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1、第三章 水泥混凝土和砂浆,水泥混凝土是以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定的条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。 按表观密度，水泥混凝土可分为： （1）普通混凝土（干表观密度约为2400kg/m3），是道路路面和桥梁结构中最常用的混凝土； （2）轻混凝土 （干表观密度可以轻达1900 kg/m3。）现代大跨度钢筋混凝土桥梁为减轻结构自重，往往采用各种轻集料配制成轻集料结构混凝土，达到轻质高强，以增大桥梁的跨度。 （3）重混凝土（干表密度可达3200 kg/m3 ）为了屏蔽各种射线的辐射采用各种高密度集料配制的混凝土。,按强度分级，水泥
2、混凝土按抗压强度可分为3大类： (1）低强度混凝土 抗压强度小于30MPa; (2) 中强度混凝土 抗压强度3060MPa； (3) 高强度混凝土 抗压强度大于60MPa。 此外，可根据工程的特殊要求，配制各种特种混凝土，如：加气混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、道路混凝土、水工混凝土、纤维加筋混凝土、补偿收缩混凝土等。,第一节 普通水泥混凝土,普通水泥混凝土具有许多优点，在凝结前具有良好的塑性，因此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物；它与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特性；其组成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和经济的原则
3、。但事物总是一分为二的，普通混凝土也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大等缺点。 普通水泥混凝土的组成材料,（一）水泥 1水泥品种的选择 配制水泥混凝土一般可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。必要时也可采用快硬硅酸盐水泥或其他水泥。 2水泥强度等级的选择 选用水泥强度等级应与要求配制混凝土等级相适应。 （二）细集料 1砂的颗粒级配和细度模数 2 有害杂质含量 3 含泥量、石粉含量和泥块含量,（四）混凝土拌和用水 （五）外加剂 （六）掺合料 二、普通水泥混凝土的主要技术性质 （一）新拌混凝土的工作性（和易性） 水泥混凝土在尚未凝结
4、硬化以前，称为新拌混凝土或称混凝土拌和物。新拌混凝土具有良好的工艺性质，称之为工作性（或称和易性）。 1工作性的含义 工作性（和易性）这一术语的含义，至今尚无公认的定义。通常认为它包含：“流动性”、“可塑性”、“稳定性”和“易密性”这四个方面的含义。优质的新拌混凝土应具有：满足输送和浇捣要求的流动性；不为外力作用产生脆断的可塑性；不产生分层、泌水的稳定性和易于浇捣密致的密实性。,2工作性的测定方法 （1）坍落度与坍落扩展度法试验 （2）维勃稠度试验 3影响和易性的主要因素 1）组成材料质量及其用量（内因） （1）水泥浆的数量和集浆比；（2）水泥浆的稠度；（3）砂率；（4）组成材料性质 2）环境
5、条件与搅拌时间（外因） 对混凝土拌和物和易性有影响的环境因素主要有湿度、温度、风速。,4混凝土拌和物和易性的选择 1）公路桥涵用混凝土拌和物的和易性，应根据公路桥涵技术规范有关规定选择。 2）道路混凝土拌和物的工作性选择 （二）硬化混凝土的强度 1混凝土的抗压强度标准值和强度等级 1）立方体抗压强度（ fcu ） 2）立方体抗压强度标准值（fcu，k） 3）强度等级（C） 2混凝土的轴心抗压强度（fcp） 3混凝土的劈裂抗拉强度（fts） 4混凝土的抗折强度（ftf）,按照标准的制作方法制成边长为150mm的正立方体试件，在标准养护室中（温度202，相对湿度为95%以上），或在温度为202的不
6、流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护；（标准养护室内的试件应放在支架中；彼此间隔1020mm，试件表应保持潮湿，并不得被水直接冲淋的条件下）养护28天龄期，按标准方法测定其抗压强度值，称为“混凝土立方体抗压强度”，可按下式计算： 式中：fcu立方体抗压强度（Mpa） F试件破坏荷载（N）；A试件承压面积（mm2）。,立方体抗压强度标准值（ fcu，k ），按我国现行国家标准混凝土强度检验评定标准（GBJ10787）的定义是：按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测定的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%（即具有95%保证率的抗压强
7、度）以N/mm2（即Mpa）计，以fcu，k表示。,混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。强度等级的表示方法，用符号“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容来表示，如C20即表示混凝土立方体抗压强度标准值为20Mpa。 我国现行规范（GB500102002）规定，普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个等级。,我国现行国家标准（GB/T500812002）规定，采用150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，测定其轴心抗压强度。混凝土的轴心抗压强度可按下式计算：
8、 式中： fcp混凝土的轴心抗压强度（Mpa）； F试件破坏荷载（N）； A 试件承压面积（mm2）。 通过许多棱柱体和立方体试件的强度试验表明：在立方体抗压强度为1050 Mpa的范围内，轴心抗压强度与立方体抗压强度之比约为0.70.8。,我国现行国家标准（GB/T500812002）规定，采用150mm150mm150mm的立方体作为标准试件，在立方体试件（或圆柱体）中心平面内用圆弧为垫条施加两个方向相反、均匀分布的压应力，当压力增大至一定程度时试件就沿此平面劈裂破坏，这样测得的强度称为劈裂抗拉强度。混凝土的劈裂抗拉强度（ fts ）可按下式计算： 式中： fts混凝土的劈裂抗拉强度（Mp
9、a）； F试件破坏荷载（N）；B 试件承压面积（mm2）,道路路面或机场跑道用水泥混凝土，以抗折强度（也称抗弯拉强度）为主要强度指标，抗压强度作为参考指标。根据我国公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）规定道路路面用水泥混凝土的抗折强度是以标准方法制备成150mm150mm550mm的梁形试件，在标准条件下，经养护28天后，按三分点加荷方式测定其抗折强度（ ftf ），可按下式计算： 式中： ftf混凝土的抗弯拉（抗折）强度（Mpa）；F试件破坏荷载（N）；L支座间距（mm）；b试件宽度（mm）；h试件高度（mm）。,5影响水泥混凝土强度的因素 1）材料组成 （1）水泥强度与水灰
10、比 （2）集料特性与水泥浆用量 2）养护温度与湿度 3）龄期 6提高混凝土强度的技术措施 1）采用高强度水泥和特种水泥 2）采用低水灰比和浆集比 3）掺加外加剂 4）采用湿热处理方法 （1）蒸汽养护 （2）蒸压养护 5）采用机械搅拌和振捣,（三）混凝土的变形 1弹性变形和弹性模量 弹性变形是指对材料施加荷载出现、荷载卸除后消失的变形。 2徐变 混凝土在持续荷载的作用下。随时间增长的变形称为徐变，也称为蠕变。混凝土的徐变变形在早期增长很快，然后逐渐减慢，一般要23年才可能基本趋于稳定。当混凝土卸载后，一部分变形瞬间恢复，还有一部分要若干天内才能逐渐稳定，称为徐变恢复，剩下不可恢复部分称为残余变形
11、。,3温度变形 混凝土具有热胀冷缩的性质，它的温度膨胀系数约为1.010-10，即温度升高1每米膨胀0.01mm。 4化学收缩 混凝土拌和物由于水化产物的体积比反应前物质的总体积要小，因而产生收缩，称为化学收缩。 5干湿变形 这种变形主要表现为湿胀干缩，混凝土在干燥空气中硬化时，随着水分的逐渐蒸发，体积也将逐渐发生收缩；如在水中或潮湿条件下养护时，则混凝土的干缩将随之减少或略产生膨胀。,（四）混凝土的耐久性 道路与桥梁用混凝土除了要满足工作性和强度外，还要求具有优良耐久性。耐久性首要要求是抗冻性；其次对道路混凝土，因受车辆轮胎作用，还要求其有耐磨性；桥梁墩台混凝土受海水或污水的侵蚀，还要求具有
12、抗化学侵蚀的耐蚀性；此外，碱集料反应必须引起关注。 1抗冻性：混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下遭受冰冻时，抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。 2混凝土的耐磨性：耐磨性是道路路面和桥梁工程用混凝土的最重要的性能之一。 3碱集料反应：水泥混凝土中水泥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（简称ARR）。,4混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是指大气中的二氧化碳在存在水的条件与水泥水化产物氢氧化钙发生反应，生成碳酸钙和水。因氢氧化钙是碱性，而碳酸钙是中性，所以碳化又叫中性化。碳化主要是对混凝土的碱度、强度和收缩产生影响。 5混凝土的抗侵蚀性 当
13、混凝土所处的环境水有侵蚀性时，必须对侵蚀问题予以重视。环境侵蚀主要指对水泥石的侵蚀，如淡水侵蚀、硫酸盐侵蚀、酸碱侵蚀等。混凝土的抗侵蚀性主要在于选用合适的水泥品种和提高混凝土密实度。密实性好及具有封闭孔隙的混凝土，环境水不易侵入混凝土内部，故其抗侵蚀性好。,三、普通水泥混凝土配合比设计（以抗压强度为指标的计算方法） （一）混凝土配合比设计的基本资料 1混凝土设计强度等级； 2工程特征（工程所处环境、结构断面、钢筋最小净距等）； 3耐久性要求（如抗冻性、抗侵蚀、耐磨、碱集料等）； 4水泥强度等级和品种； 5砂、石的种类，石子最大粒径、密度等； 6施工方法等。,（二）表示方法 混凝土配合比表示方法
14、，有下列两种： 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。 （三）基本要求 1施工工作性的要求 2结构物强度要求 3环境耐久性要求 4经济性的要求,（四）混凝土配合比设计三参数 1、水灰比 2、砂率 3、单位用水量 （五）混凝土配合比的基本原理 1绝对体积法 2假定表观密度法 3查表法 （六）混凝土配合比设计的步骤 1初步配合比的计算 2试拌调整提出基准配合比 3检验强度，确定试验室配合比 4施工配合比 设计实例一（以抗压强度为指标的设计方法）,四、道路混凝土的配合比设计 水泥混凝土路面用混
15、凝土配合比设计方法,按我国现行国标水泥混凝土路面施工路面及验收规范（JTJF302003）的规定，采用抗弯拉强度或抗压强度为指标的方法，本节介绍（JTJ F302003）规范推荐的抗弯拉强度为指标的经验公式法。 路面用水泥混凝土配合比设计，应满足：（1）施工工艺性；（2）抗弯拉强度；（3）耐久性（包括耐磨性）；（4）经济合理的要求。 路面用水泥混凝土配合比设计按下列步骤进行： 一）计算初步配合比 二）配合比调整 设计实例二某一级公路拟采用水泥混凝土路面，试设计路面用混凝土配合比,五、掺外加剂普通混凝土配合比设计 1确定试配强度和水灰比 2计算掺外加剂混凝土的单位用水量 3计算外加剂混凝土的单位
16、水泥用量 4计算单位粗、细集料用量 5试拌调整 六、粉煤灰混凝土配合比设计 1配合比设计原则 2设计原则 七、普通水泥混凝土的质量控制 （一）普通水泥混凝土强度的评定方法 （二）混凝土强度的合格性判断,第二节 其他功能混凝土,一、高强混凝土 强度等级不低于C60的混凝土称为高强混凝土。 二、流态混凝土 三、纤维增强混凝土 四、碾压式水泥混凝土 五、仿生裂缝自愈合混凝土,第三节 建筑砂浆,砂浆是由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成的建筑材料，在工程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。道路和桥遂工程中，砂浆主要用来砌筑圬工桥涵、沿线挡土墙和隧道衬砌等砌体，以及修饰这些构筑物的表面。砂浆的种类很多，根据所用胶结料的种类不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆等；根据其用途的不同，可分为砌筑砂浆和抹面砂浆。,一、建筑砂浆的组成材料 （一）胶结材料 1水泥 2其它胶结料及掺合料 （二）细集料 （三）外加剂 （四）水 二、 建筑砂浆的主要技术性质 （一）新拌砂浆的和易性 （二）硬化后砂浆的性质,（一）流动性 砂浆的流动
