第四章-普通水泥混凝土

第四章普通水泥混凝土2全国公路总里程达410万公里全国公路桥梁达68.9万座水泥混凝土在公路工程中应用非常广泛（桥梁、隧道、道路、防护工程、交通工程）截止2011年底：水泥混凝土在我国公路建设中起到了至关重要的作用.3主要内容水泥混凝土的组成及特点水泥混凝土的技术性质普通水泥混凝土组成设计道路混凝土组成设计混凝土外加剂及掺合料4.14.24.34.44.544.1.1水泥混凝土的发展历程4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类4.1.3水泥混凝土的特点第一节水泥混凝土的组成及特点51824年，John,Aspdin,发明波特兰水泥1850年，Lambot(France)，钢筋混凝土1880年，钢筋混凝土设计方法发表1918年，水灰比理论问世1928年，预应力混凝土问世1824年1850年1880年1918年1928年4.1.1水泥混凝土的发展历程64.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类（1）组成：水泥+砂+石+水+外加剂等搅拌,成型,养护掺合料水水泥外加剂细集料水泥混凝土粗集料改性材料7（2）定义以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散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。4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类8（2）定义以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散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。4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类分散相:粗、细集料,起骨架作用分散介质:水泥浆后期：黏结填充作用早期：润滑作用分散体系外加剂：起性能改善作用（减水、缓凝、早强等）9（3）分类低强混凝土:28d抗压强度20MPa中强混凝土:28d抗压强度=20～50MPa高强混凝土:28d抗压强度50MPa（桥梁）道路混凝土、大坝混凝土、结构混凝土普通混凝土:2350～2500kg/m3（道路）轻混凝土:1900kg/m3（大跨径桥梁，房屋结构上部)重混凝土:2500～3200kg/m3（屏蔽辐射）按流动性按表观密度按强度塑性混凝土:低流动性混凝土:浆体较少干硬性混凝土:碾压混凝土按用途4.1.2水泥混凝土的定义、组成与分类道路混凝土大坝混凝土结构混凝土:隔热混凝土104.1.3水泥混凝土的特点特点：①工艺简单,适用性强,可浇注成不同形状的整体结构或预制构件②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③表观简单，但结构复杂,非静态,非均质concretus—生长（拉丁文）④使用前需现场拌制（施工工艺影响大）11优点：料源广泛,经济性好强度高,耐久性好,工艺简单,适用性强易于钢材配合使用有利于环境缺点：自重大刚度大，变形小易出现收缩,开裂破损修复难度大4.1.3水泥混凝土的特点12新型混凝土收缩补强砼自应力砼纤维砼聚合物砼其它4.1.4水泥混凝土的变革与发展13工程实例郑西高速铁路高性能混凝土墩台和梁体144.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性4.2.2硬化后水泥混凝土的力学性质4.2.3水泥混凝土的耐久性第二节水泥混凝土的组成及特点15水泥混凝土的三个阶段4.2水泥混凝土的技术性质施工阶段----工作性(和易性)凝结硬化阶段----力学性质使用阶段----耐久性164.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（1）定义：和易性：混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能，又称工作性。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离析密实17和易性保水性振实性流动性粘聚性好好易密实成型易结构均匀在自重或机械振动密实作用下能产生适当地流动并均匀密实地填满模板的性能易于振捣密实、排出所有被挟带空气的性质具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（1）定义（和易性）密实过程就是排气的过程18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②坍落度③压入度试验④流动度试验⑤重塑性试验⑥贯入度试验⑦搅拌机试验⑧其他方法我国规范现推荐：坍落度和维勃稠度试验4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法（评价）19①坍落度试验（1918年，美国Chapman提出）坍落度筒测定（定量）：自重作用下的变形值——坍落度（单位mm）坍落度越大，流动性越好。目测：离析性、粘聚性、保水性、含砂情况等适用：集料最大粒径不大于31.5mm坍落度值=10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。分3次装填，每层插捣25次，刮平垂直提取坍落度桶，臵于一侧4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法20优点：•评价指标直观塌落度大,流动性大•测试方法简单可用于室内实验及现场质量控制•使用历史悠久已得到工程界广泛认可•适用于富含水泥浆的水泥混凝土缺点：•坍落度仅能表征流动性•可能发生沿一斜面下滑甚至崩溃•仅对富含水泥浆的混凝土较敏感，干硬混凝土坍落度=0①坍落度试验（1918年，美国Chapman提出）4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法21维勃稠度仪坍落度桶臵于圆筒中，并安放在振动台上拔出坍落度筒并在混凝土顶上臵一透明圆盘开动振动台，直至水泥浆布满圆盘记录时间(s)，VB越大，流动性越差，适用：集料最大粒径不大于31.5mm坍落度值10mm的干硬性混凝土（维勃值≈5~30s）②VB稠度试验（1940年，瑞典V.Bahrner提出）4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法22③密实因素试验（英国人提出，规范没有）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，对混凝土做一定功后，测定密实程度，先将混凝土装满料斗1，打开底门，落入2，再打开2的底门，混凝土落入3，刮平后，确定3中的混凝土密度ρ1。捣实系数仪1234.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法23④沉球试验(贯入式试验的一种，欧洲，美国）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，臵于混凝土的表面上，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。凯利球4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法24⑤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的圆盘臵于混凝土顶部，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。测混凝土在颠簸或持续振动下流动的性能，并提供离析趋势或稠度指标。将堆成一定形状的混凝土臵于跳桌上，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。⑥流动度试验4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法25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。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。以上试验可作为一种质量控制手段。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（2）测试方法26水泥及集料内因和易性影响因素单位用水量水灰比砂率外加剂环境因素时间因素外因4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素27品种细度矿物组成混合材掺量标准稠度用水量水泥不同，需水量不同因为不同品种的水泥达到标准稠度需水量不同例：普通混凝土比矿渣和火山灰混凝土工作性好。矿渣混凝土流动性虽大，但粘聚性差，易离析，火山灰流动性小，但粘聚性好。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素（内因）28不同品种水泥的标准稠度需水量不同，给定用水量时配制成的混凝土流动性也就不同。水泥细度，流动性，这种影响对水泥用量较高的拌合物尤为明显较细的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性，减轻离析和泌水等现象，保水性比较好。水泥品种和细度4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素29dmax：dmax，比表面积，需要更多的水泥浆来润滑，∴坍落度，工作性好。形状：粗糙、多棱角性，坍落度针片状含量、圆形颗粒，混凝土流动性较大，粘聚性和保水性较好。级配：级配良好，空隙小，工作性好吸水性：吸水性大，工作性差集料的性质4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素破碎方式30单位用水量水泥浆的数量单位用水量，流动性W/C一定，单位用水量过小，粘聚性较差，易发生崩坍，且不易成型密实4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素单位用水量：1方混凝土用了多少水31W/C一定，单位用水量过多，流动性增加，会出现泌水、分层或流浆现象，产生离析W/C一定，单位用水量过多，容易产生收缩裂缝，严重降低强度和耐久性。W/C一定，单位用水量过多，水泥用量过大，降低混凝土经济性。单位用水量过多存在问题单位用水量4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素32在一定范围内，随砂率的增加润滑作用越明显，流动性增大；砂率100%sssgmmm砂率过小，会降低粘聚性和保水性，产生离析和流浆另外，砂率增大，集料的总表面积增大，需要水分增多，用水量一定时，流动性反而降低砂率坍落度4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素30%33合理砂率：在水泥浆数量一定的条件下，流动性最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；Or,在流动性、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。砂率4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素34W/C，水泥浆稠度，流动性W/C过小，在一定的施工条件下就不能保证混凝土的密实成型W/C，水泥浆稠度，流动性可能会引起粘聚性和保水性不良。水灰比(W/C)=mwmc4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素35外加剂对加外加剂掺加引气剂减水剂可增加混凝土和易性，减少离析和泌水（不改变W/C的条件下）级配不良颗粒形状不好的集料水泥用量不足引起的贫混凝土粗涩的混凝土拌合物4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素调整工作性的外加剂36少量的外加剂可以在不改变用水量和水泥用量的情况下，有效地改善工作性，同时提高强度和耐久性。改善混凝土拌合物和易性的主要外加剂是减水剂和引气剂。外加剂掺外加剂的混凝土4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素37环境因素温度湿度风速温度，水化速度，水分蒸发坍落度水分蒸发夏季施工时，应采取措施减少混凝土拌合物流动性的损失。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素（外因）38搅拌时间不足，和易性就差，质量也不均匀坍落度损失：搅拌后，坍落度随时间逐渐减小时间因素时间坍落度坍落度损失的原因：一部分水分被集料吸收一部分水分蒸发一部分水分随水泥水化反应变成水化产物结合水4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（3）影响因素39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，允许波动范围10～65mm；卵石混凝土最佳工作坍落度为20～40mm，允许波动范围5～55mm。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（4）和易性分级与选择40项次结构种类坍落度（mm）1桥涵基础、墩台、挡土墙及大型制块等便于灌注捣实的结构（设计时提出对材料的要求）0～202上列桥涵墩台等工程中不便施工处10～303普通配筋的钢筋混凝土结构，如钢筋混凝土板、梁、柱等30～504钢筋较密、断面较小的钢筋混凝土结构（梁、柱、墙等）50～705钢筋配臵特密、断面高而狭小、极不便灌注捣实的特殊结构部位70～90注：1.使用高频振捣器时，其混凝土坍落度可适当减小；2.本表系不采用机械捣器的坍落度，采用人工捣器时可适当放大；3.曲面或斜面结构的混凝土，其坍落度应根据实际需要另行选定；4.需要配臵大坍落度混凝土时，应掺和外加剂；5.轻集料混凝土的坍落度，应比表中数值小10～20mm；4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性（4）和易性分级与选择41采用合理砂率改善砂石的级