3.水泥混凝土.ppt

1、3. 水泥混凝土,水泥、水和集料按适当比例配合拌制成混合料经硬化而成的人造石材 主要内容 普通水泥混凝土的技术性质、组成材料、组成设计,水泥混凝土特点,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 呈脆性, 水泥混凝土分类, 按表观密度分 轻混凝土：1900 kg/m3 普通混凝土：=19002500 kg/m3 （一般2400 kg/m3） 重混凝土：2600 kg/m3 按强度分（28天抗压强度R28 ） 低强度混凝土：R2820MPa 普通强度混凝土：R28=2060MPa 高强度混凝土：R2860MPa 超高强度混凝土：28d抗压

2、强度，R281050MPa 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,道路类型 公路：高速公路、一级四级公路、等外公路、乡村道路 城市道路：快速路、主干路、支路 路面等级 高级路面：沥青混凝土路面、水泥混凝土路面 次高级路面：沥青表处、水泥路面等 中级路面：稳定土类 低级路面：砂石路面,水泥混凝土路面特点,承载能力大 稳定性好 舒适性较差 维修困难,水泥混凝土路面 美国：已建成的高速公路网：51%； 新建道路中：高速公路55% 一级公路：22% 英国主干道（70年代后修建）：22% 加拿大： 1975年5.5、1982年10%,我国水泥混凝土路面比例,3.1 普通水泥

3、混凝土3.1.1 普通混凝土的主要技术性质,（新拌混凝土混合料、硬化混凝土） 3.1.1.1 新拌混凝土的施工和易性 （又称混凝土拌和物的工作性） 1) 和易性的概念：易于施工操作的性能质量均匀、密实成型， 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 可捣实性：易密性 稳定性：粘聚性、保水性离析、泌水图3-1 混合料分层现象 2) 和易性的测定方法 坍落度试验图3-2 坍落度测试 维勃稠度试验图3-3 V.B稠度仪,3）影响施工和易性的主要因素, 水泥浆的稠度水灰比W/C W/C，流动性，工作性 W/C，流动性 稳定性，离析或泌水 水泥浆的数量 W/C不变，水泥浆，流动性稳定性 标

4、准：以满足流动性的要求为准，不宜过量 砂率 式中：S砂质量；G石质量 图3-4-1 砂率与坍落度 图3-4-2 水泥用量与砂率 水泥品种和集料性质 外加剂 温度和时间图3-5坍落度与温度图3-6坍落度与时间,图3-1 混合料分层现象示意图,图3-2 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可捣性及稳定性。 测定单位：mm 适用范围： 集料dmax40mm 坍落度10mm,图3-3 V.B稠度仪示意图, 测试方法 单位：V.B稠度值，以s计 适用范围：dmax40mm V.B稠度值=332s,图3-4-1 砂率与坍落度的关系曲线 图3-4-2 水泥用量与砂率的关系,最优砂率 在

5、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3-5坍落度与温度的关系曲线 图3-6坍落度与时间的关系曲线（相同时间） （相同温度）,3.1.1.2 硬化后混凝土的强度特征,1）混凝土强度分布 曲线正态分布函数 特征参数：平均值 、标准差 、变异系数Cv 2）强度（压、拉、弯、剪、扭、折和握裹强度等） 立方体抗压强度fcu（单轴） 强度标准值 强度等级：fcu,k以106PaMPa计，前面加上符号“C” C7.5,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 =

6、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 图3-8抗折强度测试 混凝土的劈裂抗拉强度fts 确定fts fcf图3-9劈裂强度,图3-7 正态分布曲线,平均值 标准差 变异系数Cv,图3-8 抗折强度测试示意图,目的：混凝土结构设计参数（确定路面板厚） 混凝土施工质量控制质量,图3-9 劈裂强度示意图,石灰岩、花岗岩、碎石混凝土为：fts =1.868 fcf 0.871 玄武岩碎石混凝土为：fts =3.035 fcf 0423,3）影响混凝土强度的因素图3-10水泥混凝土受力破坏示意图, 组成材料的影响 水泥强度等级与水灰

7、比水灰比公式图3-11 灰水比与强度关系 集料特性（影响到骨料与水泥浆界面强度） 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/C0.4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/C0.65时，二者差距已不明显 集料数量：集灰比 强度(在水灰比一定的条件下） 养护条件（温度和湿度）的影响 湿度图3-12 湿度条件 温度图3-13 养护温度 龄期图3-14 混凝土强度与龄期 试验条件,图3-10 水泥混凝土受力破坏示意图,图3-11 灰水比与混凝土强度关系示意图,水灰比公式：抗压强度：fcu,28 Afce （C/WB） 抗折强度：fcf,28 CDf

8、cefEC/W 水灰比定则：fcefcu；C/W fcu W/Cfcu,图3-12 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,图3-13 养护温度对混凝土强度的影响,图3-14 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 = f n (n3d龄期) 斯拉特公式： f 28 = f 7+k,3.1.1.3 混凝土的变形特性,混凝土变形类型：弹性变形 、徐变变形、温度变形、干燥收缩变形 1）弹性变形 静力弹性模量图3-15 混凝土弹性模量 影响因素：粗集料的弹性模量；混凝土强度 混凝土动弹性模量 2) 徐变变

9、形图3-16 混凝土的徐变和恢复曲线 3) 温度变形 温度膨缩系数约为：（ 1014）10-6 / 对工程的影响：大体积工程、温差较大季节施工混凝土结构 4) 混凝土的干燥收缩变形图3-17 混凝土的干湿变形 影响因素： 水泥品种及用量、单位用水量 集料用量 施工、养护条件,图3-15 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),图3-16 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）,图3-17 混凝土的干湿变形,3.1.1.4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,1)

10、 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 2) 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：同抗渗性 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 3) 混凝土的抗化学侵蚀性 4) 耐磨性：混凝土抵抗表层损伤的能力 影响因素：混凝土的强度等级；集料硬度,5) 混凝土中的碱集料反应,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

11、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 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,3.1.3 外加剂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,3.1.3.1 外加剂分类 1) 按其主要功能分类 2) 按化学成分分类 (1) 无机化合物 如：早强剂CaCl2和Na2SO4等，主要是无机电解质盐类 (2) 有机化合物 如：表面活性剂类

12、和某些有机化合物及复盐 表面活性现象图3-18 表面活性现象 分子组成特点图3-19表面活性分子模型 亲油端（憎水基）、亲水端（亲水基） 离子型：阳离子型 阴离子型 非离子型,3.1.3.2 常用混凝土外加剂,1) 减水剂 在不影响混凝土工作性的条件下，具有减水及增强作用外加剂 (1) 减水剂的品种 普通减水剂（具有5以上减水、增强作用）：木质素磺酸盐类 缓凝减水剂（兼具缓凝功能）：糖蜜类 引气减水剂（兼有引气作用） 高效减水剂（又称超塑化剂或流化剂，具有12以上减水、增强作用）：多环芳香族磺酸盐类、水溶性树脂类 复合减水剂： (2) 减水剂的作用机理：发生在水水泥的界面上 图3-20 减水剂

13、作用机理,2) 引气剂,经搅拌能在混凝土拌和物中引入大量分布均匀的独立微小气泡，以改善其工作性，并在其硬化后能保留微小气泡以改善其抗冻融耐久性的物质 引气剂的主要品种 松香热聚物类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类 引气剂的作用原理：发生在水空气界面上 作用功能 增加混合料流动性 提高混凝土耐久性 混凝土弹性模量降低 强度有所降低：引气量以68为宜,3) 缓凝剂 能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度无不良影响的外加剂 缓凝剂的主要品种：糖类、木质素磺酸盐类、羟基羧基及其盐类、无机盐类、氯盐类 缓凝剂缓凝的机理：水泥初期水化速度变慢 4) 早强剂 能提高混凝土早期强度并对后期强度无影响的外加剂 早

14、强剂主要品种有：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类 机理分析 增加水泥浆体中固相比例，有助于水泥石结构的形成 如：CaCl2Ca(OH)2 氧氯化钙不溶性 Na2SO4Ca(OH)2 硫酸钙高分散性 氯盐类早强剂不得用于大部分钢筋混凝土工程,图3-18 表面活性现象,图3-19 表面活性分子模型,图320 减水剂作用机理示意图,减水剂定向吸附于水泥颗粒表面 水泥颗粒相互分散 延缓水泥水化,3.1.4 普通混凝土的组成设计, 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

15、，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,3.1.4.2 普通混凝土配制强度的确定,1) 混凝土抗压配制强度（fcu,0）：fcu,0fcu,k1.645 2) 混凝土配制抗折强度（fcf,0）：fcf,0 kfcf,k 3.1.4.3 混凝土初步配合比设计 1) 混凝土配合比计算的数学模型混凝土体积组成图 2) 配合比设计三要素的确定 水灰比W/C的确定：由“水灰比定则”经验公式 抗压强度：fcu,28 Afce （C/WB

16、） 抗折强度：fcf,28 CDfcefEC/W 耐久性校核：最大水灰比 单位用水量mw0教材P76表3-22 砂率S教材P76表3-23,3) 初步配合比的计算步骤, 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 查表选定1m3中混凝土的单位用水量mw0 计算1 m3中混凝土的水泥用量 ，并进行耐久性校核 查表确定砂率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,图3-21 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

17、定方法（教材P76表3-22）, 依据：坍落度或维勃稠度；碎石或卵石最大粒径 当水灰比在0.40.8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（1ad）,砂率的确定方法(教材P76表3-23), 依据：粗集料品种、最大粒径及水灰比 坍落度在1060mm范围混凝土砂率，可根据按表3-23选用 坍落度100mm的混凝土砂率，应在表3-23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60100mm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,3.1.4.4 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/C0.05（