项目七水泥混凝土的检测与应用89课件

项目七水泥混凝土的检测与应用学习重点水泥混凝土技术性质231水泥混凝土配合比设计水泥混凝土组成材料水泥混凝土：水、水泥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，简称“砼”。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(%)1970200229760.87198016001578511.011990113732599584.37200011575459551219.442010137.55万有铺装里程数191.80万71.722012165.32万229.51万72.03我国水泥混凝土路面的比例水泥混凝土的分类普通混凝土轻混凝土重混凝土按表观密度普通混凝土高强混凝土超高强混凝土

按强度混凝土水泥混凝土的特点优点缺点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。抗拉强度低（约为抗压强度的1/10～1/20）、变形性能差；导热系数大〔约为1.8W/（m·K）〕；体积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。水泥混凝土的发展历史一、普通水泥混凝土的组成材料混凝土体积构成水泥浆——25％左右；砂和石子——70％以上；孔隙和自由水——1％～5%。混凝土的结构水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土组成材料的作用组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用（一）水泥的选择工程特点环境条件水泥性能当地生产品种水泥品种水泥强度等级的选择配制高强度等级的混凝土选择高强度等级的水泥一般水泥强度等级为混凝土强度等级的1.1～1.6倍；配制高强混凝土时，可选择0.7~1.2。（二）砂的技术质量要求定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒分类按产源分按技术要求分砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和海砂等Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、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。碱集料反应砂的技术要求表观密度堆积密度空隙率含泥量石粉含量泥块含量坚固性颗粒级配细度模数有害杂质含量表观密度＞2500kg/m3；松散堆积密度＞1350kg/m3；空隙率＜47%。指水泥中的碱与混凝土中的砂、石里的某些有害成份发生化学反应导致混凝土膨胀、开裂（三）石子的技术质量要求定义分类粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料按产源分碎石卵石按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、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。）碱集料反应石子的技术要求表观密度堆积密度空隙率坚固性（硫酸钠溶液法）表面特征和形状强度（立方体抗压强度、压碎值）有害物质含量最大粒径颗粒级配碎石、卵石的技术指标项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（质量计%）0＜0.5＜0.7针、片状颗粒（%）＜5＜15＜25碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜16石子最大粒径的限制结构上考虑施工上考虑经济上考虑规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/4，且不得超过40mm。对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。（四）拌合用水的技术质量要求拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—2006）的规定。（五）外加剂外加剂的作用改善混凝土拌合物的施工和易性；改善混凝土耐久性调解凝结时间用量<水泥质量的5%改善混凝土其它性能；缓凝剂速凝剂早强剂减水剂减水剂引气剂泵送剂膨胀剂加气剂着色剂缓凝剂引气剂防水剂阻锈剂二、水泥混凝土技术性质施工阶段----工作性(和易性)凝结硬化阶段----力学性质使用阶段----耐久性（一）新拌混凝土的工作性工作性定义混凝土拌合物易于施工操作并能获致质量均匀、成型密实的性能。实质是易于进行，减少离析，保证施工质量运输浇筑捣实表面处理工作性稳定性易密性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质保证混凝土硬化后的质量可塑性工作性测定方法坍落度试验维勃稠度试验粗骨料最大公称粒径不大于31.5mm；坍落度小于10mm，维勃稠度在5s～30s之间的干硬性混凝土。测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围测定拌合物坍落高度，mm。评定工作性适用范围粗骨料最大公称粒径不大于31.5mm；坍落度值大于10mm的混凝土拌和物。坍落度试验分三层装入，每层捣25次，刮平，垂直提起圆锥桶，由于垂直下落引起变形。缺点:a:坍落度仅能表征流动性b:可能发生沿一斜面下滑甚至崩溃c:仅对富含水泥浆的混凝土较敏感，干硬混凝土坍落度=0影响工作性的主要因素1.组成材料质量及其用量①水泥浆数量和集浆比；②水泥浆的稠度；水泥水①砂石子外加剂④水泥浆②集料③混凝土拌合物③砂率；合理砂率的确定合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。④组成材料的性质集料级配、颗粒形状、表面特性及粒径大小另外，外加剂对混凝土的工作性也有很大的影响。2.环境条件和搅拌时间温度、湿度、风速3．混凝土拌和物工作性的选择混凝土拌和物工作性依据结构物的断面尺寸、钢筋配置的疏密以及捣实的机械类型和施工方法等来选择。（1）公路桥涵用混凝土拌和物的工作性，应根据公路桥涵技术规范有关规定选择。（2）道路混凝土拌和物的工作性选择水泥混凝土路面所用道路混凝土拌和物的工作性，按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30—2003）中的规定，对于滑模摊铺机施工的碎石混凝土最佳工作坍落度为25~50mm；卵石混凝土为20~40mm。

改善工作性的措施选用合适的水泥品种和水泥的强度等级通过试验，采用最佳砂率，以提高混凝土的质量及节约水泥改善砂、石级配；在可能条件下尽量采用较粗的砂、石当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水胶比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂、石有条件时尽量掺用外加剂——减水剂、引气剂采用机械振捣如何调整工作性？（二）硬化混凝土的强度混凝土强度抗拉强度抗剪强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值钢筋与混凝土的粘结强度fcufcp1.混凝土抗压强度标准值与强度等级以强度等级作为设计依据（1）.立方体抗压强度以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。用fcu表示。当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150×150×150401.00非标准试件100×100×100300.95200×200×200601.05(2)立方体抗压强度标准值以边长为150mm的立方体标准试件，在28天龄期，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率不超过5%（即具有95%保证率的抗压强度）以N/mm2（即Mpa）计，以fcu,k表示。(3)强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十四个强度等级。强度等级表示的含义：强度的范围：该混凝土，其fcu＝30.0～34.9MPa；该混凝土，其fcu≥30.0MPa的保证率为95%。C30“30”代表fcu,k＝30.0MPa；“C”代表“混凝土”。2.混凝土的轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为10～50MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcu。在结构设计计算时，一般取fcp＝0.67fcu。非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm×100mm和200mm×200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。FF3.混凝土的抗弯拉强度路面用混凝土的强度指标以标准方法制备成150mm×150mm×550mm的梁形试件，在标准条件下，经养护28天后，按三分点加荷方式测定抗弯拉强度，以ff表示。4.影响水泥混凝土强度的因素（1）水泥的强度和水胶比式中：fcu——混凝土28d龄期的抗压强度值，MPa；

fce——水泥28d抗压强度的实测值，MPa；

B——1立方米混凝土中胶凝材料用量，kg；W——1立方米混凝土中水的用量，kg；

αa、αb——回归系数。不适用于干硬混凝土B/W是水灰比的倒数当混凝土水胶比值在0.40～0.80之间时越大，则混凝土的强度越低；水泥强度越高，则混凝土强度越高。算例：有碎石混凝土，已知fce=38MPa,W/B=0.40,求fcu,28=?（2）粗集料的品种□碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高；□卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。□在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。

（3）养护条件□在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高；□低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0℃以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险□混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。（4）龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在7～14d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。

式中：fcu,n、fcu,a——分别为n、a天龄期的抗压强度，MPa。（5）外加剂n≥35.提高混凝土强度的技术措施水泥强度等级和水胶比的影响骨料的影响养护温度及湿度的影响龄期的影响外加剂与掺合料施工方法的影响影响强度的因素采用高强度等级水泥或早强型水泥使用减水剂，降低水胶比采用级配良好的骨料，使用掺合料采用机械搅拌和振捣加强养护提高强度的措施（三）混凝土的变形混凝土的变形非荷载作用下的变形荷载作用下的变形温度变形化学收缩干湿变形弹塑性变形徐变弹性模量混凝土的荷载变形曲线对大体积工程，设法降低砼的发热量，如采用低热水泥，减少水泥用量，采用人工降温措施以及对表层砼加强保温保湿等，以减小内外温差，防止裂缝的产生和发展。

对纵向长度较大的砼及钢筋砼结构，应考虑砼温度变形所产生的危害，每隔一段长度应设置温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋。（四）混凝土的耐久性抗冻性耐磨性碱集料反应抗碳化性抗侵蚀性快冻法改善砼的孔隙结构提高砼断裂韧性控制水泥中的碱和集料中活性物质的含量降低水胶比，使用减水剂，在砼表面刷涂料或水泥砂浆抹面选用合适的水泥品种，提高砼密实度三、普通水泥混凝土配合比设计混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例。确定这种数量比例关系的工作，称为混凝土配合比设计。设计基本资料混凝土设计强度等级工程特征耐久性要求水泥强度等级与品种砂、石的种类施工方法配合比表示方法单位用量表示法相对用量表示法以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。例如水泥mc＝295kg，砂ms＝648kg，石子mg＝1330kg，水mw＝165kg。以水泥的质量为1，并按“水泥：细集料：粗集料；水胶比”的顺序排列表示。例如1∶2.14∶3.81；W/B=0.45基本要求满足结构设计的强度等级要求；

满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。混凝土配合比设计的三个参数水胶比砂率单位用水量水泥水砂石子水泥浆骨料混凝土单位用水量mw砂率βs水胶比mw/mb与强度、耐久性有关与流动性有关与粘聚性、保水性有关配合比设计的步骤与方法（以抗压强度为指标）确定基本满足强度和耐久性要求的初步配合比在实验室实配、检测、进行工作性调整确定混凝土基准配合比。通过对水胶比的微调，确定水泥用量最少但强度能满足要求的实验室配合比。（设计配合比）考虑砂石的含水率计算施工配合比（实际配合比）初步配合比的计算计算混凝土配制强度fcu,0初步确定水胶比复核耐久性确定单位用水量干硬性、塑性砼流动性砼W/B=0.4~0.8W/B<0.4查表试验确定掺外加剂砼按坍落度成比例增加

mwa＝mw0（1－β）fb=γfγsfce计算单位胶泥材料用量复核耐久性砂率的选择坍落度10～60mm坍落度>60mm坍落度<10mm查表按试验确定按坍落度成比例增加按试验确定工作性节约水泥计算粗、细集料单位量质量法体积法提出基准配合比试配调整按初步计算配合比称取一定质量的组成材料，拌制20L或25L混凝土，分别测定其和易性、强度调整和易性，确定基准配合比测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能坍落度不合格粘聚性、保水性不良保持水胶比不变，增加或减少水泥浆适当提高砂率确定试验室配合比制作试件、检验强度三个不同配合比试件基准水胶比加、减0.05基准用水量不变砂率可加减1%不同试件作强度测定标准养护28天作fcu初步确定试验室配合比作fcu与W/C关系图求出与fcu,o对应的W/C确定W/C和砂率重新计算混凝土配合比根据体积密度修正配合比确定W/C和砂率计算砼体积密度ρc,cρc,c＝mc+ms+mg+mw计算砼密度校正系数校正得试验室配合比计算与实测密度超过2％确定施工配合比砂、石含水率分别为a%、b%练习题：某工程要浇筑某大型桥梁基础，混凝土设计强度等级C30，坍落度要求为35-50mm，已知混凝土强度标准差为3.5MPa，选用水泥的实际强度为48MPa，粗集料为5~40mm粒径的碎石，求初步配合比。上题中的初步配合比在试拌时坍落度为20mm，采取增加3%的水泥浆后工作性满足要求。求基准配合比接上题。通过三个水胶比试件及强度值如下，实测混凝土密度为2479Kg/m3,求实验室配合比。接上题。如工地上砂的含水率为4%，碎石为2%，求施工配合比。W/B0.570.620.67fcu38.936.733.5某工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C35。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为35～50mm。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下：水泥：普通水泥，强度等级42.5MPa，实测28d抗压强度46.8MPa，密度ρc＝3.1g/cm3;砂：中砂，级配2区合格。表观密度ρs＝2.65g/cm3;石子：卵石，5～40mm。表观密度ρg＝2.60g/cm3;水：自来水，密度ρw＝1.00g/cm3。试用体积法和质量法计算该混凝土的初步配合比。例题1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0：根据题意可得：fcu,k＝35.0MPa，查表3.24取σ＝3.0MPa，则

fcu,0

＝fcu,k+1.645σ

＝35.0+1.645×3.0＝41.6MPa解2.确定混凝土水胶比mw/mb（1）按强度要求计算根据题意可得：fce＝46.8MPa，αa＝0.53，αb＝0.20，则：（2）复核耐久性：经复核，耐久性合格。3.确定用水量mw根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为40mm，查表取mw0＝175kg。4.计算水泥用量mc0（1）计算：（2）复核耐久性经复核，耐久性合格。

根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm）、水胶比0.53，查表βs＝28％～33％，取βs＝32％。6.计算砂、石子用量ms0、mg05.确定砂率βs（1）体积法将数据代入体积法的计算公式，取α＝1，可得：

解方程组，可得ms0＝608kg、mg0＝1293kg。（2）质量法假定混凝土拌合物的质量为mcp＝2400kg，将数据代入质量法计算公式ms0+mg0＝2400－330－175

解方程组，可得ms0＝606kg、mg0＝1289kg。6.计算初步配合比（1）体积法

mc0:ms0:mg0＝330:608:1293＝1:1.84:3.92，mw/mb

＝0.53；（2）质量法

mc0:ms0:mg0＝330:606:1289＝1:1.84:3.91，mw/mb

＝0.53。自测题1、要浇筑某大型桥梁基础，混凝土设计强度等级C30，已知混凝土强度标准差为3.5MPa，选用水泥的实际强度为48MPa，粗集料为5~40mm粒径的碎石，回归系数A=0.46，B=0.07，求水胶比。（答案W/B=0.59）2、为确定混凝土的配合比，按初步配合比试拌30L的混凝土拌和料。各材料的用量为水泥9.63kg，水5.4kg，砂18.99kg，石子36.48kg。经检验，混凝土的坍落度偏小，保持水胶比不变，加入5%水泥浆后，工作性满足要求，试计算混凝土的基准配合比。（答案1:1.88:3.61，W/B=0.56)3、某混凝土的配合比为1:2.1:4.3，W/B=0.54。已知水泥的密度为3.1g/cm3，砂、石的视密度分别为2.60g/cm3、2.65g/cm3。试计算1m3混凝土各材料的用量（含气量按1%计）。（答案水泥301kg，砂632kg，石子1294kg；水163kg）4、已知某混凝土的水胶比为0.5，用水量为180kg。砂率为33%，假定混凝土拌合物的密度为2400kg/m3，试计算该混凝土的初步配合比。（答案水泥：砂：石子：水=360：614：1246：180=1：1.71：3.46：0.5）四、掺外加剂普通混凝土配合比设计确定试配强度和水胶比计算掺外加剂后的单位用水量计算掺外加剂后的单位水泥用量复核耐久性计算单位粗、细集料用量选定砂率质量法体积法试拌调整按普通水泥混凝土设计例题资料，掺加高效减水剂UNF—5，掺加量0.5%，减水率βad=10%，试求该混凝土配合比。解（1）确定试配强度和水胶比由前述计算得：试配强度=41.6Mpa，水胶比W/B=0.54。（2）计算掺外加剂混凝土的单位用水量=175(1—0.10)=158kg（3）计算掺加剂混凝土的单位水泥用量=158/0.54=293kg（4）计算单位粗、细集料用量砂率同前，βS=32%按质量法计算得：=624kg=1325kg（5）外加剂用量=293×0.5%=1.47kg（6）掺加剂混凝土配合比：：：=293：158：624：1325（7）试拌调整。例题五普通水泥混凝土质量控制原材料细度模数颗粒级配骨料含水量水泥强度外加剂质量计量波动混凝土质量波动原因施工养护试验条件变化搅拌运输时间振捣浇水养护时间气温湿度变化取样代表性成型质量机器人员操作误差工程中常以混凝土抗压强度作为重要的质量控制指标，并以此作为评定混凝土生产质量水平的依据。强度平均值反映了混凝土总体强度的平均水平强度标准差反映了强度离散性（即波动）的情况变异系数评定混凝土质量均匀性的指标1.曲线形态呈钟型，在对称轴的两侧曲线的拐点至对称轴的距离等于1个标准差。2.曲线以平均强度为对称轴两边对称。3.曲线与横座标之间围成的面积为总概率，即100%4.曲线越窄、越高，表明混凝土匀质性好，施工管理水平高。A混凝土的强度质量比B混凝土的稳定，生产管理水平也更高强度保证率混凝土强度总体分布中，不小于设计要求的强度等级标准值（fcu,k）的概率P根据t值，表查得保证率P强度保证率的计算计算出概率度t工程中P(％)值可根据统计周期内，混凝土试件强度不低于要求强度等级标准值的组数N0与试件总数N(N≥25)之比求得生产前的初步控制生产过程中的控制生产后的合格性控制混凝土质量控制过程人员配备、设备调试、组成材料检验及配合比的确定与调整控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护批量划分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限普通水泥混凝土强度的评定方法统计方法评定非统计方法评定已知标准差方法未知标准差方法>C20且且混凝土强度的合格性判断当检验结果能满足上述规定时，则该批混凝土强度判为合格；当不满足上述规定时，则该批混凝土强度判为不合格由不合格批混凝土制成的结构或构件，应进行鉴定。对不合格的结构或构件必须及时处理当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可采用从结构或构件中钻取试件的方法或采用非破损检验方法，按有关标准的规定对结构或构件中混凝土的强度进行推定功能混凝土高强混凝土流态混凝土纤维加强混凝土聚合物混凝土强度等级不低于C60的混凝土能自流填满模型或钢筋间隙的砼由水泥混凝土为基材与不连续分散的纤维为增强材料所组成的砼以级配集料和较低的水泥用量与用水量以及掺合料和外加剂等组成的超干硬性混凝土高强混凝土原材料优质高强水泥磁化水拌和硬质高强的集料