水泥和水泥混凝土试验检测技术

水泥和水泥混凝土试验检测技术

一．常用水泥品种 名称 硅酸盐水泥 Ⅰ型 代号 主要成分 P.Ⅰ Ⅱ型 P.Ⅱ 普通硅酸盐水泥 P.O 矿渣硅酸盐水火山灰质硅酸盐水粉煤灰硅酸水泥 泥 P.S 泥 P.P P.F 硅酸盐硅酸盐熟料，硅酸盐熟料，掺硅酸盐熟料，掺硅酸盐熟料，掺加硅酸盐熟料，掺加熟料，不掺加≤5%石灰加6%～15%混合加20%～70%粒20%～50%火山灰质20%～40%粉煤灰、加混合村 石或粒化矿渣、石膏 3.00~3.15 1000~1600 快 高 高 好 差 较好 3.00~3.15 1000`1600 较快 较高 高 好 较差 较好 2.80`3.10 1000~1200 慢 低 低 差 好 较大 差 2.80`3.10 900~1000 慢 低 低 差 较差 较大 较好 2.80~3.10 900~1000 慢 低 低 差 较差 较小 较好 材料、石膏 化矿渣、石膏 混合材、石膏 石膏 密度（g/cm3） 堆积密度（g/cm3） 特性 硬化 早期强度 水化热 抗冻性 耐热性 干缩性 抗渗性 石膏作用：在水泥熟料中加入石膏是用来调节水泥的凝结速度，使水泥水化速度的快慢适应实际使用的需要，是水泥组成中必不可少的缓凝剂。但石膏用量过多会造成水泥在水化过程中体积上的不安定现象。 掺加混合料的作用：在增加水泥产量降低生产成本的同时，用来改善水泥的品质，如提高水泥的强度、降低水化热、提高产量等。 特点 高强混凝土。 可应用于任何地上工同左。适用于地适用于地下或水中干缩性小，抗裂性程，施工时加强养护，下或水中工程否则强度会过早停止（经受高水低温下不宜使用。 适用于大体积砼 工程，不宜用于受好。但泌水较快，冻部位。水化热低，易引起失水裂缝，早期加强养护。 土。 发展，产生干缩裂缝。压）。水化热低，用于大体积混凝

硅酸盐水泥主要矿物组成与特性

矿物组成 与水反应速度 水化热 对强度作用 早期 后期 硅酸三钙C3S 中 中 良 良 中 中 硅酸二钙C2S 慢 低 差 优 良 小 铝酸三钙C3A 快 高 良 中 差 大 铁铝酸四钙CFA 中 中 良 中 优 小 耐化学侵蚀 干缩性

水泥的生产工艺：生产水泥的原材料主要是石灰质原料<如石灰石、

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白云石等)和粘土质原料(如粘土、黄土等)，前者主要为水泥提供CaO，而后者主要为水泥提供siO2、A12O3和Fe2O3等氧化物。将原料按一定的比例掺配，混合磨细，在水泥生产窑中经1450度的高温煅烧，形成以硅酸钙为主要成分的水泥熟料。然后在熟料中加入3％左右的石膏(或其他棍合料)再加工磨细，就得到硅酸盐水泥。

二、水泥的技术性质

（1）细度及其影响：的大小反映了水泥颗粒粗细程度或本泥的分散程度，它对水泥的水化速度、需水量、和易性、放热速率和强度的形成都有一定的影响。水泥的水化、硬化过程都是从水泥颗粒的表面开始的，水泥的颗粒愈细，水泥与水发生反应的表面积愈大，水化反应和凝结速度就愈快，早期强度就愈高，因此,水泥颗粒达到较高的细度是确保水泥品质的基本要求。但随着水泥细度的提高，需水量随之增加，水泥水化过程中产生的收缩变形明显加大，且不易长期存放。同时，提高水泥细度必定加大粉磨投入，增加成本。因此，水泥细度应控制在合理范围。

水泥细度测定常采用的方法是筛析法，它以80gan标准水泥筛上存留量的多少来表示细度，操作方法又分为水筛法和负压筛法，当两种不同筛析方式所得的试验结果有争议时，以负压筛法为准。另一种测定方法是比表面积法，它以单位质量水泥材料表面积的大小来表示细度。

（2）标准稠度：水泥标准稠度是指水泥净浆对标准试杆沉入时所产生的阻力达到规定状态所具有的水和水泥用量百分率。在水泥凝结时间、安定性检测试验中所用的水和水泥的拌和物必须是标准稠度水泥净浆。

水泥标准稠度测定方法试杆法（标准法）和试锥法（代用法）：试杆法是让标准试杆沉人净浆．当试杆沉人的距离正好离底板6±1mm时的水泥浆就是标准稠度净浆，此时的拌和用水量为水泥标准稠度用水量；试锥法是以水泥净浆稠度仪的试锥沉人深度正好为28±2mm的水泥浆为标准稠度净浆，此时的拌和水量即为标准稠度用水量。

(3)凝结时间：初凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥浆开始失去塑性所需的时间；终凝时间是指从水泥全部加入水中到完全失去塑性所需的时间。初凝时间太短，不利于整个混凝土施工工序的正常进行；但终凝时间过长，又不利于混凝土结构的形成、模具的周转，以及影响到养护周期时间的长短。

(4)安定性：安定性是表示水泥浆体硬化后是否发生不均匀性体积变化的指标。但如果水泥产生不均匀变形或在水泥硬化后变凝土构件产生变形、膨胀，严重时造成开裂，从而影响混凝土的质量，此时这种／J安定的水泥。水泥安定性丕良是由于水泥中某些有害成分造成的，如掺加石膏时带入的三氧化硫，水泥煅烧时残存的游离氧化镁或游离氧化钙等。这些成分在水泥浆体硬化过程和硬化后会继续与水或周围的介质发生反应，而后形成的产物体积增大，引起水泥石内部的不均匀体积变化。当这种变化形成的应力超出水泥结构所能承受的极限时，将会给整个结构造成极为不利的影响，严重时引起结构的破坏。检测方法采用雷氏夹法(标准法)和试饼法(代用法)，以雷氏夹法为准。目前采用的安定性检测方法只是针对游离GaO的影响，未涉及氧化镁和石膏造成的安定性问题。

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2．力学性质 (1)强度：水泥强度包括抗压强度和抗折强度两个方面，强度除了与水泥自身熟料矿物组成和细度有关外，还与水和水泥用量之比(水灰比)、试件制作方法、养护条件和时间密切相关。(2)强度等级：水泥的强度等级是根据规定龄期测定的抗压强度和抗折强度来划分的。硅酸盐水泥42.5~62.5R，普通硅酸盐水泥32.5~52.5R。

3．化学性质：(1)有害成分：水泥中游离氧化镁、三氧化硫或碱含量过高时，会对水泥的性能产生诸如体积安定性不良或碱一集料反应等不利影响，必须限定这些有害成分的含量在一定的范围之内。(2)不溶物：水泥中的不溶物来自原料中的粘土和氧化硅，由于煅烧不良、化学反应不充分而未能形成熟料矿物，这些物质的存在将影响水泥的有效成分含量。(3)烧失量：水泥煅烧不佳或受潮都会使水泥在规定温度加热时增加质量损失，表明水泥的品质受到不利因素的影响。

三、技术标准及试验步骤：废品及不合格品：凡游离氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项指标不符合相关规定的水泥，均判定为废品水泥，严禁在工程中使用。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项指标不符合规定，或混合料掺入量超过最大限量和强度低于商品强度等级指标时，判为不合格品。当水泥馐标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂标号不全的也属于不合格品。

1、水泥细度负压筛法试验步骤：(1)正式筛析试验前，先通过接通电源打开仪器，检查仪器是否能够达到4000-6000Pa负压压力。如低于4000Pa时，应先清理吸尘器中的水泥积存物，以保证达到负压要求。(2)称取已过0.9mm筛的水泥试样25g，记作m0倒在负压筛上，扣上筛盖并放到筛座上。开动负压筛析仪，持续过筛2min。如筛析过程中看到有水泥附着在筛盖上，可通过敲击使试样落下。(3)筛析结束后，用天平称取筛中的筛余物，记作m1。用筛余物的多少表示水泥的细度。(m1/ m0)*100%

2．水筛法试验步骤：(1)称取水泥试样50g，记作mo，倒入0.080mm标准筛中。先用水冲刷，将大部分水泥冲洗过筛，然后再将水筛安放在水筛架上，用喷头连续冲洗3min。(2)冲洗结束后，取下标准筛，用少量水把筛上的筛余物冲到蒸发器皿中，在水泥颗粒全部沉淀后，倾倒出上部的清水，放入烘箱烘干，称出筛上的筛余物，记作m1。(m1/ m0)*100%

3．水泥标准稠度用水量的测定

标准法——维卡仪法：(1)水泥净浆的制备：先将搅拌锅和搅拌叶片用湿布湿润，倒入拌和用水。然后称取500g待测水泥，在规定的5—l0s中加入到锅内，小心防止有水或水泥溅出。将拌和锅安置在搅拌设备上，启动搅拌机，按照规定设置的搅拌方式搅拌(搅拌方式是低速搅拌120s，停150s，再高速搅拌120s)。2)完成搅拌后，随即将拌制好的水泥净浆装填到放在玻璃板上的圆台形试模中，用小刀插捣，并轻轻震动数次，保证水泥浆装填密实，刮去多余的水泥浆并抹平。(3)立刻将试模移到维卡仪上(注意维卡仪事先调整试杆在接触玻璃板时指针对准零刻度)，调整试杆正好与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝。稍停片刻，突然打开螺丝，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中，在试杆停止沉人或释放试杆30s时记录试杆距离底板之间的距离。试杆沉入净浆距底板6±lmm时，该水泥

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净浆为标准稠度净浆，此时其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量，以水和水泥质量比的百分率计。如未能实现上述试验结果应调整加水量重新试验，直至达到规定的试验结果。每次测试后升起试杆，要立即擦净试秆上的水泥浆。

方法二：代用法——试锥法

(1)水泥净浆拌制方法与标准方法相同，但该代用法水量多少可通过调整用水量法或固定用水量法两种方式来确定。 (2)在采用调整用水量法时，水泥仍称取500g，可根据经验先确定一个初步的拌制水泥净浆所需的水量。按标准方法拌好之后，立即将水泥浆装入锥模中，用小刀插捣，并轻轻震动数次，保证水泥浆装填密实，刮去多余的水泥浆，抹平。随即将试锥模固定在稠度仪相应位置上，调整试锥的锥尖正好与净浆表面接触，拧紧固定螺丝。稍过片刻，突然放松螺丝，让试锥垂直自由地沉入水泥净浆中。当试锥停止下沉或释放试锥30s时，记录试锥下沉深度(mm)，整个操作应在搅拌结束后1.5min内完成。以试锥下沉深度为28mm±2mm时的净浆为标准稠度净浆，此时其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量，如不符合，重做。

(3)采用固定用水量方法时，水泥用量不变，仍是500g。而拌和用水量固定采用142.5mL。按上述调整用水量法操作步骤测定之后，根据试锥下沉深度S(mm)按下式计算得到标准稠度用水量P(％)。P=33．4-0.185S。 采用代用法时，如果固定用水量法的结果和调整用水量法的结果有冲突，以调整用水量法的结果为准。当采用固定用水量法测得的试锥下沉深度仅为13mm时，此时只能采用调整用水量法，而不能采用固定用水量法以计算的方式求得结果。 (4)试模放置在玻璃板上的时候，事先在玻璃上抹上一层黄抽等类似材料，防止水泥粘在玻璃上不好清除。 (5)当水泥全部加入搅拌锅时，应记录下这一时刻所对应的时间，以备随后的凝结时间测定试验之用。

4．水泥凝结时间的测定：试验目的：通过测定水泥从加水时刻起，到水泥开始失去塑性和完全失去塑性产生凝固所需要的时间，以此掌握水泥使用时的适宜施工过程。3．步骤：(1)以标准稠度时的水泥净浆为测定凝结时间的材料，将该净浆装满圆台形的试模，插捣、振实、刮平，立即放人湿气养护箱中。记录净浆搅拌时水泥全部加到水中的时刻，作为测定凝结时间的起始时间。(2)首先进行韧疑时间的测定。待测试样在养护箱中养护至距起始时间30min时，进行第一次测定。将试样从养护箱中取出，放在已更换了初凝用试针的标准维卡仪下，调整试针与水泥净浆的表面刚好接触。拧紧螺丝，稍停片刻，突然打开，使试针垂直自由地沉入水泥净浆中。观察试针停止下沉或释放试针30s时试针的读数，当试针下沉至距底板4mm±1时，表征水泥达到初凝状态。由起始时间到初凝状态出现所经历的时间定义为初凝时间，用\表示。如未达到规定下沉状态，则继续养护，再次测定，直至测试结果呈现规定的状态。(3)接着继续进行终凝时间的测定。先将装有水泥试样的圆台形试模从玻璃板上取下，翻转，直径大端朝上、小端朝下地放在玻璃扳上，然后将试样放入养护箱中继续养护。在接近终凝时间时，每隔15min测定一次，

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直到终凝试针沉入水泥试件表面0.5mm时，即只有试针在水泥表面留下痕迹，而不出现环形附件的圆环痕迹时，表征水泥达到终凝状态，由起始时间到出现规定状态所经历的时间定义为终凝时间，用min表示。4．注意问题： (1)掌握好两种凝结时间可能出现的时刻，在接近初凝或终凝时，要缩短两次测定的间隔，以免错过“真实”时刻。(2)达到凝结时间时，要立即重复测定一次，只有当两次测定结果都表示达到初凝或终凝状态时，才可认定。(3)为防止试针撞弯，在最初进行初凝时间测定时，要轻轻扶持金属杆，使试针缓缓下降，但晨后结果要以自由下落为准。(4)每次测定要避免试针落在同一针孔位置，并避开试模内壁至少lOmm。测定间隔要保证试样在养护箱中等待。四、水泥安定性试验:目的:现行试验可检测游离的CaO对水泥在水化凝固过程中是否造成过量的体积上的变化，以判断水泥体积安定性是否合格。步骤：

方法一：雷氏夹法(标准法)：(1)按标准稠度用水量确定的方法和结果拌和水泥净浆。(2)将事先校准的雷氏夹放在涂有一薄层黄油的玻璃板上，将制备好的标准稠度水泥净浆填在雷氏夹的试模里，并用小抹刀插捣多次，确保密实，然后抹平。每个水泥样品至少制备两个试样，再盖上一块涂油的玻璃板，放入养护箱中养护24h±2h。(3)沸煮试验前，首先调整好箱内水位，要求在整个沸煮过程中箱里的水始终能够没过试件，不可中途补水，同时要保证水在30±5min内开始沸腾。(4)从养护箱中取出雷氏夹，去掉玻璃板，先测量雷氏夹指针尖端的距离(记作A)，精确到0.5nmi(下同)，随后将试件放人沸煮箱中的试件架上．要求指针朝上，然后开始加热，使箱中的

水在30 min内沸腾，并恒沸180±5min。(5)沸煮结束后，立即放掉箱中的热水，打开箱盖，待冷却至室温，取出试件。测定雷氏夹指针尖端的距离(记作c)。当两个雷氏夹试件煮后指针尖端增加的距离(C--A)的平均值不大于5.0mm时，则认为该水泥安定性合格。当两个试件的C-A值差超过4.0mm时，应采用同一样品再重做一次试验。

方法二：试饼法(代用法): (1)将制备好的水泥标准稠度净浆取出一部分，分成相同两份，先团成球形，放在事先涂有一层黄油的玻璃板上，在桌面上轻轻振动，并通过小刀由外向里的抹动，使水泥浆形成一个直径70~80mm、中心厚约10mm而边缘渐薄的圆形试饼。按上述同样的方式养护24h±2ho (2)从玻璃扳上取下试饼，先观察试饼外观有无缺陷，在无开裂、翘曲等缺陷时，放在沸煮箱的试样架上，然后按上述同样的方法进行沸煮。(3)沸煮结束后，打开箱盖，待冷却至室温，取出试饼进行观察判断,当目测试饼未发现裂缝，且用钢尺测量没有弯曲时，则认为相应水泥安定性合格。注意：1)当雷氏夹法和试饼法试验结果相矛盾时，以雷氏夹法的结果为准。2)在雷氏夹沸煮过程中，要避免雷氏夹指针相互交叉，以免对试验结果造成不必要的影响

5、水泥胶砂强度试验：目的：采用ISO法，通过试验确定水泥的强度等级。试验步骤：(1)胶砂组成：每锅胶砂材料组成为水泥：标准砂：水：450g：1350g：225mL。

(2)胶砂制备：先将水倒人搅拌锅内，再加入水泥，然后将搅拌锅固

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定在机座上，上升至固定位置。立即开动机器，先低速搅拌30s，在第二个30s开始的同时均匀地将砂子通过加砂漏斗加至到锅中，再高速搅拌30s。停拌90s后，再高速搅拌60s。注意在最后一分钟搅拌时，要将锅壁上粘附的胶砂刮入锅内。(3)胶砂试件成型：先把试模和模套固定在振动台上，用小勺从搅拌锅中将胶砂分两层装入试模。装第一层时用大播料器垂直架在模套顶部，将料层播平，随后振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次后，土掉套模．从振实台上卸下试模，用一金属直尺以近似垂直的角度在试模模顶的一端，沿试模长度方向以割锯动作慢慢向另一端移动，一次将试模上多余的胶砂刮去，并用直尺将试件表面抹平。(4)试样养护：对试模做标记，带模放置在养护室或养护箱中养护，直到规定的脱模时间(大多为24h)脱模。脱棋时先在试件上进行编号，注意进行两个龄期以上的试验时，应将一个试模中的三根试件分别编在二个以上的龄期内。随后将试件水平(也可竖直)放在20±1℃的水中养护，彼此间保持一定间隔。养护期间保证水面超过试件5mm，需要时要及时补充水量，但不允许养护期间全部换水。(5)强度试验：养护至规定龄期时，从养护环境中取出待测试件，进行强度测定。首先进行抗折试验。将抗折试验机调至平衡，试件的一个侧面放在试验机的支撑圆柱上，加紧固定好试件。接通开关，抗折机以50±10N／s的速率均匀施加荷载，直至试件折断，记录破坏时的荷载。接着进行抗压试验。将折断的半截试件放在抗压模具里，注意直接受压面为侧面，然后放到压力机上，压力机以则2400±200N／s的速率加荷，直至试件破坏，记录破坏荷载。计算：抗折强度通过下式计算Rf=(1.5*F*100) /403 (0.1MPa) 试验结果处理：以一组三个试件抗折结果的平均值作为试验结果，当三个强度中有超出平均值的±10时，应舍去再取平均值作为最终结果。以一组三个试件得到的六个抗压强度算术平均值为试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的±10％，舍去该结果，以剩下五个的平均数为结果。如五个测定值中再有超过五个结果的平均数±10％，则该次试验结果作废。注意：(1)强度试件的龄期确定：试件龄期是从水泥和水开始混合搅拌时算起，不同龄期强度试验按照不同的时间限定范围来确定。 24h±15min；48h±30min; 72h±45min;7d±2h;28d±8h。(安定性试件养护24±2 h) (2)进行抗压试验时最大加载值在所选量程的20％~80％为宜量程。

四、水泥混凝土技术性质：水泥混凝土是由水泥及粗、细集料和水按适当比例混合，在需要时掺加适宜的外加剂、掺合料等配制面成。其中水泥起胶凝和填充作用，集料起骨架和密实作用，水泥与水发生化学反应生成具有胶凝作用的水化物，将集料颗粒紧密粘结在一起，经过一定，凝结、硬化时间后形成人造石材，成为混凝土。

1．新拌砼的工作性：又称和易性，是指混凝土具有流动性、可塑性、稳定性、易密性方面的一项综合性能。工作性的测定方法有坍落度试验和维勃稠度试验两种。坍落度试验适用于塑性混凝土（集料粒径不大于40mm、坍落度值不小于10mm）。维勃稠度试验适用于干硬性混凝土(集料粒径不大于40mm、坍落度值不大于10mm)。无论哪种试验方法都还不能

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全面反映混凝土拌和物工作性。(1)坍落度法：步骤：(1)先用湿布抹湿坍落筒、铁锹、拌和板等用具。 (2)按配合比称量材料：先称取水泥和砂并倒在拌和板上搅拌均匀，再称出石子一起拌和将料堆的中心扒开，倒入所需水的一半，仔细拌和均匀后，再倒入剩余的水，继续拌和至均匀拌和时间大约4~5min。 (3)将漏斗放在坍落筒上，脚踩踏板，拌和物分三层装入筒内，每层装填的高度约占筒高的三分之一。每层用捣棒沿螺旋线由边缘至中心插捣25次，要求最底层插捣至底部，其他两层插捣至下层约20-30mm。(4)装填、插捣结束后，用慢刀刮去多余的拌和物，并抹平筒口，清除筒底周围的混凝土。随即立刻提起坍落筒，操作过程在5～10s内完成，且防止提筒时对装填的混凝土产生横向扭力作用。(5)将坍落筒放在已坍落的拌和物一旁，筒顶平放一个朝向拌和物的直尺，用钢尺量出直尺底面到试样顶点的垂直距离，该距离定义为混凝土拌和物的坍落度，以mm为单位，结果精确至5mm。以同一次拌和的混凝土测得的两次坍落度的平均值作为试验结果，如果两次结果相差20mm以上，则需做第三次，而第三次结果与前两次结果均相差20mm以上，则整个试验重做。(6)对坍落的拌和物做进一步的观察，用捣棒轻轻敲击拌和物，如在敲击过程中坍落的混凝土体渐渐下沉，表示粘聚性较好；如敲击时混凝土体突然折断，或崩解、石子散落，则说明混凝土粘聚性差。(7)观察根据整个试验过程中是否有水从拌和物中析出，如混凝土体的底部少有水分析出，混凝土拌和物表面也无泌水现象，则说明混凝土的保水性较好；否则如果底部明显有水分流出，或混凝土表面出现泌水状况，则表示混凝土的保水性不好

(2)维勃稠度试验：维勃(VB)稠度试验：检测坍落度很小的干硬性混凝土的工作性．步骤：（1）．先将盛样容器用螺母固定在振动台上、放入坍落筒，扣上漏斗。(2)按照坍落度试验相同的方法，分三层将混凝土拌和物装填到筒中。完成后，去掉漏斗，抹平混凝土表面后提起坍落筒，将透明圆盘放在混凝土上。(3)一切就绪后，启动振动台，同时按下秒表，仔细观察在振动过程中透明圆盘和混凝土之间的接触变化，当透明圆盘底面刚好布满水泥浆时，立即停止秒表井关闭振动台。以秒表所示时间作为混凝土拌和物稠度的试验结果，精确至1s. 装填插捣操作，是将捣棒垂直压下，而不能采用冲击的方式进行。显然维勃时间愈长，混凝土拌和物的坍落度就愈小。

2．影响工作性的因素：1内因和外因两大类：外因指施工环境条件，包括外界环境的气温、湿度、风力大小以及时间等。内因包括原材料特性、单位用水量、水灰比和砂率等方面。1)原材料特性：水泥品种和细度将会影响混凝土拌和物的工作性。如普通硅酸水泥拌和物的工作性相对较好；矿渣水泥的流动性较大，但粘聚性较差；火山灰水泥拌和物流动性小，但粘聚性较好等，另一方面，适当提高水泥细度可改善砼拌和物的粘聚性和保水性，减少泌水和离析现象。粗集料的颗粒形状和表面特征也能影响混凝土的工作性。如采用卵石配制混凝土的流动性比碎石混凝土要大，集料中针、片状颗粒含量较少，接近立方体的颗粒较多，且级配较好时，在同样水泥浆数量下，混凝土拌和物可获得较大的流动

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性，同时粘聚性和保水性也较好。 当混凝土中使用外加剂时，会显著改善混凝土的工作性。(2)单位用水量：单位用水量的多少决定了混凝土拌和物中水泥浆的数量。在组成材料一定的情况下，拌和物的流动性随单位用水量的增加而加大。，即水灰比一定时．如果单位用水量过小则水泥浆数量就会偏少，此时混凝土中集料颗粒间缺少足够的粘结材料，拌和物的粘聚性较差，易发生离析和崩坍现象，而且也不易密实；但如果单位用水量过大，虽然砼的流动性随之增加，但粘聚性和保水性却随之变差，会产生流浆、泌水、离析现象；同时单位用水量过大还会导致混凝土易产生收缩裂缝，影响到混凝土耐久性和造成水泥浪费等问题。(3)水灰比：水灰比是指水和水泥质量之比。单位用水量的多少决定了水泥浆数量的多少，而水灰比的大小则决定了水泥浆的稀稠程度。水灰比小，则水泥浆稠度大，混凝土拌和物流动性小。当水灰比过小时，在一定施工方式下有可能难以保证混凝土密实成型。相反，若水灰比过大，水泥浆稠度较小，虽然混凝土拌和物的流动性增加，但可能引起混凝土拌和物粘聚性和保水性不良。而且当水灰比超过一定限度时，混凝土拌和物将产生严重的泌水、离析现象。同时过大的水灰比在水泥混凝土硬化过程中随着多余水分的蒸发，留下大量孔洞，导致混凝土强度和耐久性的降低。因此，当混凝土拌和物的流动性不足或过大时，不能仅仅采用增加或减少单位用水量的方法来改变混凝土的流动性，而是在保持原有水灰比不变的基础上同时增加或减少水和水泥的用量，以控制水灰比在适宜的状态。(4)砂率：砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。由水、水泥和砂组成的水泥砂浆在混凝土中起着润滑作用，通过这种润滑作用来降低粗集料之间的摩阻力，以产生所需的流动性。所以，当砂率不足时，过小的砂率组成的水泥砂浆数量不足以包裹所有的粗集料，无法发挥出所需的润滑作用，使混凝土拌和物的流动性受到影响。因此，在一定范围内，混凝土拌和物的流动性会随着砂率提高所产生的润滑作用的增强而加大。但在水泥浆数量固定的情况下，随着砂率的增大，集料的总表面积也随之增大，使水泥浆的数量相对减少，当砂率超过一定的限度后，就会削弱由水泥浆所产生的润滑作用，反而又会导致混凝土拌和物流动性的降低。因此，水泥混凝土存在一个合理砂率，即当用水量和水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌和物获得最大流动性且保持良好粘聚性和保水性的砂率；或者是能够使混凝土拌和物获得所要求的工作性的前提下，水泥用量最少的砂率。

3、硬化后力学性质——强度指标：(1)立方体抗压强度：以标准方法制成边长为150mm的立方体试件，在标准条件下(20±2℃，相对湿度95％以上)养护至28d龄期，用标准方法测定其极限受压破坏荷载，以此求得混凝土的抗压强度(MPa)。(2)抗折强度（抗弯拉强度）。将混凝土制成150mm*l50*550mm(或600mn)的直角棱柱小粱试件，按照规定的养护方法养护到28d龄期。通过采用三分点加荷方式进行试验，测得抗弯拉强度(MPa)。

4．强度等级：是各种力学强度标准值的基础。（1）立方体抗压强度标准值：按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体，在28天龄期，

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采用标准试验方式测得的抗压强度总体分布的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%（具有95%保证率的抗压强度），以Mpa(N/mm2)计。（2）砼强度等级：根据立方体抗压强度标准值来确定强度等级。用符号‘C’和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示。现行砼立方体抗压强度标准值分12个等级：C7.5~C60.

5.影响砼强度的因素：主要有组成原材料的影响，包括原材料的特征和各材料间的组成比例等内因，以及养护条件和试验测试条件等外因。（1）水泥强度和水灰比：水泥强度越主，水化反应形成的水泥石强度就愈高，混凝土强度就愈高。当水泥强度确定时，混凝土的强度主要取决于水灰比的大小，在一定范围内，强度随水灰比的减少而有规律地提高。（2）集料特性：采用碎石拌制的砼比采用卵石拌制的混凝土强度高，但在相同用水量的情况下，流动性相对较小。因为粗糙的表面和较多的棱角，使碎石在提高与水泥及其水化产物的粘附性和胶结程度的同时，也加大的内部磨擦阻力的缘故。由于针片状颗粒给施工带来不利影响，并引起混凝土空隙率的提高，所以混凝土用的粗集料要限制其含量。粗集料的最大粒径对混凝土抗压强度和抗折强度均有影响，一方面随着粗集料粒径的增大，单位用水量相对减少，在固定的用水量和水灰比条件下，加大最大粒径，可获得较好的工作性，或因减小水灰比而提高混凝土的强度和耐久性；另一方面，随着粗集料最大粒径的增加，将会减少集料与水泥浆接触的总面积，使界面强度降低，同时还会由于振捣不密实而降低混凝土的强度。所以粗集料最大粒径的增加，造成不利影响对混凝土抗折强度比抗压强度大一些。（3）浆集比：混凝土中水泥浆的体积和集料体积之比称为浆集比，在水灰比相同的条件下，达到最佳浆集比后，混凝土的强度随着混凝土浆集比的增加而降低。（4）养护条件：养护过程中温度、湿度和龄期是影响混凝土强度形成的主要因素。在潮湿环境下养护，形成的强度远高于在干燥环境下形成的强度。养护温度过低或降至冰点以下，由于水泥水化反应的停止，强度不再发展。在相同湿度条件下，适宜的高温有利于混凝土强度的快速提高。在标准养护条件下，混凝土的强度与龄期之间有较好的相关性。

7混凝土强度的评定：（缺）

6水泥砼拌和物毛体积密度检测:：目的：通过新拌混凝土毛体积密度的测定，用于修正和确定混凝土的材料配合比组成。步骤：(1)首先称取干净的容量筒，质量记作m1(kg)，精确到50g(下同)。然后将干净的水注满容量筒(其内径不小于集料公称最大粒径的4倍)，盖上一块已知质量的玻璃板，如玻璃板下有气泡，应补水排除，擦干容量筒表面，称出总质量m1 (kg)。则筒的容积等于总质量减去筒和玻璃板的质量和，记作V(L)。(2)当坍落度小于70mm时，容量筒中混凝土拌和物的捣实分为人工和机械两种途径。如采用人工方法，可将具有代表性的试样分三层装入容量筒，每层高度约1／3筒高，用捣棒从边缘到中心沿螺旋线的方式插捣25次，底层捣至筒底，上两层捣至下层20-30mm的位置。注意插捣时应垂直压人，而不是冲击的方式。每层插捣完毕，在筒壁外侧敲打5—10次，以排除拌和物中的气泡。如采用机械方法，首先将容量筒在振

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动台上固定，一次将拌和物装满，立即开始振动，振动到出现水泥浆为止。(3)用金属直尺从筒扣刮去多余部分，仔细用馒刀抹平表面，可用玻璃板检验，擦净筒壁，在磅秤上称取质量，记作m3。砼拌合物的毛体积密度计算ρh=( m3- m1)/V

8、水泥混凝土拌和物凝结时间检测:目的: 通过测定贯入阻力的试验方法，检测混凝土拌和物的凝结时间，来控制现场施工流程，以判断在使用外加剂情况下、在不同的环境条件下等诸多可变因素存在时的混凝土凝结、固化速度。步骤：(1)取有代表性的混凝土拌和物，用5mm的标准筛尽快过筛，筛去5mm以上的粗集料，再经人工翻拌后，装入试模。每批混凝土拌和物取一个试样，共取三个试样，分装到三个试模中。（2）混凝土砂浆装入试模后，用捣棒均匀插捣若干次（如平面尺寸为150*150mm的试模插捣35次），然后轻击试模侧面，以排除其中的空洞。进一步整平砂浆表面，且表面要低于试模上沿约10mm。 (3)盖上玻璃板或湿布，将试件放在与现场尽可能相同的环境中。约1h后，通过倾斜试模，将表面沁出的水集中起来，用吸液管吸出。在以后的操作过程中要多次进行类似的吸水工作，以免影响贯入阻力仪的使用。(4)试验时根据试样贯人阻力的大小，选择合适的测针：当砂浆表面测孔周围出现微小裂缝时，应改换较小截面积的测针。(5)先将待测试件放在贯人阻力仪上，记录此时刻度盘上显示的砂浆和试模的总质量。然后使测针刚刚接触砂浆表面，转动手轮让测针在10s内垂直均匀地插入试样内，深度为25mm，记下刻度盘显示的质量增值，井记下从开始加水拌和所经过的时间和环境温度。(6)每个试样做贯人阻力试验次数应不少于6次，最后一次的单位面积贯人阻力应不低于28MPa。从加水拌和时刻算起，常温下普通混凝土3h后开始测定，以后每次间隔1h；快硬混凝土或气温较高时，则应在2h后开始测定，以后每隔0. 5h测一次；缓凝混凝土或低温环境下，可5h后开始测定，以后每隔2h测一次。结果计算：单位面积贯入阻力，Mpa P=F/A F----测针贯入深度25mm时的贯入压力，即测针垂直插入25mm时刻度盘质量增值，单位N； A---贯入针截面面积mm2 (2)以单位面积贯人阻力为纵坐标，测试时间为横坐标，绘制单位面积贯人阻力与测试时间的关系曲线。经3.5 Mpa及28 Mpa画两条与横坐标平行的直线，则该直线与关系曲线交点对应的横坐标分别为混凝土的初凝和终凝时间。(3)凝结时间取三个试样的平均值：初凝时间误差不大于30rnin。如果三个数值中有一个与平均值之差大于30rnin，则取三个值的中间值为结果；如果最大值与最小值之差大于30rnin，则试验应重做。说明： (1)每次测定时，测针应距试模边缘至少25mm，而每次测针的检测点之间净距离也至少为所用测针直径的2倍。(2)如果混凝土进行湿筛不好操作时，可以按混凝土中水泥砂浆的配合比，直接称料拌和成砂浆再进行试验，但注意应按粗集料的吸水率修正加水量。

9．水泥混凝土试件的制作与养护：(1)试件成型1)装配好试模，避免组装变形或使用变形试模，并在试模内部涂抹薄薄的一层脱模剂。2)将拌和好15min后的拌和物填入试模中。如采用振动的方式密实，可将已装填拌和物的试模固定在振动台上，接通电源振动至表面出现水泥浆

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为止，时间一般控制在1.5min。如采用插捣的方式密实，则将拌和物分两层装填在试模中，用捣棒以螺旋形从边缘向中心均匀插捣，插捣次数随试件尺寸的不同而不同。底层捣至试模底部，上两层捣至距下层20-30mm的位置。注意插捣时应垂直压人，而不是冲击的方式。整个成型过程要求在45min内完毕。3)插捣结束，用慢刀刮去多出的部分，再收面抹平，试件表面与试模表面边缘高、低差不得超过O．5mm。(2)养护方法1)成型好的试模上覆盖湿布，防止水分蒸发。在室温{20±5℃相对湿度大于50％的条件下静置1-2d。到达时间后拆模，进行外观检查、编号，并对局部缺陷进行加工修补。2）将试件移至标准养护室的架子上，彼此间应有30-50mm的间距。养护条件为温度20±3℃，相对湿度90％以上，直到规定龄期。

10水泥混凝土抗压强度试验： (1)将养护到指定龄期的混凝土试件取出，擦除表面水分。检查测量试件外观尺寸，看是否有几何形状变形。试件如有蜂窝缺陷，可以在试验前三天用水泥浆填补修整，但需在报告中加以说明。(2)以成型时的侧面作为受压面，将混凝土置于压力机中心并使位置对中。施加荷载时，对于强度等级

11水泥混凝土抗折强度试验 (1)将达到规定龄期的抗折试件取出，擦于表面，检查试件，如发现试件中部1／3长度内有蜂窝等缺陷，则该试件废弃。(2)从试件一端量起，分别在距端部的50mm、200mm、350mm和500mm处划出标记，分别作为支点(50mm和500mm处)和加载点(200mm和350mm处)的具体位置。(3)调整万能机上两个可移动支座，使其准确对准试验机下距离压头中心点两侧各225mm的位置，随后紧固支座。将抗折试件放在支座上，且侧面朝上，位置对准后，先慢慢施加一个初始荷载，大约lkN。接着以0.5-0.7MPa／s的加荷速度连续加荷，直至试件破坏，记录最大荷载。但当断面出现在加荷点外侧时，则试验结果无效。

d．试盘结果计算fcf=(F*450)/1503

(1)试验结果的数据处理：无论是抗压强度还是抗折强度，试验结果均以3个试件的算术平均值作为测定值。如任一个测定值与中值的差超过中值的15％，取中值为测定结果；如两个测定值与中值的差都超过15％，该组试验结果作废。(3)试验要求的加载速率单位是MPa／s，而不是压力机施加的力的单位。应根据加载速率要求和实际试验时试件的受压面积将其换算成力的单位，即kN／mm2.s。如常见的强度等级C30以上的150mm×l50mm×l50mm抗压试件，其加载速率为11.25---18.00kN／mm2·s

12普通水泥混凝土组成设计材料的技术要求 1.水泥：(1)从水泥品种和强度等级两个方面进行选择。表7-13 (2)水泥强度等级：应水泥的强度等级与配制的混凝土强度等级相匹配。要避免高强度等级的混凝土采用过低强度等级的水泥，这样会由于水泥用量过多，不仅不经济，还会引起诸如收缩性加大，耐磨性降低的不良后

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果；同样也要避免低强度等级的混凝土选用过高强度等级的水泥，以免因水泥用量偏少，造成混凝土耐久性不良的问题，并影响到混凝土的工作性和密实度。根据经验，水泥强度等级和普通混凝土强度等级之间大致有1.0—1.5倍的匹配关系。2．租集料: (1)力学性质：具有良好的强度和坚固性，通常采用石料的立方体抗压强度或压碎指标来表示。将卵石和碎石等粗集料按技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。Ⅰ级适用于≥C60，Ⅱ级适用于C30-C60 Ⅲ级＜C30。(2)粒径、颗粒形状及级配：混凝土用粗集料的最大粒径应不大于结构截面最小尺寸的1／4，并且不超过钢筋最小净距的3/4；对于实心混凝土板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。限制粗集料中针、片状颗粒含量。连续级配矿料配制的混凝土较为密实，并具有优良的工作性，不易产生离析，是经常采用的级配形式。但连续级配与间断级配相比，配制相同强度的混凝土，所需的水泥消耗量较高；而采用间断级配矿料配制混凝土，水泥消耗量较小，并且可以得到密实高强的混凝土，但间断级配混凝土拌和物容易产生离析现象。(3)有害杂质： 粗集料中的有害杂质主要以粘土、泥块、硫化物和硫酸盐、有机质等形式存在，这些杂质会影响到水泥与集料之间的粘结性，对水泥的水化效果产生消极作用。另外，一些惰性成分，如活性氧化硅、活性碳酸盐等，在水存在的条件下可以与水泥中的碱性成分发生反应引起混凝土的膨胀、开裂，甚至造成严重的破坏，这就是所谓的碱一集料反应。3．细集料：混凝土用细集料应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂。分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。Ⅰ级适用于≥C60，Ⅱ级适用于C30-C60 Ⅲ级＜C30。(2)级配与细度模数：据细度模数将砂分成粗、中、细三种类型，再根据级配的不同分成I、Ⅱ、Ⅲ个区，Ⅱ区的砂由中砂和部分偏粗的细砂组成，由该区砂配制的混凝土有较好的保水性和捣实性，且混凝土的收缩小、耐磨性高，是配制混凝优先选用的级配类型；I区的砂属粗砂范畴，当采用I区的砂配制混凝土时，应比Ⅱ区的砂有较高的砂率，否则混凝土拌和物的内摩擦力较大、保水性差、不易捣实成型；Ⅲ区的砂是由细砂和部分偏细的中砂组成，当采用Ⅲ区的砂配制混凝土时，应较Ⅱ区砂适当降低砂率，此时的拌和物较粘聚，易于振捣成型，但由于比表面积较大，要求适当提高水泥用量，且对工作性影响较为敏感。4．拌和用水：不应含有影响水泥水化反应和混凝土质量的有害物质，这些物质主要有油、酸、碱、盐类、有机物等，海水可用于拌制素混凝土，但不得拌制钢筋混凝土或预应力混凝土。凡能饮用的水都可拌制混凝土

13．水泥混凝土配合比设计概述：

混凝土配合比可以采用两种方法来表示：(1)单位用量表示法（每立方中各材料的用量）(2)相对用量表示法：以水泥的质量为1，其他材料针对水泥的相对用量，并按“水泥：砂：石；水灰比”= 1:1.25:3.80；W/C=0.5。

2)．配合比设计要求: (1)满足结构物设计强度的要求:采用比设计强度高一些的“配制强度”(2)满足施工工作性要求。(3)满足耐久性要求：配合比设计中通过考虑允许的“最大水灰比”和“最小水泥用量”，来保证处于不利环境条件下混凝土的耐久性要求。(3)满足经济性要求：

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在满足设计强度、工作性和耐久性要求的前提下，设计中通过合理减少价高材料(如水泥)的用量，多采用当地材料以及利用一些替代物(如工业废渣)等措施，降低混凝土费用，提高经济效益。

3)．混凝土配合比设计步骤：(1)计算初步配合比：针对设计文件要求，根据原始资料和原材料的特点、性质，按照我国目前广泛采用的设计步骤，首先计算出一个初步配合比，即组成混凝土原材料的各自用量(kg／m3，下同)：水泥：水：砂：石=mc。：mwo：mso：mgo。 (2)提出基准配合比：采用施工实际使用的材料，通过实拌实测的方法，对初步配合比进行工作性检验，检测初步配合比的坍落度或维勃稠度，根据试验结果和必要的调整，提出能够满足工作性要求的基准配合比，即水泥：水：砂：石=mca：mwa：msa:mga。(3)确定试验室配合比：在基准配合比的基础上，采用减少或增加水灰比的作法，(一般为三组)满足工作性要求的配合比，通过实际拌和、成型、养护和测试混凝土立强度，确定符合强度(包括工作性)要求的水灰比，以此得出满足强度要求的试验室水泥：水：砂：石=mc：mw：ms:mg

(4)换算土地配合比：根据即时测得的工地现场材料的含水率，将试验室配合比地实际使用的配合比，即水泥：水：砂：石二m。：m。；m，；m¨

14、普通混凝土配合比设计方法(抗压强度为设计指标) 15路面水泥混凝土的组成设计：指满足混疑土路面摊铺工作性(和易性)、弯拉强度、耐久性与经济性要求的水泥混凝土材料。根据材料组成，路面水泥混凝土分为普通路面混凝土(也称素混凝土)、钢筋混凝土、预应力混凝土(、钢纤维混凝土(和碾压混凝土等。按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用数，将路面所承受的交通轴载作用分为4级。

1）道路硅酸水泥：是一种以适当的原材料煅烧成以硅酸钙为主要成分并含有较多含量的铁铝酸四钙水泥熟料，再加入适量石膏加工磨细制成的水硬性胶凝材料。含有较多的铁铝酸四钙成分，通常不低于16％，而普通硅酸盐水泥中该矿物成分不会超过15％。使水泥具有更高的抗弯拉能力，满足了混凝上路面在车辆行驶中的

受力特点——不仅受压同时还受弯拉作用。同时，水泥中的铝酸三钙成分含量较低，要求不得超过5％(普通硅酸盐水泥最高可达15％)，从而有效降低了因该成分产生的混凝干缩问题。另一方面，道路水泥表现出优良的路用性能，如具有较高的强度，特别是较高的抗折强度，且耐磨性好，干缩小，以及抗冲击性、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性强等特点2）．水泥品种与强度：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，也可使用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。中、轻交通的路面，也可采用矿渣硅酸盐水泥。冬季施工、有快凝要求的路段可采用H型早强水泥，一般情况宜采用普通型水泥。表7-28-，7-29。3）粉煤灰：在路面混凝土中，可以掺用技术指标符合规定的电收尘I、II级干排或磨细低钙粉煤灰。不得使用高钙粉煤灰。不得使用湿排或潮湿粉煤灰，严禁使用已经结块的湿排干粉煤灰。

4）粗集料(1)高速公路、一级公路、二级公路以及有抗(盐)冻要求

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的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料技术等级不应低于Ⅱ级。没有抗冻、抗盐要求的三、四级公路路面及贫混凝土基层可使用IlI级粗集料，(2)最大粒径与级配：为了提高路面混凝土弯拉强度，防止混凝土拌和物离析，减少对摊铺机的机械磨损，提高混凝上的抗冻性及耐磨性，集料的最大粒径不宜过大。最大公称粒径为：卵石19.0mm，碎卵石26.5mm，碎石31.5mm；不得使用没有级配的统货粗集料，采用2-4个粒级的集料进行掺配，碎卵石或碎石中粒径小于0.075mm的石粉含量不得大于1%。路面混凝土对粗集料的要求更为严格，以保证集料形成骨架密实结构。这是由于粗集料级配对混凝土的弯拉强度影响很大，主要表现在振实后，粗集料能够逐级密实填充，形成高弯拉强度所要求的嵌挤力。另一方面，粗集料级配对混凝土的干缩性较为敏感，逐级密实填充的良好级配有利于减小混凝土的干缩。5）细集料要求(1) 细集料可采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂和混合砂。高速公路、一级公路、二级公路及有抗(盐)冻要求的三、四级公路混凝土路面应使用Ⅱ级以上的砂，无抗(盐)冻要求的三、四级公路混凝土路面以及贫混凝土基层可使用Ⅲ级砂。特重和重交通混凝土路面宜使用河砂，砂的硅质含量不应低于25％。机制砂是由机械破碎、筛分制成的粒径小于4．75mm的岩石颗粒。淡化海砂是指经淡水或雨水冲洗或冲淋过的海砂或河口附近的海砂。在河砂资源紧缺的沿海地区，二级及二级以下公路素混凝土路面和贫混凝土基层可使用淡化海砂。为了防止对钢筋的锈蚀作用，在全部缩缝均设置传力杆的混凝土路面中不宜使用淡化海砂，钢筋混凝上及钢纤维混凝土路面和桥面也不得使用淡化海砂。(2)细集料的级配和细度：水泥混凝土路面在通车运行1-2年后，水泥石将先于砂颗粒被磨损，暴露的凸起物将是砂颗粒，这些凸起的砂颗粒为路面提供足够的横向力系数和抗滑性能。当砂过细时，表面水泥浆磨损后，细砂所能提供的路面横向力系数和抗滑力较低，影响路面安全，所以路面混凝土用

砂不宜过细。而当砂较粗时，将引起混凝土拌和物严重泌水、路表不平整等问题。所以路面普通混凝土和钢纤维混凝土用砂的细度模数宜在2.0-3.5内。施工中应将细度模数变异范围超过0.3的来源或产地不同的砂分别堆放 6）外加剂:在路面混凝土巾．外加剂的产品质量至少应达到一等品的要求,一般不允许使用合格品 7）水： 饮用水可以直接作为混凝土搅拌和养护用水

15路面普通混凝土配合比设计指标：1）设计弯拉强度标准值：路面水泥混凝土的强度以28d龄期的弯拉强度控制，当混凝土浇筑90天内不开放交通时可采用90d龄期的弯拉强度。按其概率分布的0.85分位值确定.在特重交通的特殊路段，通过论证，可使用设计弯拉强度5.5MPa。4.0轻-4.5中-5.0重-5.5特重。2）施工和易性：

施工方式：通常采用滑模摊铺机、轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具等施工。(2)施工和易性要求取决于施工方式：表中最大单位用水量是采用中砂和粗、细集料为风干状态时的取值，若采用细砂，应使用减水率较大的(高效)减水剂。3）耐久性：路面混凝土按使用环境分为有抗冻性、无抗冻性和有抗盐冻性要求三种。为提高抗冻性，对混凝土中的

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含气量有要求。不符合要求时，使用引气剂。最大水灰比或水胶比和最小水泥用量也要符合要求，

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