土木工程材料第四章.ppt

土木工程材料教案 第四章,土木工程系 孫凌,4 水泥混凝土,4.1混凝土概述 4.2普通混凝土的組成材料 4.3新拌混凝土的和易性 4.4硬化后混凝土強(qiáng)度 4.5硬化混凝土的耐久性 4.6硬化混凝土的變形 4.7普通混凝土的配合比設(shè)計(jì),主要內(nèi)容：概述 組成混凝土各組成材料的技術(shù)要求 重點(diǎn)內(nèi)容：組成混凝土各組成材料的技術(shù)要求 難 點(diǎn)：級(jí)配的影響 要 求：了解混凝土各組成材料的技術(shù)要求 掌握材料本身性能的好壞對(duì)混凝土的影響 及技術(shù)指標(biāo)要求 參考資料：土木工程材料陳志源 道路建筑材料嚴(yán)家伋 道路建筑材料孫 凌 公路工程水泥和水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程 道路建筑材料集中訓(xùn)練試驗(yàn)補(bǔ)充教材,4 水泥混凝土,4.1混凝土概述 定義：以水泥和水組成的水泥漿為粘結(jié)介質(zhì)，將分散其中的不同粒徑的粗細(xì)集料膠結(jié)起來(lái)，在一定的條件下，硬化成為具有一定力學(xué)性能的一種人工石材為水泥混凝土。,分類：,按膠結(jié)材料分類：水泥混凝土、硅酸鹽混凝土、聚合物混凝土 按密度分類： 輕混凝土、普通混凝土、重混凝土 按強(qiáng)度分類： 低強(qiáng)度混凝土、中強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度混凝土 按施工工藝分類：泵送混凝土、噴射混凝土、真空脫水混凝土、碾壓混凝土、壓力灌漿混凝土、（預(yù)填骨料混凝土）等 按用途分類：防水混凝土、放射線混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土、耐火混凝土、補(bǔ)償收縮混凝土、水下澆筑混凝土等,R,4.2普通混凝土的組成材料 4.2.1水泥 1水泥品種的選擇 2水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇 1.01.5倍 4.2.2骨料 細(xì)骨料 1.級(jí)配和細(xì)度模數(shù) 0.63mm為控制粒級(jí) 2.有害雜質(zhì)含量 3.細(xì)集料含水率和濕漲,粗骨料 1.強(qiáng)度通常以壓碎值指標(biāo)控制 2.堅(jiān)固性 3.級(jí)配 4.最大粒徑的選擇 5.表面特征和形狀 針狀顆粒 片狀顆粒 6.含泥量及泥塊含量 7.有害雜質(zhì)含量 8.堿活性檢驗(yàn),4.2.3水 4.2.4外加劑 混凝土外加劑是指在拌制混凝土過(guò)程中摻入的用以改善混凝土性能的物質(zhì)，其摻量一般不大與水泥重量的5（特殊情況除外）。 常用的外加劑有： 減水劑在混凝土拌合物坍落度基本相同的條件下，能減少拌和用水量的外加劑。 引氣劑在攪拌混凝土過(guò)程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。 早強(qiáng)劑能加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。 緩凝劑能延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間，而不顯著影響混凝土后期強(qiáng)度的外加劑。,思考題： 減水劑對(duì)混凝土主要有哪些技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益？,R,主要內(nèi)容：水泥混凝土的技術(shù)性質(zhì) 新拌混凝土的工作性 硬化后混凝土的力學(xué)性質(zhì) 重點(diǎn)內(nèi)容：新拌混凝土工作性測(cè)定方法，影響因素 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，強(qiáng)度等級(jí) 難 點(diǎn)：混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，強(qiáng)度等級(jí) 要 求：掌握塑性混凝土工作性的測(cè)定方法坍落度 了解干硬性混凝土工作性測(cè)定方法維勃稠度 掌握水灰比、砂率對(duì)混凝土工作性的影響 了解其他影響因素 掌握混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的概念， 會(huì)確定強(qiáng)度等級(jí) 參考資料：土木工程材料陳志源 道路建筑材料嚴(yán)家伋 道路建筑材料孫 凌 公路工程水泥和水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程 道路建筑材料集中訓(xùn)練試驗(yàn)補(bǔ)充教材,4.3新拌混凝土的和易性 優(yōu)質(zhì)的混凝土應(yīng)具備三方面性質(zhì) 良好的工作性（和易性） 硬化后足夠的力學(xué)性質(zhì) 必要的耐久性,4.3.1和易性的概念 新拌混凝土是指將水泥、砂、石和水拌合的尚未凝固時(shí)的拌合物。 和易性的含義 1）流動(dòng)性 指新拌混凝土在自重及施工振搗的作用下，能夠流滿模型、包圍鋼筋的能力。（滿足運(yùn)輸和澆搗要求的流動(dòng)性） 2）粘聚性 混凝土拌合物在施工過(guò)程中，其組成材料之間有一定的粘聚力，不致發(fā)生分層和離析的現(xiàn)象。 3）保水性 混凝土拌合物在施工過(guò)程中，具有一定的保水能力，不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。,4.3.2測(cè)定方法 坍落度（適合于塑性混凝土） 將新拌混凝土按標(biāo)準(zhǔn)操作方法裝入標(biāo)準(zhǔn)坍落度筒內(nèi)，裝滿刮平后，將筒垂直提起，混凝土料柱將產(chǎn)生一定程度的坍落，坍落的高度（h）就是坍落度。 評(píng)定：h 越大，流動(dòng)性越好； 用小棒輕輕敲擊混凝土料柱一側(cè)，混凝土料柱均勻下落，粘聚性合格； 混凝土料柱低部水分分泌少，保水性合格。 維勃稠度（干硬性混凝土）,T,T,4.3.3影響新拌混凝土工作性的因素 內(nèi)因 1）組成材料質(zhì)量及其用量的影響 （1）水泥特性的影響 普通水泥的混凝土拌和物比礦渣水泥和火山灰水泥的工作性好礦渣水泥的混凝土拌和物流動(dòng)性大，但粘聚性差，易泌水離析火山灰水泥流動(dòng)性小，但粘聚性好 （2）集料特性的影響 碎石 表面粗糙，有棱角，工作性差，強(qiáng)度高 卵石 表面光滑，工作性好，強(qiáng)度低,（3）集漿比的影響 集漿比集料絕對(duì)體積與水泥漿絕對(duì)體積之比。 單位體積的混凝土拌和物中，如水灰比保持不變，水泥漿數(shù)量越多，拌和物的流動(dòng)性越大；水泥漿數(shù)量過(guò)多，則集料的含量相對(duì)減少，達(dá)一定將會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象。 根據(jù)具體情況決定，在滿足工作性要求的前提下，同時(shí)考慮強(qiáng)度和耐久性要求，盡量采用較大的集漿比，以節(jié)約水泥用量。 （4）水灰比的影響 在單位混凝土拌和物中，集漿比確定后，即水泥漿的用量為一固定值時(shí)，水灰比決定水泥漿的稠度。 （5）砂率的影響 合理砂率用水量和水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌和物獲得最大流動(dòng)性，且能保持粘聚性和保水性能良好的砂率。 （6）外加劑,2）環(huán)境條件的影響 溫度、濕度和風(fēng)速 3）時(shí)間的影響 改善新拌混凝土工作性的主要措施 （1）調(diào)節(jié)材料組成 （2）摻加各種外加劑 （3）提高振搗機(jī)械的效能,新拌混凝土工作性的選擇 1）公路橋涵用混凝土拌和物的工作性選擇。 P76表3-2 2）道路混凝土拌和物的工作性選擇 坍落度宜為1025mm，坍落度小于10mm時(shí)，采用維勃稠度時(shí)間宜為1030s。,R,4.4硬化后混凝土強(qiáng)度 4.4.1 1.混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和強(qiáng)度等級(jí) （1）立方體抗壓強(qiáng)度（ ） （2）立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ ） 按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度（用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定的抗壓強(qiáng)度總體分布中的一個(gè)值，強(qiáng)度低于該值的百分率不超過(guò)5），以Mpa計(jì)。 （3）強(qiáng)度等級(jí) C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55C60共12個(gè)等級(jí),4.4.1 2.抗折強(qiáng)度 道路用混凝土以抗折強(qiáng)度為主要強(qiáng)度指標(biāo) 151555 4.4.1 3.軸心抗壓強(qiáng)度 接近結(jié)構(gòu)中的承壓狀態(tài) 151530 4.4.1 4.劈列抗拉強(qiáng)度 151515,思考題： 1.如何評(píng)定新拌混凝土工作性的好壞 2.施工中如何選擇工作性 3.詳述砂率對(duì)新拌混凝土工作性的影響，明確合理砂率的含義 4.掌握抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,主要內(nèi)容：影響混凝土強(qiáng)度的因素 混凝土的耐久性 混凝土的變形 重點(diǎn)內(nèi)容：影響混凝土強(qiáng)度的因素 提高混凝土強(qiáng)度的措施 難 點(diǎn)：影響混凝土強(qiáng)度的因素 要 求：掌握影響混凝土強(qiáng)度的因素， 會(huì)用經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)混凝土的強(qiáng)度； 掌握提高混凝土強(qiáng)度的措施； 了解混凝土的耐久性； 了解混凝土的變形,參考資料： 土木工程材料陳志源 道路建筑材料嚴(yán)家伋 道路建筑材料孫 凌 公路工程水泥和水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程 道路建筑材料集中訓(xùn)練試驗(yàn)補(bǔ)充教材 混凝土實(shí)用手冊(cè)龔落書(shū) 道路建筑材料張南鷺,4.4.2影響硬化后混凝土強(qiáng)度的因素 1組成材料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 （1）水灰比和水泥強(qiáng)度 = （） 利用此公式可解決兩個(gè)問(wèn)題： 已知： ，W/C ce，cu，28W/C （2）集料特性 （3）集漿比,2養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 溫度：一定濕度條件下，溫度越高，強(qiáng)度發(fā)展越快； 濕度：一定濕度條件下，混凝土強(qiáng)度隨齡期按對(duì)數(shù)增長(zhǎng)； 齡期：一定條件下，混凝土強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而提高 單齡期強(qiáng)度推算公式 cu，n= cu，a（lgn / lga）,3試驗(yàn)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 4提高混凝土強(qiáng)度的措施 1）選用高強(qiáng)度水泥和早強(qiáng)型水泥 2）采用低水灰比和漿集比 3）摻加混凝土外加劑和摻和料 4）采用濕熱處理 5）采用機(jī)械攪拌和振搗,R,4.5硬化混凝土的耐久性 4.5.1混凝土的抗?jié)B性 4.5.2混凝土的抗凍性 4.5.3混凝土的抗蝕性 4.5.4混凝土的碳化 4.5.5混凝土的堿-骨料反應(yīng) 組成設(shè)計(jì)和施工中從“最大水灰比”和“最小水泥用量”控制,R,4.6硬化混凝土的變形 4.6.1化學(xué)減縮 混凝土的這一體積收縮變形是不能恢復(fù)的。 化學(xué)收縮率很小，在限制應(yīng)力下不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生破壞作用，但其收縮過(guò)程中在混凝土內(nèi)部還是會(huì)產(chǎn)生微細(xì)裂縫，這些微細(xì)裂縫可能會(huì)影響到混凝土的受載性能和耐久性能。,4.6.2溫度變形 混凝土的溫度變形表現(xiàn)為熱脹冷縮。 為了減少大體及混凝土體積變形引起的開(kāi)裂，目前常用的方法有： （1）用低水化熱水泥和盡量減少水泥用量； （2）盡量減少用水量； （3）選用膨脹系數(shù)低的骨料，減小熱變形； （4）預(yù)冷原材料； （5）合理分縫、分塊、減輕約束； （6）在混凝土中埋冷卻水管； （7）表面絕熱，調(diào)節(jié)表面溫度的下降速率等。,4.6.3混凝土的干縮濕脹 處于空氣中的混凝土當(dāng)水分散失時(shí)，會(huì)因其體積收縮，稱為干燥收縮，簡(jiǎn)稱干縮。但受潮后體積又會(huì)膨脹，即為濕脹。 降低水泥用量，減少水灰比是減少干縮的關(guān)鍵。,4.6.4荷載作用下的變形 1短期荷載作用下的變形 （1）初始切線模量 （2）切線模量 （3）割線模量 2長(zhǎng)期荷載作用下的變形徐變 混凝土承受持續(xù)荷載時(shí)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的變形，稱為徐變。 徐變有利于小若溫度、干縮等引起的約束變形，從而防止裂縫的產(chǎn)生。 但在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，徐變將產(chǎn)生盈利松弛，引起預(yù)應(yīng)力損失，造成不利影響。 影響混凝土徐變大小的主要因素： 水泥用量多少和水灰比大小，水泥用量越多，誰(shuí)會(huì)比越大，徐變?cè)酱蟆?思考題： 1.掌握cu，28=ce（），并能夠利用此公式解決實(shí)際工程問(wèn)題 2.什么是針片狀顆粒，其含量的多少對(duì)混凝土的性質(zhì)有影響？,R,主要內(nèi)容：水泥混凝土組成設(shè)計(jì)方法 初步配合比 基準(zhǔn)配合比 試驗(yàn)室配合比 施工配合比 重點(diǎn)內(nèi)容：配合比計(jì)算 難 點(diǎn)：配合比調(diào)整 要 求：掌握初步配合比的計(jì)算方法 掌握配合比調(diào)整方法 掌握試驗(yàn)室配合比及施工配合比的計(jì)算 參考資料：土木工程材料陳志源 道路建筑材料嚴(yán)家伋 道路建筑材料孫 凌 公路工程水泥和水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程 混凝土實(shí)用手冊(cè)龔落書(shū) 混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ55-2000,4.7普通混凝土的配合比設(shè)計(jì) 4.7.1概述 配合比設(shè)計(jì)包括：選料 配料 配合比表示方法：?jiǎn)挝挥昧勘硎痉?相對(duì)用量表示法 配合比基本要求：結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)強(qiáng)度 施工工作性 環(huán)境耐久性 經(jīng)濟(jì)要求 配合比設(shè)計(jì)參數(shù)：水灰比 砂率 用水量 配合比設(shè)計(jì)步驟：初步配合比 （根據(jù)原始資料） 基準(zhǔn)配合比 （根據(jù)試拌，測(cè)工作性） 試驗(yàn)室配合比（實(shí)測(cè)密度，強(qiáng)度） 施工配合比,4.7.2普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和步驟 配合比設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 了解：設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度等級(jí)； 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差； 混凝土的使用環(huán)境條件； 施工工藝對(duì)混凝土拌合物的流動(dòng)性要求； 原材料的種類和物理力學(xué)性質(zhì)等。,1.計(jì)算初步配合比 1）確定混凝土的配制強(qiáng)度cu，o . 2）計(jì)算水灰比（W/C） （1）按強(qiáng)度計(jì)算 （2）按耐久性校核 取 ）選定單位用水量（w0） 查表,4）計(jì)算單位水泥用量（c0） （ （1）按強(qiáng)度 c0w0（W/C） （2