第四普通水泥混凝土

1、第四章 普通水泥混凝土道路工程中所用的無機混合料主要包括： 無機混合料水泥混凝土無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料普通水泥混凝土新型水泥混凝土聚合物混凝土纖維混凝土透水混凝土露石混凝土彩色混凝土石灰穩(wěn)定類水泥穩(wěn)定類工業(yè)廢渣穩(wěn)定類其中水泥混凝土材料包括普通水泥混凝土和各種新型水泥混凝土，廣泛應用于水泥混凝土路面、橋梁等道路工程結(jié)構物。無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料包括石灰穩(wěn)定類、水泥穩(wěn)定類、工業(yè)廢渣穩(wěn)定類，主要應用于修筑路面結(jié)構的基層和底基層。4.1水泥混凝土組成及特點水泥混凝土是由水泥、水、粗集料（石子）、細集料（砂）按預先設計的比例進行摻配，并在必要時加入適量外加劑、摻合料或其他改性材料，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護后而得到

2、的具有一定強度和耐久性的人造石材，常簡稱混凝土。如圖4.1所示，水泥混凝土的組成。圖4.1 水泥混凝土的組成水泥混凝土材料的快速發(fā)展及廣泛應用得益于其自身的諸多特點，歸納如下：優(yōu)點配制材料分布廣，價格低，易于就地取材工藝簡單，適用性強抗壓強度高，耐久性好易與鋼材配合使用缺點點自重大、韌性低，抗拉強度低，抗沖擊性能差破壞后，修復、加固、補強困難混凝土的特點4.2水泥混凝土的技術性質(zhì)水泥混凝土的主要技術性質(zhì)包括：施工階段的和易性（工作性）、混凝土硬化階段的力學性質(zhì)、使用階段的耐久性。4.2.1新拌水泥混凝土的施工和易性新拌水泥混凝土施工和易性的概念新拌水泥混凝土是指在施工過程中使用的尚未凝結(jié)硬化的

3、水泥混凝土。新拌混凝土的施工和易性，又稱工作性，是指混凝土拌合物在現(xiàn)有施工條件下（氣候條件、施工機具等），易于施工操作（攪拌、運輸、澆注、振搗和表面處理）并獲得質(zhì)量均勻、成型密實的混凝土結(jié)構物的性能?；炷涟韬衔锏氖┕ず鸵仔允且豁椌C合技術性質(zhì)，包括流動性、振實性、粘聚性、保水性等方面的含義。流動性是指混凝土拌合物在自重或機械振動密實作用下能產(chǎn)生適當?shù)亓鲃硬⒕鶆蛎軐嵉靥顫M模板的性能。振實性是指混凝土拌合物易于振搗密實、排出所有被挾帶空氣的性質(zhì)。粘聚性是指混凝土拌合物在施工過程中其組成材料之間有一定的粘聚力，不致產(chǎn)生分層和離析的現(xiàn)象,混凝土的均勻密實及離析現(xiàn)象對比見圖4.2。保水性是指混凝土拌合物

4、在施工過程中具有一定的保水能力，不致產(chǎn)生嚴重的泌水現(xiàn)象。通常將水分逐漸析出至混凝土拌合物表面的現(xiàn)象稱為泌水，水分析出后會在混凝土內(nèi)部形成泌水通道，使混凝土的密實性、耐久性下降。 圖4.2 新拌混凝土的密實和離析對比施工和易性的測定方法目前國際上還沒有一種能夠全面測試新拌混凝土施工和易性的方法。通常的試驗方法大都憑借經(jīng)驗提出，且在一定的條件下測試混凝土拌合物和易性的某一方面。坍落度試驗坍落度試驗由美國查普曼（Chapman）首先提出，我國行業(yè)標準公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（JTE E302005）規(guī)定：將攪拌好的混凝土拌合物分三層裝入標準的坍落度圓錐筒內(nèi)，每層裝入高度稍大于筒高的1/3，并

5、用彈頭棒在每層上均勻搗插25次。多余試樣用鏝刀刮平，然后垂直提取圓錐筒并放于錐體混凝土試樣一旁，測量筒高與坍落后混凝土試體最高點之間的高差，即為新拌混凝土拌合物的坍落度，見圖4.3。試驗結(jié)果以mm為單位并修約至最接近的5mm。坍落度越大表示混凝土拌合物的流動性越大。 圖4.3混凝土拌合物坍落度測定示意圖 在測試坍落度后，可判斷被測混凝土的粘聚性、保水性、棍度等。用搗棒在已坍落的混凝土錐體試樣的一側(cè)輕輕敲擊，如錐體在輕打后逐漸下沉則表示粘聚性良好，如錐體突然倒塌、部分崩裂或發(fā)生石子離析現(xiàn)象則表示粘聚性較差。保水性指水分從拌合物中的析出情況，如果提起坍落筒后有少量水分從底部析出則表示保水性良好，若

6、析出水分較多并引起錐體試樣中的集料外露，則表示該混凝土拌合物的保水性較差。棍度按插搗混凝土拌合物時的難易程度評定。分為“上”、“中”、“下”三級。含砂情況按拌合物外觀含砂多少而評定，分“多”、“中”、“少”三級。坍落度試驗適用于集料公稱最大粒徑不大于31.5mm，坍落度值不小于10mm的混凝土拌合物，且該試驗只對富水泥漿的新拌混凝土才敏感。相同性質(zhì)不同組成的新拌混凝土，他們的工作性可能有很大差別，但卻可得到相同的坍落度值。因此，坍落度值不是滿意的工作性評價指標。維勃稠度試驗維勃稠度試驗（VB稠度試驗）由瑞典V.皮納（Bahrner）首先提出。適用于坍落度小于mm新拌混凝土工作性的測定圖4.4。

7、公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（JTE E302005）規(guī)定：維勃稠度試驗方法是將坍落度筒放在直徑為240mm的圓筒中，圓筒安裝在專用的振動臺上。按坍落度試驗的方法將新拌混凝土頂上置一透明圓盤。開動振動臺并記錄時間，從開始振動至透明圓盤底面被水泥漿布滿瞬間止，所經(jīng)歷的時間即為新拌混凝土的維勃稠度值，試驗結(jié)果以秒計并精確至秒。維勃稠度值越大，混凝土拌合物的流動性越小。 圖4.4混凝土拌合物VB稠度測定示意圖該試驗方法常因無法用肉眼準確判斷試驗計時的結(jié)束點，而降低該試驗方法的精確性。根據(jù)我國現(xiàn)行公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（JTE E302005）規(guī)定，路面混凝土稠度分級如表4.1所示。表4

8、.1路面混凝土稠度分級表（JTE E302005）級別維勃時間（s）坍落度（mm）級別維勃時間（s）坍落度（mm）特干硬31低塑1055090很干稠3021塑性4100150干稠20111040流態(tài)160影響施工和易性的主要因素分析影響新拌水泥混凝土施工和易性的主要因素分為內(nèi)因和外因，歸納如下：和易性影響因素內(nèi)因外因水灰比單位用水量砂率水泥品種和細度環(huán)境因素時間因素外加劑水灰比水灰比指水與水泥的質(zhì)量比。水灰比小則水泥漿稠度大，混凝土拌合物的流動性小，水灰比過小時則不能保證混凝土的密實成型。若水灰比過大，水泥漿稠度較小，混凝土拌合物的流動性增加，但可能會引起混凝土拌合物粘聚性和保水性不良，甚至產(chǎn)

9、生嚴重的泌水和離析現(xiàn)象，導致混凝土強度和耐久性的降低。單位用水量在組成材料確定的情況下，混凝土拌合物的流動性隨單位用水量的增加而增大如圖4.5。當水灰比一定時，若單位用水量過小，則水泥漿數(shù)量過少，混凝土拌合物的粘聚性較差，易發(fā)生離析和崩坍，且不易成型密實；但若單位用水量過多，在混凝土拌合物流動性增加的同時，會由于水泥漿過多而出現(xiàn)泌水、分層或流漿現(xiàn)象，致使拌合物產(chǎn)生離析。單位用水量過多還會導致混凝土產(chǎn)生收縮裂縫，使混凝土強度和耐久性嚴重降低。圖4.5 混凝土拌合物坍落度與單位用水量的關系砂率圖4.6 混凝土拌合物坍落度與砂率的關系砂率是指混凝土中的細集料的質(zhì)量占全部集料總質(zhì)量的百分比，它反映了粗

10、細集料的相對比例。在一定砂率范圍內(nèi)，隨砂率的增加潤滑作用越明顯，流動性得以提高；砂率超過一定范圍后，流動性反而隨砂率的增加而降低如圖4.6。如果砂率過小，砂漿數(shù)量不足會導致混凝土拌合物粘聚性和保水性降低，產(chǎn)生離析和流漿現(xiàn)象。因此，混凝土的砂率存在一個最佳值，可使混凝土拌合物獲得所要求的流動性以及良好的粘聚性和保水性。水泥的品種和細度對于給定的水泥混凝土拌合物，水泥細度增加會使流動性降低，這種影響對水泥用量較高的拌合物較為明顯，但較細的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性，減輕離析和泌水等現(xiàn)象。集料的性質(zhì)混凝土拌合物的和易性主要與集料的最大粒徑、級配、顆粒形狀、表面粗糙程度和吸水性有關。一定質(zhì)量的集

11、料，其最大粒徑減小會使比表面積增大，比表面增大就需要更多的水泥漿來潤滑。針片狀顆粒含量較少、圓形顆粒較多、級配較好的集料，其組成的混凝土拌合物流動性較大，粘聚性和保水性較好。表面粗糙多棱角的集料會增加混凝土拌合物的內(nèi)摩擦力，使流動性降低。吸水性大的集料，會加快混凝土拌合物的和易性損失速率。外加劑在混凝土拌合物中加入少量的外加劑可以在不改變用水量和水泥用量的情況下，有效地改善混凝土拌合物的工作性，同時提高混凝土的強度和耐久性。環(huán)境因素影響新拌水泥混凝土和易性的環(huán)境因素包括：溫度、濕度和風速。環(huán)境溫度升高會使水泥水化速度加快、水分蒸發(fā)增加，導致拌合物坍落度減小。同樣，風速和濕度通過影響水分的蒸發(fā)速

12、度也會影響混凝土拌合物的流動性。圖4.7 混凝土拌合物坍落度與時間的關系時間因素混凝土拌合物在攪拌后，其坍落度隨時間的延長逐漸減小，稱為坍落度損失。如圖4.7所示?；炷涟韬衔锖鸵仔赃x擇新拌混凝土的和易性依據(jù)結(jié)構物斷面尺寸、鋼筋配置疏密、施工設備及工藝等來選擇。公路橋涵用混凝土拌合物的和易性表4.2公路橋涵用混凝土拌合物的坍落度項次結(jié)構種類坍落度（mm）1橋涵基礎、墩臺、擋土墻及大型制塊等便于灌注搗實的結(jié)構0202上列橋涵墩臺等工程中不便施工處10303普通配筋的鋼筋混凝土結(jié)構，如鋼筋混凝土板、梁、柱等30504鋼筋較密、斷面較小的鋼筋混凝土結(jié)構（梁、柱、墻等）50705鋼筋配置特密、斷面高而

13、狹小、極不便灌注搗實的特殊結(jié)構部位7090注：1.使用高頻振搗器時，其混凝土坍落度可適當減??；2.本表系不采用機械搗器的坍落度，采用人工搗器時可適當放大；3.曲面或斜面結(jié)構的混凝土，其坍落度應根據(jù)實際需要另行選定；4.需要配置大坍落度混凝土時，應摻和外加劑；5.輕集料混凝土的坍落度，應比表中數(shù)值小1020mm；道路混凝土拌合物的和易性對于滑模攤鋪機施工的碎石混凝土最佳工作坍落度為2550mm，允許波動范圍1065 mm；卵石混凝土最佳工作坍落度為2040 mm，允許波動范圍555 mm。4.2.2硬化后混凝土的力學性質(zhì)硬化后混凝土的力學性質(zhì)，主要包括強度和變形兩個方面。1強度按我國國家標準普通

14、混凝土力學性能試驗方法（GB/T 500812002）規(guī)定，混凝土的強度包括：立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、抗彎拉強度、劈裂抗拉強度。立方體抗壓強度（） （1-1）式中：混凝土抗壓強度，MPa； F 抗壓試驗中的極限破壞荷載，N； A 試件的承載面積,mm2?；炷亮⒎襟w抗壓強度通常被用于建筑工程的有關規(guī)范和質(zhì)量控制。立方體抗壓強度標準值 （1-2）式中：強度總體分布的平均值，MPa；強度總體分布的標準差，MPa；與保證率95%對應的保證率系數(shù)值；立方體抗壓強度標準值按數(shù)理統(tǒng)計方法確定，它是用標準試驗方法測定的抗壓強度總體分布中的一個值，強度低于該值的百分比不超過5%。強度等級混凝土的強度等級

15、是根據(jù)立方體抗壓強度標準值確定的。強度等級的表示方法用“C” 和“立方體抗壓強度標準值”兩項內(nèi)容來表示。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定普通水泥混凝土立方體抗壓強度標準值劃分為12個等級：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。軸心抗壓強度（） （1-3）式中：混凝土軸心抗壓強度，MPa； F 抗壓試驗中的極限破壞荷載，N； A 試件的承載面積,mm2。與立方體抗壓強度不同，軸心抗壓強度采用棱柱體作為標準試件進行軸心抗壓強度測定。大量試驗表明：立方體抗壓強度為1055MPa的范圍內(nèi)，軸心抗壓強度與立方體抗壓強度之比約為0.70.8?？箯澙瓘姸龋拐蹚姸?/p>

16、）（） （1-4）式中：混凝土抗彎拉強度，MPa； F 抗彎拉試驗中的極限破壞荷載，N； L 支座間距,mm。b 試件寬度,mm。h 試件高度,mm。 圖4.8混凝土抗折強度受力模式示意圖 圖4.9混凝土劈裂強度受力模式示意圖抗彎拉強度試驗采用標準方法制備成的梁形試件，在標準條件下養(yǎng)護28d后，按三分點加荷方式進行試驗，見圖4.8。劈裂抗拉強度（） （1-5）式中：混凝土劈裂抗拉強度，MPa； F 劈裂抗拉試驗中的極限破壞荷載，N； A 試件劈裂面面積,mm2。由于直接抗拉試驗時，試件在夾具附近易產(chǎn)生局部破壞且易受到彎折作用，導致試驗結(jié)果波動較大。因此，常采用劈裂抗拉試驗法間接求出混凝土的抗拉

17、強度。劈裂抗拉強度約為軸心抗壓強度的0.9倍，并與抗彎拉強度之間存在著式（1-6）所反映的關系。 （1-6）式中：混凝土劈裂抗拉強度，MPa；混凝土抗彎拉強度，MPa； A、m 試驗統(tǒng)計參數(shù)。2影響強度的主要因素分析混凝土受到外力作用產(chǎn)生破壞時，破裂面可能出現(xiàn)在三個位置，如圖4.10所示。a) b) c)圖4.10混凝土受力破壞模式圖a圖顯示混凝土的破壞發(fā)生在集料和水泥石的粘結(jié)面上，這是混凝土最常見的破壞形式；b圖顯示集料自身發(fā)生破裂，此類情況多發(fā)生在高強度混凝土中；c圖是水泥石發(fā)生破壞，這種情況在低強度水泥混凝土中并不多見。因此，普通水泥混凝土的強度主要取決于水泥石強度及其與集料的界面粘結(jié)強

18、度?；炷翉姸扔绊懸蛩貧w納如下：強度影響因素內(nèi)因外因水泥強度和水灰比水泥漿的用量集料養(yǎng)護條件齡期養(yǎng)護溫度養(yǎng)護濕度施工質(zhì)量混凝土組成材料的影響材料組成是混凝土形成強度的內(nèi)因，主要取決于水泥、水、砂、石及外加劑等的質(zhì)量和配合比。水泥的強度和水灰比水泥混凝土的強度主要取決于其內(nèi)部起膠結(jié)作用的水泥石的質(zhì)量，水泥石的質(zhì)量則取決于水泥的強度和水灰比。當試驗條件相同時，在相同水灰比條件下，水泥強度越高，則水泥石強度越高，從而使用其配制的混凝土強度也越高。在水泥強度相同的情況下，水灰比越小，水泥石的強度越高，與集料的粘結(jié)力越大，混凝土的強度越高?；炷?8d齡期抗壓強度與水灰比及水泥強度存在式(1-7)所示關

19、系；混凝土28d齡期抗彎拉強度與水灰比及水泥強度存在式(1-8)所示關系。 （1-7） （1-8）式中： C/W 混凝土的水灰比，%；、混凝土28d抗壓強度、抗彎拉強度，MPa；、水泥的實際抗壓強度、抗折強度，MPa；、統(tǒng)計公式的回歸系數(shù)，與集料品種有關。水泥漿的用量當水泥漿用量不足時，會使砂漿粘聚性變差，施工時易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，硬化后混凝土強度低，耐久性差，耐磨性差，易起粉，翻砂；集料間的水泥漿潤滑不夠，施工流動性差，混凝土難于密實成型。當水泥漿用量過多時，會使混凝土成本提高，混凝土硬化后收縮增大，易引起干縮裂縫。集料特性影響混凝土強度的集料特性包括：集料的強度、粒形及粒徑等。為提高混凝土強度

20、應優(yōu)選接近球形或立方形集料，使用針片狀顆粒含量較高的集料，不但影響施工還會增加混凝土的孔隙率，擴大混凝土中集料的表面積，導致混凝土強度降低。適當增大集料的粒徑也對提高混凝土強度有利，但粒徑過大會減小集料的表面積，使粘結(jié)強度降低，導致混凝土強度降低。較大集料也會限制水泥石的收縮從而產(chǎn)生較大的應力，使混凝土產(chǎn)生開裂后期強度降低。養(yǎng)護條件的影響對于給定的混凝土，水泥的水化速度與程度、水化產(chǎn)物結(jié)構特征都取決于養(yǎng)護的溫度和濕度條件。養(yǎng)護溫度圖4.11顯示混凝土在不同溫度水中養(yǎng)護時強度的發(fā)展規(guī)律，當養(yǎng)護溫度較高時，可以增大水泥初期水化速度，混凝土早期強度也高。早期養(yǎng)護溫度越高，混凝土后期強度增進率越小。

21、圖4.11混凝土強度與養(yǎng)護溫度的關系 圖4.12混凝土強度與養(yǎng)護濕度的關系 1-空氣養(yǎng)護；2-九個月后水中養(yǎng)護； 3-三個月后水中養(yǎng)護；4-標準濕度條件下養(yǎng)護 圖4.13混凝土強度隨時間的增長a)齡期為常數(shù)坐標 ；b)齡期為對數(shù)坐標養(yǎng)護濕度如圖4.12所示在空氣中養(yǎng)生的混凝土在所有齡期得到的強度值都較低，而在標準濕度養(yǎng)護下混凝土各齡期的強度值均較高。因此，在混凝土養(yǎng)護期間應維持一定的潮濕環(huán)境，以便產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物是混凝土密實度增加。特別是在夏季氣溫較高、水分蒸發(fā)較快時，更應注意混凝土的養(yǎng)護?；炷笼g期的影響如圖4.13所示，在標準養(yǎng)護條件下，混凝土的強度隨齡期的增長而提高，在最初的37d內(nèi)發(fā)

22、展較快，28d達到設計強度規(guī)定的數(shù)值，以后強度發(fā)展逐漸緩慢。在對數(shù)坐標下，混凝土的強度與其齡期的對數(shù)大致呈正比關系?？筛鶕?jù)混凝土的這種特性，由其早期強度推算后期強度，其表達式為式(1-9)。 （1-9）式中：n天齡期的混凝土抗壓強度，MPa；a天齡期的混凝土抗壓強度，MPa；試驗條件和施工質(zhì)量組成材料、制備條件及養(yǎng)護條件相同的混凝土試件，其力學強度還受試驗條件的影響。主要影響因素有：試件形狀與尺寸、試件濕度、試件溫度、支承條件和加載方式等?；炷两Y(jié)構物的施工質(zhì)量同樣會對混凝土的強度產(chǎn)生影響，其中包括：配料的準確性、攪拌的均勻性、振搗效果等。3變形混凝土的變形主要有：彈性變形、徐變變形、溫度變形

23、和干縮變形等四類。彈性變形混凝土的應力應變特征圖4.14混凝土的應力應變特征示意圖 彈性變形是指當荷載施加于材料時立即出現(xiàn)、荷載卸除后立即消失的變形。但水泥混凝土是一種多相復合材料，在較低的荷載水平下重復加載和卸載時，每一次卸載都會殘留部分殘余變形。它的應力應變關系曲線如圖4.14所示。當?shù)谝淮渭虞d卸載后，加載曲線OA，卸載曲線AC，殘余變形OC。經(jīng)四次循環(huán)后殘余變形總量為OC。彈性模量在混凝土應力應變曲線上，任一點的應力與應變的比值稱為混凝土在該應力下的彈性模量。如圖4.15所示，彈性模量分為三種：應力應變曲線原點的切線斜率為初始切線彈性模量Ei,即,初始切線彈性模量很難測定，在結(jié)構設計中基

24、本沒有應有價值。應力應變曲線上任意一點的切線斜率為切線彈性模量Et，即，它僅適用于很小的荷載范圍。圖4.15 混凝土彈性模量分類應力應變曲線上任意一點與原點連線的斜率為割線彈性模量Es，即，在混凝土工藝和混凝土結(jié)構設計中常采用規(guī)定條件下的割線彈性模量。彈性模量影響因素混凝土強度越高，彈性模量越大。骨料彈性模量越大，骨料與水泥的比例越大，混凝土彈性模量越大?；炷猎诔睗駹顟B(tài)的彈性模量較干燥狀態(tài)的大。混凝土后期彈性模量隨齡期的增長而增大。早期養(yǎng)護溫度較低的混凝土彈性模量較大。影響因素彈性模量影響因素歸納如下：徐變變形混凝土在持續(xù)荷載的作用下，隨時間增長的變形稱為徐變變形，也稱為蠕變?；炷恋男熳冏?/p>

25、形在早期增長很快，然后逐漸減慢，一般要23年才可能基本趨于穩(wěn)定。如果所承受的持續(xù)荷載較大，可能會導致混凝土結(jié)構破壞。所以在結(jié)構設計時必須考慮徐變的影響，否則，可能會導致對整個結(jié)構變形的嚴重估計不足。溫度變形混凝土因熱脹冷縮性質(zhì)產(chǎn)生的變形稱為溫度變形。溫度變形對大體積混凝土工程和在溫差較大季節(jié)施工的混凝土結(jié)構極為不利。為減小溫度變形對混凝土性能的不利影響，在縱長的混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構物中，每隔一段長度，設置溫度伸縮縫，在結(jié)構物中設置溫度鋼筋。在大體積混凝土或鋼筋混凝土中，應設法降低混凝土的發(fā)熱量，如采用低熱水泥、人工降溫以及對表面混凝土加強保濕、保溫等措施。干縮變形混凝土處于干燥環(huán)境中時，混凝

26、土內(nèi)部的水分蒸發(fā)而引起的混凝土體積收縮，稱為干燥收縮簡稱干縮。混凝土的干縮變形進行得很慢而且是由表面向內(nèi)部逐漸進行，因此會產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小，導致混凝土表面受到拉力作用，易在混凝土表面將產(chǎn)生裂縫。此外，在混凝土干縮過程中，集料并不產(chǎn)生收縮，因而在集料與水泥石界面上產(chǎn)生微裂縫，對混凝土的強度及耐久性產(chǎn)生不利影響，尤其是對大體積混凝土工程危害更大。4.2.3耐久性混凝土的耐久性是指混凝土在使用過程中，抵抗周圍環(huán)境介質(zhì)作用保持其質(zhì)量和使用質(zhì)量的能力。1.混凝土的抗凍性混凝土的抗凍性即指混凝土抵抗凍融循環(huán)破壞作用的能力，它是決定混凝土耐久性的主要因素?；炷恋目箖鲂砸话阋钥箖鰳颂杹肀硎?。抗凍標

27、號是以齡期28d的標準試件吸水飽和后，在-15-20至1520的溫度條件下反復凍融循環(huán)，以滿足抗壓強度下降不超過25%,質(zhì)量損失不超過5%時所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來確定。混凝土的抗凍性也可以按照同時滿足相對動彈性模量值不小于60%和質(zhì)量損失不超過5%時所能承受的最大循環(huán)次數(shù)來確定?；炷量箖鰳颂栍蠨10、D15、D25、D50、D100、D150、D200、D250和D300、共九個等級，分別表示混凝土能夠承受反復凍融循環(huán)次數(shù)為10、15、25、50、100、150、200、250和300次。2.混凝土的抗?jié)B性混凝土對液體或氣體滲透的抵抗能力稱為混凝土的抗?jié)B性?；炷恋目?jié)B性以抗?jié)B標號來表

28、示。采用標準養(yǎng)護28d的標準試件，依規(guī)定的方法進行試驗，按混凝土所能承受的最大水壓力，將混凝土的抗?jié)B標號分為六個等級：S2、S4、S6、S8、S10和S12，分別表示混凝土能抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa和1.2MPa的水壓力而不滲水。通常，為縮短試驗時間，簡化試驗過程也可采用氯離子滲透法來測試混凝土的抗?jié)B性能。綜上所述，混凝土的抗凍性和抗?jié)B性均與混凝土密實程度，即孔隙總量及孔隙結(jié)構特征有關。因此可以采取有效措施改善混凝土的孔隙結(jié)構，減少混凝土內(nèi)部的毛細管通道，以提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。3.耐磨性耐磨性是指混凝土抵抗表層磨擦損傷的能力。因此，耐磨性

29、是道路和橋梁用混凝土結(jié)構的重要性能之一?；炷聊湍バ栽u價，以試件磨損面上單位面積的磨損量作為評定混凝土耐磨性的相對指標。按現(xiàn)行試驗方法（JTE E302005），是以邊長150mm的立方體試件，養(yǎng)生至27天齡期，在60溫度下烘干恒重，然后在帶有花輪磨頭的混凝土磨耗試驗機上，在200N負荷下磨削50轉(zhuǎn)，按下式(1-10)計算磨損量： （1-10）式中：單位面積的磨損量，kg/m2；試件的初始質(zhì)量，kg； 試件磨損后的質(zhì)量,kg。0.0125試件磨損面積,m2?；炷恋哪湍バ耘c其強度等級有密切關系，同時也與水泥品種、集料硬度有關，細集料對路面混凝土的耐磨性有較大影響。欲提高混凝土抗磨損能力，應提高

30、混凝土的斷裂韌性，降低脆性，減少原生缺陷，提高硬度及降低彈性模量。4.混凝土中的堿集料反應混凝土中所含水泥中的堿與某些堿活性集料在有水存在的條件下發(fā)生化學反應，可引起混凝土產(chǎn)生膨脹、開裂甚至破壞，這種化學反應稱為堿集料反應(簡稱ARR)。堿集料反應必須具備三個條件：混凝土中的集料具有堿活性；混凝土中含有一定量的可溶性堿；有一定濕度。根據(jù)集料中活性物質(zhì)類型，可將堿集料反應分為兩種類型：堿硅反應（ASR）：堿與集料中活性二氧化硅反應；堿碳酸鹽反應（ACR）：堿與集料中活性碳酸鹽反應。（2）堿活性檢驗為避免堿集料反應的發(fā)生，應進行堿活性檢驗。采用巖相法判斷集料中是否存在與堿發(fā)生反應的活性成分。若集料

31、中含有活性二氧化硅，應采用化學法和砂漿長度法進行檢驗；若含有活性碳酸鹽的集料，應使用巖石柱法進行檢驗,具體流程如下： 具有堿活性的集料可溶性堿水分堿集料反應堿硅反應堿碳酸鹽反應：巖石柱法巖相法化學法砂漿長度法引 起檢 驗4.3普通水泥混凝土組成設計混凝土配合比設計就是根據(jù)原材料的性能和對混凝土的技術要求，通過計算和試配凋整，確定出滿足工程技術經(jīng)濟指標的混凝土各組成材料的用量。其中，對混凝土的技術要求包括：與施工條件相適應的和易性，硬化后應滿足設計強度等級和耐久性等。4.3.1原材料的技術要求水泥品種和強度水泥是混凝土的使用性能和工程經(jīng)濟性很大程度上取決于水泥的質(zhì)量和用量。在滿足工程要求的前提下

32、，應選用價格較低的水泥品種，以節(jié)約工程造價。選用水泥強度時，應以能使所配的混凝土強度達到要求、收縮小、和易性好和節(jié)約水泥為原則。如果用高標號水泥配制低強度等級的混凝土，就會造成水泥的浪費，此時可以考慮摻加一定數(shù)量的摻合料。用低標號水泥配制高強度等級混凝土，會加大水泥用量造成浪費，同時影響混凝土的其它技術性質(zhì)。粗集料選擇粗集料時要保證其具有穩(wěn)定的物理性能和化學性能，不與水泥發(fā)生有害反應。強度和堅固性為保證混凝土的強度要求，粗集科必須具有足夠的強度。碎石和卵石的強度采用巖石立方體抗壓強度和壓碎指標兩種方式表示。國標建筑用碎石、卵石（GB/T 146852001）將粗集料分為、類，不同強度等級混凝土

33、對粗集料技術等級的選擇見表4.3。表4.3 混凝土強度等級與碎石、卵石技術等級的關系（GB/T 146852001）混凝土的強度等級C60C30C60C30卵石、碎石的技術等級級級級為保證混凝土的耐久性，用作混凝土的粗集料應具有足夠的堅固性，以抵抗凍融和自然因素的風化作用。當混凝土結(jié)構物處于表4. 4所列條件時，應對碎石或卵石進行堅固性試驗，采用硫酸鈉溶液法檢驗，試樣5次循環(huán)后，其質(zhì)量損失應符合表中規(guī)定。表4.4碎石和卵石堅固性試驗項次混凝土所處環(huán)境在溶液中循環(huán)次數(shù)試驗后質(zhì)量損失不宜大于（%）1寒冷地區(qū)，經(jīng)常處于干濕交替狀態(tài)552嚴寒地區(qū)，經(jīng)常處于干濕交替狀態(tài)533混凝土處于干燥條件，但粗集料

34、風化成軟弱顆粒過多時5124混凝土處于干燥條件，但有抗疲勞、耐磨、抗沖擊要求高或標號大于40號55有害雜質(zhì)粗集科中常含一些有害雜質(zhì)，如粘土、淤泥、硫酸鹽及硫化物和有機物等。它們粘附在集料表面，妨礙水泥與集料粘結(jié)，降低混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，硫酸鹽、硫化物、有機物等對水泥也有侵蝕作用。依國標（GB/T 146852001）的規(guī)定，粗集料中含泥量、有機物含量、硫化物及硫酸鹽含量等不得大于相應等級的技術要求，并應對混凝土所用的碎石或礫石進行堿活性檢驗。最大粒徑及顆粒形狀與級配 粗集料最大粒徑應根據(jù)混凝土結(jié)構的具體情況及施工方法選取。粗集料的粒徑增大能夠節(jié)約水泥，但最大粒徑不得超過結(jié)構截面最小尺寸的1

35、/4和鋼筋間最小凈距的3/4；在二層或多層密布鋼筋結(jié)構中，不得超過鋼筋最小凈距的1/2；在混凝土實心板中，不宜超過板厚的1/3，且不得超過40mm。同時，集料中針、片狀顆粒不宜過多，以防止降低混凝土的強度。粗集料應具有良好的顆粒級配，以減少空隙率，增強密實性，從而可以節(jié)約水泥，保證混凝土拌合物的和易性及混凝土的強度。粗集料的顆粒級配，可采用連續(xù)級配或連續(xù)級配與單粒級配合使用。在特殊情況下，需要采用單一的單粒級集料配制混凝土時，則應作技術經(jīng)濟分析，并通過試驗證明無離折現(xiàn)象或影響混凝土的質(zhì)量。混凝土中碎石或礫石顆粒應符合表4.5的規(guī)定。表4.5 碎石或卵石的顆粒級配規(guī)定(GB/T 14685200

36、1)級配類型公稱粒徑（mm）下列篩孔（mm）上的累計篩余（%）2.364.759.516.019.026.531.537.553.063.075.090連續(xù)級配5109510080100015051695100851003060010052095100901004080010052595100901003070050531.59510090100709015450505409510070903065050單粒徑102095100851000151631.59510085100010020409510080100010031.56395100751004575010040809510070100

37、30600100細集料配制混凝土所用的細集料應為級配良好、質(zhì)地堅硬、顆粒潔凈的河砂或海砂。若受施工條件限制缺少河砂或海砂資源時，也可使用符合要求的山砂或機制砂。壓碎值和堅固性混凝土用細集料同樣應具有一定的強度和堅固性?；炷林袕姸鹊燃壟c細集料技術等級的關系見表4.6。表4.6混凝土強度等級與細集料技術等級的關系混凝土的強度等級C60C30C60C30細集料的技術等級級級級級配與細度模數(shù)細集料的級配應符合表4.7中的規(guī)定。區(qū)是由中砂和部分偏粗的細砂組成，配制混凝土時應優(yōu)先選擇該類型的級配；區(qū)為粗砂，采用區(qū)的級配配制混凝土時，應提高砂率，并保持足夠的水泥用量，否則會增大混凝土拌合物的內(nèi)摩擦力，使保

38、水性變差且不易搗實成型；區(qū)砂由細砂和部分偏細的中砂組成，若配制混凝土采用區(qū)砂應適當降低混凝土的砂率以保證混凝土強度。表4.7 細集料級配范圍(GB/T 146852001)級配分區(qū)在下列篩孔（mm）上的累計篩余（%）0.150.300.601.182.364.759.5粗砂區(qū)90100(85100)8595718535655350100中砂區(qū)90100(80100)7092417010500250100細砂區(qū)90100 (75100)558516400250150100注：括號中的數(shù)據(jù)為人工砂可放寬的范圍；砂的實際顆粒級配除了在4.75mm和0.60mm篩檔外，其余各檔可以略有超出表中所列數(shù)據(jù)

39、，但超出總量應小于5%。拌合用水混凝土拌合用水包括：飲用水、潔凈的天然水、地下水、海水及經(jīng)適當處理后的工業(yè)廢水。選用時應根據(jù)有害物雜含量和對混凝土物理力學性質(zhì)的影響進行區(qū)分?；炷涟韬嫌盟畱媳?.8的規(guī)定。表4.8混凝土拌合用水質(zhì)量要求項目預應力混凝土鋼筋混凝土素混凝土pH值 444不溶物（mg/L） 200020005000可容物（mg/L） 2000500010000氯化物（）（mg/L）50012003500硫酸鹽（）（mg/L）60027002700硫化物（）（mg/L） 100注：使用鋼絲或經(jīng)熱處理鋼筋的預應力混凝土氯化物的含量不得超過350mg/L。外加劑和摻合料外加劑是能按照

40、一定要求改變混凝土某些性能的物質(zhì)，一般在混凝土拌合前或拌合過程中加入，且摻量不超過水泥質(zhì)量的5%，如減水劑、引氣劑等。摻合料能改善混凝土的施工和易性、降低混凝土水化熱、調(diào)解凝結(jié)時間等。常見的混凝土用摻合料包括：粉煤灰、?；郀t礦渣粉、沸石粉、硅粉及復合型摻合料等。4.3.2普通混凝土組成設計混凝土配合比設計就是根據(jù)原材料的性能和對混凝土的技術要求，通過計算和試配凋整，確定出混凝土中各組成材料的質(zhì)量或體積之間的比例關系?；炷恋呐浜媳瓤刹捎萌缦聝煞N表示方法，混凝土組成設計流程見圖4.16。 以一方混凝土中各材料的質(zhì)量表示：水泥 330kg，水 185 kg，砂 598 kg，石子1281kg 以

41、水泥質(zhì)量為1表示其它材料的相對關系：水泥：砂：石子=1：1.81：3.88，水灰比=0.56初步配合比基準合比設計配合比施工配合比確定組成材料比例調(diào)整施工和易性復核強度及其它要求施工現(xiàn)場調(diào)整含水量圖4.16 混凝土組成設計流程圖配合比設計指標進行普通混凝土配合比設計時，主要考慮混凝土拌合物的施工和易性、硬化混凝土的強度和耐久性?；炷潦┕ず鸵仔赃x擇坍落度是反映新拌混凝土施工和易性最常用的方法。普通混凝土的坍落度應根據(jù)構件截面尺寸大小、鋼筋疏密和施工方式來確定。如表4.9所示。表4.9 混凝土澆筑時的坍落度要求結(jié)構種類坍落度（mm）基礎或地面等的墊層、無配筋的大體積結(jié)構（擋土墻、基礎等）或配筋稀

42、的結(jié)構1030板、梁和大型及中型截面的柱子等3050配筋密列的結(jié)構（薄璧、斗倉、簡倉、細柱等）5070配筋特密的結(jié)構7090注：.本表為機械振搗時的坍落度，當采用人工搗實混凝土時其值可適當增大；.當需要配制大坍落度混凝土時，應摻用外加劑；.曲面或傾斜結(jié)構混凝土的坍落度應根據(jù)實際需要另行選定；.泵送混凝土的坍落度宜為80180mm；混凝土配制強度在實際施工過程中，原材料的質(zhì)量和施工條件可能會產(chǎn)生波動，造成混凝土強度波動。因此，必須使混凝土的配制強度大于設計強度要求的強度等級，以使混凝土的強度保證率能滿足國家標準的要求。混凝土配制強度按式(1-11)計算： （1-11）式中：混凝土配制強度，MPa

43、；混凝土設計強度等級，MPa；混凝土強度標準差，MPa；混凝土強度標準差可根據(jù)近期同類混凝土強度資料求得，若無歷史統(tǒng)計資料，標準差可按下表4.10選取。表4.10 標準差值表強度等級C20C20C35C35強度標準差取值（MPa）3.05.06.0混凝土耐久性為滿足耐久性要求，普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ 552000）中對設計強度C15的混凝土配合比中的最大水灰比和最小水泥用量做出了規(guī)定，見表4.11。表4.11 混凝土最大水灰比和最小水泥用量環(huán)境條件結(jié)構物類別最大水灰比最小水泥用量（kg/cm3）素混凝土鋼筋混凝土預應力混凝土素混凝土鋼筋混凝土預應力混凝土干燥環(huán)境正常的居住或辦公用房屋

44、內(nèi)部件不作規(guī)定0.650.60200260300潮濕環(huán)境無凍害高濕度的室內(nèi)、室外部件；在非侵蝕性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有凍害經(jīng)受凍害的室外部件；在非侵蝕性土和（或）水中且受凍害的部件；高濕度且經(jīng)受凍害的室內(nèi)部件0.550.550.55250280300有凍害和除冰劑的潮濕環(huán)境經(jīng)受凍害和除冰劑作用的室內(nèi)和室外部件0.500.500.50300300300注：當用活性摻合料取代部分水泥時，表中的最大水灰比以及最小水泥用量即為替代前的水灰比和水泥用量。初步配合比設計步驟計算混凝土的配制強度計算水灰比（W/C）并校核普通混凝土的水灰比由經(jīng)驗公式(1-12)計算，

45、為保證混凝土的耐久性，水灰比計算值不得超過表4.11中所規(guī)定的最大水灰比值。 (1-12)式中：混凝土配制強度，MPa；水泥28d抗壓強度實測值，MPa；、回歸系數(shù)，應根據(jù)工程所使用的水泥、集料通過試驗確定，當無試驗統(tǒng)計資料時，可按表4.12進行選取。表4.12 回歸系數(shù)、選用表（JGJ/T 552000） 集料品種回歸系數(shù)碎石卵石集料品種回歸系數(shù)碎石卵石0.460.480.070.33選定用水量單位用水量取決于集料特性以及混凝土拌合物施工和易性的要求，按以下方法選用。對于干硬性和塑性混凝土來說，當水灰比在0.40.8范圍時，應根據(jù)集料的品種、最大粒徑及施工要求選定混凝土拌合物的流動性。表4.

46、13中單位用水量為采用中砂時的平均取值，當采用細砂時，用水量可增加510kg/m3；當采用粗砂時，則可減少510kg/m3。 表4.13 混凝土單位用水量選用表（kg/m3）(JGJ/T 552000)拌合物流動性卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項目范圍102031.540162031.540VB稠度（s）16201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165坍落度（mm）1030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801

47、702202051951857590215195185175230215205195對于流動性和大流動性混凝土來說，未摻加外加劑時，以表4.13中坍落度90mm的用水量為基礎，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg/m3的原則計算混凝土的用水量。當摻加外加劑時，混凝土用水量按式(1-13)計算。 （1-13）式中：摻加外加劑混凝土的單位用水量，kg/m3；未摻加外加劑混凝土的單位用水量，kg/m3；外加劑的減水率，%，經(jīng)試驗確定。確定砂率坍落度在1060mm范圍內(nèi)的混凝土，其砂率可根據(jù)集料品種、最大粒徑及水灰比按表4.14選取。表4.14混凝土砂率選用表（%）(JGJ/T 552000)水灰比

48、W/C卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）1020401620400.402632253124303035293427320.503035293428333338323730350.603338323731363641354033380.70364135403439394438433641注：表中數(shù)值系中砂的選用砂率，對細砂或粗砂，可相應地減少或增加砂率；當只有一個單粒級的粗集料配制混凝土時，砂率值應適當增加；對薄壁混凝土構件砂率應取偏大數(shù)值。坍落度大于60mm的混凝土應在表4.14的基礎上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以調(diào)整。坍落度小于10mm的混凝土及使用外加劑或摻合料

49、的混凝土應經(jīng)試驗確定砂率。計算并校核單位水泥用量根據(jù)水灰比W/C和單位用水量依式(1-14)計算單位水泥用量。為保證混凝土的耐久性，水泥用量計算值不得小于表4.11中規(guī)定的最小水泥用量。 （1-14）計算細集料用量和粗集料用量可采用體積法和密度法在采用體積法時，認為混凝土拌合物總體積等于水泥、砂、石和水四種材料絕對體積與空隙體積之和，即方程組(1-15)所表示的關系。 （1-15）式中：混凝土中的單位水泥用量，kg/m3；混凝土中的單位粗集料用量，kg/m3；混凝土中的單位細集料用量，kg/m3；混凝土中的單位用水量，kg/m3；砂率，%；水泥密度，kg/m3；粗集料的表觀密度，kg/m3；細集料的表觀密度，kg/m3；水的密度，kg/m3，可取1000 kg/m3；混凝土的含氣量百分數(shù)，在不使用引氣型外加劑時，可取為1。采用密度法時，先假定一個適宜的混凝土表觀密度值，混凝土各組成材料之和即為混凝土的表觀密度，如方程組(1-16)所示的關系。 （1-16）式中：、符