普通水泥混凝土

普通水泥混凝土第1页/共171页主要内容水泥混凝土的组成及特点水泥混凝土的技术性质普通水泥混凝土组成设计道路混凝土组成设计混凝土外加剂及掺合料4.14.24.34.44.5第2页/共171页 4.1.1水泥混凝土的发展历程 4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类 4.1.3水泥混凝土的特点 4.1.4水泥混凝土的变革与发展第一节水泥混凝土的组成及特点第3页/共171页1824年，John,Aspdin,发明波特兰水泥1850年，

Lambot(France)，钢筋混凝土1880年，钢筋混凝土设计方法发表1918年，水灰比理论问世1928年，预应力混凝土问世1824年1850年1880年1918年1928年4.1.1水泥混凝土的发展历程第4页/共171页4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类（1）组成：水泥+砂+石+水+外加剂等

搅拌,成型,养护掺合料

水

水泥外加剂细集料

水泥混凝土粗集料改性材料第5页/共171页（2）定义

以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散某间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。4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类第6页/共171页（2）定义

以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散某间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。4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类 分散相:粗、细集料,起骨架作用分散介质:水泥浆

后期：黏结填充作用早期：润滑作用分散体系外加剂：起性能改善作用（减水、缓凝、早强等）第7页/共171页（3）分类低强混凝土:28d抗压强度<20MPa中强混凝土:28d抗压强度=20～50MPa高强混凝土:28d抗压强度>50MPa道路混凝土、大坝混凝土、结构混凝土普通混凝土:2350～2500kg/m3（道路）轻混凝土:1900kg/m3（大跨径钢筋混凝土结构物)重混凝土:2500～3200kg/m3（屏蔽辐射）按流动性按表观密度按强度塑性混凝土:低流动性混凝土:干硬性混凝土:按用途4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类道路混凝土大坝混凝土结构混凝土:隔热混凝土第8页/共171页4.1.3水泥混凝土的特点特点：工艺简单,适用性强,可浇注成不同形状的整体结构或预制构件用途最为广泛的人造材料成本低廉节省能源有利于生态保护表观简单，但结构复杂,非静态,非均质concretus—生长（拉丁文）使用前需现场拌制（施工工艺影响大）第9页/共171页优点： 料源广泛,经济性好 强度高,耐久性好, 工艺简单,适用性强 易于钢材配合使用有利于环境缺点：自重大刚度大，变形小易出现收缩,开裂破损修复难度大

4.1.3水泥混凝土的特点第10页/共171页环境协调化--使用工业废渣

高性能化—高强，高韧性

多功能化—防水，补偿收缩，屏蔽射线等

智能化--智能化交通（1）变革4.1.4水泥混凝土的变革与发展第11页/共171页改善性能

增加功能

使其智能

节约水泥

保护环境（2）发展砼第六组分改善型功能型智能型4.1.4水泥混凝土的变革与发展第12页/共171页4.1.4水泥混凝土的变革与发展第13页/共171页工程实例郑西高速铁路高性能混凝土桩基、墩台和梁体第14页/共171页工程实例京沪高速铁路高性能混凝土箱梁强度等级C50高性能化途径：掺加优质磨细复合矿粉掺加高效减水剂、引气剂、泵送剂第15页/共171页4.1.4水泥混凝土的变革与发展第16页/共171页 4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性 4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质 4.2.3水泥混凝土的耐久性第二节水泥混凝土的组成及特点第17页/共171页水泥混凝土的三个阶段4.2水泥混凝土的技术性质施工阶段----工作性(和易性)凝结硬化阶段----力学性质使用阶段----耐久性第18页/共171页4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（1）定义：

混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能，又称工作性。

实质是易于进行，减少离析保证施工质量运输浇筑捣实表面处理离析密实第19页/共171页和易性

保水性

振实性

流动性

粘聚性

好

好

易密实成型易结构均匀

在自重或机械振动密实作用下能产生适当地流动并均匀密实地填满模板的性能易于振捣密实、排出所有被挟带空气的性质具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（1）定义第20页/共171页目前，国际上尚无一种能全面表征上述工作性的测定方法主要有①主观评定②坍落度③压入度试验④流动度试验⑤重塑性试验⑥贯入度试验⑦搅拌机试验⑧其他方法我国规范现推荐：坍落度和维勃稠度试验4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第21页/共171页

①坍落度试验（1918年，美国Chapman提出）坍落度筒测定：自重作用下的变形值——坍落度（单位mm）坍落度越大，流动性越好。目测：粘聚性、保水性、棍度、含砂情况等

适用：集料最大粒径不大于31.5mm坍落度值>=10mm的低塑性混 凝土、塑性混凝土。分3次装填，每层插捣25次，刮平垂直提取坍落度桶，置于一侧4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第22页/共171页

优点：评价指标直观塌落度大,流动性大测试方法简单可用于室内实验及现场质量控制使用历史悠久已得到工程界广泛认可适用于富含水泥浆的水泥混凝土缺点：坍落度仅能表征流动性可能发生沿一斜面下滑甚至崩溃仅对富含水泥浆的混凝土较敏感，干硬混凝土坍落度=0坍落度不是满意的工作性指标①坍落度试验（1918年，美国Chapman提出）4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第23页/共171页维勃稠度仪坍落度桶置于圆筒中，并安放在振动台上

拔出坍落度筒并在混凝土顶上置一透明圆盘开动振动台，直至水泥浆布满圆盘记录时间(s)，VB越大，流动性越差，适用：集料最大粒径不大于31.5mm坍落度值<10mm的干硬性混凝土 （维勃值≈5~30s）②VB稠度试验（1940年，瑞典V.Bahrner提出）4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第24页/共171页③密实因素试验（英国人提出）Cf＝ρ1/ρ；ρ－圆柱筒中完全密实的混凝土密度

Cf↑，流动性愈好一般，Cf＝0.8～0.92，对混凝土做一定功后，测定密实程度，先将混凝土装满料斗1，打开底门，落入2，再打开2的底门，混凝土落入3，刮平后，确定3中的混凝土密度ρ1。捣实系数仪1234.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第25页/共171页④沉球试验(贯入式试验的一种）

非常简便、快速，能在手推车、敞篷卡车中进行。用d＝152mm，G＝13.6kg的半球体，置于混凝土的表面上，在自重作用下沉入混凝土中，以沉入深度来评价混凝土的稠度。凯利球4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第26页/共171页⑤重塑性的试验

以改变混凝土试样的形状所作的功来评价工作性能，把坍落度筒放在一个D=305mm,h=203mm的圆柱筒内，固定在跳桌上，跳桌落差为6.3mm，按标准方法将坍落度筒装满混凝土后，并脱去，一个1.9kg的圆盘置于混凝土顶部，跳桌以1次/s的频率跳动直到圆盘到达离圆柱筒底81mm时为止，跳桌的次数即为重塑性。测混凝土在颠簸或持续振动下流动的性能，并提供离析趋势或稠度指标。将堆成一定形状的混凝土置于跳桌上，经跳动一定的次数后，测定混凝土的扩展程度，用以鉴定混凝土的流动度及离析程度。⑥流动度试验4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第27页/共171页所有的试验都是经验性的，并不能用任何基本方法来测定混凝土的流动性。没有一个试验适用于所有混凝土，工作性不同的混凝土可能得到相同的数值。以上试验可作为一种质量控制手段。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法第28页/共171页水泥及集料内因和易性影响因素单位用水量水灰比砂率外加剂环境因素时间因素外因4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第29页/共171页品种细度矿物组成混合材掺量标准稠度用水量水泥不同，需水量不同

因为不同品种的水泥达到标准稠度需水量不同例：普通混凝土比矿渣和火山灰混凝土工作性好。矿渣混凝土流动性虽大，但粘聚性差，易离析，火山灰流动性小，但粘聚性好。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第30页/共171页不同品种水泥的标准稠度需水量不同，给定用水量时配制成的混凝土流动性也就不同。水泥细度，流动性，这种影响对水泥用量较高的拌合物尤为明显较细的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性，减轻离析和泌水等现象。水泥品种和细度4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第31页/共171页dmax：dmax，比表面积，需要更多的水 泥浆来润滑，∴坍落度，工作性好。形状：粗糙、多棱角性，坍落度 针片状含量、圆形颗粒，混凝土流动性较大，粘聚性和保水性较好。级配：级配良好，空隙小，工作性好吸水性：吸水性大，工作性差集料的性质4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第32页/共171页单位用水量

水泥浆的数量单位用水量，流动性单位用水量W/C一定，单位用水量过小，粘聚性较差，易发生离析和崩坍，且不易成型密实4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第33页/共171页W/C一定，单位用水量过多，流动性增加，会出现泌水、分层或流浆现象，产生离析W/C一定，单位用水量过多，容易产生收缩裂缝，严重降低强度和耐久性。W/C一定，单位用水量过多，水泥用量过大，降低混凝土经济性。单位用水量过多存在问题单位用水量4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第34页/共171页在一定范围内，随砂率的增加润滑作用越明显，流动性增大；砂率砂率过小，会降低粘聚性和保水性，产生离析和流浆另外，砂率增大，集料的总表面积增大，需要水分增多，用水量一定时，流动性反而降低砂率

坍落度

4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第35页/共171页合理砂率：在水泥浆数量一定的条件下，流动性最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；Or,

在流动性、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。砂率4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第36页/共171页W/C，水泥浆稠度，流动性W/C过小，在一定的施工条件下就不能保证混凝土的密实成型W/C，水泥浆稠度，流动性可能会引起粘聚性和保水性不良。水灰比(W/C)=mw

mc

4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第37页/共171页外加剂对加外加剂掺加引气剂减水剂可增加混凝土和易性，减少离析和泌水级配不良颗粒形状不好的集料水泥用量不足引起的贫混凝土粗涩的混凝土拌合物4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第38页/共171页少量的外加剂可以在不改变用水量和水泥用量的情况下，有效地改善工作性，同时提高强度和耐久性。改善混凝土拌合物和易性的主要外加剂是减水剂和引气剂。外加剂掺外加剂的混凝土

4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第39页/共171页环境因素温度

湿度

风速

温度，水化速度，水分蒸发坍落度

水分蒸发夏季施工时，应采取措施减少混凝土拌合物流动性的损失。

4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第40页/共171页搅拌时间不足，和易性就差，质量也不均匀坍落度损失：搅拌后，坍落度随时间逐渐减小

时间因素时间

坍落度

坍落度损失的原因：一部分水分被集料吸收一部分水分蒸发一部分水分随水泥水化反应变成水化产物结合水4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素第41页/共171页

对于滑模摊铺机施工的碎石混凝土最佳工作坍落度为25～50mm，允许波动范围10～65mm；卵石混凝土最佳工作坍落度为20～40mm，允许波动范围5～55mm。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（4）和易性分级与选择第42页/共171页项次结构种类坍落度（mm）1桥涵基础、墩台、挡土墙及大型制块等便于灌注捣实的结构0～202上列桥涵墩台等工程中不便施工处10～303普通配筋的钢筋混凝土结构，如钢筋混凝土板、梁、柱等30～504钢筋较密、断面较小的钢筋混凝土结构（梁、柱、墙等）50～705钢筋配置特密、断面高而狭小、极不便灌注捣实的特殊结构部位70～90注：1.使用高频振捣器时，其混凝土坍落度可适当减小；2.本表系不采用机械捣器的坍落度，采用人工捣器时可适当放大；3.曲面或斜面结构的混凝土，其坍落度应根据实际需要另行选定；4.需要配置大坍落度混凝土时，应掺和外加剂；5.轻集料混凝土的坍落度，应比表中数值小10～20mm；4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（4）和易性分级与选择第43页/共171页采用合理砂率改善砂石的级配掺外加剂或掺合料提高振捣效能在水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性；在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性根据环境条件，注意坍落度的现场控制4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（5）改善措施第44页/共171页力学性质水泥混凝土质量评价的重要指标

抗冻也与混凝土耐磨密切相关抗蚀4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第45页/共171页力学性质

变形强度劈裂抗拉强度

轴心抗压强度

立方体抗压强度抗弯拉强度

干缩变形

徐变变形

弹性变形温度变形

4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第46页/共171页1、强度（1）强度分布特征特征参数：平均值、标准差、变异系数反映施工质量水平越大表示离散性越大，质量越不稳定4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第47页/共171页（1）强度分布特征强度保证率：大于设计强度等级（fcu,k）的概率P (图中阴影部分的面积)正态分布

t与保证率有关P=95%，t=-1.645P=90%，t=-1.281、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第48页/共171页（2）立方体抗压强度试件尺寸：立方体，边长150mm标准养护条件温度：20±2℃相对湿度：95％养护时间：28d龄期1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质——混凝土抗压强度，MPa

F——抗压试验中的极限破坏荷载，N

A——试件的承载面积,mm2第49页/共171页——强度总体分布的平均值，MPa；——强度总体分布的标准差，MPa；——与保证率95%对应的保证率系数值；表示28d龄期，用标准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概率<5%立方体抗压强度标准值1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第50页/共171页12个等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。水泥混凝土的强度等级：用“C”+“”表示C20“20”代表fcu,k>=20.0MPa；

“C”代表混凝土

②强度等级1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第51页/共171页——混凝土轴心抗压强度，MPa；

F——抗压试验中的极限破坏荷载，N；

A——试件的承载面积,mm2。计算轴心受压构件，均以轴心抗压强度为指标（多用于高/宽>2的构件）。采用150mm×150mm×300mm的棱柱体0.7~0.8（3）轴心抗压强度1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第52页/共171页在道路和机场工程中，将抗弯拉强度作为重要指标。采用150mm×150mm×550mm的梁形试件，标养28d，3分点加载FfhbL（4）抗弯拉强度1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质单点加载：修正系数为0.85第53页/共171页∵①直接抗拉试验试件在夹具附近易产生局部破坏，且易受到弯折作用，结果波动较大； ②轴心抗拉设备困难，不易实现∴采用劈裂抗拉试验法间接求出混凝土的抗拉强度。 边长150mm的立方体试件标养28d通过垫条加载受拉受压（5）劈裂强度1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第54页/共171页——混凝土劈裂抗拉强度，MPa；

F——劈裂抗拉试验中的极限破坏荷载，N；

A——试件劈裂面面积,mm2。混凝土的fts较低，fts/fcu随fcu的增高而有所减小。

根据弹性力学理论（5）劈裂强度1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第55页/共171页与轴心抗压强度的关系与抗弯拉强度的关系——混凝土劈裂抗拉强度，MPa；

——混凝土抗弯拉强度，MPa；

A、m——试验统计参数。（5）劈裂强度1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质劈裂强度可评价：混凝土抗裂性、与钢筋的粘结强度、预测干缩、温缩引起的裂缝第56页/共171页混凝土受力破坏模式图I集料与水泥的粘结界面破坏II集料本身的破坏III水泥石的破坏（6）强度影响因素1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质在载荷、环境因素共同作用下，混凝土出现破坏：第57页/共171页∴混凝土的强度取决于界面粘结强度水泥石强度集料强度水泥强度内因强度影响因素水灰比集料特性水泥浆用量养护条件龄期外因施工质量养护温度养护湿度组成材料（6）强度影响因素1、强度4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质第58页/共171页水泥强度和水灰比影响强度的主要因素—组成材料一定，水泥品种一定，水灰比定则可见，，反之，，反之，强度影响因素公式中还考虑了与集料有关的系数第59页/共171页（1930，瑞典人）1.252.5当W/C下降，工作性降低至某种方式不能捣实时，fcu开始下降∵水泥水化的理论水灰比为0.23，但此时难以成型，导致强度降低∴在一定范围内，与成线性关系∴在一定范围内，与成双曲关系，影响强度的主要因素—组成材料强度影响因素第60页/共171页用量不足，砂浆粘聚性差，易出现离析，硬化后混凝土强度低，耐久性差，耐磨性差。用量过多，成本提高，硬化后收缩大，易引起干缩裂缝。水泥浆用量影响强度的主要因素—组成材料强度影响因素第61页/共171页集料特性集料强度：集料强度不足，引起集料本身破坏粗集料颗粒形状、表面特征、洁净程度：

影响界面粘结强度，引起界面破坏针片状含量：含量高，增加混凝土空隙，强度降低最大粒径：影响抗弯拉和抗压强度，对前者影响更大级配：级配良好，混凝土密实，工作性好，不易离析砂的级配与粗细程度：较多粗砂、适量中砂、少量细砂的组成，空隙和比表面较小，级配理想，因此砂浆少，强度大，工作性好影响强度的主要因素—组成材料强度影响因素第62页/共171页适宜的养护环境才能保证水泥水化的正常进行。因此，水化速度与程度、水化产物结构特征都取决于养护的温度和湿度条件。影响强度的主要因素—养护条件强度影响因素第63页/共171页T，初期水化速度，混凝土早期强度。相对较低的温度下，水泥的水化反应速度，水化物分布均匀，后期强度。T过低，或降至冰点以下，水化停止，强度降低养护温度最佳水化温度：硅酸盐水泥13oC

快硬硅酸盐水泥13oC影响强度的主要因素—养护条件强度影响因素夏天浇注的混凝土强度不一定比春秋浇注的高。第64页/共171页湿度不足，水化反应不能顺利进行或停止，将严重降低混凝土的强度水泥石结构松散，形成干缩裂缝，影响耐久性。养护湿度空气中养生，所有龄期的混凝土强度降低夏季温度高，水分蒸发快，更应注意养护1-空气养护2-九个月后水中养护3-三个月后水中养护4-标准湿度条件下养护影响强度的主要因素—养护条件强度影响因素第65页/共171页标养下，t，水化愈充分，水化产物愈多，强度，3～7d内发展较快，28d达到设计强度后，逐渐缓慢。龄期与强度的相关性良好龄期常数坐标对数坐标影响强度的主要因素—养护条件强度影响因素第66页/共171页在混凝土施工过程中，可根据混凝土的这种特性，由早期强度推算后期强度龄期—n天龄期的混凝土抗压强度，MPa—a天龄期的混凝土抗压强度，MPa影响强度的主要因素—养护条件强度影响因素第67页/共171页力学强度还受试验条件的影响：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。立方体棱柱体圆柱体压板对试

件的约束作用

破坏后残

存的棱柱体

不受压板约束时试件的破坏情况影响强度的主要因素—试验条件和施工方法强度影响因素第68页/共171页三辊轴摊铺排式振捣棒振捣美国产滑模摊铺机械德国产滑模摊铺机械混凝土结构物的施工质量同样会对混凝土的强度产生影响，包括：配料的准确性、搅拌的均匀性、振捣效果等。影响强度的主要因素—试验条件和施工方法强度影响因素第69页/共171页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⑤采用机械搅拌和振捣4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（7）提高强度的措施1、强度第70页/共171页4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质2、变形第71页/共171页弹性变形:荷载施加于材料时立即出现、荷载卸除后立即消失的变形。但泥混凝土应力—应变关系是非线性的，当卸荷后其变形并不能恢复到原点。

荷载/应力变形/应变弹性模量4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（1）弹性变形和弹性模量2、变形第72页/共171页混凝土的弹性模量为变量：初始切线模量切线模量

割线模量

（工程常用）应力应变抗压模量抗折模量4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（1）弹性变形和弹性模量2、变形第73页/共171页测试方法Fa—终荷载，⅓fcp对应的荷载；F0—初荷载，0.5MPa对应的荷载；

—第5次加载，试件两侧弹性变形均值l—测点标距1、测定轴心抗压强度fcp2、预压（F0

—Fa—

F0，至少两次）3、测试，记录变形值4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（1）弹性变形和弹性模量2、变形第74页/共171页测试方法1/2F0.51、测定抗弯拉强度fcf2、5次加载卸载循环（1kN—F0

—F0.5—1kN

）3、记录最后一次的千分表读数F0.5—终荷载，0.5fcf对应的荷载；F0—初荷载，3kN；

—不同荷载下的千分表读数（跨中挠度）l—支座间距J—试件断面转动惯量4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（1）弹性变形和弹性模量2、变形第75页/共171页弹性模量影响因素混凝土强度，弹性模量集料弹性模量，集料与水泥的比例，弹性模量早期养护温度较低，混凝土弹性模量潮湿状态养护的混凝土弹性模量龄期，弹性模量4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（1）弹性变形和弹性模量2、变形第76页/共171页徐变变形：持续荷载下，混凝土的变形随时间而增长对沥青混合料，称蠕变徐变变形在早期增长很快，然后逐渐减慢，一般要2～3年才可能基本趋于稳定。4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（2）徐变变形2、变形

预应力混凝土梁第77页/共171页徐变原因胶体在外力下的力学特性水泥浆体内吸附水的迁移粘滞流变凝胶粒子间的滑移4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（2）徐变变形2、变形第78页/共171页温度变形：混凝土因热胀冷缩性质产生的变形。混凝土温缩系数： ∵①水化反应导致混凝土内部温度升高（50~70oC），产生体积膨胀， ②外部温度较低，体积收缩

产生拉应力，，出现开裂

∴温度变形对大体积混凝土和在温差较大季节施工的混凝土结构极为不利4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（3）温度变形2、变形第79页/共171页为减小不利影响，可采取的措施：降低水泥的水化热，如采用低热水泥、人工降温等加强表层保温保湿养护减小内应力，如切缝、设置温度伸缩缝4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（3）温度变形2、变形第80页/共171页干燥收缩变形：干燥环境中时，内部水分蒸发而引起的混凝土体积收缩，简称干缩。混凝土干缩系数：即为0.5~0.9mm/m胀缩水中膨胀空气中收缩WDD混凝土环境湿度

内部游离水蒸发

毛细管壁收缩混凝土收缩遇水后

干缩的混凝土膨胀但很小4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（4）干缩变形2、变形第81页/共171页干缩变形进行很慢．而且是由表向里逐渐进行，导致混凝土表面受到拉力作用，易在混凝土表面将产生裂缝

干缩变形受的影响改善措施有水泥品种及用量单位用水量集料用量限制水泥用量保证一定集料用量减小水灰比充分捣实、加强早期养护4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质（4）干缩变形2、变形第82页/共171页1、定义：使用过程中，混凝土抵抗周围环境介质作用并保持其强度和使用质量的能力1234抗冻性抗渗性耐磨性碱—集料反应耐久性环境条件

气候、温度、湿度、腐蚀、磨蚀内部缺陷及组成材料特性混凝土破坏的原因碱-集料反应、渗透性热应力4.2.3

水泥混凝土的耐久性第83页/共171页2、抗冻性抗冻性：混凝土抵抗冻融循环破坏作用的能力评价指标：抗冻标号试验条件：标养28d 标准试件(10cm×10cm×40cm)吸水饱和 （-15~20oC）和（15~20oC）下反复冻融循环水冻结

体胀9%过冷水

水分迁移引起压力混凝土冻融破坏机理各种水的冰点不同凝胶水不结冰4.2.3

水泥混凝土的耐久性第84页/共171页抗冻融实验混凝土冻融循环箱照片4.2.3

水泥混凝土的耐久性第85页/共171页相对动弹模下降≦60%质量损失≦5%或试验结果：对应的最大循环次数抗冻等级：D10、D15、D25、D50、D100、D150、D200、D250和D300。“100”代表能承受100次反复冻融循环；

“D”代表抗冻性

D100

抗压强度下降≦25%质量损失≦5%2、抗冻性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第86页/共171页抗渗性：混凝土对液体或气体渗透的抵抗能力也是评价砼耐久性的综合指标侵蚀介质包括酸、碱、盐，例如硫酸盐、NaCl2侵蚀气体，例如CO2、Cl2混凝土内部侵蚀介质…渗透3、抗渗性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第87页/共171页3、抗渗性4.2.3

水泥混凝土的耐久性抗渗试验仪第88页/共171页评价指标：抗渗标号标养28d，按规定方法能承受的水压力抗渗等级：S2、S4、S6、S8、S10和S12。“10”代表抵抗11.0MPa水压力而不渗水；

“S”代表抗渗性

S10

采用氯离子渗透，可缩短试验时间，简化试验过程3、抗渗性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第89页/共171页抗渗性与抗冻性互相关联，并与混凝土的

密切相关改善措施：采用减水剂，降低W/C，提高密实度加强养护，杜绝施工缺陷防止离析、泌水、混凝土内部形成连同孔隙使用引气剂，缓冲膨胀力采用外部保护，隔离侵蚀介质密实度总孔隙率孔结构3、抗渗性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第90页/共171页耐磨性：混凝土抵抗表层磨擦损伤的能力评价指标：磨损量车辆轮胎表面层的磨耗和磨光磨损的表现高速水流的冲刷（墩台、坝面）4、耐磨性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第91页/共171页试验方法：15cm立方体试件，标养27d，60oC烘干花轮磨头，200N负荷，磨削50转4、耐磨性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第92页/共171页磨损量计算：G0——单位面积的磨损量，kg/m2；

m1、m2

——初始和磨损后的质量，kg；0.0125——试件磨损面积，m2。影响因素强度等级水泥品种集料硬度细集料的影响较大石英含量越高，耐磨性越好4、耐磨性4.2.3

水泥混凝土的耐久性第93页/共171页碱-集料反应：混凝土中所含水泥中的碱与某些碱活性集料在有水存在的条件下发生化学反应，简称ARR.+可溶性碱具有碱活性的集料水+碱-集料反应混凝土开裂、膨胀，甚至破坏5、碱-集料反应4.2.3

水泥混凝土的耐久性第94页/共171页反应类型碱—硅反应(活性SiO2)碱—碳酸盐反应(活性碳酸盐)

为避免碱—集料反应的发生，应进行碱活性检验碱—硅反应碱—碳酸盐反应化学法砂浆长度法岩石柱法岩相法肉眼或显微镜观察是否存在活性成分5、碱-集料反应4.2.3

水泥混凝土的耐久性第95页/共171页砂浆长度法测膨胀量，规定3个月，膨胀量<0.05%6个月，膨胀量<0.10%防止措施：水泥含碱<0.6%采用抑制碱-集料反应的掺合料为控制耐久性，混凝土配合设计指标为最大水灰比最小水泥用量5、碱-集料反应4.2.3

水泥混凝土的耐久性第96页/共171页 4.3.1原材料的技术要求 4.3.2普通混凝土组成设计

4.3.3普通水泥混凝土设计例题第三节普通水泥混凝土组成设计第97页/共171页

主要任务：选料—单项原材料质量优选配料—各项原材料最佳比例确定第三节普通水泥混凝土组成设计根据设计目标、施工条件选料配料，确定各材料的最佳用量配置混凝土满足和易性设计强度耐久性第98页/共171页1、水泥品种和强度等级水泥是混凝土的胶结材料，对性能的影响很大。费用高，选材需慎重选用原则：满足强度要求、收缩小、和易性好和经济性好水泥品种根据工程性质所处环境施工条件选用5大水泥4.3.1

原材料的技术要求第99页/共171页1、水泥品种和强度等级水泥标号水泥标号混凝土强度相适应水泥标号，混凝土强度若过高，则水泥用量过低，影响若过低，则水泥用量太多，不经济，收缩大和易性耐久性4.3.1

原材料的技术要求一般混凝土高强混凝土路面混凝土根据交通等级所要求的设计抗折强度确定 优选早强型水泥，缩短养护时间第100页/共171页粗集料有卵石(砾石)和碎石,是主要组成材料要保证具有稳定的物理性能、化学性能，不能与水泥发生有害反应。2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第101页/共171页必须具有足够的强度用表示不同强度等级混凝土对粗集料技术等级的选择见表：

混凝土的强度等级≥C60C30～C60＜C30卵石、碎石的技术等级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级强度与坚固性岩石抗压强度压碎值2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第102页/共171页为保证耐久性，应对碎石或卵石进行坚固性（硫酸钠）试验。

项次混凝土所处环境在溶液中循环次数质量损失不宜大于（%）1寒冷地区，经常处于干湿交替状态552严寒地区，经常处于干湿交替状态533混凝土处于干燥条件，但粗集料风化成软弱颗粒过多时5124混凝土处于干燥条件，但有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求高或标号大于40号55强度与坚固性2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第103页/共171页国标（GB/T14685—2001）：含泥量、有机物含量、硫化物及硫酸盐含量等不得大于相应等级的技术要求，并应对混凝土所用的碎石或砾石进行碱活性检验。有害杂质包括粘土淤泥硫化物对混凝土有腐蚀作用硫酸盐有机质粘附于集料表面，影响水泥与集料的粘结，降低抗渗、抗冻性2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第104页/共171页最大粒径dmax

dmax，单位用水量，和易性③最大粒径及颗粒形状与级配∵

dmax，

比表面积湿润石料所需水量，水泥浆变稀

当一定，加大dmax，可∴

截面允许时，应尽量增大dmax，以节约水泥但是，抗拉强度会降低改善和易性提高耐久性2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第105页/共171页③最大粒径及颗粒形状与级配规定：

dmax≯

dmax≯

dmax≯

，且dmax≤40mm水泥混凝土面层2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第106页/共171页③最大粒径及颗粒形状与级配颗粒形状

表面粗糙，棱角性强，强度，但流动性差一定，光滑卵石，强度，但和易性好粗集料尽量采用立方体针片状颗粒抗折强度低，影响和易性规定：针+片含量≤5%（I级粗集料）针+片含量≤15%（II级粗集料）针+片含量≤25%（III级粗集料）2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第107页/共171页③最大粒径及颗粒形状与级配级配

为获得的混凝土，级配必须良好

可用级配连续级配（常用）单粒级+连续级配单粒级密实、工作性好、不易离析密实、工作性好、不易离析经技术分析表明不离析或不影响混凝土质量时，方可采用规范（GB/T14685-2001）采用了6个连续级配

5个单粒级级配2、粗集料4.3.1

原材料的技术要求第108页/共171页

可采用的，或

河砂海砂山砂机制砂压碎值与坚固性应具有一定的强度和坚固性，混凝土强度等级与细集料技术等级的关系见表：

混凝土的强度等级≥C60C30～C60＜C30细集料的技术等级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第109页/共171页级配与细度模数

优质砂高密比表面小易拌合、节约水泥耐磨、高强规范（GB/T14684-2001）：

细度模数的砂，按0.6mm累计筛余分为3个区3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第110页/共171页细集料的级配应符合下表规定：

级配与细度模数3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第111页/共171页级配与细度模数15%29%59%30%3、细集料4.3.1

原材料的技术要求84%60%III区细砂II区中砂I区粗砂第112页/共171页选用原则

在任一个区均可，最好在II区，在I、III区时，需调整落入I区，用砂量应大于II区，否则会落入III区，用砂量应小于II区，否则有耐磨要求时，小于0.075mm的颗粒应≯3%级配与细度模数内摩阻力大保水性差不易捣实比表面大工作性差3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第113页/共171页有害杂质降低水泥石的粘附性妨碍水泥的水化与水化物发生不良反应含泥量和泥块含量（尘屑、淤泥等）

d<0.075mmd>5mm，手捏后d<2.5mm泥,无粘性且形成包裹层增大需水量松散状体积不稳定湿胀，干缩变形大规定：<1~5%(泥)<1~2%(泥块)C30~60，2%<C30，<5%3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第114页/共171页有害杂质云母：薄片状，表面光滑，易风化、沿节理开裂，粘结性差GB规定，<2%轻物质：多孔，疏松ρ<2.0g/cm3

GB规定，<1%有机质含量：动植物腐殖质、腐残土

延缓水泥硬化，降低混凝土强度

检验：比色法标准溶液=鞣酸粉+3%Na(OH)试样溶液=试样+3%Na(OH)颜色对比摊成薄层、露天、日照，以消除有机质影响3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第115页/共171页有害杂质硫化物和硫酸盐：硫铁矿FeS2，石膏CaSO4·2H2O

GB规定，折算成SO3≯1%

检验：BaCl2溶液做定性试验，有白色沉淀再做定量试验。3、细集料4.3.1

原材料的技术要求第116页/共171页包括：饮用水、天然水、地下水、海水及经适当处理后的工业废水。凡能饮用的水，均可拌制，无需检验工业废水、海水、沼泽水，pH<4,均不能用。海水可用于拌制素混凝土，但不宜用于含糖类和脂肪的水，不得使用。

有饰面要求的混凝土有耐久性要求的混凝土大体积混凝土、特种混凝土4、拌和用水4.3.1

原材料的技术要求第117页/共171页混凝土拌合用水应符合下表的规定

预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值≥444不溶物（mg/L）≤200020005000可容物（mg/L）≤2000500010000氯化物（mg/L）≤50012003500硫酸盐（mg/L）≤60027002700硫化物（mg/L）≤100——4、拌和用水4.3.1

原材料的技术要求第118页/共171页外加剂：能改变混凝土某些性能的物质，一般在混凝土拌合前或拌合过程中加入，且掺量不超过水泥质量的5%。掺合料：能改善施工和易性、降低混凝土水化热、调解凝结时间等。

粉煤灰粒化高炉矿渣沸石粉掺合料硅粉复合型掺合料早强剂引气剂减水剂外加剂缓凝剂︴5、外加剂和掺合料4.3.1

原材料的技术要求第119页/共171页混凝土配合比的表示方法单位用量法以每m3混凝土中各材料的用量（KG）表示水泥330kg，水185kg，砂598kg，石子1281kg相对用量法

以水泥质量为1表示其他材料的相对关系C：S：G；W/C=1：1.81：3.88；0.5水泥：砂：石子；水灰比4.3.2普通混凝土组成设计第120页/共171页施工配合比设计配合比基准配合比初步配合比施工现场调整含水量复核强度及其它要求调整施工和易性确定组成材料比例组成设计流程4.3.2普通混凝土组成设计第121页/共171页（1）和易性

构件截面尺寸坍落度大小根据钢筋疏密查表确定施工方式来1、配合比设计指标和易性IIIIII耐久性强度4.3.2普通混凝土组成设计第122页/共171页1、配合比设计指标4.3.2普通混凝土组成设计（1）和易性第123页/共171页（2）混凝土配制强度

（路面，桥梁C30以上）根据并满足强度保证率要求，即按近期强度资料或查表求得结构设计–强度等级,例如C50用途强度等级

＜C20C20～C35＞C35强度标准差取值（MPa）

3.0

5.0

6.01、配合比设计指标4.3.2普通混凝土组成设计第124页/共171页（3）耐久性取决于水灰比和水泥用量，查表确定1、配合比设计指标4.3.2普通混凝土组成设计第125页/共171页配制强度

水灰比

用水量

砂率

水泥用量

粗细集料

2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第126页/共171页（1）计算混凝土配制强度

∵不稳定性材料，涉及多种工序，强度有波动 ∴配置强度应高于设计强度（2）计算水灰比并校核

水灰比定则

2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第127页/共171页按耐久性校核

取用

取用

2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计（2）计算水灰比并校核

第128页/共171页（3）确定用水量干硬性和塑性混凝土流动性和大流动性混凝土依据经验或查表选用

(表4-13)根据

工作性dmax细砂，增大；粗砂，减少用水量（5~10kg/m3）未掺外加剂时，以坍落度90mm的用水量为基础，每增大20mm，用水量增加5kg/m3掺加外加剂时，依公式确定2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第129页/共171页（4）选用砂率

坍落度在10～60mm，根据集料品种及dmax、查表坍落度>60mm，每增大20mm，增大1%坍落度<10mm，按经验确定2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第130页/共171页（5）计算单位水泥用量按耐久性校核

取用

取用

2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第131页/共171页体积法：（6）计算粗、细集料单位用量已知密度法2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第132页/共171页方法比较:

质量法简单，无须各种组成材料密度数据若积累了当地常用材料所组成的混凝土湿表观密度，结果亦准确体积法结果较为准确通过上述6步，提出初步配合比

（6）计算粗、细集料单位用量2、初步配合比设计4.3.2普通混凝土组成设计第133页/共171页∵初步配合比借助于计算得到，还需检验试拌：采用工程用原材料、相同的搅拌方法以初步配合比为依据、除集料水分工作性校核：3、试验室配合比试配、调整与确定（1）基准配合比经验公式经验表格经验参数坍落度维勃值不满足要求时，需调整或粘聚性和保水性能不好4.3.2普通混凝土组成设计第134页/共171页调整方法：保持W/C不变，同时增（减）水泥或用水量，即增（减）砂浆调整砂率，若粘聚性和保水性能不好，增大砂率，反之减小若坍落度大，保持砂率不变，适当增加骨料通过上述步骤，提出基准配合比

3、试验室配合比试配、调整与确定（1）基准配合比4.3.2普通混凝土组成设计第135页/共171页①强度检验∵经工作性调整的混凝土，W/C未必合适∴强度不一定满足要求，需检验强度0.490.540.59

W/CI基准配合比的mwa/mca

附近选3~5组W/C

II标养28d，测抗压强度

III绘图，分析，即对应配置强度的W/C=0.56=3、试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比4.3.2普通混凝土组成设计第136页/共171页确定用水量取基准配合比用水量,强度检验时测定坍落度/VB值与要求值相差超过允许偏差时，需调整用水量也可将砂率酌情增加或减少1%

坍落度小，则增加；坍落度大，则减小

？——酌情确定3、试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比4.3.2普通混凝土组成设计第137页/共171页单位水泥用量砂、石用量

——体积法、密度法再根据实测拌合物的湿表观密度修正配比湿表观密度校正系数3、试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比4.3.2普通混凝土组成设计第138页/共171页当设计配合比

当，则3、试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比4.3.2普通混凝土组成设计第139页/共171页∵现场露天放置，砂石含水量处于变化之中，而实验室配比计算与调整以干燥状态为基础∴需进行含水量校核实测工地砂、石子的含水率，提出施工配比

4、施工配合比4.3.2普通混凝土组成设计第140页/共171页

⑴组成材料

普通硅酸盐水泥42.5级，实测28d抗压强度为46MPa，密度=3100kg/m3；中砂，表现密度=2650kg/m3，施工现场砂含水率为2%；碎石：最大粒径=31.5mm，表观密度=2700kg/m3，施工现场碎石含水率为1%。水：自来水。⑵设计要求 某钢筋混凝土桥T梁用混凝土，混凝土设计强度C40，强度标准差为5.0MPa，要求混凝土拌合物坍落度为35～50mm。试确定该混凝土的设计配合比和施工配合比。⑶设计过程…………4.3.3普通混凝土设计例题第141页/共171页 4.4.1道路混凝土简介 4.4.2道路混凝土的技术性能 4.4.3道路混凝土组成设计

4.4.4道路混凝土组成设计新成果第四节道路水泥混凝土组成设计第142页/共171页道路混凝土主要指路面混凝土，是指满足混凝土路面摊铺工作性（和易性）、弯拉强度、耐久性与经济性要求的水泥混凝土材料。道路水泥混凝土可分为：普通道路混凝土（也称素混凝土）钢筋混凝土预应力混凝土钢纤维混凝土碾压混凝土等。4.4.1道路混凝土简介第143页/共171页1、和易性滑模摊铺前拌合物最佳工作性及允许范围

4.4.2道路混凝土的技术性能第144页/共171页1、和易性轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面混凝土坍落度及最大单位用水量4.4.2道路混凝土的技术性能第145页/共171页道路混凝土设计弯拉强度应符合规定2、强度为提高抗冻性，路面混凝土中的含气量范围3、耐久性4.4.2道路混凝土的技术性能第146页/共171页最大水灰比或水胶比、最小水泥用量应符合规定3、耐久性4.4.2道路混凝土的技术性能第147页/共171页1、配制弯拉强度保证率系数取值表

抗弯拉强度变异系数取值表

4.4.3道路混凝土组成设计第148页/共171页按混凝土弯拉强度计算水灰比

碎石（或破碎卵石混凝土）：

卵石混凝土：

2、水灰比W/C的计算、校核及确定

掺加粉煤灰等时，应计入超量取代法中代替水泥的那一部分粉煤灰用量F，代替砂的超量部分不计入，然后用水胶比W/(C+F)代替水灰比W/C。耐久性校核，按道路等级、使用环境查表设计水灰比：满足弯拉强度和耐久性要求的水灰比中的最小值4.4.3道路混凝土组成设计第149页/共171页3、选取砂率适用条件：W/C=0.35～0.48，使用外加剂，级配良好，卵石dmax=19.0mm，碎石dmax=31.5mm，碎卵石内插取值根据查表dmax细度模数集料种类（碎石、卵石）4.4.3道路混凝土组成设计第150页/共171页不掺外加剂和掺合料时，单位用水量计算碎石：卵石：

4、单位用水量掺外加剂的混凝土单位用水量计算外加剂减水率4.4.3道路混凝土组成设计第151页/共171页计算值查表值：根据道路等级和环境条件，查表得到满足耐久性的最小水泥用量单位水泥用量：两者中的最大值5、单位水泥用量4.4.3道路混凝土组成设计第152页/共171页可按质量法或体积法计算质量法：混凝土的单位质量可取

2400kg/m3～2450kg/m3体积法：应计入设计含气量。采用超量取代法掺用粉煤灰时，超量部分应取代等体积的砂，并折减用砂量。砂、石用量4.4.3道路混凝土组成设计第153页/共171页道路混凝土掺用粉煤灰时，其配合比应按照超量取代法进行。代替水泥的粉煤灰掺量：Ⅰ型硅酸盐水泥≤30%；Ⅱ型硅酸盐水泥≤25%；道路水泥≤20%；