道路工程材料第五章-水泥混凝土PPT课件

1、第五章 水泥混凝土与砂浆,5.1,5.2,5.3,5.4,水泥混凝土的技术性质,普通水泥混凝土的组成设计,混凝土外加剂与掺合料,路面水泥混凝土的组成设计,5.5,砂浆,水泥混凝土的定义,水泥、水和粗、细集料按适当比例配合，必要时掺加适量外加剂、掺合料或其他改性材料拌制成混合料经硬化而成的人造石材。,水泥,集料,水,外加剂 掺合料 改性材料,胶凝、填充作用,骨架、密实作用,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,抗压强度高，耐久性好,水泥混凝土特点, 水泥混凝土分类, 按表观密度分 轻混凝土：1900 kg/m3 普通混凝土：=190

2、02500 kg/m3 （一般2400 kg/m3） 重混凝土：2600 kg/m3 按强度分（28天抗压强度R28 ） 低强度混凝土：R2820MPa 普通强度混凝土：R28=2060MPa 高强度混凝土：R2860MPa 超高强度混凝土：28d抗压强度，R281050MPa 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,高速公路 一级四级公路 等外公路 乡村道路,快速路 主干路 次干路 支路,砂石路面,稳定土类,沥青表处、水泥路面等,沥青混凝土路面、水泥混凝土路面,水泥混凝土路面特点,强度高、刚度大（承载能力大） 稳定性好、使用寿命长 自重大、抗拉强度低、韧性低、抗冲

3、击能力差 维修困难,和易性：即工作性，易于施工操作并获得质量均匀、成型密实的性能。 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 捣实性：易密性 粘聚性：粘聚力，不产生分层、离析 保水性：不泌水,5.1 水泥混凝土的技术性质,一、混凝土拌合物的施工和易性,1.混凝土拌合物施工和易性的概念,水泥、水与粗细集料搅拌后得到的混合物，即尚未凝结硬化的水泥混凝土称为混凝土拌合物。,5.1 水泥混凝土的技术性质,一、混凝土拌合物的施工和易性,2. 施工和易性的测定方法流动性,坍落度试验 VB稠度试验,水灰比W/C 水泥浆的稠度 W/C，流动性，工作性 不宜密实 W/C，流动性 稳定性，离析或泌水

4、 单位用水量水泥浆数量 W/C不变，用水量，水泥浆，流动性稳定性，离析或泌水 用水量，水泥浆，粘聚性 标准：以满足流动性的要求为准，不宜过量不宜密实 砂率 式中：S砂质量；G石质量 水泥品种和集料性质 外加剂 环境因素（温度、湿度、风速）和时间,5.1 水泥混凝土的技术性质,一、混凝土拌合物的施工和易性,3. 施工和易性的影响因素分析,5.1 水泥混凝土的技术性质,一、混凝土拌合物的施工和易性,4.混凝土拌合物和易性分级,31, 曲线正态分布函数 特征参数：平均值 、标准差 、变异系数Cv,5.1 水泥混凝土的技术性质,二、硬化混凝土的强度特征,1. 混凝土强度分布特征,5.1 水泥混凝土的技

5、术性质, 立方体抗压强度fcu（单轴） 立方体抗压强度标准值fcu,k 强度等级：根据立方体抗压强度标准值确定，表示方法： “C”+ fcu,k 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。 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 混凝土的抗折强度fcf道路路面结构 混凝土的劈裂抗拉强度fts 确定fts fcf,二、硬化混凝土的强度特征,2. 混凝土的强度,5.1 水泥混凝土的技术性质,二、硬化混凝土的强度特征,3.影响混凝土强度的主要因素分析,组成材

6、料的影响,养护条件的影响,龄期,其他(外加剂、试验条件、施工方法),5.1 水泥混凝土的技术性质,二、硬化混凝土的强度特征,4. 混凝土强度的质量评定,评定方法,已知标准差的统计方法,未知标准差的统计方法,非统计方法,三组试件一个验收批次。,不小于10组试件一个验收批次。,5.1 水泥混凝土的技术性质,二、硬化混凝土的强度特征,4. 混凝土强度的质量评定,混凝土质量水平的评定,统计周期内混凝土强度标准差（0）及试件强度不低于要求强度等级的百分率P进行评定。,5.1 水泥混凝土的技术性质,三、硬化混凝土的变形特征,弹性变形,徐变变形,温度变形,干缩变形,硬化混凝土变形特征,5.1 水泥混凝土的技

7、术性质,四、硬化混凝土的耐久性,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。,5.1 水泥混凝土的技术性质, 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,5.2 普通水泥混凝土的组成设计,一、普通水泥混凝土组成材料的技术要求,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 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.

8、细集料 级配与细度模数 有害杂质,5.2 普通水泥混凝土的组成设计,一、普通水泥混凝土组成材料的技术要求,4.拌合水 5.外加剂与掺合料 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。 掺合料用于改善水泥拌合物的施工和易性、降低混凝土水化热、调节凝结试件等。, 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

9、：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,5.2 普通水泥混凝土的组成设计,二、普通水泥混凝土的配合比设计,5.2 普通水泥混凝土的组成设计,二、普通水泥混凝土的配合比设计,1.配合比设计指标 混凝土拌合物和易性 混凝土的配置强度fcu,0 混凝土的耐久性,1) 混凝土抗压配制强度（fcu,0）：fcu,0fcu,k1.645 2) 混凝土配制抗折强度（fcf,0）：fcf,0 kfcf,k,5.2 普通水泥混凝土的组成设计,2.混凝土初步配合比设计步骤 按设计要求强度等级计算混凝土的配制强度 fcu,0 按配制

10、强度计算出相应的水灰比W/C，并进行耐久性校核 查表5-14选定1m3中混凝土的单位用水量mw0 计算1 m3中混凝土的水泥用量 ，并进行耐久性校核表5-12 查表5-15确定砂率S 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：mg0,二、普通水泥混凝土的配合比设计,图5-21 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P191表5-14）, 依据：坍落度或维勃稠度；碎石或卵石最大粒径 当水灰比在0.40.8范围时，查表（教材P76表3-22） 水灰比0.4或0.8的混凝土及

11、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： 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。 掺外加剂时，混凝土用水量按照下式计算： mwa = mwo（1ad）,砂率的确定方法(教材P191表5-15), 依据：粗集料品种、最大粒径及水灰比 坍落度在1060mm范围混凝土砂率，可根据按表5-15选用 坍落度100mm的混凝土砂率，应在表5-15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10mm或在60100mm内的混凝土及掺用外加剂和掺合料的混

12、凝土，其砂率应经试验确定,3.混凝土配合比的试配、调整与确定,1) 基准配合比检查混凝土拌合物的施工和易性 配合比调整：保持水灰比不变，相应调整用水量或砂率 2) 设计配合比 (1) 确定水灰比与强度的关系 28d强度检验：基准配合比用水灰比W/C，W/C0.05（0.03） 试拌混合料的和易性检测符合要求 (2) 设计配合比的确定 强度试验 由配制强度fcu,0灰水比C/W 设计配合比：用水量mw、水泥用量mc、粗细集料用量mg和ms (3) 混凝土组成材料用量的调整 表观密度计算值c,cmcmwmsmg 表观密度实测值c,t 设计配合比：水泥：水：砂：石子 mc：mw ：ms：mg,5.2

13、 普通水泥混凝土的组成设计,二、普通水泥混凝土的配合比设计,4. 施工配合比,水泥：mc= mc0 砂： ms= ms （1+ Ws%） 碎石：mg= mg （1+ Wg %） 水： mw= mw（msWs%mgWg）,5.2 普通水泥混凝土的组成设计,二、普通水泥混凝土的配合比设计,混合料分层现象示意图,图5-2 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粘聚性及保水性。 方法： 测定单位：mm 适用范围： 集料dmax31.5mm 坍落度10mm 结果评定：坍落度越大，流动性越大 粘聚性、保水性的测试,坍落度试验,图5-3 V.B稠度仪示意图, 测试方法：浆混凝土拌合物装于

14、VB稠度试验仪的容器中，把透明盘转至混凝土试样顶部，开启振动台，计时至透明圆盘被水凝浆布满的瞬间停止。 单位：V.B稠度值，以s计 适用范围：dmax31.5mm V.B稠度值=530s 结果评定：VB稠度越大，流动性越小。,VB稠度试验,图5-4-1 砂率与坍落度的关系曲线 图5-4-2 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5-5坍落度与温度的关系曲线 图5-6坍落度与时间的关系曲线（相同时间） （相同温度）,正态分布曲线,平均值 标准差 变异系数Cv,标准差反映施工质量水平，越大，施工质量越不稳定。 变异系数

15、反映混凝土质量，越小，质量水平越高。,立方体抗压强度,标准方法制成边长150mm立方体试件，标准条件下养护28d，用标准方法测定其受压极限破坏荷载，MPa,立方体抗压强度标准值,标准方法制成变长150mm立方体试件，标准条件下养护28d，用标准方法测定抗压强度总体分布的平均值减去1.645倍的标准差。强度标准值保证率不低于95%。,抗折强度测试示意图,目的：混凝土结构设计（确定路面板厚） 混凝土质量控制,150mm150mm550mm直角棱柱小梁，标准条件养护28d，三分点加荷方式。,劈裂抗拉强度,抗拉强度约为抗压强度的1/101/20，并随着抗压强度的增加而减小。,采用劈裂抗拉试验间接求混凝

16、土的抗拉强度。150mm立方体试件，垫条施压。,压应力,拉应力,劈裂抗拉强度,石灰岩、花岗岩、碎石混凝土为：fts =1.868 fcf 0.871 玄武岩碎石混凝土为：fts =3.035 fcf 0.423,劈裂抗拉强度约为轴心抗拉强度的0.9倍，与弯拉强度有关。,水泥混凝土受力破坏示意图,集料与水泥粘结界面的破坏,水泥石的破坏,集料的破坏,水泥混凝土强度取决于： 水泥石的强度 水泥石与集料界面的粘结强度, 水泥强度等级与水灰比 试验条件及水灰比相同水泥强度，水泥石强度，混凝土的强度。 水泥品种一定水灰比，混凝土强度。,水泥混凝土强度的主要因素分析组成材料的影响,水灰比公式：抗压强度：fc

17、u,28 acfce （C/Wab） 抗折强度：fcf,28 acadfcefaeC/W 水灰比定则：fcefcu；C/W fcu W/Cfcu,集料特性 集料的颗粒形状、表面特征、表面的洁净程度影响到集料与水泥浆界面的粘结强度。 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/C0.4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/C0.65时，二者差距已不明显 集料数量： 在水灰比一定的条件下，集灰比 强度,水泥混凝土强度的主要因素分析组成材料的影响,水泥混凝土强度的主要因素分析养护条件的影响,混凝土强度与养护温度的关系,养护温度高，混凝土早期强度高，

18、但后期强度增进率小。,养护温度低，早期强度低，后期强度提高。温度过低或冰点以下，混凝土强度不发展。,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,水泥混凝土强度的主要因素分析养护条件的影响,湿度不足，水化反应不能正常进行，影响混凝土的强度。,混凝土强度与龄期的关系,强度随龄期增长，早期快，后期慢 对数公式： f28 = f n (n3d龄期) 斯拉特公式： f 28 = f 7+k,水泥混凝土强度的主要因素分析龄期影响,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),应变,混凝土应力-应变特征示意图,混凝

19、土的变形特性弹性变形,静力抗压弹性模量,影响因素：粗集料的弹性模量、混凝土强度,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）,持续荷载作用下的变形特征,混凝土变形特性徐变变形,影响因素：水泥石的徐变变形引起,混凝土变形特性温度变形,原理：热胀冷缩，温度膨胀系数（1014）10-6/ 影响：温度变形不利于大体积混凝土工程、温差较大季节施工。 改善措施：采用低热水泥、施工时人工降温，外表保温，设置各类接缝,混凝土的干湿变形,混凝土变形特性干缩变形,干燥环境中，混凝土内部水分蒸发引起体积变化，干缩。,湿胀值干缩值,干缩应变极限值(5090)

20、10-5，干缩系数0.50.9mm/m,影响因素：水泥石的干缩水泥品种、单位用水量；集料；施工、养护条件。,防止措施：限制水泥用量且保证一定的集料用量，减少水灰比，充分捣实、早期养护,混凝土的耐久性抗渗性,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。,抗渗性的表示抗渗标号。标准试件，标准养护28d，规定方法测试其承受的最大水压力。 六等级S2、S4、S6、S8、S10、S12,混凝土的耐久性抗冻性,

21、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：混凝土的密实度（孔隙率）及孔隙结构特征。,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,抗冻性的表示抗冻标号。标准试件，标准养护28d，吸水饱和后，-15-20，1520温度下反复冻融，满足抗压强度下降不超过25%，质量损失不超过5%时的最大冻融循环次数。 九等级D10、D15、D25、D50、D100、D150、 D200、 D250、D300,混凝土的耐久性抗化学侵蚀性,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。 掺加引气剂，在混凝土中形成均匀分布的不连通微孔,侵蚀机理：同泥石的侵蚀。,混凝土的耐久性碱集料反应,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： 碱硅反应：水化物为碱硅酸凝胶，体积增大近3倍 碱碳酸盐反应：生成物由白云石水镁石，体积增大近1.5倍。,5.3 混凝土外加剂与掺合料,一、混凝土外加剂,1.外加剂类型,1) 按其主要功能分类（表5-16） 2) 按化