《土木工程材料》第四章.ppt

土木工程材料教案土木工程材料教案第四章第四章土木工程系孙凌4 水泥混凝土水泥混凝土n n混凝土概述混凝土概述混凝土概述混凝土概述n n普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料n n新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性n n硬化后混凝土强度硬化后混凝土强度硬化后混凝土强度硬化后混凝土强度n n硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性n n硬化混凝土的变形硬化混凝土的变形硬化混凝土的变形硬化混凝土的变形n n普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计主要内容：概述主要内容：概述 组成混凝土各组成材料的技术要求组成混凝土各组成材料的技术要求重点内容：组成混凝土各组成材料的技术要求重点内容：组成混凝土各组成材料的技术要求难难 点：级配的影响点：级配的影响要要 求：了解混凝土各组成材料的技术要求求：了解混凝土各组成材料的技术要求 掌握材料本身性能的好坏对混凝土的影响掌握材料本身性能的好坏对混凝土的影响 及技术指标要求及技术指标要求 参考资料：土木工程材料陈志源参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙道路建筑材料孙 凌凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程公路工程水泥和水泥混凝土试验规程n n 道路建筑材料集中训练试验补充教材道路建筑材料集中训练试验补充教材4 水泥混凝土水泥混凝土n n混凝土概述n n定义：以水泥和水组成的水泥浆为粘结介质，将分散其中的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为水泥混凝土。分类分类：按胶结材料分类：按胶结材料分类：水泥混凝土水泥混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物混凝土按密度分类：按密度分类：轻混凝土、轻混凝土、普通混凝土普通混凝土、重混凝土、重混凝土按强度分类：按强度分类：低强度混凝土、低强度混凝土、中强度混凝土中强度混凝土、高强度混凝土、高强度混凝土按按施施工工工工艺艺分分类类：泵泵送送混混凝凝土土、喷喷射射混混凝凝土土、真真空空脱脱水水混混凝凝土土、碾碾压压混混凝凝土土、压压力力灌灌浆浆混混凝凝土土、（预预填填骨骨料料混混凝凝土土）等等按按用用途途分分类类：防防水水混混凝凝土土、放放射射线线混混凝凝土土、耐耐酸酸混混凝凝土土、装装饰饰混混凝凝土土、耐耐火火混混凝凝土土、补补偿偿收收缩缩混混凝凝土土、水水下下浇浇筑筑混混凝土等凝土等R 普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料水泥水泥1 1水泥品种的选择水泥品种的选择2 2水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择 倍倍骨料骨料细骨料细骨料细骨料细骨料1.1.级配和细度模数级配和细度模数 为控制粒级为控制粒级2.2.有害杂质含量有害杂质含量3.3.细集料含水率和湿涨细集料含水率和湿涨 粗骨料粗骨料粗骨料粗骨料1.1.强度强度通常以压碎值指标控制通常以压碎值指标控制2.2.坚固性坚固性3.3.级配级配4.4.最大粒径的选择最大粒径的选择5.5.表面特征和形状表面特征和形状针状颗粒针状颗粒片状颗粒片状颗粒6.6.含泥量及泥块含量含泥量及泥块含量7.7.有害杂质含量有害杂质含量8.8.碱活性检验碱活性检验水水外加剂外加剂混混凝凝土土外外加加剂剂是是指指在在拌拌制制混混凝凝土土过过程程中中掺掺入入的的用用以以改改善善混混凝凝土土性性能能的的物物质质，其其掺掺量量一一般般不不大大与与水水泥泥重重量量的的5 5（特特殊殊情情况况除除外外）。常用的外加剂有：常用的外加剂有：减减减减水水水水剂剂剂剂在在混混凝凝土土拌拌合合物物坍坍落落度度基基本本相相同同的的条条件件下下，能能减减少少拌和用水量的外加剂。拌和用水量的外加剂。引引引引气气气气剂剂剂剂在在搅搅拌拌混混凝凝土土过过程程中中能能引引入入大大量量均均匀匀分分布布、稳稳定定而而封闭的微小气泡的外加剂。封闭的微小气泡的外加剂。早强剂早强剂早强剂早强剂能加速混凝土早期强度发展的外加剂。能加速混凝土早期强度发展的外加剂。缓缓缓缓凝凝凝凝剂剂剂剂能能延延缓缓混混凝凝土土凝凝结结时时间间，而而不不显显著著影影响响混混凝凝土土后后期期强度的外加剂。强度的外加剂。n n 思考题：减水剂对混凝土主要有哪些技术经济效益？R 主要内容：水泥混凝土的技术性质主要内容：水泥混凝土的技术性质 新拌混凝土的工作性新拌混凝土的工作性 硬化后混凝土的力学性质硬化后混凝土的力学性质重点内容：新拌混凝土工作性测定方法，影响因素重点内容：新拌混凝土工作性测定方法，影响因素 混凝土强度标准值，强度等级混凝土强度标准值，强度等级难难 点：混凝土强度标准值，强度等级点：混凝土强度标准值，强度等级要要 求：掌握塑性混凝土工作性的测定方法求：掌握塑性混凝土工作性的测定方法坍落度坍落度 了解干硬性混凝土工作性测定方法了解干硬性混凝土工作性测定方法维勃稠度维勃稠度 掌握水灰比、砂率对混凝土工作性的影响掌握水灰比、砂率对混凝土工作性的影响 了解其他影响因素了解其他影响因素 掌握混凝土强度标准值的概念，掌握混凝土强度标准值的概念，会确定强度等级会确定强度等级参考资料：土木工程材料陈志源参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙道路建筑材料孙 凌凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材道路建筑材料集中训练试验补充教材n n新拌混凝土的和易性优质的混凝土应具备三方面性质n n良好的工作性（和易性）良好的工作性（和易性）n n硬化后足够的力学性质硬化后足够的力学性质n n必要的耐久性必要的耐久性和易性的概念和易性的概念n n新新拌拌混混凝凝土土是是指指将将水水泥泥、砂砂、石石和和水水拌拌合合的的尚尚未未凝凝固固时时的的拌拌合物。合物。n n和易性的含义和易性的含义1 1）流流动动性性 指指新新拌拌混混凝凝土土在在自自重重及及施施工工振振捣捣的的作作用用下下，能能够够流流满满模模型型、包包围围钢钢筋筋的的能能力力。（满满足足运运输输和和浇浇捣捣要要求求的的流流动性）动性）2 2）粘粘聚聚性性 混混凝凝土土拌拌合合物物在在施施工工过过程程中中，其其组组成成材材料料之之间间有一定的粘聚力，不致发生分层和离析的现象。有一定的粘聚力，不致发生分层和离析的现象。3 3）保保水水性性 混混凝凝土土拌拌合合物物在在施施工工过过程程中中，具具有有一一定定的的保保水水能力，不致产生严重的泌水现象。能力，不致产生严重的泌水现象。测定方法测定方法 坍落度坍落度坍落度坍落度（适合于塑性混凝土）（适合于塑性混凝土）将将新新拌拌混混凝凝土土按按标标准准操操作作方方法法装装入入标标准准坍坍落落度度筒筒内内，装装满满刮刮平平后后，将将筒筒垂垂直直提提起起，混混凝凝土土料料柱柱将将产产生生一一定定程程度度的的坍坍落落，坍落的高度（坍落的高度（h h）就是坍落度。）就是坍落度。评定：评定：评定：评定：h h 越大，流动性越好；越大，流动性越好；用用小小棒棒轻轻轻轻敲敲击击混混凝凝土土料料柱柱一一侧侧，混混凝凝土土料料柱柱均均匀匀下落，粘聚性合格；下落，粘聚性合格；混凝土料柱低部水分分泌少，保水性合格。混凝土料柱低部水分分泌少，保水性合格。维勃稠度维勃稠度维勃稠度维勃稠度（干硬性混凝土）（干硬性混凝土）TT影响新拌混凝土工作性的因素影响新拌混凝土工作性的因素内因内因1 1）组成材料质量及其用量的影响）组成材料质量及其用量的影响（1 1）水泥特性的影响）水泥特性的影响普普通通水水泥泥的的混混凝凝土土拌拌和和物物比比矿矿渣渣水水泥泥和和火火山山灰灰水水泥泥的的工工作作性性好好矿矿渣渣水水泥泥的的混混凝凝土土拌拌和和物物流流动动性性大大，但但粘粘聚聚性性差差，易泌水离析火山灰水泥流动性小，但粘聚性好易泌水离析火山灰水泥流动性小，但粘聚性好（2 2）集料特性的影响）集料特性的影响碎石碎石 表面粗糙，有棱角，工作性差，强度高表面粗糙，有棱角，工作性差，强度高卵石卵石 表面光滑，工作性好，强度低表面光滑，工作性好，强度低（3 3）集浆比的影响）集浆比的影响集浆比集浆比集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比。集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比。单单位位体体积积的的混混凝凝土土拌拌和和物物中中，如如水水灰灰比比保保持持不不变变，水水泥泥浆浆数数量量越越多多，拌拌和和物物的的流流动动性性越越大大；水水泥泥浆浆数数量量过过多多，则则集集料料的的含含量量相对减少，达一定将会出现流浆现象。相对减少，达一定将会出现流浆现象。根根据据具具体体情情况况决决定定，在在满满足足工工作作性性要要求求的的前前提提下下，同同时时考考虑虑强强度和耐久性要求，尽量采用较大的集浆比，以节约水泥用量。度和耐久性要求，尽量采用较大的集浆比，以节约水泥用量。（4 4）水灰比的影响）水灰比的影响 在在单单位位混混凝凝土土拌拌和和物物中中，集集浆浆比比确确定定后后，即即水水泥泥浆浆的的用用量量为一固定值时，水灰比决定水泥浆的稠度。为一固定值时，水灰比决定水泥浆的稠度。（5 5）砂率的影响）砂率的影响 合合理理砂砂率率用用水水量量和和水水泥泥用用量量一一定定的的情情况况下下，能能使使混混凝凝土土拌拌和和物物获获得得最最大大流流动动性性，且且能能保保持持粘粘聚聚性性和和保保水水性性能能良良好好的的砂率。砂率。（6 6）外加剂）外加剂2 2）环境条件的影响）环境条件的影响 温度、湿度和风速温度、湿度和风速 3 3）时间的影响）时间的影响 改善新拌混凝土工作性的主要措施改善新拌混凝土工作性的主要措施（1 1）调节材料组成）调节材料组成（2 2）掺加各种外加剂）掺加各种外加剂（3 3）提高振捣机械的效能）提高振捣机械的效能 新拌混凝土工作性的选择新拌混凝土工作性的选择1 1）公路桥涵用混凝土拌和物的工作性选择。）公路桥涵用混凝土拌和物的工作性选择。P76 P76表表3-23-22 2）道路混凝土拌和物的工作性选择）道路混凝土拌和物的工作性选择 坍坍落落度度宜宜为为101025mm25mm，坍坍落落度度小小于于10mm10mm时时，采采用用维勃稠度时间宜为维勃稠度时间宜为101030s30s。R 硬化后混凝土强度硬化后混凝土强度1.1.混凝土的抗压强度标准值和强度等级混凝土的抗压强度标准值和强度等级（1 1）立方体抗压强度（）立方体抗压强度（）（2 2）立方体抗压强度标准值（）立方体抗压强度标准值（）按按照照标标准准方方法法制制作作和和养养护护的的边边长长为为150mm150mm的的立立方方体体试试件件，在在28d28d龄龄期期，用用标标准准试试验验方方法法测测定定的的具具有有9595保保证证率率的的抗抗压压强强度度（用用标标准准试试验验方方法法测测定定的的抗抗压压强强度度总总体体分分布布中中的的一一个个值值，强强度低于该值的百分率不超过度低于该值的百分率不超过5 5），以），以MpaMpa计。计。（3 3）强度等级）强度等级 ，C10C10，C15C15，C20C20，C25C25，C30C30，C35C35，C40C40，C45C45，C50C50，C55C60C55C60共共1212个等级个等级 4.4.1 2.4.4.1 2.抗折强度抗折强度道路用混凝土以抗折强度为主要强度指标道路用混凝土以抗折强度为主要强度指标 151555 1515554.4.1 3.4.4.1 3.轴心抗压强度轴心抗压强度 接近结构中的承压状态接近结构中的承压状态 151530 1515304.4.1 4.4.4.1 4.劈列抗拉强度劈列抗拉强度 151515 151515思考题：n n1.如何评定新拌混凝土工作性的好坏n n2.施工中如何选择工作性n n3.详述砂率对新拌混凝土工作性的影响，明确合理砂率的含义n n4.掌握抗压强度标准值主要内容：影响混凝土强度的因素主要内容：影响混凝土强度的因素 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 混凝土的变形混凝土的变形重点内容：影响混凝土强度的因素重点内容：影响混凝土强度的因素 提高混凝土强度的措施提高混凝土强度的措施难难 点：影响混凝土强度的因素点：影响混凝土强度的因素要要 求：掌握影响混凝土强度的因素，求：掌握影响混凝土强度的因素，会用经验公式推导混凝土的强度；会用经验公式推导混凝土的强度；掌握提高混凝土强度的措施；掌握提高混凝土强度的措施；了解混凝土的耐久性；了解混凝土的耐久性；了解混凝土的变形了解混凝土的变形 参考资料：参考资料：土木工程材料陈志源土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙道路建筑材料孙 凌凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材道路建筑材料集中训练试验补充教材 混凝土实用手册龚落书混凝土实用手册龚落书 道路建筑材料张南鹭道路建筑材料张南鹭影响硬化后混凝土强度的因素影响硬化后混凝土强度的因素1 1组成材料对混凝土强度的影响组成材料对混凝土强度的影响（1 1）水灰比和水泥强度）水灰比和水泥强度 =（）（）利用此公式可解决两个问题：利用此公式可解决两个问题：已知：已知：，W/CW/C cece，cucu，2828W/CW/C（2 2）集料特性）集料特性（3 3）集浆比）集浆比 2 2养护条件对混凝土强度的影响养护条件对混凝土强度的影响 温度：一定湿度条件下，温度越高，强度发展越快；温度：一定湿度条件下，温度越高，强度发展越快；湿湿度度：一一定定湿湿度度条条件件下下，混混凝凝土土强强度度随随龄龄期期按按对对数数增长；增长；龄期：一定条件下，混凝土强度随龄期增长而提高龄期：一定条件下，混凝土强度随龄期增长而提高单龄期强度推算公式单龄期强度推算公式 cucu，n n=cucu，a a（lgn/lgalgn/lga）3试验条件对混凝土强度的影响4提高混凝土强度的措施1 1）选用高强度水泥和早强型水泥）选用高强度水泥和早强型水泥2 2）采用低水灰比和浆集比）采用低水灰比和浆集比3 3）掺加混凝土外加剂和掺和料）掺加混凝土外加剂和掺和料4 4）采用湿热处理）采用湿热处理5 5）采用机械搅拌和振捣）采用机械搅拌和振捣R 硬化混凝土的耐久性混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性混凝土的抗蚀性混凝土的抗蚀性混凝土的碳化混凝土的碳化混凝土的碱混凝土的碱-骨料反应骨料反应 组成设计和施工中从“最大水灰比”和“最小水泥用量”控制R 硬化混凝土的变形化学减缩 混凝土的这一体积收缩变形是不能恢复的。混凝土的这一体积收缩变形是不能恢复的。化学收缩率很小，在限制应力下不会对结构化学收缩率很小，在限制应力下不会对结构物产生破坏作用，但其收缩过程中在混凝土内部物产生破坏作用，但其收缩过程中在混凝土内部还是会产生微细裂缝，这些微细裂缝可能会影响还是会产生微细裂缝，这些微细裂缝可能会影响到混凝土的受载性能和耐久性能。到混凝土的受载性能和耐久性能。温度变形温度变形混凝土的温度变形表现为热胀冷缩。混凝土的温度变形表现为热胀冷缩。为为了了减减少少大大体体及及混混凝凝土土体体积积变变形形引引起起的的开开裂裂，目目前前常常用用的方法有：的方法有：（1 1）用低水化热水泥和尽量减少水泥用量；）用低水化热水泥和尽量减少水泥用量；（2 2）尽量减少用水量；）尽量减少用水量；（3 3）选用膨胀系数低的骨料，减小热变形；）选用膨胀系数低的骨料，减小热变形；（4 4）预冷原材料；）预冷原材料；（5 5）合理分缝、分块、减轻约束；）合理分缝、分块、减轻约束；（6 6）在混凝土中埋冷却水管；）在混凝土中埋冷却水管；（7 7）表面绝热，调节表面温度的下降速率等。）表面绝热，调节表面温度的下降速率等。混凝土的干缩湿胀 处处于于空空气气中中的的混混凝凝土土当当水水分分散散失失时时，会会因因其其体体积积收收缩缩，称称为为干干燥燥收收缩缩，简简称称干干缩缩。但但受受潮后体积又会膨胀，即为湿胀。潮后体积又会膨胀，即为湿胀。降低水泥用量，减少水灰比是减少干缩的关键。降低水泥用量，减少水灰比是减少干缩的关键。荷载作用下的变形荷载作用下的变形1 1短期荷载作用下的变形短期荷载作用下的变形（1 1）初始切线模量）初始切线模量（2 2）切线模量）切线模量（3 3）割线模量）割线模量2 2长期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形徐变徐变 混混凝凝土土承承受受持持续续荷荷载载时时，随随时时间间的的延延长长而而增增加加的的变变形形，称称为徐变。为徐变。徐徐变变有有利利于于小小若若温温度度、干干缩缩等等引引起起的的约约束束变变形形，从从而而防防止止裂缝的产生。裂缝的产生。但但在在预预应应力力结结构构中中，徐徐变变将将产产生生盈盈利利松松弛弛，引引起起预预应应力力损损失，造成不利影响。失，造成不利影响。影响混凝土徐变大小的主要因素：影响混凝土徐变大小的主要因素：水泥用量多少和水灰比大小，水泥用量越多，谁会比越大，水泥用量多少和水灰比大小，水泥用量越多，谁会比越大，徐变越大。徐变越大。思考题：思考题：1.1.掌掌握握cucu，2828=cece（），并并能能够够利利用此公式解决实际工程问题用此公式解决实际工程问题 2.2.什么是针片状颗粒，其含量的多少对混凝土的什么是针片状颗粒，其含量的多少对混凝土的性质有影响？性质有影响？R 主要内容：水泥混凝土组成设计方法主要内容：水泥混凝土组成设计方法 初步配合比初步配合比 基准配合比基准配合比 试验室配合比试验室配合比 施工配合比施工配合比 重点内容：配合比计算重点内容：配合比计算 难难 点：配合比调整点：配合比调整 要要 求：掌握初步配合比的计算方法求：掌握初步配合比的计算方法 掌握配合比调整方法掌握配合比调整方法 掌握试验室配合比及施工配合比的计算掌握试验室配合比及施工配合比的计算 参考资料：土木工程材料陈志源参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙道路建筑材料孙 凌凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 混凝土实用手册龚落书混凝土实用手册龚落书 混凝土配合比设计规程混凝土配合比设计规程JGJ55-2000JGJ55-2000普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计概述概述配合比设计包括：选料配合比设计包括：选料 配料配料 配合比表示方法：单位用量表示法配合比表示方法：单位用量表示法 相对用量表示法相对用量表示法配合比基本要求：结构物设计强度配合比基本要求：结构物设计强度 施工工作性施工工作性 环境耐久性环境耐久性 经济要求经济要求 配合比设计参数：水灰比配合比设计参数：水灰比 砂率砂率 用水量用水量配合比设计步骤：初步配合比配合比设计步骤：初步配合比 （根据原始资料）（根据原始资料）基准配合比基准配合比 （根据试拌，测工作性）（根据试拌，测工作性）试验室配合比（实测密度，强度）试验室配合比（实测密度，强度）施工配合比施工配合比 普通混凝土配合比设计方法和步骤普通混凝土配合比设计方法和步骤配合比设计前的准备工作配合比设计前的准备工作了解：设计要求的混凝土强度等级；了解：设计要求的混凝土强度等级；强度标准差；强度标准差；混凝土的使用环境条件；混凝土的使用环境条件；施工工艺对混凝土拌合物的流动性要求；施工工艺对混凝土拌合物的流动性要求；原材料的种类和物理力学性质等。原材料的种类和物理力学性质等。1.计算初步配合比计算初步配合比 1 1）确定混凝土的配制强度）确定混凝土的配制强度cucu，o o .2 2）计算水灰比（）计算水灰比（W/CW/C）（1 1）按强度计算）按强度计算 （2 2）按耐久性校核）按耐久性校核 取取）选定单位用水量（）选定单位用水量（w0w0）查表查表4 4）计算单位水泥用量（）计算单位水泥用量（c0c0）（1 1）按强度）按强度c0c0w0w0（W/CW/C）（2 2）按耐久性校核）按耐久性校核 5 5）确定砂率）确定砂率s s 查表查表 6 6）确定砂石用量（）确定砂石用量（s0s0、g0g0）（1 1）质量法）质量法 c0c0w0w0s0s0g0g0h h s0s0/（s0s0+g0g0）s s （2 2）体积法）体积法初步配合比：初步配合比：c0c0：s0s0：g0g01 1：X X：Y W/CY W/C2.2.试拌调整，提出基准配合比试拌调整，提出基准配合比 1 1）试拌）试拌 （1 1）材料要求）材料要求 （2 2）搅拌方法和数量）搅拌方法和数量 2 2）校核工作性，调整配合比）校核工作性，调整配合比3.3.检验强度，确定试验室配合比检验强度，确定试验室配合比 取三个水灰比（基准水灰比基础上，各增减）取三个水灰比（基准水灰比基础上，各增减）4.4.施工配合比计算施工配合比计算思考题：思考题：复习混凝土配合比步骤，重点试拌调整R 坍落度测定坍落度测定R维勃稠度测定仪维勃稠度测定仪 R