混凝土基础知识.docx

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混凝土基础知识

混凝土基础知识

混凝土的历史可以追溯到古老的年代。

其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。

自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛。

1861年钢筋混凝土得到了第一次的应用，首先建造的是水坝、管道和楼板。

1875年，法国的一位园艺师蒙耶（1828～1906年）建成了世界上第一座钢筋混凝土桥。

　　20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。

以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。

60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。

现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。

第一章混凝土

一、混凝土：

是由胶凝材料、状粒材料、水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的一种建筑材料

二、普通混凝土：

以水泥为胶凝材料，砂子和石子为骨料，以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”，也就是水泥混凝土，“混凝土”一词通常可简作“砼”,英文“Concrete”。

三、混凝土的分类：

（1）按表观密度分类混凝土按表观密度大小不同可分为三类：

　　①重混凝土它是指干表观密度大于2600kg／m的混凝土，通常是采用高密度集料（如重晶石、铁矿石、钢屑等）或同时采用重水泥（如钡水泥、锶水泥等）制成的混凝土。

因为它主要用作核能工程的辐射屏蔽结构材料，又称为防辐射混凝土。

　　②普通混凝土它是指干表观密度为2000～2600kg／m的混凝土，通常是以常用水泥为胶凝材料，且以天然砂、石为集料配制而成的混凝土。

它是目前土木工程中最常用的水泥混凝土。

　　③轻混凝土它是指干表观密度小于1950ks的混凝土，通常是采用陶粒等轻质多孔的集料，或者不用集料而掺人加气剂或泡沫剂等而形成多孔结构的混凝土。

根据其性能与用途的不同又可分为结构用轻混凝土、保温用轻混凝土和结构保温轻混凝土等。

（2）按用途分类

　　按混凝土在工程中的用途不同可分为结构混凝土、水工混凝土、海洋混凝土、道路混凝上、防水混凝土、补偿收缩混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土等。

　　（3）按强度等级分类按混凝土的抗压强度可分为低强混凝土、中强混凝土、高强混凝土及超高强混凝土等。

　　（4）按生产和施工方法分类按棍凝土的生产和施工方法不同可分为预拌（商品）混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土、压力灌浆混凝土（预填骨料混凝土）、挤压混凝土、离心混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土等。

　　此外，按每立方米混凝土中水泥用量（C）分为贫混凝土（C≤170kg／m）和富凝土（C≥230kg／m）。

另外，还有掺加其他辅助材料的特种混凝土，如粉煤灰混凝土、纤维棍凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、硅酸盐混凝土等。

四、混凝土的特点

优点

Ø原材料来源丰富

Ø施工方便

Ø性能可根据需要设计调整

Ø抗压强度高

Ø耐久性好

缺点

Ø自重大

Ø抗拉强度低，抗裂性差

Ø收缩变形大

五、混凝土的性质

混凝土原材料加水拌合后形成混凝土拌合物，其具有一定得流动性、粘聚性和可塑性。

随着时间的推移，胶凝材料的反应不断进行，水化产物不断增加，形成凝聚结构。

此时混凝土开始凝结硬化，逐渐失去流动性和可塑性，最终形成具有一定强度的水泥石，凝结硬化以前的混凝土拌合物称为新拌混凝土，凝结硬化以后的混凝土称为硬化混凝土。

新拌混凝土是在搅拌站形成的，并一直保持到提供给用户以后，因此，新拌混凝土的性能主要是由搅拌站控制的（主要控制其工作性等指标）；硬化混凝土则是在用户处形成的，并经过一系列的操作过程，这些操作过程对硬化混凝土的性能会产生非常大的影响，因此，硬化混凝土的性能则受混凝土搅拌站和施工单位双方控制。

六、普通混凝土的基本要求

1、满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性；

2、满足设计要求的强度等级

3、满足工程所处环境条件所必需的耐久性；

4、经济合理

普通混凝土是由水泥、砂、石、水、掺合料和外加剂等材料组成的。

第二章混凝土的组成材料

一、水泥

凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称水泥。

按用途及性能分为三大类：

①通用水泥。

用于一般土木建筑工程，如硅酸盐水泥（以硅酸钙为主要矿物组成的水泥的统称，国际上统称为波特兰水泥，包括普通硅酸盐水泥，矿渣、火山灰质、粉煤灰、混合硅酸盐水泥等）。

②专用水泥。

用于某种专用工程，如油井水泥、型砂水泥等。

③特种水泥。

用于对混凝土某些性能有特殊要求的工程，如快硬水泥、水工水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等。

水泥的性能必须符合国家标准规定的细度、凝结时间、安定性、强度、比重、水化热、抗渗性、抗冻性、胀缩性、耐热性和耐蚀性等指标。

硅酸盐水泥：

凡是由硅酸盐为主要成份的熟料、适量石膏、0～70%的不同品种的混合材料，磨细制得的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐系列水泥。

硅酸盐水泥熟料化学组成：

CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。

二、粉煤灰

粉煤灰是从燃煤热电厂烟道气体中收集的一种粉状材料，以SiO2和Al2O3为主要成分，含有少量Fe2O3、CaO。

粉煤灰根据各项技术指标，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级，相对来说，其中Ⅰ级粉煤灰的性能最优。

在混凝土中掺加粉煤灰使混凝土的性能得到以下几个方面的改善：

1、可以提高混凝土的后期强度；

2、在混凝土的用水量不变的情况下，可以起到显著改善混凝土拌合物和易性的效应，增加流动性和粘聚性，还可降低水化热；

3、若保持混凝土拌合物原有的和易性不变，则可减少用水量，起到减水的效果，从而提高混凝土的密实度和强度，增强耐久性。

三、矿粉

磨细矿渣（即通常所说的矿粉）是指在高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，通过粉磨所得到的一种粉状材料，主要化学组成为CaO、SiO2、Al2O3。

在混凝土中掺加磨细矿渣使混凝土的性能得到以下几个方面的改善：

1、降低了混凝土的水化热；

2、可提高混凝土的耐久性，改善混凝土的抗渗性能；

3、具有物理辅助减水效果；

4、有利于提高混凝土的后期强度；

5、改善坍落度损失。

四、骨料

骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的60～80％，根据粒径大小分为粗骨料（粒径＞4.75mm）和细骨料（粒径为0.15～4.75mm）。

五、外加剂

减水剂是最常用的一类化学外加剂，在混凝土中使用减水剂主要有以下几个作用：

1、在保持用水量不变的情况下，改善新拌混凝土的工作度，提高流动性：

2、在保持新拌混凝土工作度不变的情况下，减少用水量，以提高混凝土的强度；

3、在保持新拌混凝土一定强度前提情况下，减少水泥用量，以改善硬化混凝土的体积稳定性，提高抗裂性；

4、改善新拌混凝土的可泵性，提高施工速度。

六、拌合用水

1、水是胶凝材料水化反应的反应物

2、水是混凝土流动性的调节组分

3、水是各组分运动的载体

4、水是产生膨胀的源泉

第三章混凝土的和易性

一、普通混凝土的和易性

新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。

二、和易性的测定方法

通常是以测定拌合物的流动性来评定和易性，而粘聚性和保水性主要通过观察的方法进行评定。

目前，最常用的方法为坍落度法。

三、离析和泌水

离析：

指混合料各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。

混凝土中颗粒运动公式：

V颗粒=2r颗粒2g（ρ颗粒-ρ液）/9η液

结论：

颗粒的运动速度与颗粒粒径的平方及颗粒与液体的密度差成正比；与液体的粘度成反比

三个层次的分离：

泌水、浮浆、粗骨料离析。

四、影响混凝土和易性的主要因素

1、单位用水量

单位用水量是混凝土流动性的决定因素。

用水量增大，流动性随之增大，但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，易产生泌水分层离析，从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。

2、浆骨比

浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。

3、水胶比

水胶比即水用量与胶凝材料用量之

4、砂率

砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比。

5、水泥品种及细度

6、骨料的品种和粗细程度

7、外加剂

一般来说，混凝土的流动度随着减水剂用量的增加而增大，但每种减水剂都有一个最佳掺量，减水剂的作用在此时达到极限，继续增大掺量，流动度不再增大，甚至还有可能减小。

所以要通过试验来确定最佳掺量，不可盲目地超量使用减水剂。

8、时间、气候条件

五、混凝土和易性调整原则

1、当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量。

但水泥浆用量过多，则混凝土成本提高，且将增大混凝土的收缩和水化热等。

混凝土的粘聚性和保水性也可能下降。

2、当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。

实际上相当于减少水泥浆数量。

3、改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善粘聚性和保水性。

但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大。

4、掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。

5、尽可能选用最优砂率。

当粘聚性不足时可适当增大砂率

六、新拌混凝土的凝结时间

初凝：

指混凝土加水至失去塑性所经历的时间，亦即表示施工操作的时间极限。

终凝：

指混凝土加水到产生强度所经历时间。

初凝时间希望适当长，以便于施工操作；终凝与初凝的时间差则越短越好。

混凝土初凝时间一般在2-4h，加了缓凝剂可以达到6-8h；一般商品混凝土终凝时间控制要求在12-16h。

这是最保守的设计时间

七、新拌混凝土的坍落度损失

新拌混凝土的流动性随着时间的变化而逐渐降低，这是混凝土水化硬化的必然过程，普通商品混凝土的流动性指标用坍落度来评价，因此，也常用坍落度损失来表征商品混凝土流动性依时性变化。

混凝土坍落度损失原因

1、外加剂作用的减退；

2、混凝土中自由水的损失；

3、混凝土含气量的降低；

4、较多水化产物的形成

减小新拌混凝土坍落度损失的措施

1、选择相适应的胶凝材料-外加剂体系；

2、延缓胶凝材料的水化

3、对骨料进行预湿处理；

4、增强混凝土的保水能力；

5、控制混凝土中不稳定气泡的含量；

6、掺入一定数量的矿物外加剂。

第四章硬化混凝土的性能

一、强度

1、抗压强度是硬化混凝土性能的主要指标，是指按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》规定，将混凝土拌合物制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20±2℃，相对湿度95％以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度）。

2、普通混凝土划分为十二个强度等级：

C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60；一般把C60及以上的混凝土称为高强混凝土。

影响的强度因素

1、水泥强度和水灰比

2、骨料的影响

3、龄期

龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。

4、养护条件

混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和湿度。

二、混凝土强度试件制作及养护要求

1、按照标准要求对出场前的砼取样；

2、对取来的砼拌合均匀；

3、按照标准要求采取成型方式：

人工插捣或振动台振实成型；

4、在20±5℃的条件下静止24~48小时；

5、拆模后立即放入标准养护室养护或同条