混凝土手册

第一节混凝土基本知识1、混凝土的定义和分类2、混凝土生产用原材料第二节混凝土生产1、配合比设计2、混凝土搅拌3、混凝土运输4、混凝土浇筑5、混凝土养护第三节混凝土性能31和易性311合易性的概念和易性是指新拌水泥混凝土易于各工序施工操作（搅拌、运输、浇灌、捣实等）不发生分层、离析、泌水等现象并能获得质量均匀、成型密实的性能。也称混凝土的工作性。和易性是一项综合的技术性质，它与施工工艺密切相关。通常包括有流动性、保水性和粘聚性等三个方面的含义。（1）流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。流动性反映出拌合物的稀稠程度。流动性的大小，反映混凝土拌合物内组分之间具有一定的凝聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。若混凝土拌合物太干稠，则流动性差，难以振捣密实；若拌合物过稀，则流动性好，但容易出现分层离析现象。主要影响因素是混凝土用水量。（2）粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。粘聚性反映混凝土拌合物的均匀性。若混凝土拌合物粘聚性不好，则混凝土中集料与水泥浆容易分离，造成混凝土不均匀，振捣后会出现蜂窝和空洞等现象。主要影响因素是胶砂比。（3）保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。保水性反映混凝土拌合物的稳定性。保水性差的一部分水易从内部析出至表面，在混凝土内部易形成透水通道，使混凝土的密实性变差，降低混凝土的强度和耐久性。主要影响因素是水泥品种、用量和细度。新拌混凝土的和易性是流动性、粘聚性和保水性的综合体现，新拌混凝土的流动性、粘聚性和保水性之间既互相联系，又常存在矛盾。如粘聚性好，则保水性往往也好，但流动性可能较差；当增大流动性时，粘聚性和保水性往往变差。因此，在一定施工工艺的条件下，新拌混凝土的和易性是以上三方面性质的矛盾统一。而所谓拌合物的和易性良好，即是要使这三方面的性能在某种具体工作条件下得到统一，达到均为良好的状况。312和易性的测定及指标由于混凝土和易性内涵较为复杂，因而目前尚没有能够全面反映混凝土拌和物和易性的简单测定方法和指标。通常，通过实验测定混凝土拌合物的流动性，辅以其他方法或经验，并结合目测和经验评定混凝土拌合物的粘聚度和保水度，以评定和易性。混凝土的流动性用稠度表示，其测定方法有坍落度与坍落扩展法和维勃稠度法两种。1、坍落度试验（1）坍落度的测定（流动性的评定）将新拌好的混凝土拌合物按一定方法装入圆锥形筒内（坍落度筒），并按一定方式插捣，待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度筒，量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差（MM），即为该混凝土拌合物的坍落度值（如图）。坍落度越大，流动性越好。（2）粘聚性和保水性的观察及评定粘聚性的检查方法是将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下沉，则表示粘聚性良好，若锥体倒塌，部分崩裂或出现离析现象，则表示粘聚性不好。保水性以混凝土拌合物中稀浆析出的程度来评定。坍落度筒提丐后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而骨料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性不好。若无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。（3）混凝土拌合物的分级混凝土拌合物根据坍落度不同，可分为4级大流动性混凝土，坍落度160MM；流动性混凝土，坍落度为100150MM；塑性混凝土，坍落度为5090MM；低塑性混凝土，坍落度1040MM。坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40MM，坍落度不小于10MM的混凝土拌合物。对于坍落度小于10MM的干硬性混凝土，须采用维勃稠度仪测定其流动性。（4）坍落度的选择塑性混凝土施工时，选择混凝土拌合物的坍落度，要根据结构类型、构件截面尺寸大小、钢筋配筋疏密、输送方式和施工捣实方法等因素来确定。当构件截面较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选大些。反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣时，坍落度选择可小些。根据混凝土结构工程施工及验收规范GB5020492规定，混凝土浇筑的坍落度宜按表414选用。313影响和易性的主要因素1、水泥浆的数量和水灰比的影响混凝土拌合物的流动性是水泥浆所赋予的，因此在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性也越大，但若水泥浆过多，将会出现流浆现象；使拌合物的粘聚性变差，同时对混凝土的强度与耐久性也会产生一定的影响。水泥浆过少，则不能填满骨料间空隙或不能很好包裹骨料表面时，拌合物就会产生崩塌现象，粘聚性也变差。在水泥用量、骨料用量均不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越稠，混凝土拌合物的流动性就越小。当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实性。水灰比增大，水泥浆自身流动性增加，故拌合物流动性增大；但如果水灰比过大，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，并严重影响混凝土的强度。所以，水灰比不能过大或过小，一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。应当注意到，无论是水泥浆数量影响还是水灰比影响，实际上都是用水量的影响。因此，影响新拌混凝土和易性的决定性因素是单位体积用水量多少。根据实验，在采用一定骨料的情况下，如果单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50100KG，坍落度大体上保持不变，这一规律通常称为固定用水量定则。这个定则用于混凝土配合比设计时，是相当方便的，即可以通过固定单位用水量，变化水灰比，而得到既满足拌合物和易性要求，又满足混凝土强度要求的设计。2、砂率的影响砂率是指细骨料（砂）的质量占骨料（砂石）总质量的百分率。试验证明，砂率大小对拌合物的和易性有很大影响砂率对坍落度的影响关系见图。砂率对混凝土拌合物流动性的影响主要有两个方面的原因一方面是由砂形成的砂浆可减少粗骨料之间的摩擦力，在拌合物中起润滑作用，所以在一定的砂率范围内随砂率增大，润滑作用越加显著，流动性可以提高；另一方面是在砂率增大的同时，骨料的总表积必随之增大，需要润湿的水分增多，在一定用水量的条件下，拌合物流动性降低。另外，砂率不宜过小，否则不仅会引起拌合物流动性降低，还会使拌合物粘聚性和保水性变差，产生离析、流浆等现象。这是因为砂率过小时，不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层。因此，应在用水量和水泥用量不变的情况下，选取合理砂率，可使拌合物获得所要求的流动性和良好的粘聚性与保水性，且使水泥用量最少。3、组成材料性质的影响（1）水泥水泥对拌合物和易性的影响主要是水泥品种和水泥细度的影响。水泥的品种和细度都会影响需水量。由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，所以不同品种水泥配制成的混凝土拌合物具有不同的和易性。需水性大的水泥比需水性大的水泥比需水性小的水泥配制的拌合物，在其它条件相同的情况下，流动性变小，但其粘聚性和保水性较好。通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰的和易性好。矿渣水泥拌合物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析；火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。此外，水泥细度对混凝土拌合物的和易性亦有影响，适当提高水泥的细度可改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，减少泌水、离析现象。（2）骨料骨料对拌合物和易性的影响主要包括骨料级配、颗粒形状、表面特征及粒径。一般来说，级配好的骨料，空隙率小，在水泥浆数量相同的情况下，包裹骨料表面的水泥浆较厚，故其拌合物流动性较大，粘聚性与保水性较好；表面光滑的骨料，如河砂、卵石，其拌合物流动性较大；骨料的粒径增大，总表面积减小，拌合物流动性就增大，如用中、粗砂配制的混凝土比用细砂配制的混凝土拌合物流动性大。（3）外加剂外加剂对拌合物的和易性有较大影响。加入减水剂或引气剂可明显提高拌合物的流动性，引气剂还可有效地改善拌合物的粘聚性和保水性。4、温度和时间的影响混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低，如图49。这是由于温度升高，水分蒸发及水化反应加快，相应使流动性降低。因此，施工中为保证一定的和易性，必须注意环境温度的变化，采取相应的措施。如夏季施工时，为了保持一定的流动性应当提高拌合物的用水量。混凝土拌合物随时间的延长而变干稠，流动性降低，如图410。这是由于拌合物中一些水分被骨料吸收，一些水分蒸发，一些水分与水泥进行水化反应变成水化产物结合水，以及混凝土凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。32力学性能321强度3211强度概念强度是指材料抵抗外力而不被破坏的能力。而混凝土力学性能中用立方体抗压强度来体现抵抗外力的能力。立方体抗压强度（FCU）是指边长为150MM的标准立方体试块在标准条件下（203，90湿度）养护28D后，以标准试验方法（加载速度01503N/MM2/S，两端不涂润滑剂）测得的破坏时的平均压应力。按上述规定测得的具有95保证率的抗压强度为混凝土的立方体抗压强度标准值（FCU,K）。抗压强度是混凝土最重要的性质，它常用作设计混凝土结构的最基本数据。混凝土规范对混凝土的强度分级按FCU,K划分为14级，即C15C80。级差为5N/MM2，C50以上为高强度混凝土，国外C100以上为高强度混凝土。其中C代表砼（CONCRETE），C后的数字为砼立方体抗压强度标准值，单位N/MM2。3212混凝土受压破坏机理内因骨料之间的微裂缝；外因纵向受压破坏横向拉裂。硬化后的混凝土在未受外力作用之前，由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起砂浆体积的变化，在粗骨料与砂浆界面上产生了分布不极不均匀的拉应力，它足以破坏粗骨料与砂浆的界面，形成许多分布很乱的界面裂缝（如图）。另外还因为混凝土成型后的泌水作用，某些上升的水分为粗骨料颗粒所阻止，因而积聚于粗骨料的下缘，硬化后就形成界面裂缝。混凝土受到外力时，其内部产生了应力，很容易在具有几何形状为楔形的微裂缝顶部形成应力集中，导致微裂缝的进一步延伸，汇合，扩大，最后形成几条可见的裂缝。试件就随着这些裂缝的扩展而破坏。骨料之间的微裂缝3213影响混凝土抗压强度的因素混凝土承受外加应力的能力不仅取决于应力的种类，还取决于影响混凝土各种原材料的性能与比例、捣实程度和养护条件等生产过程因素。影响混凝土强度的主要因素有（1）水泥强度与水胶比水泥是混凝土中的活性组分，其强度大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的混凝土强度也越高。当用同一品种同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决于水胶比。因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的23左右，但在拌制混凝土混合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水（约占水泥重量的4070）。混凝土硬化后，多余的水分蒸发或残存在混凝土中，形成毛细管、气孔或水泡，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时于气孔或水泡周围产生应力集中，使混凝土强度下降。在保证施工质量的条件下，水胶比愈小，混凝土的强度就愈高。但是，如果水胶比太小，拌合物过于干涩，在一定的施工条件下，无法保证浇注质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，也将显著降低混凝土的强度和耐久性。（2）集料的性质与数量集料在混凝土中起骨架作用。集料的性质包括集料的几何性质、集料的力学性质，以及集料与水泥水化产物的亲和性。只有具有一定数量的品质优良的且能与水泥较好粘结的集料，才能配制出具有较高强度的混凝土（3）养护的温度和湿度混凝土强度的增长，是水泥的水化、凝结和硬化的过程，必须在一定的温度和湿度条件下进行。在保证足够湿度情况下，不同养护温度，其结果也不相同。温度高，水泥凝结硬化速度快，早期强度高，所以在混凝土制品厂常采用蒸汽养护的方法提高构件的早期强度，以提高模板和场地周转率。低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0OC以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。水泥的水化必须在有水的条件下进行，因此，混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。3龄期在正常养护条件下，混凝土强度的增长遵循水泥水化历程规律，即随着龄期时间的延长，强度也随之增长。最初714D内，强度增长较快，28D以后增长较慢。但只要温湿度适宜，其强度仍随龄期增长。普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，其强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期不小于三天）28LGNFFN式中FNND龄期混凝土的抗压程度,MPA；2828龄期混凝土的抗压强度,MPA；LG、LG28（不小于3）和28的常用对数。（4）施工质量施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确，搅拌均匀，振捣密实，养护适宜等。任何一道工序忽视了规范管理和操作，都会导致混凝土强度的降低。5试验条件试验条件对混凝土强度的测定也有直接影响。如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。3214混凝土强度的测定方法混凝土的强度测定主要分为2种方法（1）实验室测定立方块法按照标准的制作方法制成边长为150MM的标准立方体试块，在标准养护条件（202，相对湿度95以上）下，养护至28D龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度”（以FCU表示,以N/MM2即MPA）。具体实验步骤和相关要求请参阅国家标准G/BT500812002。圆柱法圆柱体试件是美国、法国、加拿大等欧洲国家用的标准试件。我国使用的是立方体试件。鉴于我国以立方体为标准件此处不做圆柱法介绍，有想了解者可参阅美国标准ASTMC19290A和ASTMC47094。（2）施工现场测定岩芯法、回弹法、拔出法内容将在第四节做详细介绍。3215提高混凝土强度的措施（1）选用高强度水泥和低水胶比水泥是混凝土中的活性组分，在相同的配合比情况下，所用水泥的强度等级越高，混凝土的强度越高。水灰比是影响混凝土程度的重要因素，试验证明，水胶比增加1，则混凝土强度将下降5，在满足施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，尽可能降低水胶比和提高水泥强度，这对提高混凝土的强度是十分有效的。（2）掺用混凝土外加剂在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，提高混凝土强度；掺入早强剂，可提高混凝土的早期强度。在混凝土中掺入矿物外加剂（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石粉等），可以节约水泥，降低成本；减少环境污染，改善混凝土诸多性能。硅灰的主要化学成分为非晶态的无定型二氧化硅SIO2，一般占90以上。高细度的无定型SIO2具有较高的火山灰活性，即在水泥水化产物氢氧化钙CAOH2的碱性激发下，SIO2能迅速与CAOH2反应，生成水化硅酸钙凝胶CSH，提高混凝土强度并改善混凝土性能（3）采用机械搅拌和机械振动成型。采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使混凝土混合料的颗粒产生振动，降低水泥浆的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合物转入液体状态，在满足施工和易性要求条件下，可减少拌合用水量，降低水胶比。同时，混凝土混合物被振捣后，它的颗粒互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部孔隙大大减少，从而使混凝土的密实度和强度大大提高。（3）采用湿热处理湿热处理可分为蒸汽养护和蒸压养护两类。蒸汽养护就是将成型后的混凝土制品放在100以下的常压蒸汽中进行养护。以加快混凝土强度发展的速度。混凝土经1620H的蒸汽养护后，其强度即可达到标准养护条件下28D强度的7080。蒸压养护混凝土在175温度和8个大气压的蒸压釜中进行养护。主要适用于硅酸盐混凝土拌合物及其制品。322混凝土的变形性能（1）单调短期加载下的变形性能33耐久性能331混凝土耐久性的基本概念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。332混凝土耐久性的主要表征耐久性抗渗性抗冻性抗侵蚀性碳化碱骨料反应（一）抗渗性1、定义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。2、混凝土本质上是一种多孔性材料，混凝土的抗渗性主要与其密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渗水。3、混凝土的抗渗性我国一般采用抗渗等级表示，抗渗等级是按标准试验方法进行试验，用每组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力来表示的。如分为P4、P6、P8、P10、P12五个等级，即相应表示能抵抗04、06、08、10及12MPA的水压力而不渗水。4、影响混凝土抗渗性的主要因素是水灰比，水灰比越大，水分越多，蒸发后留下的孔隙越多，其抗渗性越差。（二）抗冻性1、定义混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。在寒冷地区，特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。2、混凝土冰冻破坏的原因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。3、影响因素混凝土的密实度、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（如掺入引气剂的混凝土）及掺入减水剂、防冻剂等其抗冻性都较高。（三）抗侵蚀性混凝土的侵蚀机理详见第五章水泥石的腐蚀及防治。混凝土的抗侵蚀性与所用水泥的品种、混凝土的密实程度和孔隙特征有关。密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，