《土木工程材料》(第四章)

《土木工程材料》教案第四章土木工程系孙凌4水泥混凝土4.1混凝土概述4.2普通混凝土的组成材料4.3新拌混凝土的和易性4.4硬化后混凝土强度4.5硬化混凝土的耐久性4.6硬化混凝土的变形4.7普通混凝土的配合比设计主要内容：概述组成混凝土各组成材料的技术要求重点内容：组成混凝土各组成材料的技术要求难点：级配的影响要求：了解混凝土各组成材料的技术要求掌握材料本身性能的好坏对混凝土的影响及技术指标要求参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《道路建筑材料》集中训练试验补充教材4水泥混凝土4.1混凝土概述定义：以水泥和水组成的水泥浆为粘结介质，将分散其中的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为水泥混凝土。分类：按胶结材料分类：水泥混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物混凝土按密度分类：轻混凝土、普通混凝土、重混凝土按强度分类：低强度混凝土、中强度混凝土、高强度混凝土按施工工艺分类：泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土、（预填骨料混凝土）等按用途分类：防水混凝土、放射线混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐火混凝土、补偿收缩混凝土、水下浇筑混凝土等R4.2普通混凝土的组成材料4.2.1水泥1．水泥品种的选择2．水泥强度等级的选择1.0～1.5倍4.2.2骨料细骨料1.级配和细度模数0.63mm为控制粒级2.有害杂质含量3.细集料含水率和湿涨粗骨料1.强度——通常以压碎值指标控制2.坚固性3.级配4.最大粒径的选择5.表面特征和形状针状颗粒片状颗粒6.含泥量及泥块含量7.有害杂质含量8.碱活性检验4.2.3水4.2.4外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大与水泥重量的5％（特殊情况除外）。常用的外加剂有：减水剂——在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。引气剂——在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。早强剂——能加速混凝土早期强度发展的外加剂。缓凝剂——能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。思考题：减水剂对混凝土主要有哪些技术经济效益？R主要内容：水泥混凝土的技术性质新拌混凝土的工作性硬化后混凝土的力学性质重点内容：新拌混凝土工作性测定方法，影响因素混凝土强度标准值，强度等级难点：混凝土强度标准值，强度等级要求：掌握塑性混凝土工作性的测定方法——坍落度了解干硬性混凝土工作性测定方法——维勃稠度掌握水灰比、砂率对混凝土工作性的影响了解其他影响因素掌握混凝土强度标准值的概念，会确定强度等级参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《道路建筑材料》集中训练试验补充教材4.3新拌混凝土的和易性优质的混凝土应具备三方面性质良好的工作性（和易性）硬化后足够的力学性质必要的耐久性4.3.1和易性的概念新拌混凝土是指将水泥、砂、石和水拌合的尚未凝固时的拌合物。和易性的含义1）流动性指新拌混凝土在自重及施工振捣的作用下，能够流满模型、包围钢筋的能力。（满足运输和浇捣要求的流动性）2）粘聚性混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间有一定的粘聚力，不致发生分层和离析的现象。3）保水性混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。4.3.2测定方法坍落度（适合于塑性混凝土）将新拌混凝土按标准操作方法装入标准坍落度筒内，装满刮平后，将筒垂直提起，混凝土料柱将产生一定程度的坍落，坍落的高度（h）就是坍落度。评定：h越大，流动性越好；用小棒轻轻敲击混凝土料柱一侧，混凝土料柱均匀下落，粘聚性合格；混凝土料柱低部水分分泌少，保水性合格。维勃稠度（干硬性混凝土）TT4.3.3影响新拌混凝土工作性的因素内因1）组成材料质量及其用量的影响（1）水泥特性的影响普通水泥的混凝土拌和物比矿渣水泥和火山灰水泥的工作性好矿渣水泥的混凝土拌和物流动性大，但粘聚性差，易泌水离析火山灰水泥流动性小，但粘聚性好（2）集料特性的影响碎石表面粗糙，有棱角，工作性差，强度高卵石表面光滑，工作性好，强度低（3）集浆比的影响集浆比——集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比。单位体积的混凝土拌和物中，如水灰比保持不变，水泥浆数量越多，拌和物的流动性越大；水泥浆数量过多，则集料的含量相对减少，达一定将会出现流浆现象。根据具体情况决定，在满足工作性要求的前提下，同时考虑强度和耐久性要求，尽量采用较大的集浆比，以节约水泥用量。（4）水灰比的影响在单位混凝土拌和物中，集浆比确定后，即水泥浆的用量为一固定值时，水灰比决定水泥浆的稠度。（5）砂率的影响合理砂率——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流动性，且能保持粘聚性和保水性能良好的砂率。（6）外加剂2）环境条件的影响温度、湿度和风速3）时间的影响改善新拌混凝土工作性的主要措施（1）调节材料组成（2）掺加各种外加剂（3）提高振捣机械的效能新拌混凝土工作性的选择1）公路桥涵用混凝土拌和物的工作性选择。P76表3-22）道路混凝土拌和物的工作性选择坍落度宜为10～25mm，坍落度小于10mm时，采用维勃稠度时间宜为10～30s。R4.4硬化后混凝土强度4.4.11.混凝土的抗压强度标准值和强度等级（1）立方体抗压强度（）（2）立方体抗压强度标准值（）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具有95％保证率的抗压强度（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％），以Mpa计。（3）强度等级C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55C60共12个等级cufkcuf,4.4.12.抗折强度道路用混凝土以抗折强度为主要强度指标15×15×554.4.13.轴心抗压强度接近结构中的承压状态15×15×304.4.14.劈列抗拉强度15×15×15思考题：1.如何评定新拌混凝土工作性的好坏2.施工中如何选择工作性3.详述砂率对新拌混凝土工作性的影响，明确合理砂率的含义4.掌握抗压强度标准值主要内容：影响混凝土强度的因素混凝土的耐久性混凝土的变形重点内容：影响混凝土强度的因素提高混凝土强度的措施难点：影响混凝土强度的因素要求：掌握影响混凝土强度的因素，会用经验公式推导混凝土的强度；掌握提高混凝土强度的措施；了解混凝土的耐久性；了解混凝土的变形参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《道路建筑材料》集中训练试验补充教材《混凝土实用手册》龚落书《道路建筑材料》张南鹭4.4.2影响硬化后混凝土强度的因素1．组成材料对混凝土强度的影响（1）水灰比和水泥强度※=Ａ（Ｃ／Ｗ－Ｂ）利用此公式可解决两个问题：已知：，W/C——ce，cu，28——W/C（2）集料特性（3）集浆比28,cufcefcef28,cuf2．养护条件对混凝土强度的影响温度：一定湿度条件下，温度越高，强度发展越快；湿度：一定湿度条件下，混凝土强度随龄期按对数增长；龄期：一定条件下，混凝土强度随龄期增长而提高单龄期强度推算公式cu，n=cu，a（lgn/lga）3．试验条件对混凝土强度的影响4．提高混凝土强度的措施1）选用高强度水泥和早强型水泥2）采用低水灰比和浆集比3）掺加混凝土外加剂和掺和料4）采用湿热处理5）采用机械搅拌和振捣R4.5硬化混凝土的耐久性4.5.1混凝土的抗渗性4.5.2混凝土的抗冻性4.5.3混凝土的抗蚀性4.5.4混凝土的碳化4.5.5混凝土的碱-骨料反应组成设计和施工中从“最大水灰比”和“最小水泥用量”控制R4.6硬化混凝土的变形4.6.1化学减缩混凝土的这一体积收缩变形是不能恢复的。化学收缩率很小，在限制应力下不会对结构物产生破坏作用，但其收缩过程中在混凝土内部还是会产生微细裂缝，这些微细裂缝可能会影响到混凝土的受载性能和耐久性能。4.6.2温度变形混凝土的温度变形表现为热胀冷缩。为了减少大体及混凝土体积变形引起的开裂，目前常用的方法有：（1）用低水化热水泥和尽量减少水泥用量；（2）尽量减少用水量；（3）选用膨胀系数低的骨料，减小热变形；（4）预冷原材料；（5）合理分缝、分块、减轻约束；（6）在混凝土中埋冷却水管；（7）表面绝热，调节表面温度的下降速率等。4.6.3混凝土的干缩湿胀处于空气中的混凝土当水分散失时，会因其体积收缩，称为干燥收缩，简称干缩。但受潮后体积又会膨胀，即为湿胀。降低水泥用量，减少水灰比是减少干缩的关键。4.6.4荷载作用下的变形1．短期荷载作用下的变形（1）初始切线模量（2）切线模量（3）割线模量2．长期荷载作用下的变形——徐变混凝土承受持续荷载时，随时间的延长而增加的变形，称为徐变。徐变有利于小若温度、干缩等引起的约束变形，从而防止裂缝的产生。但在预应力结构中，徐变将产生盈利松弛，引起预应力损失，造成不利影响。影响混凝土徐变大小的主要因素：水泥用量多少和水灰比大小，水泥用量越多，谁会比越大，徐变越大。思考题：1.掌握cu，28=Ａce（Ｃ／Ｗ－Ｂ），并能够利用此公式解决实际工程问题2.什么是针片状颗粒，其含量的多少对混凝土的性质有影响？R主要内容：水泥混凝土组成设计方法初步配合比基准配合比试验室配合比施工配合比重点内容：配合比计算难点：配合比调整要求：掌握初步配合比的计算方法掌握配合比调整方法掌握试验室配合比及施工配合比的计算参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《混凝土实用手册》龚落书《混凝土配合比设计规程》JGJ55-20004.7普通混凝土的配合比设计4.7.1概述配合比设计包括：选料配料配合比表示方法：单位用量表示法相对用量表示法配合比基本要求：结构物设计强度施工工作性环境耐久性经济要求配合比设计参数：水灰比砂率用水量配合比设计步骤：初步配合比（根据原始资料）基准配合比（根据试拌，测工作性）试验室配合比（实测密度，强度）施工配合比4.7.2普通混凝土配合比设计方法和步骤配合比设计前的准备工作了解：设计要求的混凝土强度等级；强度标准差；混凝土的使用环境条件；施工工艺对混凝土拌合物的流动性要求；原材料的种类和物理力学性质等。1.计算初步配合比1）确定混凝土的配制强度cu，o＝＋１.６４５σ2）计算水灰比（W/C）（1）按强度计算（2）按耐久性校核［Ｗ／Ｃ］ｓ〈［Ｗ／Ｃ］ｎ取［Ｗ／Ｃ］ｓ３）选定单位用水量（ｍw0）查表ocuf,kcuf,ceocuceABffAfsCW,][4）计算单位水泥用量（ｍc0）（（1）按强度［ｍc0］＝ｍw0／（W/C）（2）按耐久性校核5）确定砂率βs查表6）确定砂石用量（ｍs0、ｍg0）（1）质量法ｍc0＋ｍw0＋ｍs0＋ｍg0＝ρhｍs0/（ｍs0+ｍg0）＝βs（2）体积法初步配合比：ｍc0：ｍs0：ｍg0＝1：X：YW/C100010100''{wwoggossoccopgososommmmSmmm2.试拌调整，提出基准配合比1）试拌（1）材料要求（2）搅拌方法和数量2）校核工作性，调整配合比3.检验强度，确定试验室配合比取三个水灰比（基准水灰比基础上，各增减0.05）4.施工配合比计算思考题：复习混凝土配合比步骤，重点试拌调整R坍落度测定R维勃稠度测定仪R