水工砼配合比的一般设计方法 及主要原材料的使用规则

2003年4月于公伯峡水电站

表1-1 砼 配 合 比 实 例

序限度 水灰砼标号 级配 号 cm 比 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C15 C15 C15 C15 C15 C15 C15 C15 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 水泥 Kg/m3 水泥：32.5级

石子比例 小:中;大;特 中:1209 混级1308 中:1229 混级1325 中:1229 混级1330 混级1269 中:1066 混级1306 混级1228 混级1218 混级1218 中:1078 653:653 458:458:610 中:1170 662:662 混级1216 658:658 混级1294 638:638 613:613 混级1276 665:665 613:613 容重 2350 2400 2350 2400 2350 2400 2400 2350 2400 2410 2390 2400 2350 2400 2450 2350 2400 2410 2400 2400 2415 2410 2400 2400 2400 % 用水量 Kg/m 3砂率 % 40 37 39 36 39 36 38 48 38 38 39 39 48 36 28 41 36 38 36 34 34 37 36 33 37 粉煤 减水 引气 灰 剂 剂 Kg/m 3% 3-5 0.71 225 3-5 0.60 233 3-5 0.70 221 1-3 0.65 243 3-5 0.68 229 1-3 0.56 240 3-5 0.56 258 3-5 0.75 200 3-5 0.65 208 3-5 0.65 255 3-5 0.64 242 3-5 0.63 248 3-5 0.65 237 7-9 0.55 264 7-9 0.55 245 3-5 0.55 282 3-5 0.55 245 3-5 0.60 273 5-7 0.55 256 3-5 0.62 271 3-5 0.54 306 3-5 0.54 289 3-5 0.57 296 1-3 0.54 311 3-5 0.53 298 160 155 155 158 156 134 144 150 135 165 155 156 154 145 135 155 135 165 140 168 165 156 170 168 158

1

表1-2 砼 配 合 比 实 例

序限度 水灰砼标号 级配 号 cm 比 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 水泥 Kg/m3 水泥：32.5级

石子比例 小:中;大;特 混级1223 624:624 670:670 混级1330 混级1265 623:623 混级1225 混级1263 618:618 623:623 混级1366 632:632 665:665 459:459:612 豆石:724 593：593 638:638 609：609 602:602 混级1312 605:605 624:624 混级1298 645:645 629:629 605:605 容重 2400 2410 2405 2400 2410 2400 2415 2390 2400 2410 2415 2405 2400 2460 2310 2400 2410 2405 2400 2405 2410 2410 2400 2400 2415 2400 % % 用水量 Kg/m 3砂率 % 36 37 33 35 35 36 37 36 38 37 34 36 34 27 粉煤 减水 引气 灰 剂 剂 Kg/m 35-7 0.51 324 3-5 0.54 306 1-3 0.55 298 3-5 0.62 275 3-5 0.54 300 3-5 0.54 295 3-5 0.53 298 5-7 0.53 305 5-7 0.54 298 3-5 0.52 310 3-5 0.54 310 3-5 0.54 310 7-9 0.50 290 7-9 0.50 270 1-3 0.48 406 3-5 0.53 318 3-5 0.48 354 5-7 0.46 341 3-5 0.48 385 3-5 0.48 358 3-5 0.45 351 3-5 0.54 306 1-3 0.50 336 3-5 0.55 325 3-5 0.50 356 3-5 0.45 351 165 165 164 170 162 159 158 162 160 161 168 167 145 135 195 170 170 157 185 172 158 165 168 180 178 158 40 喷C20 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C25 55 掺速凝剂4%（水泥525#） 38 32 36 36 32 36 37 34 34 32 36 2

表1-3 砼 配 合 比 实 例

序号 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 砼标号 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C25 C30 C30 C30 C30 C30 C40 级 配 限水灰度 比 cm 水泥 Kg/m3 水泥：32.5级、中热525#

石子比例 小:中;大;特 混级1236 632:632 625:625 665:665 640:640 458:458:611 混级1321 620:620 608:608 604:604 670:670 457:457:608 536:536 460:460:613 535:803 547：821 473:709 560：751 465:465:620 542:812 容重 2400 2410 2400 2400 2400 2450 2400 2410 2405 2415 2400 2460 2400 2460 2390 2400 2410 2400 2450 2410 3用水量 Kg/m 3砂率 % 36 32 35 35 34 26 32 34 38 35 31 25 43 29 34 32 37 36 27 30 23 34 39 63 34 粉煤 减水 引气 灰 剂 剂 Kg/m % % Ⅱ 3-5 0.50 346 Ⅱ 3-5 0.48 370 Ⅱ 5-7 0.51 348 Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅱ 7-9 0.45 322 3-5 0.50 342 3-5 0.45 300 1-3 0.48 340 5-7 0.40 380 3-5 0.40 365 5-7 0.38 392 7-9 0.40 363 7-9 0.40 336 3-5 0.34 387 173 172 178 145 171 135 165 151 164 149 145 135 132 96 130 120 140 137 96 125 82 120 137 200 130 0.9 0.9 0.9 1.2 0.7 0.7 0.01 0.01 0.007 65 C20F150W6 Ⅲ 5-7 0.50 192 66 C25F150W8 Ⅱ 11-13 0.50 260 67 C30F150W8 Ⅱ 7-9 0.42 286 0.6 1 0.7 0.6 1 68 C40F150W8 Ⅱ 11-13 0.35 400 69 C30F150W8 Ⅱ 11-13 0.42 326 70 C30F150W8 Ⅲ 5-7 0.42 229 0.01 0.01 0.01 0.01 71 C40F150W8 Ⅱ 7-9 0.35 357 72 73 74 C15(主) C15(主) C15(主) Ⅳ Ⅱ 3-5 0.65 126 7-9 0.65 185 0.6 0.7 0.7 速凝剂4% 350:350:525:525 2490 558:837 568:695 豆石:586 2420 2420 2310 2420 Ⅱ 11-13 0.65 211 — 0.47 392 75 钢喷C20 — 76 C25F250W8 Ⅱ 11-13 0.45 289 528:792 3

表1-4 砼 配 合 比 实 例

序号 限度 水灰砼标号 级配 cm 比 水泥 Kg/m3 水泥：中热525#

石子比例 小:中;大;特 40:60 30:30:40 20:20:30:30 20:20:30:30 用水量 Kg/m 3砂率 % 36 29 25 26 34 29 25 33 28 32 27 23 粉煤 减水 引气 灰 剂 剂 Kg/m 3容重 2400 2435 2470 2470 2400 2435 2470 2400 2435 2400 2435 2470 % % 77 C20F100W6 Ⅱ 7-9 0.50 220 78 C20F100W6 Ⅲ 7-9 0.50 186 79 C20F100W6 Ⅳ 5-7 0.50 160 80 C15F100W6 Ⅳ 81 C20F200W6 Ⅱ 82 C20F200W6 Ⅲ 83 C20F200W6 Ⅳ 84 C25F100W6 Ⅱ 85 C25F150W6 Ⅲ 86 C25F200W6 Ⅱ 87 C30F200W6 Ⅲ 88 C30F200W6 Ⅳ 5-7 0.55 145 7-9 0.50 220 7-9 0.50 186 5-7 0.50 160 7-9 0.45 244 7-9 0.45 207 7-9 0.45 244 7-9 0.40 232 5-7 0.40 200 110 93 80 80 110 93 80 110 93 110 93 80 30 30 25 35 35 25 25 30 25 25 25 25 0.6 0.007 0.6 0.007 0.6 0.007 0.6 0.007 0.6 0.008 0.6 0.008 0.6 0.008 0.6 0.007 0.6 0.007 0.9 0.008 0.9 0.008 0.9 0.008 40:60 30:30:40 20:20:30:30 40:60 30:30:40 40:60 30:30:40 20:20:30:30 高 流 态 砼 (陷度—扩散度cmm；粘结剂掺量0.005%) 89 C20F100W6 Ⅰ 60±5 0.45 344 90 C20F100W6 Ⅱ 60±5 0.45 311 91 C25F100W6 Ⅰ 60±5 0.40 388 92 C25F100W6 Ⅱ 60±5 0.40 350 93 C30F100W6 Ⅰ 60±5 0.35 443 94 C30F100W6 Ⅱ 60±5 0.35 400 155 140 155 140 155 140 49 43 48 42 47 41 20 20 0.6 0.005 0.6 0.005 —— 55:45 —— 55:45 —— 55:45 2350 2400 2350 2400 2350 2400 20 20 20 20 0.6 0.005 0.6 0.005 0.6 0.6 0.005 0.005 泵 送 砼 95 C20F100W6 Ⅱ 13-15 0.50 260 96 C20F200W6 Ⅱ 13-15 0.50 260 97 C25F100W6 Ⅱ 13-15 0.45 289 98 C25F200W6 Ⅱ 13-15 0.45 289 99 C30F100W6 Ⅱ 17-19 0.40 350 130 130 130 130 140

4

39 39 38 38 37 30 25 30 25 25 0.6 0.006 0.6 0.006 0.6 0.006 0.6 0.006 0.6 0.006 50:50 50:50 50:50 50:50 50:50 2490 2400 2400 2400 2400

表1-5 砼 配 合 比 实 例

序号 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 砼标号 C20 C20 C20 C10 C10 C10 C15 C15 C15 C15 C25 C25 C25 C25 C25W6 级 配 限水灰度 比 cm 水泥 Kg/m3 水泥：32.5级、中热525#

石子比例 小:中;大;特 1160Kg 混级1288 Kg 30：30：40 混级1214 Kg 混级1230 Kg 混级1235 Kg 40：60 40：60 30：30：40 40：60 混级1170 Kg 50：50 40：60 40：60 40：60 40：60 40：60 30：30：40 40：60 容重 2390 2410 2450 2410 2408 2410 2410 2410 2450 2415 2400 2410 2400 2410 2410 2410 2410 2450 2410 2510 2450 2400 2410 2310 2420 % % 用水量 Kg/m 3砂率 % 39 36 33 40 39 39 39 38 28 39 36 33 34 36 33 34 32 28 30 26 29 34 37 63 30 粉煤 减水 引气 灰 剂 剂 Kg/m 3Ⅰ 7-9 0.56 310 Ⅱ 5-7 0.55 256 Ⅲ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ 7-9 0.50 290 3-5 0.71 225 3-5 0.68 229 4-6 0.70 221 3-5 0.63 248 3-5 0.65 237 7-9 0.55 245 175 145 145 160 156 155 156 154 135 137 185 145 168 158 145 130 113 98 110 88 96 113 140 200 125 0.6 0.7 0.01 Ⅱ 11-13 0.65 211 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 3-5 0.48 385 7-9 0.45 322 2-4 0.50 336 3-5 0.45 351 Ⅱ 7-9 0.45 322 115 C25F150W8 Ⅱ 11-13 0.50 260 116 C25F100W6 Ⅱ 7-9 0.43 210 117 C25F150W6 Ⅲ 7-9 0.43 171 20 25 8.0 25 20 0.7 0.6 0.007 0.6 0.007 0.6 0.006 118 C25F100W12 Ⅱ 5-7 0.39 259 119 C15F150W6 Ⅳ 120 C20F150W6 Ⅲ 5-7 0.52 118 5-7 0.50 192 0.6 0.006 20:20:30:30 0.7 0.01 0.6 0.007 0.6 0.006 30：30：40 40：60 50：50 豆石:586 40：60 121 C20F100W6 Ⅱ 7-9 0.48 177 122 C30F100W6 Ⅱ 17-19 0.40 280 123 钢喷C20 Ⅰ 124 C40F150W8 Ⅱ — 0.47 392 7-9 0.35 357 速凝剂4% 0.7 0.01 5

表1-6

砼标号 水工砼配合比参考表 水泥：普硅500#；石子：卵石

砂率% 32 29 26 24 36 33 30 28 31 28 25 23 35 32 29 27 29 26 23 21 33 30 27 25 水灰比 0.75 0.75 0.73 0.70 0.75 0.75 0.73 0.70 0.62 0.60 0.60 0.57 0.62 0.62 0.60 0.56 0.5 0.5 0.48 0.45 0.5 0.5 0.48 0.45 每m砼材料的用量（Kg/m3） 水 水泥 砂子 石子 容重 3石子最砂的细大粒径 度模数 （mm） 备注 3.0 134 131 128 125 152 149 146 143 134 131 128 125 152 149 146 143 134 131 128 125 152 149 146 143 179 175 176 179 203 199 200 204 216 *211 213 219 245 240 243 251 268 262 267 278 304 298 304 318 684 622 558 515 743 684 622 580 651 590 527 484 708 650 589 547 595 535 473 430 648 592 532 490 1453 1522 1588 1631 1322 1388 1452 1493 1449 1518 1582 1622 1315 1381 1442 1479 1453 1522 1582 1617 1316 1381 1438 1469 2420 2450 2420 2450 *当采用400#水泥时，其水泥用量为251Kg 实际水灰比在0.57～0.50之间 80 C15 40 2.5 2.0 1.5 3.0 2.5 2.0 1.5 3.0 2.5 2.0 1.5 3.0 2.5 2.0 1.5 3.0 2.5 2.0 1.5 3.0 2.5 2.0 1.5 2460 实际水灰比在0.58～0.63之间 2420 80 C20 40 *当采用400#水泥时，其水泥用量为251Kg 实际水灰比在0.50～0.45之间 80 C25 40 注：1、表中的配合比系按保证率P=80%；离差系数CV=0.20，即按强度保证系数K=1.20设定，已将砼标号提高了20%。 2、表中砂石料的含水量均以饱和面干为准。

3、表中塌落度以5cm为准。当所需塌落度较大或较小时，需适当增加或减小用水量及砂率。

4、表中的水泥均以500#（42.5级）为准，若改为400#（32.5级），每立方砼中，水泥的用量需增加40～50Kg。

6

表1-7

砼 单 位 用 水 量 参 考 表 （Kg/m3）

陷 度 （cm） 1～3 170 150 130 115 3～5 175 155 135 120 5～7 180 160 140 125 7～9 185 165 145 130 9～11 190 170 150 135 骨料最大粒径（mm） 20 40 80 120 注：本表适用于卵石，中砂拌制的砼。使用细砂时，用水量需酌加5～10Kg； 使用人工砂时，用水量需酌加6～9Kg；使用碎石时，用水量需酌加10～ 20Kg；使用火山灰质水泥时，用水量需酌加10～20Kg；掺用引气剂或塑化剂时，用水量需酌减10～20Kg。 表1-8

砼 砂 率（%） 参 考 表

水 灰 比 0.4 32 28 23 0.45 35 29 24 0.50 36 30 25 0.55 37 31 26 0.60 38 32 27 0.65 39 33 28 0.70 40 34 29 骨料最大粒径 （mm） 20 40 80 120 20 21 22 23 24 25 26 注：本表适用于卵石，中砂拌制的砼。砂的细度模数每增-减0.1，砂率相应增-减0.5～1.0%；使用碎石时，砂率相应增加3～5%；使用人工砂时，砂率相应增加2～3%；掺用塑化剂时，砂率可减小0.5～1%，掺用引气剂时，砂率可减小2～3%。 表1-9

抗渗标号与W/C的关系 抗冻标号允许的最大W/C

W/C ＜0.75 0.60～0.65 0.55～0.60 0.5～0.55 砼抗冻标号 F60 F100 F150 F200 普通砼 0.55 — — — 引气砼 0.6 0.55 0.5 ＜0.5 砼抗渗标号 W2 W4 W6 W8

注：未掺外加剂和掺和料 JGJ55—2000中规定：F150及以上，W/C=0.5 7

表1-10 砼配合比设计参考公式中A、B系数的选定

普通水泥1 A aa A A A aa A 0.525 0.46 0.503 0.444 0.482 0.48 0.501 B ab B B B ab B 0.569 0.07 0.581 0.459 0.611 0.33 0.666 新标准JGJ55-2000 碎石砼 矿渣水泥 普通水泥1 卵石砼 普通水泥2 新标准JGJ55-2000 矿渣水泥 注：R设=R标.A（C/W-B），R标为水泥标号（单位：Mpa）；C/W为灰水比； R设为砼设计标号（单位：Mpa）；A、B为经验系数。 表1-11

条件变动时砂率及用水量的大致调整范围

用 水 量 增-减 2.5 Kg/m3 减-增3 % 增-减2 Kg/m3 — 砂 率 — 减-增0.5 % — 增-减0.5 % 条件变动情况 增-减陷度10mm 增-减含气量1% 增-减砂率1% 砂的细度模数增-减0.1 表1-12

每立方米砼中各级骨料参数变化时调整换算表（实例）

砂 子 527 2.1 — 11 — 0 527 石 子 5～20mm 491 3.3 2.2 16 11 -34 457 20～40mm 491 1.6 10.2 8 50 -23 468 40～80mm 654 — 10 — 65 57 711 骨 料 种 类 预定骨料用量 实测超径含量 实测逊径含量 超径含量（Kg） 逊径含量（Kg） 调整量（Kg） 换算后骨料用量（Kg） *换算的基本方法：是将该级骨料超径含量计入上一级骨料中，逊径含量计入

下一级骨料中，则各级骨料应调整的数量为：调整量=（该级超径与逊径含量

之和）-（较小一级超径含量+较高一级逊径含量）

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表1-13 项目 1 2 3 4 表1-14 最 大 水 灰 比 和 最 小 水 泥 用 量

砼所处的环境条件 不受雨雪影响的砼 1）、受雨雪影响的露天砼 2）、位于水中及水位升降范围的砼 3）、在潮湿环境中的砼 1）、寒冷地区水位升降范围内的砼 2）、受水压作用的砼 最 大 水灰比 不作规定 0.7 0.65 0.6 最小水泥用量（Kg/m3） 配筋砼 无筋砼 225 250 275 300 200 225 250 275 温和地区 0.60 0.55 0.60 0.60 0.65 严寒地区水位升降范围内的砼 部 位 最 大 水 灰 比 允 许 值 严寒地区 0.5 0.45 0.50 0.50 0.60 寒冷地区 0.55 0.50 0.55 0.55 0.65 上、下游水位以上（坝体外部） 上、下游水位变化区（坝体外部） 上、下游最低水位以下（坝体外部） 基 础 内 部 0.45 0.50 0.50 受 水 流 冲 刷 部 位 注：在有环境水侵蚀的情况下，水位变化区外部及水下砼最大水灰比应减少0.05 *摘自（（水工砼施工规范））DL/T5144—2001 表1-15

最 大 水 灰 比 和 最 小 水 泥 用 量

最大水灰比 最小水泥用量Kg/m3 素砼 钢筋砼 预应力砼 环境条件 1、干燥环境 无冻害 结构物类别 正常的居住 素砼 钢筋砼 不规定 0.65 预应力砼 0.60 0.60 0.55 0.50 200 225 250 300 260 280 280 300 300 300 300 300 2、潮湿 环境 高湿度的室内部件、室外部件；0.70 在非侵蚀性土或水中的部件。 0.60 0.55 0.50 经受冻害的室外部件；在非侵蚀有冻害 性土或水中且经受冻害的部件；0.55 高湿度且经受冻害的室内部件。 3、有冻害和有除冰剂的潮湿环境 经受冻害和有除冰剂作用的室内外部件。 0.50 *摘自（（普通砼配合比设计规程））JGJ55—2000

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1.1砼配制强度的确定

砼的配制强度应按式计算：?CU,O ≥?cu,k+1.645σ 式中?CU,O——砼的配制强度（Mpa）； ?cu,k—砼的设计强度（Mpa）； σ—砼强度统计的标准差（Mpa）。根据过去砼生产的强度统计资料来 确定σ（最少25组）。

均方差σ，它是强度分布曲线上拐点离开平均强度的距离。σ越大，表明曲线越矮越宽，砼的强度离散程度越大，质量越不均匀。同时砼的离差系数Cv尽量控制在0.15以下（大坝主体砼Cv一般在0.11～0.12之间）。 砼的配制强度也有另种设计方法。根据求出及已知的σ，Cv，m?cu（平均值）和?cu,k ，从而求出概率度系数t，t= （m?cu- ?cu,k）/σ；求出t后，即可通过其值查表1-16，求出强度保证率P。

根据新的砼行业标准JGJ55—2000及DL/T5144—2001中的规定，原砼配合比设计中的试配强度R配=（1/1-t.CV）.R设，应为?CU,O ＝?cu,k+t.σ。由于水工砼强度保证率P一般为95%，所以，概率度系数t=1.645。1/1-t.CV为过去砼配合比设计中的保证系数K，见表1-17。 表1-16

-t P% -t P% 不 同 t 的 砼 强 度 保 证 率 P

0.00 50.0 1.60 94.5 0.50 69.1 1.80 96.4 0.80 78.8 1.96 97.5 0.84 80.0 2.00 97.7 1.00 84.1 2.20 98.6 1.04 85.1 2.40 99.2 1.20 88.5 2.60 99.5 1.28 90.0 2.80 99.7 表1-17

P% CV 砼 强 度 保 证 系 数 K

80 1.09 1.15 1.20 1.27 85 1.12 1.19 1.26 1.35 90 1.15 1.24 1.35 1.47 95 1.20 1.33 1.49 1.70 99 1.30 1.54 1.84 2.39 99.9 1.43 1.82 2.50 4.00 0.10 0.15 0.20 0.25 由表1-16中所示，若砼平均强度m?cu与设计强度?cu,k相等，则强度保证率只有50%。因此，为使砼的强度保证率满足规定要求，在进行砼的配合比设计时，必须使砼的配制强度?CU,O大于设计强度?cu,k。?CU,O应高出 ?cu,k多少？不但与设计要求的的保证率P有关，还与施工控制水平Cv（或σ）有关。由表1-17可以看出：要求的保证率P愈高，则K值愈大；CV值愈大，砼的质量控制水平愈差，则K值也愈大，砼的配制强度?CU,O也就愈高。因此，选择合

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适的保证率P，并提高砼的施工控制水平，从而减少砼配合比的试配强度?CU,O，对降低工程造价有重要意义。 1-2 砼外加剂

㈠引气剂：生成的气泡相对增加了水泥浆的体积，并有润滑和粘附作用。所以，引气剂能显著提高砼拌合物的流动性，改善其粘聚性和保水性。在一般情况下，掺用适量的加气剂，可使砼的陷度增加约一倍。所以若保持原流动性不变，原水灰比不变，采用引气剂就能减少水泥用量，并可略减少砼的含砂率，这样就能节约水泥8%。在硬化后的砼中，由于气泡能隔断砼内毛细管的渗水通路，故能提高砼的抗渗性和抗冻性。一般可使抗冻标号及抗渗标号提高1～2倍以上。此外，掺入引气剂后，由于气泡的弹性变形，砼的弹性模量略有降低，这对提高砼的抗裂性是有利的。

引气剂的缺点在于，气泡的存在减少了砼中水泥石的有效受力断面，使砼强度及耐磨性略有降低。若保持水灰比不变，当掺用引气剂时，含气量（气泡总体积占砼总体积的百分率）每增加1%，砼的强度约下降3～5%。

砼中的含气量的多少，对砼的流动性、强度等性能影响很大。若含气量太少，不能获得引气剂的积极效果；若含气量太多，将过多地降低砼的强度。故施工前，应通过试验选定最适宜的含气量值。一般也可采用下列经验数值：砼骨料的最大粒径为其40mm时，含气量为5%；80mm时，为4%；150mm时为3%。砼骨料的粒径越大，其相应适宜的含气量越小。这是由于气泡存在砼的砂浆中，而砼骨料的粒径越大，砂浆含量越少，故其含气量也应越少。

㈡减水剂：主要能对水泥起扩散作用。其基本原因，是它吸附在水泥颗粒的表面，使水泥颗粒带有负电，具有静电相斥作用。而且，亲水基因团使水泥颗粒周围吸附水膜变厚，使水泥颗粒互相分散，水泥浆由网状凝聚结构变成溶胶结构。因此，浆体变稀，砼流动性增大。由于这类外加剂的扩散作用，当加入砼拌合物后，就可以起到以下三个方面的效果：

① 在原配合比（水灰比）不变的情况下，可增大砼的流动性且不

致降低砼的强度。

② 在保持流动性及水灰比不变的情况下可以减少水及水泥用量，

以降低成本。

③ 在保持流动性及水泥用量不变的情况下，可以减少用水量，从

而降低水灰比，使砼的强度及耐久性得到提高。

1-3 砼的变形性质

湿涨干缩变形，由砼中的水分变化引起。干缩可使砼建筑物表面出现较大的拉应力，而引起砼表面干裂，使砼的抗冻、抗渗及抗侵蚀等性能严重降低。砼的各种变形，成因比较复杂。而影响砼的干缩变形的主要有八个方面： （1）、砼单位用水量的大小，是决定干缩率大小的最主要的因素。亦即在

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水灰比相同的条件下，水泥浆含量越多，砼的干缩率越大。这是因为砼的干缩主要产生于水泥浆的干缩。而且，水泥浆越少，砼中骨料对干缩的制约作用越显著。试验证明：低流态砼（陷度10～16）干缩率最大，可达500×10-6；塑性砼（陷度1～9）干缩率较小，约为300×10-6；干硬性砼（维勃稠度5～20）干缩率最小，仅为100×10-6。平均砼的用水量每增加1%，干缩率增大2～3%。同理，砼中骨料粒径越大，级配越好，其干缩率越小。

（2）、砼的水灰比越大，干缩率越大。因为，水灰比越大，水泥浆越稀，硬化成水泥石后凝胶体越多，晶体减少。而干缩主要是由水泥石中的凝胶体逐渐干燥收缩所引起的。

（3）、水泥的品种与细度，对干缩也有很大影响。如火山灰质水泥的干缩率最大；水泥越细，其干缩率越大。

（4）、掺用速凝剂，可以增大干缩率。例如，使用氯化钙，将使砼的干缩率增加60～100%。

（5）、加强养护，使水泥充分水化，水泥石中晶体增多，胶体减少，可使干缩减少。而且延长养护期，使砼的强度增大，也有助于减少干缩裂缝的产生。

（6）、砼的温度变形。砼与其它材料一样，也具有热胀冷缩的性质。这种热胀、冷缩的变形，称为温度变形。

（7）、砼在荷载作用下的变形。砼不是完全弹性体。受外力后既产生能恢复的弹性变形，也产生不能恢复的塑性变形。弹性变形主要决定于荷载及应力的大小；而塑性变形则与应力的大小无关，则与应力作用持续时间的的长短等因素有关。

1-4、砼配合比设计方法及步骤

一、基本参数选择 （1） 水泥（包括混合材等）的种类、标号和性质。 （2） 骨料的性质（颗粒级配、比重、吸水率、容重、空隙率等）。 （3） 外加剂的种类。 （4） 对砼拌合物和易性的要求。 （5） 对砼强度的要求。

（6） 对砼抗渗性及抗冻性（或其它耐久性）的要求。 二、设计原则和步骤

（1）、基本原则：水工砼配合比设计原则基本上与普通砼相同，但也有一定的特殊性。主要有以下几个方面：

①、最小单位用水量。水灰比是决定砼强度和耐久性的主要因素。在满足和易性的条件下，力求单位用水量最小。

②、最大石子粒径和最多石子用量。根据结构物的断面和钢筋的稠密程度以及施工设备等情况，在满足和易性的条件下，应选择尽可能大的石子粒径和最多石子用量。

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③、最佳配料级配。应选择空隙率较小的级配。同时也要考虑天然料场的天然级配。尽量减少弃方。

④、选料原则。经济合理地选择水泥品种和标号，并优先考虑采用优质、经济的粉煤灰掺合料及外加剂等。 （2）、设计步骤。水工砼的设计步骤与普通砼基本相同。但除了抗压强度外，还应考虑其抗渗、抗冻要求。

1、 根据设计要求的强度和耐久性，选定水灰比。

2、 根据施工要求的塌落度和石子最大粒径等选定用水量。用水量除以

选定的水灰比即可求出水泥用量。 3、 根据“绝对体积法”或“容重法”，计算砂、石料用量。

4、 通过试验和必要的调整，确定1立方米砼中材料用量和砼配合比。 （试验室配合比与施工配合比） 三、配合比设计实例 （1）工程任务

设计某坝溢流面砼配合比具体参数如下： 1、 ?cu,k=25Mpa（C25）；保正率P%=80；抗冻D=50次（F50）；抗渗

S=0.8MPa（W=8 ）。

2、 塌落度为80mm，离差系数为0.15。

3、 400#（32.5级）普硅水泥，比重ρC =3.1。 4、 减水剂参量0.25%。

5、 卵石，最大粒径150mm，4级配：5-20，20-40，40-80，80-150=30：

30：20：20；比重ρS=2.7；中石和小石的表面含水率分别为0.3%和0.8；大石和特大石为饱和面干状态。

6、 天然河砂。细度模数=2.6，比重ρz= 2.65，表面含水率为0.45%。 （1）解题步骤

1、选择水灰比。根据C25，P=80%，查表1-16，得t=0.84，利用下式计算配制强度：?CU,O= ?cu,k/（1-t.CV）=25/（1-0.84×0.15）=28.6（Mpa）或?CU,O=k.?cu,k。K值见表1-17，CV值见表1-18。 表1-18 离 差 系 数 CV

?cu,k ＜C15 0.20 C20～C25 0.18 ≥C30 0.15 CV 根据公式：?cu,k=A.R标（C/W-B），查表1-10，从而求得水灰比公式如下：W/C=1/（?cu,k/A. R标+B）=1/（286/0.444×425+0.459）=0.506。根据抗冻、抗渗要求，参考表1-9，得到W/C=0.5。（注：R标为水泥标号）

2、选择水泥用量、用水量及砂率。根据给定的基本资料，查表1-19，用水量与砂率的调整值见表1-20。

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表1-19 砼 试 拌 用 水 量 参 考 表

（水灰比0.55、卵石，砂子的细度模数2.7，陷度60mm） 未掺外加剂的砼 掺外加剂的砼 石 子 最 砂率 用水量 引气砼的含气量 用水量 大粒径mm 空气含量3 3 近似值% % Kg/M% Kg/M20 40 80 120 150 2 1.2 0.5 0.4 0.3 38 32 28 25 24 172 150 129 117 110 5.5 4.5 3.5 3.0 3.0 单掺引气剂或一般减水剂，可减水6～10%；掺用高效减水剂可减水15～20%。 条 件 变 化 1、改用碎石 2、采用需水量大的火山灰质水泥 3、塌落度±10mm 4、砂率每±1% 5、砂的细度模数每±0.1 6、水灰比每±0.5 7、含气量每+ -1% 条 件 变 化 由表1-19查得 砂的细度模数每-0.1 水灰比-0.05 塌落度+2 外加剂（木钙） 含气量+1 调 整 值 砂率 % +3～5 — — — ±0.5 ±1.0 用水量（Kg/M3） +9～15 +10～20 ±2～3 ±1.5 — — - +0.5～1.0 砂 率 调 整 % 24 -0.5 -1.0 0 0 -1.0 - +2～3% 表1-20 用 水 量 和 砂 率 调 整 值

用水量调整（Kg/M3） 110 0 0 +6 -10 -3.0 103 调整结果 21.5 由表1-20求得水泥用量C=103/0.5=206（Kg/M3）。 3、计算砂石用量。

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①、绝对体积法。掺用木钙减水剂后，四级配砼含气量为1%。

砂石料的绝对体积：VN=1000-（103+206/3.1）=821（L）。 砂用量：S=821×0.215×2.65=468（Kg/m3）；

石子用量：G=821×（1-0.215）×2.7=1740（Kg/m3）；

经试拌，满足和易性的用水量和砂率正与上述数据相符。 ②容重法。砂石骨料饱和面干加权平均比重：

Ρn=0.215×2.65+2.7（1-0.215）=2.69，按容重计算公式计算容重： U=10Ρn（100-α）+C（1-Ρn/Ρc）-W（Ρn-1）

=10×2.69（100-1）+206（1-2.69/3.1）-103（2.69-1）=2516（Kg/m3）。 砂石总重量：N=2516-（103+206）=2207（Kg/m3）； 砂用量：S=（2207/2.69）×0.215×2.65=467（Kg/m3）； 石子用量：G=2207-467=1740（Kg/m3）；

经试拌砼实测容重与计算容重基本相符。配合比和1立方米砼材料的计算用量见表1-21。

注：α为四级配含气量1%。“-103（2.69-1）”此项原式为+103（1-2.69/1），由于水的比重为1。“10×2.69（100-1）”，即在1000L砼中，减去含气所占体积10L，后乘以平均密度2.69。 表1-21 配合比和

配 合 比 1立方米砼材料的计算用量

水泥 砂子 468 467 522 522 石 子（Kg） 20-5 计算方法 水泥：砂：石子：水 （Kg） （Kg） 150-80 80-40 40-20 木钙 用水量 （Kg） （Kg） 103 103 绝对体积法 1：2.27：8.45：0.5 206 容 重 法 1：2.27：8.45：0.5 206 522 522 348 348 348 0.52 348 0.52 2-1、砂浆配合比的一般设计原则 砂浆的流动性用“稠度”来表示，即标准圆锥体沉入砂浆中的深度。砌砖的稠度一般为7～10cm；砌石一般为4～6cm。

2-2、水泥砂浆

水泥砂浆的配合比设计与砼相似。可利用公式； R浆=K1.R标（C/W-K2）式中，R浆为砂浆的28天设计强度；R标为水泥标号；K1、K2为经验系数，随所用的材料不同而有差别。当使用粗砂和中砂时，对普硅水泥，K1=0.49，K2=0.65。某些书中规定为K1=0.293，K2=0.4。

根据表2-1，首先确定水灰比；再依据表2-2确定用水量。最后依据表2-3，确定几组灰砂比进行拌制，但求出的水灰比“W/C”应满足表2-1。由于砂浆砂率为100%，所以，其强度主要决定于“灰砂比”。当“灰砂比”确定后，其稠度（4-6）以现场调节用水量来解决。具体情况可参阅表2-4。

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表2-1 水工砂浆的最大允许水灰比

建 筑 物 的 部 位 在恶劣气候条件下，位于水位升降部分 在中等温和气候下，位于水位升降部分 地下及水下或经常受水压作用的部分 最 大 允 许 水 灰 比 普通水泥、矿渣水泥 0.55 0.60 0.60 火山灰水泥 0.60 0.65 0.65 用水量（Kg/m3）； 270 280 310 275 285 315 表2-2 砂 浆 用 水 量 参 考 表

水 泥 品 种 普 通 水 泥 砂 子 细 度 粗 砂 中 砂 细 砂 粗 砂 矿 渣 水 泥 中 砂 细 砂 *砂浆稠度4～6cm。稠度每增减1cm，用水量增减8～10Kg/m3。

表2-3 砂 浆 配 合 比 参 考 表

砂浆种类 水泥砂浆 混合砂浆 水泥标号 42.5级 32.5级 42.5级 32.5级 1：1 M40 0.3 1-2 砂 浆 标 号 10.0 1：4 1：3 1：0.3：4 1：0.2：3 1：3 M20 0.5 2-3 7.5 1：5 1：4 1：0.5：5 1：0.3：4 1：4 M10 0.72 4-6 5.0 1：6 1：5 1：0.7：8 1：0.7：6 表2-4 灰砂比/水灰比/强度标号/ 关系参考表 灰砂比 强度标号 水灰比 稠度（cm）

1：2 M30 0.4 1-2 1：5.5 1：7.5 1：9.5 M7.5 1.07 4-6 M5.0 1.42 4-6 M2.5 1.78 4-6 16

表2-5 砂浆含气量/容重/抗压强度/ 关系参考表（实例） 灰砂比 1：3.5 1：5.5 1：7.5 1：9.5 水灰比 0.72 1.07 1.42 1.78 含气量% 6.7 6.5 8.3 8.9 容重（Kg/m） 3抗压强度（Mpa） 7d 12.1 4.7 2.5 1.3 28d 21.6 8.3 4.5 2.3 2120 2090 2050 2030 表2-6 砂 浆 配 合 比（实例） 抗压强度（Mpa） 10 8 7.5 稠度 （cm） 水灰比 0.89 0.92 1.08 灰砂比 1：5.1 1：5.7 1：6.4 水泥用量 （Kg/m） 3用水量 （Kg/m） 34-6 4-6 4-6 299 268 252 302 298 242 5 4-6 1.24 1：7.1 220 220 2-3、混合砂浆 依据公式：R浆=（K.Qc.R标）/1000。式中，R浆—砂浆标号；R标—水泥标号； K—经验系数（见表2-6）；Qc—水泥用量。石灰D的计算方法如下： D=350- Qc；也可按经验公式D=170-0.34. Qc求得石灰用量。 表2-7 经 验 系 数 K

砂浆标号 水泥标号 2.5 5.0 7.5 10.0 425# 0.591 0.735 0.827 0.818 *砂是指松散状态且含水率为1～3%中砂或粗砂。此种砂用于一般配合比的砂浆时，制成砂浆的体积约等于砂的体积；如用细砂或干砂时，水泥用量约增加10～15%。

石灰以1400K（g/m），粘土以沉入度14～15%的粘土膏为准。掺入适量的掺合料，可以提高砂浆的强度，改善砂浆的和易性。但掺量过多，将降低砂浆的质量。故掺量一般不宜超过水泥体积的0.7～1倍。砂浆配合比一般按体积比表示如下： 水泥：掺合料：砂子 即 水泥质量/水泥松散容重：掺合料/1.4：砂子质量/1.68。 水泥的松散容重一般约为2.1；砂子的松散容重一般为1.68左右。 砂浆中的水泥用量Qc=（ R浆/（K×R标））×1000。

3

17

3-1水泥的一般物理及化学知识 表3-1 水泥熟料中矿物名称 4种矿物的水化热

放热 较高 低 强度发展 备 注（特点） 高 早低后高 决定强度的主要成分，热量产生的主要部分。 水化热低，水化速度慢，早期强度发展慢。 水化热最高，放热最快。抗硫酸盐侵蚀能力差；体积收缩大。 强度发展，放热均为中等。体积收缩小，抗拉强度好。 含量% 水化热J/g 速度 47～55 502 25% 17～31 260 13% 快 慢 C3S C2S C3A 6～14 867 42% 最快 最高 快但不高 C4AF 10～18 419 21% 较快 中等 中等 表3-2 水泥加水后五种矿物反应生成三种晶体两种凝胶

C3S+H2O C2S+H2O C3A+H2O C4AF+H2O = = = = C3S.H2O（凝胶1）+Ca（OH）2（晶体1） 水化硅酸三钙和氢氧化钙 C3S.H2O（凝胶1）+Ca（OH）2（晶体1） 水化硅酸二钙和氢氧化钙 C3A.H2O（晶体2）水化铝酸三钙 C3A.H2O+CaFe.H2O（凝胶2）水化铝酸三钙和水化铁酸一钙 C3A.H2O+CaSO4.2H2O = CaAISO4.12H2O（针状晶体3）水化硫铝酸钙 * C3A.H2O+CaSO4.2H2O是水泥化学的二次反应。CaSO4.2H2O为二水石膏的化学表达式。

表3-3 三种掺和料（矿渣、粉煤灰、火山灰）水泥的主要特性

水 泥 品 种 粉煤灰水泥 矿 渣 水 泥 火山灰质水泥 掺 量 % 20～40% 20～60% 20～50% 主 要 特 性 干缩性小，抗裂性好；早期强度低。 抗渗性、保水性差；耐热性好。 干缩大，抗冻性差；抗渗性好。 抗硫酸盐侵蚀能力强；早期强度低，水化热小；强度发三种水泥的总特性 展受温度影响大；抗冻、抗冲刷能力差。

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表3-4 硅酸盐水泥生料的主要矿物成份及含量 化 学 成 份 氧化钙（CaO） 氧化硅（SiO2） 氧化铝（Al2O3） 氧化铁（Fe2O3） 氧化镁（MgO） 三氧化硫（SO3） 含 量 % 62～67 19～24 4～7 2～5 控制≤5% 矿物主要来源 石灰石（CaCO3） 粘土、页岩 粘土、页岩 铁矿石、粘土 石灰石、粘土 主 要 用 途 与其它三种成份化合形成C3S、C2S、C3A和C4AF。 煅烧温度：900-1400℃ 与CaO化合形成C3S、C2S 煅烧温度：1100-1300℃ 与CaO化合形成C3A 煅烧温度：1000-1400℃ 与CaO化合形成C4AF 煅烧温度：1000-1400℃ 有害物质（有微膨胀性能），应控制含量 有害物质（能与Ca（OH）2 控制≤3.5% 石膏（CaSO4.2H2O） 化合形成水化硫铝酸钙-针状晶体，膨胀性大） 游离氧化钙（CaO） 控制≤1% 煅烧后残留物 有害物质（影响水泥安定性的主要因素），应控制含量 表3-5 三 种 硅 酸 盐 水 泥 的 主 要 特 征 水 泥 种 类 混合料（粒化矿渣、石灰石）掺量% 特 点 水化热较小、早期强度较低 水化热高，早期强度高 水化热较高、早期强度较高 P0型（普硅） PⅠ型 PⅡ型 6～15 除了石膏外未掺混合料 1～5 3-2、水泥石的化学侵蚀 一般情况下，水泥石中的五种水化产物的成份是比较固定的。但在某些特殊情况下，这五种成份，就可能不稳定，会发生化学反应，从而破坏水泥石的结构。 特别是石膏（CaSO4.2H2O）最易与水化铝酸三钙（C3A.H2O）起反应，生成水化硫铝酸钙，体积增大2.5左右，能对砼起到极大破坏作用。见表3-6。 表3-6 水泥石受化学侵蚀的几种表现 侵蚀化合物种类 水泥石中Ca(OH)2 HCl+ Ca(OH)2 酸 类（源于工业废水或地下水等） H2SO4+ Ca(OH)2 硫酸盐类（源于海水、MgSO4+ Ca(OH)2 地下水、盐沼水等） Na2SO4+Ca(OH)2 Ca(OH)Ca(OH)2 MgSO4+ Ca(OH)镁盐类（源于海水、地下水、矿物水等） MgCl2+ Ca(OH)2

生 成 物 CaCl+H2O CaCl极溶于水 CaSO4.2H2O 石膏则有膨胀破坏作用 CaSO4.2H2O+ Mg(OH)2 Mg(OH)2软弱无力 CaSO4.2H2O+ NaOH 其它破坏作用同上 CaSO4.2H2O+ Mg(OH)2其它破坏作用同上 CaCl2+Mg(OH)2 19

4-1、金属材料

（1）、有色金属：金属分为黑色和有色金属两大类。黑色金属是指以铁元素为主要成份的金属及其合金。有色金属是指黑色金属以外的合金，亦称非铁金属。有色金属很多。如铜、铝、铅、镁、锌、锡等皆是。

（2）、黑色金属：钢与生铁的总称。钢与生铁都是铁与碳、硅、磷、硫以及其它元素的合金。生铁是用铁矿石在高炉中经高温熔炼而得的铁碳合金。钢是将生铁和废钢等原料，在炼炉内进一步冶炼而成的。钢与铁的区分，在于含碳量的多少：含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；含碳量大于2%的称为生铁。从性能上讲，钢具有较高的抗拉强度；能承受冲击、振动荷载；允许较大的弹性变形。生铁塑性低，脆性大，抗拉强度低，抗冲击能力小。

钢因含碳量的不同以及其它合金元素的含量不同而分为若干品种。含碳量小于0.25%的钢，称为低碳钢；含碳量为0.25～0.6%的钢称为中碳钢；含碳量大于0.6%的称为高碳钢。低碳钢常用于轧制各种钢材，使用于一般建筑结构；中碳钢常用于制造钢筋、钢轨、高强度钢丝和机器另件；高碳钢多用于制造各种工具（刃具、量具和模具）。如果在炼钢的过程中，有意识地保留或另外加入一种甚至多种合金元素，例如镍、铬、铜、矾、钛、锰硅等，并超过普通碳钢的允许含量时，通称为合金钢。合金钢中随合金元素的总含量不同，又分为低合金钢（合金元素总含量小于5%）；中合金钢（合金元素总含量为5～10%）；高合金钢（合金元素总含量大于10%）。三种合金钢中，低合金钢是目前建筑结构中大量采用的钢材。

（3）、钢的热处理。将固态金属按一定的规则加热、保温和冷却，以改变其组织结构并改善其性质的加工过程。总称为热处理。

a、淬火。是将钢材按其含碳量加热至状态图（此略）的GS线以上30～50℃，经保温停留一定时间后，在盐水、冷水或油中急速冷却的过程，称为淬火。淬火的目的，是要获得更高硬度的工具或钢件，以利切削、钻凿或抵抗磨擦。淬火后能提高硬度的原因，是由于在急冷的情况下，奥氏体不能按状态图的变化重新恢复到原有的组织，而获得新的组织所致。最适于淬火的钢，其含碳量在0.9%左右。当含碳量小于0.4%时，淬火后性能无显著变化。故一般含碳量小于0.2%的钢材，都不作淬火处理。但含碳量过多时，淬火后的钢材太脆。

b、回火。将淬火处理后的钢，再进行加热、冷却的过程称为回火。回火的温度低于723℃。回火总是紧接在淬火处理后进行。回火的目的是消除淬火钢件的内应力，适当降低淬火钢件的硬度，并提高其韧性。回火的温度愈接近723℃，则钢材硬度的降低和韧性的提高愈显著。工具的回火温度都较低，是使之具有必要的硬度而不脆。

c、退火。将钢材加热至状态图GSK线以上30～50℃，保温停留若干时间，然后随炉温冷却或埋在细砂、柴灰内缓慢冷却处理的过程成为退火。退火可降低钢材的原有硬度，改善钢材的塑性和韧性。当退火后的钢材具有细晶构造时，

20

也能获得提高强度的效果。

d、正火。将钢材加热至状态图GSK线以上30～50℃，保温停留后，在空气中冷却处理的过程，称为正火。正火处理后的钢材，其硬度较退火处理的大，塑性也较差。由于正火处理可得到较均匀而细粒的构造，故强度有所提高。 表4-1 化 学 元 素 对 钢 性 能 的 影 响 元素种类 碳 锰 硅 氧 氮 硫 磷 有 益 可以显著提高钢的强度（在含量≤0.8%时，抗拉强度逐渐提高）。 在保持原有的塑性、冲击韧性下，可显著提高钢的屈服、极限强度；改善热加工性能，降低冷脆性。 当含量＜0.8%时，可提高其屈服、极限强度； 有害元素，应尽量减少。 有害元素，应尽量减少。 有害元素，应尽量减少。 有 害 塑性、冲击韧性和腐蚀稳定性下降； 焊接性能及冷弯性能变差。 使钢的延伸率略为降低；含量甚高时，其焊接性能变差。 当含量≥0.8-1%时，会使钢的塑性、冲击韧性显著降低，冷脆性焊接性变差。 对钢的各种性能（热加工、力学性能、焊接、冷弯等性能）均有不利影响。 能引起钢的热脆性，使焊接时热裂纹形成；焊接性变差，降低塑性、冷弯性。 对钢的绝大部分性能起到破坏作用（焊接、冲击韧性、疲劳强度、腐蚀稳定等） 可显著提高钢的屈服、极限强度；增加钢的冷脆性，焊接和冷弯性能变并可提高钢的抗大气腐蚀稳定性。 差；并可降低钢的塑性。 4-2、建筑用钢的分类和用途 表4-2 按冶炼方法及脱氧程度的不同划分的钢种 炉衬炉型不同划分 碱性电炉钢 酸性电炉钢 碱性平炉钢 酸性平炉钢 碱性转炉钢 酸性转炉钢 功 能 冶炼优质钢材或其它 特殊钢材 钢号表示方法 第二位表示：D 例：AD3甲类电炉3号镇静钢 冶炼一般建筑钢材；质量较易控制。而酸性平第二位“无J”表示 炉钢在进料时，已对生铁的杂质加一除滤，所第二位“无S”表示 以其钢质量优于碱性平炉钢。 第二位“J”表示 冶炼一般建筑钢材；杂质不易控制。钢质量较差。而产量在单位时间内也远大于平炉钢。 第二位“S”表示 目前此转炉钢采用纯氧顶吹方法，其钢中的有纯氧顶吹转炉钢 害杂质甚至比平炉钢中的还少。 — 第四位表示：无 第四位表示：b 第四位表示：F 21

镇静钢 半镇静钢 沸腾钢

脱 氧 完 全 脱氧不完全 脱氧及不完全 *AJ3F：甲类侧吹转炉3号沸腾钢；B3b：乙类平炉底吹3号半镇静钢；CJ3：特类侧吹碱性转炉3号镇静钢；AS3b：甲类酸性转炉3号半镇静钢。

4-3、钢筋的技术分类和技术条件 建筑钢筋一般分为：普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢及热轧钢筋。普通碳素钢以碱性平炉及转炉炼制，浇成镇静钢、半镇静钢、沸腾钢。按保证条件分为分为三类：甲类（代号A），乙类（代号B），特类（代号C）。建筑上主要用的是甲类钢。甲类钢共分为7个钢号，随着钢号的增大，钢的含碳量增加，强度提高，塑性降低。建筑上用的主要是3号钢筋。其塑性及强度均能满足需要。

普通低碳钢 目前有20多种，例如：09锰2（09Mn2），09锰2钒（09Mn2V），16锰（16Mn）等。在建筑上常用的为锰钢。前面的数字表示含碳量的平均数，以万分之几表示，随后的元素是指钢中主要合金元素，以百分数表示，元素后面无有数字的，表示其合金含量小于1.5%；元素后面的数字若为2，表示平均合金含量1.5～2.49%。

热轧钢筋 热轧钢筋是由普通碳素钢中的3号钢以及16锰、25锰硅等普通低合金钢热轧而成。共分为四级：Ⅰ级光圆（3号钢），牌号HPB235（公称直径：8～20），极限强度为370Mpa，伸长25%，国家标准GB13013-91；Ⅱ级带肋（普通低合金钢），牌号HRB335（公称直径：6～50），极限强度为490Mpa，伸长16%；，国家标准GB1499-98；Ⅲ级带肋（普通低合金钢）；牌号HRB400（公称直径：6～50），极限强度为570Mpa，伸长14%；，国家标准GB1499-98；Ⅳ级带肋（普通低合金钢）；牌号HRB500（公称直径：6～50），极限强度为630Mpa，伸长12%；，国家标准GB1499-98。在热轧钢筋中，还包括低碳热轧圆盘条钢筋，牌号Q215、Q235（公称直径：6～8），工程中常用的是Q235，极限强度410Mpa，伸长23%，国家标准GB/T701-97。

表5-1 岩 石 分 类 岩石种类 形成原因 特 性 1、深成岩：是岩浆在地壳深处，在矿物全部结晶而且颗粒较粗，呈上面覆盖很的大压力作用下，缓慢且比较均匀地冷却而形成的岩石。 火成岩 2、喷出岩：是岩浆在喷出地表时，（火山或岩浆在在急剧降低压力和迅速冷却的条件运动过程中产生） 下所形成的。 3、火山碎屑岩：是火山爆发时，喷到空中的岩浆，经急速冷却后形成。 是岩浆岩或沉积岩在地壳变动或熔融岩浆接触时，在高温作用下变质而成。常见的有片麻岩（由花刚岩变质岩 变质而成）、大理岩（由石灰岩变质 而成）、石英岩（由砂岩变质而成）。

块状构造。常见的有花刚岩、闪长岩等。 是岩浆不能完全结晶，其性能低于深成岩。常见的有：玄武岩、辉绿岩、安山岩等。 非结晶物质，具有化学活性。磨细后可作为水泥的混合材料。 一般由沉积岩形成的变质岩，常较原来的较为紧密；建筑性能有所提高。而由岩浆岩形成的变质岩，其性能有所降低。 22

沉积岩 位于地表的岩石，经物理、化学和生物等分化作用，逐渐被破坏成大小不同的碎屑颗粒和一些溶解物质。这些风化产物经沉积而成的岩石，称为沉积岩。 常见的有石灰岩、砂岩、石膏及硅藻土、硅藻石、蛋白石等。硅藻土、硅藻石、蛋白石是非结晶的二氧化硅，具有化学活性。磨细后可作为水泥的混合材料。沉积岩一般都具有比较多的孔隙，不如深成岩密石。 6-1、土工的一般常识 进一步了解土的一般属性，掌握土质的变化规律，为建设工程提供设计及试验依据。土工的一般常识表述如表6-1：

表6-1 塑限指数、液限指数及相关含水量之间的关系

IP（塑限指数）% IP＞17 粘土 IL（液限指数）% IL=（W-WP）/IP W：天然含水量% 关 系 IP=WL-WP WL：液限含水量% WP：塑限含水量% 10＜IP≤17粉质粘土（亚粘土） 在液限-塑限直线中对应试锥下沉17mm的为液限IP≤10 粉土 含水量；对应2mm的为塑IP≤3 砂土 限含水量。 图6-1 液限-塑限含水量测定示意图（直线的确定） 试锥下沉深度（mm） 17 16.4

6.2

2.0 1.8

试样含水量% 0 3 3.6 10 16 17.2 首先，第1步，取三组土样，1#组试配含水率为3%，2#组含水率为10%，3#组含水率为16%；第2步，在液-塑限测定仪下，如果1#组试锥下沉深度为1.8（如图所示），所对含水率为3%，构成点1；2#组试锥下沉深度为6.2（如图所示），所对含水率为10%，构成点2；3#组试锥下沉深度为16.4（如图所示），所对含水率为16%，构成点3；第3步：将三点连成一线；纵座标2mm所对应直线上横座标3.6%即为试样塑限含水率；纵座标17mm所对应直线上横座标

23

17.2%即为试样液限含水率。

表7-1 土 工 一 般 常 用 公 式 干密度ρd 压实度P% 天然含水量% 空隙率η% 空隙比e ρd=ρ/（1+ω） P=ρd/ρ ω=（（M-M0）/M0）% η=e/（1+e） ρ为湿密度；ω为天然含水量。 干密度ρd除以湿密度ρ 试样烘前M减去烘后M0除以烘后M0乘% e—为空隙比 ρd试样比重；ρω水的比重 e=（（Gs.ρω）/ρd）-1 相对密度Dr Dr=（emax- eo）/ （emax- emin） eo为填筑空隙比；当eo→ emin，Dr=1 eo→ emax，Dr=0；有两种相对密度：1、砂砾土在天然状态下的Dr；2、砂砾土在紧密状态下的Dr。 对原状砂砾土或碾压砂砾土均可用“灌水法”求得eo（ρd）； 由试验规范标准确定：振动台（一定频率，一定振幅，一定时间）。 见SL237-054—1999规范。 由试验规范操作确定：下料（一定高度，一定速度，一定容量）。 见SL237-054—1999规范。 将左边带有*号的三个公式代入Dr中从而得到式：Dr=（ρmax（ρd-ρmin））/ （ρd（ρmax -ρmin））。推导过程略。由上式看出，Dr已与空隙比e无关，仅与最大干密度及最小干密度和ρd有关。 eo填筑空隙比 emin 紧密状态下最小空隙比的确定 emax 松散状态下最大空隙比的确定 相对密度Dr与 ρmax、ρmin之间的关系 eo =（Gs/ρd）-1 emax=（Gs/ρmin）-1 emin=（Gs/ρmax）-1 emin=（Gs/ρ max）-1 emax=（Gs/ρmin）-1 *eo =（Gs/ρd）-1 *emax=（Gs/ρmin）-1 *emin=（Gs/ρmax）-1 * Dr：0～0.33松散状态；0.33～0.66中密实状态；0.66～1 密实状态。 表7-2 一般土的最佳含水率与其最大干容重对照参考表 序号 1 2 3 4 5 6 7

土的种类 砂 土 粉 土 亚砂土 亚粘土 重亚粘土 粉质亚粘土 粘土 最佳含水率% 8～12 16～22 9～15 12～15 16～20 18～21 19～28 最大干容重（g/cm3） 1.8～1.88 1.61～1.82 1.85～2.08 1.85～1.95 1.67～1.79 1.65～1.74 1.58～1.70 24

6-2、土壤的压实

用机械或人力方法对土料进行压实，可使土料（粒）结构得到重新排列，空隙率减少，干密度增加。从而大大提高土体的物理学性能，使强度提高，透水性降低，压缩性减少等。例如，将干容重为1.4的砂壤土，经压实后，干容重提高1.7；那么，其抗压强度可提高4倍；其渗透系数将降低2000倍。所以，土料压实是一项非常重要的工作。特别对土石坝碾压极为重要。土料压实常用三种方法：1、碾压法；2、夯实法；3、振动法。（羊足碾：适用于粘性土；气胎碾：砂、粘都适用；振动碾：压实与振动相结合，压实效果好。）碾压机械的选择：粘性土—最好使用羊足碾或气胎碾；颗粒级配不均匀的砂砾料，最好用振动碾。在使用振动碾施工作业时，常配一水枪冲洗，以获得更好的压实效果。当土料的含水率太小，而要求的干密度又较高时，宜使用比较重的碾压机械，以获得较高的压实度和生产率。土的自然含水量较高时，设计的干密度较小时，可使用较轻的碾压机械。

压实方法：有转圈套压法和进退错距法两种。压实参数（碾重，铺土厚度，碾压次数）的确定：以上参数都是相互制约、相互依存的，并与土料的性质有关。应参考国内外参数及工地碾压试验来确定。对此，现场碾压试验布置如下：粘性土：每次试验采用一种含水量，三种铺土厚度h（如20cm，25cm，30cm），三种或四种碾压次数N（如6次，8次，12次，16次）；四种含水量ω试验。如图7-2。

图7-2 现 场 碾 压 试 验 布 置 图（9块） h=20 h=25 h=30 试验块：宽2米，长9米 每种碾压次数试验结束后，在每块面积（2×9m2）内取14个土样，测定其含水量及干容重。共进行4次试验。最后根据测定的4次含水量ω，干容重ρd，依据碾压遍数N，铺土厚度h，即可绘出不同铺土厚度、不同碾压遍数的土料最优含水量和最大干容重的关系曲线，见图7-3。从图中可以看出，对某一种要求的土壤干容重，有许多不同的铺土厚度和相应的碾压遍数及最优含水率。实际，应选择碾压工程量最小的铺土厚度，和相应的碾压遍数作为压实参数。即取N/h（单位铺土厚度的最小工作量）的最小值的压实参数，作为选定的施工压实参考依据。对于非粘性土，可以用上述类似的方法进行。但含水量影响

25

压实效果不如粘性土显著。所以，在试验时可以不考虑。只要通过试验，绘出不同h的ρd与N的关系曲线。取N/h的最小值作为碾压参数。见图7-4。 图7-3 现场碾压试验各种参数关系曲线图

ρd h1（铺土厚度）

设计ρd h2（铺土厚度）

h3（铺土厚度）

碾压遍数N N1 N2 N3 N4 h1（铺土厚度） h2（铺土厚度） h3（铺土厚度）

ω

图 7-4 非粘性土现场碾压试验各种参数关系曲线图

h1 ρd h2 设计ρd h3

碾压次数N N1 N2 N3

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8-1、公路工程一般技术常识（JGJ001—1997） 表8-1 各 级 公 路 行 车 宽 度

公路 等级 行车 速度 车道数 8 高 速 公 路 120 6 4 100 80 4 4 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 60 100 60 4 4 4 80 2 40 2 60 2 30 2 40 20 1或2 3.5或6 行车 2×2×2× 2× 2× 2× 2× 2× 9.0 7.0 7.0 6.0 15.0 11.25 7.5 7.5 7.5 7.0 7.5 7.0 宽度 表8-2 各 级 公 路 中 间 带 宽 度 公 路 等 级 行 车 速 度 中央分隔带 一般 宽 度（m） 低限 左侧路缘带宽度 （m） 中间带宽度 （m） 一般 低限 一般 低限 120 3.0 2.0 0.75 0.5 4.5 3.0 高 速 公 路 100 2.0 1.5 0.75 0.5 3.5 2.5 80 1.5 — 0.5 0.25 2.5 2.0 60 1.5 — 0.5 0.25 2.5 2.0 一 级 公 路 100 2.0 1.5 0.5 0.25 3.0 2.0 60 1.5 — 0.5 0.25 2.5 2.0 *中间带宽度为：中央分隔带与右侧（2个）路缘带之和。 表8-3 各 级 公 路 路 肩 带 宽 度（m）

公路等级 高 速 公 路 80 一级公路 二级公路 60 100 60 80 — — 三级公路 60 — — 四级公路 40 — — 计算行车速度 120 100 40 — — 30 — — 20 — — 0.5 — 硬路肩一般 3.5 3.0 2.75 2.5 3.0 2.5 宽度 低限 3.0 2.75 2.5 1.5 2.75 1.5 土路肩一般 0.75 0.75 0.75 0.5 0.75 0.5 1.5 0.75 0.75 0.75 0.5 宽度 低限 — — 0.5 — — — — — — — — *高速公路采用分离式断面时，行车道左侧应设硬路肩。其宽度一般为：计算行车速度为120公里时，采用1.25米；计算行车速度为100公里时，采用1米；计算行车速度小于或等于80公里时，可采用0.75米路肩。 8-2、路基 1. 路基设计基本要求：a、路基应根据其使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材料情况等）并结合施工方案进行设计，既应有足够的强度和稳定

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性，又要经济合理。

b、影响路基强度和稳定性的地面水和地下水，必须采取拦截或排除路基以外的措施，并结合路面排水，做好综合排水设计，形成完整的排水系统。

c、修筑路基去土和弃土时，应符合环境要求，宜将去土坑、弃土堆加以处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和淤塞河道。

d、通过特殊的地质、水文条件地带的路基，应做好调查研究，并结合当地实践经验，进行特别设计。

2.路基宽度

公路路基宽度为行车道和路肩宽度之和。当设有中间带、变速车道、爬坡车道、应急停车带等时，尚应包括这些部分的宽度。

各级公路路基宽度，一般规定如表8-4 表8-4 公 路 路 基 宽 度（m）

公路等级 计算行车 速度Km/h 车道数 8 高 速 公 路 120 6 4 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 100 80 60 100 60 80 40 60 30 40 20 4 4 4 4 4 2 2 2 2 1或2 一般42.5 35.0 27.5 26.0 24.5 22.5 25.5 22.5 12.0 8.5 8.5 7.5 6.5 值 路基宽度 变化40.5 33.0 25.5 24.5 23.0 20.0 24.0 20.0 17.0 — — — 4.5或7.0 值 四级公路采用3.5m行车道和6.5m的路基。当交通量较大时，可采用6.0m的行车道和7m的路基。在工程特别艰巨以及交通量很小的路断，可采用4.5m的路基，并应按规定设置错车道。

3、路基横断面

各级公路的路基横断面一般规定如图8-1。 其各部分尺寸，如行车道、中间带、路肩、应急停车带等部分的宽度，应按本标准的规定采用。城郊混合交通量大的路段，快、慢行道分开的横段面类型，可根据当地的实际经验采用。

4、路基高度

路基高度的设计，应使路基边缘高出路基两侧地面积水高度，同时要考虑地下水、毛细水和冰冻的作用，不至影响路基的强度和稳定性。

路基设计标高，无中央分隔带的公路，应路基边缘的高度；有中央分隔带的公路，应为中央分隔带外侧边缘的高度；在设置超高加宽路段，则为设置超高加宽前的路基边缘高度。

沿河及受水侵淹的路基设计标高，应高出规定设计洪水频率的计算水位加壅水高，波浪侵袭高和0.5M的安全高度。

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图8-1 公 路 路 基 宽 度 示 意 图（以四车道为例）

0.75 3.0 2×3.75 0.75 2.0 0.75 2×3.75 3.0 0.75

路基总宽度：2×7.5（四车道）+6.0（左右路肩）+2.0（隔离带）+1.5（两个左边缘带）+1.5（左右两个土路肩或称右边缘）=26米

图8-2 分离式断面公路示意图（以四车道为例）

0.75 3.0 2×3.75 1.25 0.75 0.75 1.25 2×3.75 3.0 0.75 分离式公路路基断面与整体式公路路基断面区别在于：在超车道左侧留置有1.25米的防险断面（使高速车距路沟更远一些，保证了一定的安全系数）。其路基总宽度=（0.75+3.0+7.5+1.25+0.75）=13.25×2=26.5米 表8-5 公 路 路 基 压 实 度

一般公路（%） 二、三、四级公路（%） 填挖类别 路床顶面以下深度（cm） 高速公路、无填及挖方 填 方 0～30 0～80 80～150 ＞150 ≥95 ≥95 ≥93 ≥90 ≥93 ≥93 ≥90 ≥90 *表列数据以重型击实试验为准；特别干旱或特殊潮湿的地区的路基压实度，表列数值可适当降低。 8-3、路面 路面一般由面层、基层、底基层与垫层组成。对于基层：高速公路、一级公路，采用水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料、沥清混合料及级配碎砾石等材料铺筑。对底基层：高速公路、一级公路和二级及二级以下的公路基层和底基层，除上述类型的材料外，也可采水泥稳定土、石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及石灰工业废渣、填隙碎石等其它适宜的当地材料铺成筑。垫层：各级公路需要设置垫层时，一般可采用水稳性好的粗粒料或各种稳定类材料铺筑。

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表8-4 公 路 路 面 面 层 类 型

路 面 等 级 高 级 路 面 面 层 类 型 1、沥清混凝土 2、水泥混凝土 1、沥青贯入式 次 高 级 路 面 2、沥青碎石 3、沥青表面处置 1、碎、砾石（泥结或级配） 中 级 路 面 2、半整齐石块 3、其它粒料 低 级 路 面 1、粒料加固土 2、其它当地材料加固土 路 拱 坡 度（%） 1～2 1.5～2.5 2～3 2.5～3.5 3～4 表8-5 公 路 路 拱 坡 度

路 面 类 型 沥青砼、水泥砼 其 它 沥 青 路 面 半 整 齐 石 块 碎、砾石等粒料路面 低 级 路 面

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