水泥混凝土.ppt

1、3.水泥混凝土,水泥、水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主要内容普通水泥混凝土的技术性质、组成材料、组成设计,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,按表观密度分 轻混凝土：1900 kg/m3 普通混凝土：=19002500 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

2、 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,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

3、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，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 可捣实性：易密性 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 坍落度试验图3-2 坍落度测试 维勃稠度试验图3-3 V.B稠度仪,3）影响施工和易性的主要因素,水泥浆的稠度水灰比W/C W/C，流动性，工作性 W/C，流动性 稳定性，离析或泌水 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 砂率 式中：S砂质量；G石质量 图3

4、-4-1 砂率与坍落度 图3-4-2 水泥用量与砂率 水泥品种和集料性质 外加剂 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。测定单位：mm 适用范围：集料dmax40mm 坍落度10mm,图3-3 V.B稠度仪示意图,测试方法 单位：V.B稠度值，以s计 适用范围：dmax40mm V.B稠度值=332s,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

5、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 曲线正态分布函数 特征参数：平均值、标准差、变异系数Cv2）强度（压、拉、弯、剪、扭、折和握裹强度等）立方体抗压强度fcu（单轴）强度标准值 强度等级：fcu,k以106PaMPa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。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

6、结构 图3-8抗折强度测试 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=1.868 fcf 0.871玄武岩碎石混凝土为：fts=3.035 fcf 0423,3）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,组成材料的影响 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 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

7、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：集灰比 强度(在水灰比一定的条件下）养护条件（温度和湿度）的影响 湿度图3-12 湿度条件 温度图3-13 养护温度 龄期图3-14 混凝土强度与龄期 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 Afce（C/WB）抗折强度：fcf,28 CDfcefEC/W水灰比定则：fcefcu；C/W fcu W/Cfcu,图3-12 湿度条件对混凝土强度的影响,1空气中养护2

8、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 对数公式：f28=f n(n3d龄期)斯拉特公式：f 28=f 7+k,3.1.1.3 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 静力弹性模量图3-15 混凝土弹性模量 影响因素：粗集料的弹性模量；混凝土强度 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：（1014）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

9、干燥收缩变形图3-17 混凝土的干湿变形 影响因素：水泥品种及用量、单位用水量 集料用量 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

10、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：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 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

11、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,3.1.3 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

12、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 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 引气剂的作用原理：发生在水空气界面上 作

13、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68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 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 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 早强剂主要品种有：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类 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：CaCl2Ca(OH)2 氧氯化钙不溶性 Na2SO4Ca(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

14、 表面活性分子模型,图320 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（

15、fcu,0）：fcu,0fcu,k1.645 2)混凝土配制抗折强度（fcf,0）：fcf,0 kfcf,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 水灰比W/C的确定：由“水灰比定则”经验公式 抗压强度：fcu,28 Afce（C/WB）抗折强度：fcf,28 CDfcefEC/W 耐久性校核：最大水灰比 单位用水量mw0教材P76表3-22 砂率S教材P76表3-23,3)初步配合比的计算步骤,按设计要求强度等级计算混凝土的配制强度 fcu,0 按配制强度计算出相应的水灰比W/C，并进行耐久性校核 查表选定1m3中混

16、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 查表确定砂率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,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0.40.8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

17、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P76表3-23),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3-23选用 坍落度100mm的混凝土砂率，应在表3-23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凝土，其砂率应经试验确定,3.1.4.4 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

18、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图3-22 强度与水灰比的关系 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,图3-22 强度与水灰比的关系,3.1.4.5 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）,