混凝土材料学详细版期末重点.docx

1、混凝土材料学详细版期末重点第1章 总概什么是砼混凝土是指由水泥、石灰、石膏等无机胶凝材料和水或沥青、树脂等有机胶凝材料的胶状物与集料，必要时加入化学外加剂和矿物外加剂，按一定比例混合，并在一定条件下硬化而成的人造石材。【水泥+水+砂+石=普通水泥混凝土】【水泥+水=水泥浆】在混凝土中的作用：（1）、填充作用：填充砂、石集料间空隙；具有密实性。（2）、润滑作用：包裹砂、石集料表面；降低摩擦，提高流动性。（3）、胶结作用：把散粒的砂、石胶结为一个整体。【水泥浆+砂=砂浆】在混凝土中的作用：（1）、填充作用：填充石子之间空隙。（2）、粘聚作用：粘聚（使粗集料在施工过程中不离析）和保水作用。（3）、骨

2、架作用：砂是细集料，起骨架和抑制体积变形的作用（收缩）。石子（粗骨料）起骨架和抑制体积变形作用，同时降低混凝土经济成本。需透水结构用无沙混凝土混凝土的分类胶凝材料（无机、有机）、表观密度、强度等级、用途、施工工艺、配筋方式等混凝土在工程建设中的重要性：混凝土是现代土木建筑中用量最大、用途最广一种工程材料。混凝土的优点：经济、可塑性好、性能可设计、耐久性好、耐火性好、复合能力强、利用废弃物能力强。混凝土的缺点：抗拉强度低、抗裂性差、自重大比强度低、质量波动大、施工期长。第2章 胶凝材料胶凝材料的定义与分类定义：凡能在物理、化学作用下，由可塑性浆体变为坚固的石状体，在次过程中能将散粒的砂、石胶结成

3、一个整体，且有一定机械强度的物质，统称胶凝材料。分类：无机 和 有机 两大类。 有机胶凝材料指沥青和各种树脂等材料。 无机胶凝材料：气硬性（只能在空气中硬化，并保持或持续提高其强度；石膏石灰、水玻璃等）；水硬性（既能在空气中硬化也能在水中硬化，保持并继续提高其强度；各种水泥）胶凝材料通用水泥硅酸盐水泥什么是硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥孰料、0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，都称为硅酸盐水泥。 孰料：凡以适当组成生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的物料，称为硅酸盐水泥孰料，简称孰料。 硅酸盐水泥分类：PI（不含掺和料）；PII（石灰，矿渣C3S（5）、孰料冷却：快

4、速冷却可以阻止C3S分解和C2S向型转变。3、水泥粉磨水泥孰料和石膏混合材料一起磨细即成水泥，一般用球磨机。加入石膏的目的加入石膏的目的是调节水泥凝结时间，使水泥不致发生快凝或闪凝现象。同时在最佳水泥掺量时可得到水泥最高强度。硅酸盐水泥孰料的组成 化学组成：CaO（6267）、SiO2（1824）、Al2O3(47)、Fe2O3(27);白水泥氧化铁45min，搅拌运输浇筑；终凝不过慢，硬化强度下一步施工。】5、体积安定性：凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。 使用安定性不良水泥，构件产生膨胀性裂缝，降低工程质量，甚至引起严重事故。引起水泥体积安定性不良的原因：（熟化产生体积膨胀）（1）、f-C

5、aO（2）、方镁石（3）、掺入石膏过多SO3：过多的SO3会与固态的水化铝酸钙反应成水化硫铝酸钙，膨胀。测定方法：试饼法或雷氏法，有争议以雷氏法为准 沸煮法，加速氧化钙的熟化，只能检测f-CaO引起的安定性不良。 压蒸法，检测游离氧化镁的危害，游离氧化镁熟化比f-CaO慢。 浸水法：检测石膏的危害，长期在常温的水中才能发现石膏的危害。安定性不良的水泥必须做废品处理，不可应用与工程中。假凝现象与快凝现象 假凝，水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬的现象，放热量极微，经搅拌后浆体恢复塑性，正常凝结对强度无不利影响。而，快凝或闪凝的浆体具有一定强度，重拌不能使其再具塑性。6、强度：按3d、28d的抗

6、压强度和抗折强度来划分。7、水化热冬季，水化热利于水泥正常凝结。但对于大体积混凝土工程（大坝、桥墩）不利。因建筑内外温差较大，引起局部拉应力产生裂缝。因此，大体积混凝土工程采用水化热较低的水泥，不宜采用硅酸盐水泥。若使用水化热较高的水泥，应采取必要的降温措施（冷却水管）。硅酸盐水泥的腐蚀与防治腐蚀原因1、（内因）本身的水化产物，氢氧化钙及其他成分能一定程度溶于水，特别是软水。2、（外因）氢氧化钙、水化铝酸钙等碱性物质，与环境中的酸类、盐类发生化学反应，生成易溶于水或无胶结能力或结晶膨胀的化合物。3、水泥石本身不密实，有很多毛细通道，侵蚀介质易于进入其内部。侵蚀破坏作用：1、溶出性侵蚀（软水侵蚀

7、）：水泥的水化产物都必须在一定浓度的石灰溶液中才能稳定存在，若低于该浓度，则水化产物会被溶解或分解（极限石灰浓度）。当环境水质较硬，即重碳酸盐含量高时，反应生成碳酸钙，积聚在硬化水泥浆体孔隙内，形成密实保护层，阻止环境水渗入。所以水的暂时硬度越高，对水泥的侵蚀越小；越软，腐蚀越大。密实性高的混凝土，溶出性侵蚀发展很慢。2、酸类腐蚀：（1）、碳酸性腐蚀。（2）、一般性酸腐蚀。3、盐类腐蚀：（1）、硫酸盐腐蚀：二水石膏，体积膨胀。C3A的水化产物水化铝酸钙 的 与硫酸盐反应。 （2）、镁盐腐蚀：硫酸镁，溶解+体积膨胀 双重腐蚀。防护措施1、根据环境侵蚀特点，选择合适的水泥品种。如，软水，含氢氧化钙

8、少的掺活性料硅酸盐水泥；硫酸盐侵蚀，C3A含量较少的抗硫酸盐水泥。2、提高硬化水泥浆体的密实程度。减少水的渗透作用，则可减轻环境的侵蚀破坏作用。3、设置防护层。在侵蚀作用较强，上述抵抗侵蚀能力不够时，设置耐腐蚀性高且不透水的防护层，沥青、塑料、玻璃、耐酸陶瓷。 什么时混合材料（为什么要加混合材料） 生产水泥时，为节约水泥孰料，提高水泥产量，扩大水泥品种，同时也为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加入水泥中的天然矿物质材料称为水泥混合材料。 混合材料的分类以及各类材料的来源及特点。 两大类：活性混合材料 以及 非活性混合材料 一、活性混合材料1、粒化高炉矿渣 来源：冶炼生铁时的副产品。硅酸钙（镁）

9、与铝硅酸钙（镁）为主。 化学成分与硅酸盐水泥相似，但CaO含量低，SiO2含量偏高。 矿渣分为酸性、碱性、中性。 特点：多用于海洋工程建筑，抵抗氯离子扩散渗透很有效。 活性：CaO、Al2O3越多，活性越高；SiO2越多，活性越低；MgO对活性有利且在矿渣中不影响水泥安定性；MgO、TiO2降低活性；硫化物和氟化物是矿渣的有害成分；玻璃体越多，活性越高。酸性的粘度比碱性的高，则易生产玻璃体。矿渣冷却速率越快，玻璃体含量越高，但若自然冷却，则为非活性混合材料。质量系数越大，矿渣活性越高。 质量系数公式： K=2、火山灰质混合材料 来源：天然的或人工的以SiO2、Al2O3为主的矿物质材料。 特点

10、：本身不会硬化，与石灰加水拌合后具水硬性。（因为火山灰含较多活性SiO2和Al2O3，与氢氧化钙反应）3、粉煤灰 来源：火电厂发电燃煤煤粉的废渣，从煤粉炉烟道气体中收集的粉末。 特点：利用粉煤灰可节约水泥。一般，含量越高，烧失量越小，细度越细，粉煤灰质量越好。 二、非活性混合材料 水化产物无胶凝性，在水泥中起填充作用。 天然：石灰石、砂岩、白云石、粘土质石灰岩 人工：未粒化的块状高炉矿渣、低活性的燃料渣非活性混合材料的作用是什么在水泥中起调节水泥强度等级、节约水泥孰料、增加水泥产量、降低水化热等作用。非活性材料应有足够细度，不含或极少含对水泥有害的杂质。掺混合材料的硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥（P

11、O） 定义：硅酸盐水泥+6%-15%混合材料+石膏。（新标准的混合材料是6%-20%）普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的区别普通硅酸盐水泥掺入了少量混合材料，因此其基本特征与硅酸盐水泥相近，又稍有差异：水泥强度等级相同时，普通硅酸盐水泥的早期硬化速度稍慢；3d抗压强度稍低，抗冻、耐磨性能也稍差。普通硅酸盐水泥技术要求的不同点 除强度等级外，1、细度：方孔筛的筛余45min，终凝10h。其他技术要求与硅酸盐水泥相同。普通硅酸盐水泥的适用范围一般工程混凝土及预应力钢筋混凝土。掺混合材料的硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥（PS）与硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的特点（火山灰与粉煤灰与之相似） 1、早期强度低，后期强度高

12、。 两步水化：首先是水泥孰料的水化。然后生成的氢氧化钙才与矿渣终的活性氧化硅与活性氧化铝反应。由于矿渣中孰料含量相对较少，活性SiO2和Al2O3与氢氧化钙常温下反应较缓慢，故矿渣水泥啊走起硬化较慢，早期强度低，但在硬化后期（28d）以后的强度发展将超过硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。一般，矿渣掺量越多，早期强度越低，但后期强度增长率越大。 2、具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀能力。 因孰料相对少，C3S和C3A含量相对较少；孰料水化的氢氧化钙二次反应使水泥中易受腐蚀的氢氧化钙大为减少；因掺入矿渣，易受腐蚀的C3A含量相对降低。 3、水化热低。 发热量高的C3A和C3A相对较少。 4、环境温度

13、对凝结硬化的影响较大。 湿热条件下（蒸汽养护），硬化速度加快，强度发展较快；但温度低时，硬化缓慢，故冬季施工时，需采取措施，加强保温养护。 5、耐热性好。 矿渣具一定的耐高温性。（缺） 6、保水性差、泌水性较大。 因为矿渣颗粒难以磨得很细且矿渣玻璃质的亲水性较弱。使混凝土内形成毛细管通道及水囊，水分蒸发后形成孔隙，混凝土的密实性、均匀性和抗渗性降低。 7、抗碳化能力差。 矿渣水泥浆体中氢氧化钙含量较少，碱度较低，碳化较快，碳化深度也较大。 8、干缩性大。 9、抗冻性较差、耐磨性较差。 矿渣不宜用于严寒地区水位经常变动的部位；也不宜用于受高速水流冲刷作用或其他有耐磨要求的工程。矿渣水泥的用途可广

14、泛用于 地面及地面建筑物，制造各种混凝土和钢筋混凝土构件，适用于有抗溶出性或抗硫酸盐侵蚀要求的水工建筑、地下工程和海港工程，有低热要求的大坝、大型基础等大体积混凝土工程，有耐热要求的高温车间、高炉基础、高热气体通道等耐热工程，特别适用于制作蒸汽养护的混凝土预制构件。矿渣水泥不适用于受冻融、干湿交替或冲刷磨损作用的建筑物部位。掺混合材料的硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥（PP） 两步水化火山灰质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的共同点早期强度低，后期强度增长率大，水化热低，环境温度对凝结硬化影响大，抗侵蚀性较强，抗冻性和抗碳化能力差。火山灰水泥的特点 1、抗渗性好、耐水性好。火山灰水泥颗粒较细，泌水性小，

15、其水化硅酸钙胶体使硬化水泥浆体结构致密。 2、在干燥环境中易产生裂缝。 干缩现象较矿渣水泥更为显著，水化硅酸钙胶体会逐渐干燥，产生干缩裂缝。 3、耐蚀性较强。火山灰水泥的适用范围适用于蒸汽养护的混凝土构件、大体积工程、抗软水和硫酸盐侵蚀的工程，此外特别适用于有抗渗要求的混凝土结构。不宜用于干燥环境的工程，亦不宜用于有抗冻要求的工程。掺混合材料的硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥（PF）与火山灰水泥相比，粉煤灰水泥的主要特点 1、早期强度低。比矿渣火山灰水泥都低。 2、干缩性小、抗裂性好，配置混凝土和易性好。 3、除可用于一般工业与民用建筑外，特别适用于水利工程、大体积混凝土工程及地下和海港工程，抗硫酸

16、盐侵蚀的一般工程。复合硅酸盐水泥（PC）特点：同时掺入两种或以上混合材料，混合材料相互补充，可更好的发挥混合材料格子的优良特性，使是你性能得到全面改善。如。矿渣和火山灰复掺，可有效改善水泥的需水性。 适用范围：与主要混合材料的品种有关。通用水泥的选用（考点选择题） 考题，如，大体积混凝土选用什么水泥ABCD选项 快硬混凝土选用什么水泥P45页表详记特种水泥【选择题品种和适用范围】 一、快硬硅酸盐水泥：早期强度增长率较高孰料煅烧良好-生料均匀，比表面积大；硬化速度快，早期强度高f-CaOC3SC4AF-C2S。因此，降低C3A、f-CaO、C3S的含量有利于降低水化热。但为了保证水泥的强度，C3

17、S不宜过低。使用时根据实际情况、部位选用合适的大坝水泥品种。 七、白色水泥和彩色水泥主要用于建筑装饰工程的分数和雕塑，并可制造有艺术性的彩色和白色混凝土。普通硅酸盐水泥的颜色主要是由Fe2O3存在引起的，当3-4，暗灰色；，淡绿色；降至以下时，基本可达到白水泥的白度要求。此外，应尽量减少氧化锰、氧化铬等着色氧化物的含量。集料 细集料5mm粗集料 表观密度、堆积密度、孔隙率、含水状态和含水率、颗粒形状和表面特征细集料（砂：天然砂、混合砂、人工砂）各种砂的特点 天然河砂、湖砂、海砂表面光滑，外形近于球形，拌制的混凝土流动性较好，但与水泥浆粘结性较差，因此混凝土强度较低。山砂和人工砂表面粗糙，颗粒多

18、棱角，用其拌制混凝土时需增加包裹集料表面的水泥浆量，流动性较差，但与水泥粘结较好，混凝土强度较高。砂的颗粒级配：不同粒径的沙粒间的组合情况。如何判断级配的好坏 用孔隙率和比表面积，孔隙率小和比表面积小则构成良好级配。用筛分法测定砂的颗粒级配。用筛上累计筛余百分率表示，按筛孔的筛上累计筛余百分率分为三个区间，级配较好的砂，各筛上累计筛余百分率应在同一区间内。取500g试样。配制混凝土时优先用II区砂。当采用I区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土和易性要求；当采用III区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。级配对混凝土的影响 级配好，空隙率总表面积小，节约水泥，提高混凝土强度

19、和密实性。细度模数（ ）：表示砂的粗细程度。1、细度模数计算：A为累积筛余量。按细度模数的分类：，粗砂；，中砂；，细砂；，特细砂，配制混凝土时做特殊考虑。砂的选用 一般优先选用中砂，即不宜过细也不宜过粗。在配比相同的情况下，若砂过粗，拌制的混凝土粘聚性和保水性差，不易捣实成型；若砂过细，虽然粘聚性好，但流动性显著减小，要想满足流动性要求，则需增加水泥浆用量，从而导致混凝土强度降低。2、砂的粗细掺配公式砂中含泥量有和影响泥的颗粒极细，会粘附在砂粒表面，影响沙粒与硬化水泥浆体的粘结，降低混凝土强度，增大混凝土干缩。而当泥以团块存在时，会在混凝土中形成薄弱部分，对混凝土的质量危害更大，且混凝土强度越

20、高影响越明显。砂中的危害物质有哪些分别有哪些危害云母：表面光滑，粘结性差。对混凝土拌合物和易性、硬化后抗冻性抗渗性都有不利影响。硫化物和硫酸盐：天然砂若含有过多硫化物和硫酸盐，与水化产物反应，生成的化合物结晶膨胀而产生内应力，导致混凝土破坏。有机物：腐殖土或有机土壤，阻碍水泥的水化反应，延缓水泥硬化，降低混凝土强度，尤其实早期强度，低混凝土性能影响较大。轻物质：与硬化水泥浆体粘结性很低，会降低混凝土强度。何为砂的坚固性如何测量坚固性指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破坏的能力。砂必须具有一定的坚固性，才能抵抗各种风化因素和冻融破坏作用，使混凝土具有良好的耐久性。用硫酸钠溶液法测定，试

21、样在硫酸钠溶液中经5次浸泡循环后质量损失的大小来表示。何为砂的碱活性如何测量砂本身含有的活性物质在一定条件下与水泥中的碱（K2O、Na2O）发生碱-集料反应，发生膨胀，导致混凝土开裂。采用化学法、砂浆长度法等方法检验砂的碱活性，以确定集料是否可用。粗集料（卵石、碎石）1、视密度呀求不小于cm3.2、吸水率：吸水率越小，骨料孔隙率越小，越坚实致密，强度越高。要求吸水率不大于%，若使用吸水率较大的集料，将降低混凝土的软化系数，并显著影响混凝土的抗冻融性能。3、混凝土用粗集料的颗粒形状以接近球形或立方形为好，针状或片状颗粒要少。粒径的选择以及影响采用粒径较大的粗集料，对大体积混凝土较为有利。粒径越大，空隙率和比表面积越小，水泥浆需量少，可节约水泥用量，提高混凝土密实度，减少混你工图的发热量和混凝土收缩。但当DM超过150mm时，不再使水泥用量显著减少，节约水泥效果不明显。对抗冻性、抗渗性有不良影响，且还会显著降低抗气蚀性能。最大粒径的确定，与混凝土性能要求即结构断面有关。颗粒级配：级配好，水泥用量少，质量好。连续级配：石子由大