课程第1讲-水泥混凝土病害

课程第1讲-水泥混凝土病害第一页，共62页。2010年在哈尔滨工业大学获得博士学位；2012年副教授2013-2014在美国伊利诺伊州香槟分校留学访问1年主讲研究生课程《刚性路面设计》科研方向：水泥路面结构、水泥混凝土材料、废弃物再利用技术主持国家自然科学基金、交通部科技项目子题、省交通厅科技项目等多项科研项目

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Email:个人介绍：第二页，共62页。课程内容：水泥混凝土拌合物特性及病害水泥混凝土的耐久性水泥路面特点及新型水泥路面介绍水泥路面的施工过程及质量控制半刚性基层的设计施工技术第三页，共62页。第1部分水泥混凝土主要病害及拌合物特点水泥混凝土的常见病害水泥混凝土拌合物的组成及技术要求水泥混凝土的和易性商品混凝土的现场控制注意第四页，共62页。一、混凝土常见质量通病混凝土的质量优劣，直接影响到建筑物的的安全和使用功能。在施工过程中，常见的质量通病主要有以下几种：表面缺陷：麻面、蜂窝、露骨、露钢筋、孔洞、酥松脱落、缝隙夹层、缺棱掉角；外形尺寸偏差：表面不平整、位移倾斜，凹凸鼓胀；内部疵病：匀质性差，强度达不到要求、保护性能不良、预埋件空鼓；混凝土裂缝：塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、干燥收缩裂缝、温度裂缝、撞击裂缝、沉陷裂缝、冻胀裂缝。第五页，共62页。混凝土表面局部缺浆粗糙，有小凹坑严重蜂窝，砂浆少，石子多，石子间出现空隙第六页，共62页。孔洞露筋楼梯露筋第七页，共62页。混凝土结构蜂窝第八页，共62页。混凝土孔洞露筋、缺棱掉角第九页，共62页。混凝土松顶混凝土松顶蜂窝、孔洞第十页，共62页。混凝土裂纹混凝土缺棱掉角第十一页，共62页。塑性收缩裂缝第十二页，共62页。2）水泥混凝土路面的病害水泥混凝土路面遇到的主要损坏类型可按损坏模式和影响程度分为五类：1、裂缝类主要指纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、破碎板或交叉裂缝、板角断裂等。2、变形类主要指面板整体并未破坏，但出现较大的竖向位移，影响行车舒适性，主要类型有错台沉陷、唧泥隆起、拱起。3、接缝类主要指与相邻板传荷系统有关的损坏，，板边缘混凝土的开裂、断裂或成破屑，破裂通常不扩展到整个板厚。4、松散类主要指层状剥落、坑洞、麻面、裂纹。5、其它类主要指修补损坏。第十三页，共62页。水泥路面裂缝第十四页，共62页。板边、板角损坏第十五页，共62页。错台沉陷第十六页，共62页。坑洞第十七页，共62页。接缝损坏第十八页，共62页。1）混凝土概述

混凝土是由胶凝材料、水、粗细骨料，按适当比例配合，必要时掺入一定数量的外加剂和混合材料，经均匀搅拌、密实成型和养护硬化而成的人造石材。主要有：水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石膏混凝土、镁质水泥混凝土、硫磺混凝土等。（一）分类：

1、无机胶凝材料混凝土

2、有机胶凝材料混凝土

3、复合胶凝材料混凝土二、拌合物组成及技术要求第十九页，共62页。水泥混凝土（即普通混凝土）——在建设工程用量最大和用途最广的混凝土

按表观密度可分为：（1）重混凝土：表观密度大于2500kg/m3，含有较重的粗细骨料。（2）普通混凝土：表观密度为1950kg/m3～2500kg/m3，以普通石子和砂为粗细骨料。（3）轻混凝土：表观密度不大于1950kg/m3的混凝土。按使用功能、施工工艺、配筋情况、强度等级、拌合物稠度分为各种混凝土。第二十页，共62页。干硬性混凝土：拌合物坍落度小于10mm且须用维勃稠度（S）表示其稠度的混凝土。塑性混凝土：拌合物坍落度为10mm~90mm的混凝土。流动性混凝土：拌合物坍落度为100mm~150mm的混凝土。大流动性混凝土：拌合物坍落度不低于160mm的混凝土。抗渗混凝土：抗渗等级不低于P6的混凝土。抗冻混凝土：抗冻等级不低于F50的混凝土。高强混凝土：强度等级不低于C60的混凝土。泵送混凝土：可在施工现场通过压力泵及输送管道进行浇筑的混凝土。大体积混凝土：体积较大的、可能由胶凝材料水化热引起的温度应力导致有害裂缝的结构混凝土。第二十一页，共62页。2）水泥的技术要求

⑴硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。

硅酸盐水泥分为两种类型：1）不掺加混合材料的称Ⅰ类硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ。

2）硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。⑵普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P·O。

第二十二页，共62页。2）水泥技术要求⑴不溶物（GB/T176）Ⅰ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%；Ⅱ型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.5%。⑵烧失量（GB/T176）Ⅰ型硅酸盐水泥中烧失量不的大于3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.5%。普通水泥中烧失量不得大于5.0%。⑶氧化镁（GB/T176）水泥中氧化镁含量不宜大于5.0%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。⑷三氧化硫（GB/T176）水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%（矿渣水泥可放宽到4.0%）第二十三页，共62页。⑸细度（GB/T1345）

硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg（GB/T8074），普通水泥80μm方孔筛筛余不得超过10.0%。⑹凝结时间（GB/T1346）硅酸盐水泥初凝不得早于45min,终凝不得迟于6.5h。普通水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。⑺安定性（GB/T1346）用沸煮法检验必须合格。⑻强度水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于下表数值。⑼碱（GB/T176）水泥中碱含量按Na2O+0.65K2O计算值来表示.若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中含碱量不得大于0.60%或由供需双方商定。第二十四页，共62页。3）砂的技术要求

依据《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52—2006），砂的技术要求有：⑴细度模数

粗砂（3.7～3.1）

中砂（3.0～2.3）

细砂（2.2～1.6）

特细砂（1.5～0.7）⑵类别砂按GB/T14684《建筑用砂》技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。⑶用途

Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30-C60抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。

第二十五页，共62页。级配区累计筛余（%）公称直径）Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区5.00mm10~010~010~02.50mm35~525~015~01.25mm65~3550~1025~0630μm85~7170~4140~16315μm95~8092~7085~55160μm100~90100~90100~90⑷颗粒级配砂的颗粒级配应处于下表2—1中的任何一个区内。配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。当采用I区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，满足混凝土的和易性；当采用Ⅲ区砂时，就反之。第二十六页，共62页。砂的特点及适用范围

品种规格特点适用范围粗砂砂中粗颗粒过多，保水性差配制水泥用量较多或低流动性混凝土中砂粗细适宜，级配好配制各类混凝土细砂配制的混凝土拌合物的粘聚性稍差保水性好，但硬化后干缩较大，表面宜产生裂缝第二十七页，共62页。1.石的分类石可按石的形状和级配不同分类。⑴按生产工艺不同分为碎石和卵石。⑵按石子级配不同分为连续粒级和单粒级两种。

2.类别按卵石、碎石按GB/T14684《建筑用砂》技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

3.石的技术要求⑴颗粒级配碎石和卵石的颗粒级配应符合表3—1的规定。4)粗集料（石）第二十八页，共62页。方孔筛累计筛余%公称粒径mm第二十九页，共62页。⑵含泥量、泥块含量和针片状含量应符合下表项目指标≥C60C55~C30≤C25含泥量（按质量计），%≤0.5≤1.0≤2.0泥块含量（按质量计），%≤0.2≤0.5≤0.7针片状颗粒（按质量计），%≤8≤15≤25第三十页，共62页。⑶碎石的压碎指标值碎石的压碎指标值应符合下表。岩石品种混凝土强度等级碎石压碎指标值（%）沉积岩C60~C40≤C35≤10≤16变质岩或深成的火成岩C60~C40≤C35≤12≤20喷出的火成岩C60~C40≤C35≤13≤30注:沉积岩包括石灰岩、砂岩等;变质岩包括片麻岩石英岩等;深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；喷出的火成包括玄武岩和辉绿岩等。第三十一页，共62页。

⑷表观密度、堆积密度、空隙率规定：表观密度大于2500Kg/m3；松散堆积密度大于1350Kg/m3；空隙率小于47%。⑸普通混凝土所用的碎石除符合国家现行标准外，还应符合：

1）不得大于混凝土结构截面最小尺寸的1/4，并不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土板，最大粒径不宜大于板厚的1/2，并不得超过50mm；

2）泵送混凝土用的碎石，不应大于输送管内径的1/3，卵石不应大于输送管内径的2/5；（现行的泵送输送管内径为125mm）

3）对含有活性二氧化硅或其他活性成分的骨料，应进行专门检测，待验证确认对混凝土质量无有害影响时，方可使用。第三十二页，共62页。6）拌合用水的分类及技术要求1、拌合用水的分类⑴饮用水符合国家标准的生活饮用水是最常使用的混凝土拌合水，可以用来拌制素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土，不需要进行检测。⑵地表水和地下水由于地表水、地下水情况复杂，因此，首次用作混凝土拌合水必须进行适用性检测，合格的才允许使用。⑶海水海水含盐量较多，用它拌制混凝土会降低混凝土后期强度，促使钢筋锈蚀和混凝土表面风化。因此，海水只允许用来拌制素混凝土，未经处理的海水不宜拌制有饰面要求的混凝土、耐久性要求较高的混凝土、大体积混凝土和特种混凝土，不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。第三十三页，共62页。

7）外加剂在混凝土拌合过程中掺入的，并能按要求改善混凝土性能的，一般不超过水泥重量5%的材料称为混凝土外加剂。1、混凝土外加剂可按其主要功能分类∶⑴改善混凝土拌合物流动性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂。⑵调节混凝土凝结时间、硬化功能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。⑶改善混凝土耐久性外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。⑷改善混凝土其他性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。第三十四页，共62页。2.使用外加剂的主要目的⑴改善新拌混凝土的工作性能减少拌合物的用水量，提高混凝土拌合物的流动性，改善混凝土拌合物的和易性，保持混凝土拌合物不离析、不泌水，易于浇注、泵送和密实成型。调节混凝土的初凝、终凝时间，推迟水化热峰值出现的时间和降低峰值的大小。⑵提高硬化混凝土的力学性能和改善混凝土的耐久性提高混凝土各龄期强度、弹性模量和极限拉伸应变。减少收缩、徐变或补偿收缩，提高混凝土体积稳定性。增加混凝土密实性，改善混凝土内部结构，提高混凝土抗渗性、抗冻溶性和抗碳化能力。

⑶可获得良好的经济效益可减少单方混凝土水泥用量。第三十五页，共62页。外加剂类型主要特点适用范围普通减水剂1.在保证混凝土工作性及强度不变的条件下，可节约水泥2.在保证混凝土工作性及水泥用量不变条件下，可减少用水量，提高混凝土强度3.在保证混凝土用水量及水泥用量不变的条件下，可增大混凝土的流动性。1.用于日最低气温5oC以上的混凝土施工2.各种预制及现浇混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土3.大模板施工、滑模施工、大体积混凝土、泵送混凝土以及流动性混凝土高效减水剂1.在保证混凝土工作性及水泥用量不变条件下，可大幅度减少用水量，可制备早强、高强混凝土2.在保证混凝土工作性及水泥用量不变条件下，可增大混凝土拌合物的流动性，可制备大流动性混凝土1.用于日最低气温0oC以上的混凝土施工2.用于钢筋密集、截面复杂、空间窄小及混凝土不易振捣的部位3.凡普通减水剂适用的范围高效减水剂亦适用4.制备早强、高强混凝土以及流动性混凝土早强剂及早强减水剂1.缩短混凝土热蒸养的时间2.加速自然养护混凝土的硬化1.用于日最低气温-3oC以上时，自然气温正负交替的亚寒地区的混凝土施工2.用于蒸养混凝土、早强混凝土引气剂及引气减水剂1.改善混凝土拌合物的工作性，减少混凝土泌水离析2.提高硬化混凝土的抗冻溶性1.有抗冻溶要求的混凝土，如公路路面、飞机跑道2.骨料质量差以及轻骨料混凝土3.提高混凝土抗渗性，可用于防水混凝土4.改善混凝土的抹光性5.泵送混凝土缓凝剂及缓凝减水剂降低热峰值及推迟热峰出现的时间1.大体积混凝土2.夏季和炎热地区的混凝土施工3.用于日最低气温5oC以上的混凝土施工

3.外加剂特点和适用范围第三十六页，共62页。

7)掺合料

在混凝土拌合物制备时，为了节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级，而加入的天然或人造的矿物材料，统称为混凝土掺合料。

1.掺合料的分类（1）粉煤灰;（2）高钙粉煤灰;（3）粒化高炉矿渣微粉2.掺合料的技术要求

（1）粉煤灰掺合料种类特点应用范围粉煤灰改善混凝土拌合物的和易性，降低混凝土水化热，提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐的性能，早期强度较低大体积混凝土、泵送混凝土、商品混凝土第三十七页，共62页。(2)粒化高炉矿渣微粉粒化高炉矿渣微粉（简称矿渣微粉）是粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到规定细度的粉体。矿渣微粉可按品质分为S115、S105、S95三个等级。掺合料种类特点应用范围矿渣微粉矿粉混凝土后期强度增长率较高，收缩值较小。大掺量矿粉混凝土可降低水化热峰值。早期强度有所降低、矿粉对混凝土有一定的缓凝作用，低温时影响更为明显大体积混凝土、泵送混凝土、商品混凝土特点和适用范围

第三十八页，共62页。三、水泥混凝土拌合物性能（1）和易性

指混凝土拌合物应适于搅拌、运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。要求：保证流动性能、组分均匀；避免分层离析、泌水。和易性流动性粘聚性保水性第三十九页，共62页。流动性

混凝土应适于运输及在浇筑过程中产生流动，并能均匀密实地填满模板的性能。

泵送混凝土流动性根据施工要求、构件形式不同普通混凝土复杂结构简单结构第四十页，共62页。

粘聚性

混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定粘聚力，不致产生分层和离析的现象。离析分层组份分离不均匀骨料下沉水泥浆上浮拌合物粘聚性不良时，硬化后会出现蜂窝、麻面。大型的砼拌和物，甚至出现大孔洞现象。粘聚性不好第四十一页，共62页。保水性

混凝土拌和物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。骨料水可见泌水内泌水泌水与塑性沉降第四十二页，共62页。混凝土泌水导致的危害？蜂窝、麻面现象第四十三页，共62页。流动性影响主要因素：

混凝土单方用水量粘聚性影响主要因素：

混凝土含砂率保水性、泌水性影响主要因素：

水泥品种、用量、细度混凝土离析影响主要因素：

粗骨料及细骨料级配搅拌时间是影响混凝土混凝土质量和搅拌机生产率的一个主要因素第四十四页，共62页。“骨架作用”“包裹、填充，润滑作用”和易性良好的标准第四十五页，共62页。和易性良好的标准粘聚性好则保水性往往也好，但当流动性增大时，粘聚性和保水性往往变差，反之亦然混凝土拌和物的流动性、粘聚性、保水性，三者之间互相关联又互相矛盾

所谓拌和物的和易性良好，就是要使这三方面的性能在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使矛盾得到统一流动性粘聚性保水性第四十六页，共62页。

（2）和易性的判定坍落度（SL）:SL>10mm

维勃稠度:SL<10mm

流动性：和易性粘聚性：目测，经验判断保水性：目测，经验判断第四十七页，共62页。坍落度试验仪器世界各地都在用1、和易性主要测试方法：坍落度与坍落扩展度法第四十八页，共62页。第四十九页，共62页。坍落度与坍落扩展度法适用范围：适用于骨料最大粒径≤40mm、坍落度值≥10mm的混凝土拌合物。混凝土粘聚性、保水性好坏的判断方法结果修约到5mm。当混凝土拌合物的坍落度＞220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差＜50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展值；否则，此次试验无效。第五十页，共62页。2、粘聚性判定：用捣棒轻击混凝土拌和物侧面时，如果锥体是逐渐下坍，则表示粘聚性良好，如果锥体是突然倒塌或崩溃，则表示粘聚性差。3、保水性判定:坍落度筒提起后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而骨料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性能不好；若无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表明此混凝土拌合物的保水性良好。第五十一页，共62页。（3）改善和易性的措施通过坍落度试验，总结影响和易性的主要因素并提出改善和易性的措施：1．当混凝土拌合物坍落度太小时，保持W/C不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大，保持砂率不变，增加适量的砂、石；2．选择适宜品种的水泥；3．有条件时尽量掺用外加剂；4．改善砂、石级配；5．在可能条件下尽量采用较粗的砂、石；6．采用最佳砂率，以提高混凝土质量及节约水泥。第五十二页，共62页。（三）混凝土拌合物及其硬化后的性质要求：混凝土硬化后主要性质应具有足够的强度和耐久性

（1）混凝土的强度

立方体抗压强度、抗拉强度、抗折强度（2）混凝土的耐久性

混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件作用下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。

包括抗冻性、抗渗性、抗侵蚀、抗碳化、抗碱－骨料反应、抗风化及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。。第五十三页，共62页。商品混凝土亦称预拌混凝土（readymixedconcrete），是指在混凝土搅拌工厂集中搅拌制备而以商品形式供应用户的混凝土，它已有上百年的历史。目前欧美等经济发达国家商品混凝土产量占混凝土用量的比例已超过80%。四、商品混凝土的现场控制环节

第五十四页，共62页。（1）商品混凝土的优点：1）减少水泥用量：散装水泥和外加粉煤2）提高混凝土配合比准确性和搅拌均匀性：

计量准确3）提高施工速度，减轻劳动强度4）文明施工，减少噪音第五十五页，共62页。（2）商品混凝土生产过程中存在的主要问题

1、施工配制强度普遍偏低：商品混凝土厂家为了片面追求利润而盲目压低成本，导致施工配制强度普遍偏低；

2、用水量过大导致水灰比增大：商品混凝土厂家用水计量不准确，往往超过规定量，容易造成水灰比过大雨季时未考虑砂石含水量；3、雨季时未考虑砂石含水量：遇雨雪天气时再增加次数，并及时调整用水量，满足混凝土强度等级和施工和易性的要求。4、粗骨料强度指标不合格5、外加剂使用不规范：外加剂品种多，质量差异大，外加剂市场混乱第五十六页，共62页。混凝土的离析与泌水

离析是指混凝土内混合料各组分彼此分离，造成不均匀和失去连续性的现象；而泌水是指混凝