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混凝土基础知识 马龙县天恒工业有限公司天元商砼分公司 前言 混凝土是当今世界用量最大 用途最广的的工程材料之一 随着21世纪混凝土工程的的大型化 多功能化 施工与应用环境的复杂化 应用领域的扩大化以及资源与环境的优化 人们对传统的混凝土及混凝土材料提出了更高的要求 混凝土材料的高性能化和高功能化已成为21世纪混凝土材料科学与工程技术研究的重点和方向 目录 混凝土是有胶凝材料 骨料及水按适当比例配合 经拌合 成型和硬化而制成的一种人造石材 可缩写为砼 混凝土在未凝结硬化以前称为混凝土混合料 亦称拌和物 拌和料 新拌混凝土或新鲜混凝土 通常用水泥 水 砂 石子以及外加剂等按设计比例配制 经搅拌 成型 硬化而制成的水泥混凝土 称为普通混凝土 简称混凝土 第二章 摘要 混凝土在未凝结硬化之前 称为混凝土拌合物 它必须具有良好的和易性 便于施工 以保证能获得良好的灌注质量 混凝土拌合物凝结硬化以后 应具有足够的强度 以保证建筑物能安全地承受设计荷载 并应具有必要的耐久性 因此混凝土质量检验十分重要 质量检验不仅能够判定混凝土是否合格 能否使用 同时也是对原材料质量 混凝土配合比设计和生产过程质量的全面检查 第二章1 混凝土的和易性 流动性 粘聚性 保水性 混凝土的和易性 第二章1 混凝土的和易性 一 和易性 一 和易性概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作 拌合 运输 浇灌 捣实 并能获得质量均匀 成型密实的性能 和易性是一项综合的技术性质 包括有流动性 粘聚性和保水性等三个方面的含义 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下 能产生流动 并均匀密实地填满模板的性能 粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力 不致产生分层和离析的现象 保水性是指混凝土拌合物在施工过程中 具有一定的保水能力 不致产生严重的泌水现象 发生泌水现象的混凝土拌合物 由于水分泌出来会形成容易透水的孔隙 而影响混凝土的密实性 降低质量 第二章1 混凝土的和易性 二 和易性的测定方法这里主要介绍坍落度测定 目前 尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法 在工地和实验室 通常是做坍落度实验测定拌合物的流动性 并辅以直观经验评定粘聚性和保水性 测定流动性的方法是 将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落度筒 无底 内 装满刮平后 垂直向上将筒提起 移到一旁 混凝土拌合物由于自重将会产生坍落现象 然后量出向下坍落的尺寸 毫米 就叫坍落度 作为流动性的指标 坍落度越大表示流动性越大 在做坍落度实验的同时 应观察混凝土拌合物的粘聚性 保水性及含砂等情况 以更全面地评定混凝土拌合物的和易性 泵送混凝土的坍落度还要考虑可泵性 拌合物坍落度过小 泵送时吸入混凝土缸较困难 即活塞后退汲吸混凝土时 进入缸内的数量少 也就使充盈系数小 影响泵送的效率 这种拌合物进行泵送时的摩擦阻力也大 要求用较高的泵送压力 使混凝土泵机件的磨损增加 甚至产生阻塞 造成施工困难 如坍落度过大 拌合物在管道中滞留时间长 则泌水就多 容易产生离析而形成阻塞 三 影响和易性的因素混凝土拌合物在自重或外力作用下产生流动的大小 与水泥浆的流变性能及骨料颗粒间的内摩擦力有关 骨料间的内摩擦力除了取决于骨料的颗粒形状和表面特征外 还与颗粒表面水泥浆层厚度有关 水泥浆的流变性能又与水泥浆的稠度密切相关 因此影响混凝土拌合物的和易性的主要因素有以下几方面 水泥浆的数量混凝土拌合物中的水泥浆 赋予混凝土拌合物一定的流动性 在水灰比不变的情况下 单位体积拌合物内 如果水泥浆愈多 则拌合物的流动性愈大 但若水泥浆过多 将会出现流浆现象 则拌合物粘聚性变差 同时对混凝土的强度和耐久性也有一定影响 且水泥用量也大 水泥浆过少 致使不能填满骨料空隙或不能包裹骨料表面时 就会产生崩塌现象 粘聚性变差 因此 混凝土拌合物中水泥浆数量应以满足流动度要求为度 不宜过量 第二章1 混凝土的和易性 对于泵送混凝土而言 水泥浆体既是其强度来源 又是混凝土具有可泵性的必要条件 因为它能使混凝土拌合物稠化 提高石子在混凝土拌合物中均匀分散的稳定性 它在泵送过程中形成润滑层 与输送管内壁起着湿润作用 当拌合物所受到的压力超过输送管内壁与砂浆之间存在的摩擦阻力时 混凝土即向前流动 为了形成一个好的润滑层 以保证混凝土泵送能够顺利进行 混凝土拌合物中必须要有足够的水泥浆量 它除了能够填充骨料间的所有空隙并能将石子分开 尚有富余量使混凝土在输送管内壁形成薄浆层 混凝土在泵送过程中 水泥浆具有承受压力和传递压力的作用 如果浆量不够 石子相互分开的不够 则泵的压力将会经过石质骨架进行传递 造成石子被卡住或被挤碎 阻力急剧增加并形成阻塞 第二章1 混凝土的和易性 水泥浆的稠度水泥浆的稠度有水灰比所决定的 在水泥用量不变的情况下 水灰比愈小 水泥浆就愈稠 混凝土拌合物流动性就愈小 当水灰比过小时 水泥浆干稠 混凝土拌合物流动性过低 会使施工困难 不能保证混凝土密实 增大水灰比会使流动性加大 如果水灰比过大 又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良 而产生流浆 离析现象 并严重影响混凝土强度 所以水灰比不能过大或过小 无论是水泥浆的多少 还是水泥浆的稠度 实际上对混凝土拌合物流动性起决定作用的是用水量的多少 因此无论是提高水灰比或增加水泥浆用量最终都表现为混凝土用水量的增加 在试拌混凝土时 却不能单纯改变用水量的办法来调整混凝土拌合物的流动性 应该在保持水灰比不变的情况下调整水泥浆量的办法来调整混凝土拌合物的流动性 第二章1 混凝土的和易性 砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂 石总量的百分率 砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的总表面积有显著的改变 因而对混凝土拌合物的和易性产生显著影响 砂率过大时 骨料的总表面积及空隙率都会增加 在水泥浆数量不变的情况下 相对的水泥浆显得少了 减弱了水泥浆的润滑作用 因而混凝土拌合物的流动性减小 如砂率过小 又不能保证在骨料之间有足够的砂浆层 也会降低混凝土拌合物的流动性 而且会严重影响其粘聚性和保水性 容易造成离析 流浆等现象 因此砂率有一个合理值 外加剂在拌制混凝土时 加入少量的减水剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下 获得很好的和易性 增大流动性和改善粘聚性 降低泌水性 并且由于改变了混凝土结构 尚能提高混凝土的耐久性 第二章1 混凝土的和易性 四 改善和易性的措施以上讨论的混凝土拌合物和易性的变化规律 目的是为了能运用这些规律去能动地调整混凝土拌合物的和易性 以适应具体的结构和施工条件 在实际工作中调整拌合物的和易性 可采取如下措施 尽可能的降低砂率 通过实验 采用合理砂率 有利于提高混凝土的质量和节约水泥 改善砂 石 特别是石子 的级配 尽量采用较粗的砂 石 当混凝土拌合物的坍落度太小时 维持水灰比不变 适当增加水泥或水的用量 或者加入外加剂等 当拌合物坍落度太大时 但粘聚性良好时 可保持砂率不变 适当增加砂 石 第二章1 混凝土的和易性 五 新拌混凝土的凝结时间水泥的水化反应是混凝土产生凝结的主要原因 但是混凝土的凝结时间与配制该混凝土的水泥的凝结时间并不一致 因为水泥浆体的凝结和硬化过程要受到水化产物在空间填充情况的影响 因此水灰比的大小会影响其凝结时间 水灰比越大 凝结时间越长 一般配制混凝土所用的水灰比与测定水泥凝结时间规定的水灰比是不同的 所以这两者的凝结时间便有所不同 而且混凝土的凝结时间 还受到其它各种因素的影响 例如环境温度的变化 混凝土中掺入某些外加剂等等将会明显影响混凝土的凝结时间 第二章1 混凝土的和易性 二 混凝土的强度 一 混凝土的强度理论混凝土的强度理论分细观力学理论和宏观力学理论 细观力学理论 是根据细观非匀质性的特征 研究各组成材料对混凝土强度所起的作用 宏观力学理论 则是假定混凝土为宏观匀质且各向同性的材料 研究混凝土在复杂应力作用下的破坏条件 前者应为混凝土材料设计的主要理论依据之一 而后者对混凝土结构设计则很重要 细观力学强度理论的基本概念 是把水泥石性能作为影响混凝土强度的最主要因素 并建立了一系列的水泥石孔隙率或密实度与混凝土强度之间的关系 第二章2 混凝土的强度 二 强度等级及浇筑部位 三 影响混凝土强度的因素普通混凝土受力破坏一般出现在骨料和水泥石的分界面上 当水泥石强度较低时 水泥石本身破坏也是常见的形式 在普通混凝土中 骨料最先破坏的可能性小 因为骨料强度经常大大超过水泥石和粘结面的强度 所以混凝土的强度主要决定于水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度 而水泥石强度及其与骨料的粘结强度又与水泥标号 水灰比及骨料的性质有密切关系 此外 混凝土强度还受施工质量 养护条件及龄期的影响 水灰比和水泥强度等级 决定混凝土强度的主要因素水泥是混凝土中的活性组分 其强度大小直接影响混凝土强度的高低 在配合比相同的情况下 所用的水泥强度等级越高 制成的混凝土强度也越高 当用同一种水泥 品种和强度等级相同 时 混凝土的强度主要决定于水灰比 因为水泥水化时所需要的结合水 一般只占水泥质量的23 左右 但在拌制混凝土拌合物时 为了获得必要的流动性 常需用较多的水 也即较大的水灰比 当混凝土硬化后 多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔 大大的减少了混凝土抵抗荷载的实际有效断面 而且可能在孔隙周围产生应力集中 因此 可以认为 在水泥标号相同的情况下 水灰比愈小 水泥石强度愈高 与骨料的粘结力也愈大 混凝土强度就愈高 第二章2 混凝土的强度 养护的温度和湿度混凝土的硬化 原因在于水泥的水化作用 周围环境的温度对水化作用进行的速度有显著的影响 养护温度高可以增大初期水化速度 混凝土初期强度也高 但急剧的初期水化会导致水化物分布不均匀 水化物稠密程度渡的区域将成为水泥石中的薄弱点 从而降低整体的强度 水化物稠密程度高的区域 水化物包裹在水泥粒子周围 会妨碍水化反应的继续进行 对后期强度发展不利 而在养护温度较低的情况下 由于水化缓慢 具有充分的扩散时间 从而使水化物早期水泥石中均匀分布 有利于后期强度的发展 周围环境的湿度对水泥的水化作用能否正常进行有显著的影响 湿度适当 水泥水化便能顺利进行 是混凝土强度得到充分发展 如果湿度不够 混凝土会失水干燥而影响水泥水化作用的正常进行 甚至停止水化 因为水泥水化只能在为水填充的毛细管内发生 而且混凝土中大量自由水在水泥水化过程中逐渐被产生的凝胶所吸附 内部供水化反应的水则愈来愈少 这不仅严重降低了混凝土的强度 而且因水化作用未能完成 使混凝土结构疏松 渗水性增大 从而影响耐久性 龄期混凝土在正常养护条件下 其强度将随着龄期的增加而增长 最初7 14d内 强度增长较快 28d以后增长缓慢 但龄期延续很久其强度仍有所增长 第二章2 混凝土的强度 一 耐久性的概念混凝土除应具有设计要求的强度 以保证取能安全地承受设计荷载外 还应根据周围的自然环境以及在使用上的特殊要求 而具有各种特殊性能 因而把混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性 从而维持混凝土结构的安全 正常使用的能力称为耐久性 抗渗性抗渗性是指混凝土抵抗水 油等液体在压力作用下渗透的性能 它直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性 混凝土的抗渗性主要与其密实度及内部孔隙的大小和构造有关 混凝土内部的互相连通的孔隙和毛细管通路 以及由于在混凝土施工成型时 振捣不实产生的蜂窝 孔洞都会造成混凝土的渗水 影响混凝土抗渗性的因素主要有水灰比 水泥品种 骨料的最大粒径 养护方法 外加剂及掺合料等 1 水灰比混凝土水灰比的大小 对其抗渗性起决定作用 水灰比越大 其抗渗性越差 在成型密实的混凝土中 水泥石的抗渗性对混凝土的抗渗性影响最大 第二章3 混凝土的耐久性 2 骨料的最大粒径在水灰比相同时 混凝土骨料的最大粒径越大 其抗渗性能越差 这是由于骨料和水泥浆界面处易产生裂隙和较大骨料下方易形成孔穴 3 养护方法蒸汽养护的混凝土 其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差 在干燥条件下 混凝土早期失水过多 容易形成裂隙 因而降低混凝土的抗渗性 4 水泥品种水泥的品种 性质也影响混凝土的抗渗性能 水泥的细度越大 水泥硬化体孔隙率越小 强度就越高 则其抗渗性越好 5 外加剂在混凝土中掺入某些外加剂 如减水剂等 可减小水灰比 改善混凝土的和易性 因而可改善混凝土的密实性 即提高了混凝土的抗渗性能 6 掺合料在混凝土中加入掺合料 如优质粉煤灰 由于优质粉煤灰能发挥其形态效应 活性效应 微骨料效应和界面效应等 可提高混凝土的密实度 细化孔隙 从而改善了孔结构和改善了骨料与水泥石界面的过度区结构 因而提高了混凝土的抗渗性 第二章3 混凝土的耐久性 第二章3 混凝土的耐久性 抗冻性混凝土抗冻性是指混凝土在水饱和的状态下 经受多次冻融循环作用 能保持强度和外观完整性的能力 混凝土受冻融循环作用破坏的原因 是由于混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移所造成的渗透压力 当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度 混凝土就会产生裂缝 多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏 混凝土的密实度 孔隙构造和数量 孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素 因此 当混凝土采用的原材料质量好 水灰比小 具有封闭细小孔隙及掺入外加剂 防冻剂等时其抗冻性都较高 抗侵蚀性当混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时 混凝土便会遭受侵蚀 通常有硫酸盐侵蚀 镁盐侵蚀 碳酸侵蚀 一般酸侵蚀和强碱侵蚀等 混凝土的碳化 中性化 混凝土的碳化作用是二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用 生成碳酸钙和水 碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程 因此 气体扩散规律决定了碳化速度的快慢 碳化引起水泥石化学组成及组织结构