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混凝土基础知识
混凝土基础知识
＊ 什么是粉煤灰的形态效应、活性效应和微集料效应？
粉煤灰的形态效应是指粉煤灰粉料由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。
在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，这部分外表比较光滑的类球形颗粒，由硅铝玻璃体组成，尺寸多在几微米到几十微米。
由于球形颗粒表面光滑，故掺入混凝土之后能起滚球润滑作用，并能不增加甚至减少混凝土拌合物的用水量，起到减水作用。
粉煤灰在形貌学上的另一特点是它的不均匀性，如内含较粗的、多孔的、疏松的、形状不规则的颗粒占优势，则不但丧失了所有物理效应的优越性，而且会损害混凝土原来的结构和性能，所得到的是负效应。
粉煤灰的这种不寻常的形态效应常常会影响其他效应的发挥，因此，应看作粉煤灰在混凝土中的第一个基本效应。
粉煤灰的活性是指混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应。
粉煤灰的活性取决于粉煤灰的火山灰反应能力，即粉煤灰中具有化学活性ｓｉ02和Aｌ203与Ca（OH）2反应，生成类似于水泥水化所产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙等反应产物。
这些水化产物可作为胶凝材料的一部分起到增强作用。
火山灰反应在水泥水化析出的氢氧化钙[Ca（OH）2]吸附到粉煤灰颗粒表面的时候开始，一直可延续到28d以后的相当长时间内。
粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特性。
粉煤灰微集料效应之所以优越，主要因为粉煤灰具有不少微集料的优越性能。
①玻璃微珠本身强度很高，厚壁空心微珠的压缩强度在700MPa以上。
②微集料效应明显地增强了硬化浆体的结构强度。
对粉煤灰颗粒和水泥净浆间的显微研究证明，随着水化反应的进展，粉煤灰和水泥浆体的界面接触越趋紧密。
对粉煤灰和水泥浆体界面处显微硬度研究表明，在界面上形成的粉煤灰水化凝胶的显微硬度大于水泥凝胶的显微硬度。
按照一般的微混凝土的性质，硬化水泥浆体结构中最薄弱的联结部分应当是微集料颗粒与浆体之间的界面。
但大量的试验表明，破坏往往不在粉煤灰颗粒界面发生，而是在水泥凝胶部分发生。
③粉煤灰微粒在水泥浆体中分散状态良好，它有助于新拌混凝土和硬化混凝土均匀性的改善，也有助于混凝土中孔隙和毛细孔的充填和“细化”。
粉煤灰的这三个效应是共存于一体且相互影响的，不应该强调某一效应而忽视其他效应。
但对于混凝土的某一性能，在某种特定的条件下，可能是某一效应起主导作用，而对于混凝土的另外性能，在另外的条件下，则可能是另一效应起主导作用，应根据具体情况作具体分析。
＊ 混凝土中掺用粉煤灰的方法有哪几种7
混凝土中掺用粉煤灰的方法有等量取法代、超量取代法、外掺法三种。
等量取代法是指以等质量的粉煤灰取代混凝土中的水泥，这种方法主要适用于掺加工级粉煤灰、混凝土超强以及大体积混凝土工程。
超量取代法是掺人混凝土中的粉煤灰数量大于所取代水泥的数量，一部分粉煤灰代替水泥，另一部分粉煤灰代替砂子。
其目的是增加混凝土中胶凝材料用量，减少水与胶凝材料之比，以补偿由于粉煤灰取代水泥而造成的强度降低。
超量取代法可以使掺粉煤灰的混凝土达到与不掺时相同的强度，并可节约细集料用量，改善砂子级配，增加混凝土密实性，改善混凝土性能。
粉煤灰的超量取代
系数（粉煤灰掺入质量与取代水泥质量之比）应根据粉煤灰的等级而定，通常可按表2-20的规定选用。
表2-20粉煤灰的超量取代系数粉煤灰等级
I
Ⅱ
Ⅲ
超量取代系数
1.1～1.4
1.3～1.7
1.5～2．0
外掺法是指在保持}昆凝土水泥用量不变的情况下，外掺一定数量的粉煤灰，其目的只是为了改善混凝土拌合物的和易性。
＊ 磨细粉煤灰与原状粉煤灰在性能上有何不同?
原状灰是指直接从电厂收尘器中收集下来未经任何加工处理的粉煤灰。
磨细灰是指采用球磨的方法将原状灰进一步磨细而得到的粉煤灰。
电厂收集到的原状粉，如能达到I、Ⅱ级灰的标准，一般不需经过粉磨就直接用于混凝土工程中，能直接收集到I、Ⅱ级灰的多数是有静电除尘设备的电厂，而对于采用机械收尘的电厂，它们的粉煤灰一般细度都较粗、含碳量都较高，这样的粉煤灰一般都要经过脱碳、磨细后才使用。
在粉煤灰磨细过程中，粉煤灰中的实心或厚壁玻璃微珠是很难磨碎的，仅是把表面擦破；多孔玻璃体结构松脆，以及一些粘连体，薄壁空珠、碳粒容易磨碎和分散成为细屑和个体微珠；粉磨过
程也是一种均匀混合过程，使粉煤灰的质量得到了提高。
经过粉磨后的磨细灰与原状灰相比80μm的筛余量减少，相对密度增加、比表面积加大、标准稠度需水量减小，需水量比也减少，更主要的一点是磨细灰的活性比原状灰有显著提高，从而提高了磨细粉煤灰混凝土的强度。
＊ 混凝土中掺用粉煤灰时应注意些什么?
（1）选择适合的使用部位和掺量
粉煤灰最适宜在大体积混凝土中，对钢筋混凝土、寒冷地区有抗冻融要求的混凝土应采取相应的技术措施后才可使用。
粉煤灰掺量主要决定于原材料质量、使用部位、环境条件等因素，具体掺量要根据设计要求，通过试验后确定。
（2）避免过振
对粉煤灰混凝土应注意掌握振捣时间，这是因为一方面粉煤灰混凝土易于振捣，另一方面粉煤灰相对密度轻，特别是粉煤灰中的碳粒更轻，在振捣过程中很容易上浮到浇筑层表面，如粉煤灰、碳粒和水过于集中在浇筑层表面，混凝土层面之间就会形成薄弱环节，影响浇筑层面之间混凝土的强度。
所以一般粉煤灰混凝土坍落度应设计小些，并应避免过振，掌握振捣时间以浇筑层表面开始翻浆为止。
（3）加强养护
粉煤灰在混凝土中发挥作用是在二次水化反应之后，经二次水化后粉煤灰中的活性成分才生成具有一定强度的、稳定的水化产物。
二次水化反应的充分条件是要保证一定的温度、湿度，只有在这种条件下，粉煤灰的二次水化反应才能进行并反应完全。
因此，应加强粉煤灰混凝土的养护。
*混凝土配合比设计时应遵循哪些原则？
混凝土配合比设计要在满足设计与施工要求的强度、容重、耐久性及和易性的条件下，尽量使水
泥用量少。
具体设计混凝土配合比时，应遵循以下原则。
①根据建筑物所处环境不同合理选用水泥品种及标号。
②为降低水泥用量及改善和易性，应考虑掺用优质混合材（粉煤灰等）和外加剂。
③选用可能的最大集料粒径和粗集料用量。
根据建筑物结构的断面和钢筋布置的稠密程度以及施工设备等情况，应该尽可能选用较大的集料最大粒径和较大的集料用量。
④选择较好集料级配。
集料级配（包括粗细集料各自的级配和砂率）对混凝土的密实性及和易性有较大的影响。
根据就地取材的原则，在选择集料级配时应考虑料场的实际级配，尽量减少弃料，降低集料生产费用。
同时，在满足粘聚性要求的条件下，砂率应取最小值。
⑤选择合理的水灰比。
在原材料确定后，水灰比是决定混凝土强度和耐久性的主要因素，在满足 施工和易性的条件下，力求单位用水量最少。
＊ 增加混凝土的用水量一定能改善混凝土的和易性吗？
增加混凝土的用水量有两种方法。
一种是保持混凝土拌合物的水灰比不变增加用水量，这种情况下拌合物中的水泥浆增多，当水泥浆增加量在一定范围内时，集料周围水泥浆的润滑作用增强，减小了集料间的摩擦力，使拌合物流动性增大，可以改善混凝土的和易性。
但是，当水泥浆增加量过多时，集料用量必然相对减少，这时混凝土拌合物就会出现流浆及泌水现象，致使粘聚性和保水性变差，反而使混凝土的和易性变坏。
另一种是保持混凝土的水泥用量不变增加用水量，当用水量增加不太多时，混凝土拌合物的粘聚性和保水性不受影响，流动性增大，这时混凝土的和易性得到改善。
但当加水量过多时，拌合物的水灰比过大，水泥浆过稀，这时混凝土的流动性虽然增大，但将会产生严重的分层离析和泌水现象，致使混凝土的和易性变差，并严重影响混凝土的强度和耐久性。
因此，增加混凝土的用水量不一定能改善混凝土的和易性。
特别不能用单纯加水的办法来增大流动性，改善和易性，而应采用在保持水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆用量的方法来改善混凝土的和易性。
＊ 何为坍落度损失?
怎样减少坍落度损失?
坍落度损失是指新拌混凝土的稠度会随时间的增长而逐渐减小。
坍落度损失是所有新拌混凝土具有的一种正常现象，是波特兰水泥水化浆体在形成钙矾石和水化硅酸钙等水化产物的同时，逐渐变稠、凝结的结果。
一般情况下，新拌混凝土在最初半小时内，水泥水化产物的体积很小，坍落度损失不是很大，但在此后，混凝土的坍落度即开始以一定的速率减小，其快慢决定于水泥种类、水化时间、环境温度、初始坍落度的大小及所掺的外加剂和掺合料。
对混凝土的坍落度损失，可以通过以下几种途径来减少：
①选用C3A和碱含量都较低的水泥。
由于水泥中C3A含量较低，水泥水化反应相对减慢，初期水化产物减少，因而可以使坍落度损失减小。
②在混凝土中掺用缓凝型外加剂。
这类外加剂可使水泥水化反应速度降低、水化热峰值后延，从而减小坍落度损失。
③在混凝土中掺用优质粉煤灰。
由于优质粉煤灰中球形颗粒的滚珠润滑作用在新拌混凝土中能保持较长时间，因此可以减少坍落度损失。
④在满足施工要求的情况下，尽可能选用坍落度低的配合比，因为坍落度损失的大小一般与初始坍落度成正比，初始坍落度越大，坍落度损失也越大。
⑤尽可能降低新拌混凝土的温度，因为温度过高也会加快坍落度损失。
通过使用水化热低的水泥，降低集料的温度以及在混凝土中加冰等手段可降低新拌混凝土的温度，从而减少坍落度损失。
⑥尽可能缩短混凝土搅拌、输送、浇灌、捣实等工序所需要的时间。
＊ 新拌混凝土的离析和泌水对混凝土的性能有何影响?
新拌混凝土在浇筑过程中产生离析和泌水将带来混凝土宏观上的不均匀性和较大的缺陷，由此产生混凝土性能的不一致性，导致性能的降低。
具体地说有下面四个方面的影响。
（1）泌水将导致集料下较大水囊的形成
混凝土的泌水是由下而上的运动的，在运动过程，如遇到集料的话，这些水将受阻并在集料下富集起来，形成较大的宏观缺陷。
这些宏观缺陷将成为裂纹形成的源泉和裂纹扩展的最短途径，将成为水及有害杂质进入的通道，也将成为冰冻的场所。
因此，它将导致混凝土一系列性能的降低。
（2）离析将导致混凝土力学性能的不一致性
若混凝土发生离析，则混凝土各处的力学性能是不一致的，某些部位混凝土强度较高，某些部位混凝土强度则较低。
然而，混凝土的破坏常常是从最薄弱点开始，也就是说，混凝土的力学性能常常取决于最薄点。
因此，这种不一致性将会导致混凝土力学性能的降低。
（3）离析将导致混凝土变形性能的不一致性
混凝土的离析导致某些部位混凝土富集着较多的集料，某些部位则富集着较多的水泥浆或砂浆。
随着水泥水化反应的进行或干燥过程，富集较多集料的部位将产生较小的变形，而富集较多水泥浆或砂浆的部位将产生较大的变形。
这种变形的不一致性将导致混凝土中产生较大的内应力，严重时将导致混凝土开裂。
（4）离析将导致混凝土热学性能的不一致性
正如前面所述，离析导致混凝土某些部位集料较多而水泥浆较少，某些部位水泥浆较多而集料少。
由于水泥的水化作用，水泥浆较多的部位将放出较大的水化热，而水泥浆较少的部位放出的水化热较少，对于大体积混凝土，这将导致水化热温升不一致，使得结构内产生较大的温度应力。
除此之外，新拌混凝土的离析和泌水还将影响混凝土的其他性能。
因此，在配制混凝土时必须注意到这一问题。
＊ 矿渣对混凝土的和易性有什么影响?
在混凝土中使用的矿渣一般是经过粉磨的，因此，它一般没有明显的减水作用。
由于矿渣的保水性能较差，因此，在混凝土中掺人矿渣，容易产生泌水。
这一点在施工和配合比设计中，应注意到。
近年来，超细磨矿渣已大量生产，在混凝土中掺人超细磨矿渣可以提高保水性，减少泌
＊ 减水剂对新拌混凝土的性能有什么影响?
（1）改善混凝土拌合物的和易性
减水剂属于表面活性物质，在水泥混凝土中具有吸附分散、湿润和润滑作用，因此掺用减水剂后可显著地改善混凝土拌合物的和易性，使新拌混凝土易于拌合、运输、浇灌和成型。
（2）减少单位用水量
硅酸盐水泥水化在理论上只需20％～25％的水，但实际制备混凝土时加水量往往超过这个数量，一般为40％～55％，这多余的水是为了便于施工获得一定的坍落度而加入的。
在混凝土中加入减水剂后，能使水泥颗粒分散，多余水被释放出来，流动度增大。
因此，在保持一定坍落度的情况下，掺用减水剂可使混凝土拌合物的单位用水量减少。
（3）改变混凝土的凝结时间
混凝土中掺用缓凝类减水剂后，凝结时间将得到延缓。
例如掺人0．25％缓凝型木钙减水剂后，在保持坍落度基本一致时，凝结时间均比基准混凝土推迟，普通水泥混凝土的初凝时间延缓1～2h，矿渣水泥混凝土延缓2～4h，普通水泥混凝土的终凝时间延缓约2h，矿渣水泥混凝土则延长2～3h。
（4）减少泌水和沉降
减水剂对泌水和沉降的影响相当显著。
即使含气量和基准混凝土相同，掺减水剂的混凝土其泌水也显著减少。
这对减少混凝土的离析，改善混凝土性能，保持施工所需的和易性是非常有益的。
＊ 引气剂对新拌混凝土的性能有什么影响?
（1）引气量与气泡分布
掺下引气剂后，混凝土搅拌时会引入大量微小气泡。
但是引气量的大小对任何一种引气剂来说不是一个固定值，一般多在3％～5％之间。
同时，掺引气剂的混凝土每立方米中含有数千亿个气泡，泡径多在20～200pm，为了定量表示引气剂所引进的气泡形态，采用泡径大小分布、气泡比表面积及间距系数等参数来描述。
一般来说，气泡小，比表面积大，间距系数小。
（2）和易性
引气剂由于使混凝土引进大量微小且独立的气泡，这些球状气泡起着润滑和滚珠的作用，使混凝土的和易性得到改善，尤其对集料粒形不好的碎石、特细砂、人工砂混凝土改善程度更为显著。
（3）泌水、沉降收缩
混凝土中掺人引气剂后，由于引人大量的气泡，整个体系的表面积大大增加，比不掺引气剂时的粘度大得多，泌水与沉降因而减小。
另一方面，由于气泡的存在，泌水的毛细管通道被破坏，而且气泡里气体的迁移和气泡再分布，能进一步破坏这种通道；当采用离子型表面活性剂时，水泥浆的粘性进一步增加，这些都使引气后混凝土的泌水和沉降显著减小。
＊ 哪些因素影响混凝土的凝结?
如何调节混凝土的凝结时间?
影响新拌混凝土凝结的因素较多，主要可分新拌混凝土原材料和配合比等内在因素和外界环境的影响。
（1）水泥品种的影响
一般来说，水泥凝结越快，新拌混凝土的凝结时间也越短。
（2）外加剂的影响
外加剂对新拌混凝土的凝结时间有重要的影响。
一些外加剂就是根据它对凝结时间的影响而命名的。
如速凝剂可使混凝土在几分钟内达到初凝和终凝；缓凝剂可使混凝土的凝结时间根据需要而延长。
（3）水灰比的影响
水灰比是影响混凝土凝结时间的主要因素之一。
在水泥品种等原材料相同的情况下，水灰比越大，混凝土的凝结时间越长。
（4）环境温度的影响
混凝土凝结时间与环境温度有密切关系。
环境温度越高，水泥的水化反应越快，新拌混凝土的凝结时间越短。
（5）环境湿度的影响
环境湿度的高低，主要影响到混凝土中水分的蒸发速度。
在干燥气候条件下施工，新拌混凝土中的水分蒸发较快，混凝土的凝结时间相应缩短。
对新拌混凝土的凝结时间，可通过以下方法进行调节。
（1）通过选用水泥品种调节
如要缩短混凝土的凝结时间，可选用凝结时间短的水泥。
（2）通过掺用外加剂调节
如在喷射混凝土或抢险堵漏工程中，可掺用速凝剂；而在大体积混凝土，尤其是在气温较高的地区或季节，可掺用缓凝剂来延长混凝土的凝结时间。
（3）通过改变环境条件调节
如提高养护温度可缩短混凝土的凝结时间，而采取一些喷雾等保湿措施，可防止水分过快蒸发，延长凝结时间。
＊ 什么叫做假凝?
新拌混凝土的假凝是怎样造成的?
假凝现象是指水泥的一种不正常的早期固化，发生在水泥用水拌合的头几分钟内。
假凝和快凝是不同的，前者不发生大量的热量，而且经剧烈搅拌，水泥浆又可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度亦无不利影响，但是给施工却带来许多的困难。
一般认为，假凝的主要原因是由于水泥粉磨时受到高温（有时超过150℃）影响，使部分二水石膏脱水生成半水石膏（Cas02˙?
H20），当水泥调水后，它们又重新水化为二水石膏并析出晶体，在水泥浆中形成二水石膏的结构网，从而引起水泥浆的固化。
但由于不是水泥组成的水化，所以不像快凝那样放出大量的热。
这种假凝的水泥浆经剧烈搅动破坏二水石膏的结构网后，水泥浆又能恢复原来的塑性状态。
＊ 配制高强混凝土时。
为什么要限制粗集料的最大粒径?
在混凝土中，集料对混凝土性能有着不可忽略的贡献。
在配制高强混凝土时要限制粗集料的最大粒径，原因如下：
①由于集料与水泥石收缩的不一致性，将会导致在水泥石中产生内应力，集料粒径越大，这种内应力也将越大，甚至有可能在混凝土中产生微裂纹。
这将导致混凝土强度的降低。
②在集料与水泥石界面，不可避免地存在着界面过渡区，这是混凝土中的最薄弱环节。
集料尺寸越大，界面过渡区也越大。
在混凝土受力过程中，较大缺陷边缘将产生较大的应力集中，使得混凝土承受荷载的能力下降，因而混凝土强度降低。
③由于水泥石与集料弹性变形性能的不一致性，在混凝土受力过程中将产生混凝土内部应力分布的不均匀性。
集料粒径越大，混凝土各部分所承受的应力差别也越大。
混凝土中的某些部位，当外部荷载并不大时就已经产生了相当大应力，这些部位常常首先开裂并扩展，导致混凝土过早的破坏。
由于上述这些原因，具有较大集料的混凝土往往难以达到很高的强度，因此，在配制高强混凝土时常常限制集料的最大粒径。
＊ 碎石混凝土的强度一定高于卵石混凝土吗?
由于碎石表面不是光滑的，它与水泥石之间有较强的机械啮合力，因此，许多人认为，碎石混凝土的强度一定高于卵石混凝土。
这种认识是不全面的。
碎石集料在形状上不同于卵石集料，这种差别有它优势的一面，但也有它劣势的一面，这种劣势主要表现在以下两个方面。
（1）碎石下易形成较大的水囊
对于卵石集料，尽管它也能阻碍水的运动，使水在集料下方聚集而形成水囊。
但由于集料表面是光滑的，它对水的阻碍作用较小，水较容易从它的两边滑出而继续上升。
因此，在卵石下形成的水囊一般是比较薄的。
但对于碎石，它的表面是不光滑的，甚至存在着一些凹表面，这些表面对水的运动有较大的阻碍作用，水较容易在它的下方聚集，但不易从周边溢出。
因此，碎石下易形成较大的水囊，这将导致混凝土强度降低。
当水灰比较小时，水不容易泌出，碎石的这
一劣势则不突出。
而它的优势则发挥出来，因而常常表现出碎石混凝土的强度高于卵石混凝土。
但当水灰比较大时，例如水灰比大于0．65，混凝土较易泌水，碎石的这一劣势则较突出，这将抵消了它的优势，因而碎石混凝土的强度不一定高于卵石混凝土。
特别是采用一些保水性能较差的水泥时，它的这一劣势甚至超过它的优势，使得碎石混凝土的强度反而低于卵石混凝土。
因此，当采用碎石作为集料时，尤其应注意胶凝材料的保水性能。
（2）在保证相流动度前提下，碎石混凝土用水量较大
如保持水灰比不变，碎石的这一劣势没有暴露出来。
但对于一些大体积混凝土，如一些粗大的梁柱，一些基础的整浇块等，考虑到它的水化热湿升问题，必须控制}昆凝土的水泥用量。
在相同水泥用量前提下，用水量的增加意味着水灰比的提高，这将导致混凝土强度的降低。
因此，绝对地认为碎石混凝土的强度一定高于卵石混凝土是片面的，必须全面地认清碎石与卵石的优缺点，分清所使用的场合与条件。
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