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第三章 水泥混凝土和砂浆
? 水泥混凝土是以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散
其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定的条件下，硬
化成为具有一定力学性能的一种人工石材。
? 按表观密度，水泥混凝土可分为：
? （ 1）普通混凝土（干表观密度约为 2400kg/m3），是道路路面
和桥梁结构中最常用的混凝土；
? （ 2）轻混凝土 （干表观密度可以轻达 1900 kg/m3。）现代大
跨度钢筋混凝土桥梁为减轻结构自重，往往采用各种轻集料配
制成轻集料结构混凝土，达到轻质高强，以增大桥梁的跨度。
? （ 3）重混凝土（干表密度可达 3200 kg/m3 ）为了屏蔽各种射
线的辐射采用各种高密度集料配制的混凝土。
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? 按强度分级，水泥混凝土按抗压强度可分为 3大类：
? (1）低强度混凝土 抗压强度小于 30MPa;
? (2) 中强度混凝土 抗压强度 30~60MPa；
? (3) 高强度混凝土 抗压强度大于 60MPa。
? 此外，可根据工程的特殊要求，配制各种特种混凝土，如：加
气混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、道路混凝土、水工混凝
土、纤维加筋混凝土、补偿收缩混凝土等。
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第一节 普通水泥混凝土
? 普通水泥混凝土具有许多优点，在凝结前具有良好的塑性，因
此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物；它与钢筋有牢
固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；经硬化后有抗压
强度高与耐久性良好的特性；其组成材料中砂、石等地方材料
占 80%以上，符合就地取材和经济的原则。但事物总是一分为
二的，普通混凝土也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，
容易开裂，自重大等缺点。
? 普通水泥混凝土的组成材料
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? （一）水泥
? 1．水泥品种的选择
? 配制水泥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、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。必要时也
可采用快硬硅酸盐水泥或其他水泥。
? 2．水泥强度等级的选择
? 选用水泥强度等级应与要求配制混凝土等级相适应。
? （二）细集料
? 1．砂的颗粒级配和细度模数
? 2,有害杂质含量
? 3,含泥量、石粉含量和泥块含量
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? 4,坚固性
? 5,表观密度、堆积密度、空隙率
? 6,碱集料反应
? （三）粗集料
? 1．强度
? 2．坚固性
? 3．最大粒径及颗粒级配
? 1）最大粒径的选择 2）颗粒级配
? 4表面特征及形状
? 5．有害物质含量
? 6．碱集料反应
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? （四）混凝土拌和用水
? （五）外加剂
? （六）掺合料
? 二、普通水泥混凝土的主要技术性质
? （一）新拌混凝土的工作性（和易性）
? 水泥混凝土在尚未凝结硬化以前，称为新拌混凝土或称混凝土拌
和物。新拌混凝土具有良好的工艺性质，称之为工作性（或称和
易性）。
? 1．工作性的含义
? 工作性（和易性）这一术语的含义，至今尚无公认的定义。通常
认为它包含：“流动性”、“可塑性”、“稳定性”和“易密性”
这四个方面的含义。优质的新拌混凝土应具有：满足输送和浇捣
要求的流动性；不为外力作用产生脆断的可塑性；不产生分层、
泌水的稳定性和易于浇捣密致的密实性。
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? 2．工作性的测定方法
? （ 1）坍落度与坍落扩展度法试验
? （ 2）维勃稠度试验
? 3．影响和易性的主要因素
? 1）组成材料质量及其用量（内因）
? （ 1）水泥浆的数量和集浆比；（ 2）水泥浆的稠度；（ 3）砂率；
（ 4）组成材料性质
? 2）环境条件与搅拌时间（外因）
? 对混凝土拌和物和易性有影响的环境因素主要有湿度、温度、风
速。
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? 4．混凝土拌和物和易性的选择
? 1）公路桥涵用混凝土拌和物的和易性，应根据公路桥涵技术规
范有关规定选择。
? 2）道路混凝土拌和物的工作性选择
? （二）硬化混凝土的强度
? 1．混凝土的抗压强度标准值和强度等级
? 1） 立方体抗压强度 （ fcu ）
? 2） 立方体抗压强度标准值 （ fcu,k）
? 3） 强度等级 （ C）
? 2,混凝土的轴心抗压强度 （ fcp）
? 3,混凝土的劈裂抗拉强度 （ fts）
? 4,混凝土的抗折强度 （ ftf）
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? 按照标准的制作方法制成边长为 150mm的正立方体试件，在标
准养护室中（温度 20± 2℃,相对湿度为 95%以上），或在温度
为 20± 2℃ 的不流动的 Ca(OH)2饱和溶液中养护；（标准养护室
内的试件应放在支架中；彼此间隔 10~20mm，试件表应保持潮
湿，并不得被水直接冲淋的条件下）养护 28天龄期，按标准方
法测定其抗压强度值，称为“混凝土立方体抗压强度”，可按
下式计算：
? 式中,fcu— 立方体抗压强度（ Mpa） F— 试件破坏荷载（ N）；
A— 试件承压面积（ mm2）。
cu
Ff
A?
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? 立方体抗压强度标准值（ fcu,k ），按我国现行国家标准, 混
凝土强度检验评定标准, （ GBJ107— 87）的定义是：按照
标准方法制作和养护的边长为 150mm的立方体试件，在 28天
龄期，用标准试验方法测定的抗压强度总体分布中的一个值，
强度低于该值的百分率不超过 5%（即具有 95%保证率的抗压
强度）以 N/mm2（即 Mpa）计，以 fcu,k表示。
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? 混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。强度
等级的表示方法，用符号,C”和“立方体抗压强度标准值”两
项内容来表示，如 C20即表示混凝土立方体抗压强度标准值为
20Mpa。
? 我国现行规范（ GB50010— 2002）规定，普通混凝土按立方
体抗压强度标准值划分 C15,C20,C25,C30,C35,C40、
C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80等 14个等级。
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? 我国现行国家标准（ GB/T50081— 2002）规定，采用
150mm× 150mm× 300mm的棱柱体作为标准试件，测定其轴心
抗压强度。混凝土的轴心抗压强度可按下式计算：
? 式中,fcp— 混凝土的轴心抗压强度（ Mpa）；
F— 试件破坏荷载（ N）；
? A — 试件承压面积（ mm2）。
? 通过许多棱柱体和立方体试件的强度试验表明：在立方体抗压强
度为 10~50 Mpa的范围内，轴心抗压强度与立方体抗压强度之比
约为 0.7~0.8。
cp
Ff
A?
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? 我国现行国家标准（ GB/T50081— 2002）规定，采用
150mm× 150mm× 150mm的立方体作为标准试件，在立方体试
件（或圆柱体）中心平面内用圆弧为垫条施加两个方向相反、均
匀分布的压应力，当压力增大至一定程度时试件就沿此平面劈裂
破坏，这样测得的强度称为劈裂抗拉强度。混凝土的劈裂抗拉强
度（ fts ）可按下式计算：
? 式中,fts— 混凝土的劈裂抗拉强度（ Mpa）； F— 试件破坏荷载
（ N）； B — 试件承压面积（ mm2）
0,6 3 7
ts
Ff
A?
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? 道路路面或机场跑道用水泥混凝土，以抗折强度（也称抗弯拉强
度）为主要强度指标，抗压强度作为参考指标。根据我国, 公路
水泥混凝土路面设计规范, （ JTG D40— 2002）规定道路路面用
水泥混凝土的抗折强度是以标准方法制备成
150mm× 150mm× 550mm的梁形试件，在标准条件下，经养护
28天后，按三分点加荷方式测定其抗折强度（ ftf ），可按下式
计算：
? 式中,ftf— 混凝土的抗弯拉（抗折）强度（ Mpa）； F— 试件破
坏荷载（ N）； L— 支座间距（ mm）； b— 试件宽度（ mm）；
h— 试件高度（ mm）。
2tf
FLf
bh?
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? 5．影响水泥混凝土强度的因素
? 1）材料组成
? （ 1）水泥强度与水灰比
? （ 2）集料特性与水泥浆用量
? 2）养护温度与湿度 3）龄期
? 6．提高混凝土强度的技术措施
? 1）采用高强度水泥和特种水泥
? 2）采用低水灰比和浆集比
? 3）掺加外加剂
? 4）采用湿热处理方法
? （ 1）蒸汽养护 （ 2）蒸压养护
? 5）采用机械搅拌和振捣
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? （三）混凝土的变形
? 1．弹性变形和弹性模量
? 弹性变形是指对材料施加荷载出现、荷载卸除后消失的变形。
? 2．徐变
? 混凝土在持续荷载的作用下。随时间增长的变形称为徐变，也称
为蠕变。混凝土的徐变变形在早期增长很快，然后逐渐减慢，一
般要 2~3年才可能基本趋于稳定。当混凝土卸载后，一部分变形
瞬间恢复，还有一部分要若干天内才能逐渐稳定，称为徐变恢复，
剩下不可恢复部分称为残余变形。
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? 3．温度变形
? 混凝土具有热胀冷缩的性质，它的温度膨胀系数约为 1.0× 10-10，
即温度升高 1℃ 每米膨胀 0.01mm。
? 4．化学收缩
? 混凝土拌和物由于水化产物的体积比反应前物质的总体积要小，
因而产生收缩，称为化学收缩。
? 5．干湿变形
? 这种变形主要表现为湿胀干缩，混凝土在干燥空气中硬化时，随
着水分的逐渐蒸发，体积也将逐渐发生收缩；如在水中或潮湿条
件下养护时，则混凝土的干缩将随之减少或略产生膨胀。
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? （四）混凝土的耐久性
? 道路与桥梁用混凝土除了要满足工作性和强度外，还要求具有优
良耐久性。耐久性首要要求是抗冻性；其次对道路混凝土，因受
车辆轮胎作用，还要求其有耐磨性；桥梁墩台混凝土受海水或污
水的侵蚀，还要求具有抗化学侵蚀的耐蚀性；此外，碱 — 集料反
应必须引起关注。
? 1．抗冻性：混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下遭受冰
冻时，抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。
? 2．混凝土的耐磨性：耐磨性是道路路面和桥梁工程用混凝土的
最重要的性能之一。
? 3．碱 — 集料反应：水泥混凝土中水泥与某些碱活性集料发生化
学反应，可引起混凝土产生膨胀、开裂，甚至破坏，这种化学反
应称为碱 — 集料反应（简称 ARR）。
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? 4．混凝土的碳化
? 混凝土的碳化作用是指大气中的二氧化碳在存在水的条件与水泥
水化产物氢氧化钙发生反应，生成碳酸钙和水。因氢氧化钙是碱
性，而碳酸钙是中性，所以碳化又叫中性化。碳化主要是对混凝
土的碱度、强度和收缩产生影响。
? 5．混凝土的抗侵蚀性
? 当混凝土所处的环境水有侵蚀性时，必须对侵蚀问题予以重视。
环境侵蚀主要指对水泥石的侵蚀，如淡水侵蚀、硫酸盐侵蚀、酸
碱侵蚀等。混凝土的抗侵蚀性主要在于选用合适的水泥品种和提
高混凝土密实度。密实性好及具有封闭孔隙的混凝土，环境水不
易侵入混凝土内部，故其抗侵蚀性好。
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? 三、普通水泥混凝土配合比设计（以抗压强度为指标的计算方法）
? （一）混凝土配合比设计的基本资料
? 1．混凝土设计强度等级；
? 2．工程特征（工程所处环境、结构断面、钢筋最小净距等）；
? 3．耐久性要求（如抗冻性、抗侵蚀、耐磨、碱 — 集料等）；
? 4．水泥强度等级和品种；
? 5．砂、石的种类，石子最大粒径、密度等；
? 6．施工方法等。
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? （二）表示方法
? 混凝土配合比表示方法，有下列两种：
? 1．单位用量表示法 以每 1m3混凝土中各种材料的用量表示。
? 2．相对用量表示法 以水泥的质量为 1，并按“水泥：细集料：
粗集料；水灰比”的顺序排列表示。
? （三）基本要求
? 1．施工工作性的要求
? 2．结构物强度要求
? 3．环境耐久性要求
? 4．经济性的要求
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? （四）混凝土配合比设计三参数
? 1、水灰比 2、砂率 3、单位用水量
? （五）混凝土配合比的基本原理
? 1．绝对体积法 2．假定表观密度法 3．查表法
? （六）混凝土配合比设计的步骤
? 1．初步配合比的计算
? 2．试拌调整提出基准配合比
? 3．检验强度，确定试验室配合比
? 4．施工配合比
? ［ 设计实例一 ］ （以抗压强度为指标的设计方法）
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? 四、道路混凝土的配合比设计
? 水泥混凝土路面用混凝土配合比设计方法,按我国现行国标, 水
泥混凝土路面施工路面及验收规范, （ JTJF30— 2003）的规定，
采用抗弯拉强度或抗压强度为指标的方法，本节介绍（ JTJ
F30— 2003）规范推荐的抗弯拉强度为指标的经验公式法。
? 路面用水泥混凝土配合比设计，应满足：（ 1）施工工艺性；
（ 2）抗弯拉强度；（ 3）耐久性（包括耐磨性）；（ 4）经济合
理的要求。
? 路面用水泥混凝土配合比设计按下列步骤进行：
? 一）计算初步配合比
? 二）配合比调整
? ［ 设计实例二 ］ 某一级公路拟采用水泥混凝土路面，试设计路面
用混凝土配合比
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? 五、掺外加剂普通混凝土配合比设计
? 1．确定试配强度和水灰比
? 2．计算掺外加剂混凝土的单位用水量
? 3．计算外加剂混凝土的单位水泥用量
? 4．计算单位粗、细集料用量
? 5．试拌调整
? 六、粉煤灰混凝土配合比设计
? 1．配合比设计原则 2．设计原则
? 七、普通水泥混凝土的质量控制
? （一）普通水泥混凝土强度的评定方法
? （二）混凝土强度的合格性判断
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第二节 其他功能混凝土
? 一、高强混凝土
? 强度等级不低于 C60的混凝土称为高强混凝土。
? 二、流态混凝土
? 三、纤维增强混凝土
? 四、碾压式水泥混凝土
? 五、仿生裂缝自愈合混凝土
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第三节 建筑砂浆
? 砂浆是由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成的建筑材料，
在工程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。道路和桥遂工程中，
砂浆主要用来砌筑圬工桥涵、沿线挡土墙和隧道衬砌等砌体，
以及修饰这些构筑物的表面。砂浆的种类很多，根据所用胶结
料的种类不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆等；根
据其用途的不同，可分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
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? 一、建筑砂浆的组成材料
? （一）胶结材料
? 1．水泥
? 2．其它胶结料及掺合料
? （二）细集料
? （三）外加剂
? （四）水
? 二,建筑砂浆的主要技术性质
? （一） 新拌砂浆的和易性
? （二） 硬化后砂浆的性质
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? （一）流动性
? 砂浆的流动性又称稠度，是指新拌砂浆在其自重或外力作用下
产生流动的性能。
? 砂浆的流动性与用水量、胶结材的品种和用量、细集料的级配
和表面特征、掺合料及外加剂的特性和用量、拌和时间等因素有
关。
? （二）保水性
? 砂浆的保水性是指砂浆保持水分及整体均匀一致的性能。砂浆在
运输、静臵或砌筑过程中，水分不应从砂浆中离析，使砂浆保持
必要的稠度，以便于施工操作，同时使水泥正常水化，以保证砌
体的强度。
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? (一 )抗压强度
? 砂浆的抗压强度等级以 70.7mm× 70.7mm× 70.7mm的立方体
试件，在标准温度（ 20± 3℃ ）和规定湿度（水泥混合砂浆相对
湿度为 60～ 80％，水泥砂浆和微沫砂浆相对湿度为 90％以上）
的条件下，用标准试验方法测得的 28d龄期的抗压强度来确定，
并划分为 M20,M15,M10,M7.5,M5.0,M2.5,M1.0,M0.4
共 8个强度等级。
? （二）粘结强度
? 为保证砌体的整体性，砂浆要有一定的粘结力。粘结强度主要
和砂浆的抗压强度以及砌体材料的表面粗糙程度、清洁程度、湿
润程度以及施工养护等因素有关。一般砂浆的抗压强度愈高，其
粘结性愈好。
? （三）耐久性
? 圬工砂浆经常遭受环境水的作用，故除强度外，还应考虑抗渗
性、抗冻性和抗蚀性等性能。提高砂浆的耐久性，主要途径是提
高其密实性。
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? 三,砌筑砂浆
? 将砖、石、砌块等粘结成为砌体的砂浆统称为砌筑砂浆。砌筑砂
浆在结构中起着传递荷载的作用，有时还起到保温作用。砌筑砂
浆的强度等级宜采用 M20,M15,M10,M7.5,M5.0,M2.5。
水泥砂浆拌和物的密度不宜小于 1900Kg/m3，水泥混合砂浆拌和
物的密度不宜小于 1800Kg/m3。具有冻融循环次数要求的砌筑砂
浆，经冻融试验后，质量损失率不得大于 5％，抗压强度损失率
不得大于 25％。
? （一）砌筑砂浆的配合比设计
? 1．砌筑砂浆配合比设计的基本要求
? 2．砌筑砂浆配合比设计的方法与步骤
? 3．水泥砂浆配合比选用
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? （二）常用砌筑砂浆参考配合比
? 1.混合砂浆参考配合比
? 2.微沫砂浆参考配合比
? 3.水泥粉煤灰混合砂浆参考配合比
? 四,抹面砂浆
? 以薄层涂抹在建筑物表面的砂浆称为抹面砂浆。抹面砂浆常用
于桥涵圬工砌体和地下物的表面，一般对抹面砂浆的强度要求不
高，但要求保水性好、与基底的粘附性好。
? 抹面砂浆按用途不同可分为普通抹面砂浆、装饰砂浆和防水砂
浆；按胶结料不同可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。
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? （一）原材料的质量要求
? 1．水泥,常用的五大品种水泥均可使用，不同品种的水泥不得
混合使用，其强度应符合设计要求。
? 2．石灰膏,用生石灰熟化成石灰膏时，熟化时间以一个月以
上为宜，其它要求同砌筑砂浆。
? 3．砂子,抹面砂浆用砂最好是中砂，或中砂与粗砂掺合使用。
要求颗粒坚硬洁净，粘土、泥灰、粉末等杂质含量不得超过有关
规定，由于地区的局限性，细砂也允许使用，但粉砂不宜使用。
砂在使用前应过筛，对砂子的其它技术要求和砌筑砂浆相同。对
砂子最大粒径的要求见表 3－ 44。
? 4．水,同砌筑砂浆。
? 5．石膏,石膏应磨成细粉，无杂质，其凝结时间要符合要求。
? 6．电石膏,一般可用于砖基层的底层抹灰，并需根据工程要求
适当掺加水泥，以提高砂浆的强度。
? 7．粘土,应选用砂质粘土，使用前要过筛。
? 8．炉渣,炉渣使用前应过筛，并浇水润透，一般 15天左右。粒
径不宜超过 1.2～ 2mm。
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? （二）抹面砂浆的性质
? 1.流动性
? 2.保水性
? 3.粘结力
? （三）抹面砂浆的配合比
? 五、防水砂浆
? 制作防水层的砂浆叫防水砂浆。砂浆防水层又称刚性防水层，适
用于具有一定刚度的混凝土或砖石砌体的表面，路桥工程中，防
水砂浆主要用于隧道工程。
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? [题目 ]试设计钢筋混凝土桥 T型梁混凝土配合比
? [原始资料 ]
? 1．已知混凝土设计强度等级为 C30，无强度历史统计资料，
要求混凝土拌和物坍落度为 30mm～ 50mm。桥梁所在地区无
冻害影响。
? 2．组成材料：可供应强度等级 42.5级普通硅酸盐水泥；密度
为 3.1× 103kg/m3；富余系数为 1.13；砂为中砂,表观密度为
2.65× 103kg/m3；碎石最大粒径为 31.5mm，表观密度为
2.70× 103kg/m3。
? [设计要求 ]
? 1．按题给资料计算出初步配合比。
? 2．按初步配合比在试验室进行试拌调整得出试验室配合比。
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? [设计步骤 ]
? （一）计算初步配合比
? 1．确定混凝土配制强度 fcu,o
? 按题意已知：设计要求混凝土强度为 30MPa，无历史资料，查表 3-17标准差为
5.0MPa。
? 混凝土配制强度：
? 2．计算水灰比 W/C
? 1）按强度要求计算水灰比
? （ 1）计算水泥实际强度 由题意已知采用强度等级 42.5MPa普通硅酸盐水泥，
富余系数为 1.13。则水泥实际强度：
? （ 2）计算水灰比 已知混凝土配制强度为 38.2MPa，水泥实际强度为 48MPa。
本单位无混凝土强度回归系数统一资料，查表 3-17中回归系数。计算水灰比：
,,1,6 4 5 3 0 1,6 4 5 5 3 8,2c u o c u kf f M P a?? ? ? ? ? ?
,1,13 42,5 48c e c c e kf f M P a?? ? ? ? ?
,
0,46 48 0.56
38,2 0,46 0,07 48a c ec u o a b c e
fW
C f f
?
??
? ?? ? ?
? ? ? ? ? ?
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? 2）按耐久性校核水灰比
? 根据混凝土所处环境为无冻害影响地区，查表 3-19，允许最大水灰比为
0.60,按强度计算的水灰比满足耐久性要求,采有 0.56。
? 3．选用单位用水量 mw0由题意已知，要求混凝土拌和物坍落度为
30mm～ 50mm，碎石最大粒径为 31.5mm。查表 3-20选用混凝土用水量
为 185kg/m3。
? 4．计算单位水泥用量 mc0
? 1）按强度计算单位水泥用量
? 已知混凝土单位水用量为 185 kg/m3，水灰比为 0.56，混凝土单位水泥用
量为：
? 2）按耐久性校核单位水泥用量
? 根据混凝土所处环境为无冻害影响，查表 3-19，最小水泥用量不得小于
275kg/m3。按强度计算单位水泥用量符合耐久性要求。采用单位水泥用
量 330kg/m3。
2185 3 3 0 /
0,5 6
wo
co
mm k g m
W
C
? ? ?
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? 5．选定砂率按已知集料采用碎石，最大粒径 31.5mm，水灰比为 0.56，查
表 3-21，选取砂率为 0.33。
? 6．计算砂石用量
? 1）采用质量法
? 已知：单位水泥用量为 330kg/m3，单位用水量为 185kg/m3，混凝土拌和
物湿表观密度为 2400kg/m3，砂率为 0.33，得：
? 解得：
? 按质量法计算得初步配合比：即 1:1.88:3.83,W/C=0.56
? 2)采用体积法：已知,水泥密度为 3.1× 103kg/m3；砂的表观密度为
2.65× 103kg/m3；碎石表观密度为 2.70× 103kg/m3。
2400 330 185
0.33
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? 非引气混凝土 α=1
? 解得,砂用量为 619kg/m3；碎石用量为 1257kg/m3。
? 按体积法计算得初步配合比：即,1∶ 2.48∶ 3.98,W/C=0.56。
? （二）调整工作性、提出基准配合比
? 1．计算试样材料用量
? 按计算初步配合比取样 15L，则各种材料的用量为
? 水泥,330× 0.015=4.95(kg) 砂, 619× 0.015=9.23(kg)
? 石子, 1257× 0.015=18.86(kg) 水, 185× 0.015=2.78(kg)
? 2.调整工作性
? 按计算材料用量拌制混凝土拌和物,测定其坍落度为 20mm,不满足题给的施
工和易性要求,为此,保持水灰比不变,增加 5%水泥浆,再经拌和坍落度为
40mm,粘聚性和保水性亦良好,满足施工和易性要求,此时混凝土拌和物各组
成材料实际用量为,
33 0 18 510 00 10
2,65 2,70 3,10 1
0,33
goso
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m
mm
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???
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? 水泥,4.95(1+5%)=5.20(kg) 砂, 9.28(kg)
? 石子, 18.86(kg) 水, 2.78(1+5%)=2.92(kg)
? 3.提出基准配合比
? 可得出基准配合比, 5.20:9.28:18.86=1:1.78:3.63 W/C=0.56
? (三 )检验确定、测定试验室配合比
? 1．检验强度
? 以计算水灰比 0.56为基础，选用水灰比分别为 0.51,0.56和 0.61，
基准用水量 185kg/m3不变，相应调整砂、碎石用量。拌制三组
混凝土拌合物并成型试件，水灰比为 0.51和 0.61的两个配合比也
经过坍落度试验调整，均满足要求。与三个水灰比相应的 28d抗
压强度实测结果分别为 43.7MPa,37.5MPa,33.8MPa。根据试
验结果，绘制混凝土 28d抗压强度与灰水比关系曲线图，由图中
确定与混凝土配制强度 38.2MPa对应灰水比 C/W=1.75，即水灰
比为 0.57。
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? 2．混凝土实验室配合比
? 按强度试验结果修正配合比，各材料用量为：
? 水,185（ 1+5%） =194kg；水泥,194÷ 0.57=340kg；砂、石用量按体积
法计算：
? 解的：砂用量 607kg，碎石用量 1232kg。
? 修正配合比：
? 计算湿表观密度为 340+194+607+1232=2373kg/m3；实测湿表观密度为
2400 kg/m3；修正系数 2400/2373=1.01
? 按实测湿表观密度修正各种材料用量：
? 水泥,340× 1.01=343 kg/m3
? 水, 194× 1.01=196 kg/m3
? 砂, 607× 1.01=613 kg/m3
? 碎石, 1232× 1.01=1244 kg/m3
34 0 19 4
10 00 10
2,65 2,70 3,10 1
0,33
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mm
m
mm
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:,, 34 0, 19 4, 60 7, 12 32 1, 0,57, 1,79, 3,62c o wo s o gom m m m ??
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? 因此,试验室配合比为,
? (四 )换算工地配合比
? 根据工地实测,砂的含水量为 5%,碎石的含水量为 1%,各种材料的用量
为,
? 水泥, 343 kg/m3
? 砂 613（ 1+5%） =644 kg/m3
? 碎石 1244（ 1+1%） =1256 kg/m3
? 水 196— （ 613× 5%+1244× 1%） =153 kg/m3
? 因此,工地配合比为,
:,, 34 3, 19 6, 61 3, 12 44 1, 0,57, 1,79, 3,63c o wo s o gom m m m ??
:,, 34 3, 15 3, 64 4, 12 56 1, 0,45, 1,88, 3,66c o w o s o gom m m m ??
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? 1．原材料各项指标如下：
? 水泥,52.5级普通硅酸盐水泥，密度为 3.1g/cm3，实测 28天胶
砂抗折强度为 8.7MPa；
? 碎石：石灰石，最大粒径 40mm，级配合格，表观密度为
2.70g/cm3；
? 砂：中砂，表观密度为 2.63g/cm3，细度模数为 2.64，其它各项
指标均符合技术要求；水：饮用水。
? 2．设计要求
? 混凝土抗折强度等级为 5.0MPa，施工要求混凝土弯拉强度样本
的标准差为 0.4MPa(n=9)。混凝土拌和物的坍落度为 30—
50mm。
? 3．配合比设计
? （ 1）确定试配强度,5 0,6 1 0,4 5,6 7
1 1,0 4 1 1,0 4 0,0 7 5rc v
ff t S M P a
C? ? ? ? ? ? ?? ? ?
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? （ 2）计算水灰比
? 由公式（ 3-25）可得：
? 查表得 3-26耐久性允许最大水灰比为 0.44。故取计算水灰比
为 0.42。
? （ 3）计算用水量
? 由表 3-26得,W/C=0.42时,=34%；代入公式（ 3-26）中：
? 4）计算水泥用量
? 由公式（ 3-28）可得：
? 由表 3-27得：耐久性允许最小水泥用量为 300kg/m3，故取
340kg/m3。
1,5 6 8 4
1,0 0 9 7 0,3 5 9 5cs
W
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30 L PCW 1 0 4,9 7 0,3 0 9 S 1 1,2 7 0,6 1 S 1 4 3 k g / mW? ? ? ? ?
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得,W/C=0.42
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? （ 5）计算砂、石用量：
? 由公式（ 3— 29）可得：
? 解得：
? 验算：碎石的填充体积,符合要求。
? 由此确定路面混凝土的“初步配合比”为：
? 路面混凝土的基准配合比、设计配合比与施工配合比设计内
容与普通混凝土相同。
340 143 0.01 1 1000
3.1 2.63 2.70 1
34%
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1 3 0 2 /
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第三章 水泥混凝土和砂浆
? 水泥混凝土是以水泥和水组成的水泥浆体为粘结介质，将分散
其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定的条件下，硬
化成为具有一定力学性能的一种人工石材。
? 按表观密度，水泥混凝土可分为：
? （ 1）普通混凝土（干表观密度约为 2400kg/m3），是道路路面
和桥梁结构中最常用的混凝土；
? （ 2）轻混凝土 （干表观密度可以轻达 1900 kg/m3。）现代大
跨度钢筋混凝土桥梁为减轻结构自重，往往采用各种轻集料配
制成轻集料结构混凝土，达到轻质高强，以增大桥梁的跨度。
? （ 3）重混凝土（干表密度可达 3200 kg/m3 ）为了屏蔽各种射
线的辐射采用各种高密度集料配制的混凝土。
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? 按强度分级，水泥混凝土按抗压强度可分为 3大类：
? (1）低强度混凝土 抗压强度小于 30MPa;
? (2) 中强度混凝土 抗压强度 30~60MPa；
? (3) 高强度混凝土 抗压强度大于 60MPa。
? 此外，可根据工程的特殊要求，配制各种特种混凝土，如：加
气混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、道路混凝土、水工混凝
土、纤维加筋混凝土、补偿收缩混凝土等。
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第一节 普通水泥混凝土
? 普通水泥混凝土具有许多优点，在凝结前具有良好的塑性，因
此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物；它与钢筋有牢
固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；经硬化后有抗压
强度高与耐久性良好的特性；其组成材料中砂、石等地方材料
占 80%以上，符合就地取材和经济的原则。但事物总是一分为
二的，普通混凝土也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，
容易开裂，自重大等缺点。
? 普通水泥混凝土的组成材料
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? （一）水泥
? 1．水泥品种的选择
? 配制水泥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、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。必要时也
可采用快硬硅酸盐水泥或其他水泥。
? 2．水泥强度等级的选择
? 选用水泥强度等级应与要求配制混凝土等级相适应。
? （二）细集料
? 1．砂的颗粒级配和细度模数
? 2,有害杂质含量
? 3,含泥量、石粉含量和泥块含量
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? 4,坚固性
? 5,表观密度、堆积密度、空隙率
? 6,碱集料反应
? （三）粗集料
? 1．强度
? 2．坚固性
? 3．最大粒径及颗粒级配
? 1）最大粒径的选择 2）颗粒级配
? 4表面特征及形状
? 5．有害物质含量
? 6．碱集料反应
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? （四）混凝土拌和用水
? （五）外加剂
? （六）掺合料
? 二、普通水泥混凝土的主要技术性质
? （一）新拌混凝土的工作性（和易性）
? 水泥混凝土在尚未凝结硬化以前，称为新拌混凝土或称混凝土拌
和物。新拌混凝土具有良好的工艺性质，称之为工作性（或称和
易性）。
? 1．工作性的含义
? 工作性（和易性）这一术语的含义，至今尚无公认的定义。通常
认为它包含：“流动性”、“可塑性”、“稳定性”和“易密性”
这四个方面的含义。优质的新拌混凝土应具有：满足输送和浇捣
要求的流动性；不为外力作用产生脆断的可塑性；不产生分层、
泌水的稳定性和易于浇捣密致的密实性。
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? 2．工作性的测定方法
? （ 1）坍落度与坍落扩展度法试验
? （ 2）维勃稠度试验
? 3．影响和易性的主要因素
? 1）组成材料质量及其用量（内因）
? （ 1）水泥浆的数量和集浆比；（ 2）水泥浆的稠度；（ 3）砂率；
（ 4）组成材料性质
? 2）环境条件与搅拌时间（外因）
? 对混凝土拌和物和易性有影响的环境因素主要有湿度、温度、风
速。
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? 4．混凝土拌和物和易性的选择
? 1）公路桥涵用混凝土拌和物的和易性，应根据公路桥涵技术规
范有关规定选择。
? 2）道路混凝土拌和物的工作性选择
? （二）硬化混凝土的强度
? 1．混凝土的抗压强度标准值和强度等级
? 1） 立方体抗压强度 （ fcu ）
? 2） 立方体抗压强度标准值 （ fcu,k）
? 3） 强度等级 （ C）
? 2,混凝土的轴心抗压强度 （ fcp）
? 3,混凝土的劈裂抗拉强度 （ fts）
? 4,混凝土的抗折强度 （ ftf）
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? 按照标准的制作方法制成边长为 150mm的正立方体试件，在标
准养护室中（温度 20± 2℃,相对湿度为 95%以上），或在温度
为 20± 2℃ 的不流动的 Ca(OH)2饱和溶液中养护；（标准养护室
内的试件应放在支架中；彼此间隔 10~20mm，试件表应保持潮
湿，并不得被水直接冲淋的条件下）养护 28天龄期，按标准方
法测定其抗压强度值，称为“混凝土立方体抗压强度”，可按
下式计算：
? 式中,fcu— 立方体抗压强度（ Mpa） F— 试件破坏荷载（ N）；
A— 试件承压面积（ mm2）。
cu
Ff
A?
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? 立方体抗压强度标准值（ fcu,k ），按我国现行国家标准, 混
凝土强度检验评定标准, （ GBJ107— 87）的定义是：按照
标准方法制作和养护的边长为 150mm的立方体试件，在 28天
龄期，用标准试验方法测定的抗压强度总体分布中的一个值，
强度低于该值的百分率不超过 5%（即具有 95%保证率的抗压
强度）以 N/mm2（即 Mpa）计，以 fcu,k表示。
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? 混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。强度
等级的表示方法，用符号,C”和“立方体抗压强度标准值”两
项内容来表示，如 C20即表示混凝土立方体抗压强度标准值为
20Mpa。
? 我国现行规范（ GB50010— 2002）规定，普通混凝土按立方
体抗压强度标准值划分 C15,C20,C25,C30,C35,C40、
C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80等 14个等级。
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? 我国现行国家标准（ GB/T50081— 2002）规定，采用
150mm× 150mm× 300mm的棱柱体作为标准试件，测定其轴心
抗压强度。混凝土的轴心抗压强度可按下式计算：
? 式中,fcp— 混凝土的轴心抗压强度（ Mpa）；
F— 试件破坏荷载（ N）；
? A — 试件承压面积（ mm2）。
? 通过许多棱柱体和立方体试件的强度试验表明：在立方体抗压强
度为 10~50 Mpa的范围内，轴心抗压强度与立方体抗压强度之比
约为 0.7~0.8。
cp
Ff
A?
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? 我国现行国家标准（ GB/T50081— 2002）规定，采用
150mm× 150mm× 150mm的立方体作为标准试件，在立方体试
件（或圆柱体）中心平面内用圆弧为垫条施加两个方向相反、均
匀分布的压应力，当压力增大至一定程度时试件就沿此平面劈裂
破坏，这样测得的强度称为劈裂抗拉强度。混凝土的劈裂抗拉强
度（ fts ）可按下式计算：
? 式中,fts— 混凝土的劈裂抗拉强度（ Mpa）； F— 试件破坏荷载
（ N）； B — 试件承压面积（ mm2）
0,6 3 7
ts
Ff
A?
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? 道路路面或机场跑道用水泥混凝土，以抗折强度（也称抗弯拉强
度）为主要强度指标，抗压强度作为参考指标。根据我国, 公路
水泥混凝土路面设计规范, （ JTG D40— 2002）规定道路路面用
水泥混凝土的抗折强度是以标准方法制备成
150mm× 150mm× 550mm的梁形试件，在标准条件下，经养护
28天后，按三分点加荷方式测定其抗折强度（ ftf ），可按下式
计算：
? 式中,ftf— 混凝土的抗弯拉（抗折）强度（ Mpa）； F— 试件破
坏荷载（ N）； L— 支座间距（ mm）； b— 试件宽度（ mm）；
h— 试件高度（ mm）。
2tf
FLf
bh?
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? 5．影响水泥混凝土强度的因素
? 1）材料组成
? （ 1）水泥强度与水灰比
? （ 2）集料特性与水泥浆用量
? 2）养护温度与湿度 3）龄期
? 6．提高混凝土强度的技术措施
? 1）采用高强度水泥和特种水泥
? 2）采用低水灰比和浆集比
? 3）掺加外加剂
? 4）采用湿热处理方法
? （ 1）蒸汽养护 （ 2）蒸压养护
? 5）采用机械搅拌和振捣
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? （三）混凝土的变形
? 1．弹性变形和弹性模量
? 弹性变形是指对材料施加荷载出现、荷载卸除后消失的变形。
? 2．徐变
? 混凝土在持续荷载的作用下。随时间增长的变形称为徐变，也称
为蠕变。混凝土的徐变变形在早期增长很快，然后逐渐减慢，一
般要 2~3年才可能基本趋于稳定。当混凝土卸载后，一部分变形
瞬间恢复，还有一部分要若干天内才能逐渐稳定，称为徐变恢复，
剩下不可恢复部分称为残余变形。
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? 3．温度变形
? 混凝土具有热胀冷缩的性质，它的温度膨胀系数约为 1.0× 10-10，
即温度升高 1℃ 每米膨胀 0.01mm。
? 4．化学收缩
? 混凝土拌和物由于水化产物的体积比反应前物质的总体积要小，
因而产生收缩，称为化学收缩。
? 5．干湿变形
? 这种变形主要表现为湿胀干缩，混凝土在干燥空气中硬化时，随
着水分的逐渐蒸发，体积也将逐渐发生收缩；如在水中或潮湿条
件下养护时，则混凝土的干缩将随之减少或略产生膨胀。
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? （四）混凝土的耐久性
? 道路与桥梁用混凝土除了要满足工作性和强度外，还要求具有优
良耐久性。耐久性首要要求是抗冻性；其次对道路混凝土，因受
车辆轮胎作用，还要求其有耐磨性；桥梁墩台混凝土受海水或污
水的侵蚀，还要求具有抗化学侵蚀的耐蚀性；此外，碱 — 集料反
应必须引起关注。
? 1．抗冻性：混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下遭受冰
冻时，抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。
? 2．混凝土的耐磨性：耐磨性是道路路面和桥梁工程用混凝土的
最重要的性能之一。
? 3．碱 — 集料反应：水泥混凝土中水泥与某些碱活性集料发生化
学反应，可引起混凝土产生膨胀、开裂，甚至破坏，这种化学反
应称为碱 — 集料反应（简称 ARR）。
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? 4．混凝土的碳化
? 混凝土的碳化作用是指大气中的二氧化碳在存在水的条件与水泥
水化产物氢氧化钙发生反应，生成碳酸钙和水。因氢氧化钙是碱
性，而碳酸钙是中性，所以碳化又叫中性化。碳化主要是对混凝
土的碱度、强度和收缩产生影响。
? 5．混凝土的抗侵蚀性
? 当混凝土所处的环境水有侵蚀性时，必须对侵蚀问题予以重视。
环境侵蚀主要指对水泥石的侵蚀，如淡水侵蚀、硫酸盐侵蚀、酸
碱侵蚀等。混凝土的抗侵蚀性主要在于选用合适的水泥品种和提
高混凝土密实度。密实性好及具有封闭孔隙的混凝土，环境水不
易侵入混凝土内部，故其抗侵蚀性好。
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? 三、普通水泥混凝土配合比设计（以抗压强度为指标的计算方法）
? （一）混凝土配合比设计的基本资料
? 1．混凝土设计强度等级；
? 2．工程特征（工程所处环境、结构断面、钢筋最小净距等）；
? 3．耐久性要求（如抗冻性、抗侵蚀、耐磨、碱 — 集料等）；
? 4．水泥强度等级和品种；
? 5．砂、石的种类，石子最大粒径、密度等；
? 6．施工方法等。
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? （二）表示方法
? 混凝土配合比表示方法，有下列两种：
? 1．单位用量表示法 以每 1m3混凝土中各种材料的用量表示。
? 2．相对用量表示法 以水泥的质量为 1，并按“水泥：细集料：
粗集料；水灰比”的顺序排列表示。
? （三）基本要求
? 1．施工工作性的要求
? 2．结构物强度要求
? 3．环境耐久性要求
? 4．经济性的要求
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? （四）混凝土配合比设计三参数
? 1、水灰比 2、砂率 3、单位用水量
? （五）混凝土配合比的基本原理
? 1．绝对体积法 2．假定表观密度法 3．查表法
? （六）混凝土配合比设计的步骤
? 1．初步配合比的计算
? 2．试拌调整提出基准配合比
? 3．检验强度，确定试验室配合比
? 4．施工配合比
? ［ 设计实例一 ］ （以抗压强度为指标的设计方法）
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? 四、道路混凝土的配合比设计
? 水泥混凝土路面用混凝土配合比设计方法,按我国现行国标, 水
泥混凝土路面施工路面及验收规范, （ JTJF30— 2003）的规定，
采用抗弯拉强度或抗压强度为指标的方法，本节介绍（ JTJ
F30— 2003）规范推荐的抗弯拉强度为指标的经验公式法。
? 路面用水泥混凝土配合比设计，应满足：（ 1）施工工艺性；
（ 2）抗弯拉强度；（ 3）耐久性（包括耐磨性）；（ 4）经济合
理的要求。
? 路面用水泥混凝土配合比设计按下列步骤进行：
? 一）计算初步配合比
? 二）配合比调整
? ［ 设计实例二 ］ 某一级公路拟采用水泥混凝土路面，试设计路面
用混凝土配合比
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? 五、掺外加剂普通混凝土配合比设计
? 1．确定试配强度和水灰比
? 2．计算掺外加剂混凝土的单位用水量
? 3．计算外加剂混凝土的单位水泥用量
? 4．计算单位粗、细集料用量
? 5．试拌调整
? 六、粉煤灰混凝土配合比设计
? 1．配合比设计原则 2．设计原则
? 七、普通水泥混凝土的质量控制
? （一）普通水泥混凝土强度的评定方法
? （二）混凝土强度的合格性判断
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第二节 其他功能混凝土
? 一、高强混凝土
? 强度等级不低于 C60的混凝土称为高强混凝土。
? 二、流态混凝土
? 三、纤维增强混凝土
? 四、碾压式水泥混凝土
? 五、仿生裂缝自愈合混凝土
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第三节 建筑砂浆
? 砂浆是由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成的建筑材料，
在工程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。道路和桥遂工程中，
砂浆主要用来砌筑圬工桥涵、沿线挡土墙和隧道衬砌等砌体，
以及修饰这些构筑物的表面。砂浆的种类很多，根据所用胶结
料的种类不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆等；根
据其用途的不同，可分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
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? 一、建筑砂浆的组成材料
? （一）胶结材料
? 1．水泥
? 2．其它胶结料及掺合料
? （二）细集料
? （三）外加剂
? （四）水
? 二,建筑砂浆的主要技术性质
? （一） 新拌砂浆的和易性
? （二） 硬化后砂浆的性质
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? （一）流动性
? 砂浆的流动性又称稠度，是指新拌砂浆在其自重或外力作用下
产生流动的性能。
? 砂浆的流动性与用水量、胶结材的品种和用量、细集料的级配
和表面特征、掺合料及外加剂的特性和用量、拌和时间等因素有
关。
? （二）保水性
? 砂浆的保水性是指砂浆保持水分及整体均匀一致的性能。砂浆在
运输、静臵或砌筑过程中，水分不应从砂浆中离析，使砂浆保持
必要的稠度，以便于施工操作，同时使水泥正常水化，以保证砌
体的强度。
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? (一 )抗压强度
? 砂浆的抗压强度等级以 70.7mm× 70.7mm× 70.7mm的立方体
试件，在标准温度（ 20± 3℃ ）和规定湿度（水泥混合砂浆相对
湿度为 60～ 80％，水泥砂浆和微沫砂浆相对湿度为 90％以上）
的条件下，用标准试验方法测得的 28d龄期的抗压强度来确定，
并划分为 M20,M15,M10,M7.5,M5.0,M2.5,M1.0,M0.4
共 8个强度等级。
? （二）粘结强度
? 为保证砌体的整体性，砂浆要有一定的粘结力。粘结强度主要
和砂浆的抗压强度以及砌体材料的表面粗糙程度、清洁程度、湿
润程度以及施工养护等因素有关。一般砂浆的抗压强度愈高，其
粘结性愈好。
? （三）耐久性
? 圬工砂浆经常遭受环境水的作用，故除强度外，还应考虑抗渗
性、抗冻性和抗蚀性等性能。提高砂浆的耐久性，主要途径是提
高其密实性。
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? 三,砌筑砂浆
? 将砖、石、砌块等粘结成为砌体的砂浆统称为砌筑砂浆。砌筑砂
浆在结构中起着传递荷载的作用，有时还起到保温作用。砌筑砂
浆的强度等级宜采用 M20,M15,M10,M7.5,M5.0,M2.5。
水泥砂浆拌和物的密度不宜小于 1900Kg/m3，水泥混合砂浆拌和
物的密度不宜小于 1800Kg/m3。具有冻融循环次数要求的砌筑砂
浆，经冻融试验后，质量损失率不得大于 5％，抗压强度损失率
不得大于 25％。
? （一）砌筑砂浆的配合比设计
? 1．砌筑砂浆配合比设计的基本要求
? 2．砌筑砂浆配合比设计的方法与步骤
? 3．水泥砂浆配合比选用
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? （二）常用砌筑砂浆参考配合比
? 1.混合砂浆参考配合比
? 2.微沫砂浆参考配合比
? 3.水泥粉煤灰混合砂浆参考配合比
? 四,抹面砂浆
? 以薄层涂抹在建筑物表面的砂浆称为抹面砂浆。抹面砂浆常用
于桥涵圬工砌体和地下物的表面，一般对抹面砂浆的强度要求不
高，但要求保水性好、与基底的粘附性好。
? 抹面砂浆按用途不同可分为普通抹面砂浆、装饰砂浆和防水砂
浆；按胶结料不同可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。
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? （一）原材料的质量要求
? 1．水泥,常用的五大品种水泥均可使用，不同品种的水泥不得
混合使用，其强度应符合设计要求。
? 2．石灰膏,用生石灰熟化成石灰膏时，熟化时间以一个月以
上为宜，其它要求同砌筑砂浆。
? 3．砂子,抹面砂浆用砂最好是中砂，或中砂与粗砂掺合使用。
要求颗粒坚硬洁净，粘土、泥灰、粉末等杂质含量不得超过有关
规定，由于地区的局限性，细砂也允许使用，但粉砂不宜使用。
砂在使用前应过筛，对砂子的其它技术要求和砌筑砂浆相同。对
砂子最大粒径的要求见表 3－ 44。
? 4．水,同砌筑砂浆。
? 5．石膏,石膏应磨成细粉，无杂质，其凝结时间要符合要求。
? 6．电石膏,一般可用于砖基层的底层抹灰，并需根据工程要求
适当掺加水泥，以提高砂浆的强度。
? 7．粘土,应选用砂质粘土，使用前要过筛。
? 8．炉渣,炉渣使用前应过筛，并浇水润透，一般 15天左右。粒
径不宜超过 1.2～ 2mm。
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? （二）抹面砂浆的性质
? 1.流动性
? 2.保水性
? 3.粘结力
? （三）抹面砂浆的配合比
? 五、防水砂浆
? 制作防水层的砂浆叫防水砂浆。砂浆防水层又称刚性防水层，适
用于具有一定刚度的混凝土或砖石砌体的表面，路桥工程中，防
水砂浆主要用于隧道工程。
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? [题目 ]试设计钢筋混凝土桥 T型梁混凝土配合比
? [原始资料 ]
? 1．已知混凝土设计强度等级为 C30，无强度历史统计资料，
要求混凝土拌和物坍落度为 30mm～ 50mm。桥梁所在地区无
冻害影响。
? 2．组成材料：可供应强度等级 42.5级普通硅酸盐水泥；密度
为 3.1× 103kg/m3；富余系数为 1.13；砂为中砂,表观密度为
2.65× 103kg/m3；碎石最大粒径为 31.5mm，表观密度为
2.70× 103kg/m3。
? [设计要求 ]
? 1．按题给资料计算出初步配合比。
? 2．按初步配合比在试验室进行试拌调整得出试验室配合比。
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? [设计步骤 ]
? （一）计算初步配合比
? 1．确定混凝土配制强度 fcu,o
? 按题意已知：设计要求混凝土强度为 30MPa，无历史资料，查表 3-17标准差为
5.0MPa。
? 混凝土配制强度：
? 2．计算水灰比 W/C
? 1）按强度要求计算水灰比
? （ 1）计算水泥实际强度 由题意已知采用强度等级 42.5MPa普通硅酸盐水泥，
富余系数为 1.13。则水泥实际强度：
? （ 2）计算水灰比 已知混凝土配制强度为 38.2MPa，水泥实际强度为 48MPa。
本单位无混凝土强度回归系数统一资料，查表 3-17中回归系数。计算水灰比：
,,1,6 4 5 3 0 1,6 4 5 5 3 8,2c u o c u kf f M P a?? ? ? ? ? ?
,1,13 42,5 48c e c c e kf f M P a?? ? ? ? ?
,
0,46 48 0.56
38,2 0,46 0,07 48a c ec u o a b c e
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? 2）按耐久性校核水灰比
? 根据混凝土所处环境为无冻害影响地区，查表 3-19，允许最大水灰比为
0.60,按强度计算的水灰比满足耐久性要求,采有 0.56。
? 3．选用单位用水量 mw0由题意已知，要求混凝土拌和物坍落度为
30mm～ 50mm，碎石最大粒径为 31.5mm。查表 3-20选用混凝土用水量
为 185kg/m3。
? 4．计算单位水泥用量 mc0
? 1）按强度计算单位水泥用量
? 已知混凝土单位水用量为 185 kg/m3，水灰比为 0.56，混凝土单位水泥用
量为：
? 2）按耐久性校核单位水泥用量
? 根据混凝土所处环境为无冻害影响，查表 3-19，最小水泥用量不得小于
275kg/m3。按强度计算单位水泥用量符合耐久性要求。采用单位水泥用
量 330kg/m3。
2185 3 3 0 /
0,5 6
wo
co
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W
C
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? 5．选定砂率按已知集料采用碎石，最大粒径 31.5mm，水灰比为 0.56，查
表 3-21，选取砂率为 0.33。
? 6．计算砂石用量
? 1）采用质量法
? 已知：单位水泥用量为 330kg/m3，单位用水量为 185kg/m3，混凝土拌和
物湿表观密度为 2400kg/m3，砂率为 0.33，得：
? 解得：
? 按质量法计算得初步配合比：即 1:1.88:3.83,W/C=0.56
? 2)采用体积法：已知,水泥密度为 3.1× 103kg/m3；砂的表观密度为
2.65× 103kg/m3；碎石表观密度为 2.70× 103kg/m3。
2400 330 185
0.33
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? 非引气混凝土 α=1
? 解得,砂用量为 619kg/m3；碎石用量为 1257kg/m3。
? 按体积法计算得初步配合比：即,1∶ 2.48∶ 3.98,W/C=0.56。
? （二）调整工作性、提出基准配合比
? 1．计算试样材料用量
? 按计算初步配合比取样 15L，则各种材料的用量为
? 水泥,330× 0.015=4.95(kg) 砂, 619× 0.015=9.23(kg)
? 石子, 1257× 0.015=18.86(kg) 水, 185× 0.015=2.78(kg)
? 2.调整工作性
? 按计算材料用量拌制混凝土拌和物,测定其坍落度为 20mm,不满足题给的施
工和易性要求,为此,保持水灰比不变,增加 5%水泥浆,再经拌和坍落度为
40mm,粘聚性和保水性亦良好,满足施工和易性要求,此时混凝土拌和物各组
成材料实际用量为,
33 0 18 510 00 10
2,65 2,70 3,10 1
0,33
goso
so
so go
mm
m
mm
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?
?
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???
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? 水泥,4.95(1+5%)=5.20(kg) 砂, 9.28(kg)
? 石子, 18.86(kg) 水, 2.78(1+5%)=2.92(kg)
? 3.提出基准配合比
? 可得出基准配合比, 5.20:9.28:18.86=1:1.78:3.63 W/C=0.56
? (三 )检验确定、测定试验室配合比
? 1．检验强度
? 以计算水灰比 0.56为基础，选用水灰比分别为 0.51,0.56和 0.61，
基准用水量 185kg/m3不变，相应调整砂、碎石用量。拌制三组
混凝土拌合物并成型试件，水灰比为 0.51和 0.61的两个配合比也
经过坍落度试验调整，均满足要求。与三个水灰比相应的 28d抗
压强度实测结果分别为 43.7MPa,37.5MPa,33.8MPa。根据试
验结果，绘制混凝土 28d抗压强度与灰水比关系曲线图，由图中
确定与混凝土配制强度 38.2MPa对应灰水比 C/W=1.75，即水灰
比为 0.57。
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? 2．混凝土实验室配合比
? 按强度试验结果修正配合比，各材料用量为：
? 水,185（ 1+5%） =194kg；水泥,194÷ 0.57=340kg；砂、石用量按体积
法计算：
? 解的：砂用量 607kg，碎石用量 1232kg。
? 修正配合比：
? 计算湿表观密度为 340+194+607+1232=2373kg/m3；实测湿表观密度为
2400 kg/m3；修正系数 2400/2373=1.01
? 按实测湿表观密度修正各种材料用量：
? 水泥,340× 1.01=343 kg/m3
? 水, 194× 1.01=196 kg/m3
? 砂, 607× 1.01=613 kg/m3
? 碎石, 1232× 1.01=1244 kg/m3
34 0 19 4
10 00 10
2,65 2,70 3,10 1
0,33
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mm
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mm
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? 因此,试验室配合比为,
? (四 )换算工地配合比
? 根据工地实测,砂的含水量为 5%,碎石的含水量为 1%,各种材料的用量
为,
? 水泥, 343 kg/m3
? 砂 613（ 1+5%） =644 kg/m3
? 碎石 1244（ 1+1%） =1256 kg/m3
? 水 196— （ 613× 5%+1244× 1%） =153 kg/m3
? 因此,工地配合比为,
:,, 34 3, 19 6, 61 3, 12 44 1, 0,57, 1,79, 3,63c o wo s o gom m m m ??
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? 1．原材料各项指标如下：
? 水泥,52.5级普通硅酸盐水泥，密度为 3.1g/cm3，实测 28天胶
砂抗折强度为 8.7MPa；
? 碎石：石灰石，最大粒径 40mm，级配合格，表观密度为
2.70g/cm3；
? 砂：中砂，表观密度为 2.63g/cm3，细度模数为 2.64，其它各项
指标均符合技术要求；水：饮用水。
? 2．设计要求
? 混凝土抗折强度等级为 5.0MPa，施工要求混凝土弯拉强度样本
的标准差为 0.4MPa(n=9)。混凝土拌和物的坍落度为 30—
50mm。
? 3．配合比设计
? （ 1）确定试配强度,5 0,6 1 0,4 5,6 7
1 1,0 4 1 1,0 4 0,0 7 5rc v
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? （ 2）计算水灰比
? 由公式（ 3-25）可得：
? 查表得 3-26耐久性允许最大水灰比为 0.44。故取计算水灰比
为 0.42。
? （ 3）计算用水量
? 由表 3-26得,W/C=0.42时,=34%；代入公式（ 3-26）中：
? 4）计算水泥用量
? 由公式（ 3-28）可得：
? 由表 3-27得：耐久性允许最小水泥用量为 300kg/m3，故取
340kg/m3。
1,5 6 8 4
1,0 0 9 7 0,3 5 9 5cs
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30 L PCW 1 0 4,9 7 0,3 0 9 S 1 1,2 7 0,6 1 S 1 4 3 k g / mW? ? ? ? ?
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得,W/C=0.42
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? （ 5）计算砂、石用量：
? 由公式（ 3— 29）可得：
? 解得：
? 验算：碎石的填充体积,符合要求。
? 由此确定路面混凝土的“初步配合比”为：
? 路面混凝土的基准配合比、设计配合比与施工配合比设计内
容与普通混凝土相同。
340 143 0.01 1 1000
3.1 2.63 2.70 1
34%
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