第二节混凝土及其组成材料

第二节混凝土及其组成材料一、混凝土的知识（一） 混凝土的组成与分类混凝土是将胶凝材料、骨料和水以合理的成分混合后硬化而成的人造石材。混凝土的组成材料之间用量的比例关系 （重量比） 称为混凝土的配合比，通常以水水泥砂石表示，以水泥为基数1 。配合比的选择，是根据工程要求、组成材料的质量、施工方法等因素，经过理论计算和试配后加以确定。混凝土按其胶凝材料的不同，可分为水泥混凝土和沥青混凝土等品种，送电线路只用水泥混凝土。混凝土按其用途可分为普通混凝土和特种混凝土 （如耐酸、耐碱、防辐射 等混凝土）。混凝土按其容重可分为：特重混凝土 （容重2700kgm3，以重晶石为骨料）、重混凝土 （容重2100 2600kgm3，以普通砂石为骨料），稍轻混凝土 （容重1900 2000kgm3，以碎砖、炉渣为骨料）、轻混凝土 （容重1000 1900kgm3，以陶瓷、炉渣为骨料） 及特轻混凝土。混凝土按其流动性可分为塑性混凝土 （坍落度为3 8cm）、低流动性混凝土 （坍落度为1 3cm） 以及干硬性和特干硬性混凝土 （坍落度均为0 ，以工作度表示）。（二） 混凝土抗压强度和混凝土标号混凝土凝固后质地坚硬，抗压性能好，变形小。混凝土的抗压性能可以根据需要而人为控制，这一优点的经济意义很大。混凝土的标号是表示混凝土抗压强度大小的指标，设计的混凝土标号要求施工中拌和的混凝土必须达到。混凝土标号的制定，按TJ10 74 钢筋混凝土结构设计规范 的规定是以20 20 20cm3立方体为标准试块，在标准条件 （温度20 3 ，相对湿度为90 以上） 下养护28 天后，在压 力 机 上 用 标 准 试 验 方 法 测 得 的 抗 压 强 度 值， 划 分 为 75 、100 、150 、200 、300 、400 、500 、600 号八个等级，其数值表示混凝土标准试块的抗压强度值。如在实际施工中的试块测得的强度值在两个标号之间，则应以较低的一级标号为试块的混凝土标号。GBJ204 83 钢筋混凝土工程施工及验收规范 规定是以15 15 15cm3立方体为标准试块，同样在标准条件下养护28 天后，在压力机上用标准试验方法测得的抗压强度值，划分为 C10 、C15 、C20 、C25 、C30 、C35 、C40 、C45 、C50 、C0 十个等级。（三） 影响混凝土强度的因素混凝土的抗压强度主要决定于水泥标号与水灰比。而骨料的强度，砂石比率，混凝土硬化时的温度、湿度，以及施工条件等都对混凝土抗压强度有影响。1水泥标号、水灰比对混凝土强度的影响混凝土的强度是水泥和水起水化作用，使用水泥浆 凝固硬化而产生的。水 泥标号高，混凝土的强度就高。水灰比小，混凝土的强度也高。反之，水泥标号低，水灰比又大，混凝土的强度就低。2骨料对混凝土强度的影响骨料级配优良和骨料的质地坚硬能增加混凝土的强度与密实性，特别是在高标号混凝土中，骨料对强度影响更大。粗骨料表面粗糙有棱角时，能增强骨料与水泥浆的粘结力，所以在水灰比相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度略高。3捣固对混凝土强度的影响混凝土浇灌到模盒内后，要求能将模盒充填密实，并要求混凝土成型后，表面光滑，不产生蜂窝、麻面和狗洞等缺陷。混凝土密实才能保证混凝土的强度，混凝土密实的主要方法是振捣。振捣有人工振捣和机械振捣两种，机械振捣比人工振捣质量高，机械振捣时，要掌握好振捣时间和振力，使混凝土达到密实即可。对塑性混凝土 （指坍落度在3 8cm 的混凝土） 若振力过大或振捣时间过长，会使混凝土产生离析现象，混凝土强度反而会降低。4养护条件对混凝土强度的影响混凝土硬化过程也就是水泥的水化过程，在保持一定湿度的条件下，温度高强度增长快，温度低强度增长就慢。当温度降至0 时，强度就停止增长。养护温度应保持在15 20 之间最佳。混凝土在养护时，如养护湿度不够，混凝土内的水分蒸发，而满足不了水泥水化作用的需要，将在混凝土内出现较多的气孔，影响混凝土强度。（四） 混凝土的和易性混凝土的和易性是指混凝土搅拌后在施工过程中的干稀均匀的合适程度，它是保证质量和便于施工的重要条件。和易性良好的混凝土，在运输过程中不容易发生 离析现象，而且便于浇捣密实，分布均匀，易于充满模板的各部分，牢固地粘着钢筋，不产生蜂窝、麻面等不良现象。影响和易性的因素很多，例如水泥的细度愈细，和易性愈好。砂石对和易性也有影响，砂率过小时，水泥砂浆的体积不足以填充石子的空隙，混凝土易离析泌水，和易性差；砂率过大时，包裹砂子的水泥浆层太薄，砂粒间的摩擦力加大，使混凝土的流动性较小，对混凝土强度有影响。至于水灰比对和易性的影响就更大了。（五） 水灰比和坍落度混凝土中水的质量和水泥的质量的比例叫水灰比，水灰比是决定混凝土强度的重要因素。例如每立方米混凝土中用水泥300kg 、用水180kg ，则其水灰比180300 06 。混凝土中的水灰比小，则混凝土强度高；水灰比大，则强度低。这是因为在混凝土中，用来与水泥起化学作用的水只占用水量的10 20 ，其余的大部分水在硬化过程中逐渐蒸发掉，并在混凝土中留下气孔，使混凝土强度降低。但是，如果水灰比很小，也就是用水量很少，则拌出的混凝土料子干，和易性差，施工困难，容易使混凝土产生蜂窝、麻面，甚至造成空洞。为了使混凝土的水灰比合适，通常用坍落度来测定混凝土拌和料的稠度。测坍落度 的 方 法：用 一 块 白 铁 皮 做 成 一 个 锥形 筒 （图 3 28），锥 形 筒 上 口 直 径10cm ，底口直径20cm ，高30cm 。将筒放在铁板上，把拌和好的混凝土分三次浇灌进去，每次放入筒高的13 （即10cm），每次放人后都用铁棒 （直径15 m m ，长50cm ） 捣固25下。灌满后，使混凝土与筒口相平。再把锥形筒轻轻提起置然地坍下来，变得矮了。用尺测量低下了多少，就得出坍落度的数值 （图3 28）。为了测试坍落度准确，必须试验三次，然后取平均值。图3 28 坍落度测试（六） 混凝土的收缩与膨胀混凝土在硬化过程中，由于水分散失，体积发生收缩，称为混凝土的干缩。当混凝土长期在水中硬化时，由于水泥水化充分，混凝土不产生收缩而略有膨胀。如果单位体积混凝土的水泥用量较多，水灰比较大；或用快硬高强度的水泥和掺混合料较多的水泥；或水泥颗粒较细等，都会使混凝土产生较大的干缩。（七） 耐久性混凝土的耐久性是指混凝土抵抗大气中的温度湿度变化以及某些化学作用的性能。若混凝土只有很高的强度而缺乏耐久性，则将毫无工程意义，所以不仅要考虑混凝土的强度，而且要考虑其耐久性。混凝土的耐久性指标主要是抗冻性，因为抗冻性对实际工程的耐久性影响很大，同时，耐久性的好坏主要取决于混凝土密实度，而密实度用抗冻性试验就能解决。所以耐久性一般用抗冻性表示，为了提高混凝土的耐久性，必须提高混凝土密实度，而提高密实度，又必须控制水泥用量和水灰比。二、混凝土的组成材料（一） 水泥1水泥的品种和选用（1） 普通硅酸盐水泥 （简称普通水泥）。优点是早期强 度高、快硬、耐冻性较好、和易性好。缺点是耐化学腐蚀性和耐水性差。（2） 矿渣硅酸盐水泥 （简称矿渣水泥）。优点是耐热性较好、水化热较低、在潮湿环境中的后期强度增长率较大、耐化学腐蚀及耐水性强。缺点是早期强度低、耐冻性及和易性差。（3） 火山灰质硅酸盐水泥 （简称火山灰质水泥）。优点是耐化学腐蚀和耐水性较好、水化热低、在潮湿环境中的后期强度增长率较大、和易性好。缺点是早期强度低、凝结缓慢、耐冻性差、干缩性较大、吸水稍大。（4） 硅酸盐水泥。特点是具有较好的抗冻、耐磨、抗渗等性能。标号较高，可满足高标号混凝土的需要。另外还有高级水泥、快硬水泥、粉煤灰水泥、膨胀水泥等，它们在送电线路工程中使用得很少，只是在特殊情况下才使用。2水泥的标号水泥的标号是表示水泥强度的大小，而水泥强度是决定混凝土强度的主要因素。我国水泥标号按照 “软练法”28 天强度值来划分，五个品种水泥标号的划分如表32 所示。3水泥硬化过程水泥中加入适量的水调成水泥浆后，经过一定时间，由于本身的物理化学变化，会逐渐变稠，失去塑性，称为初凝；开始胶结成固体状态，具有强度时称为终凝；终凝后强度继续增长，称为硬化。凝结 （包括初凝和终凝） 与硬化总称为硬化过程。水泥凝结时间是指水泥自加水拌和后，开始凝结 （初凝） 到凝结终了 （终凝） 所经历的时间。水泥初凝时间不得早于45 min ；终凝时间不得迟于12h 。水泥硬化过程大致分为溶解期、胶化期和结晶期三个阶段。由于新化合物的生成和溶解，形成凝胶，凝胶转变为结晶，以及表面碳化等过程，水泥便形成坚硬的水泥石，这些过程互相交错进行。水泥遇水后，水化作用首先在颗粒表面进行，使表面包上一层胶体膜，由于这层胶体膜阻碍了水泥颗粒内部的进一步水化，故使得水泥具有初期强度增长快、后期强度增长慢的特点。水泥的硬化过程也就是水泥颗粒与水作用的过程。水泥的凝结与硬化速度和：水泥颗粒的矿物组成；水泥的细度；硬化时的温度和湿度；加水量的多少等因素有关。4水泥的性质（1） 强度。水泥强度是指水泥加水和标准砂按规定比例拌和后，经凝结、硬化后的坚实程度，是确定水泥标号的指标。即指抗压、抗折的性能。（2） 细度。水泥细度就是水泥颗粒的磨细程度，一般颗粒愈细，凝结硬化愈快，水泥强度 （特别是早期强度） 也愈高。颗粒细参加水化作用的水增多，水泥浆内的游离水相 对减少了，因而析水现象减轻了，和易性也因水化作用充分而改善。但是，细颗粒的水泥在空气中硬化时，有较大的收缩，在运输、贮存过程中容易受潮，降低强度。（3） 体积安定性。体积安定性是指标准稠度的水泥浆在硬化过程中体积的变化是否均匀，是水泥的重要指标。安定性不良的水泥，会在后期硬化过程中产生裂缝或完全破坏。5水泥的储存水泥的储存，有用多层纸袋包装及水泥罐储存两种方法。线路施工多用袋装水泥，每袋为50kg 。由于水泥存放在空气中会吸收空气中水分而凝结，所以贮存的仓库应 干燥，不透风，并应离地面高30cm 以上。水泥存放期限不要超过3 个月。根据实验，存放在良好仓库中的水泥，其强度的损失为：3 个月为10 20 ；6 个月为15 30 。水泥如果受潮则其强度降低很快，一切受潮的和过期的水泥均应通过鉴定试验后酌情使用。（二） 砂混凝土中凡颗粒尺寸在015 5 m m 之间的骨料叫细骨料，一般用天然砂。天然砂有河砂和山砂，河砂 （江砂） 颗粒圆滑、洁净，拌制的混凝土有较好的和易性；山砂表面粗糙有棱角，与水泥的粘结力较强，拌制的混凝土和易性较差，且不如河砂洁净。河砂的相对密度多在26 27 。干燥状态的砂堆积密度一般为1350 1550kgm3。砂的孔隙率与砂的颗粒级配有较大的关系，天然砂 的自然级配，其孔隙率 一般为37 41 。砂的孔隙率愈小，混凝土就愈经济。在混凝土中，水泥浆首先要包裹砂子颗粒表面，并填充砂粒之间的空隙。砂子颗粒间空隙越小，砂的总表面积越小，水泥用量越少，好的砂粒级配可使单位体积内砂子中的总表面积和空隙都降到最低。砂的总表面积由砂粒的粗细程度决定。砂的粗细程度用细度模数表示。砂的级配是砂中各级尺寸颗粒的分配情况，好的级配是粗粒砂空隙由中粒砂填充，中粒砂空隙再由细粒砂填满。颗粒间互相填充，就使砂的孔隙率达到最小。因此，要想减小砂粒间空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。砂的粗细程度与颗粒级配是评定砂质量的重要指标。一般用筛分析的方法 进行测定。用级配区表示砂子的颗粒级配；用细度模数表示砂粒的粗细。筛分析是用一套孔径不同的标准筛进行筛分。孔径有5 、25 、125 、063 、0315 、016 m m 等6 种。将500g 的烘干砂试样由粗筛到细筛依次用筛筛过，同时称得各次过筛后筛上残留砂的质量叫做分计筛余。各分计筛余占砂样总重的百分率称为分计筛余百分率，以a1、a2、a3、a4、a5、a6表示。各筛上的分计筛余百分率，及所有孔径大 于该筛的分计筛余百分率之和称为该筛的累计筛余百分率，以 A1、A2、A3、A4、A5、A6表示。累计筛余百分率与分计筛余百分率的关系如表3 3 所示。细度模数 Mx可按下式计算利用细度模数这一简单数字指标表示砂子颗粒的粗细，在应用上较为方便。细度模数越大，表示砂子越粗。按细度模数不同，砂可分为下列几类：粗砂Mx31 37中砂Mx23 30细砂Mx16 22特细砂Mx07 15从表3 4 可以看出，1 区粗砂颗粒较多，基本上属于粗砂；2 区粗细适中，基本上属于中砂；3 区细砂颗粒较多，基本上属于细砂。如果砂子的天然级配不合格，可采用人工级配的方法来改善，即将粗砂、细砂按适当比例掺和使用。混凝土用砂必须坚硬洁净，但天然砂中，常可 能含有有害的杂 质，如 粘土、有机物、云母片等。这些杂质的存在会妨碍混凝土的硬化，并影响混凝土的强度，也可能使混凝土遭受严重损害。因此混凝土用砂应符合表3 5 的有关规定。（三） 石在混凝土中凡粒径大于5 m m 的骨料叫粗骨料，一般多用卵石和碎石。卵石为天然岩石风化而成，有河卵石和山卵石等。河卵石表面较光滑，也较纯净；山卵石表面粗糙，常混有杂质。卵石拌制的混凝土和易性好，易捣固密实，不透水性较碎石为佳，但卵石与水泥浆的粘结力较碎石为差，卵石颗粒的坚硬程度不一，片状、针状颗粒及杂质较多，这对混凝土强度有一定影响。碎石拌制的混凝土，所需水泥浆较多，粘结力较强、强度亦高，所以高标号混凝土宜用碎石。最理想的石子颗粒形状是接近立方体或圆球形，最不好的颗粒形状是针状和片状。因此石子中针状、片状的含量和泥土、硫化物、有机杂质的含量应符合表3 5 的规定。混凝土中石子应有良好的级配，级配愈好，孔隙率也愈小，需用来填充石子空隙的水泥砂浆也愈少，混凝土拌合物的和易性也愈好，石子颗粒不易产生离析，混凝土的密实性和强度也愈高。石子的颗粒级配也是用筛分法测定。石的粒径在5 10 m m 的为细石；20 40 m m 的为中石；40 100 m m 的为粗石。送电线路的钢筋混凝土基础一般采用中石，无筋混凝土基础可采用粗石。在钢筋混凝土中，石子最大粒径不得大于钢筋间最小净距的34 ，也不得大于结构截面最小尺寸的14 。混凝土中掺用的大块石，不得有裂缝、夹层，其强度不得低于混凝土用石的标准，尺寸宜为150 250 m m ，且不宜使用卵石。具体的使用部位及要求应按有关规定决定。（四） 水的质量凡是一般能饮用的自来水或洁净的天然水，都可以作为拌制混凝土用水。要求水中