桥梁工程原材料介绍

桥梁工程原材料

了解：桥梁工程所用材料的种类及用途

砂石材料、钢用品、制品、水泥、水、砂浆、水泥混凝土等

熟悉：

石料的技术标准：石料制品有片石、块石、粗料石和拱石等，主要用于砌体工程。石料应符合设计规定的类别和标号，石质应均匀、不易分化和无裂缝。

石料制品规格和几何尺寸要求

（1）片石：一般为爆破法开采的石块，其厚度不应小于15cm（卵形和薄片者不得使用）；用于镶面的片石，表面应比较平整、尺寸较大者应稍作凿整。

（2）块石：形状大致方正，上下面大致平整，厚度在20~30cm，宽度一般为厚度的1.0~1.5 倍，长度约为厚度的1.5~3.0倍。

（3）粗料石：外形大致方正，成六面体，厚度为20~30cm，宽度为厚度的1.0~1.5倍，长为厚度的2.5~4.0倍，其表面凹陷深度不大于2cm。

(4)拱石：按设计要求采用粗料石或块石，主要用于石拱桥的拱圈砌筑。

普通混凝土的力学性能：混凝土强度有：立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、剪切强度和粘结强度等

桥梁用主要钢材的主要力学性能：强度（钢材力学性能的主要指标，包括屈服强度和抗拉强度）。塑性、硬度、冲击韧性、冷弯性能、良好的焊接性。

桥涵用钢；可按化学成分、质量用途有多种分类方法、按其形状来分类时可分为型材、棒材（或线材）和异型材（特种形状）等三类。

型材主要包括型钢和钢板，主要用于钢桥建筑；

线材主要包括钢筋、预应力钢筋、高强钢丝和钢绞线等，它是钢筋混凝土桥梁建筑中使用的重要材料之一。

异型材是为特殊用途而制作的，如预应力混凝土中用的锚具、夹具和大变形伸缩件中使用的异型钢梁等。

掌握：

石料的力学性能试验方法：石料力学性质需测定时，用切石机或取芯机制取边长为50mm ±0.5mm的立方体，或直径与高均为50mm 0.5mm的圆柱体试件进行单轴抗压强度试验确定。在某些气侯条件下，还必须测定抗冻性和坚固性指标。

石料力学性能试验方法

（1）石料单轴抗压强度试验(JTJ054-94)

石料的单轴抗压强度，是指将石料（岩块）制备成50mm*50mm*50mm的正方体（或直径和高度均为50mm的圆柱体）试件，经吸水饱和后，在单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积的强度。

试验时是用切石机或钻石机从岩石试样或岩芯中制取标准试件，用游标卡尺精确地测出受压面积，按规定方法浸水饱和后，放在压力机上进行试验，加荷速率为0.5~1.0MPa/s。

取6个试件试验结果的算术平均值作为抗压强度测定值，如6个试件中的2个与其他4个的算术平均值相差3倍以上时，则取试验结果相近的4个试件的算术平均值作为抗压强度测定值。

另外，有显著层理的岩石，取垂直与平行于层理方向的试件各一组，取其强度平均值作为试验结果。

（2）石料磨耗率试验

磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能，用磨耗率来定量描述它。石料磨耗试验有两种方法：我国现行试验规程（JTJ 054-94) 规定，石料磨耗试验以?式试验法为标准方法。

洛杉矾式磨耗试验又称搁板式磨耗试验。该试验机是由一个直径为711mm、长为508mm的圆鼓和鼓中一个搁板所组成。试验用的试样是按一定规格组成的级配石料，总质量为5000g。当试样加入磨耗鼓的同时，加入12个钢球，钢球总质量为5000g。，磨耗鼓以30~33r/min的转速旋转，在旋转时，由于搁板的作用，可将石料和钢球带到高处落下。经旋转500次后，将石料试样取出，用2mm圆孔筛筛去石屑，并洗净烘干称其质量。

取两次平行试验结果的算术平均值作为测定值，当采用洛杉矾式方法时，两次试验误差应不大于2％，否则须重新试验。

普通混凝土试件的制作方法：

一、水泥混凝土试件的成型与养护力法

（一）概述

为测定经稠度试验合格的混合料的技术性质（水泥混凝土抗压和抗折强度试验）并使测定结果具有可比性，必须按规定的方法制备各种不同尺寸的试件，并进行标准养护，一般情况下当坍落度小于70mm时，用标准振动台成型，否则，用人工插捣法成型。

（二）试件成型与养护方法

l．试件的成型

（1）将试模装配好，检查试模尺寸，避免使用变形试模。

（2）给试模内部涂一薄层矿物油脂或其他脱模剂，注意勿使涂模油或脱模剂过多，否则会影响混凝土实际强度，然后将拌好的混合料装入试模，进行捣实工作。

（3）混合料捣实工作可采用下列方式：

①振动法。将拌好的混合料装人试模中，并使其稍高出模顶放在振动台上夹紧，振动至表面呈现水泥浆为止，一般不超过1．5min。振动台规格为：频率为（3000士2oo）次／min，负荷下的振幅为0．36mm，空载时的振幅应为0．5mm，如采用平板振动器，功率一般为1.1kW。

②插捣法。将混合料分两层装人，用直径16mm的圆铁棍以螺旋形从边缘向中心均匀地进行。插捣次数应符合规定。插捣底层时，捣棒插到模底；插捣上层时，捣棒插入该层底面下20～30mm处。插捣时应用力将捣棒压下，不得冲击，捣完一层后，如有棒坑留下，可用捣棒轻轻填平。流动性的混凝上，在插捣过程中，随时用馒刀沿试模内壁插抹数次，以防试件产生麻面。

（4）用前述方法捣实之后，用馒刀将多余的混合料刮除。使与模口齐平，2～4s后抹平表面。试件抹面与试模边缘高低差不得超过0．5mm。

2．养护方法

（1）试件成型后，用湿布覆盖表面（或采用其他保持湿度方法），以防止水分蒸发,并在室温（20士5）℃、

相对湿度太于50％的情况下静放1一2d，然后拆模并作第一次外观检查、编号，有缺陷的试件应除去或加工补平。

（2）将完好试件标准养护至试验时，标准养护室温度：（20士3）℃，相对湿度：90％以上，试件宜放在铁架或木架上，问距至少30～50mm，并避免用水直接冲淋；或者将试件放人水槽中养护，水温（20士3）℃，或者用其他方法养护，但需在报告

（3）至试验龄期时，自养护室取出试件，并继续保持其湿度不变，如试件与构件同条件养、护，亦应尽量保持与构件相同干湿状态进行试验。

普通混凝土的力学性能测试方法：

水泥混凝土抗压强度试验检测方法

（一）概述

本试验规定了测定混凝土抗压强度的方法，以确定混凝上强度等级，作为评定混凝上品质的主要指标。本试验适用于各类混凝土的立方体试件。目前混凝上抗压强度试件以边长为150mm的正立方体为标准试件。混凝土强度以该试件标准养护到28d，按规定方法测得的强度为准。当混凝上抗压强度采用非标准试件时，应根据其集料粒径要求及抗压强度尺寸换算系数得到标准试件强度。

（二）仪器设备

1．压力试验机：压力试验机的上、下承压板有足够的刚度，其中一个承压板上应具有球形支座，为了便于试件对中，球形支座最好位于上承压板上。压力机的精度（示值的相对误差）应在士2%以内，压力机应进行定期检查，以确保压力机读数的准确性。根据预期的混凝土试件破坏荷载，选择压力机的量程，要求试件破坏时的读数不小于全量程的20％，也不大于全量程的80％。 2．钢尺：精度1mm。 3．台称：称量100kg，分度值为ikg。

（三）试验方法

1．按上文所述成型试件和养护方法养护到规定的龄期。

2，取出试件，先检查其尺寸及形状，相对两面应平行，表面倾斜偏差不得超过0．5mm，量出棱边长度，精确至1mm。试件受力截面积按其与压力机上下接触面的平均值计算，试件如有蜂窝缺陷，应在试验前三天用稠水泥浆填补平整，并在报告中说明。在破型前，保持试件原有湿度，在试验时擦干试件,称出其质量。

3．以成型时侧面为上下受压面，试件稳妥地放在球座上。球座置于压力机中心，几何对中（指试件或球座偏离机台中心在5mm以内，下同）。强度等级低于C30的混凝上取0.3～0．5MPa／s的加荷速度；强度等级不低于C30时则取0.5～0．8MPa／s的加荷速度；当试件接近破坏而开始迅速变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏,记下破坏极限荷载。

4．试验结果计算

（1）计算混凝土立方体试件抗压强度R。（2）以3个试件测值的算术平均值为测定值。如任一个测值与中间值的差值超过中间值的15％，则取中间值为测定值；如有两个测值与中间值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。（3）计算结果精确至0.1MPa。（4）非标准试件的抗压强度应乘以尺寸换算系数，并应在报告中注明。

水泥混凝土轴心抗压强巨试验检测方法

（一）概述

本试验规定了测定混凝上轴心抗压强度的方法，以提出设计参数和抗压弹性模量试验荷载标准，本试验适用于各类水泥混凝上的直角棱柱体试件，集料最大料径应为轧40mm。

（二）仪器设备

尺寸为150mm x l50mm x 300mm卧式棱柱体试模，其他所需设备与抗压强度试验相同。

（三）试验方法

1．按上所述试验方法制作150mm x15Omm x300mm棱柱体试体3根，在标准养护条件下，养护至规定龄期。

2：取出试件，清除表面污垢，擦干表面水份，仔细检查后，在其中部量出试件宽度（精确至1mm），计算试件受压面积。在准备过程中，要保持试件湿度元变化。

3．在压力机下压板上放好试件，几何对中，球座最好放在试件顶面并使凸面朝上。

4. 加荷速度应符合本节二的规定。当试件接近破坏而开始迅速变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下最大荷载。

5．试验结果计算

（1）计算混凝土轴心抗压强度。（2）轴心抗压强度平均值计算及异常数据取舍原则。（3）结果计算精确至0.1MPa。（4）采用非标准尺寸试件测得的轴心抗压强度，应乘以尺寸换算系数。200mmx200mm截面试件换算系数为1.05；100mmxIO0mm截面试件换算系数为0.95。

水泥混凝土抗析（抗弯拉）强度试验检测方法

（一）概述

本试验规定了测定混凝土抗折（抗弯拉）极限强度的方法，以提供水泥混凝上路面设计参数，检查水泥混凝土路面施工品质和确定抗折弹性模量试验加荷标准，适用于道路混凝土的直角小梁试件。水泥混凝土抗折强度是以15Ommx150mmX550mm的梁形试件在标准养护条件下达到规定龄期后，净跨450mm，双支点荷载作用下的弯拉破坏，并按规定的计算方法得到强度值。

（二）仪器设备

1.试验机：为人50～300kN抗折试验机或万能试验机；

2.抗折试验装置，即三分点处双点加荷和三点自由支承式混凝土抗折强度与抗折弹性模量试验装置。（三）试验方法

1．试验前先检查试件,如试件中部1/3长度内有蜂窝（如大于Φ7mmx2mm），该试件应作废，否则应在记录中注明。2．在试件中部量出其宽度和高度，精确至1mm。3．调整两个可移动支座，使其与试验机下压头中心距离为225mm，并旋紧两支座。将试件放在支座上、试件成型时的侧面朝上，几何对中后，缓缓加初荷载，约lkN，而后以0.5～0.7MPa／s的加荷速度，均匀而连续加荷（低标号时用较低速度），当试件接近破坏而开始迅速变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下最大荷载。

4。试验结果计算

（1）当断面发生在两个加荷点之间时，计算抗折强度Rb。（2）如断面位于加荷点外侧，则该试件之结果无效；如两根试件之结果无效，则该组结果作废。断面位置在试件断块短边的一侧的底面中轴线上量得。（3）抗折强度测定值的计算及异常数据取舍原则，同本节二的规定。（4）计算结果精确至0.01MPa。（5）采用100mmx100mmx400mm非标准试件时，在三分点加荷的试验方法同前，但所取得的抗折强度值应乘以尺寸换算系数0.85。

普通混凝土收缩试验检测方法：

收缩变形是混凝土材料因物理和化学作用产生体积缩小的总称。收缩变形通常简称为收缩。收缩能便混凝土产生内应力，导致路面或桥梁结构发生变形，甚至裂缝，从而降低其强度和刚度；此外收缩还能使混凝土内部产生微裂缝，破坏混凝上的微给构，降低混凝土耐久性。对预应力钢筋混凝土结构；由于混凝土收缩，会产生应力损失。

①收缩的分类。收缩按其产生原因，可分为：塑性收缩即混凝上拌和物在刚成型后，固体颗粒下沉，表面产生泌水而形成混凝土体积缩小，称为塑性收缩。在桥梁墩台等大体积混凝土中，有可能产生沉陷裂缝占塑性收缩的可能收缩值约1%。

化学收缩即混凝土终凝后，水泥水化引起的体积缩小，又称自身收缩，实际上，它发生于大体积混凝土内部。温度较高、水泥用量较大和水泥细度较细时，其值亦增大。混凝土化学收缩值为（4～100）x10-6 mm ／mm。

物理收缩即混凝土在未饱和的空气中，由于失水所引起的体积缩小，又称干燥收缩。空气相对湿度越低，收缩发展越快。混凝土物理收缩值为（150～1000）x 10-6 mm／mm。

碳化收缩是由于空气中二氧化碳的作用引起的体积缩小。当空气相对湿度为30%～50％时碳化激烈，收缩值也最大。

②收缩的测定。在工程应用中，通常是测定以干缩为主的总收缩值。按我国现行行业标准（JTJ053-94）中T0526-94 规定，是用100mmx100mmx515mm试件，经3d标准养护后，在温度为20℃土2℃，相对湿度为（60土5）％条件下，测定3d、7d、14d、28d、60d、90d和180d等不同龄期的收缩值。

③影响混凝土收缩的因素。影响混凝土收缩的因素，大致可分为组成材料的品种、质量、级配等内因与介质温度、湿度、约束钢筋等外因。后者影响比前者更大些。混凝土产生收缩的主要组分是水泥石，增加集料的相对含量即可减少收缩。在混凝土配合比一定时，采用弹性模量值较高的集料、可以减少收缩。在混凝土中，水泥与水经水化反应而生成凝胶，凝胶吸湿则膨胀、干燥则收缩。干燥收缩主要是由于凝胶收缩而引起的，因此单位用水量对混凝土收缩有较大影响。周围介质的相对湿度是影响混凝土收缩的重要因素。相对湿度越低，混凝土收缩越大。延长潮湿养护期，可以推迟混凝土收缩的开始，但影响甚微。在水中养护、混凝土约膨胀（1oo～200）x10-6 mm／mm，普通蒸汽养护可使混凝土收缩影响最大。

④减少收缩的措施。由上述影响因素分析可知，要减少混凝土的收缩，可采取下列措施：正确设计密级配集料，并提高集浆比，使集料在混凝土中形成密实骨架；采用弹性模量较高的岩石所轧制的集料：在混凝土配比中除了采用较低的单位用水量和低的水灰比外，重视水泥品种的选用；正确选用外加剂，不掺加氯盐早强剂；采用蒸养或压蒸养护。

普通混凝土徐变试验检测方法：

徐变变形：混凝土在持续荷载作用下，随时间增加的变形称为徐变，亦称蠕变。徐变是由于水泥浆体中凝胶体在外力作用下，发生粘滞流变和凝胶粒子间的滑移，并与水泥浆体内部吸附水的迁移等有关。

混凝土的徐变与许多因素有关，首先是混凝土的龄期的增长，徐变减少；在混凝土组成中，减少水灰比、增加集料用量、减少水泥用量，可使混凝土徐变减少。混凝土不论是受压、受拉或受弯时，均有徐变现象。在预应力钢筋混凝土桥梁构件中：由于混凝土的徐变，可使钢筋的预应力受到损失，因此徐变是预应力混凝土结构极为关注的问题。但是、徐变也能消除钢筋混凝土内的部分应力集中，使应力较均匀地重新分布，对于大体积混凝土，能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。

对预应力混凝土桥梁构件而言、为降低徐变可采取下列措施：①选用小的水灰比，并保证潮湿养生条件，使水泥充分水化，形成密实结构的水泥石；②选用级配优良的集料，并作较高的集浆比，提高混凝土的弹性模量；③选用快硬高强水泥，并适当采用早强剂，提高混凝土早期强度；④推迟预应力张拉时间。桥梁用钢材的力学性能测试方法：

1．基本要求及取样

钢筋进货应有出厂质量证明单或试验报告单，每捆（盘）均应有标示牌，进场材料应按不同钢种、等级、牌号、规格及生产厂家分批验收，并按规定截取试样抽验，合格后方可使用。

2．钢筋常规抽验项目及基本方法

1）屈服强度和抗拉强度

钢筋拉伸试验在试验机上进行时，当测力度盘的指针停止转动后恒定负载或第一次回转的最小负荷即为所求屈服点的荷载。屈服强度（σS）以MPa表达，井按下式计算。

式中：Fs——相当于所求屈服应力时的荷载，N：下来 A0——试件原截面面积，mm2。

中碳钢和高碳钢没有明显的屈服点，采用分级加荷，求出弹性直线段相应于小等级负荷的平均伸长增量，由此计算出偏离直线段后各级负荷的弹性伸长。从总伸长中减去弹性伸长即为残余伸长。通常以残余伸长0.2％的应力作为屈服强度，表示为σ0.2，并按下式计算。

式中： F0.2——相当于所求应力的荷载，N； A0一试件原横截面积，mm2。

抗拉强度是向试件连续加荷直至拉断，由测力度盘或拉伸曲线上读出最大负荷Fb，抗拉强度（σb）以MPa 表达，按下式计算。

式中：Fb 一式件拉断前的最大荷载，N； A0——试件原横截面积，mm2。

2）塑性

工程中钢材塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示，钢筋一般可进行伸长率单项抽验，当试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分率即为伸长率，伸长率（δ）以％表达，并按下式计算：

式中：L1一一试件拉断后标距部分的长度，mm； L0一一试件原标距长度，mm；

n一一长、短比例试件的伸长率分别以δ5 、δ10表示，定标距试件伸长率应附该标距长度数值的角注，如L＝100mm或200mm则（伸长率分别以δ100 、δ200表示之。

3）冷弯性能试验

它是钢筋在常温条件下进行的一项工艺性试验。用于检验钢材试件环绕弯心弯曲至规定角度是否有裂纹、起层或断裂等现象，若无则认为合格。如钢材含碳、磷量较高或受过不正常的热处理，则冷弯试验往往不能合格。

钢筋及预应力钢丝弯曲是以其规定的弯心半径、弯曲角度和反复弯曲次数，采用弯曲机或圆口台钳等设备进行。弯心半径与钢筋的直径有关，选择不当对弯曲试验的结果影响甚大。

焊接钢筋质量检测方法：

钢筋的接头及加工允许偏差检测

钢筋接头一般应采用焊接，螺纹筋可采用挤压套管接头。钢筋的纵向焊接应优选闪光对焊，也可采用电弧焊（帮条焊、搭接焊、熔槽帮条焊等）。钢筋接头的检验）焊接前必须根据施工条件进行试焊，按不

同的焊接方法至少抽取每组3个试样进行基本力学性能检验。