1、1第五章 水泥混凝土与砂浆山东建筑大学山东建筑大学 交通工程专业交通工程专业2主要内容主要内容5.1 水泥混凝土的技术性质水泥混凝土的技术性质5.2 普通水泥混凝土的组成设计普通水泥混凝土的组成设计5.3 混凝土外加剂与掺合料混凝土外加剂与掺合料5.4 路面水泥混凝土的组成设计路面水泥混凝土的组成设计5.5 砂浆砂浆5.6 小结与习题小结与习题道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆3学习任务学习任务掌握掌握 水泥混凝土的材料组成；水泥混凝土的技术性能及影水泥混凝土的材料组成；水泥混凝土的技术性能及影响主要技术性能的因素、评价方法和评价指标；响主要技术性能的因素、评价方法和评价
2、指标；熟悉熟悉 水泥混凝土的组成材料技术要求及其配合比设计方水泥混凝土的组成材料技术要求及其配合比设计方法；混凝土外掺剂类型及功能；法；混凝土外掺剂类型及功能；了解了解 粉煤灰混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土的特点粉煤灰混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土的特点及使用场合；砂浆的技术特性；及使用场合；砂浆的技术特性；道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆45.1 水泥混凝土的技术性质水泥混凝土的技术性质5.1.1 概述概述n定义定义：以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散于不同以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散于不同粒径的粗细集料胶结起来，经过一定凝结硬化而形成具有一
3、定力学粒径的粗细集料胶结起来，经过一定凝结硬化而形成具有一定力学性能的一种人工石材。性能的一种人工石材。n特点特点： (1) 工艺简单，适用性强工艺简单，适用性强 ；用量最广泛；用量最广泛； (2) 与钢筋有良好的握裹力，可制作钢筋混凝土整体构件或结构；与钢筋有良好的握裹力，可制作钢筋混凝土整体构件或结构； (3) 抗压强度高，耐久性好；抗压强度高，耐久性好； (4) 可制备具有不同物理力学性质的混凝土，满足不同工程要求；可制备具有不同物理力学性质的混凝土，满足不同工程要求；道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆51. 分类分类(1) 按表观密度分类：按表观密度分类：n 普通
4、混凝土：普通混凝土：约为约为23502500kg/m3（道路）（道路）n 轻混凝土：轻混凝土： 为为1900 kg/m3（大跨径钢筋混凝土结构物（大跨径钢筋混凝土结构物)n 重混凝土：重混凝土： 达达25003200 kg/m3（屏蔽辐射）（屏蔽辐射）(2) 按强度分类按强度分类:n低强混凝土：低强混凝土： 28d抗压强度小于抗压强度小于20MPa；n中强混凝土：中强混凝土： 28d抗压强度介于抗压强度介于2050MPa ；n高强混凝土：高强混凝土： 28d抗压强度大于抗压强度大于50MPa 。2. 发展历史发展历史1824,John,Aspdin,发明波特兰发明波特兰水泥水泥1880，钢筋，
5、钢筋混凝土设计混凝土设计方法发表方法发表1850,Lambot(France)，钢，钢筋混凝土筋混凝土1918，水，水灰比理论灰比理论问世问世1928，预，预应力混凝应力混凝土问世土问世道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆65.1.2 水泥混凝土的技术性质水泥混凝土的技术性质1. 施工和易性施工和易性 含义：含义：流动性流动性+可塑性可塑性+稳定性稳定性+易密性易密性流动性：决定于分散相中固液相的比例，流动性：决定于分散相中固液相的比例，W 流动流动 优质混凝土具有满足运输和浇优质混凝土具有满足运输和浇捣的要求；捣的要求；可塑性可塑性:不为外力作用产生脆断的塑性变形能力，与
6、不为外力作用产生脆断的塑性变形能力，与W/C 及水泥浆或砂浆的含量有关；及水泥浆或砂浆的含量有关；道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆7测定方法测定方法主要有主要有 主观评定主观评定 坍落度坍落度 压入度试验压入度试验 流动度试验流动度试验 重塑性试验重塑性试验 贯入度试验贯入度试验 搅拌机试验搅拌机试验 其他方法其他方法我国规范现推荐：我国规范现推荐：坍落度坍落度和和维勃稠度试验维勃稠度试验道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆8坍落度试验坍落度试验n美国查普曼提出美国查普曼提出(Chapman)坍落度图图1 1 混凝土拌合物坍落度的测定混凝土拌合物坍落
7、度的测定道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆9 缺点缺点: :a:a:坍落度仅能表征流动性坍落度仅能表征流动性b:b:可能发生沿一斜面下滑甚至崩溃可能发生沿一斜面下滑甚至崩溃c:c:仅对富含水泥浆的混凝土较敏感，干硬仅对富含水泥浆的混凝土较敏感，干硬 混凝土坍落度混凝土坍落度=0=0坍落度不是满意坍落度不是满意的工作性指标的工作性指标流态混凝土（坍落度流态混凝土（坍落度80mm)80mm)流动性混凝土（坍落度流动性混凝土（坍落度=3080mm)=3080mm)低流动性混凝土（坍落度低流动性混凝土（坍落度1030mm)1030mm)干硬性混凝土（坍落度干硬性混凝土（坍落度10
8、mm)10mm)道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆102）维勃稠度试验（瑞典人提出）维勃稠度试验（瑞典人提出）适用范围：适用范围： 当坍落度当坍落度10mm，干硬性混凝土，干硬性混凝土， d40mm，维勃值，维勃值530s将坍落度筒放在圆筒中，将坍落度筒放在圆筒中，置于振动台上，拔出坍落度筒置于振动台上，拔出坍落度筒并在新拌混凝土顶上置一透明并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘，开动振动台，直至水泥圆盘，开动振动台，直至水泥浆布满圆盘所经历的时间浆布满圆盘所经历的时间(s)。图图2 维勃稠度仪维勃稠度仪道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆11(3) 影响因素
9、影响因素n组成材料的影响组成材料的影响单位用水量：组成材料确定时，拌和物流动性随单位用水量单位用水量：组成材料确定时，拌和物流动性随单位用水量 而而水灰比：水：水泥质量比；其值越小，水泥浆越稠；水灰比：水：水泥质量比；其值越小，水泥浆越稠；砂率：细料占全部集料总质量；过小，减弱砂浆润滑作用，易产砂率：细料占全部集料总质量；过小，减弱砂浆润滑作用，易产生离析等现象；生离析等现象；水泥品种与细度：不同水泥，需水量不同；水泥品种与细度：不同水泥，需水量不同；集料：集料的最大粒径、级配、颗粒形状和表面粗糙度有关；集料：集料的最大粒径、级配、颗粒形状和表面粗糙度有关；外加剂：主要有减水剂和引气剂；外加剂
10、：主要有减水剂和引气剂；n外界因素的影响外界因素的影响环境因素：温度、湿度和风速；环境因素：温度、湿度和风速；时间：其流动性随时间的延长逐渐减小；时间：其流动性随时间的延长逐渐减小；道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆125.2 普通水泥混凝土的组成设计普通水泥混凝土的组成设计1.普通水泥混凝土组成材料的技术要求普通水泥混凝土组成材料的技术要求 (1) 水泥品种和强度等级水泥品种和强度等级 通常，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸通常，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸 盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等均可用于配制普通水泥混凝土。盐水泥、粉
11、煤灰硅酸盐水泥等均可用于配制普通水泥混凝土。 (2) 粗集料粗集料 混凝土所用粗集料包括卵石和碎石，是混凝土的主要组成材料，也是混凝土所用粗集料包括卵石和碎石，是混凝土的主要组成材料，也是 影响混凝土主要强度的因素之一。影响混凝土主要强度的因素之一。 (3) 细集料细集料 混凝土用细集料宜用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂。混凝土用细集料宜用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂。 (4)拌和用水拌和用水 (5)外加剂与掺合料外加剂与掺合料 掺量不超过水泥质量的掺量不超过水泥质量的5%，作用是改善混凝土拌合物的施工和易性、，作用是改善混凝土拌合物的施工和易性、 降低混凝土水化热、调解
12、凝结时间。降低混凝土水化热、调解凝结时间。道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆132.混凝土组成设计要点混凝土组成设计要点 混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例。确定这种数量比例关系的工作，称为混凝土配的质量比例。确定这种数量比例关系的工作，称为混凝土配合比设计。合比设计。n主要内容：选料和配料两方面内容主要内容：选料和配料两方面内容n配合比表示方法配合比表示方法：单位用量法、相对用量法：单位用量法、相对用量法n混凝土配合比混凝土配合比设计的三个参数设计的三个参数： 水灰比、砂率、用水量水灰比、砂率、用水量道
13、路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆143.3.混凝土配合比设计步骤混凝土配合比设计步骤n计算计算“初步配合比初步配合比”n提出提出“基准配合比基准配合比”n确定确定“实验室配合比实验室配合比”n换算换算“工地配合比工地配合比”道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆154.普通混凝土配合比设计方法普通混凝土配合比设计方法(1) 初步配合比设计步骤初步配合比设计步骤确定混凝土的配制强度确定混凝土的配制强度fcu,o fcu,ofcu,k+1.645 fcu,o 混凝土配制强度混凝土配制强度(MPa)； fcu,k 混凝土设计强度等级混凝土设计强度等级(MPa)
14、； 混凝土强度标准差混凝土强度标准差(MPa)；计算水灰比计算水灰比W/C：cebaocuceafaaffaCW,/式中式中 fcu,o 混凝土试配强度混凝土试配强度, MPa； fce 水泥水泥28d的实测强度的实测强度, MPa； aa ，ab 回归系数，应根据工程所使用的水泥、集料，通过实验确定。回归系数，应根据工程所使用的水泥、集料，通过实验确定。道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆16单位用水量确定单位用水量确定(w0) 根据集料的品种、粒径及施工的要求的混凝土拌合物根据集料的品种、粒径及施工的要求的混凝土拌合物稠度值稠度值(坍落度或维勃稠度坍落度或维勃稠度)选择
15、每立方米混凝土拌合物的用选择每立方米混凝土拌合物的用水量。一般可根据施工单位对所用材料的经验确定。如经验水量。一般可根据施工单位对所用材料的经验确定。如经验不足可参照表选取。不足可参照表选取。混凝土用水量选用表混凝土用水量选用表道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆17 计算单位水泥用量计算单位水泥用量(co)n为了保证混凝土耐久性，水泥用量计算值不小于规范中规为了保证混凝土耐久性，水泥用量计算值不小于规范中规定的最小水泥用量；定的最小水泥用量； mco=mwoC/W 确定砂率确定砂率s s由骨料品种、最大粒径和混凝土拌和物水灰比确定砂率。由骨料品种、最大粒径和混凝土拌和物水
16、灰比确定砂率。混凝土的砂率选用表混凝土的砂率选用表(%)道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆18计算粗骨料用量计算粗骨料用量mso和细骨料用量和细骨料用量mgon体积法：认为混凝土拌和五总体积体积法：认为混凝土拌和五总体积=水泥、砂、石和水四种材料水泥、砂、石和水四种材料的绝对体积与空隙体积之和；的绝对体积与空隙体积之和；n密度法：假定适宜的表观密度值密度法：假定适宜的表观密度值mcp；101.0mccoammwsoggo100mmgosoasomc c：水泥密度：水泥密度(kg/(kg/3 3) )；g g：粗骨料的表观密度：粗骨料的表观密度(kg/(kg/3 3) )；
17、s s：细骨料的表观密度：细骨料的表观密度(kg/(kg/3 3) )；w w：水的密度：水的密度(kg/(kg/3 3) )，可取，可取1000 kg/1000 kg/3 3；s s：砂率：砂率( () )；：混凝土的含气量百分数，不使用引气型外加：混凝土的含气量百分数，不使用引气型外加剂时，剂时，可取为可取为。100mmgosoasomcpwosogocommmmm道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆19混凝土配合比的试配、调整与确定混凝土配合比的试配、调整与确定n基准配合比基准配合比：试拌，检验拌和物的和易性，塌落度和试拌，检验拌和物的和易性，塌落度和VB稠度满足稠度
18、满足要求的水泥：水：砂：石子作为基准配合比；要求的水泥：水：砂：石子作为基准配合比；n设计配合比设计配合比：检验试件强度、和易性，从而确定设计配合比；检验试件强度、和易性，从而确定设计配合比；n混凝土材料用量调整混凝土材料用量调整：根据实测拌和物湿表观密度修正配合比；根据实测拌和物湿表观密度修正配合比；n施工配合比施工配合比： 混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料为基准的，但实际工地使用混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定的水分，须换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的配的骨料常含有一定的水分，须换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的配合比。其换
19、算如下：设工地砂子含水率为合比。其换算如下：设工地砂子含水率为a，石子含水率为，石子含水率为b。则施工配合。则施工配合比混凝土中各材料用量为：比混凝土中各材料用量为： 水泥水泥mc= mc (kg) 砂砂ms= ms (1+a%) (kg) 碎石碎石mg=mg(1+b%)(kg) 水水mw=mw(ms a%mgb%) (kg)道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆205.3 混凝土外加剂与掺合料混凝土外加剂与掺合料1. 外加剂外加剂(1) 定义及功能定义及功能n定义定义：混凝土拌制过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质，掺：混凝土拌制过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质，掺量不
20、大于水泥用量的量不大于水泥用量的5%；n目的目的：较少混凝土浇筑施工费用，更有效获得所需的混凝土性：较少混凝土浇筑施工费用，更有效获得所需的混凝土性能；保证混凝土在不利的搅拌、浇筑和养护条件下仍有所需的施工能；保证混凝土在不利的搅拌、浇筑和养护条件下仍有所需的施工质量，满足混凝土在施工过程中的一些特殊要求；质量，满足混凝土在施工过程中的一些特殊要求； (2) 外加剂类型外加剂类型n减水剂：减水剂：n引气剂：引气剂：n缓凝剂：缓凝剂：n早强剂：早强剂： 道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆212. 掺和料掺和料n掺和料主要是指粉煤灰掺和料主要是指粉煤灰n粉煤灰的特性：粉煤灰的
21、特性：形态效应：由粉煤灰颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗形态效应：由粉煤灰颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理形状产生的效应；粒级配等物理形状产生的效应；活性效应：由粉煤灰中活性成分所产生的化学效应；活性效应：由粉煤灰中活性成分所产生的化学效应；微集料效应：粉煤灰中微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙微集料效应：粉煤灰中微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特征；和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特征；道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆225.4 路面水泥混凝土的组成设计路面水泥混凝土的组成设计1.路面普通水
22、泥混凝土路面普通水泥混凝土 (1)路面普通混凝土组成材料的技术要求路面普通混凝土组成材料的技术要求n水泥品种与强度要求：特重、重交通等级的水泥混凝土路面，应水泥品种与强度要求：特重、重交通等级的水泥混凝土路面，应优先采用旋窑道路硅酸盐水泥，中、轻交通路面，也可采用矿渣硅优先采用旋窑道路硅酸盐水泥，中、轻交通路面，也可采用矿渣硅酸盐水泥。酸盐水泥。n粉煤灰粉煤灰n粗集料粗集料n细集料品种与质量要求细集料品种与质量要求n外加剂外加剂n水水道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆23(2) 路面普通混凝土配合比设计指标路面普通混凝土配合比设计指标n设计弯拉强度标准值设计弯拉强度标准值
23、n施工和易性施工和易性p路面混凝土拌合物的施工方式路面混凝土拌合物的施工方式p路面混凝土拌合物的施工和易性要求路面混凝土拌合物的施工和易性要求n耐久性耐久性道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆243.路面普通水泥混凝土配合比设计步骤路面普通水泥混凝土配合比设计步骤n配制弯拉强度配制弯拉强度n水灰比的计算、校核及确定水灰比的计算、校核及确定n选取砂率选取砂率n计算单位用水量计算单位用水量n确定单位水泥用量确定单位水泥用量n单位粉煤灰用量单位粉煤灰用量n砂石材料用量砂石材料用量道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆255.5 砂浆砂浆1.1.砌筑砂浆的技术性质
24、砌筑砂浆的技术性质n新拌砂浆的施工和易性：两方面要求新拌砂浆的施工和易性：两方面要求 1)1)流动性：砂浆的流动性是指其在重力或外力作用下流动，能在流动性：砂浆的流动性是指其在重力或外力作用下流动，能在 粗糙的砖，石基面上铺筑成均匀的薄层并能与底面很好粘结的粗糙的砖，石基面上铺筑成均匀的薄层并能与底面很好粘结的 性能。性能。 2)2)保水性：砂浆保水性是指砂浆保持水分的能力，即新拌砂浆在保水性：砂浆保水性是指砂浆保持水分的能力，即新拌砂浆在 运输过程中，不易产生分层，析水现象，水不易从砂浆中分离运输过程中，不易产生分层，析水现象，水不易从砂浆中分离 出来的性质。出来的性质。道路建筑材料道路建筑
25、材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆262.砂浆的组成材料砂浆的组成材料(1)水泥水泥 砂浆通常由水泥，矿渣水泥，火山灰水泥等配制。砂浆通常由水泥，矿渣水泥，火山灰水泥等配制。(2) 掺合料和外加剂掺合料和外加剂 为了节约水泥并改善施工和易性，砂浆中可以掺加各种掺合料，如为了节约水泥并改善施工和易性，砂浆中可以掺加各种掺合料，如粉煤灰、石灰、石膏和粘土等。粉煤灰、石灰、石膏和粘土等。(3) 细集料细集料 砂浆用砂应符合混凝土用砂的技术性能要求砂浆用砂应符合混凝土用砂的技术性能要求道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆273.砂浆的配合比砂浆的配合比(1) 砌筑砂浆配合比计算与
26、确定砌筑砂浆配合比计算与确定水泥混合砂浆配合比计算水泥混合砂浆配合比计算水泥砂浆的配合比确定水泥砂浆的配合比确定砂浆配合比试配、调整与确定砂浆配合比试配、调整与确定(2) 抹面砂浆的配合比抹面砂浆的配合比普通抹面砂浆普通抹面砂浆防水砂浆防水砂浆道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆285.5 小结与习题小结与习题 本章主要介绍了水泥混凝土的特点、分类以及本章主要介绍了水泥混凝土的特点、分类以及优缺点，混凝土的外加剂，砂浆。并以此为基础学优缺点，混凝土的外加剂，砂浆。并以此为基础学习了普通混凝土的配合比设计。要求学生了解水泥习了普通混凝土的配合比设计。要求学生了解水泥混凝土的技术性质，掌握普通混凝土配合比设计。混凝土的技术性质，掌握普通混凝土配合比设计。 作业：作业：P262：5-13和和5-14； 思考题：思考题：P262：5-1至至5-12；道路建筑材料道路建筑材料水泥混凝土与砂浆水泥混凝土与砂浆山东建筑大学山东建筑大学 交通工程专业交通工程专业 本 章 结 束29
