水泥混凝土和砂浆课件

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1900kg/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3200kg/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30~60MPa；(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。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4．坚固性5．表观密度、堆积密度、空隙率6．碱集料反应（三）粗集料1．强度2．坚固性3．最大粒径及颗粒级配1）最大粒径的选择2）颗粒级配4表面特征及形状5．有害物质含量6．碱集料反应（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20±2℃，相对湿度为95%以上），或在温度为20±2℃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10~20mm，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》（GBJ107—87）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%保证率的抗压强度）以N/mm2（即Mpa）计，以fcu，k表示。混凝土强度等等级是根据立立方体抗压强强度标准值来来确定的。强强度等级的表表示方法，用用符号“C”和“立方体抗抗压强度标准准值”两项内内容来表示，，如C20即表示混凝土土立方体抗压压强度标准值值为20Mpa。我国现行规范范（GB50010—2002）规定，普通通混凝土按立立方体抗压强强度标准值划划分C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个等级。我国现行国家家标准（GB/T50081—2002）规定，采用用150mm××150mm×300mm的棱柱体作为为标准试件，，测定其轴心心抗压强度。。混凝土的轴轴心抗压强度度可按下式计计算：式中：fcp—混凝土的轴心心抗压强度（（Mpa）；F—试件破坏荷载载（N）；A—试件承压面积积（mm2）。通过许多棱柱柱体和立方体体试件的强度度试验表明：：在立方体抗抗压强度为10~50Mpa的范围内，轴轴心抗压强度度与立方体抗抗压强度之比比约为0.7~0.8。我国现行国家家标准（GB/T50081—2002）规定，采用用150mm××150mm×150mm的立方体作为为标准试件，，在立方体试试件（或圆柱柱体）中心平平面内用圆弧弧为垫条施加加两个方向相相反、均匀分分布的压应力力，当压力增增大至一定程程度时试件就就沿此平面劈劈裂破坏，这这样测得的强强度称为劈裂裂抗拉强度。。混凝土的劈劈裂抗拉强度度（fts）可按下式计计算：式中：fts—混凝土的劈裂裂抗拉强度（（Mpa）；F—试件破坏荷载载（N）；B—试件承压面积积（mm2）道路路面或机机场跑道用水水泥混凝土，，以抗折强度度（也称抗弯弯拉强度）为为主要强度指指标，抗压强强度作为参考考指标。根据据我国《公路水泥混凝凝土路面设计计规范》（JTGD40—2002）规定道路路路面用水泥混混凝土的抗折折强度是以标标准方法制备备成150mm××150mm×550mm的梁形试件，，在标准条件件下，经养护护28天后，按三分分点加荷方式式测定其抗折折强度（ftf），可按下式式计算：式中：ftf—混凝土的抗弯弯拉（抗折））强度（Mpa）；F—试件破坏荷载载（N）；L—支座间距（mm）；b—试件宽度（mm）；h—试件高度（mm）。5．影响水泥混混凝土强度的的因素1）材料组成（1）水泥强度与与水灰比（2）集料特性与与水泥浆用量量2）养护温度与与湿度3）龄期6．提高混凝土土强度的技术术措施1）采用高强度度水泥和特种种水泥2）采用低水灰灰比和浆集比比3）掺加外加剂剂4）采用湿热处处理方法（1）蒸汽养护（（2）蒸压养护5）采用机械搅搅拌和振捣（三）混凝土土的变形1．弹性变形和和弹性模量弹性变形是指指对材料施加加荷载出现、、荷载卸除后后消失的变形形。2．徐变混凝土在持续续荷载的作用用下。随时间间增长的变形形称为徐变，，也称为蠕变变。混凝土的的徐变变形在在早期增长很很快，然后逐逐渐减慢，一一般要2~3年才可能基本本趋于稳定。。当混凝土卸卸载后，一部部分变形瞬间间恢复，还有有一部分要若若干天内才能能逐渐稳定，，称为徐变恢恢复，剩下不不可恢复部分分称为残余变变形。3．温度变形混凝土具有热热胀冷缩的性性质，它的温温度膨胀系数数约为1.0×10-10，即温度升高高1℃每米膨胀0.01mm。4．化学收缩混凝土拌和物物由于水化产产物的体积比比反应前物质质的总体积要要小，因而产产生收缩，称称为化学收缩缩。5．干湿变形这种变形主要要表现为湿胀胀干缩，混凝凝土在干燥空空气中硬化时时，随着水分分的逐渐蒸发发，体积也将将逐渐发生收收缩；如在水水中或潮湿条条件下养护时时，则混凝土土的干缩将随随之减少或略略产生膨胀。。（四）混凝土土的耐久性道路与桥梁用用混凝土除了了要满足工作作性和强度外外，还要求具具有优良耐久久性。耐久性性首要要求是是抗冻性；其其次对道路混混凝土，因受受车辆轮胎作作用，还要求求其有耐磨性性；桥梁墩台台混凝土受海海水或污水的的侵蚀，还要要求具有抗化化学侵蚀的耐耐蚀性；此外外，碱—集料反应必须须引起关注。。1．抗冻性：混混凝土的抗冻冻性是指混凝凝土在饱和水水状态下遭受受冰冻时，抵抵抗冻融循环环作用而不破破坏的能力。。2．混凝土的耐耐磨性：耐磨磨性是道路路路面和桥梁工工程用混凝土土的最重要的的性能之一。。3．碱—集料反应：水水泥混凝土中中水泥与某些些碱活性集料料发生化学反反应，可引起起混凝土产生生膨胀、开裂裂，甚至破坏坏，这种化学学反应称为碱碱—集料反应（简简称ARR）。4．混凝土的碳碳化混凝土的碳化化作用是指大大气中的二氧氧化碳在存在在水的条件与与水泥水化产产物氢氧化钙钙发生反应，，生成碳酸钙钙和水。因氢氢氧化钙是碱碱性，而碳酸酸钙是中性，，所以碳化又又叫中性化。。碳化主要是是对混凝土的的碱度、强度度和收缩产生生影响。5．混凝土的抗抗侵蚀性当混凝土所处处的环境水有有侵蚀性时，，必须对侵蚀蚀问题予以重重视。环境侵侵蚀主要指对对水泥石的侵侵蚀，如淡水水侵蚀、硫酸酸盐侵蚀、酸酸碱侵蚀等。。混凝土的抗抗侵蚀性主要要在于选用合合适的水泥品品种和提高混混凝土密实度度。密实性好好及具有封闭闭孔隙的混凝凝土，环境水水不易侵入混混凝土内部，，故其抗侵蚀蚀性好。三、普通水泥泥混凝土配合合比设计（以以抗压强度为为指标的计算算方法）（一）混凝土土配合比设计计的基本资料料1．混凝土设计计强度等级；；2．工程特征（（工程所处环环境、结构断断面、钢筋最最小净距等））；3．耐久性要求求（如抗冻性性、抗侵蚀、、耐磨、碱—集料等）；4．水泥强度等等级和品种；；5．砂、石的种种类，石子最最大粒径、密密度等；6．施工方法等等。（二）表示方方法混凝土配合比比表示方法，，有下列两种种：1．单位用量表表示法以以每1m3混凝土中各种种材料的用量量表示。2．相对用量表表示法以以水泥的质量量为1，并按“水泥泥：细集料：：粗集料；水水灰比”的顺顺序排列表示示。（三）基本要要求1．施工工作性性的要求2．结构物强度度要求3．环境耐久性性要求4．经济性的要要求（四）混凝土土配合比设计计三参数1、水灰比2、砂率3、单位用水量量（五）混凝土土配合比的基基本原理1．绝对体积法法2．假定表观密密度法3．查表法（六）混凝土土配合比设计计的步骤1．初步配合比比的计算2．试拌调整提提出基准配合合比3．检验强度，，确定试验室室配合比4．施工配合比比［设计实例一］（以抗压强度度为指标的设设计方法）四、道路混凝凝土的配合比比设计水泥混凝土路路面用混凝土土配合比设计计方法,按我国现行国国标《水泥混凝土路路面施工路面面及验收规范范》（JTJF30—2003）的规定，采采用抗弯拉强强度或抗压强强度为指标的的方法，本节节介绍（JTJF30—2003）规范推荐的的抗弯拉强度度为指标的经经验公式法。。路面用水泥混混凝土配合比比设计，应满满足：（1）施工工艺性性；（2）抗弯拉强度度；（3）耐久性（包包括耐磨性））；（4）经济合理的的要求。路面用水泥混混凝土配合比比设计按下列列步骤进行：：一）计算初步步配合比二）配合比调调整［设计实例二］某一级公路拟拟采用水泥混混凝土路面，，试设计路面面用混凝土配配合比五、掺外加剂剂普通混凝土土配合比设计计1．确定试配强强度和水灰比比2．计算掺外加加剂混凝土的的单位用水量量3．计算外加剂剂混凝土的单单位水泥用量量4．计算单位粗粗、细集料用用量5．试拌调整六、粉煤灰混混凝土配合比比设计1．配合比设计计原则2．设计原则七、普通水泥泥混凝土的质质量控制（一）普通水水泥混凝土强强度的评定方方法（二）混凝土土强度的合格格性判断第二节其其他功能混混凝土一、高强混凝凝土强度等级不低低于C60的混凝土称为为高强混凝土土。二、流态混凝凝土三、纤维增强强混凝土四、碾压式水水泥混凝土五、仿生裂缝缝自愈合混凝凝土第三节建建筑砂浆砂浆是由胶结结料、细集料料、掺加料和和水配制而成成的建筑材料料，在工程中中起粘结、衬衬垫和传递应应力的作用。。道路和桥遂遂工程中，砂砂浆主要用来来砌筑圬工桥桥涵、沿线挡挡土墙和隧道道衬砌等砌体体，以及修饰饰这些构筑物物的表面。砂砂浆的种类很很多，根据所所用胶结料的的种类不同，，可分为水泥泥砂浆、石灰灰砂浆和混合合砂浆等；根根据其用途的的不同，可分分为砌筑砂浆浆和抹面砂浆浆。一、建筑砂浆浆的组成材料料（一）胶结材材料1．水泥2．其它胶结料料及掺合料（二）细集料料（三）外加剂剂（四）水二、建筑砂砂浆的主要技技术性质（一）新拌砂浆的和和易性（二）硬化后砂浆的的性质（一）流动性性砂浆的流动性性又称稠度，，是指新拌砂砂浆在其自重重或外力作用用下产生流动动的性能。砂浆的流动性性与用水量、、胶结材的品品种和用量、、细集料的级级配和表面特特征、掺合料料及外加剂的的特性和用量量、拌和时间间等因素有关关。（二）保水性性砂浆的保水性性是指砂浆保保持水分及整整体均匀一致致的性能。砂砂浆在运输、、静置或砌筑筑过程中，水水分不应从砂砂浆中离析，，使砂浆保持持必要的稠度度，以便于施施工操作，同同时使水泥正正常水化，以以保证砌体的的强度。(一)抗压强度砂浆的抗压强强度等级以70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试件件，在标准温温度（20±3℃）和规定湿度度（水泥混合合砂浆相对湿湿度为60～80％，水泥砂浆浆和微沫砂浆浆相对湿度为为90％以上）的条条件下，用标标准试验方法法测得的28d龄期的抗压强强度来确定，，并划分为M20、M15、M10、M7.5、M5.0、M2.5、M1.0、M0.4共8个强度等级。。（二）粘结强强度为保证砌体的的整体性，砂砂浆要有一定定的粘结力。。粘结强度主主要和砂浆的的抗压强度以以及砌体材料料的表面粗糙糙程度、清洁洁程度、湿润润程度以及施施工养护等因因素有关。一一般砂浆的抗抗压强度愈高高，其粘结性性愈好。（三）耐久久性圬工砂浆经经常遭受环环境水的作作用，故除除强度外，，还应考虑虑抗渗性、、抗冻性和和抗蚀性等等性能。提提高砂浆的的耐久性，，主要途径径是提高其其密实性。。三、砌砌筑砂浆将砖、石、、砌块等粘粘结成为砌砌体的砂浆浆统称为砌砌筑砂浆。。砌筑砂浆浆在结构中中起着传递递荷载的作作用，有时时还起到保保温作用。。砌筑砂浆浆的强度等等级宜采用用M20、M15、M10、M7.5、M5.0、M2.5。水泥砂浆浆拌和物的的密度不宜宜小于1900Kg/m3，水泥混合合砂浆拌和和物的密度度不宜小于于1800Kg/m3。具有冻融融循环次数数要求的砌砌筑砂浆，，经冻融试试验后，质质量损失率率不得大于于5％，抗压强强度损失率率不得大于于25％。（一）砌筑筑砂浆的配配合比设计计1．砌筑砂浆浆配合比设设计的基本本要求2．砌筑砂浆浆配合比设设计的方法法与步骤3．水泥砂浆浆配合比选选用（二）常用用砌筑砂浆浆参考配合合比1.混合砂浆参参考配合比比2.微沫砂浆参参考配合比比3.水泥粉煤灰灰混合砂浆浆参考配合合比四、抹面面砂浆以薄层涂抹抹在建筑物物表面的砂砂浆称为抹抹面砂浆。。抹面砂浆浆常用于桥桥涵圬工砌砌体和地下下物的表面面，一般对对抹面砂浆浆的强度要要求不高，，但要求保保水性好、、与基底的的粘附性好好。抹面砂浆按按用途不同同可分为普普通抹面砂砂浆、装饰饰砂浆和防防水砂浆；；按胶结料料不同可分分为水泥砂砂浆、石灰灰砂浆和混混合砂浆。。（一）原材材料的质量量要求1．水泥：常用的五大大品种水泥泥均可使用用，不同品品种的水泥泥不得混合合使用，其其强度应符符合设计要要求。2．石灰膏：：用生石灰熟熟化成石灰灰膏时，熟熟化时间以以一个月以以上为宜，，其它要求求同砌筑砂砂浆。3．砂子：抹面砂浆用用砂最好是是中砂，或或中砂与粗粗砂掺合使使用。要求求颗粒坚硬硬洁净，粘粘土、泥灰灰、粉末等等杂质含量量不得超过过有关规定定，由于地地区的局限限性，细砂砂也允许使使用，但粉粉砂不宜使使用。砂在在使用前应应过筛，对对砂子的其其它技术要要求和砌筑筑砂浆相同同。对砂子子最大粒径径的要求见见表3－44。4．水：同砌筑砂浆浆。5．石膏：石膏应磨成成细粉，无无杂质，其其凝结时间间要符合要要求。6．电石膏：：一般可用于于砖基层的的底层抹灰灰，并需根根据工程要要求适当掺掺加水泥，，以提高砂砂浆的强度度。7．粘土：应选用砂质质粘土，使使用前要过过筛。8．炉渣：炉渣使用前前应过筛，，并浇水润润透，一般般15天左右。粒粒径不宜超超过1.2～2mm。（二）抹面面砂浆的性性质1.流动性2.保水性3.粘结力（三）抹面面砂浆的配配合比五、防水砂砂浆制作防水层层的砂浆叫叫防水砂浆浆。砂浆防防水层又称称刚性防水水层，适用用于具有一一定刚度的的混凝土或或砖石砌体体的表面，，路桥工程程中，防水水砂浆主要要用于隧道道工程。[题目]试设计钢筋筋混凝土桥桥T型梁混凝土土配合比[原始资料]1．已知混凝凝土设计强强度等级为为C30，无强度历历史统计资资料，要求求混凝土拌拌和物坍落落度为30mm～50mm。桥梁所在在地区无冻冻害影响。。2．组成材料料：可供应应强度等级级42.5级普通硅酸酸盐水泥；；密度为3.1×103kg/m3；富余系数数为1.13；砂为中砂砂,表观密度为为2.65××103kg/m3；碎石最大大粒径为31.5mm，表观密度度为2.70××103kg/m3。[设计要求]1．按题给资资料计算出出初步配合合比。2．按初步配配合比在试试验室进行行试拌调整整得出试验验室配合比比。[设计步骤]（一）计算算初步配合合比1．确定混凝凝土配制强强度fcu,o按题意已知知：设计要要求混凝土土强度为30MPa，无历史资资料，查表表3-17标准差为5.0MPa。混凝土配制制强度：2．计算水灰灰比W/C1）按强度要要求计算水水灰比（1）计算水泥泥实际强度度由题题意已知采采用强度等等级42.5MPa普通硅酸盐盐水泥，富富余系数为为1.13。则水泥实实际强度：：（2）计算水灰灰比已已知混凝土土配制强度度为38.2MPa，水泥实际际强度为48MPa。本单位无无混凝土强强度回归系系数统一资资料，查表表3-17中回归系数。计计算水灰比：2）按耐久性校核核水灰比根据混凝土所处处环境为无冻害害影响地区，查查表3-19，允许最大水灰灰比为0.60,按强度计算的水水灰比满足耐久久性要求,采有0.56。3．选用单位用水水量mw0由题意已知，要要求混凝土拌和和物坍落度为30mm～50mm，碎石最大粒径径为31.5mm。查表3-20选用混凝土用水水量为185kg/m3。4．计算单位水泥泥用量mc01）按强度计算单单位水泥用量已知混凝土单位位水用量为185kg/m3，水灰比为0.56，混凝土单位水水泥用量为：2）按耐久性校核核单位水泥用量量根据混凝土所处处环境为无冻害害影响，查表3-19，最小水泥用量量不得小于275kg/m3。按强度计算单单位水泥用量符符合耐久性要求求。采用单位水水泥用量330kg/m3。5．选定砂率按已已知集料采用碎碎石，最大粒径径31.5mm，水灰比为0.56，查表3-21，选取砂率为0.33。6．计算砂石用量量1）采用质量法已知：单位水泥泥用量为330kg/m3，单位用水量为为185kg/m3，混凝土拌和物物湿表观密度为为2400kg/m3，砂率为0.33，得：解得：按质量法计算得得初步配合比：：即1:1.88:3.83,W/C=0.562)采用体积法：已已知:水泥密度为3.1×103kg/m3；砂的表观密度度为2.65×103kg/m3；碎石表观密度度为2.70×103kg/m3。非引气混凝土α=1解得:砂用量为619kg/m3；碎石用量为1257kg/m3。按体积法计算得得初步配合比：：即：1∶2.48∶∶3.98，W/C=0.56。（二）调整工作作性、提出基准准配合比1．计算试样材料料用量按计算初步配合合比取样15L，则各种材料的的用量为水泥：330×0.015=4.95(kg)砂:619×0.015=9.23(kg)石子:1257××0.015=18.86(kg)水:185×0.015=2.78(kg)2.调整工作性按计算材料用量量拌制混凝土拌拌和物,测定其坍落度为为20mm,不满足题给的施施工和易性要求求.为此,保持水灰比不变变,增加5%水泥浆.再经拌和坍落度度为40mm,粘聚性和保水性性亦良好,满足施工和易性性要求.此时混凝土拌和和物各组成材料料实际用量为:水泥:4.95(1+5%)=5.20(kg)砂:9.28(kg)石子:18.86(kg)水:2.78(1+5%)=2.92(kg)3.提出基准配合比比可得出基准配合合比:5.20:9.28:18.86=1:1.78:3.63W/C=0.56(三)检验确定、测定定试验室配合比比1．检验强度以计算水灰比0.56为基础，选用水水灰比分别为0.51、0.56和0.61，基准用水量185kg/m3不变，相应调整整砂、碎石用量量。拌制三组混混凝土拌合物并并成型试件，水水灰比为0.51和0.61的两个配合比也也经过坍落度试试验调整，均满满足要求。与三三个水灰比相应应的28d抗压强度实测结结果分别为43.7MPa、37.5MPa、33.8MPa。根据试验结果果，绘制混凝土