1、土木工程材料,水泥混凝土,本章主要內(nèi)容,介紹水泥混凝土的組成、結(jié)構(gòu)與性能，以及混凝土的配合比設(shè)計方法和應(yīng)用。 普通混凝土 普通混凝土組成材料及其基本要求 普通混凝土拌和物的性質(zhì) 普通混凝土結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 混凝土外加劑 普通混凝土配合比設(shè)計 混凝土的施工與質(zhì)量評定 其他混凝土,水泥混凝土的應(yīng)用與分類,混凝土 由膠凝材料、水和粗、細集料及具有特定性能的外加劑或混合材按適當比例配合、拌制成拌合物。經(jīng)一定時間硬化而成具有一定強度的人造石材。 水泥混凝土 以水泥和水組成的水泥漿體為粘結(jié)介質(zhì)，將分散期間的不同粒徑的粗、細集料膠結(jié)起來，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。,混凝土在土木工程中

2、的重要性,混凝土是用量最大的結(jié)構(gòu)材料，每年世界混凝土 消耗量為11億噸，是鋼材消耗量的10倍以上； 混凝土是應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料，可用于橋梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程；,Itaipu Dam,Sports Palace in Rome 鋼絲網(wǎng)砂漿,普通水泥混凝土的原材料組成,耐久性能好； 組分材料來源豐富，經(jīng)濟性好； 容易成型為任意形狀和尺寸的構(gòu)件； 可大量利用工業(yè)廢料； 可與鋼材復(fù)合使用； 性脆易裂，抗拉強度低； 混凝土生產(chǎn)能耗較低，維護費用少。,混凝土是復(fù)雜的、隨機性的材料Concrete is a Complex and Random Materials,其微結(jié)構(gòu)由非勻質(zhì)的三相組成

3、，而每一相又包含非勻質(zhì)的多相； 其微結(jié)構(gòu)不是靜止的，而是隨時間不斷變化；新生成的水化物可以填充微裂縫，有自愈性(Heal)； 與其它材料不同，它是使用前才在工程現(xiàn)場或就近生產(chǎn)的。,水泥混凝土的應(yīng)用與分類,根據(jù)表觀密度0： 普通混凝土 (2400kg/m3)； 輕混凝土 (1950kg/m3)； 重混凝土 (2600kg/m3)。,根據(jù)用途(功能)： 普通混凝土； 道路混凝土； 防水混凝土； 耐熱混凝土； 耐酸混凝土； 防輻射混凝土； 膨脹混凝土； 裝飾混凝土等。,根據(jù)生產(chǎn)與施工方法： 商品混凝土 泵送混凝土 噴射混凝土 碾壓混凝土 擠壓混凝土 壓力灌漿混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土 離心混凝土等。,混

4、凝 土,水泥混凝土的應(yīng)用與分類,混凝土理論與技術(shù)的歷史 1867年，水泥混凝土理論； 1916年，混凝土強度的水灰比理論； 1925年，水灰比學(xué)說和恒定用水量法則； 1928年，混凝土的收縮與徐變理論，預(yù)應(yīng)力技術(shù)； 20世紀中葉，混凝土減水劑等外加劑技術(shù)； 20世紀90年代，高性能混凝土的概念與技術(shù)。,普通水泥混凝土的原材料組成,普通水泥混凝土 以通用水泥為膠結(jié)材料，用普通砂石為集料，并以水為原材料，按專門設(shè)計的配合比，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護而得到的復(fù)合材料。,普通混凝土的組成,水泥,水,水泥漿,石子,砂子,骨 料,新拌混凝土,100%體積,6075%,715%,2540%,1421%,2128%

5、,3942%,凝結(jié)硬化,硬化混凝土,混凝土外加劑,為了改善或提高混凝土的性能,各組成材料的作用,骨 料 廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量 混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展 傳力作用 降低水化熱 提供耐磨性,水泥漿 潤滑作用與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性 膠結(jié)作用包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結(jié)硬化，將砂、石骨料膠結(jié)成整體，形成固體,各組成材料的作用,水 混凝土中的拌和水有兩個作用: 供水泥的水化反應(yīng) 賦予混凝土的和易性 剩余水留在混凝土的孔（空）隙中 使混凝土中產(chǎn)生孔隙 對防止塑性收縮裂縫與和易性有利 對滲透性、強度和耐久性不利,普通水泥混凝土的原材料組成,水泥,各組成材料的作用

6、,外加劑 化學(xué)外加劑：改善混凝土的性能 緩凝劑 使水泥漿凝結(jié)硬化速度減慢； 促凝劑 使水泥漿凝結(jié)硬化速度減慢； 減水劑減少拌和需水量； 引氣劑在混凝土中引起封閉氣孔； 礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 礦渣,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,工程施工要求混凝土拌合物具有哪些性能？ 流動性，便于澆灌與填充模具； 均勻性，骨料在水泥漿中分布均勻，水泥顆粒在水中分布均勻； 保水性，水不泌出、離析。 良好性能的標志： 運輸中不易分層離析； 澆灌時容易搗實或自密實； 成型后表面容易修正。,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,新拌水泥混凝土的和易性 在一定的施工工藝及設(shè)備下，新拌水泥混凝土能夠形成

7、質(zhì)量均勻、密實、穩(wěn)定的混凝土的性能 滿足輸送和澆搗要求的流動性（稠度） 不為外力作用產(chǎn)生脆斷的可塑性（粘聚性） 不產(chǎn)生分層、泌水的穩(wěn)定性（保水性） 易于澆搗密實的易密性,分層離析與泌水現(xiàn)象及其危害,分層離析 現(xiàn)象：粗骨料從混凝土的水泥砂漿中分離出來的傾向，與拌和物的粘聚性有關(guān)。 危害：分層離析將導(dǎo)致硬化后的混凝土產(chǎn)生蜂窩和麻面，影響均勻性。 泌水 現(xiàn)象：混凝土中粗骨料下沉、水分上升直到表面，這種現(xiàn)象叫泌水，與拌和物的保水性有關(guān)。 危害：泌水導(dǎo)致混凝土中粗骨料和水平鋼筋下方形成水囊和水膜，降低骨料或鋼筋與水泥石的粘結(jié)力；表面還會形成酥松層等。,骨料,水,可見表面泌水,內(nèi)泌水,鋼 筋,沉降裂縫,水

8、 囊,混凝土表面,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,標準圓錐筒 將拌和物等體積地分三層填入圓錐筒中 每一層用搗棒插搗25下 用灰刀將表面抹平 垂直提起圓錐筒，拌和物將在自重作用下向下坍落 量出坍落的毫米數(shù)坍落度,200mm,100mm,300mm,坍落度試驗,坍落度,直尺,坍落擴展度,裝第1層并插搗25次,裝第2層并插搗25次,裝第3層并插搗25次,抹平表面,提起圓錐筒,測量坍落高度,坍落度試驗步驟,坍落度測量,擴展度測量,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,坍落度試驗 適用于骨料最大粒徑不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土 根據(jù)坍落度不同，可將混凝土分為： 1.大流動性混凝土： 坍落度大于160m

9、m； 2.流動性混凝土： 坍落度為100150mm； 3.塑性混凝土： 坍落度為1090mm； 4.干硬性混凝土： 坍落度小于10mm。,坍落度試驗,測出坍落度后，用搗棒輕輕敲擊混凝土錐體的側(cè)面，看它是否保持整體向下坍落或發(fā)生局部的出然崩落，由此判斷其粘聚性是否合格； 觀察混凝土錐體下方是否有水分析出，由此判斷其保水性是否合格。 由此兩方面觀察和坍落度測量即可判斷混凝土拌和物和易性是否合格。,維勃稠度試驗,透明圓盤,從開啟振動臺至透明圓盤底面與混凝土完全接觸所需的時間為維勃稠度值VB。 本方法適用于骨料最大粒徑不大于40mm，維勃稠度值在530s之間的拌和物稠度測定。,維勃稠度儀,新拌水泥混凝

10、土的性質(zhì)工作性,維勃稠度試驗 適用于骨料粒徑不大于40mm，維勃稠度在530s之間。 根據(jù)維勃稠度不同，可將混凝土分為： 1.超干硬性混凝土：維勃稠度大于31s； 2.特干硬性混凝土：維勃稠度為3021s； 3.干硬性混凝土：維勃稠度坍為2011s； 4.半干硬性混凝土：維勃稠度坍為105s。,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,路面混凝土稠度分級：,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,影響新拌混凝土的工作性的因素 內(nèi)因 組成材料質(zhì)量及其用量的影響 外因 環(huán)境條件、時間,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,組成材料質(zhì)量及其用量的影響 水泥持性的影響 集料特性的影響 單位體積用水量 集漿比的影響 水灰比的影響 砂率的影

11、響 外加劑的影響,(1) 用水量的影響,每立方米混凝土的用水量單位用水量，它確定了混凝土拌和物的流動性。 當水泥用量一定時，增加用水量，水灰比增加，坍落度增大。 當水灰比一定時，增加用水量，就必須同時增加水泥用量水泥漿用量增加，則坍落度增大。,初始自由水量對混凝土拌合物初始坍落度的影響,基本理論,恒定用水量法則： 當粗、細骨料的種類和比例一定時，即使水泥用量有適當變化(50100kg/m3)，只要單位用水量不變，混凝土拌和物的坍落度可以基本保持不變，即要使混凝土拌和物獲得一定值的坍落度，其所需的單位用水量是一個恒定值。,(2)水泥品種與細度的影響,基本原理： 水泥品種不同，水泥顆粒的密度不同，

12、當水泥用量相同時，密度較大的水泥，其同樣質(zhì)量的水泥顆粒的數(shù)量較小，水泥顆粒的總表面積就小，反之亦然。 水泥中混合材粉末顆粒表面特征與水泥顆粒不同，影響顆粒表面吸附特性，即影響水泥漿粘度。 水泥顆粒的細度越大，則同樣質(zhì)量的水泥的總表面積越大。 當水灰比相同時，水泥顆粒的總表面積越大，則水泥漿的稠度越大，塑性越差。從而影響混凝土拌和物的和易性。,水泥品種與細度的影響,在水灰比相同時 硅酸鹽水泥 流動性好，密度較大； 普通硅酸鹽水泥 流動性好，密度較大； 火山灰水泥 流動性較差，保水性較好； 礦渣水泥 流動性較差，保水性較差； 粉煤灰水泥 和易性最好，坍落度較大，保 水性和粘聚性均較好。 水泥顆粒愈

13、細，拌和物的粘聚性和保水性愈好；當水泥的比表面積小于280m2/kg時，混凝土拌和物的泌水性增大。,(3) 骨料顆粒表面特征與形狀的影響,表面光滑且呈等徑形狀的顆粒比粗糙表面且有菱角的顆粒更利于骨料的滑動，而且，前者的表面積小于后者。因此： 在水泥漿用量相同時，前者拌制的混凝土拌和物坍落度大于后者； 當坍落度或維勃稠度相同時，前者拌制的混凝土拌和物所需用水量小于后者。 針片狀的顆粒比等徑形狀的顆粒更不利于骨料的滑動，因此，前者不利于混凝土拌和物的流動性。,最大粒徑Dmax的影響,對于恒定的水泥漿用量，骨料粒徑越大，總表面積越小，拌和物的坍落度越大； 對于給定的坍落度或維勃稠度，骨料粒徑越大，骨

14、料表面吸附水越少，則用水量越少；,骨料粒徑對其表面積的影響,若破碎該骨料使邊長減小一半，則表面積增大一倍,骨料粒徑與表面積的關(guān)系,水泥漿用量一定時，粒徑越大，表面積越小，骨料表面的水泥漿越厚，則骨料就容易滑動，坍落度就大。,粒徑越小，表面積越大，骨料表面的水泥漿越薄，則骨料相互連鎖不易滑動，坍落度就小。,骨料顆粒級配的影響,級配良好的骨料，較大粒徑的顆粒堆積的空隙被較小顆粒填充，較小顆粒堆積的空隙被更小顆粒填充，不但使得骨料顆粒堆積的空隙率較小，填充在空隙中的水泥漿減少，水泥漿主要包裹在骨料的表面，而且可以避免骨料顆粒間的連鎖，利于骨料的滑動，拌和物流動性較好。,當用水量相同時，級配良好的骨料

15、可以增大拌和物的流動性。 當流動性相同時，級配良好的骨料可以減小水灰比或減少用水量,(4) 砂率的影響,基本概念： 混凝土拌和物中所用砂的質(zhì)量占骨料總量的質(zhì)量百分數(shù)稱為砂率。 使拌合物的坍落度最大時的砂率稱為合理砂率,試驗表明：水灰比與用水量一定時，拌和物坍落度先隨砂率增加而增大，達到最大值后，又隨砂率增加而減小，坍落度最大時的砂率為合理砂率(最優(yōu)砂率),砂率對骨料堆積空隙率的影響,卵石,碎石,堆積孔隙率(%),砂 率 (%),如圖：不管是卵石或碎石，當砂率在3545時，骨料的堆積空隙率最低。,合理砂率的選用原則：,1) 粗骨料的Dmax較大，級配較好時，可選用較小砂率； 2) 砂的細度模數(shù)較

16、小時，砂的總表面積較大，可選用較小砂率； 3) 水灰比較小、水泥漿較稠時，可選用較小砂率； 4) 流動性要求較大時，需采用較大砂率； 5) 摻用引氣劑或減水劑時，可適當減小砂率；,(5) 水灰比的影響,水灰比是混凝土拌和物中用水量與水泥用量的比值： W/C = 用水量(W)/水泥用量(C) 水灰比的大小反映水泥漿的稀稠程度(稠度)。 在水泥漿用量一定時，增大水灰比，水泥漿變稀，粘聚性降低，顆粒間內(nèi)摩阻力減小，流動性會有所增大； 但水灰比過大，水泥漿太稀，保水性變差，會導(dǎo)致混凝土拌和物出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。,(6) 水泥漿與骨料的相對用量的影響,水泥漿是混凝土拌和物產(chǎn)生流動的決定因素。 水泥漿包裹在骨料

17、的表面，在骨料間起潤滑作用產(chǎn)生滾珠效應(yīng)，減小了骨料顆粒間的內(nèi)摩阻力。所以，水泥漿用量愈多，流動性愈好，拌和物的坍落度增大，同時還增大了拌和物的粘聚性。 水泥漿用量較小，相對骨料用量較大，水泥漿不足以包裹骨料表面形成潤滑層，骨料間的摩擦力較大，拌和物不易流動，坍落度減小。,水泥漿與骨料相對用量的影響,低水泥漿用量的 干硬性拌和物,高水泥漿用量的 塑性拌和物,高水泥漿用量時的滾珠效應(yīng),滾珠效應(yīng)開始,滾珠效應(yīng)結(jié)束,問題：水泥漿用量越多越好嗎？,解答： NO；增加水泥漿用量，就增加了骨料表面包裹層的厚度，增大了潤滑作用，這有利于拌和物的和易性； 但水泥漿過多，超過了骨料表面包裹層所需的量，則不僅使拌和

18、物的流動性無明顯增加，而且會出現(xiàn)流淌和泌水現(xiàn)象，同時會造成水泥漿的浪費，是不利的。,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,環(huán)境條件的影響 溫度、濕度和風(fēng)速 時間 攪拌條件,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,新拌混凝土工作性選擇標準,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,改善新拌水泥混凝土工作性的主要措施 調(diào)節(jié)混凝土的材料組成 摻加各種外加劑 改進水泥混凝土拌和物的施工工藝,新拌水泥混凝土的性質(zhì)工作性,新拌混凝土的凝結(jié)時間 貫入阻力法,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),強度和變形,混凝土的宏觀結(jié)構(gòu),粗骨料,細骨料,水泥石,過渡區(qū),一、混凝土的組成與結(jié)構(gòu),1) 骨料相的結(jié)構(gòu)要素,骨料種類 來源不同：碎石、卵石(礫石) 巖石種類：花

19、崗巖、石灰石等； 骨料的粒形 等徑多面體 針片狀多面體 骨料表面狀態(tài) 表面光滑 表面粗糙 骨料顆粒尺寸與級配 骨料的分布,背散射掃描電鏡照片,未水化水泥顆粒,C-S-H,氫氧化鈣,單硫型硫鋁酸鹽,2) 水泥石相的結(jié)構(gòu)要素,孔隙率； 孔隙特征與孔徑分布； 固體顆粒的尺寸與分布； 含水狀態(tài)。,3) 過渡區(qū)相的結(jié)構(gòu)要素,過渡區(qū)厚度； 過渡區(qū)固體顆粒尺寸與形狀； 過渡區(qū)的孔隙率。,骨料,氫氧化鈣,混凝土中骨料與水泥石間的過渡區(qū),混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu),骨 料,過渡區(qū),水泥石本體,C-S-H,鈣礬石,CH,骨 料,裂縫擴展的路徑和方向,骨 料,水泥石,骨料周圍的過渡區(qū),過渡區(qū)相 ITZ Phase,水泥混凝土

20、的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),強度 立方體抗壓強度 棱柱體抗壓強度 劈裂抗拉強度 抗折強度 剪切強度 粘結(jié)強度,(1) 單軸受壓時的應(yīng)力應(yīng)變行為,在壓應(yīng)力作用下，骨料是彈性體，水泥石也是彈性體，但由骨料與水泥石組成的混凝土是一種彈塑性體。 特點：混凝土在壓應(yīng)力作用下，既產(chǎn)生彈性變形，也產(chǎn)生塑性變形。 在較低應(yīng)力(極限應(yīng)力fcp的30%)下，以彈性變形為主； 在較高應(yīng)力( fcp的30%)下，產(chǎn)生彈塑性變形，應(yīng)力水平越高，塑性變形量越大； 混凝土強度越低，塑性變形越大。,混凝土受壓的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€,混凝土受壓的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€,問題？,為什么骨料和水泥石是彈性體，而二者組成的混凝土是彈塑性體？ 原因： 混凝土是

21、一個多物相、多孔性的復(fù)合材料，其主體是顆粒堆聚體，存在界面過渡區(qū)，且過渡區(qū)有原生微裂縫。受力下，界面裂縫的擴展、顆粒間的滑移、孔隙中水的遷移等因素導(dǎo)致產(chǎn)生塑性變形。 混凝土單軸受壓下的曲線可以分為4個階段： 在極限應(yīng)力fcp的30%以下，界面過渡區(qū)微裂縫是穩(wěn)定的，因此， 曲線是線形的； 當應(yīng)力 fcp的30%時，隨著應(yīng)力增加，過渡區(qū)的裂縫長度、寬度和數(shù)量增加， /比值增加， 曲線偏離直線；如果應(yīng)力 fcp的50%，過渡區(qū)的微裂縫穩(wěn)定體系存在，基體水泥石不會產(chǎn)生微裂縫； 當應(yīng)力 fcp的5060%時，基體相中產(chǎn)生微裂縫，如果應(yīng)力進一步增加，基體相微裂縫擴展，增多，過渡區(qū)微裂縫失穩(wěn)，導(dǎo)致曲線彎向橫

22、軸 當應(yīng)力 fcp的7580%時，應(yīng)變能釋放速度達到在持久應(yīng)力下裂縫自發(fā)擴展的水平，應(yīng)變隨應(yīng)力增長很快，直至裂縫成為聯(lián)系體系破壞。,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),混凝土立方體抗壓強度 制作邊長為150mm的立方體試件，在標準條件(溫度20土3，相對溫度90以上)下，養(yǎng)護到28d齡期，測得的抗壓強度值，簡稱立方抗壓強度，以fcu表示,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),立方體抗壓強度標準值 按照標準方法制作和養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，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率不超過5(即具有95保證率的抗壓強度)，以MPa計。 立方體抗壓強度標準值以fcu,k

23、表示,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),混凝土的強度等級 根據(jù)立方體抗壓強度標準值確定 用符號“C” 和“立方體抗壓強度標準值”兩項內(nèi)容表示 普通混凝土按立方抗壓強度標準值劃分為：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60等12個強度等級,混凝土抗壓強度的幾個基本概念,立方體抗壓強度 立方體強度標準值 強度等級 實際強度,國家標準規(guī)定：制作邊長為150mm的立方體試件，在標準條件(202C，相對濕度95%)下，養(yǎng)護到28天齡期，測得的抗壓強度值稱為混凝土立方體抗壓強度，以“fcu”表示。,用標準試驗方法測得的一組若干個立方體抗壓強度值的總體分布中的

24、某一個值，低于該值的百分率不超過5%,該抗壓強度值稱為立方體抗壓強度標準值。以“fcu,k”表示,根據(jù)混凝土立方體強度標準值(MPa)劃分的等級，以符號C+混凝土立方體強度標準值(fcu,k)表示。,將試件在實際工程的溫濕度條件下養(yǎng)護28天，測得的立方體試件強度，作為混凝土施工質(zhì)量控制和驗收依據(jù)。,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),軸心抗壓強度 國家規(guī)范規(guī)定：用尺寸為150 mm 150 mm 300mm的標準棱柱體試件，按規(guī)定方法成型、標準條件下養(yǎng)護28天，測得的抗壓強度為軸心抗壓強度，以fcp表示； 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)； 軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的關(guān)系： fcp = (0.70.8)fcu 換

25、算系數(shù)與混凝土強度有關(guān)，強度越高，系數(shù)越小。,(2) 抗拉強度試驗,直接軸心抗拉試驗很困難 荷載作用線難以與試件軸線保持重合，發(fā)生偏心； 難以保證試件在受拉區(qū)斷裂。 劈裂抗拉試驗 試件：邊長為150mm的立方體試件或圓柱體試件 原理：在試件的相對的表面豎線上作用均勻分布的壓應(yīng)力，從而在豎向平面內(nèi)產(chǎn)生均勻拉伸應(yīng)力 四點彎拉試驗 試件：150150600(或550)mm3的梁式試件 按三分點加荷進行彎曲試驗，在試件下方產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,混凝土受拉伸,直拉試驗,劈裂抗拉,四點彎曲拉伸,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),影響水泥混凝土強度的主要因素 材料組成 制備方法 養(yǎng)生條件 試驗條件,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)

26、,材料組成對水泥凝土強度的影響 水泥的強度和水灰比,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),1930年瑞士J鮑羅米(Bolomey)提出混凝土抗壓強度(fc)與水泥強度(fce)和灰水比(c/w)的直線關(guān)系式：,水泥的強度和水灰比（w/c）,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),我國根據(jù)大量的實驗資料統(tǒng)計結(jié)果，提出灰水比(CW)、水泥實際強度(fce)與混凝土28d立方體抗壓強度(fcu,28)的關(guān)系公式：,水泥的強度和水灰比（w/c）,水泥強度fce42.5Mpa，水泥用量400kg/m3，單位體積用水量160kg/m3。 碎石混凝土fcu,280.46*42.5*(400/160-0.07)=47.5Mpa 卵石混

27、凝土fcu,280.48*42.5*(400/160-0.33)=44.3MPa,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),影響水泥混凝土強度的主要因素,粗集料的表面特征,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),粗集料的表面狀態(tài)主要是指粗集料表面的粗糙程度。碎石表面粗糙，粘結(jié)力比較大，卵石表面光滑粘結(jié)力比較小。因而在水泥標號和水灰比相同的條件下，碎石混凝土的強度往往高于卵石混凝上的強度。,粗集料的表面特征,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),養(yǎng)護條件對水泥混凝土強度的影響 溫度的影響,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),養(yǎng)護條件對水泥混凝土強度的影響 濕度的影響,水泥混凝土的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),養(yǎng)護條件對水泥混凝土強度的影響 齡期的影響,水泥混凝土

28、的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì),提高混凝土強度主要措施 采用高標號水泥和快硬早強類水泥 減小水灰比和單位體積用水量 摻加混凝土外加劑和摻合料 采用機械攪拌和振搗 采用濕熱處理蒸汽養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護,水泥混凝土的性質(zhì)變形,物理化學(xué)因素引起的變形 塑性收縮 化學(xué)收縮 碳化收縮 干濕變形 溫度變形,水泥混凝土的性質(zhì)變形,荷載作用下的變形 （1）在短期荷載作用下的變形 （2）長期荷戴作用下的變形徐變,在短期荷載作用下的變形,混凝土的彈塑性變形,在短期荷載作用下的變形,混凝土的變形模量,返回,長期荷戴作用下的變形徐變,返回,混凝土的耐久性,混凝土在所處環(huán)境及使用條件下經(jīng)久耐用的性能 抗?jié)B性 抗凍性 抗侵蝕性 耐磨性 碳化反

29、應(yīng) 堿集料反應(yīng),為保證水泥混凝土的耐久性，通常要根據(jù)環(huán)境條件和工程性質(zhì)，限制最大水灰比和最小水泥用量。,普通水泥混凝土的配合比設(shè)計,水泥、水、砂、石子四種主要組成材料用量之間的比例關(guān)系 以每1立方米混凝土中各材料的用量(kg)表示 以水泥用量為1，表示各材料用量之間的比例關(guān)系,普通水泥混凝土的配合比設(shè)計,土木工程對混凝土的基本要求 滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度要求，以保證構(gòu)筑物能安全地承受各種設(shè)計荷載； 滿足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均勻密實的混凝土； 具有與工程環(huán)境相適應(yīng)的耐久性，以保證構(gòu)筑物在所處環(huán)境中服役壽命； 滿足經(jīng)濟與生態(tài)的要求，能源與資源消耗低、環(huán)境負荷少等。,普通水泥

30、混凝土的配合比設(shè)計,混凝土配合比設(shè)計的三參數(shù) 水灰比 砂率 用水量,普通水泥混凝土的配合比設(shè)計,初步配合比設(shè)計 基準配合比設(shè)計 實驗室配合比設(shè)計 工地配合比設(shè)計,配合比設(shè)計步驟,步驟一：根據(jù)工程所用施工工藝、配筋密集程度和搗實條件，選擇坍落度或VB稠度，再由坍落度或VB稠度和石子最大粒徑、粒形和級配，確定單位用水量（查表714 ）,步驟二：根據(jù)下列因素，選擇石子最大粒徑 Dmax 構(gòu)件最小斷面尺寸(小于1/4)； 鋼筋最小間距(不大于3/4)； （泵管直徑、路面平整度；抗沖擊、疲勞強度、經(jīng)濟）,步驟三：根據(jù)設(shè)計強度值，用鮑羅米公式，計算出水灰比，再根據(jù)滿足耐久性要求的最大水灰比，取二者的最小值

31、，確定水灰比。,配制強度,fcu.0 fcu.k + t 式中：fcu.0 混凝土配制強度； fcu.k 設(shè)計混凝土立方體抗壓強度標準值； t 保證率系數(shù)； 混凝土強度標準差(MPa),取決于強度保證率,取決于施工企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和設(shè)計的混凝土強度等級！,鮑羅米公式： fcu = A fce ( C/W B) fcu混凝土28d抗壓強度(MPa) fce 水泥的實測強度(MPa) C/W灰水比 A、B與骨料種類有關(guān)的回歸系數(shù)：,步驟四：根據(jù)單位用水量和水灰比，計算水泥的用量,步驟五：根據(jù)粗骨料品種、最大粒徑、砂的細度模數(shù)及水灰比，選擇合理砂率,步驟六：根據(jù)膠凝材料與水的用量、砂率和含氣量，計

32、算粗細骨料用量,體積法： 石/石 + 砂/砂+ 水泥/ 水泥+ 水/ 水+a=1 ( 砂/ 砂 + 石)100% =砂率% ：密度；a：含氣量,粗細骨料用量的計算方法,質(zhì)量法(假定表觀密度法)： 石 + 砂 + 水泥 + 水 = 2400 ( 砂/ 砂 + 石)100% =砂率%,步驟七：根據(jù)骨料含水率和試拌情況，對配合比進行調(diào)整。,試拌調(diào)整，提出基準配合比,1）試拌 2）校核工作性，調(diào)整配合比,A. 如果坍落度太小，則應(yīng)保持水灰比不變，適當增加水泥漿的量(C+W)； B. 如果坍落度太大、或粘聚性不好、或泌水性太大，則適當增加砂率(S)； C. 如果坍落度過大，適量增加砂石用量(S+G)。

33、在根據(jù)實測的混凝土的表觀密度，對假定表觀密度和材料用量進行調(diào)整，由此得出混凝土的基準配合比。,檢驗強度，確定實驗室配合比,1）制作試件、檢驗強度 2）測試強度，調(diào)整配合比 3）校核濕表觀密度，調(diào)整配合比,返回,工地配合比設(shè)計,返回,第七章 水泥混凝土,混凝土配合比設(shè)計例題,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,1.了解原始資料,配合比設(shè)計的基本資料，主要是混凝土工程的具體性質(zhì)和原材料，以及施工工藝和水平等方面的資料。,本題可供應(yīng)強度等級為42.5硅酸鹽水泥， 密度c3.

34、10103kgm3； 砂為中砂，表觀密度s2.65103kgm3。 碎石最大粒徑為31.5mm，表觀密度g2.70103kgm3。,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,2.根據(jù)實際工程要求確定混凝土的最大粒徑和坍落度,本題混凝土所需的坍落度為3050mm,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,3.根據(jù)混凝土的最大粒徑和坍落度要求確定混凝土的單位

35、體積用水量,依據(jù)固定加水量定則，在已知坍落度時，可根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)或經(jīng)驗確定單位體積用水量,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,3.根據(jù)混凝土的最大粒徑和坍落度要求確定混凝土的單位體積用水量,依據(jù)固定加水量定則，在已知坍落度時，可根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)或經(jīng)驗確定單位體積用水量,根據(jù)題意所需配制的混凝土的坍落度為3050mm，碎石最大粒徑為31.5mm，可得單位體積用水量mw0=185Kg/m3； 這樣就確定了混凝土配合比設(shè)計三參數(shù)中的單位體積用水量,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用

36、混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,4.根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的混凝土立方體抗壓強度標準值要求，確定混凝土的配制強度,實際施工中，相同配合比的混凝土，其強度值也總有波動，而且試驗室條件與施工現(xiàn)場條件不完全一樣，為保證實際施工時，所要求的混凝土強度等級，在配制混凝土?xí)r，配制強度需高于所要求的強度等級。,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,4.根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的混凝土立方體抗壓強度標準值

37、要求，確定混凝土的配制強度,根據(jù)題意可知：設(shè)計要求混凝土強度fcu,k=30MPa，無歷史資料，按表7-15取=5.0MPa，按下式計算混凝土配制強度 fcu,0=fcu,k+1.645=30.0+1.6455.0=38.2(MPa),題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,5.根據(jù)水泥膠砂試驗確定水泥的實際強度,與配制強度的概念一樣，水泥出廠時為了保證產(chǎn)品的合格率，生產(chǎn)廠也將水泥的實際強度控制在標準所規(guī)定的強度之上；在混凝土配制過程中，如不利用水泥所富余的強度，則會造成

38、一定的浪費，因此在計算水灰比之前，還應(yīng)利用水泥膠砂試驗測試水泥的實際強度。 本題中水泥經(jīng)膠砂試驗測得實際強度為49.3MPa,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,6.根據(jù)水灰比公式計算混凝土的水灰比,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,7.根據(jù)混凝土的水灰比和單位體積用水量確定單位體積水泥用量,由單位體積用水量和水灰比可得：,題目：試設(shè)計鋼筋

39、混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,8.驗證是否滿足混凝土耐久性要求,根據(jù)混凝土所處環(huán)境條件用于溫暖地區(qū)，查表7-12，允許最大水灰比為0.65，最小水泥用量為260Kg/m3。由以上的計算可以看出，此配合比滿足耐久性要求。,如果計算出的水灰比大于工程耐久性所需的最大水灰比，或水泥用量小于工程耐久性所需的最小水泥用量，則應(yīng)以工程耐久性所需的最大水灰比或最小水泥用量為配合比設(shè)計的水灰比或水泥用量；或改用低標號水泥，重新進行配合比設(shè)計。,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混

40、凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,9.根據(jù)混凝土的最大粒徑和水灰比確定砂率,混凝土的砂率選用表(%),選定混凝土砂率?。?3,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,10.采用體積法或質(zhì)量法確定混凝土的單位用砂量和單位用石量,體積法：如前所述四種原材料按照單位體積的用量組合在一起，就是一立方米混凝土，因此各種組分所占據(jù)的體積之和應(yīng)為1m3，由此便可以得到如下公式：,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型

41、梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,10.采用體積法或質(zhì)量法確定混凝土的單位用砂量和單位用石量,質(zhì)量法：也稱為假定密度法。組成1m3混凝土的各種原材料的質(zhì)量之和就是1m3混凝土的質(zhì)量，而1m3混凝土的質(zhì)量就是混凝土的密度，由此可得如下公式：,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,10.采用體積法或質(zhì)量法確定混凝土的單位用砂量和單位用石量,本題由于已知原材料的密度，為了計算

42、精確，采用體積法確定砂石用量,計算得ms0=628Kg/m3，mg0=1255Kg/m3。,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,10.采用體積法或質(zhì)量法確定混凝土的單位用砂量和單位用石量,至此混凝土的初步配合比已經(jīng)計算出來了：mc0=325Kg/m3，mw0=185Kg/m3， ms0=628Kg/m3，mg0=1255Kg/m3。,此計算結(jié)果為初步配合比,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和

43、物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,11.根據(jù)初步配合比的結(jié)果進行試拌，進行坍落度調(diào)整,按計算的初步配合比，試拌0.015m3混凝土混合料，首先計算出各種材料的試拌用量： 水泥：3250.0154.88Kg; 水：1850.0152.78kg; 砂：6280.0159.42Kg； 碎石：12550.01518.83Kg。,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,11.根據(jù)初步配合比的結(jié)果進行試拌，進行坍落度調(diào)整,按計算材料用量拌制混凝土拌和物，測定其坍落度

44、為10mm，未滿足題目的施工和易性要求。為此，保持水灰比不變，增加5水泥漿。再經(jīng)拌和坍落度為40mm，粘聚性和保水性亦良好，滿足施工和易性要求。此時混凝土拌和物各組成材料實際用量為： 水泥：4.88(1+5)5.12Kg； 水：2.78（1+5）2.92Kg；,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,11.根據(jù)初步配合比的結(jié)果進行試拌，進行坍落度調(diào)整,此時混凝土拌和物中各種原材料的比例為 mc1:mw1:ms1:mg1=5.12：2.92：9.42：18.83 =1：0.

45、57：1.84：3.68 各種材料的單位體積的用量由下式計算：,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,11.根據(jù)初步配合比的結(jié)果進行試拌，進行坍落度調(diào)整,解得mc1=336.2Kg/m3；mw1=191.6Kg/m3；ms1=618.6Kg/m3；mg1=1237.2Kg/m3； 此計算結(jié)果稱為基準配合比,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,1

46、2.根據(jù)基準配合比的結(jié)果制作試件，進行強度檢驗,采用水灰比分別為(w/c)A=0.52、(w/c)B=0.57和(w/c)C=0.62拌制三組混凝土拌和物。用水量保持不變，砂、碎石用量由下式確定：,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,12.根據(jù)基準配合比的結(jié)果制作試件，進行強度檢驗,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,12.根據(jù)基準配合比的結(jié)

47、果制作試件，進行強度檢驗,相應(yīng)混凝土配制強度fcu,038.2MPa的灰水比c/w=1.73，即w/c=0.58，這就是所需配制的混凝土的水灰比。 按強度試驗結(jié)果修正配合比，各材料用量為： 用水量mw2=mw1=191.6Kg/m3 水泥用量mc2=mw2/(w/c)=191.6/0.58=330.3Kg/m3,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,12.根據(jù)基準配合比的結(jié)果制作試件，進行強度檢驗,砂、石用量按體積法：,解得ms2=620.3Kg/m3，mg2=1240

48、.6Kg/m3。,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,12.根據(jù)基準配合比的結(jié)果制作試件，進行強度檢驗,測試混凝土混合料的濕表觀密度，計算實驗室配合比 以上混凝土的濕表觀密度的計算值為：191.6+330.3+620.3+1240.6=2382.8Kg/m3 按以上配合比配制混凝土混合料，測定其濕表觀密度為2427Kg/m3 則修正系數(shù)=2427/2382.8=1.019 所以，此混凝土的實驗室配合比為： mw2=191.61.019=195.2Kg/m3 mc2=3

49、30.31.019=336.6Kg/m3 ms2=620.31.019=632.1Kg/m3 mg2=1240.61.019=1264.2Kg/m3,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,13.根據(jù)現(xiàn)場的含水率，進行配合比調(diào)整,由于現(xiàn)場的砂石料中含有一定量的水，因此在添加砂石時，也引入了一部分水，使實際的砂石量不足，同時添加水時應(yīng)扣除砂石所引入的水分。因此需要根據(jù)材料含水率對實驗室配合比進行修正：,題目：試設(shè)計鋼筋混凝土橋T型梁用混凝土配合。已知混凝土的設(shè)計強度等級為C30，無強度歷史統(tǒng)計資料，要求混凝土拌和物坍落度為30一50mm。橋梁所在地區(qū)為溫暖地區(qū)。,13.根據(jù)現(xiàn)場的含水率，進行配合比調(diào)整,水泥用量：mc3=mc2=336.6Kg