模塊12圬工結(jié)構(gòu)及其材料學(xué)習(xí)目標(biāo)知道圬工結(jié)構(gòu)的分類。理解砌體結(jié)構(gòu)的塊材和砌筑材料的強(qiáng)度等級(jí)、混凝土結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度等級(jí)規(guī)定。任務(wù)目錄12.1圬工結(jié)構(gòu)的概念12.2圬工結(jié)構(gòu)的材料12.1圬工結(jié)構(gòu)的概念12.1.1砌體結(jié)構(gòu)按塊材的分類12.1.2混凝土結(jié)構(gòu)12.1圬工結(jié)構(gòu)的概念12.1.1砌體結(jié)構(gòu)按塊材的分類

砌體結(jié)構(gòu)中的石材及混凝土預(yù)制塊等稱為塊材（也稱砌塊），而砌體是用砌筑料(例如砂漿等）將具有一定規(guī)格的塊材按要求的砌筑規(guī)則砌筑而成，并滿足構(gòu)件既定尺寸和形狀要求的受力整體（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件）。圬工結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)

石材、混凝土預(yù)制塊用砂漿等砌筑制成的砌體來(lái)建成的結(jié)構(gòu)

用整體澆筑片石混凝土等建成的結(jié)構(gòu)片石砌體砌筑時(shí)，片石應(yīng)平穩(wěn)放置，交錯(cuò)排列且相互咬緊，避免過(guò)大空隙，并用小石塊填塞空隙。片石應(yīng)分層砌筑，以2～3層為一個(gè)工作層，各工作層的水平縫應(yīng)大致找平，豎縫應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。砌筑縫寬一般不應(yīng)大于40mm，用小石子混凝土砌筑時(shí)，可為30～70mm。塊石砌體

砌筑時(shí)石料應(yīng)安放端正，嚴(yán)格控制平面位置和高度，保證砌縫橫平豎直。為保證強(qiáng)度要求和外觀整齊，砌筑縫寬不大于20mm（粗料石）、15mm(半細(xì)料石）和10mm(細(xì)料石），上下層豎縫錯(cuò)開(kāi)距離不小于100mm。混凝土預(yù)制塊砌體

砌筑時(shí)預(yù)制塊應(yīng)安放端正，嚴(yán)格控制平面位置和高度，保證砌縫橫平豎直。為保證強(qiáng)度要求和外觀整齊，砌筑縫寬不大于10mm、上下層豎縫錯(cuò)開(kāi)距離不小于100mm。12.1.1砌體結(jié)構(gòu)按塊材的分類12.1.2混凝土結(jié)構(gòu)

混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)澆的混凝土受力整體。在圬工橋涵中，常采用片石混凝土結(jié)構(gòu)，即混凝土澆筑施工中按照規(guī)定的要求摻入一定量的片石成為片石混凝土。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，片石混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中一般不設(shè)置受力的鋼筋（除局部受力部位），構(gòu)件外觀與鋼筋混凝土構(gòu)件相同。12.1圬工結(jié)構(gòu)的概念12.1.2混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用在橋涵工程上，圬工結(jié)構(gòu)常用作以受壓為主的構(gòu)件：圬工拱橋上部結(jié)構(gòu)的拱圈、拱上立柱或立墻以及側(cè)墻；重力式墩臺(tái)及擴(kuò)大基礎(chǔ)；同時(shí)，圬工結(jié)構(gòu)也常用于橋涵及道路的附屬設(shè)施，例如橋臺(tái)錐形護(hù)坡、道路邊坡防護(hù)和排水溝等。與其他結(jié)構(gòu)相比，圬工結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是材料來(lái)源和施工簡(jiǎn)便、工程造價(jià)較低、塊材耐久性較好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自重較大，難以用于大跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)施工的機(jī)械化程度不高且工程質(zhì)量的離散性較大。與其他結(jié)構(gòu)相比，圬工結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是材料來(lái)源和施工簡(jiǎn)便、工程造價(jià)較低、塊材耐久性較好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自重較大，難以用于大跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)施工的機(jī)械化程度不高且工程質(zhì)量的離散性較大。12.2圬工結(jié)構(gòu)的材料12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料12.2.2混凝土結(jié)構(gòu)的材料12.2.3橋涵圬工結(jié)構(gòu)材料的最低強(qiáng)度等級(jí)

12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

1）塊材材料

橋涵砌體結(jié)構(gòu)采用的塊材主要是石材和混凝土預(yù)制塊。

（1）石材橋涵結(jié)構(gòu)所用石材應(yīng)選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、均勻、無(wú)裂紋且不易風(fēng)化的石料，常用天然石料的種類主要有花崗巖、石灰?guī)r等。根據(jù)開(kāi)采方法、形狀、尺寸及表面粗糙度的不同，一般分為片石、塊石和料石（表12-2）。12.2圬工結(jié)構(gòu)的材料12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

橋涵砌體常用石材種類表12-2名稱要求

片石由爆破或楔劈法開(kāi)采的不規(guī)則石塊。使用時(shí)，一般形狀不受限制，但厚度不得小于150mm。不得采用卵形和薄片。

塊石按巖石層理放炮或楔劈而成的石材。塊石形狀大致方正，上下面大致平整，厚度為200～300mm，寬度為厚度的1.0～1.5倍，長(zhǎng)度為厚度的1.5～3.0倍。若有鋒棱銳角應(yīng)敲除。料石由巖層或大塊石材開(kāi)劈并經(jīng)修鑿而成。料石外形方正，呈六面體。粗料石表面凹陷深度不大于20mm，半細(xì)料石表面凹陷深度不大于15mm，細(xì)料石表面凹陷深度不大于10mm。料石厚度一般為200～300mm，寬度為厚度的1.0～1.5倍，長(zhǎng)度為厚度的2.5～4.0倍。石材的性能指標(biāo)

①石材的強(qiáng)度等級(jí)

橋涵結(jié)構(gòu)中所用的石材強(qiáng)度等級(jí)有MU30、MU40、MU50、MU60、MU80、MU100和MU120，其中符號(hào)MU表示石材強(qiáng)度等級(jí)，后面的數(shù)字是指邊長(zhǎng)70mm的含水飽和立方體試件的抗壓強(qiáng)度，以MPa為計(jì)量單位。

在工程上可采用石材試件的抗壓試驗(yàn)檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度值。當(dāng)石材試件采用其他邊長(zhǎng)尺寸的立方體時(shí)應(yīng)對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果乘以相應(yīng)的換算系數(shù)（表12-3）后方可作為石材的抗壓強(qiáng)度值。立方體試件邊長(zhǎng)（mm）2001501007050換算系數(shù)1.431.281.141.000.8612.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

石材試件強(qiáng)度的換算系數(shù)表12-3

②石材的抗凍指標(biāo)

石材及混凝土材料受水浸濕后，冬季凍結(jié)，春季融化，會(huì)引起石材剝離風(fēng)化。對(duì)累年最冷月平均氣溫等于或低于-10℃的地區(qū)，除干旱地區(qū)的不受冰凍部位外，所選用的石材應(yīng)符合表12-4的抗凍性指標(biāo)要求，以保證在多次凍融循環(huán)之后石材不至于出現(xiàn)表面剝落和強(qiáng)度降低。結(jié)構(gòu)物部位大、中橋小橋及涵洞鑲面或表面石材5025

石材抗凍性指標(biāo)表12-4抗凍性指標(biāo)指石材在含水飽和狀態(tài)下經(jīng)過(guò)-15℃的凍結(jié)與20℃融化的循環(huán)次數(shù)。在石材抗凍性試驗(yàn)后，石材試件表面應(yīng)無(wú)明顯損傷（裂縫、脫層）現(xiàn)象，且其抗壓強(qiáng)度不低于試驗(yàn)前的0.75倍。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料③耐風(fēng)化和抗侵蝕性能

用于浸水或氣候潮濕地區(qū)（年平均相對(duì)濕度平均值大于80%的地區(qū)）的受力結(jié)構(gòu)的石材應(yīng)滿足耐風(fēng)化和抗侵蝕性能，性能指標(biāo)為石材軟化系數(shù)。

軟化系數(shù)是指石材在含水飽和狀態(tài)下與干燥狀態(tài)下試塊抗壓強(qiáng)度的比值。因此，分別對(duì)含水飽和狀態(tài)下和干燥狀態(tài)下石材試件的進(jìn)行單軸向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后就得到實(shí)測(cè)的石材軟化系數(shù)值，石材軟化系數(shù)不應(yīng)低于0.8。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

（2）混凝土預(yù)制塊

混凝土預(yù)制塊指以普通混凝土為原材料，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造與施工要求，依據(jù)設(shè)計(jì)形狀與尺寸澆筑而制成的預(yù)制實(shí)心塊。

應(yīng)用混凝土預(yù)制塊，可節(jié)省石料的開(kāi)采加工工作，加快施工進(jìn)度；對(duì)于形狀復(fù)雜的塊材，當(dāng)難以用石料加工時(shí)，更可顯示出其優(yōu)越性，另外，由于混凝土預(yù)制塊形狀、尺寸統(tǒng)一，故砌體表面整齊美觀。

在圬工橋涵結(jié)構(gòu)中，混凝土預(yù)制塊采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20、C25、C30、C35和C40，符號(hào)C表示混凝土預(yù)制塊強(qiáng)度等級(jí)，后面的數(shù)字是按邊長(zhǎng)150mm立方體試件的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定，以MPa為計(jì)量單位。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

2）砌筑材料

橋涵圬工砌體最常用的砌筑材料是砂漿和小石子混凝土。

（1）砂漿材料

砂漿是膠結(jié)料（水泥、石灰等）、細(xì)集料（砂）及水，按照一定比例混合、攪拌而成的砌筑材料。

砂漿在砌體結(jié)構(gòu)中的作用是將塊材粘結(jié)成整體，并在鋪砌時(shí)抹平塊材不平的表面而使塊材在砌體受壓時(shí)能比較均勻地受力。此外，砂漿填滿了塊材間隙，減少了砌體的透氣性，從而提高了砌體的密實(shí)性、保溫性與抗凍性。 在橋涵工程中主要采用水泥砂漿。

砌體所用水泥砂漿的基本性能指標(biāo)為砂漿抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性能和保水性能。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料①砂漿的強(qiáng)度等級(jí)

橋涵砌體結(jié)構(gòu)中所用的砂漿強(qiáng)度等級(jí)有M5、M7.5、M10、M15和M20，其中符號(hào)M表示砂漿強(qiáng)度等級(jí)，后面的數(shù)字是以邊長(zhǎng)70.7mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度，以MPa為計(jì)量單位。

砂漿立方體試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)試采用單軸向抗壓破壞試驗(yàn)方法進(jìn)行。②砂漿的流動(dòng)性

為確保砌筑時(shí)砂漿能均勻地鋪開(kāi)，能使砌縫均勻和密實(shí)，保證砌體質(zhì)量，從而提高砌體強(qiáng)度和砌筑效率，砂漿必須具有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

砌筑時(shí)新拌砂漿在自身與外力作用下流動(dòng)的性能稱為砂漿的流動(dòng)性。

工程上用"稠度"來(lái)表示新拌砂漿的流動(dòng)性。在現(xiàn)場(chǎng)可以使用砂漿稠度儀（圖12-2）進(jìn)行新拌砂漿稠度試驗(yàn)，測(cè)定其數(shù)值的大小。

對(duì)公路橋涵的石砌體，砂漿稠度宜為50～70mm，氣溫較高時(shí)可適當(dāng)增大。圖12-2砂漿稠度儀示意圖12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

③砂漿的保水性

砂漿的保水性是指砂漿保全水分的能力。保水性不佳的砂漿,在運(yùn)輸、存放砌筑施工過(guò)程中容易出現(xiàn)水分浮在上面,砂和水泥沉在下面的泌水離析現(xiàn)象。

砂漿的保水性用分層度表示，分層度測(cè)試需要使用砂漿稠度儀和砂漿分層度測(cè)定儀。

分層度愈大，表明砂漿保水性愈差。砌筑用砂漿的分層度不得大于30mm。

保水性良好的砂漿，其分層度應(yīng)為10～20mm,分層度大于20mm的砂漿容易離析，不便于施工；但分層度小于10mm者，硬化后易產(chǎn)生干縮開(kāi)縫。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《公路橋規(guī)》JTG/T3650—2020對(duì)于砌體砂漿設(shè)計(jì)和施工提出的要求是：

①砌筑用砂漿的類別和強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。②砂宜采用中砂或粗砂。當(dāng)缺乏天然中砂或粗砂時(shí)，可采用滿足質(zhì)量要求的機(jī)制砂代替；在保證砂漿強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，也可以采用細(xì)砂，但應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量。砂的最大粒徑，當(dāng)用于砌筑片石時(shí)，宜不超過(guò)5mm;當(dāng)用于砌筑塊石、粗料石時(shí)，宜不超過(guò)2.5mm。③砂漿的配制宜采用質(zhì)量比，并應(yīng)隨拌隨用，保持適宜的稠度，宜在3～4h內(nèi)使用完畢；氣溫超過(guò)30℃時(shí)，宜在2～3h內(nèi)使用完畢。在運(yùn)輸過(guò)程或在儲(chǔ)存器中發(fā)生離析、泌水的砂漿，砌筑前應(yīng)重新拌和；已凝結(jié)的砂漿，不得使用。④各類砂漿均宜采用機(jī)械拌和，拌和時(shí)間宜為3～5min。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

（2）小石子混凝土材料小石子混凝土是由膠結(jié)料（水泥）、粗集料（細(xì)卵石或碎石，最大粒徑不大于20mm）、細(xì)粒料（砂）加水拌和而成。在砌筑片石、塊石砌體時(shí)，若用小石子混凝土代替砂漿，則建成的砌體稱為小石子混凝土砌體，在一定條件下是水泥砂漿的代用砌筑材料。 橋涵砌體結(jié)構(gòu)中所用的小石子混凝土強(qiáng)度等級(jí)有C15、C20、C25、C30、C35和C40，符號(hào)C表示小石子混凝土強(qiáng)度等級(jí)，數(shù)字是邊長(zhǎng)150mm立方體試件的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)。

小石子混凝土的配合比設(shè)計(jì)、材料規(guī)格、強(qiáng)度試驗(yàn)及質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與普通混凝土要求相同。小石子混凝土的拌合物應(yīng)具有良好的和易性：對(duì)片石砌體，其坍落度宜為50～70mm；對(duì)塊石砌體，其坍落度宜為70～100mm。12.2.1砌體結(jié)構(gòu)的塊材與砌筑材料

12.2.2混凝土結(jié)構(gòu)的材料

對(duì)于圬工橋涵較大體積的基礎(chǔ)、墩臺(tái)身等受壓構(gòu)件，一般采用整體澆筑片石混凝土。 采用片石混凝土?xí)r，可在混凝土中摻入不多于該結(jié)構(gòu)體積20%的片石，其中片石強(qiáng)度等級(jí)不低于規(guī)定的石材最低強(qiáng)度等級(jí)且不低于混凝土強(qiáng)度等級(jí)，此時(shí)，片石混凝土強(qiáng)度等級(jí)可按同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土采用。 片石混凝土應(yīng)采用質(zhì)地堅(jiān)硬、密實(shí)、耐久、無(wú)裂紋和無(wú)風(fēng)化的石料，片石的厚度宜為150～300mm。12.2圬工結(jié)構(gòu)的材料行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《公路橋規(guī)》（JTG/T3650—2020）規(guī)定在混凝土中埋置片石應(yīng)滿足以下要求：①片石應(yīng)清洗干凈并完全飽水，應(yīng)在澆筑時(shí)的混凝土中埋入一半。②當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)，不得埋放片石。③片石應(yīng)隨混凝土澆筑分層擺放，凈距應(yīng)不小于150mm，片石邊緣距結(jié)構(gòu)物側(cè)面和頂面的凈距也應(yīng)不小于150mm，片石不得觸及到構(gòu)造鋼筋和預(yù)埋件。④片石混凝土應(yīng)采用分層澆筑的方式，每層混凝土的厚度應(yīng)不超過(guò)300mm，大致水平，分層振搗，邊振搗