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1、任务1-1-3普通水泥混凝土性能及配合比设计授课内容学习目标学习目标目标内容目标内容难易程度难易程度1 1、普通水泥混凝土的原材料和普通水泥混凝土的原材料和 技术性质技术性质 易易2 2、混凝土外加剂和矿物质掺合混凝土外加剂和矿物质掺合 料料 易易3 3、普通水泥混凝土的配合比设普通水泥混凝土的配合比设 计计 难难4 4、掺外加剂和矿物质掺合料的掺外加剂和矿物质掺合料的 配合比设计配合比设计 易易注：注： 代表掌握的程度。代表掌握的程度。 水泥混凝土概述v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
2、人工石材。v按表观密度，水泥混凝土可分为：v（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；v（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。 v（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。v按强度分级，水泥混凝土按抗压强度可分为3大类：v(1）低强度混凝土 抗压强度小于30MPa;v(2) 中强度混凝土 抗压强度3060MPa；v(3) 高强度混凝土 抗压
3、强度大于60MPa。v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。v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。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。v一、普通水泥混凝土的组成材料普通水泥混凝土v（一）水泥v1水泥品
4、种的选择v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。v2水泥强度等级的选择v 选用水泥强度等级应与要求配制混凝土等级相适应。v（二）细集料v1砂的颗粒级配和细度模数v2 有害杂质含量 v3 含泥量、石粉含量和泥块含量v4 坚固性v5 表观密度、堆积密度、空隙率 v6 碱集料反应v（三）粗集料v1强度v2坚固性v3最大粒径及颗粒级配v1）最大粒径的选择 2）颗粒级配 v4表面特征及形状v5有害物质含量v6碱集料反应v（四）混凝土拌和用水v（五）外加剂v（六）掺合料v二、普通水泥混凝土的主要技
5、术性质v（一）新拌混凝土的工作性（和易性） v水泥混凝土在尚未凝结硬化以前，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）。v1工作性的含义v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。v2工作性的测定方法v（1）坍落度与坍落扩展度法试验 v（2）维勃稠度试验 v3影响和易性的主要因素v1）组成材料质量及其用量（内因）v（1）水泥
6、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v2）环境条件与搅拌时间（外因）v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。 v4混凝土拌和物和易性的选择v1）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。 v2）道路混凝土拌和物的工作性选择v（二）硬化混凝土的强度 v1混凝土的抗压强度标准值和强度等级v1）立方体抗压强度（ fcu ）v2）立方体抗压强度标准值（fcu，k）v3）强度等级（C）v2混凝土的轴心抗压强度（fcp）v3混凝土的劈裂抗拉强度（fts）v4混凝土的抗折强度（ftf）v按照标准的制作方法制成边长为150mm
7、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：v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）。 v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，
8、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%保证率的抗压强度）以N/mm2（即Mpa）计，以fcu，k表示。v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。v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。v我国现行国家标准（GB/T500812002
9、）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：v式中： fcp混凝土的轴心抗压强度（Mpa）；F试件破坏荷载（N）；v A 试件承压面积（mm2）。v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。v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
10、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：v式中： fts混凝土的劈裂抗拉强度（Mpa）； F试件破坏荷载（N）；B 试件承压面积（mm2）v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：v式中： ftf混凝土的抗弯拉（抗折）强度（Mpa）；F试件破
11、坏荷载（N） ；L支座间距（mm）；b试件宽度（mm）；h试件高度（mm）。v5影响水泥混凝土强度的因素v1）材料组成v（1）水泥强度与水灰比 v（2）集料特性与水泥浆用量v2）养护温度与湿度 3）龄期v6提高混凝土强度的技术措施v1）采用高强度水泥和特种水泥v2）采用低水灰比和浆集比v3）掺加外加剂v4）采用湿热处理方法v（1）蒸汽养护 （2）蒸压养护 v5）采用机械搅拌和振捣v（三）混凝土的变形v1弹性变形和弹性模量 v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。 v2徐变v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
12、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。v3温度变形v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。v4化学收缩v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。 v5干湿变形v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。 v（四）混凝土的耐久性v道路与桥梁用混凝土除了
13、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，还要求具有抗化学侵蚀 的耐蚀性；此外，碱集料反应必须引起关注。v1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。 v2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。 v3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）。 v4混凝土的碳化v混凝土的碳化作用是指大气中的二氧化碳
14、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。v5混凝土的抗侵蚀性v当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。 v（一）混凝土配合比设计的基本资料v1混凝土设计强度等级；v2工程特征（工程所处环境、结构断面、钢筋最小净距等）；v3耐久性要求（如抗冻性、抗侵蚀
15、、耐磨、碱集料等）；v4水泥强度等级和品种；v5砂、石的种类，石子最大粒径、密度等；v6施工方法等。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）v（二）表示方法v混凝土配合比表示方法，有下列两种：v1单位用量表示法 以每1m3混凝土中各种材料的用量表示。v2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。v（三）基本要求v1施工工作性的要求v2结构物强度要求v3环境耐久性要求v4经济性的要求v（四）混凝土配合比设计三参数v1、水灰比 2、砂率 3、单位用水量 v（五）混凝土配合比的基本原理v1绝对体积法 2假定表观密度法 3查表法v（六）混凝
16、土配合比设计的步骤v1初步配合比的计算v2试拌调整提出基准配合比v3检验强度，确定试验室配合比v4施工配合比v案例（以抗压强度为指标的设计方法） v案例试设计钢筋混凝土桥T型梁混凝土配合比v原始资料v1已知混凝土设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土 拌和物坍落度为30mm50mm。桥梁所在地区无冻害影响。v2组成材料：可供应强度等级42.5级普通硅酸盐水泥；密度为 3.1103kg/m3；富余系数为1.13；砂为中砂,表观密度为2.65103kg/m3 ；碎石最大粒径为31.5mm，表观密度为2.70103kg/m3。v设计要求v1按题给资料计算出初步配合比。v2按初步配合比在试验室进行试拌调整
