水泥混凝土课件

水泥混凝土

★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①按表观密度分轻混凝土：ρ＜1900kg/m3

普通混凝土：ρ=1900～2500kg/m3（一般2400kg/m3）重混凝土：ρ＞2600kg/m3

②按强度分（28天抗压强度R28

）低强度混凝土：R28＜20MPa

普通强度混凝土：R28=20～60MPa

高强度混凝土：R28＞60MPa

超高强度混凝土：28d抗压强度，R28＞1050MPa

③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年份水泥混凝土路面里程（km）高级、次高级路面里程（km）水泥混凝土路面比例(%)1970200229760.87198016001578511.011990113732599584.3719943554935314210.07200011575459551219.44200115017767218022.34

3.1普通水泥混凝土

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，

⑴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

⑵可捣实性：易密性

⑶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

⑴

坍落度试验图3-2坍落度测试

⑵维勃稠度试验图3-3V.B稠度仪3）影响施工和易性的主要因素⑴水泥浆的稠度——水灰比W/CW/C↓，流动性↓，工作性↓W/C↑，流动性↑→稳定性↓，离析或泌水⑵水泥浆的数量

W/C不变，水泥浆↑，流动性↑→稳定性↓

标准：以满足流动性的要求为准，不宜过量⑶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⑷

水泥品种和集料性质⑸

外加剂⑹

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。①测定单位：mm②适用范围：集料dmax≯40mm

坍落度≮10mm图3-3V.B稠度仪示意图①测试方法②单位：V.B稠度值，以s计③适用范围：dmax≯40mmV.B稠度值=3～32s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

①曲线—正态分布函数

②特征参数：平均值、标准差σ

、变异系数Cv2）强度（压、拉、弯、剪、扭、折和握裹强度等）⑴立方体抗压强度fcu（单轴）

①强度标准值

②强度等级：fcu,k以106Pa→MPa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=25MPa。⑵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

⑶混凝土的抗折强度fcf——道路路面结构图3-8抗折强度测试⑷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σ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=1.868fcf

0.871玄武岩碎石混凝土为：fts

=3.035fcf

04233）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

⑴组成材料的影响

①水泥强度等级与水灰比——水灰比公式图3-11灰水比与强度关系

②

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/C＜0.4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/C≥0.65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）⑵养护条件（温度和湿度）的影响

①湿度图3-12湿度条件

②温度图3-13养护温度

⑶龄期图3-14混凝土强度与龄期

⑷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＝A

fce

（C/W－B）抗折强度：fcf,28＝C＋D

fcef＋E

C/W水灰比定则：fce↑fcu↑；C/W↑fcu↑→W/C↑fcu↓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①对数公式：f28=f

n(n＞3d龄期)②斯拉特公式：f28=f7+k3.1.1.3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

⑴静力弹性模量图3-15混凝土弹性模量影响因素：①粗集料的弹性模量；②混凝土强度

⑵混凝土动弹性模量2)徐变变形图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：（

10～14）×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：

①水泥品种及用量、单位用水量

②集料用量

③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)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等水两种类型的碱－集料反应：

①碱—硅反应：水化物为碱硅酸凝胶，体积增大近3倍

②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

3.1.2普通混凝土组成材料的质量要求3.1.2.1水泥品种：考虑工程特点、环境及施工条件强度等级或标号：与混凝土的设计强度等级相匹配3.1.2.2粗集料力学性能：强度、压碎值、坚固性、磨耗率等级配：连续级配最大粒径：与结构尺寸有关表面特征：粗糙程度、颗粒形状等有害杂质：有机质、泥土、硫酸盐类3.1.2.3细集料级配与细度模数有害杂质

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⑴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⑵引气剂的作用原理：发生在水—空气界面上⑶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6～8％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⑴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⑵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⑴早强剂主要品种有：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类⑵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：CaCl2＋Ca(OH)2→氧氯化钙不溶性

Na2SO4＋Ca(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3－20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，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,0≥fcu,k＋1.645σ2)混凝土配制抗折强度（fcf,0）：fcf,0＝

k×fcf,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

⑴水灰比W/C的确定：由“水灰比定则”经验公式抗压强度：fcu,28＝A

fce

（C/W－B）抗折强度：fcf,28＝C＋D

fcef＋E

C/W

耐久性校核：最大水灰比

⑵单位用水量mw0教材P76表3-22⑶砂率

S教材P76表3-233)初步配合比的计算步骤⑴按设计要求强度等级计算混凝土的配制强度fcu,0⑵按配制强度计算出相应的水灰比W/C，并进行耐久性校核⑶查表选定1m3中混凝土的单位用水量mw0⑷计算1m3中混凝土的水泥用量，并进行耐久性校核⑸查表确定砂率

S⑹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0.4～0.8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：

①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。

②掺外加剂时，混凝土用水量按照下式计算：