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1、1,道路建筑材料,西华大学 交通与汽车工程学院 交通运输系交通工程教研室,主讲教师:李慧,2,一、水泥混凝土的强度 强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度,1 混凝土的抗压强度和强度等级:,抗压强度fcu的测试:,标准试件尺寸:边长为150mm的立方体,标准养护条件:,养护时间:28day,水泥混凝土力学性质,三个值的算术平均值作为测定值,误差15%,若任一个超过15%,取中值作为测定值,若两个超过15%,则测定结果无效。,3,如果实验使用的为非标准试件,则计算结果应乘换算系数;,水泥混凝土力学性质,4,例 边长为200mm的立方体某组混凝土试件,龄期为28d,测得破坏载荷分别为560kN 600
2、kN,580kN,试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度?,解:计算公式为 fcu=1.05*P/(200*200) Fcu1=1.05*560/(200*200)=14.7MPa Fcu2=1.05*600/(200*200)=15.75MPa Fcu3=1.05*580/(200*200)=15.23MPa 所求的混凝土立方体抗压强度为: Fcu=(Fcu1+ Fcu2+ Fcu3)/3=15.23MPa,水泥混凝土力学性质,5,课堂练习:,尺寸为100mm100mm100mm的某组混凝土试件, 龄期为28d,测定破坏荷载分别为392kN,379kN,384kN 试计算该组试件的混凝土立方体
3、抗压强度?,解:计算公式为 fcu=0.95P/(100100) Fcu1=0.95392/(100100)= 37.24MPa Fcu2=0.95379/(100100)= 36.01MPa Fcu3=0.95384/(100*100)= 36.48MPa 所求的混凝土立方体抗压强度为: Fcu=(Fcu1+ Fcu2+ Fcu3)/3=36.58 MPa,水泥混凝土力学性质,6,混凝土抗压强度标准值,水泥混凝土力学性质,指保证率为95%时的抗压强度,混凝土的强度等级划分的标准: 以混凝土立方体抗压强度为标准,混凝土按照立方体抗压强度划分为如下级: C7.5 、C10、C15、C20、C25
4、、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等级;,7,水泥混凝土力学性质,我国目前建筑中采用的强度等级范围为,8,2 抗折强度 在道路路面和机场跑道,砼以抗折强度为主要指标,抗压强度值为参考; 在道路路面设计中,考虑交通量分级: 特重 重 中等 轻 抗折强度 5 4.5 4.5 4 抗压强度 35.5 30.0 30.0 25.0,F,水泥混凝土力学性质,9,3 轴心抗压强度 采用立方体试件测量的抗压强度值偏高,故采用轴心抗压强度: 采用150*150*300的棱柱体 在立方体抗压强度为055MPa范围内fcp=(0.70.8)fcu 。在结构设计计算时,一般取fcp0.67fc
5、u。 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm100mm和200mm200mm,测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。,10,4 劈裂抗拉强度,水泥混凝土力学性质,制作尺寸为150mmX150mmX150mm的试块,试件中心间内用圆弧为垫条施加两个方向的均布压力,抗拉强度只有抗压强度的1/101/20,受拉时会开裂,是一种脆性破坏,抗拉强度对开裂具有重要意义;,11,砼立方体抗压强度试验,试验目的:,测定混凝土立方体的抗压强度,以检验材料的质量,确定、校核混凝土的配合比,并为控制施工质量提供依据。,12,主要试验设备:,压力试验机(如示意图),工作油缸,试验机框架,上压板,
6、下压板,螺旋连杆,螺旋转盘,设备基础,实物图片,13,14,试验步骤:,1、将一组(以三个试件为一组)经标准养护28d边长为150的混凝土标准试件(也可采用边长为200或边长为100的非标准试件)从养护室取出,并及时进行试验。试件在试验前应先擦试干净。,15,2、将砼试件安放在试验机下压板中心。试件的承压面应与成型时的顶面垂直。旋转螺旋转盘,使上压板与试件刚好接触,开动试验机,以每秒0.5MPa左右的速度连续均匀地加荷,直至破坏,记录破坏时的荷载。,16,结果评定:,1、混凝土立方体抗压强度按下式计算:,P砼破坏荷载(N);,A试件承压面积(2)。,砼立方体抗压强度计算至0.1MPa。,2、取
7、三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。若三个测值中最大值或最小值中与中间值的差值超过中间值的15%时,则取中间值作为该组砼抗压强度值。若有两个测值与中间值的差均超过中间值的15%,则该试件的试验结果无效。,3、用非标试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数,其值对边长为200的试件为1.05;对边长为100的试件为0.95。,17,二、影响混凝土强度的主要因素,主要因素:材料组成、制备方法、养生条件和试验条件,水泥混凝土力学性质,18,水泥混凝土力学性质,19,水灰比对混凝土强度的影响示意图,水泥混凝土力学性质,20,(2)骨料的影响:,水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外,还
8、与骨料(尤其是粗骨料)的表面状况有关。 碎石表面粗糙,粘结力比较大,卵石表面光滑,粘结力比较小。 因而在水泥强度等级和水灰比相同的条件下,碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土。,水泥混凝土力学性质,21,22,(3)养护温度和湿度对强度的影响:,养护环境温度高,水泥水化速度加快,混凝土早期强度 高;反之亦然。若温度在冰点以下,不但水泥水化停止, 而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏松,强度严重降低, 尤其是早期混凝土应特别加强防冻措施。为加快水泥的水 化速度,采用湿热养护的方法,即蒸气养护或蒸压养护。,水泥混凝土力学性质,23,湿度通常指的是空气相对湿度。相对湿度低,混凝土中的水份挥发快,混凝土因缺
9、水而停止水化,强度发展受阻。 另一方面,混凝土在强度较低时失水过快,极易引起干缩,影响混凝土耐久性。一般在混凝土浇筑完毕后12h内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。,水泥混凝土力学性质,24,(4)龄期对强度的影响;,水泥混凝土力学性质,25,水泥混凝土力学性质,26,(6)施工质量 施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确,搅拌均匀,振捣密实,养护适宜等。任何一道工序忽视了规范管理和操作,都会导致混凝土强度的降低。,(7) 试验条件 试验条件对混凝土强度的测定也有直接影响。如试件尺寸,表面的平整度,加荷速度以及温湿度等,测定时,要严格遵照试验规程的要求进行,保证试验的准确
10、性。,水泥混凝土力学性质,27,改善混凝土的强度的措施,采用高标号或特种水泥;,水泥混凝土力学性质,增加混凝土的密度:降低w/c,增加密实度,强度明显提高;加压脱水成型法,排除砼中的空气,28,蒸汽养护; 将砼放入温度低于100摄氏度常压蒸汽中养护,一般经过16-20h后,其强度可达28天正常条件下的强度的70%80%; 注意:普通砼放入常压蒸汽中养护(5-8h),再在正常养护条件下硬化至28天的抗压强度,反而比正常条件下硬化后的强度低10%-15%;,水泥混凝土力学性质,掺加外加剂:早强剂、减水剂,29,三、 硬化混凝土的变形性能,水泥混凝土力学性质,30,混凝土的徐变和恢复曲线,水泥混凝土
11、力学性质,31,抗冻标号:以龄期28天的试件在吸水饱和后,承受 反复冻融循环,同时满足抗压强度下降不超过25%, 质量损失率为5%时的最大循环次数来确定。 可以表示:D25、D50、D300等九个等级,1、混凝土的抗冻性,提高抗冻性的方法: 严格控制水灰比、掺加引气剂、减少施工缺陷、提高混凝土的密度和延长冻结前的养护时间,混凝土的耐久性,水泥混凝土力学性质,32,2、混凝土的抗渗性,混凝土的抗渗性主要与混凝土的密实度(孔隙率)及孔隙结构有关:孔隙越多、孔径越大,抗渗性越差; 提高混凝土炕渗性的措施: (1)采用减水剂降低水灰比以减少混凝土内部的毛细管通道; (2)防止离析和泌水现象,减低在混凝
12、土内部形成孔隙; (3)加强养护防止出现施工缺陷;,水泥混凝土力学性质,33,3、混凝土的抗化学性,提高混凝土的抗化学性主要是提高混凝土强度, 改善混凝土孔隙结构,降低渗入性;采取混凝土 外部保护措施;,4、混凝土的耐磨性,混凝土的耐磨性与其强度等级、水泥品种、集料硬度等 密切相关,水泥混凝土力学性质,34,5、混凝土碱集反应,概念:混凝土中水泥的碱(Na2O和K2O)含量较高,同时使用某些活性集料时,会发生化学反应,生成物引起混凝土不均匀膨胀,此反应称为碱集反应。 (1)碱硅反应:集料中含有氧化硅。 (2)碱碳酸盐反应:粘土的白云石质石灰石。,水泥混凝土力学性质,35,道路工程混凝土的耐久性
13、 不同用途的混凝土具有不同的耐久性要求: 道路与桥梁工程中:耐冻性 路面工程中: 耐磨性 桥梁墩台工程中: 耐腐蚀性,一般用:抗冻标号来表示,水泥混凝土力学性质,36,混凝土的耐久性,混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定(JGJ552000),37,四、混凝土外加剂,掺入外加剂的目的: 在拌制混凝土的过程中,为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质,其掺量一般不大于水泥质量的5%。 国外外加剂的发展状况: 目前国外60%90%的混凝土和砂浆中使用了外加剂,因此,外加剂在当前已经成为混凝土中除四种基本组成材料(胶凝材料、粗骨料、细骨料和水)以外的第五种重要组成材料。,水泥混凝土力学性质,38,外加
14、剂按使用功能分四大类:,第一类外加剂:改善混凝土拌合物流动性能外加剂 减水剂: 在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下,加入减水剂可以减少用水量,并提高混凝土强度。 我国常用的减水剂:M型减水剂(木质磺酸盐类减水剂) 减水剂在混凝土中使用最普遍。,水泥混凝土力学性质,39,引气剂:,定义: 指在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 历史背景:引气剂于本世纪30年代出现于美国,被认为是混凝土材料发展进程中的重大发现,现广泛应用于工程中 我国常用的引气剂:松香树脂类。 引气剂的作用: (1)改善混凝土拌和物的和易性; (2)能提高混凝土的抗渗性和抗冻性; (3)但降低
15、混凝土的强度;,水泥混凝土力学性质,40,第二类外加剂:调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂:,缓凝剂: 我国应用较多的有木质素磺酸钙和糖蜜; 速凝剂: 我国应用较多的有红星一型、国产711; 早强剂: 我国应用较多的有Nacl等,水泥混凝土力学性质,41,第三类外加剂:改善混凝土其它性能的外加剂:,阻锈剂:指能减少混凝土中钢筋的锈蚀。 亚硝酸纳 膨胀剂:能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀。 明矾石膨胀剂 防冻剂:降低混凝土中水的冰点,使混凝土在低温下 免受冻害。 亚硝酸纳 着色剂:,水泥混凝土力学性质,42,其他品种混凝土,高强混凝土 通常将强度等级达到C60和超过C60的混凝土称为高强混凝土;
16、 超高强混凝土:指的是强度等级超过C100的混凝土; 应用: 主要用于混凝土桩基、预应力枕轨、桥梁、输水管等;,水泥混凝土力学性质,43,轻混凝土:,(1)轻骨料混凝土;(2)多孔、大孔混凝土;,(1)轻骨料混凝土: 定义: 由轻粗骨料、轻细骨料(或普通砂)、水泥和水配制而成的混凝土;,水泥混凝土力学性质,44,(3)大孔混凝土: 定义: 大孔混凝土是以粒径相似的粗骨料、水泥、水配制而成的混凝土。由于无细骨料,所以在混凝土中形成许多大孔。 应用: 主要用于非承重的墙体材料,定义:指的是一种内部均匀分布细小气孔 而无骨料的混凝土,主要用于屋面、墙体材料;,水泥混凝土力学性质,(2)多孔混凝土,4
17、5,防水混凝土(抗渗透混凝土),定义: 是依靠材料本身的疏水性以及密实度来达到防水效果的一种混 凝 土; 应用: 主要用于有防水、防渗透要求的水工构筑,给排水构筑物(如水池、水塔等),水泥混凝土力学性质,46,聚合物混凝土:,在混凝土组成材料中掺入聚合物(如天然橡胶乳 液、合成树脂等)的混凝土,统称聚合物混凝土; 纤维混凝土: 定义: 以普通混凝土为基材,将短切分散性 纤维(钢纤维、玻璃纤维和碳纤维等)均匀地撒 在普通混凝土中制成的混凝土; 主要应用:路面、飞机跑道、桥面等;,水泥混凝土力学性质,47,一、硬化后混凝土的力学性质 (一)、强度 (二)、影响混凝土强度的因素 (三)、提高混凝土强度的措施 (四)、混凝土的变形 二、混凝土外加剂 三、其它混凝土,课程回顾,48,1.影响水泥混凝土干缩大小因素有哪些?怎样减少或防止水泥混凝土缩裂? 2.在配制混凝土时为什么水泥强度与混凝土强度相差不宜过大? 3.影响混凝土强度的主要因素有哪些?,思考题,
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