第十章水泥混凝土材料特性

第十章水泥混凝土材料特性第一节概述第二节水泥混凝土混合料性能及测试第三节普通水泥混凝土混合料配合比设计第四节特种水泥混凝土简介第一节概述水泥混凝土按表观密度分，可分为：1.重混凝土2.普通混凝土3.轻混凝土水泥混凝土路面具有高强、耐磨、维修周期长等特点，已成为世界各国公路路面建设中的一种主要结构类型。国外在这方面发展较快，机械化施工程度较高。近几年来，由于交通运输迅速发展，我国已开始大规模修建水泥混凝土路面。第二节水泥混凝土混合料性能及试验一普通混凝土的组成材料1.水泥配置混凝土一般可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。水泥的强度选择，应于混凝土设计强度等级相适应。一般水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5~2.0倍为宜。2.细集料一般采用天然砂，它是岩石风化所形成的大小不等不同矿物散粒组成的混合物，一般有河砂、海砂及山砂。砂的颗粒级配，即表示砂的大小颗粒搭配情况。砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起后总体的粗细程度，用细度模数区分。x234561x1()5100MAAAAAAMA细度模数（)公式:3.粗集料普通混凝土常用的粗集料有碎石和卵石。是经破碎、筛分而得到的粒径大于4.75mm的岩石或卵石。二普通混凝土的主要性质A.和易性含义：指混凝土拌合物易于施工操作并能获得质量均匀、成型密实的性能。包括流动性、黏聚性、保水性和易密性4个方面。指标：坍落度试验。将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落度筒内，装满刮平后，垂直向上将筒提起，移到一旁，拌合物由于自重将会产生坍落现象。量出下坍高度，则为坍落度。坍落度越大表示流动性越大。影响和易性的主要因素：1.水泥浆数量水泥浆赋予混凝土拌和物一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体积拌和物内，如果水泥浆越多，则拌和物的流动性越大。但水泥浆过多，将会出现流浆现象，使拌和物的黏聚性变差，同时对混凝土耐久性也会产生一定影响，且水泥用量也大。水泥浆过少，不能填满孔隙或不能很好地包裹集料表面时，就会产生崩坍现象，黏聚性变差。水泥浆数量应以满足流动性要求为宜，不宜过量。2.水泥浆稠度在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越稠，混凝土拌合物的流动性越小。当水灰比过小时，水泥浆干稠，流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实性。增加水灰比会使流动性增大，但过大时，又会时混凝土拌合物黏聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象。3.砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使集料的孔隙率和集料的表面积显著改变，因而对混凝土拌和物的和易性产生显著影响。坍落度为10~60m混凝土砂率的选取见下表。4.时间和温度混凝土搅拌完毕后，混凝土拌和物的坍落度随时间的推移逐渐减小，导致这种原因有水泥的水化反应、集料吸收水分、水分的蒸发等，这些因素的作用随着温度的升高而加剧。B.混凝土抗折强度在混凝土直接受拉时，很小变形就要开裂，它在断裂前没有残余变形，是一种脆性破坏。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20。道路路面或机场道面用水泥混凝土，以抗弯拉强度为主要指标，抗压强度为参考强度指标。影响抗折强度的因素：1.水泥抗折强度和体积稳定性2.粗集料3.砂细度模数4.单位水泥用量5.水灰比6.单位用水量7.含气量影响混凝土抗折疲劳极限的因素1.粗集料最大粒径和粒性2.水泥中的游离氧化钙含量3.含气量C混凝土变形性能其中混凝土变形性能由荷载作用的变形、温差变形和干湿变形三部分组成。1）荷载变形影响因素有含气量、粗集料最大粒径、单位水泥用量、水灰比和砂细度模数。降低抗折弹性模量的好处为：一是路面结构刚度EI减小，当荷载应力一定，弯拉应变大，路面的柔性好，有利于降低材料脆性，提高道路的行车舒适感和减小噪声；二是当荷载、干湿、温度等引起翘曲变形一定，混凝土路面板内产生的弯曲疲劳应力水平低，翘曲循环破坏的几率小，有利于保持各种因素作用下路面和接缝的完好率。2）干缩变形干缩应变一般比温缩应变大一个数量级，占混凝土温度和湿度应变的绝大部分，所以讨论或检测混凝土的变形性质，仅指其干缩应变。影响因素有含气量、粗集料最大粒径、集料含土量、单位水泥用量、水灰比。3）温度变形温度变形比干缩变形小一个数量及，而且可以通过温度系数对温度变形进行计算。影响混凝土温度系数的因素最重要的是粗集料的岩石种类，其次是含气量。综上所述，引气剂降低道路混凝土的抗折强度，减小干缩应变，减小热扩散、热传导和隔热系数，从总体上提高道路混凝土的体积稳定性，增强这种暴露在野外结构的耐候性。D混凝土耐久性混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性。限制要求：1.含气量：满足上述各种路用性能要求的含气量在4.5%~6%，抗盐冻性要求的混凝土比抗冰冻要求高一些；2.最大水灰比：从混凝土路面所要求的抗折强度、小变形性能和耐久性出发，路面混凝土的最大水灰比应不超过0.44；有抗冻性要求时，不宜超过0.42；有抗盐冻性要求时，不宜大于0.40.3.最大单位用水量：碎石混凝土单位用水量不大于160kg/m3；砾石混凝土不大于155kg/m3.4.最小水泥用量三水泥混凝土路面表面使用品质1.抗滑性影响因素：细集料、粗集料、表面整饰工艺、路面污染、温度及季节变化、交通荷载、路面干湿状态。提高抗滑能力的技术措施：①确保材料的抗磨光和抗磨耗能力；②通过各种不同的表面处理工艺形成粗糙耐久的路面表面构造。2.耐磨性影响因素：混凝土强度和水泥品质。提高耐磨性的技术措施：①表面采用高强度混凝土，特别是抗压强度较高的混凝土；②采用优质材料，如道路水泥，耐磨耗的石料，严格控制砂、石含泥量，或采用高强度的铁砂。3.平整度提高平整度的技术措施：①施工方面：严格控制模板安装和固定高程，防止模板变形。混凝土拌合及摊铺要均匀，混凝土振捣适当，提浆要均匀，加强抹平。脱水后，应复滚。采用拉结合拉毛，施工时用的导梁。减少胀缝和工作缝，缩缝尽量不用压缝；②设计方面：采用连续配筋或钢纤维混凝土等类型混凝土路面。减少或取消缩缝。采取优质填缝料；③养护方面：加强水泥混凝土路面的养护。防止和及时修补板块的破损和基层的损坏，及时清楚路面杂物，保持路面清洁。第三节普通水泥混凝土混合料配合比设计路面水泥混凝土的配合比设计和施工控制是路面施工质量中的重要环节。即使原材料相同，由于配合比不当或失控，也会造成路面磨损、断板等早期破损现象。因此，在配合比设计上具有路面自身的结构特点与技术要求。一配合比设计要求水泥混凝土路面的配合比设计应满足抗弯拉强度、工作性、耐久性及经济性等四项基本要求。1.弯拉强度试配28d弯拉强度的均值应按下式确定：保证率系数：cf11.04(MPa)cmcvcmvfftsCfstnpC式中：混凝土设计弯拉强度标准值混凝土弯拉强度试验样本的标准差保证率系数，按样本数和判别概率参照下表确定弯拉强度变异系数。各级公路满足可靠度要求的配置弯拉强度：2.工作性混凝土工作性必须首先满足振捣棒（组）对路面板的振捣密实度的要求；其次是满足路表面平整度、抗滑构造、表面砂浆的厚度均匀和外观效果的要求。滑模摊铺时，摊铺机前混凝土拌合物最佳工作性及允许范围应符合下表的规定。◎轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面混凝土坍落度及最大单位用水量，应满足下表的规定。3.耐久性耐久性所包含的内容包括：满足抗（盐）冻性、抗滑性、抗磨性、抗冲击性、耐疲劳性要求及抗海水、海风、酸雨、硫酸盐等腐蚀环境介质化学侵蚀性的要求。各交通等级路面混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比和最小单位水泥用量应符合下表的规定。4.经济性在满足上述三项技术要求的前提下，配合比应尽可能经济。各级公路混凝土路面最大水泥用量不宜大于400kg/m3;掺粉煤灰时，最大胶材总量不宜大于420kg/m3.外加剂的使用要求：高温施工时，混凝土拌合物的初凝时间不得小于3h，否则，应采取缓凝或保塑措施。低温施工时，终凝时间不得大于10h，否则，应采取必要的促凝或早强措施。外加剂应进行适应性检测，掺量应由混凝土试配试验确定。引气剂与高效减水剂或其他外加剂复配在同一水溶液中时，应注意他们的可共溶性，防止外加剂溶液发生絮凝现象。处在海水、海风、酸雨、硫酸盐或撒除冰盐锈蚀环境中钢筋等路面宜掺阻锈剂。二配合比参数的计算过程1.水灰比计算与确定碎石或碎卵石混凝土：卵石混凝土：2.选取砂率砂率可根据砂的细度模数和粗集料种类，查下表取值。在软作抗滑槽时，砂率在表中基础上可增大1%~2%。1.56841.00970.3595csWCff1.26181.54920.4709csWCff3.用水量确定碎石：卵石：掺外加剂应计入外加剂减水作用。掺外加剂的混凝土单位用水量可按下式确定：4.单位水泥用量5.砂石料用量砂石料用量可按密度法或体积法计算，按密度法计算时，混凝土假定重度可取2400~2450kg/m3。按体积法计算时，应0104.970.30911.270.61LpCWSSW086.890.37011.241.00LpCWSSW0(1)100o00CCWW计入设计含气量。6.粉煤灰的使用各级道路路面混凝土拌合物中掺粉煤灰时，其配合比计算应按超量取代法进行。粉煤灰掺量应根据水泥中原有的掺合材料数量和混凝土弯拉强度、耐磨性等要求由试验确定。粉煤灰的超量系数可按下表初选。7.配合比确定与调整道路水泥混凝土的配合比设计可分为三个阶段：实验室基准配合比设计，搅拌站试拌配合比设计，施工现场配合比调整与验证1．实验室基准配合比确定、调整及验证按上述各公式估算出的配合比，首先检验各种混凝土拌合物是否满足不同施工方式的工作性要求。检验项目包括含气量、坍落度及其损失或振动粘度系数、改进VC值、外加剂品种及其最佳掺量。在工作性和含气量不满足相应摊铺方式要求时，可保持水灰比不变调整单位用水量、外加剂掺量和砂率。但不得减小满足弯拉强度及耐久性要求计算得到的水泥用量。2．搅拌站试拌配合比设计混凝土的实验室配合比应通过施工搅拌站实际拌和检验，并应根据料场砂石料含水量、拌合物实测容重、含气量、坍落度及其损失，调整单位用水量、砂率和外加剂掺量等。调整时水灰（胶）比不得变动，水泥（胶材）用量不得减小。在满足不同施工方式的工作性、28d（7d）试配弯拉强度、抗压强度和耐久性等要求后，得出搅拌站试拌配合比。3．施工现场配合比调整与验证实验室的基准配合比应通过搅拌站实际拌和检验和不小于200m试验路段的验证，确定满足试拌、试铺的工作性、28d（至少7d）配制弯拉强度、抗压强度和耐久性等要求的配合比，作为施工配合比。第四节特种水泥混凝土简介一轻集料混凝土轻集料混凝土是指用轻粗集料、轻砂等为集料配置而成的干表面密度不大于1900kg/m3的水泥混凝土。轻集料混凝土按轻集料的种类分为：天然轻集料混凝土。如浮石混凝土、火山渣混凝土和多孔凝灰岩混凝土等。人造轻集料混凝土。如黏土陶粒混凝土、页岩陶粒混凝土以及膨胀珍珠岩混凝土和用轻集料（聚氨酯颗粒）制成的混凝土等。工业废料轻集料混凝土。如煤渣混凝土、粉煤灰陶粒混凝土和膨胀矿渣珠混凝土等。二加气混凝土从广义上来讲是所有加了气的混凝土，包括加气混凝土砌块，泡沫混凝土及加了引气剂的混凝土。狭义上的讲就是加气混凝土砌块。一般根据原材料的类别、采用的工艺及承担的功能进行分类。加气混凝土按形状，可分为各种规格砌块或板材。加气混凝土按原料，基本有三种:(水泥,石灰,粉煤灰加气砖);(水泥,石灰,砂加气砖);(水泥,矿渣,砂加气砖)加气混凝土按用途，可分为非承重砌块、承重砌块、保温块、墙板与屋面板五种。加气混凝土