工程材料水泥混凝土

1、第五章 工程材料-第五章水泥混凝土混凝土是以膠凝材料與骨料按適當比例配合，經(jīng)攪拌、成型、硬化而成的一種人造石材。按所用膠凝材料分為水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土等，本章主要介紹廣為應(yīng)用的水泥混凝土。 本章是全書的重點。第一節(jié)普通混凝土的組成及基本要求一、一、 混凝土的組成混凝土是由水泥、水、砂和石子組成。水和水泥成為水泥漿，砂和 石子為混凝土的骨料。在混凝土的組成中，骨料一般占總體積的 70%-80%水泥石約占20%-30%其余是少量的空氣。二、二、混凝土的基本要求1、1、混凝土拌合物的和易性：混凝土拌合物必須具有與施工條件相適應(yīng)的和易性。2、2、強度：混凝土經(jīng)養(yǎng)護至規(guī)定天數(shù)，應(yīng)達到設(shè)計

2、要求的強度。3、3、耐久性4、4、經(jīng)濟性第二節(jié)普通混凝土的組成材料、水泥水泥標號的選擇，根據(jù)混凝土的強度要求確定，使水泥標號與混凝土 強度相適應(yīng)。水泥的強度約為混凝土強度的 1.5-2.0倍為好。二、二、細骨料粒徑為5伽以下的骨料稱為細骨料，一般采用天然砂?；炷劣蒙暗?質(zhì)量要求，主要有以下幾項：1、1、砂的粗細程度及顆粒級配粒徑越小，總表面積越大。在混凝土中，砂的表面由水泥漿包裹， 砂的總表面積越大，需要的水泥漿越多。當混凝土拌合物的流動性要 求一定時，顯然用粗砂比用細砂所需水泥漿為省， 且硬化后水泥石含 量少，可提高混凝土的密實性，但砂粒過粗，又使混凝土拌合物容易 產(chǎn)生離析、泌水現(xiàn)象，影響

3、混凝土的均勻性，所以，拌制混凝土的砂， 不宜過細，也不宜過粗。評定砂的粗細，通常用篩分析法。該法是用一套孔徑為5.00、2.50、 1.25、0.630、0.315、0.160 mm的標準篩，將預(yù)先通過孔徑為10.0mm篩的干砂試樣500克由粗到細依次過篩，然后稱量各篩上余留砂樣 的質(zhì)量，計算出各篩上的“分計篩余百分率”和“累計篩余百分率”， 計算如下：篩孔尺寸/分計篩余（克）分計篩余百分率累計篩余百分率（%mm(%5.00a1=m1/m?1=a12.50m2a?二m/m?2=a1+a21.25m3a3=m3/m?3=a1+as+as0.630mia4二m/m?4=a1+a2+as+a40.3

4、15mua5=m5/m?5=a1+a2+as+a4+as0.160m6a6二m/m?6=a1+a2+a3+a4+as+a6砂的粗細程度，工程上常用細度模數(shù)a f表示，其定義為:U f = (? 2 + ?3 + ?4+?5+?6)-5?l/100- ?1細度模數(shù)越大，表示砂越粗。細度模數(shù)在3.7-3.1為粗砂，在3.0-2.3為中砂，在2.2-1.6為細砂。普通混凝土用砂的細度模數(shù)范 圍在3.7-1.6，以中砂為宜。在配制混凝土時，除了考慮砂的粗細程 度外，還要考慮它的顆粒級配。砂為什么要有良好的顆粒級配呢？砂的顆粒級配是指粒徑大小不同的砂相互搭配的情況。級配好的砂應(yīng)該是粗砂空隙被細砂所填充，

5、使砂的空隙達到盡可能小。這樣不僅 可以減少水泥漿量，即節(jié)約水泥，而且水泥石含量少，混凝土密實度 提高，強度和耐久性加強?？梢?，要想減少砂粒間的空隙，就必須有 良好的級配。2、2、泥、泥塊及有害物質(zhì)(1) (1)泥及泥塊泥黏附在骨料的表面，防礙水泥石與骨料的黏結(jié)，降低混凝土強度， 還會加大混凝土的干縮，降低混凝土的抗?jié)B性和抗凍性。泥塊在攪拌 時不宜散開，對混凝土性質(zhì)的影響更為嚴重。(2) (2)有害物質(zhì)砂中的有害物質(zhì)主要包括硫化物、硫酸鹽、有機物及云母等，能降低 混凝土的強度和耐久性。3、3、堅固性必須選堅固性好的砂，不用已風化的砂。三、三、粗骨料最大粒徑的大小表示粗骨料的粗細程度。粗骨料最大粒

6、徑增大 時，骨料總表面積減少，可減少水泥漿用量，節(jié)約水泥，且有助于提 高混凝土密實度，因此，當配制中等強度以下的混凝土時，盡量采用 粒徑大的粗骨料。但粗骨料的最大粒徑，不得大于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸 的1/4，并不得大于鋼筋最小凈距的 3/4 ;對混凝土實心板，最大粒 徑不得大于板厚的1/2，并不得超過50伽。四、四、 混凝土拌合及養(yǎng)護用水凡能飲用的自來水及清潔的天然水都能用來養(yǎng)護和拌制混凝土。污水、酸性水、含硫酸鹽超過 1%勺水均不得使用。海水一般不用來拌 制混凝土。第三節(jié)第三節(jié)普通混凝土拌合物的性質(zhì)混凝土的主要性質(zhì)是和易性。一、和易性和易性是指混凝土是否易于施工操作和均勻密實的性能。主要表 現(xiàn)為

7、：是否易于攪拌和卸出；運輸過程中是否分層、泌水；澆灌時是否離析；振搗時是否易于 填滿模型?？梢姡鸵仔允且豁椌C合性能，包括流動性、粘聚性和保 水性。1、流動性指混凝土能夠均勻密實的填滿模型的性能?；炷涟韬衔锉仨氂?好的流動性。2、粘聚性為什么要有好的粘聚性呢？粘聚性差的拌合物中的石子容易與砂 漿分離，并出現(xiàn)分層現(xiàn)象，振實后的混凝土表面還會出現(xiàn)蜂窩、空洞等缺陷。3、保水性保水性差，泌水傾向加大，振搗后拌合物中的水分泌出、上浮， 使水分流經(jīng)的地方形成毛細孔隙，成為滲水通道；上浮到表面的水分，形成疏松層，如上面繼 續(xù)澆灌混凝土，則新舊混凝土之間形成薄弱的夾層； 上浮過程中積聚 在石字和鋼筋下面的水

8、分，形成水隙，影響水泥漿與石字和鋼筋的黏 結(jié)。二、和易性的測定通常是測定拌合物的流動性，粘聚性和保水性一般靠目測。 坍落度法：測定時，將混凝土拌合物按規(guī)定方法裝入坍落筒內(nèi)，然后將筒垂 直提起，由于自重會產(chǎn)生坍落現(xiàn)象，坍落的高度稱為坍落度。坍落度越大，說明流動性越好。 粘聚性的檢查方法，是用搗棒在已坍落的拌合物一測輕敲， 如果輕敲后拌合物保持整體，漸漸下沉，表明粘聚性好；如果拌合物突然倒 塌，部分離析，表明粘聚性差。保水性的檢查方法，是當坍落筒提起后如有較多稀漿從底部析出而拌合物因失漿骨料外露，說明保水性差；如無漿或有少量的稀漿析出， 拌合物含漿飽滿，則保水性好。三、影響和易性的因素1用水量用水

9、量是決定混凝土拌合物流動性的主要因素。分布在水泥漿中 的水量，決定了拌合物的流動性。拌合物中，水泥漿應(yīng)填充骨料顆粒間的空隙，并在骨料顆粒 表面形成潤滑層以降低摩擦，由此可見，為了獲得要求的流動性，必 須有足夠的水泥漿。實驗表明，當混凝土所用粗、細骨料一定時，即使水泥用量有所變 動，為獲得要求的流動性，所用水量基本是一定的。流動性與用水量 的這一關(guān)系稱為恒定用水量法則。這給混凝土配合比設(shè)計帶來很大方 便。注意：增加用水量雖然可以提高流動性，但用水量過大，又使拌合 物的粘聚性和保水性變差，影響混凝土的強度和耐久性。因此，必須 在保持水灰比即水與水泥的質(zhì)量比不變的條件下， 在增加用水量的同 時，增加

10、水泥的用量。2水灰比水灰比決定著水泥漿的稀稠。為獲得密實的混凝土，所用的水灰比 不宜過??；為保證拌合物有良好的粘聚性和保水性， 所用的水灰比又 不能過大。水灰比一般在0.5-0.8。在此范圍內(nèi)，當混凝土中用水量 一定時，水灰比的變化對流動性影響不大。3砂率砂率是指混凝土中砂的用量占砂、 石總量的質(zhì)量百分率。當砂率過 大時，由于骨料的空隙率與總表面積增大， 在水泥漿用量一定的條件 下，包覆骨料的水泥漿層減薄，流動性變差；若砂率過小，砂的體積 不足以填滿石子的空隙，要用部分水泥漿填充，使起潤滑作用的水泥 漿層減薄，混凝土變的粗澀，和易性變差，出現(xiàn)離析、潰散現(xiàn)象。而 在合理砂率下，在水泥漿量一定的情

11、況下，使混凝土拌合物有良好的 和易性?；蛘哒f，當采用合理砂率時，在混凝土拌合物有良好的和易 性條件下，使水泥用量最少。可見合理砂率，就是保持混凝土拌合物 有良好粘聚性和保水性的最小砂率。4其他影響因素影響和易性的其他因素有：水泥品種、骨料條件、時間和溫度、夕卜 加劑等四、坍落度的選擇坍落度的選擇原則是：在滿足施工要求的前提下，盡可能采用較 小的坍落度。第四節(jié)普通混凝土結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一、 一、 混凝土強度（一）（一）混凝土的抗壓強度和強度等級混凝土強度包括抗壓、抗拉、抗彎和抗剪，其中以抗壓強度為最 高，所以混凝土主要用來抗壓。混凝土的抗壓強度是一項最重要的性能指標。按照國家規(guī)定，以邊長為150 mm

12、的立方體試塊，在標準養(yǎng)護條件下 （溫度為20度左右，相對濕度大于90%養(yǎng)護28天，測得的抗壓強 度值，稱為立方抗壓強度feu.混凝土按強度分成若干強度等級，混凝土的強度等級是按立方體抗 壓強度標準值feuk劃分的。立方體抗壓強度標準值是立方抗壓強度總 體分布中的一個值，強度低于該值得百分率不超過 5%即有95%勺保 證率?；炷恋膹姸确譃?C7.5、C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60等十二個等級。（二）（二）普通混凝土受壓破壞特點混凝土受壓破壞主要發(fā)生在水泥石與骨料的界面上?；炷潦芎?載之前，粗骨料與水泥石界面上實際已存在細小裂縫。隨著荷載

13、的增加，裂縫的長度、寬度和 數(shù)量也不斷增加，若荷載是繼續(xù)的，隨時間延長即發(fā)生破壞.決定混 凝土強度的應(yīng)該是水泥石與粗骨料界面的黏結(jié)強度。（三）（三）影響混凝土強度的因素1水泥強度和水灰比從普通混凝土受壓破壞特點得知，混凝土強度主要決定于水泥石與粗骨料界面的黏結(jié)強度。而黏結(jié)強度又取決于水泥石強度。水泥石強度愈高，水泥石與粗骨料界面強度也愈高。至于水泥石強度，則取決于水泥強度和水灰比。 這是因為：水泥強度愈高，水泥石強度愈高，黏結(jié)力愈強，混凝土強 度愈高。在水泥強度相同的情況下，混凝土強度則隨水灰比的增大有 規(guī)律的降低。但水灰比也不是愈小愈好，當水灰比過小時，水泥漿過 于干稠，混凝土不易被振密實，

14、反而導致混凝土強度降低。我國通過 實驗求得的這種線性關(guān)系式為：f eu二Afe（C/W-B）式中：feu混凝土 28天齡期的抗壓強度；C/W灰水比；fe水泥實際強度；A B經(jīng)驗系數(shù)。碎石混凝土 A=0.48,B=0.52卵石混凝土 A=0.50,B=0.61式中的水泥實際強度是經(jīng)實驗測定的強度值。在無法取得水泥實際強度值時，對新出廠的水泥可按下式計算：Fc=KCf c式中：fbc水泥標號；kc 水泥標號富余系數(shù)。（應(yīng)按實際資料確定，在無統(tǒng)計資料時可取1.13）注意：混凝土強度與水灰比關(guān)系的計算式只適用于塑性拌合物的 混凝土，不適用于干性拌合物的混凝土。采用的灰水比宜在 1.25-2.5范圍內(nèi)。

15、利用此式可以 初步解決以下兩個問題：（1）當所采用的水泥強度已定，欲配制某種 強度的混凝土時，可以估計出應(yīng)采用的灰水比值。（2）當已知所采用 的水泥強度與灰水比值，可以估計出混凝土28天可能達到的強度。2齡期混凝土在正常情況下，強度隨著齡期的增加而增長，最初的7-14天內(nèi)較快，以后增長逐漸緩慢，28天后強度增長更慢，但可持續(xù)幾 十年。3養(yǎng)護溫度和濕度混凝土澆搗后，必須保持適當?shù)臏囟群妥銐虻臐穸龋?使水泥充分水 化，以保證混凝土強度的不斷發(fā)展。一般規(guī)定，在自然養(yǎng)護時，對硅 酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥配制的混凝土，澆水保濕養(yǎng)護日期不 少于7天；火山灰水泥、粉煤灰水泥、摻有緩凝型外加劑或有抗?jié)B性

16、要求的混凝土，則不得少于14天。4施工質(zhì)量施工質(zhì)量是影響混凝土強度的基本因素。若發(fā)生計量不準，攪拌不 均勻，運輸方式不當造成離析，振搗不密實等現(xiàn)象時，均會降低混凝 土強度。因此必須嚴把施工質(zhì)量關(guān)。（四）（四）高混凝土強度的措施1采用高標號水泥2采用干硬性混凝土拌合物3采用濕熱處理：分為蒸汽養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護是在溫度 低于100度的常壓蒸汽中進行。一般混凝土經(jīng)16-20小時的蒸汽養(yǎng)護后，強度可達正常養(yǎng)護條 件下28天強度的70%-80%蒸壓養(yǎng)護是在175度的溫度、8個大氣壓 的蒸壓釜內(nèi)進行。在高溫高壓的條件下，提高混凝土強度。4改進施工工藝加強攪拌和振搗，采用混凝土拌合用水磁化、混凝土裹石

17、攪拌法等 新技術(shù)。5加入外加劑：如加入減水劑和早強劑等，可提高混凝土強度。二、二、 普通混凝土的變形性質(zhì)混凝土在硬化后和使用過程中，受各種因素影響而產(chǎn)生變形，主要 有化學收縮、干濕變形、溫度變形和荷載作用下的變形等，這些都是 使混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因，直接影響混凝土的強度和耐久性。（一）（一）化學收縮混凝土在硬化過程中，水泥水化后的體積小于水化前的體積，致 使混凝土產(chǎn)生收縮，這種收縮叫化學收縮。（二）（二）干濕變形當混凝土在水中硬化時，會引起微小膨脹，當在干燥空氣中硬化時，會引起干縮。干縮變形對混凝土危害較大，它可使混凝土表面開裂，是混凝土的耐久性嚴 重降低。影響干濕變形的因素主要有：用水量

18、（水灰比一定的條件下，用水 量越多，干縮越大）、水灰比（水灰比大，干縮大）、水泥品種及細度 （火山灰干縮大、粉煤灰干縮?。凰嗉殻煽s大）、養(yǎng)護條件（采 用濕熱處理，可減小干縮）。（三）（三）溫度變形溫度縮降1度，每米脹縮0.01毫米。溫度變形對大體積混凝土極 為不利。在混凝土硬化初期，放出較多的水化熱，當混凝土較厚時，散熱緩慢，致使內(nèi)外溫 差較大，因而變形較大。（四）（四）荷載作用下的變形混凝土的變形分為彈性變形和塑性變形。徐變：混凝土在持續(xù)荷載作用下，隨時間增長的變形稱為徐變。徐變變形初期增長較快，然后逐漸減慢，一般持續(xù)2-3年才逐漸趨于穩(wěn)定。徐變的作用：徐變可消除鋼筋混凝土內(nèi)的應(yīng)力集中，

19、.使應(yīng)力較均 勻的重新分布，對大體積混凝土能消除一部分由于溫度變形所產(chǎn)生的破壞應(yīng)力。但在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，徐變將使混凝土的預(yù)加應(yīng)力受到損失。影響徐變的因素：水灰比較大時，徐變較大；水灰比相同，用水量 較大時，徐變較大；骨料級配好，最大粒徑較大，彈性模量較大時， 混凝土徐變較小；當混凝土在較早齡期受荷時，產(chǎn)生的徐變較大。三、三、 普通混凝土的耐久性抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗炭化性、以及防止堿-骨料反應(yīng)等， 統(tǒng)稱為混凝土的耐久性。提高耐久性的主要措施：1選用適當品種的水泥；2嚴格控制水灰 比并保證足夠的水泥用量；3選用質(zhì)量好的砂、石，嚴格控制骨料中的泥及有害雜質(zhì)的含量。采用級配好的骨料。4適當

20、摻用減水劑和引氣劑。5在混凝土施工中，應(yīng)攪拌均勻，振搗密實，加強養(yǎng)護等，以 增強混凝土的密實性。第六節(jié)普通混凝土配合比設(shè)計混凝土配合比是指混凝土中各組成材料（水泥、水、砂、石）之間 的比例關(guān)系。有兩種表示方法：一種是以1立方米混凝土中各種材料 用量，如水泥300千克，水180千克，砂690千克，石子1260千克; 另一種是用單位質(zhì)量的水泥與各種材料用量的比值及混凝土的水灰 比來表示，例如前例可寫成： C:S:G=1:2.3:4.2,W/C=0.6 。一、一、 混凝土配合比基本參數(shù)的確定混凝土配合比設(shè)計，實質(zhì)上就是確定四項材料用量之間的三個比例 關(guān)系，即水與水泥之間的比例關(guān)系用水灰比表示；砂與石

21、子之間的比例關(guān)系用砂率表示；水泥漿與骨料之間的比例關(guān)系，可用1立方米混 凝土的用水量來反映。當這三個比例關(guān)系確定，混凝土的配合比就確 定了。（一）（一）水灰比的確定滿足強度要求的水灰比，可根據(jù)確定出的配制強度，按混凝土強 度公式算出。滿足耐久性要求的水灰比，根據(jù)最大水灰比和最小水泥用量的規(guī) 定查表。根據(jù)強度和耐久性要求確定的水灰比有時是不相同的，應(yīng)選取其 中較小的水灰比。（二）（二）確定用水量用水量參照混凝土用水量參考表進行初步估計。然后按估計的用 水量試拌混凝土拌合物，測其坍落度，坍落度若不符合要求，應(yīng)保持水灰比不變的情況下調(diào)整 用水量，再做試驗，直到符合要求為止。（三）（三）砂率的確定通常

22、確定砂率的方法，可先憑經(jīng)驗或經(jīng)驗圖表進行估算，然后按 初步估計的砂率拌制混凝土，進行和易性試驗，通過調(diào)整確定。二、二、 混凝土配合比設(shè)計的方法和步驟配合比設(shè)計工作，一般均在實驗室進行。選用干燥狀態(tài)的骨料，在 標準條件下制作試件和養(yǎng)護，這樣獲得的配合比稱為實驗室配合比。 在施工現(xiàn)場，骨料多在露天堆放，含有水分，在這種條件下使用的配 合比叫做施工配合比。設(shè)計混凝土時，先設(shè)計實驗室配合比，在根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況 換算成施工配合比。(一) (一)初步估算配合比1確定配制強度fcuf cu=f cu,k +1.645 (T式中：fcu,k 設(shè)計要求的混凝土強度等級 T混凝土強度標準差-1.645 強度

23、保證率為95%勺t值 2確定水灰比w/cf cu二Afc(C/W-B)貝卩 W/C=Af c/(f cu+A Bfc)式中：fc水泥實際強度A、B經(jīng)驗系數(shù)。如不通過試驗，可選取以下數(shù)值：碎石： A=0.46, B=0.52;卵石：A=0.48, B=0.61注意：為保證混凝土的耐久性，由上式計算出的水灰比應(yīng)小于規(guī) 范中規(guī)定的最大水灰比值。如果計算出的水灰比大于規(guī)范規(guī)定的最大 水灰比，則取規(guī)定的最大水灰比值。3確定用水量按施工要求的坍落度指標，憑經(jīng)驗選用，或根據(jù)骨料的種類和規(guī) 格查表。4計算水泥用量由以求得的水灰比和用水量，可計算出水泥用量。注意：計算出的水泥用量應(yīng)大于規(guī)范規(guī)定的最小水泥用量。當

24、計算的水泥用量小于規(guī)范規(guī)定時，則選用規(guī)范規(guī)定的最小水泥用量。5確定合理砂率可通過試驗或憑經(jīng)驗選取，或者根據(jù)骨料的種類和規(guī)格，及所選 用的水灰比，由表查得。6計算砂石用量(1) (1)體積法：基于新澆筑的混凝土體積等于各組成材料絕對體積與所含空氣體積之和，貝心C/ p c+W/ p w+S/ p s +G/ p g +10a=1000式中：C、W S、G分別為1立方米混凝土中水泥、水、砂和石子的質(zhì)量;pc、 p W水泥及水的密度；砂及石子的表觀密度;(2)a混凝土中含氣量百分率。無含氣型外加劑時，取 1。(2) 假定體積密度法：基于新澆筑的 1立方米混凝土中各項材料質(zhì)量之和等于混凝土體積密度假定

25、值，貝卩：C+W+S+G oh 1m3式中：p oh混凝土體積密度假定值，在2400-2450千克/立方米之間。此兩種計算方法，與合理砂率的計算公式S-S/S+G聯(lián)立，均可求出初步配合比。(二) (二)試驗調(diào)整，確定試驗室配合比上述的初步配合比，是利用圖表和經(jīng)驗公式初步估算的， 與實際情 況有出入，必須 進行試驗和校核。1檢驗和易性，確定基準配合比按初步配合比，稱取15-30升混凝土拌合物進行試拌，檢驗和易性。 若流動性大于要求值，可保持砂率不變，適當增加砂、石用量；若流 動性小于要求值，可保持水灰比不變，適當增加水和水泥用量；若粘 聚性和保水性差，可適當增加砂率。和易性調(diào)整合格時，實測混凝土

26、 拌合物的體積密度P oh，并確定調(diào)整后各項材料的用量(水泥Cb，水 W,砂Sb,石子G)，則試拌后的質(zhì)量Qb為：Q=G+W+S+G由此得出和易性合格后的配合比為：G=G/Qb p oh 1m3;WJ=Vb/Qb p oh 1m3；S=S/Qb p oh 1m3；G=G/Qb p oh 1m3;此 配合比稱為基準配合比。2檢驗強度，確定實驗室配合比基準配合比雖然和易性滿足施工要求，但水灰比不一定滿足強度要 求，還要加以檢驗。檢驗的方法是：至少采用三個不同的配合比，其 中一個為基準配合比，另外兩個配合比的水灰比值，較基準配合比分 別增加和減少0.05，其用水量與基準配合比相同，但砂率值可作調(diào) 整。每種配合比至少做一組(3塊)試件，在標準條件下養(yǎng)護 28天， 測定強度。由強度試驗結(jié)果得出各水灰比的強度值，然后用作圖法(繪 制強度與水灰比關(guān)系的直線)或計算法，求出與混凝土配