第四普通水泥混凝土

1、第四章 普通水泥混凝土道路工程中所用的无机混合料主要包括： 无机混合料水泥混凝土无机结合料稳定类材料普通水泥混凝土新型水泥混凝土聚合物混凝土纤维混凝土透水混凝土露石混凝土彩色混凝土石灰稳定类水泥稳定类工业废渣稳定类其中水泥混凝土材料包括普通水泥混凝土和各种新型水泥混凝土，广泛应用于水泥混凝土路面、桥梁等道路工程结构物。无机结合料稳定类材料包括石灰稳定类、水泥稳定类、工业废渣稳定类，主要应用于修筑路面结构的基层和底基层。4.1水泥混凝土组成及特点水泥混凝土是由水泥、水、粗集料（石子）、细集料（砂）按预先设计的比例进行掺配，并在必要时加入适量外加剂、掺合料或其他改性材料，经搅拌、成型、养护后而得到

2、的具有一定强度和耐久性的人造石材，常简称混凝土。如图4.1所示，水泥混凝土的组成。图4.1 水泥混凝土的组成水泥混凝土材料的快速发展及广泛应用得益于其自身的诸多特点，归纳如下：优点配制材料分布广，价格低，易于就地取材工艺简单，适用性强抗压强度高，耐久性好易与钢材配合使用缺点点自重大、韧性低，抗拉强度低，抗冲击性能差破坏后，修复、加固、补强困难混凝土的特点4.2水泥混凝土的技术性质水泥混凝土的主要技术性质包括：施工阶段的和易性（工作性）、混凝土硬化阶段的力学性质、使用阶段的耐久性。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性新拌水泥混凝土施工和易性的概念新拌水泥混凝土是指在施工过程中使用的尚未凝结硬化的

3、水泥混凝土。新拌混凝土的施工和易性，又称工作性，是指混凝土拌合物在现有施工条件下（气候条件、施工机具等），易于施工操作（搅拌、运输、浇注、振捣和表面处理）并获得质量均匀、成型密实的混凝土结构物的性能。混凝土拌合物的施工和易性是一项综合技术性质，包括流动性、振实性、粘聚性、保水性等方面的含义。流动性是指混凝土拌合物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。振实性是指混凝土拌合物易于振捣密实、排出所有被挟带空气的性质。粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象,混凝土的均匀密实及离析现象对比见图4.2。保水性是指混凝土拌合物

4、在施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。通常将水分逐渐析出至混凝土拌合物表面的现象称为泌水，水分析出后会在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的密实性、耐久性下降。 图4.2 新拌混凝土的密实和离析对比施工和易性的测定方法目前国际上还没有一种能够全面测试新拌混凝土施工和易性的方法。通常的试验方法大都凭借经验提出，且在一定的条件下测试混凝土拌合物和易性的某一方面。坍落度试验坍落度试验由美国查普曼（Chapman）首先提出，我国行业标准公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTE E302005）规定：将搅拌好的混凝土拌合物分三层装入标准的坍落度圆锥筒内，每层装入高度稍大于筒高的1/3，并

5、用弹头棒在每层上均匀捣插25次。多余试样用镘刀刮平，然后垂直提取圆锥筒并放于锥体混凝土试样一旁，测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高差，即为新拌混凝土拌合物的坍落度，见图4.3。试验结果以mm为单位并修约至最接近的5mm。坍落度越大表示混凝土拌合物的流动性越大。 图4.3混凝土拌合物坍落度测定示意图 在测试坍落度后，可判断被测混凝土的粘聚性、保水性、棍度等。用捣棒在已坍落的混凝土锥体试样的一侧轻轻敲击，如锥体在轻打后逐渐下沉则表示粘聚性良好，如锥体突然倒塌、部分崩裂或发生石子离析现象则表示粘聚性较差。保水性指水分从拌合物中的析出情况，如果提起坍落筒后有少量水分从底部析出则表示保水性良好，若

6、析出水分较多并引起锥体试样中的集料外露，则表示该混凝土拌合物的保水性较差。棍度按插捣混凝土拌合物时的难易程度评定。分为“上”、“中”、“下”三级。含砂情况按拌合物外观含砂多少而评定，分“多”、“中”、“少”三级。坍落度试验适用于集料公称最大粒径不大于31.5mm，坍落度值不小于10mm的混凝土拌合物，且该试验只对富水泥浆的新拌混凝土才敏感。相同性质不同组成的新拌混凝土，他们的工作性可能有很大差别，但却可得到相同的坍落度值。因此，坍落度值不是满意的工作性评价指标。维勃稠度试验维勃稠度试验（VB稠度试验）由瑞典V.皮纳（Bahrner）首先提出。适用于坍落度小于mm新拌混凝土工作性的测定图4.4。

7、公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTE E302005）规定：维勃稠度试验方法是将坍落度筒放在直径为240mm的圆筒中，圆筒安装在专用的振动台上。按坍落度试验的方法将新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止，所经历的时间即为新拌混凝土的维勃稠度值，试验结果以秒计并精确至秒。维勃稠度值越大，混凝土拌合物的流动性越小。 图4.4混凝土拌合物VB稠度测定示意图该试验方法常因无法用肉眼准确判断试验计时的结束点，而降低该试验方法的精确性。根据我国现行公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTE E302005）规定，路面混凝土稠度分级如表4.1所示。表4

8、.1路面混凝土稠度分级表（JTE E302005）级别维勃时间（s）坍落度（mm）级别维勃时间（s）坍落度（mm）特干硬31低塑1055090很干稠3021塑性4100150干稠20111040流态160影响施工和易性的主要因素分析影响新拌水泥混凝土施工和易性的主要因素分为内因和外因，归纳如下：和易性影响因素内因外因水灰比单位用水量砂率水泥品种和细度环境因素时间因素外加剂水灰比水灰比指水与水泥的质量比。水灰比小则水泥浆稠度大，混凝土拌合物的流动性小，水灰比过小时则不能保证混凝土的密实成型。若水灰比过大，水泥浆稠度较小，混凝土拌合物的流动性增加，但可能会引起混凝土拌合物粘聚性和保水性不良，甚至产

9、生严重的泌水和离析现象，导致混凝土强度和耐久性的降低。单位用水量在组成材料确定的情况下，混凝土拌合物的流动性随单位用水量的增加而增大如图4.5。当水灰比一定时，若单位用水量过小，则水泥浆数量过少，混凝土拌合物的粘聚性较差，易发生离析和崩坍，且不易成型密实；但若单位用水量过多，在混凝土拌合物流动性增加的同时，会由于水泥浆过多而出现泌水、分层或流浆现象，致使拌合物产生离析。单位用水量过多还会导致混凝土产生收缩裂缝，使混凝土强度和耐久性严重降低。图4.5 混凝土拌合物坍落度与单位用水量的关系砂率图4.6 混凝土拌合物坍落度与砂率的关系砂率是指混凝土中的细集料的质量占全部集料总质量的百分比，它反映了粗

10、细集料的相对比例。在一定砂率范围内，随砂率的增加润滑作用越明显，流动性得以提高；砂率超过一定范围后，流动性反而随砂率的增加而降低如图4.6。如果砂率过小，砂浆数量不足会导致混凝土拌合物粘聚性和保水性降低，产生离析和流浆现象。因此，混凝土的砂率存在一个最佳值，可使混凝土拌合物获得所要求的流动性以及良好的粘聚性和保水性。水泥的品种和细度对于给定的水泥混凝土拌合物，水泥细度增加会使流动性降低，这种影响对水泥用量较高的拌合物较为明显，但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。集料的性质混凝土拌合物的和易性主要与集料的最大粒径、级配、颗粒形状、表面粗糙程度和吸水性有关。一定质量的集

11、料，其最大粒径减小会使比表面积增大，比表面增大就需要更多的水泥浆来润滑。针片状颗粒含量较少、圆形颗粒较多、级配较好的集料，其组成的混凝土拌合物流动性较大，粘聚性和保水性较好。表面粗糙多棱角的集料会增加混凝土拌合物的内摩擦力，使流动性降低。吸水性大的集料，会加快混凝土拌合物的和易性损失速率。外加剂在混凝土拌合物中加入少量的外加剂可以在不改变用水量和水泥用量的情况下，有效地改善混凝土拌合物的工作性，同时提高混凝土的强度和耐久性。环境因素影响新拌水泥混凝土和易性的环境因素包括：温度、湿度和风速。环境温度升高会使水泥水化速度加快、水分蒸发增加，导致拌合物坍落度减小。同样，风速和湿度通过影响水分的蒸发速

12、度也会影响混凝土拌合物的流动性。图4.7 混凝土拌合物坍落度与时间的关系时间因素混凝土拌合物在搅拌后，其坍落度随时间的延长逐渐减小，称为坍落度损失。如图4.7所示。混凝土拌合物和易性选择新拌混凝土的和易性依据结构物断面尺寸、钢筋配置疏密、施工设备及工艺等来选择。公路桥涵用混凝土拌合物的和易性表4.2公路桥涵用混凝土拌合物的坍落度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0202上列桥涵墩台等工程中不便施工处10303普通配筋的钢筋混凝土结构，如钢筋混凝土板、梁、柱等30504钢筋较密、断面较小的钢筋混凝土结构（梁、柱、墙等）50705钢筋配置特密、断面高而

13、狭小、极不便灌注捣实的特殊结构部位7090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1020mm；道路混凝土拌合物的和易性对于滑模摊铺机施工的碎石混凝土最佳工作坍落度为2550mm，允许波动范围1065 mm；卵石混凝土最佳工作坍落度为2040 mm，允许波动范围555 mm。4.2.2硬化后混凝土的力学性质硬化后混凝土的力学性质，主要包括强度和变形两个方面。1强度按我国国家标准普通

14、混凝土力学性能试验方法（GB/T 500812002）规定，混凝土的强度包括：立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗弯拉强度、劈裂抗拉强度。立方体抗压强度（） （1-1）式中：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。混凝土立方体抗压强度通常被用于建筑工程的有关规范和质量控制。立方体抗压强度标准值 （1-2）式中：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；立方体抗压强度标准值按数理统计方法确定，它是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比不超过5%。强度等级混凝土的强度等级

15、是根据立方体抗压强度标准值确定的。强度等级的表示方法用“C” 和“立方体抗压强度标准值”两项内容来表示。我国现行规范规定普通水泥混凝土立方体抗压强度标准值划分为12个等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。轴心抗压强度（） （1-3）式中：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。与立方体抗压强度不同，轴心抗压强度采用棱柱体作为标准试件进行轴心抗压强度测定。大量试验表明：立方体抗压强度为1055MPa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。抗弯拉强度（抗折强度

16、）（） （1-4）式中：混凝土抗弯拉强度，MPa； F 抗弯拉试验中的极限破坏荷载，N； L 支座间距,mm。b 试件宽度,mm。h 试件高度,mm。 图4.8混凝土抗折强度受力模式示意图 图4.9混凝土劈裂强度受力模式示意图抗弯拉强度试验采用标准方法制备成的梁形试件，在标准条件下养护28d后，按三分点加荷方式进行试验，见图4.8。劈裂抗拉强度（） （1-5）式中：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。由于直接抗拉试验时，试件在夹具附近易产生局部破坏且易受到弯折作用，导致试验结果波动较大。因此，常采用劈裂抗拉试验法间接求出混凝土的抗拉

17、强度。劈裂抗拉强度约为轴心抗压强度的0.9倍，并与抗弯拉强度之间存在着式（1-6）所反映的关系。 （1-6）式中：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。2影响强度的主要因素分析混凝土受到外力作用产生破坏时，破裂面可能出现在三个位置，如图4.10所示。a) b) c)图4.10混凝土受力破坏模式图a图显示混凝土的破坏发生在集料和水泥石的粘结面上，这是混凝土最常见的破坏形式；b图显示集料自身发生破裂，此类情况多发生在高强度混凝土中；c图是水泥石发生破坏，这种情况在低强度水泥混凝土中并不多见。因此，普通水泥混凝土的强度主要取决于水泥石强度及其与集料的界面粘结强

18、度。混凝土强度影响因素归纳如下：强度影响因素内因外因水泥强度和水灰比水泥浆的用量集料养护条件龄期养护温度养护湿度施工质量混凝土组成材料的影响材料组成是混凝土形成强度的内因，主要取决于水泥、水、砂、石及外加剂等的质量和配合比。水泥的强度和水灰比水泥混凝土的强度主要取决于其内部起胶结作用的水泥石的质量，水泥石的质量则取决于水泥的强度和水灰比。当试验条件相同时，在相同水灰比条件下，水泥强度越高，则水泥石强度越高，从而使用其配制的混凝土强度也越高。在水泥强度相同的情况下，水灰比越小，水泥石的强度越高，与集料的粘结力越大，混凝土的强度越高。混凝土28d龄期抗压强度与水灰比及水泥强度存在式(1-7)所示关

19、系；混凝土28d龄期抗弯拉强度与水灰比及水泥强度存在式(1-8)所示关系。 （1-7） （1-8）式中： C/W 混凝土的水灰比，%；、混凝土28d抗压强度、抗弯拉强度，MPa；、水泥的实际抗压强度、抗折强度，MPa；、统计公式的回归系数，与集料品种有关。水泥浆的用量当水泥浆用量不足时，会使砂浆粘聚性变差，施工时易出现离析现象，硬化后混凝土强度低，耐久性差，耐磨性差，易起粉，翻砂；集料间的水泥浆润滑不够，施工流动性差，混凝土难于密实成型。当水泥浆用量过多时，会使混凝土成本提高，混凝土硬化后收缩增大，易引起干缩裂缝。集料特性影响混凝土强度的集料特性包括：集料的强度、粒形及粒径等。为提高混凝土强度

20、应优选接近球形或立方形集料，使用针片状颗粒含量较高的集料，不但影响施工还会增加混凝土的孔隙率，扩大混凝土中集料的表面积，导致混凝土强度降低。适当增大集料的粒径也对提高混凝土强度有利，但粒径过大会减小集料的表面积，使粘结强度降低，导致混凝土强度降低。较大集料也会限制水泥石的收缩从而产生较大的应力，使混凝土产生开裂后期强度降低。养护条件的影响对于给定的混凝土，水泥的水化速度与程度、水化产物结构特征都取决于养护的温度和湿度条件。养护温度图4.11显示混凝土在不同温度水中养护时强度的发展规律，当养护温度较高时，可以增大水泥初期水化速度，混凝土早期强度也高。早期养护温度越高，混凝土后期强度增进率越小。

21、图4.11混凝土强度与养护温度的关系 图4.12混凝土强度与养护湿度的关系 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 图4.13混凝土强度随时间的增长a)龄期为常数坐标 ；b)龄期为对数坐标养护湿度如图4.12所示在空气中养生的混凝土在所有龄期得到的强度值都较低，而在标准湿度养护下混凝土各龄期的强度值均较高。因此，在混凝土养护期间应维持一定的潮湿环境，以便产生更多的水化产物是混凝土密实度增加。特别是在夏季气温较高、水分蒸发较快时，更应注意混凝土的养护。混凝土龄期的影响如图4.13所示，在标准养护条件下，混凝土的强度随龄期的增长而提高，在最初的37d内发

22、展较快，28d达到设计强度规定的数值，以后强度发展逐渐缓慢。在对数坐标下，混凝土的强度与其龄期的对数大致呈正比关系。可根据混凝土的这种特性，由其早期强度推算后期强度，其表达式为式(1-9)。 （1-9）式中：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；试验条件和施工质量组成材料、制备条件及养护条件相同的混凝土试件，其力学强度还受试验条件的影响。主要影响因素有：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。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，其中包括：配料的准确性、搅拌的均匀性、振捣效果等。3变形混凝土的变形主要有：弹性变形、徐变变形、温度变形

23、和干缩变形等四类。弹性变形混凝土的应力应变特征图4.14混凝土的应力应变特征示意图 弹性变形是指当荷载施加于材料时立即出现、荷载卸除后立即消失的变形。但水泥混凝土是一种多相复合材料，在较低的荷载水平下重复加载和卸载时，每一次卸载都会残留部分残余变形。它的应力应变关系曲线如图4.14所示。当第一次加载卸载后，加载曲线OA，卸载曲线AC，残余变形OC。经四次循环后残余变形总量为OC。弹性模量在混凝土应力应变曲线上，任一点的应力与应变的比值称为混凝土在该应力下的弹性模量。如图4.15所示，弹性模量分为三种：应力应变曲线原点的切线斜率为初始切线弹性模量Ei,即,初始切线弹性模量很难测定，在结构设计中基

24、本没有应有价值。应力应变曲线上任意一点的切线斜率为切线弹性模量Et，即，它仅适用于很小的荷载范围。图4.15 混凝土弹性模量分类应力应变曲线上任意一点与原点连线的斜率为割线弹性模量Es，即，在混凝土工艺和混凝土结构设计中常采用规定条件下的割线弹性模量。弹性模量影响因素混凝土强度越高，弹性模量越大。骨料弹性模量越大，骨料与水泥的比例越大，混凝土弹性模量越大。混凝土在潮湿状态的弹性模量较干燥状态的大。混凝土后期弹性模量随龄期的增长而增大。早期养护温度较低的混凝土弹性模量较大。影响因素弹性模量影响因素归纳如下：徐变变形混凝土在持续荷载的作用下，随时间增长的变形称为徐变变形，也称为蠕变。混凝土的徐变变

25、形在早期增长很快，然后逐渐减慢，一般要23年才可能基本趋于稳定。如果所承受的持续荷载较大，可能会导致混凝土结构破坏。所以在结构设计时必须考虑徐变的影响，否则，可能会导致对整个结构变形的严重估计不足。温度变形混凝土因热胀冷缩性质产生的变形称为温度变形。温度变形对大体积混凝土工程和在温差较大季节施工的混凝土结构极为不利。为减小温度变形对混凝土性能的不利影响，在纵长的混凝土及钢筋混凝土结构物中，每隔一段长度，设置温度伸缩缝，在结构物中设置温度钢筋。在大体积混凝土或钢筋混凝土中，应设法降低混凝土的发热量，如采用低热水泥、人工降温以及对表面混凝土加强保湿、保温等措施。干缩变形混凝土处于干燥环境中时，混凝

26、土内部的水分蒸发而引起的混凝土体积收缩，称为干燥收缩简称干缩。混凝土的干缩变形进行得很慢而且是由表面向内部逐渐进行，因此会产生表面收缩大，内部收缩小，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。此外，在混凝土干缩过程中，集料并不产生收缩，因而在集料与水泥石界面上产生微裂缝，对混凝土的强度及耐久性产生不利影响，尤其是对大体积混凝土工程危害更大。4.2.3耐久性混凝土的耐久性是指混凝土在使用过程中，抵抗周围环境介质作用保持其质量和使用质量的能力。1.混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性即指混凝土抵抗冻融循环破坏作用的能力，它是决定混凝土耐久性的主要因素。混凝土的抗冻性一般以抗冻标号来表示。抗冻标

27、号是以龄期28d的标准试件吸水饱和后，在-15-20至1520的温度条件下反复冻融循环，以满足抗压强度下降不超过25%,质量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数来确定。混凝土的抗冻性也可以按照同时满足相对动弹性模量值不小于60%和质量损失不超过5%时所能承受的最大循环次数来确定。混凝土抗冻标号有D10、D15、D25、D50、D100、D150、D200、D250和D300、共九个等级，分别表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为10、15、25、50、100、150、200、250和300次。2.混凝土的抗渗性混凝土对液体或气体渗透的抵抗能力称为混凝土的抗渗性。混凝土的抗渗性以抗渗标号来表

28、示。采用标准养护28d的标准试件，依规定的方法进行试验，按混凝土所能承受的最大水压力，将混凝土的抗渗标号分为六个等级：S2、S4、S6、S8、S10和S12，分别表示混凝土能抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa和1.2MPa的水压力而不渗水。通常，为缩短试验时间，简化试验过程也可采用氯离子渗透法来测试混凝土的抗渗性能。综上所述，混凝土的抗冻性和抗渗性均与混凝土密实程度，即孔隙总量及孔隙结构特征有关。因此可以采取有效措施改善混凝土的孔隙结构，减少混凝土内部的毛细管通道，以提高混凝土的抗冻性和抗渗性。3.耐磨性耐磨性是指混凝土抵抗表层磨擦损伤的能力。因此，耐磨性

29、是道路和桥梁用混凝土结构的重要性能之一。混凝土耐磨性评价，以试件磨损面上单位面积的磨损量作为评定混凝土耐磨性的相对指标。按现行试验方法（JTE E302005），是以边长150mm的立方体试件，养生至27天龄期，在60温度下烘干恒重，然后在带有花轮磨头的混凝土磨耗试验机上，在200N负荷下磨削50转，按下式(1-10)计算磨损量： （1-10）式中：单位面积的磨损量，kg/m2；试件的初始质量，kg； 试件磨损后的质量,kg。0.0125试件磨损面积,m2。混凝土的耐磨性与其强度等级有密切关系，同时也与水泥品种、集料硬度有关，细集料对路面混凝土的耐磨性有较大影响。欲提高混凝土抗磨损能力，应提高

30、混凝土的断裂韧性，降低脆性，减少原生缺陷，提高硬度及降低弹性模量。4.混凝土中的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，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)。碱集料反应必须具备三个条件：混凝土中的集料具有碱活性；混凝土中含有一定量的可溶性碱；有一定湿度。根据集料中活性物质类型，可将碱集料反应分为两种类型：碱硅反应（ASR）：碱与集料中活性二氧化硅反应；碱碳酸盐反应（ACR）：碱与集料中活性碳酸盐反应。（2）碱活性检验为避免碱集料反应的发生，应进行碱活性检验。采用岩相法判断集料中是否存在与碱发生反应的活性成分。若集料

31、中含有活性二氧化硅，应采用化学法和砂浆长度法进行检验；若含有活性碳酸盐的集料，应使用岩石柱法进行检验,具体流程如下： 具有碱活性的集料可溶性碱水分碱集料反应碱硅反应碱碳酸盐反应：岩石柱法岩相法化学法砂浆长度法引 起检 验4.3普通水泥混凝土组成设计混凝土配合比设计就是根据原材料的性能和对混凝土的技术要求，通过计算和试配凋整，确定出满足工程技术经济指标的混凝土各组成材料的用量。其中，对混凝土的技术要求包括：与施工条件相适应的和易性，硬化后应满足设计强度等级和耐久性等。4.3.1原材料的技术要求水泥品种和强度水泥是混凝土的使用性能和工程经济性很大程度上取决于水泥的质量和用量。在满足工程要求的前提下

32、，应选用价格较低的水泥品种，以节约工程造价。选用水泥强度时，应以能使所配的混凝土强度达到要求、收缩小、和易性好和节约水泥为原则。如果用高标号水泥配制低强度等级的混凝土，就会造成水泥的浪费，此时可以考虑掺加一定数量的掺合料。用低标号水泥配制高强度等级混凝土，会加大水泥用量造成浪费，同时影响混凝土的其它技术性质。粗集料选择粗集料时要保证其具有稳定的物理性能和化学性能，不与水泥发生有害反应。强度和坚固性为保证混凝土的强度要求，粗集科必须具有足够的强度。碎石和卵石的强度采用岩石立方体抗压强度和压碎指标两种方式表示。国标建筑用碎石、卵石（GB/T 146852001）将粗集料分为、类，不同强度等级混凝土

33、对粗集料技术等级的选择见表4.3。表4.3 混凝土强度等级与碎石、卵石技术等级的关系（GB/T 146852001）混凝土的强度等级C60C30C60C30卵石、碎石的技术等级级级级为保证混凝土的耐久性，用作混凝土的粗集料应具有足够的坚固性，以抵抗冻融和自然因素的风化作用。当混凝土结构物处于表4. 4所列条件时，应对碎石或卵石进行坚固性试验，采用硫酸钠溶液法检验，试样5次循环后，其质量损失应符合表中规定。表4.4碎石和卵石坚固性试验项次混凝土所处环境在溶液中循环次数试验后质量损失不宜大于（%）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

34、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有害杂质粗集科中常含一些有害杂质，如粘土、淤泥、硫酸盐及硫化物和有机物等。它们粘附在集料表面，妨碍水泥与集料粘结，降低混凝土的抗渗性和抗冻性，硫酸盐、硫化物、有机物等对水泥也有侵蚀作用。依国标（GB/T 146852001）的规定，粗集料中含泥量、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。最大粒径及颗粒形状与级配 粗集料最大粒径应根据混凝土结构的具体情况及施工方法选取。粗集料的粒径增大能够节约水泥，但最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1

35、/4和钢筋间最小净距的3/4；在二层或多层密布钢筋结构中，不得超过钢筋最小净距的1/2；在混凝土实心板中，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。同时，集料中针、片状颗粒不宜过多，以防止降低混凝土的强度。粗集料应具有良好的颗粒级配，以减少空隙率，增强密实性，从而可以节约水泥，保证混凝土拌合物的和易性及混凝土的强度。粗集料的颗粒级配，可采用连续级配或连续级配与单粒级配合使用。在特殊情况下，需要采用单一的单粒级集料配制混凝土时，则应作技术经济分析，并通过试验证明无离折现象或影响混凝土的质量。混凝土中碎石或砾石颗粒应符合表4.5的规定。表4.5 碎石或卵石的颗粒级配规定(GB/T 14685200

36、1)级配类型公称粒径（mm）下列筛孔（mm）上的累计筛余（%）2.364.759.516.019.026.531.537.553.063.075.090连续级配5109510080100015051695100851003060010052095100901004080010052595100901003070050531.59510090100709015450505409510070903065050单粒径102095100851000151631.59510085100010020409510080100010031.56395100751004575010040809510070100

37、30600100细集料配制混凝土所用的细集料应为级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂。若受施工条件限制缺少河砂或海砂资源时，也可使用符合要求的山砂或机制砂。压碎值和坚固性混凝土用细集料同样应具有一定的强度和坚固性。混凝土中强度等级与细集料技术等级的关系见表4.6。表4.6混凝土强度等级与细集料技术等级的关系混凝土的强度等级C60C30C60C30细集料的技术等级级级级级配与细度模数细集料的级配应符合表4.7中的规定。区是由中砂和部分偏粗的细砂组成，配制混凝土时应优先选择该类型的级配；区为粗砂，采用区的级配配制混凝土时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，否则会增大混凝土拌合物的内摩擦力，使保

38、水性变差且不易捣实成型；区砂由细砂和部分偏细的中砂组成，若配制混凝土采用区砂应适当降低混凝土的砂率以保证混凝土强度。表4.7 细集料级配范围(GB/T 146852001)级配分区在下列筛孔（mm）上的累计筛余（%）0.150.300.601.182.364.759.5粗砂区90100(85100)8595718535655350100中砂区90100(80100)7092417010500250100细砂区90100 (75100)558516400250150100注：括号中的数据为人工砂可放宽的范围；砂的实际颗粒级配除了在4.75mm和0.60mm筛档外，其余各档可以略有超出表中所列数据

39、，但超出总量应小于5%。拌合用水混凝土拌合用水包括：饮用水、洁净的天然水、地下水、海水及经适当处理后的工业废水。选用时应根据有害物杂含量和对混凝土物理力学性质的影响进行区分。混凝土拌合用水应符合表4.8的规定。表4.8混凝土拌合用水质量要求项目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注：使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土氯化物的含量不得超过350mg/L。外加剂和掺合料外加剂是能按照

40、一定要求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%，如减水剂、引气剂等。掺合料能改善混凝土的施工和易性、降低混凝土水化热、调解凝结时间等。常见的混凝土用掺合料包括：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、硅粉及复合型掺合料等。4.3.2普通混凝土组成设计混凝土配合比设计就是根据原材料的性能和对混凝土的技术要求，通过计算和试配凋整，确定出混凝土中各组成材料的质量或体积之间的比例关系。混凝土的配合比可采用如下两种表示方法，混凝土组成设计流程见图4.16。 以一方混凝土中各材料的质量表示：水泥 330kg，水 185 kg，砂 598 kg，石子1281kg 以

41、水泥质量为1表示其它材料的相对关系：水泥：砂：石子=1：1.81：3.88，水灰比=0.56初步配合比基准合比设计配合比施工配合比确定组成材料比例调整施工和易性复核强度及其它要求施工现场调整含水量图4.16 混凝土组成设计流程图配合比设计指标进行普通混凝土配合比设计时，主要考虑混凝土拌合物的施工和易性、硬化混凝土的强度和耐久性。混凝土施工和易性选择坍落度是反映新拌混凝土施工和易性最常用的方法。普通混凝土的坍落度应根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和施工方式来确定。如表4.9所示。表4.9 混凝土浇筑时的坍落度要求结构种类坍落度（mm）基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀

42、的结构1030板、梁和大型及中型截面的柱子等3050配筋密列的结构（薄璧、斗仓、简仓、细柱等）5070配筋特密的结构7090注：.本表为机械振捣时的坍落度，当采用人工捣实混凝土时其值可适当增大；.当需要配制大坍落度混凝土时，应掺用外加剂；.曲面或倾斜结构混凝土的坍落度应根据实际需要另行选定；.泵送混凝土的坍落度宜为80180mm；混凝土配制强度在实际施工过程中，原材料的质量和施工条件可能会产生波动，造成混凝土强度波动。因此，必须使混凝土的配制强度大于设计强度要求的强度等级，以使混凝土的强度保证率能满足国家标准的要求。混凝土配制强度按式(1-11)计算： （1-11）式中：混凝土配制强度，MPa

43、；混凝土设计强度等级，MPa；混凝土强度标准差，MPa；混凝土强度标准差可根据近期同类混凝土强度资料求得，若无历史统计资料，标准差可按下表4.10选取。表4.10 标准差值表强度等级C20C20C35C35强度标准差取值（MPa）3.05.06.0混凝土耐久性为满足耐久性要求，普通混凝土配合比设计规程（JGJ 552000）中对设计强度C15的混凝土配合比中的最大水灰比和最小水泥用量做出了规定，见表4.11。表4.11 混凝土最大水灰比和最小水泥用量环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量（kg/cm3）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公用房屋

44、内部件不作规定0.650.60200260300潮湿环境无冻害高湿度的室内、室外部件；在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件；在非侵蚀性土和（或）水中且受冻害的部件；高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300注：当用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比以及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。初步配合比设计步骤计算混凝土的配制强度计算水灰比（W/C）并校核普通混凝土的水灰比由经验公式(1-12)计算，

45、为保证混凝土的耐久性，水灰比计算值不得超过表4.11中所规定的最大水灰比值。 (1-12)式中：混凝土配制强度，MPa；水泥28d抗压强度实测值，MPa；、回归系数，应根据工程所使用的水泥、集料通过试验确定，当无试验统计资料时，可按表4.12进行选取。表4.12 回归系数、选用表（JGJ/T 552000） 集料品种回归系数碎石卵石集料品种回归系数碎石卵石0.460.480.070.33选定用水量单位用水量取决于集料特性以及混凝土拌合物施工和易性的要求，按以下方法选用。对于干硬性和塑性混凝土来说，当水灰比在0.40.8范围时，应根据集料的品种、最大粒径及施工要求选定混凝土拌合物的流动性。表4.

46、13中单位用水量为采用中砂时的平均取值，当采用细砂时，用水量可增加510kg/m3；当采用粗砂时，则可减少510kg/m3。 表4.13 混凝土单位用水量选用表（kg/m3）(JGJ/T 552000)拌合物流动性卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目范围102031.540162031.540VB稠度（s）16201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165坍落度（mm）1030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801

47、702202051951857590215195185175230215205195对于流动性和大流动性混凝土来说，未掺加外加剂时，以表4.13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/m3的原则计算混凝土的用水量。当掺加外加剂时，混凝土用水量按式(1-13)计算。 （1-13）式中：掺加外加剂混凝土的单位用水量，kg/m3；未掺加外加剂混凝土的单位用水量，kg/m3；外加剂的减水率，%，经试验确定。确定砂率坍落度在1060mm范围内的混凝土，其砂率可根据集料品种、最大粒径及水灰比按表4.14选取。表4.14混凝土砂率选用表（%）(JGJ/T 552000)水灰比

48、W/C卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.402632253124303035293427320.503035293428333338323730350.603338323731363641354033380.70364135403439394438433641注：表中数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增加砂率；当只有一个单粒级的粗集料配制混凝土时，砂率值应适当增加；对薄壁混凝土构件砂率应取偏大数值。坍落度大于60mm的混凝土应在表4.14的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。坍落度小于10mm的混凝土及使用外加剂或掺合料

49、的混凝土应经试验确定砂率。计算并校核单位水泥用量根据水灰比W/C和单位用水量依式(1-14)计算单位水泥用量。为保证混凝土的耐久性，水泥用量计算值不得小于表4.11中规定的最小水泥用量。 （1-14）计算细集料用量和粗集料用量可采用体积法和密度法在采用体积法时，认为混凝土拌合物总体积等于水泥、砂、石和水四种材料绝对体积与空隙体积之和，即方程组(1-15)所表示的关系。 （1-15）式中：混凝土中的单位水泥用量，kg/m3；混凝土中的单位粗集料用量，kg/m3；混凝土中的单位细集料用量，kg/m3；混凝土中的单位用水量，kg/m3；砂率，%；水泥密度，kg/m3；粗集料的表观密度，kg/m3；细集料的表观密度，kg/m3；水的密度，kg/m3，可取1000 kg/m3；混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为1。采用密度法时，先假定一个适宜的混凝土表观密度值，混凝土各组成材料之和即为混凝土的表观密度，如方程组(1-16)所示的关系。 （1-16）式中：、符