入少量的外加剂，可有效地改善混凝土拌和物的工作性，可提高混凝土的强度和耐久性。 7）温度与搅拌时间 混凝土拌和物的流动性

10、随着温度的升高而减小，温度增高10，坍落度大约减小2040mm。搅拌时间长短，也会影响混凝土拌和物的工作性，若搅拌时间不足，拌和物的工作性就差，质量也不均匀。规范规定最小搅拌时间为13分钟。,4、改善新拌混凝土工作性的主要措施 1）调节混凝土的材料组成 2）掺加各种外加剂 3）提高振捣机械的效能 （二）硬化后混凝土的力学性质 1、强度 硬化后的水泥混凝土在路面结构、桥梁构件以及建筑结构中，将受到复杂的应力作用，因此要求水泥混凝土材料必须具备各种力学强度。 1）抗压强度 （1）立方体抗压强度（fcu） 按照标准的制作方法制成150150150mm的立方体试件，在标准养护条件（温度202，相对湿度

11、95%以上）下，养护至28d 龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，即为混凝土立方体试件抗压强度。,（2）立方体抗压强度标准值（fcu，k） 按照标准的方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度，即为混凝土立方体试件抗压强度标准值。 （3）强度等级 强度等级的表示方法，是用符号C和立方体抗压强度标准值表示。 普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级。,2）抗弯拉强度（fcf） 道路路面或机场道面用水泥混凝土，以抗弯拉

12、强度为主要强度指标，抗压强度为参考强度指标。 水泥混凝土抗弯拉强度是以标准操作方法制备成150150550mm的棱柱体试件，在标准条件下，经养护28d后，按三分点加荷式测定其抗弯拉强度。 3）轴心抗压强度（fcp） 为使测得的混凝土强度接近混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，采用混凝土的轴心抗压强度作为依据。 我国标准公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E302005)规定，采用150150300mm的棱柱体试件作为测定轴心抗压强度的标准试件。,2、影响混凝土强度的因素 1）材料组成对水泥混凝土强度的影响 （1）水泥强度等级和水灰比 水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也越高。水

13、灰比越小，水泥混凝土强度越高。 （2）集料特征 以表面粗糙、有棱角的碎石为佳。 （3）浆集比 混凝土中水泥浆的体积和集料体积之比值，对混凝土的强度也有一定的影响。混凝土的强度随着浆集比的增加而降低。,2）养护温度和湿度 由图3 . 1可知。如图养护温度条件对混凝土强度的影响,混凝土浇筑后，必须在潮湿环境中养护，一般湿度在95%以上。,图3 . 1 养护温度条件对混凝土强度的影响,3）龄期 混凝土在正常养护条件下，强度随龄期的增长而提高，初期增长较快，后期增长较缓慢。见图3 . 2所示,图3 . 2 水泥混凝土的强度随时间的增长,4）试验条件对混凝土强度的影响 相同材料组成、制备条件和养护条件制

14、成的混凝土试件，其力学强度取决于试验条件。影响混凝土力学强度的试验条件主要有：试件形状与尺寸、试件湿度、试件温度、支承条件和加载方式等。 3、提高混凝土强度的措施 1）采用高强度的水泥和早强型水泥 2）增加混凝土的密实度 3）蒸汽养护和蒸压养护 4）掺加外加剂,（三）混凝土的耐久性 道路与桥梁用水泥混凝土的耐久性首要为抗冻性，其次有耐磨性、对海水污水的腐蚀性、对气体的耐蚀性、碱集料反应等。 1、抗冻性 混凝土抗冻性是指混凝土在饱水作用状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏的性能，一般以抗冻标号表示。 混凝土的抗冻标号为：D10、D15、D25、D50、D100、D150、D200、D250、D

15、300等。 2、耐磨性 耐磨性是路面和桥梁用混凝土的重要性能之一，作为高级路面的水泥混凝土，必须具有抵抗车辆轮胎磨耗和磨光的性能。 3、碱集料反应 水泥混凝土中水泥的碱与某些碱活性集料发生化学反应，可引起混凝土产生膨胀、开裂，甚至破坏，这种化学反应称为碱集料反应。 我国混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 502042002）规定对水泥混凝土耐久性的控制，主要用“最大水灰比”和“最小水泥用量”两项指标来进行限制。,三、普通水泥混凝土的组成设计 （一）概述 混凝土中各组成材料用量之比即为混凝土的配合比。混凝土的配合比设计就是根据原材料的性能和对混凝土的技术要求，通过计算和试配调整，确定出满足工程

16、技术经济指标的混凝土各组成材料的用量。,1、混凝土配合比表示方法 1）单位用量表示法 以每1m3混凝土中各种材料的用量表示； 2）相对用量表示法 以水泥的质量为1，并按“水泥细集料粗集料；水灰比”的顺序排列表示。,2、配合比设计的基本要求 1）满足结构物设计强度的要求 2）满足施工工作性的要求 3）满足环境耐久性的要求 4）满足经济性的要求,3、混凝土配合比设计的步骤 1）计算“初步配合比” 水泥 : 水 : 细集料 : 粗集料 = mco : mwo : mso : mgo 2）提出“基准配合比” 即：mca : mwa : msa : mga 3）确定“试验室配合比” 即：mcb : mwb : msb : mgb 4）换算“施工配合比” 即：mc : mw : ms : mg,（二）普通混凝土配合比设计方法 （以抗压强度为指标的计算方法） 1、初步配合比的计算 1）确定混凝土的配制强度 fcu，o 为了使所配制的混凝土具有必要的强度保证率（即P=95%），