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第三章 水泥混凝土与砂浆
主要内容:
1 水泥混凝土的技术性质 2 普通水泥混凝土的组成设计 3 混凝土外加剂与掺合料 4 路面水泥混凝土的组成设计 5 砂浆 6 小结与习题
道路建筑材料·水泥混凝土
第一节 水泥混凝土的技术性质
道路建筑材料·水泥混凝土
1.水泥混凝土特点
(1)用途最为广泛的人造材料
• 成本低廉 • 节省能源 • 有利于生态保护
会影响需水量。 2)集料特性:集料的特性包括集料的最大粒径、形状、表面纹理(卵
石或碎石)、级配和吸水性等。 3)集浆比:如水灰比保持不变,则水泥浆的数量越多,拌和物的流动
性愈大。但若水泥浆数量过多,则集料的含量相对减少,达一定限度 时,将会出现流浆现象,使混凝土拌和物的粘聚性和保水性变差,甚 至产生崩塌现象。 4)水灰比:水灰比即决定水泥浆的稠度。水灰比较小,则水泥浆较稠, 混凝土拌和物的流动性较小,当水灰比小于某一极限以下时,在一定 施工方法下就不能保证密实成型;反之,水灰比较大,水泥浆较稀, 混凝土拌和物的流动性虽然较大,但粘聚性和保水性较差,所采用的 水灰比值又不能过大。 5)砂率:合理砂率是指在用水量和水泥用量一定的情况下,能使混凝 土拌和物获得最大的流动性,且能保持粘聚性和保水性能良好的砂率。
(2)表观简单,但结构复杂 (3)concretus—生长(拉丁文) (4)使用前需现场拌制(施工工艺影响)
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2.水泥混凝土分类
(1)定义
以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质,将分散某间不 同粒径的粗细集料胶结起来,在一定的条件下硬化成为 具有一定力学性能的一种人工石材。
道路建筑材料·水wenku.baidu.com混凝土
1850y,Lambot(Fra nce),钢筋混凝土
1880y,钢筋混凝 土设计方法发表
1918y,水灰比 理论问世
1928y,预应力混 凝土问世
道路建筑材料·水泥混凝土
应用领域
民用
交通
水工
地下
其它
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新型混凝土
收缩补强砼
自应力砼
纤维砼
聚合物砼
其它
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主要有:材料组成制备方法、养生条件和试验条件等四大 方面。
(1)材料组成:质量及数量
水泥的强度和水灰比
f c u, 28
a
f
c
e

c w
b

集料特性
浆集比
(2)养护条件
湿度、温度和养护的时间(龄期)。
(3)试验条件:试件与尺寸、试件湿度、试件温度、支 承条件和加载方式等
Ecc

0.33 fcp e
Ecf
23 FL3 1296 fJ
收缩
收缩是混凝土材料因物理和化学作用所产生的体积缩小的总称。
①塑性收缩的可能收缩值约1%。 ②化学收缩值为(4~100)×10-6mm/mm。 ③物理收缩值为(150~1000)×10-6mm/mm。 ④碳化收缩,空气相对湿度为30%~50%时碳化最激烈,收缩值也最
6)外加剂
2)环境条件 温度、湿度和风速 (3)时间
硬化混凝土的力学性质
2.3.1强度 (1)抗压强度标准值和强度等级 按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件,在
28d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/㎜2即MPa计。立方体抗压强度标准值以 fcu,k表示。 混凝土“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”来确定 的,用符号“C”和“立方体抗压强度标准值”两相内容表示。 普通混凝土有:C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、 C40、C45、C50、C55和C60等12个强度等级。
(2)轴心抗压强度(fcp) 150mmx150mmx300mm棱柱体作为标准试件。
强度
(3)劈裂抗拉强度
150mmx150mmx150mm
fts

2F
A

0.637
F A
(4)抗弯拉强度
150mmx150mmx550mm
fcf
FL bh2
影响硬化后水泥混凝土强度的因素
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2)维勃稠度试验(瑞典人提出)
运用范围:当坍落度<10mm,干硬性混凝土, d<40mm,维勃值≈5~30s
图2 维勃稠度仪
将坍落度筒放在圆筒中 , 置于振动台上,拔出坍落度筒 并在新拌混凝土顶上置一透明 圆盘,开动振动台,直至水泥 浆布满圆盘所经历的时间(s)。
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2、没有一个试验适用于所有混凝土,工作性不同的混 凝土可能得到相同的数值。
3、以上试验可作为一种质量控制手段。
影响因素
①内因——组成材料的质量及其用量;②外因——环境条件(如温度、 湿度和风速)以及时间等两个方面。
(1)组成材料质量及其用量的影响 1)水泥特性:水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都
防护措施:提高混凝土的强度,改善混 凝土的孔隙结构,采用外部保护措施。
普通混凝土的碱集料反应
水泥混凝土中水泥的碱与某些碱活性集料发生化学反 应,可引起混凝土产生膨胀、开裂,甚至破坏,这种 化学反应称为碱-集料反应 。
发生碱-集料反应必须具备三个条件:混凝土中的集 料具有活性;混凝土中含有一定量可溶性碱;有一定 的湿度。

X t2 ) 100
影响收缩的因素:组成材料的品种、质量、级配等内因与介质温度、
湿度、约束钢筋等外因。
减少收缩的措施:①正确设计密级配集料,提高集浆比;②采用弹性 模量较高的岩石所轧制的集料;③选用C4AF含量较高的水泥品种;
④正确选用外加剂,不掺加氯盐早强剂;⑤采用蒸养或压蒸养护。
②坍落度 ④ 流动度试验 ⑥贯入度试验 ⑧其他方法
我国规范现推荐:坍落度和维勃稠度试验
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1)坍落度试验
美国查普曼提出(Chapman)
坍落度
图1 混凝土拌合物坍落度的测定 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。
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缺点:
稳定性——固体重力产生的剪应力不超过液相的屈服应力, 不发生按大小分层的泌水现象
易密性——捣实或振动时,克服内部和表面(和模板之间) 阻力,以达到完全密实的能力
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(2) 测定方法
目前,国际上尚无一种能全面表征上述工作性的测定方法
主要有
①主观评定 ③压入度试验 ⑤重塑性试验 ⑦搅拌机试验
下存在结冰的水和过冷的水,结冰的水产生体积膨胀 及过冷的水发生迁移,引起各种压力的结果。 影响混凝土抗冻性的因素 :混凝土的饱水程度、集 料的孔隙率及其间的含水率 、水灰比、水泥的化学 组成和细度。
普通混凝土的抗化学侵蚀性
混凝土受化学侵蚀的方式:水泥石中某 些组分被介质溶解,化学反应的产物易 溶于水,化学反应产物发生体积膨胀等。
3)密实因素试验(英国人提出)
对混凝土做一定功后,测定密实
1
程度,先将混凝土装满料斗1,打开
2
底门,落入2,再打开2的底门,混
3
凝土落入3,刮平后,确定3中的混
凝土密度ρ1。
图3 捣实系数仪
Cf=ρ1 /ρ; ρ-圆柱筒中完全密实的混凝土密度 Cf↑,流动性愈好 一般,Cf= 0.8~0.92,
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(2)分 类 按表观密度分类:
普通混凝土: ρ约为2350~2500kg/m3(道路) 轻混凝土: ρ为1900 kg/m3(大跨径钢筋混凝土结构物) 重混凝土: ρ达2500~3200 kg/m3(屏蔽辐射)
按强度分类:
低强混凝土: 28d抗压强度小于20MPa; 中强混凝土: 28d抗压强度介于20~50MPa ; 高强混凝土: 28d抗压强度大于50MPa 。
活性集料有蛋白石、鳞石英、方石英、酸性或中性玻 璃体的隐晶质火山岩,如流纹岩、安山岩及其凝灰岩 等,其中蛋白石质的二氧化硅可能活性最大。
若岩石中含有活性二氧化硅时,采用化学法和砂浆法 进行检验;含有活性碳酸岩集料时,采用岩石柱法进 行检验。
普通混凝土的耐火性
混凝土在超过300℃的高温下,水泥石的脱水收缩超 过其受热膨胀而表现为体积缩小,最后的收缩率可达 0.5%或更多。
大。
是用100mmx100mmx515mm试件,经3d标准养护后,放在温度为 20±2℃,相对湿度为(60±5)%条件下,从移入干缩室日起计算,测 定1d、3d、7d、14d 、28d、60d、90d、120d、150d和180d等不同 龄期的收缩值。
St

( X 01

X t1) ( X 02 L0
6) 流动度试验
测混凝土在颠簸或持续振动下流动的性能,并提供利息趋势或稠度 指标。将堆成一定形状的混凝土置于跳桌上,经跳动一定的次数后 ,测定混凝土的扩展程度,用以鉴定混凝土的流动度及离析程度。
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7).结论:
1、所有的试验都是经验性的,并不能用任何基本方法 来测定混凝土的流动性。
按用途分类
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3.水泥混凝土优缺点
优 点:
高的强度及稳定性 可塑性良好 耐久性良好 料源广泛 经济性好 工艺简单 利于环保
缺 点:
自重大 刚度大,变形小 收缩及裂缝现象 破损修复难度大
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4.水泥混凝土的发展历史
1824y,John,Aspdi n,发明波特兰水泥
4)沉球试验(贯入式试验的一种)
非常简便、快速,能在手推车、敞篷卡车中进行。用d=152mm, G=13.6kg的半球体,置于混凝土的表面上,在自重作用下沉入混凝土 中,以沉入深度来评价混凝土的稠度。
图4 凯利球
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5)重塑性的试验
以改变混凝土试样的形状所作的功来评价工作性能,把坍落度筒放在 一个D=305mm,h=203mm的圆柱筒内,固定在跳桌上,跳桌落差为6.3mm ,按标准方法将坍落度筒装满混凝土后,并脱去,一个1.9kg的圆盘置 于混凝土顶部,跳桌以1次/s的频率跳动直到圆盘到达离圆柱筒底81mm 时为止,跳桌的次数即为重塑性。
徐变
影响徐变的因素:混凝土的龄期、水灰比、水泥用量。 降低徐变的措施:①选用小的水灰比;②选用级配优良的集料;
③选用快硬高强水泥;④推迟预应力张拉时间。
普通混凝土的耐久性
2.4.1普通混凝土的抗冻性 抗冻性是指混凝土抵抗冻融循环作用的能力 。 混凝土在大气中遭受冻融破坏是因为在某一冻结温度
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
坍落度不是满意 的工作性指标
根据混凝土拌合物 坍落度不同,分为
流态混凝土(坍落度>80mm) 流动性混凝土(坍落度=30~80mm) 低流动性混凝土(坍落度10~30mm) 干硬性混凝土(坍落度<10mm)
普通混凝土的磨蚀
在某些环境中使用的混凝土,如路面、水工结构物等, 会受到车辆、行人及水流夹带的泥砂的磨蚀。
耐磨性是指混凝土抵抗表层损伤的能力 。
G m0 m1 0.0125
耐磨性主要取决于水泥石的耐磨性。
混凝土的抗渗性
混凝土对液体或气体渗透的抵抗能力称为混凝土的抗渗性,混 凝土的抗渗性以抗渗标号来表示。采用标准养护28d的标准试 件,按规定的方法进行试验,按混凝土所能承受最大水压力, 将混凝土的抗渗标号分为:S2,S4,S6,S8,Sl0,S12六个等 级,分别表示混凝土能抵抗0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2MPa 的水压力而不漏水。
5.水泥混凝土的工作性
(1)含义
流动性+可塑性+稳定性+易密性
实质是
运输 浇筑 捣实 表面处理
易于进行,减少离析,保证施工质量
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流动性——决定于分散相中固液相的比例,W ,流动 优质混凝土具有满足运输和浇捣的要求;
可塑性——不为外力作用产生脆断的塑性变形能力,与W/C 及水泥浆或砂浆的含量有关;
提高混凝土强度的措施
(1)选用高强水泥和早强型水泥 (2)采用低水灰比和浆集比 (3)掺加混凝土外加剂和掺合料 (4)采用湿热处理--蒸汽养护和蒸压养护 (5)采用机械搅拌和振捣
混凝土变形
混凝土的变形主要有弹性变形、收缩变形、徐变变形和 温度变形等四类。
弹性变形:影响因素有混凝土强度 、粗集料含量 、孔 隙率 。
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