道路工程材料第五章-水泥混凝土.ppt

第五章水泥混凝土与砂浆 5 1 5 2 5 3 5 4 水泥混凝土的技术性质 普通水泥混凝土的组成设计 混凝土外加剂与掺合料 路面水泥混凝土的组成设计 5 5 砂浆 水泥混凝土的定义 水泥 水和粗 细集料按适当比例配合 必要时掺加适量外加剂 掺合料或其他改性材料拌制成混合料经硬化而成的人造石材 水泥 集料 水 外加剂掺合料改性材料 胶凝 填充作用 骨架 密实作用 资源丰富 就地取材 成本低 可满足不同工程的要求 可制成不同形状和尺寸的结构 与钢筋具有牢固的粘结力 抗压强度高 耐久性好 水泥混凝土特点 水泥混凝土分类 按表观密度分轻混凝土 1900kg m3普通混凝土 1900 2500kg m3 一般2400kg m3 重混凝土 2600kg m3 按强度分 28天抗压强度R28 低强度混凝土 R28 20MPa普通强度混凝土 R28 20 60MPa高强度混凝土 R28 60MPa超高强度混凝土 28d抗压强度 R28 1050MPa 按特性分纤维加强混凝土 喷射混凝土 聚合物混凝土 水泥混凝土路面 高速公路一级 四级公路等外公路乡村道路 快速路主干路次干路支路 砂石路面 稳定土类 沥青表处 水泥路面等 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面 水泥混凝土路面特点 强度高 刚度大 承载能力大 稳定性好 使用寿命长自重大 抗拉强度低 韧性低 抗冲击能力差维修困难 和易性 即工作性 易于施工操作并获得质量均匀 成型密实的性能 流动性 克服内摩阻力产生流动 均匀密实地填满模板的能力捣实性 易密性粘聚性 粘聚力 不产生分层 离析保水性 不泌水 5 1水泥混凝土的技术性质 一 混凝土拌合物的施工和易性 1 混凝土拌合物施工和易性的概念 水泥 水与粗细集料搅拌后得到的混合物 即尚未凝结硬化的水泥混凝土称为混凝土拌合物 5 1水泥混凝土的技术性质 一 混凝土拌合物的施工和易性 2 施工和易性的测定方法 流动性 坍落度试验VB稠度试验 水灰比W C 水泥浆的稠度W C 流动性 工作性 不宜密实W C 流动性 稳定性 离析或泌水 单位用水量 水泥浆数量W C不变 用水量 水泥浆 流动性 稳定性 离析或泌水用水量 水泥浆 粘聚性 标准 以满足流动性的要求为准 不宜过量 不宜密实 砂率式中 S 砂质量 G 石质量 水泥品种和集料性质 外加剂 环境因素 温度 湿度 风速 和时间 5 1水泥混凝土的技术性质 一 混凝土拌合物的施工和易性 3 施工和易性的影响因素分析 5 1水泥混凝土的技术性质 一 混凝土拌合物的施工和易性 4 混凝土拌合物和易性分级 31 曲线 正态分布函数 特征参数 平均值 标准差 变异系数Cv 5 1水泥混凝土的技术性质 二 硬化混凝土的强度特征 1 混凝土强度分布特征 5 1水泥混凝土的技术性质 立方体抗压强度fcu 单轴 立方体抗压强度标准值fcu k 强度等级 根据立方体抗压强度标准值确定 表示方法 C fcu kC7 5 C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60如 C25表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu k 25MPa 混凝土的轴心抗压强度 棱柱体抗压强度 fcp 钢筋混凝土结构 混凝土的抗折强度fcf 道路路面结构 混凝土的劈裂抗拉强度fts 确定fts fcf 二 硬化混凝土的强度特征 2 混凝土的强度 5 1水泥混凝土的技术性质 二 硬化混凝土的强度特征 3 影响混凝土强度的主要因素分析 组成材料的影响 养护条件的影响 龄期 其他 外加剂 试验条件 施工方法 5 1水泥混凝土的技术性质 二 硬化混凝土的强度特征 4 混凝土强度的质量评定 评定方法 已知标准差的统计方法 未知标准差的统计方法 非统计方法 三组试件一个验收批次 不小于10组试件一个验收批次 5 1水泥混凝土的技术性质 二 硬化混凝土的强度特征 4 混凝土强度的质量评定 混凝土质量水平的评定 统计周期内混凝土强度标准差 0 及试件强度不低于要求强度等级的百分率P进行评定 5 1水泥混凝土的技术性质 三 硬化混凝土的变形特征 弹性变形 徐变变形 温度变形 干缩变形 硬化混凝土变形特征 5 1水泥混凝土的技术性质 四 硬化混凝土的耐久性 混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状 质量和适用性的能力 5 1水泥混凝土的技术性质 耐久性小结混凝土的耐久性在很大程度上与其密实度有关混凝土的密实度主要取决于水灰比和水泥用量现行国标中规定了混凝土的最大水灰比和最小水泥用量 5 2普通水泥混凝土的组成设计 一 普通水泥混凝土组成材料的技术要求 1 水泥品种 考虑工程特点 环境及施工条件强度等级或标号 与混凝土的设计强度等级相匹配2 粗集料力学性能 强度 压碎值 坚固性 磨耗率等级配 连续级配最大粒径 与结构尺寸有关表面特征 粗糙程度 颗粒形状等有害杂质 有机质 泥土 硫酸盐类3 细集料级配与细度模数有害杂质 5 2普通水泥混凝土的组成设计 一 普通水泥混凝土组成材料的技术要求 4 拌合水5 外加剂与掺合料外加剂是在混凝土拌和前或拌合时掺入 掺量不大于水泥质量5 特殊情况下除外 并能按照某些要求改善混凝土性能的物质 掺合料用于改善水泥拌合物的施工和易性 降低混凝土水化热 调节凝结试件等 组成设计内容确定原材料 明确强度 和易性 耐久性要求配合比设计 确定各组成材料用量 混凝土配合比的常用表示方法以1m3混凝土中各种材料的质量表示水泥330kg 水185kg 砂598kg 石子1281kg以水泥质量为1表示其它各项材料用量的相对关系表示水泥 砂 石子 1 1 81 3 88 水灰比 0 56 水泥混凝土配合比设计的主要步骤初步配合比 基准配合比 设计配合比 施工配合比 5 2普通水泥混凝土的组成设计 二 普通水泥混凝土的配合比设计 5 2普通水泥混凝土的组成设计 二 普通水泥混凝土的配合比设计 1 配合比设计指标混凝土拌合物和易性混凝土的配置强度fcu 0混凝土的耐久性 1 混凝土抗压配制强度 fcu 0 fcu 0 fcu k 1 645 2 混凝土配制抗折强度 fcf 0 fcf 0 k fcf k 5 2普通水泥混凝土的组成设计 2 混凝土初步配合比设计步骤 按设计要求强度等级计算混凝土的配制强度fcu 0 按配制强度计算出相应的水灰比W C 并进行耐久性校核 查表5 14选定1m3中混凝土的单位用水量mw0 计算1m3中混凝土的水泥用量 并进行耐久性校核表5 12 查表5 15确定砂率 S 计算粗集料和细集料的用量 绝对体积法或表观密度法 得出混凝土的初步配合比为 水泥 水 砂 石子 mc0 mw0 ms0 mg0 二 普通水泥混凝土的配合比设计 图5 21水泥混凝土体积组成示意图 绝对体积法 方程组 表观密度法 方程组 用水量确定方法 教材P191表5 14 依据 坍落度或维勃稠度 碎石或卵石最大粒径当水灰比在0 4 0 8范围时 查表 教材P76表3 22 水灰比 0 4或 0 8的混凝土及采用特殊成型工艺混凝土用水量应通过试验确定流动性 大流动性混凝土的用水量应按下列步骤计算 未掺外加剂时 混凝土的用水量以表3 22中坍落度90mm的用水量为基础 按坍落度每增大20mm用水量增加5kg的原则计算 掺外加剂时 混凝土用水量按照下式计算 mwa mwo 1 ad 砂率的确定方法 教材P191表5 15 依据 粗集料品种 最大粒径及水灰比坍落度在10 60mm范围混凝土砂率 可根据按表5 15选用坍落度 100mm的混凝土砂率 应在表5 15的基础上 按坍落度每增大20mm 砂率增大1 的幅度予以调整坍落度 10mm或在60 100mm内的混凝土及掺用外加剂和掺合料的混凝土 其砂率应经试验确定 3 混凝土配合比的试配 调整与确定 1 基准配合比 检查混凝土拌合物的施工和易性配合比调整 保持水灰比不变 相应调整用水量或砂率2 设计配合比 1 确定水灰比与强度的关系28d强度检验 基准配合比用水灰比W C W C 0 05 0 03 试拌混合料的和易性检测符合要求 2 设计配合比的确定强度试验由配制强度fcu 0 灰水比C W设计配合比 用水量mw 水泥用量mc 粗细集料用量mg和ms 3 混凝土组成材料用量的调整表观密度计算值 c c mc mw ms mg表观密度实测值 c t设计配合比 水泥 水 砂 石子 mc mw ms mg 5 2普通水泥混凝土的组成设计 二 普通水泥混凝土的配合比设计 4 施工配合比 水泥 mc mc0砂 ms ms 1 Ws 碎石 mg mg 1 Wg 水 mw mw ms Ws mg Wg 5 2普通水泥混凝土的组成设计 二 普通水泥混凝土的配合比设计 混合料分层现象示意图 图5 2坍落度测试示意图 测定混合料流动性 并通过目测检查混合料的粘聚性及保水性 方法 测定单位 mm 适用范围 集料dmax 31 5mm坍落度 10mm 结果评定 坍落度越大 流动性越大 粘聚性 保水性的测试 坍落度试验 图5 3V B稠度仪示意图 测试方法 浆混凝土拌合物装于VB稠度试验仪的容器中 把透明盘转至混凝土试样顶部 开启振动台 计时至透明圆盘被水凝浆布满的瞬间停止 单位 V B稠度值 以s计 适用范围 dmax 31 5mmV B稠度值 5 30s 结果评定 VB稠度越大 流动性越小 VB稠度试验 图5 4 1砂率与坍落度的关系曲线图5 4 2水泥用量与砂率的关系 最优砂率在相同水泥量下 混合料工作性最好的砂率满足工作性要求条件下 水泥浆用量最小的砂率 图5 5坍落度与温度的关系曲线图5 6坍落度与时间的关系曲线 相同时间 相同温度 正态分布曲线 平均值标准差 变异系数Cv 标准差 反映施工质量水平 越大 施工质量越不稳定 变异系数反映混凝土质量 越小 质量水平越高 立方体抗压强度 标准方法制成边长150mm立方体试件 标准条件下养护28d 用标准方法测定其受压极限破坏荷载 MPa 立方体抗压强度标准值 标准方法制成变长150mm立方体试件 标准条件下养护28d 用标准方法测定抗压强度总体分布的平均值减去1 645倍的标准差 强度标准值保证率不低于95 抗折强度测试示意图 目的 混凝土结构设计 确定路面板厚 混凝土质量控制 150mm 150mm 550mm直角棱柱小梁 标准条件养护28d 三分点加荷方式 劈裂抗拉强度 抗拉强度约为抗压强度的1 10 1 20 并随着抗压强度的增加而减小 采用劈裂抗拉试验间接求混凝土的抗拉强度 150mm立方体试件 垫条施压 压应力 拉应力 劈裂抗拉强度 石灰岩 花岗岩 碎石混凝土为 fts 1 868 fcf0 871玄武岩碎石混凝土为 fts 3 035 fcf0 423 劈裂抗拉强度约为轴心抗拉强度的0 9倍 与弯拉强度有关 水泥混凝土受力破坏示意图 集料与水泥粘结界面的破坏 水泥石的破坏 集料的破坏 水泥混凝土强度取决于 水泥石的强度水泥石与集料界面的粘结强度 水泥强度等级与水灰比试验条件及水灰比相同 水泥强度 水泥石强度 混凝土的强度 水泥品种一定 水灰比 混凝土强度 水泥混凝土强度的主要因素分析 组成材料的影响 水灰比公式 抗压强度 fcu 28 ac fce C W ab 抗折强度 fcf 28 ac ad fcef ae C W水灰比定则 fce fcu C W fcu W C fcu 集料特性集料的颗粒形状 表面特征 表面的洁净程度影响到集料与水泥浆界面的粘结强度 水泥强度及水灰比相同的条件下 碎石比砾石混凝土强度高W C 0 4时 碎石混凝土强度比砾石混凝土强度高38 左右W C 二者差距逐渐缩小W C 0 65时 二者差距已不明显集料数量 在水灰比一定的条件下 集灰比 强度 水泥混凝土强度的主要因素分析 组成材料的影响 水泥混凝土强度的主要因素分析 养护条件的影响 混凝土强度与养护温度的关系 养护温度高 混凝土早期强度高 但后期强度增进率小 养护温度低 早期强度低 后期强度提高 温度过低或冰点以下 混凝土强度不发展 湿度条件对混凝土强度的影响 1 空气中养护2 九个月后水中养护3 三个月后水中养护4 标准湿度下养护 水泥混凝土强度的主要因素分析 养护条件的影响 湿度不足 水化反应不能正常进行 影响混凝土的强度 混凝土强度与龄期的关系 强度随龄期增长 早期快 后期慢 对数公式 f28 fn n 3d龄期 斯拉特公式 f28 f7 k 水泥混凝土强度的主要因素分析 龄期影响 混凝土弹性模量分类 初始切线弹性模量 0 割线弹性模量 1 切线弹性模量 2 应变 混凝土应力 应变特征示意图 混凝土的变形特性 弹性变形 静力抗压弹性模量 影响因素 粗集料的弹性模量 混凝土强度 混凝土的徐变和恢复曲线 变形特征 弹性变形 徐变变形 瞬间恢复的变形 徐变恢复 永久变形 也称残余变形 持续荷载作用下的变形特征 混凝土变形特性 徐变变形 影响因素 水泥石的徐变变形引起 混凝土变形特性 温度变形 原理 热胀冷缩 温度膨胀系数 10 14 10 6 影响 温度变形不利于大体积混凝土工程 温差较大季节施工 改善措施 采用低热水泥 施工时人工降温 外表保温 设置各类接缝 混凝土的干湿变形 混凝土变形特性 干缩变形 干燥环境中 混凝土内部水分蒸发引起体积变化 干缩 湿胀值 干缩值 干缩应变极限值 50 90 10 5 干缩系数0 5 0 9mm m 影响因素 水泥石的干缩 水泥品种 单位用水量 集料 施工 养护条件 防止措施 限制水泥用量且保证一定的集料用量 减少水灰比 充分捣实 早期养护 混凝土的耐久性 抗渗性 混凝土的抗渗性 混凝土对液体或气体渗透的抵抗能力 影响因素 混凝土的密实度 孔隙率 及孔隙结构特征 改善措施 降低水灰比 采用减水剂 以减少混凝土内部毛细管通道 防止由于离析 泌水导致在混凝土内形成空隙 加强养护及防止出现施工缺陷 抗渗性的表示 抗渗标号 标准试件 标准养护28d 规定方法测试其承受的最大水压力 六等级 S2 S4 S6 S8 S10 S12 混凝土的耐久性 抗冻性 混凝土的抗冻性 混凝土抵抗冻融循环作用的能力 影响因素 混凝土的密实度 孔隙率 及孔隙结构特征 改善措施 掺加引气剂 在混凝土中形成均匀分布的不连通微孔 抗冻性的表示 抗冻标号 标准试件 标准养护28d 吸水饱和后 15 20 15 20温度下反复冻融 满足抗压强度下降不超过25 质量损失不超过5 时的最大冻融循环次数 九等级 D10 D15 D25 D50 D100 D150 D200 D250 D300 混凝土的耐久性 抗化学侵蚀性 影响因素 混凝土的密实度 孔隙率 及孔隙结构特征 改善措施 降低水灰比 采用减水剂 以减少混凝土内部毛细管通道 防止由于离析 泌水导致在混凝土内形成空隙 加强养护及防止出现施工缺陷 掺加引气剂 在混凝土中形成均匀分布的不连通微孔 侵蚀机理 同泥石的侵蚀 混凝土的耐久性 碱 集料反应 碱集料反应条件 水泥中的碱 Na2O和K2O 含量较高 集料中含有碱活性物质 SiO2和Al2O3等 水两种类型的碱 集料反应 碱 硅反应 水化物为碱硅酸凝胶 体积增大近3倍 碱 碳酸盐反应 生成物由白云石 水镁石 体积增大近1 5倍 5 3混凝土外加剂与掺合料 一 混凝土外加剂 1 外加剂类型 1 按其主要功能分类 表5 16 2 按化学成分分类无机化合物 早强剂CaCl2和Na2SO4等 主要是无机电解质盐类有机化合物