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本文由尚武志贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第一部分 混凝土基本知识 1824 年阿斯普丁发明波特兰水泥以后，水泥和混凝土的生产技术迅速发展，混凝 土的用量急剧增加，使用范围日益扩大。特别是 1850 年法国人朗波特用加钢筋网的方 法制造了一条小水泥船后，出现了用钢筋来增强混凝土，以弥补混凝土抗拉强度及抗 折强度的缺陷，使混凝土的应用发生了根本变化，其用途和用量都有了更大的提高。 至今，它已成为世界上用量最多的人造材料。 一、混凝土的定义 由胶结材（无机的、有机的或无机有机符合的） 、颗粒状集料以及必要时加入化学 外加剂和矿物掺合料组分合理组成的混合料经硬化后形成的复合材料称为混凝土。 二、混凝土分类 （一）按胶结材分 1、无机胶结材混凝土：水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、 碱矿渣混凝土等。 2、有机胶结才混凝土：沥青混凝土、聚合物胶结混凝土、聚合物水泥混凝土、聚 合物浸渍混凝土等。 （二）按混凝土的结构分 1、普通结构混凝土 2、细粒混凝土 3、大孔混凝土 4、多孔混凝土 （三）按容重分 1、特重混凝土 2、重混凝土 3、轻混凝土 4、特轻混凝土 （四）按用途分 主要有：结构用混凝土、隔热混凝土、装饰混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、 耐火混凝土、道路混凝土、大坝混凝土、收缩补偿混凝土、海洋混凝土、防护混凝土 1 容重大于 2500kg/m3 容重在 19002500kg/m3 之间 容重在 5001900kg/m3 之间 容重小于 500kg/m3 等。 此外还有按混凝土性能和制造工艺分类等等。 三、普通混凝土的定义及分类 （一）普通混凝土的定义 普通混凝土是指由水泥、粗细集料（碎石或卵石及硅质砂）加水拌合，经水化硬 化而成的一种人造石，主要作为承受荷载的结构材料使用。 （二）普通混凝土的分类 1、普通混凝土按稠度可分为： 干硬性混凝土：坍落度小于 10mm 塑性混凝土：坍落度 10100mm 之间 流动性混凝土：坍落度大于 100mm 2、按强度等级可分为： 普通强度等级强度混凝土，C10C55 高强混凝土：混凝土强度大于 C60 此外还有其他的分类方法。 普通混凝土按照正常的成型和养护方法最高可以做到 C200，强度超过 C200 的混 凝土仅靠现在的方法是办不到的。 达到 C200 以上的混凝土有多种，现在最为引人关注的是活性粉末混凝土，国内试 验室已做到 C300 以上，这种混凝土的性能已与普通混凝土性能有了质的区别，它具有 一定的韧性和加工性。 四、普通混凝土组成材料及其在混凝土中的作用 普通混凝土组成材料及其在混凝土中的作用 普通混凝土由水、水泥、砂、石四种主要材料组成。随着混凝土技术的发展，出 现了外加剂和矿物掺合料。因此，目前混凝土有六种主要组分。这六种组分在混凝土 内部起着不同的作用。 1、水和水泥：水泥是混凝土中最重要的组成材料，水泥和水反应生成具有一定强 度的凝胶体是混凝土强度的来源。 2、砂和石：是混凝土的集料，在混凝土内部起骨架作用，也叫骨料。集料在混凝 土中既有技术上的作用也有经济上的意义。在技术上，集料的存在使混凝土比单纯水 泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性；在经济上，它比水泥便宜的多，作为水 泥浆的填充材料，使这种建筑材料成本低廉。 2 3、外加剂：能够改善或赋予混凝土及水泥浆某些性能，掺量在水泥（或胶凝材料） 用量的 5%以下的少量有机或无机化合物。 外加剂的出现给混凝土的发展带来了革命性 的变化，使一些新型混凝土得以发展。根据外加剂的作用不同，可把其分为：减水剂、 调凝剂、早强剂、引气剂、加气剂、膨胀剂、防水剂、阻锈剂等。 4、矿物掺合料：为改善混凝土的某些性能，降低成本、利用废物等在混凝土内部 加入活性或非活性的细料。同砂、石一样，它既具有技术上的作用又有经济上的意义。 常用的矿物掺合料有：粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石等。 五、普通混凝土的基本性能 （一）混凝土混合料性能 1、混凝土的和易性（工作性） 混合料易于运输、浇注和密实成型而不发生分层离析的性能。和易性的全部含义 。对于我们常见的商品混凝土而言，一般包 应当是“流动性+可塑性+稳定性+易密性” 括三方面内容，即混凝土的流动性、粘聚性和保水性。 目前还没有一种试验方法能直接测定象前面定义的那种和易性。虽然研究人员做 了大量努力，建议了许多试验方法，但还只能以一些容易确定的物理量表示混凝土的 和易性。尽管不能另人满意，但还是在一定范围内提供了有用的资料。其中最常用的 方法就是坍落度试验。通过坍落度试验可以检测坍落度的大小和直观判断混凝土的粘 聚性和保水性。 检测混凝土和易性的方法还有多种，比如：流动度试验；沉球试验等。由于这些 试验在商品混凝土中很少用到，在此不再赘述。 随着混凝土技术的不断发展，新的试验方法也不断出现，比如自密实混凝土试验 方法就有 L 形流动仪、倒坍落度筒测定流动时间等方法。 2、普通混凝土混合料的离析和泌水 混合料的离析是指混合料各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。这是由 于构成混合料的各种粒子大小、比重不同引起的。显然混凝土的离析是不可避免的， 但适当的配合比和操作却可以尽量地减少离析。混合料的离析通常有两种形式：一种 是粗集料从混合料中分离，因为它们比细集料更易于沿着斜面下滑或在摸内下沉；另 一种是稀水泥浆从混合料中淌出，这主要发生在流动性大的混合料中。 混合料浇灌之后到开始凝结期间，固体粒子下沉，水上升，并在表面析出的现象 称为泌水。同时混合料发生沉降收缩。泌水的结果使表面混合料含水量增加，产生大 3 量浮浆，硬化后使表面混凝土强度弱于下面混凝土强度，并产生大量容易剥落的“粉 尘” 。如果混凝土是分层浇注，若不设法除去面层上的这些浮浆，则会损害每层混凝土 之间的粘结。上升的水还会聚结在粗集料或钢筋的下方，硬化后成为空隙，出现弱粘 结地带。上升的水在其后留下水的通道，降低了混凝土的抗渗性和抗冻性。在和摸板 的交界面上，泌水时会把水泥浆带走，仅留下砂子，出现“砂纹”现象。 严重的泌水现象应当避免，但少量的泌水不一定是有害的。只要在泌水过程中不 受到搅乱，任其蒸发，可降低混合料的实际水灰比，防止混合料表面干燥，便于表面 修整。 （二）混凝土其他性能 1、力学性能 强度是混凝土的最重要的力学性质，这是因为任何混凝土结构物主要都是用以承 受荷载或抵抗各种作用力。混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度、弯曲强度、剪切强 度以及与钢筋的粘结强度等。 混凝土的强度在一定范围内与灰水比近似成正比关系（也就是直线关系） 。我们通 常用水灰比这个概念，混凝土强度与水灰比成反比关系（双曲线关系） ，比较复杂，在 试配中不方便应用，因此确定配合比使用灰水比。 混凝土是一种脆性材料，有很高的抗压强度，但其他强度均很低。混凝土的抗拉 强度只有抗压强度的 714%，平均为 10%；混凝土的弯曲和剪切强度均高与抗拉强度。 混凝土与钢筋的粘结强度主要是由于混凝土与钢筋之间的摩擦力和附着力引起的。 2、体积稳定性 指混凝土浇注后的体积变化。混凝土浇注后，凝结前后体积均会有所变化。 （1）混凝土凝结前会出现以下几种收缩： a沉降收缩 b塑性收缩 c自收缩 （2）混凝土凝凝结后会发生以下几种收缩： a干缩 b化学收缩 c碳化收缩 d徐变 4 混凝土的收缩会在几十年内不断进行，但大多数收缩在前期完成。通常情况下， 20 年的收缩量的 14%34%发生在前 2 个星期里；20 年的收缩量的 40%80%发生在前 两 3 个月里；20 年的收缩量的 66%85%发生在前 1 年里。 混凝土不仅发生收缩，吸水后也会发生膨胀，叫湿胀。因此混凝土的一部分收缩 在混凝土遇水后是可以恢复的。 另外，混凝土的正常收缩值在万分之四左右（40010-6） ，水泥净浆和水泥砂浆的 收缩值要远大于混凝土的收缩值。因此，混凝土中的粗集料有限制混凝土收缩的作用。 3、耐久性 有混凝土建造的工程大多是永久性的，因此必须研究在环境介质作用下，保持其 强度的能力，亦即研究混凝土耐久性的问题。对混凝土的耐久性的研究只能通过研究 混凝土某些与耐久性有关的性能来进行。比如：抗冻性；抗渗性；抗化学腐蚀能力； 碱集料反应等。 六、普通混凝土配合比设计 1、计算试配强度 fcu,o fcu,ofcu,k +1.645 其中：fcu,k 为砼立方体抗压强度标准值。 为砼强度标准差。代表砼强度的稳定性，由生产控制水平决定。 +1.645 代表砼强度保证率为 95%。 以下均以 C30 砼为例进行计算。 fcu,o=30+1.6455=38.225（Mpa） 注： 的取值在无统计资料可参考时，可按下表选取。 砼强度等级 C25 4 C25C0 表示正相关， B4） ，完全可以满足防射线的 高要求。但其产量很少，价格昂贵，一般不宜采用。 2、粗细骨料 防辐射混凝土的主要功能是防止射线辐射，其用的粗骨料和普通水泥混凝土不同， 一般应以密度较大的材料，如褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、重晶石、蛇纹石、废钢铁、 铁砂或钢砂等，根据要求也可用部分碎石和砾石。防辐射混凝土所用的细骨料，一般 常用以上材料的粒骨料和石英砂。 （1）褐铁矿（2Fe2O33H2O） 褐铁矿的相对密度为 3.24.0,有致密的结构和带孔隙的结构，块重为 1300 3200kgm-3，含结合水为 10%18%。用做防辐射混凝土骨料时，以密度大而结合水不 低于 10%为宜。 （2）磁铁矿（Fe3O4 ）和赤铁矿（Fe2O3） 磁铁矿的相对密度为 4.95.2,赤铁矿的相对密度为 5.05.3。但是，用磁铁矿 和赤铁矿配制的防辐射混凝土含水较少，防护中子射线的性能不如褐铁矿好。 （3）重晶石 重晶石的相对密度稍低于磁铁矿，一般为 4.34.7，属于脆性材料。重晶石配制 的防辐射混凝土，其密度在 32003400kgm-3 之间。由于重晶石混凝土抗冻性差，热 膨胀系数和收缩值都较大，因此不允许用于有流水作用且受冻的结构部分，也不允许 用于温度高于 100的地方。 （4）铁质骨料 铁质骨料包括各种钢段、钢块、钢砂、钢铁、铁屑、钢球等。采用铁质骨料可有 效增加混凝土表观密度，增强抵抗射线穿透的能力，表观密度达 5000 kgm-3 以上，对 防护 X 射线和 射线十分有效。 在实际工程中， 很少采用纯粹铁质骨料配制的混凝土， 因为这种混凝土中含结合水很少，防中子射线能力很低，且铁质骨料在中子的作用下， 引起第二次 射线，施工中必须采用特殊的浇筑方法。 为了增加防辐射混凝土表观密度和结合水的含量，克服单一骨料的缺点，常采用 22 混合骨料来拌制防辐射混凝土。混合骨料应根据工程要求采取不同组合，如用铁质骨 料作为粗骨料，用褐铁矿砂作为细骨料；粗骨料也可以是两种或者两种以上的铁质骨 料、铁矿石或普通岩石骨料组成。采用混合骨料配制防辐射混凝土，既可以发挥骨料 的各自所长，又可以达到经济实用的目的。 防辐射混凝土常用粗骨料的最大粒径为 40mm，粗骨料的技术性能和要求下表。常 用于配置防辐射混凝土的粗骨料，其最大粒径不宜大于 40mm。 防辐射混凝土所用骨料的技术性能 骨料种 类 赤铁矿 磁铁矿 密度/ kgm-3 细骨料 16001700 23002400 粗骨料 14001500 26002700 3.24.0 4.35.1 表观密度应大，坚硬石块含量 应多，细骨料中 Fe2O3 含量不 低于 60，粗骨料中 Fe2O3 含 量不低于 75；只允许含少量 杂质 褐铁矿 16001700 14001500 3.24.0 Fe2O3 含量不应低于 75，仅 含有少量杂质 重晶石 30003100 26002700 4.34.7 BaSO4 含量不应低于 80，含 石膏或黄铁矿的硫化物及硫酸 化合物不超过 7。 注：a.骨料表观密度应在实验振动台振动 30s 后干燥状态下确定。振动台的振幅为 0.35mm， 频率为 50Hz。 b.细骨料粒径为 0.155mm，粗骨料粒径为 580mm。 c.重晶石按粒径分为重晶石粉经 400 孔cm-2 的筛子筛过的微粒，表观密度为 3000kgm-3； 重晶石砂粒径小于 5mm，表观密度为 2400 kgm-3；重晶石碎石粒径 540mm，表观密度为 26002700 kgm-3。 d.按质量含 0.25%蛋白石和 5%髓以上的重晶石，只能与低碱性水泥配合使用，因这些杂质与高 碱性水泥发生反应混凝土产生裂缝。 e.重晶石呈白色、灰色、褐色、黄色、红色，是一种脆性材料，加工时易粉碎成粉末，因此具 有严重多孔结构的重晶石，不能用以制备混凝土。 表观密度 技术要求 3、拌和水 23 防辐射混凝土拌合用水与普通混凝土的相同，即 pH 值大于 4 的洁净水。为改善混 凝土的和易性，减少拌和用水，降低水灰比，提高混凝土密度，可加入高效减水剂。 4、掺合料 为了改善和加强防辐射混凝土防护性能，在配制时还常特意加入一定数量的掺和 材料（或硼或锂盐等） 。硼和硼的化合物是防辐射混凝土中良好掺和料，它能有效地挡 住中子，且不形成第二次 射线。例如，含硼的同位素的钢材，吸收中子的能力比铅 高 20 倍，比普通混凝土高