第十章 水泥混凝土材料特性

1、第十章 水泥混凝土材料特性v第一節(jié) 概述v第二節(jié) 水泥混凝土混合料性能及測試v第三節(jié) 普通水泥混凝土混合料配合比設(shè)計(jì)v第四節(jié) 特種水泥混凝土簡介第一節(jié) 概述v水泥混凝土按表觀密度分，可分為：v1.重混凝土v2.普通混凝土v3.輕混凝土v水泥混凝土路面具有高強(qiáng)、耐磨、維修周期長等特點(diǎn)，已成為世界各國公路路面建設(shè)中的一種主要結(jié)構(gòu)類型。國外在這方面發(fā)展較快，機(jī)械化施工程度較高。近幾年來，由于交通運(yùn)輸迅速發(fā)展，我國已開始大規(guī)模修建水泥混凝土路面。第二節(jié) 水泥混凝土混合料性能及試驗(yàn)v一 普通混凝土的組成材料v1.水泥v配置混凝土一般可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉

2、煤灰硅酸鹽水泥。水泥的強(qiáng)度選擇，應(yīng)于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)。一般水泥強(qiáng)度等級(jí)為混凝土強(qiáng)度等級(jí)的1.52.0倍為宜。v2.細(xì)集料v一般采用天然砂，它是巖石風(fēng)化所形成的大小不等v不同礦物散粒組成的混合物，一般有河砂、海砂及山砂。砂的顆粒級(jí)配，即表示砂的大小顆粒搭配情況。砂的粗細(xì)程度，是指不同粒徑的砂?；旌显谝黄鸷罂傮w的粗細(xì)程度，用細(xì)度模數(shù)區(qū)分。x234561x1() 5 100MAAAAAAMA細(xì)度模數(shù)（)公式:v3.粗集料v普通混凝土常用的粗集料有碎石和卵石。是經(jīng)破碎、篩分而得到的粒徑大于4.75mm的巖石或卵石。v二 普通混凝土的主要性質(zhì)vA.和易性v含義：指混凝土拌合物易于施工操作并能獲得

3、質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。包括流動(dòng)性、黏聚性、保水性和易密性4個(gè)方面。v指標(biāo)：坍落度試驗(yàn)。將混凝土拌合物按規(guī)定方法裝入標(biāo)準(zhǔn)圓錐坍落度筒內(nèi)，裝滿刮平后，垂直向上將筒提起，移到一旁，拌合物由于自重將會(huì)產(chǎn)生坍落現(xiàn)象。量出下坍高度，則為坍落度。坍落度越大表示流動(dòng)性越大。v影響和易性的主要因素：v1.水泥漿數(shù)量v水泥漿賦予混凝土拌和物一定的流動(dòng)性。在水灰比不變的情況下，單位體積拌和物內(nèi)，如果水泥漿越多，則拌和物的流動(dòng)性越大。但水泥漿過多，將會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使拌和物的黏聚性變差，同時(shí)對(duì)混凝土耐久性也會(huì)產(chǎn)生一定影響，且水泥用量也大。水泥漿過少，不能填滿孔隙或不能很好地包裹集料表面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生崩坍現(xiàn)象，黏聚性

4、變差。水泥漿數(shù)量應(yīng)以滿足流動(dòng)性要求為宜，不宜過量。v2.水泥漿稠度v在水泥用量不變的情況下，水灰比越小，水泥漿就越稠，混凝土拌合物的流動(dòng)性越小。當(dāng)水灰比過小時(shí)，水泥漿干稠，流動(dòng)性過低，會(huì)使施工困難，不能保證混凝土的密實(shí)性。增加水灰比會(huì)使流動(dòng)性增大，但過大時(shí)，又會(huì)時(shí)混凝土拌合物黏聚性和保水性不良，而產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象。v3.砂率v砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。砂率的變動(dòng)會(huì)使集料的孔隙率和集料的表面積顯著改變，因而對(duì)混凝土拌和物的和易性產(chǎn)生顯著影響。坍落度為1060m混凝土砂率的選取見下表。v4.時(shí)間和溫度v混凝土攪拌完畢后，混凝土拌和物的坍落度隨時(shí)間的推移逐漸減小，導(dǎo)致這種原因

5、有水泥的水化反應(yīng)、集料吸收水分、水分的蒸發(fā)等，這些因素的作用隨著溫度的升高而加劇。vB.混凝土抗折強(qiáng)度v在混凝土直接受拉時(shí)，很小變形就要開裂，它在斷裂前沒有殘余變形，是一種脆性破壞?；炷恋目估瓘?qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/101/20。道路路面或機(jī)場道面用水泥混凝土，以抗彎拉強(qiáng)度為主要指標(biāo)，抗壓強(qiáng)度為參考強(qiáng)度指標(biāo)。v影響抗折強(qiáng)度的因素：v1.水泥抗折強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性v2.粗集料v3.砂細(xì)度模數(shù)v4.單位水泥用量v5.水灰比v6.單位用水量v7.含氣量v影響混凝土抗折疲勞極限的因素v1.粗集料最大粒徑和粒性v2.水泥中的游離氧化鈣含量v3.含氣量vC 混凝土變形性能v其中混凝土變形性能由荷載作用的變形

6、、溫差變形和干濕變形三部分組成。v1）荷載變形v影響因素有含氣量、粗集料最大粒徑、單位水泥用量、水灰比和砂細(xì)度模數(shù)。降低抗折彈性模量的好處為：一是路面結(jié)v構(gòu)剛度EI減小，當(dāng)荷載應(yīng)力一定，彎拉應(yīng)變大，路面的柔性好，有利于降低材料脆性，提高道路的行車舒適感和減小噪聲；二是當(dāng)荷載、干濕、溫度等引起翹曲變形一定，混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生的彎曲疲勞應(yīng)力水平低，翹曲循環(huán)破壞的幾率小，有利于保持各種因素作用下路面和接縫的完好率。v2）干縮變形v干縮應(yīng)變一般比溫縮應(yīng)變大一個(gè)數(shù)量級(jí)，占混凝土溫度和濕度應(yīng)變的絕大部分，所以討論或檢測混凝土的變形性質(zhì)，僅指其干縮應(yīng)變。v影響因素有含氣量、粗集料最大粒徑、集料含土量、單位水

7、泥用量、水灰比。v3）溫度變形v溫度變形比干縮變形小一個(gè)數(shù)量及，而且可以通過溫度系數(shù)對(duì)溫度變形進(jìn)行計(jì)算。v影響混凝土溫度系數(shù)的因素最重要的是粗集料的巖石種類，其次是含氣量。v綜上所述，引氣劑降低道路混凝土的抗折強(qiáng)度，減小干縮應(yīng)變，減小熱擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)和隔熱系數(shù)，從總體上提高道路混凝土的體積穩(wěn)定性，增強(qiáng)這種暴露在野外結(jié)構(gòu)的耐候性。vD 混凝土耐久性v混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結(jié)構(gòu)的安全、正常使用的能力稱為耐久性。v限制要求：v1.含氣量：滿足上述各種路用性能要求的含氣量在4.5%6%，抗鹽凍性要求的混凝土比抗冰凍要求高一些；v2.最大水灰比：從混凝

8、土路面所要求的抗折強(qiáng)度、小變形性能和耐久性出發(fā)，路面混凝土的最大水灰比應(yīng)不超過0.44；v有抗凍性要求時(shí)，不宜超過0.42；有抗鹽凍性要求時(shí)，不宜大于0.40.v3.最大單位用水量：碎石混凝土單位用水量不大于 160kg/m3；礫石混凝土不大于155kg/m3.v4.最小水泥用量v三 水泥混凝土路面表面使用品質(zhì)v1.抗滑性v影響因素：細(xì)集料、粗集料、表面整飾工藝、路面污染、溫度及季節(jié)變化、交通荷載、路面干濕狀態(tài)。v提高抗滑能力的技術(shù)措施：v確保材料的抗磨光和抗磨耗能力；v通過各種不同的表面處理工藝形成粗糙耐久的路面表面構(gòu)造。v2.耐磨性v影響因素：混凝土強(qiáng)度和水泥品質(zhì)。v提高耐磨性的技術(shù)措施：

9、v表面采用高強(qiáng)度混凝土，特別是抗壓強(qiáng)度較高的混凝土；v采用優(yōu)質(zhì)材料，如道路水泥，耐磨耗的石料，嚴(yán)格控制v砂、石含泥量，或采用高強(qiáng)度的鐵砂。v3.平整度v提高平整度的技術(shù)措施：v施工方面：嚴(yán)格控制模板安裝和固定高程，防止模板變形。混凝土拌合及攤鋪要均勻，混凝土振搗適當(dāng)，提漿要均勻，加強(qiáng)抹平。脫水后，應(yīng)復(fù)滾。采用拉結(jié)合拉毛，施工時(shí)用的導(dǎo)梁。減少脹縫和工作縫，縮縫盡量不用壓縫；v設(shè)計(jì)方面：采用連續(xù)配筋或鋼纖維混凝土等類型混凝土路面。減少或取消縮縫。采取優(yōu)質(zhì)填縫料；v養(yǎng)護(hù)方面：加強(qiáng)水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)。防止和及時(shí)修補(bǔ)板塊的破損和基層的損壞，及時(shí)清楚路面雜物，保持路面清潔。第三節(jié) 普通水泥混凝土混合料配

10、合比設(shè)計(jì)v路面水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)和施工控制是路面施工質(zhì)量中的重要環(huán)節(jié)。即使原材料相同，由于配合比不當(dāng)或失控，也會(huì)造成路面磨損、斷板等早期破損現(xiàn)象。因此，在配合比設(shè)計(jì)上具有路面自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)要求。v一 配合比設(shè)計(jì)要求v水泥混凝土路面的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗彎拉強(qiáng)度、工作性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性等四項(xiàng)基本要求。v1.彎拉強(qiáng)度v試配28d彎拉強(qiáng)度的均值 應(yīng)按下式確定：v保證率系數(shù)：cf 1 1.04(MPa) cmcvcmvfftsCfstnpC式中：混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣本的標(biāo)準(zhǔn)差保證率系數(shù)，按樣本數(shù) 和判別概率 參照下表確定 彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)。 各級(jí)公路滿足可靠度要求的配置

11、彎拉強(qiáng)度：2.工作性v混凝土工作性必須首先滿足振搗棒（組）對(duì)路面板的振搗密實(shí)度的要求；其次是滿足路表面平整度、抗滑構(gòu)造、表面砂漿的厚度均勻和外觀效果的要求。v滑模攤鋪時(shí)，攤鋪機(jī)前混凝土拌合物最佳工作性及允許范圍應(yīng)符合下表的規(guī)定。vv軌道攤鋪機(jī)、三輥軸機(jī)組、小型機(jī)具攤鋪的路面混凝土坍落度及最大單位用水量，應(yīng)滿足下表的規(guī)定。v3.耐久性耐久性所包含的內(nèi)容包括：滿足抗（鹽）凍性、抗滑性、抗磨性、抗沖擊性、耐疲勞性要求及抗海水、海風(fēng)、酸雨、硫酸鹽等腐蝕環(huán)境介質(zhì)化學(xué)侵蝕性的要求。 各交通等級(jí)路面混凝土滿足耐久性要求的最大水灰（膠）比和最小單位水泥用量應(yīng)符合下表的規(guī)定。 v4.經(jīng)濟(jì)性v在滿足上述三項(xiàng)技術(shù)要

12、求的前提下，配合比應(yīng)盡可能經(jīng)濟(jì)。各級(jí)公路混凝土路面最大水泥用量不宜大于400kg/m3;摻粉煤灰時(shí)，最大膠材總量不宜大于420kg/m3.v外加劑的使用要求：v高溫施工時(shí)，混凝土拌合物的初凝時(shí)間不得小于3h，否則，應(yīng)采取緩凝或保塑措施。低溫施工時(shí)，終凝時(shí)間不得大于10h，否則，應(yīng)采取必要的促凝或早強(qiáng)措施。v外加劑應(yīng)進(jìn)行適應(yīng)性檢測，摻量應(yīng)由混凝土試配試驗(yàn)確定。v引氣劑與高效減水劑或其他外加劑復(fù)配在同一水溶液中時(shí)，應(yīng)注意他們的可共溶性，防止外加劑溶液發(fā)生絮凝現(xiàn)象。v處在海水、海風(fēng)、酸雨、硫酸鹽或撒除冰鹽銹蝕環(huán)境中鋼筋等路面宜摻阻銹劑。v二 配合比參數(shù)的計(jì)算過程v1.水灰比計(jì)算與確定v碎石或碎卵石混

13、凝土：v卵石混凝土：v2.選取砂率砂率可根據(jù)砂的細(xì)度模數(shù)和粗集料種類，查下表取值。在軟作抗滑槽時(shí)，砂率在表中基礎(chǔ)上可增大1%2%。1.56841.00970.3595csWCff1.26181.54920.4709csWCffv3.用水量確定v碎石：v卵石：v摻外加劑應(yīng)計(jì)入外加劑減水作用。摻外加劑的混凝土單位用水量可按下式確定：v4.單位水泥用量 v5.砂石料用量 v砂石料用量可按密度法或體積法計(jì)算，按密度法計(jì)算時(shí)，混凝土假定重度可取24002450kg/m3。按體積法計(jì)算時(shí)，應(yīng) 0104.97 0.30911.270.61LpCWSSW086.89 0.37011.241.00LpCWSSW

14、0(1)100owWW00CCWWv計(jì)入設(shè)計(jì)含氣量。v6.粉煤灰的使用u各級(jí)道路路面混凝土拌合物中摻粉煤灰時(shí)，其配合比計(jì)算應(yīng)按超量取代法進(jìn)行。粉煤灰摻量應(yīng)根據(jù)水泥中原有的摻合材料數(shù)量和混凝土彎拉強(qiáng)度、耐磨性等要求由試驗(yàn)確定。粉煤灰的超量系數(shù)可按下表初選。u7.配合比確定與調(diào)整道路水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)可分為三個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)，攪拌站試拌配合比設(shè)計(jì)，施工現(xiàn)場配合比調(diào)整與驗(yàn)證1實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)配合比確定、調(diào)整及驗(yàn)證 按上述各公式估算出的配合比，首先檢驗(yàn)各種混凝土拌合物是否滿足不同施工方式的工作性要求。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括含氣量、坍落度及其損失或振動(dòng)粘度系數(shù)、改進(jìn)VC值、外加劑品種及其最佳摻量。在工作

15、性和含氣量不滿足相應(yīng)攤鋪方式要求時(shí)，可保持水灰比不變調(diào)整單位用水量、外加劑摻量和砂率。但不得減小滿足彎拉強(qiáng)度及耐久性要求計(jì)算得到的水泥用量。v2攪拌站試拌配合比設(shè)計(jì)v混凝土的實(shí)驗(yàn)室配合比應(yīng)通過施工攪拌站實(shí)際拌和檢驗(yàn)，并應(yīng)根據(jù)料場砂石料含水量、拌合物實(shí)測容重、含氣量、坍落度及其損失，調(diào)整單位用水量、砂率和外加劑摻量等。調(diào)整時(shí)水灰（膠）比不得變動(dòng)，水泥（膠材）用量不得減小。在滿足不同施工方式的工作性、28d（7d）試配彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和耐久性等要求后，得出攪拌站試拌配合比。v3施工現(xiàn)場配合比調(diào)整與驗(yàn)證v實(shí)驗(yàn)室的基準(zhǔn)配合比應(yīng)通過攪拌站實(shí)際拌和檢驗(yàn)和不小于200m試驗(yàn)路段的驗(yàn)證，確定滿足試拌、試鋪的

16、工作性、28d（至少7d）配制彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和耐久性等要求的配合比，作為施工配合比。第四節(jié) 特種水泥混凝土簡介v一 輕集料混凝土v輕集料混凝土是指用輕粗集料、輕砂等為集料配置而成的干表面密度不大于1900kg/m3的水泥混凝土。v輕集料混凝土按輕集料的種類分為：天然輕集料混凝土。如浮石混凝土、火山渣混凝土和多孔凝灰?guī)r混凝土等。人造輕集料混凝土。如黏土陶粒混凝土、頁巖陶粒混凝土以及膨脹珍珠巖混凝土和用輕集料（聚氨酯顆粒）制成的混凝土等。工業(yè)廢料輕集料混凝土。如煤渣混凝土、粉煤灰陶?；炷梁团蛎浀V渣珠混凝土等。 v二 加氣混凝土v從廣義上來講是所有加了氣的混凝土，包括加氣混凝土砌塊，泡沫混凝土

17、及加了引氣劑的混凝土。v狹義上的講就是加氣混凝土砌塊。一般根據(jù)原材料的類別、采用的工藝及承擔(dān)的功能進(jìn)行分類。v加氣混凝土按形狀加氣混凝土按形狀，可分為各種規(guī)格砌塊或板材。v加氣混凝土按原料，加氣混凝土按原料，基本有三種:(水泥,石灰,粉煤灰加氣磚);(水泥,石灰,砂加氣磚);(水泥,礦渣,砂加氣磚)v加氣混凝土按用途，加氣混凝土按用途，可分為非承重砌塊、承重砌塊、保溫塊、墻板與屋面板五種。v加氣混凝土的特性加氣混凝土的特性由于加氣混凝土具有容重輕、保溫性能高、吸音效果好，具有一定的強(qiáng)度和可加工性等優(yōu)點(diǎn)，是我國推廣應(yīng)用最早，使用最廣泛的輕質(zhì)墻體材料之一。v三 纖維混凝土v纖維混凝土是以混凝土為基體，外摻各種纖維材料而成。v制造纖維混凝土主要使用具有一定長徑比（即纖維的長度與直徑的比值）的短纖維。但有時(shí)也使用長纖維（如玻璃纖維無捻粗紗、聚丙烯纖化薄膜）或纖維制品（如玻璃纖維網(wǎng)格布、玻璃纖維氈）。其抗拉極