第三章 水泥混凝土和砂浆

道路建筑材料第三章水泥混凝土和砂浆第三章水泥混凝土和砂浆定义：水泥混凝土是由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，在一定条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。混凝土＋水一、分类1、按表观密度分为①普通混凝土②轻混凝土③重混凝土2、按强度分为①低强度混凝土②中强度混凝土③高强度混凝土3、按流动性分为①塑性混凝土②低流动性混凝土③干硬性混凝土二、特点优点：1、抗压强度较高，耐久性好，耐火性好，养护费用极少；2、新拌混凝土具有良好塑性，可加工成任何形状；3、材料来源广泛，便于就地取材，价格便宜；4、可以根据工程要求改变材料配合比来满足需要。二、特点缺点：1、抗拉强度低；2、由于干缩，易出现裂缝；3、施工日期长；4、自重较大；

5、结构拆除比较困难第一节普通水泥混凝土

一、普通水泥混凝土组成材料1、水泥2、水此两者组成水泥浆，起流动胶结作用3、粗集料4、细集料此两者起骨架作用各种材料所占比例见下表所示：一、普通水泥混凝土组成材料混凝土组成及各组分材料绝对体积比组成成分水泥水砂石空气占混凝土总体积的百分数10~1515~2020~3335~481~322~3566~481~3砼内部结构示意图砂子水泥浆石子砼内部结构放大图（一）水泥1、水泥品种选择：应根据工程特点、气候与环境条件选择；2、水泥强度等级：考虑混凝土抗压强度（低强度时1.5-2.0倍，高强度时0.9-1.5倍）。（二）细集料1、有害杂质含量（1）含泥量、石粉含量及泥块含量天然砂中d<0.075的颗粒为泥人工砂中d<0.075的颗粒为石粉

d>1.18mm手捏、水洗后可破碎成小于0.6mm的颗粒称为泥块（2）云母含量<2%（3）轻物质含量（比重<2的颗粒）（4）有机质含量，延缓硬化过程，影响强度（5）硫化物与硫酸盐含量（二）细集料砂按技术要求分为三类：I类宜用于强度等级>C60的混凝土II类宜用于强度等级C30~C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；III类宜用于强度等级<C30的混凝土和建筑砂浆（二）细集料2、粗细程度与颗粒级配以0.60㎜筛孔的累计筛余量分成三个级配区3、压碎值和坚固性（二）细集料图3-1砂的1、2、3级配区曲线细度模数（Ｍx）愈大，表示砂愈粗，砂的细度模数范围一般为3.7～0.7，其中Ｍx在3.7～3.1为粗砂，Ｍx在3.0～2.3为中砂，Ｍx在2.2～1.6为细砂，粗度（二）细集料在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实度与强度。（三）粗集料1、强度与坚固性见教材表3-4所示2、有害杂质含量见教材表3-4所示3、最大粒径及颗粒级配①最大粒径及混凝土的影响：在条件容许的前提下，越大越好②规范对D的要求③颗粒级配应满足教材表3-5要求所示规范对D的要求石子最大粒径（Dmax）过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。同时，最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。规范对D的要求根据我国钢筋混凝土施工规范规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小尺寸的１／４和钢筋最小净距的３／４。对于混凝土实心板，允许最大粒径为1/2板厚，但不得超过50mm。（三）粗集料4、颗粒形状及表面特征5、碱活性检验二、普通水泥混凝土的技术性质

对于水泥混凝土的技术性质，通常分两种情况进行分析：一是新拌混凝土混合料的性质二是凝结硬化的混凝土的性质（一）新拌水泥混凝土的工作性（和易性）1、新拌混凝土工作性的概念指混凝土拌和物易于施工操作且成型后质量均匀密实的性质。它包括以下三个方面：①流动性：指混凝土拌和物在自身或机械振捣下，能产生流动且能均匀密实地填滿模板的性能。②粘聚性：组成材料之间有一定的粘聚力③保水性：具有保持一定水分能力，不致产生泌水2、新拌混凝土工作性测定方法目前缺少全面的测定方法，主要偏重于测定流动性1）坍落度（mm）试验按规定拌和水泥混凝土混合料，将坍落筒按要求湿水，然后分三层将拌和物装入筒内，每层捣实25次，测定坍落度H(mm)。坍落度试验只适用于集料最大粒径D不大于40mm，坍落度H不小于10mm的新拌混凝土。2、新拌混凝土工作性测定方法2）维勃稠度适用于D不超过40mm，维勃稠度5—30s之间的干硬性混凝土的稠度测定3、新拌混凝土工作性的选择1）桥涵混凝土工作性选择应考虑下列因素：结构物断面尺寸、钢筋疏密程度、振捣方式。2）路面混凝土工作性选择一般选10—25mm注：①本表系采用机械振捣混凝土时的坍落度，采用人工捣实其值可适当增大；②需配制泵送混凝土时，应掺外加剂，坍落度宜为120～180㎜。4、影响混凝土混合料工作性的因素1）水泥浆的数量和集浆比①正常情况：水泥浆充满集料间隙略有剩余②用浆过多：流浆，浪费水泥，且影响强度，耐久性2）水灰比的影响过大：可使水泥浆变稀，但易产生流浆、离析，甚至影响强度。过小：可使水泥浆变稠，但拌和物流动性小。所以要选择合理水灰比3）砂率4）水泥的品种和集料的性质①水泥品种不同的水泥，达到标准稠度用水量不同，其所表现出的工作性亦不一样。②集料表面特征，如碎石与卵石5）外加剂使用外加剂，可在不增加用水量及水泥用量的前提下，有效地改善水泥混凝土的工作性。如减水剂等。6）温度与搅拌时间如夏季（坍落度小）与冬季在施工中注意的问题不一样搅拌时间过短，拌和物的工作性差（一般1—3分钟）5、改善工作性的措施1）调节材料组成设计合理的配合比，使之有较好的工作性2）掺加外加剂合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性3）提高振捣的效能（二）硬化后混凝土的力学性质1、强度1）抗压强度标准值和强度等级①立方体抗压强度fcu150X150X150mm试件，养护28d，测定强度三个值的算术平均值作为测定值，误差±15%，若任一个超过15%，取中值作为测定值，若两个超过15%，则测定结果无效。混凝土搅拌机振动台抗压试模1）抗压强度标准值和强度等级②立方体抗压强度标准值fcu,k指保证率为95%时的抗压强度③强度等级C7.5C10C15…C60共12个强度等级，由抗压强度标准值确定。2）抗折强度（fcf）试件尺寸为150x150x550mm，养护28d，测定其强度值。数据取舍方法同抗压强度试验3）轴心抗压强度用尺寸为150mmx150mmx300mm的棱柱体试件，进行测定：4）劈裂抗拉强度制作尺寸为150mmX150mmX150mm的试块，试件中心间内用圆弧为垫条施加两个方向的均布压力2、影响混凝土强度的因素1）材料组成对混凝土强度的影响①水泥强度和水灰比式中：fce为水泥的实际强度，可经过试验测定，亦可用下列经验1）材料组成对混凝土强度的影响②集料特征、形状及表面特征特别是粗集料的形状与表面特征对强度有着直接的影响。③浆集比就混凝土强度而言，存在着最优浆集比。2）养护条件：温度、湿度混凝土拌和后必须保持适当的温度和湿度，使水泥充分水化，以保证混凝土强度不断提高。3）龄期混凝土在正常养护条件下，强度随龄期的增长而增长，它们之间的关系可用下式表示：4）试验条件试件形状与尺寸、试件湿度、试件温度、支承条件和加载方式等3、提高混凝土强度的措施1）采用高强度水泥2）增加混凝土密实度3）蒸气养护、蒸压养护4）掺外加剂4、混凝土的变形1）非荷载作用变形（1）化学收缩由水化反应引起，不能恢复（2）干湿变形收缩值>膨胀值约30—60%（3）温度变形2）荷载的变形：弹性变形、塑性变形、徐变形（三）混凝土的耐久性1、抗冻性

100mmx100mmx400mm的棱柱体-17℃—5℃

冻融循环，测定混凝土试件所能承受的循环次数，有确定其抗冻能力：抗冻标号等级：D25D50D100D150D200D300（三）混凝土的耐久性2、耐磨性测定150mmx150mmx150mm试件，养护17d，6℃烘干后，在200N负荷下磨50转，测其单位面积质量损失3、碱集料反应（三）混凝土的耐久性我国现行规范用最大水比灰及最水水泥来控制混凝土的耐久性，见教材表3-10所示三、普通水泥混凝土的组成设计（一）概述1、混凝土配合比表示方法（1）单位用量表示法：以1m3混凝土中各种材料的s所用质量表示水泥：水：砂：石=X：Y：Z：A（2）相对用量表示法以水泥质量为1，并按水泥：细集料：粗集料；水灰比的顺序表示。2、混凝土配合比设计的基本要求1）满足结构设计强度的要求试配强度>设计强度2)满足施工工作性的要求3)满足环境耐久性的要求设计配合比时，应考虑最大水灰比、最小水泥用量4）满足经济性的要求在满足前三项的前提下，尽量节约水泥，合理使用材料，以降低成本。3、水泥混凝土配合比设计三参数①水灰比W/C②砂率③单位用水量（水泥浆与集料的关系）4、混凝土配合比设计的步骤（1）计算初步配合比（2）提出基准配合比（3）确定试验室配合比（4）换算工地配合比（二）普通混凝土配合比设计方法（以抗压强度为指标）1、初步配合比计算1）确定试配强度fcu,0砼立方体抗压强度标准值及强度等级95%fcuPfcU，0fcu,k强度—概率分布曲线混凝土立方体抗压强度标准值示意图1、初步配合比计算2）计算水灰比①按强度计算

②复核耐久性按混凝土耐久性要求，复核水灰比不得大于表3-10（P80）中的规定。1、初步配合比计算3）选定单位用水量mw0根据粗集料品种、粒径及施工要求的混凝土稠度，查表选择。4）计算单位水泥用水量选定单位用水量（ｍw0）（P81表3-12）

注：①本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，每m3混凝土用水量可增加5~10㎏，采用粗砂则可减少5～10㎏。②掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。坍落度指标卵石最大粒径碎石最大粒径102031.540162031.54010~3019017016015020018517516535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~902151951851752302152051951、初步配合比计算5）选定砂率方法一：查表确定（坍落度、粗集料品种、最大粒径及水灰比）方法二：对坍落度大于60mm的混凝土，查表后应作调整，20mm增加1%方法三：坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。选定砂率P82表3-13水灰比卵石最大粒径碎石最大粒径102031.540162031.5400.4026~3225~3124~3024~3030~3529~3428~3327~320.5030~3529~3428~3328~3333~3832~3731~3630~350.6033~3832~3731~3631~3636~4135~4035~3933~380.7036~4135~4035~3934~3939~4438~4337~4236~411、初步配合比计算6）计算粗、细集料单位用量(mgomso)①质量法②体积法2、试配、调整提出基准配合比1）试配：按初步配合比称取相应的材料作工作性及强度试验2）校核工作性，确定基准配合比如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率。3、检验强度，确定试验室配合比1）制作试件，检验强度三组试件：一组为基准配合比，一组试件水灰比为，第三组试件的水灰比为2）确定试验室配合比测定强度与湿表观密度选择既满足强度要求，工作性又满足要求的配合比作为试验室配合比。4、施工配合比换算设施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则施工配合比中各材料单位用量为：水泥混凝土试验

试验一混凝土拌和物坍落度试验试验仪器

坍落筒、天平坍落度高度测量器弹头形捣棒

试验步骤

称料→拌料→装筒→提筒→测定坍落度H→观察（棍度、含砂情况、粘聚性、保水性）

试验二维勃稠度试验仪器：混凝土搅拌机、维勃稠度仪试验步骤（机械拌和）涮膛、称料、拌料→开机、加水、拌和→固定容器、装料、提筒→将塑料透明圆盘移至拌和物上→开动振动台并记时，当圆盘底面正好被水泥浆布满时，记录时间，即为维勃稠度试验三混凝土抗压强度试验试验目的

本试验规定了测定混凝土抗压强度的方法，以确定水泥混凝土的强度等级，作为评定混凝土的品质的主要指标，确定混凝土标号。

试验仪器

压力试验机、磅称、试模试验步骤拌和、装模→带模养护1-2d→拆模、编号→继续养护到规定龄期→量试件尺寸→调整压力机工作范围→以成型时侧面为上下受压面，置试件于压力机中心→开动压力机，施加荷载→记录破坏极限荷载

加荷速度

强度等级小于C30混凝土取0.3～0.5MPa/s

强度等级不低于C30时则取0.5～0.8MPa/s试验结果与数据整理抗压强度计算公式为：

fc=KFP/A非标准试件换算系数K

边长100mmK=0.95

边长200mmK=1.05

结果取值：以3个试件测值的算术平均作为测定值。如任一个测值与中值的差值超过的15%时，取中值为测定值；如有两下测值与中值的差值均超过15%，则该组试验结果无效。结果计算精确至0.1MPa混凝土配合比设计例题[题目]钢筋混凝土T型梁混凝土配合比[原始资料]（1）已知混凝土设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30-50mm，桥梁所在地区属寒冷地区[原始资料]（2）材料组成：可供硅酸盐水泥，等级为42.5，富裕系数1.1，砂为中砂，表观密度2650kg/m3,碎石公称最大粒径为dmax=31.5mm，表观密度2700kg/m3。[设计要求]（1）按资料计算初步配合比（2）按初步配合比在试验室进行材料调整得出试验室配合比[设计步骤]

1、计算初步配合比1）确定混凝土配制强度（fm,o）2）计算水灰比w/c①计算水泥实际强度②计算水灰比2）按耐久性复核水灰比查P80表3-10允许最大水灰比0.55故取w/c=0.543)确定单位用水量（mwo）查表3-12P81mwo=1854）计算单位水泥用量（mco）（1）计算

（2）复核耐久性查表3-18最小水泥用量=280kg/m3，则mco=343kg/m35）选定砂率()查表3-13P79

取6）计算砂石用量(1)采用质量法设则

即解方程得(2)采用体积法解方程得mso=613mgo=12512、调整工作性，提出基准配合比1）计算试拌材料用量拌合混合料各材料用量（设试拌15L混凝土混合料）水泥：343×0.015=5.15kg水：185×0.015=2.78kg砂：613×0.015=9.20kg碎石：1251×0.015=18.77kg2）调整工作性将上述各材料拌和后，测定工作性，按以下几种情况调整：①测得坍落度值符合设计要求，其它各项性能良好，则该盘混凝土用来浇制检验强度或其它指标的试块②坍落度值符合要求，其它性能不要求，则应加大砂率，重新称料，搅拌检测2）调整工作性③坍落度低于设计要求，可把所有拌和物收集，保持水灰比不变，增加水泥浆用量，重新搅拌后再检验其坍落度，若一次添料后即能满足要求，则此调整后的配合比即为基准配合比，如果一次添料不能满足要求，则该盘混凝土作废，重新称料调整，直至符合要求为止④如坍落度大于设计要求，则该盘混凝土作废，保持水灰比不变，减少水泥浆用量，称料拌合进行测定。3）提出基准配合比3、检验强度，测定试验室配合比1）检验强度:三组试件，水灰比分别为A：0.49B：0.54C：0.59作图找出标准水灰比经作图，混凝土的标准水灰比为0.55。2）确定试验室配合比解得密度核实计算湿表观密度

实测湿表观密度则调整系数为：4、换算工地配合比已知砂的含水量为5%，碎石的含水量为1%。四、普通水泥混凝土的质量控制（一）混凝土质量的波动影响混凝土质量的因素有：1、原材料的质量和配合比对质量影响最大的是水泥混凝土配合比：①现场含水率变化时，应及时调整施工配合比②防止杂质混入③配合比应得到正确、准确地执行称料容许误差：水、水泥为±1%；砂、石±2%四、普通水泥混凝土的质量控制2、施工工艺①拌合方式：人工、机械②运输时间：应考虑水泥的水化反应速度对运输时间的限制。③浇灌或振捣情况④养护时间、湿度四、普通水泥混凝土的质量控制3、养护方法①保湿：覆盖、洒水②保温：保证水泥能在正常的温度范围内水化。4、试验条件取样方法；试件成型；养护条件等4、试验条件①浇注一般体积的结构物（如基础，墩石等）时每一单元结构物应制取2组试件②连续浇注大体积结构时，每80—200m3或第一工作班应制取2组上部结构，主要构件长16m以下应制取1组，16—30m制取2组，31—50m制取3组，50m以上者不少于5组，小型构件批或第工作班至少应制取2组③每根钻孔桩至少应制取2组，桩长20m以上者不少于3组，桩径大、浇注时间长时，不少于4组，如换班工作时，每工作班应制取2组④构筑物（小桥涵、挡土墙）每座，每处或每工作班制取不少于2组⑤另取n组作为施工阶段的强度依据（二）混凝土质量评定方法一般以抗压强度作为评定指标1、统计方法（已知标准差方法）当强度等级≤C20时，尚应满足当强度等级>C20时，尚应满足2、统计方法（未知标准差方法）n>=10组3、非统计方法（n<10）（三）混凝土生产质量水平五、混凝土外加剂1.外加剂的定义在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5%。2.功能（1）改善流变性能（2）调节凝结时间硬化性能（3）改善耐久性（4）改善其他性能1、减水剂减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。①工作性、水泥用量不变,可以减少用水量,提高混凝土强度②用水量、水泥用量不变,可增大混凝土的流变性③工作性、强度不变,可节约水泥用量10%~15%图3—11减水剂的作用示意图（2）引气剂使气泡排开水分而吸着固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的空气形成微小而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。2、引气剂适宜掺加量：为水泥用量的0.005%～0.01%,混凝土中含气量为3%～6%作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析；对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。缺点：气泡使混凝土强度有些降低。3、缓凝剂缓凝剂是能延缓混凝土的凝结时间，对混凝土后期物理力学性能无不利影响的外加剂。缓凝剂用于桥梁大体积混凝土工程，可延缓混凝土的凝结时间，保持工作性，延长放热时间，消除或减少裂缝，保证结构整体性。4、早强剂早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。掺加三乙醇胺复合早强剂能提高砼的早期强度（2d强度）40%以上，使砼达到28d强度的养护时间缩短1/2。常用于混凝土快速低温施工。5、速凝剂促使水泥快速凝结，是石膏的缓凝作用失效可用于路桥隧道的修补、抢修等工程6、防水剂减少孔隙，堵塞毛细通道，显著提高抗渗性可用于水工结构、地下室、隧道等混凝土工程。路面水泥混凝土配合比设计方法（以抗弯拉强度为指标的设计方法）基本要求：施工工作性、抗弯拉强度、耐久性（包括耐磨性）、经济合理性路面水泥混凝土配合比设计方法1、计算初步配合比（1）确定配制强度1、计算初步配合比（2）计算水灰比（w/c）1）按弯拉强度计算对碎石混凝土对卵石混凝土2）水胶比W/(C+F)3）按耐久性校核1、计算初步配合比（3）计算单位用水量确定砂率查表3-33P99（4）计算单位水泥用量（5）计算砂石材料单位用量，用体积法或质量法2、试拌调整，提出基准配合比（1）试拌一般拌制30L混合料（2）测工作性（3）调整配合比①流动性不合格：增减水泥浆用量②保水性、粘聚性不合格：应调整砂率（4）提出基准配合比3、强度测定，确