混凝土基础知识

青山站2010年技术培训教材青山站2010年技术培训教材 混凝土基础知识混凝土的历史可以追溯到古老的年代。其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛。1861年钢筋混凝土得到了第一次的应用，首先建造的是水坝、管道和楼板。1875年，法国的一位园艺师蒙耶（1828～1906年）建成了世界上第一座钢筋混凝土桥。20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。第一章混凝土混凝土：是由胶凝材料、状粒材料、水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的一种建筑材料普通混凝土：以水泥为胶凝材料，砂子和石子为骨料，以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”，也就是水泥混凝土，“混凝土”一词通常可简作“砼”,英文“Concrete”。混凝土的分类：(1)按表观密度分类混凝土按表观密度大小不同可分为三类：①重混凝土它是指干表观密度大于2600kg／m的混凝土，通常是采用高密度集料(如重晶石、铁矿石、钢屑等)或同时采用重水泥(如钡水泥、锶水泥等)制成的混凝土。因为它主要用作核能工程的辐射屏蔽结构材料，又称为防辐射混凝土。②普通混凝土它是指干表观密度为2000～2600kg／m的混凝土，通常是以常用水泥为胶凝材料，且以天然砂、石为集料配制而成的混凝土。它是目前土木工程中最常用的水泥混凝土。③轻混凝土它是指干表观密度小于1950ks的混凝土，通常是采用陶粒等轻质多孔的集料，或者不用集料而掺人加气剂或泡沫剂等而形成多孔结构的混凝土。根据其性能与用途的不同又可分为结构用轻混凝土、保温用轻混凝土和结构保温轻混凝土等。(2)按用途分类按混凝土在工程中的用途不同可分为结构混凝土、水工混凝土、海洋混凝土、道路混凝上、防水混凝土、补偿收缩混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土等。(3)按强度等级分类按混凝土的抗压强度可分为低强混凝土、中强混凝土、高强混凝土及超高强混凝土等。(4)按生产和施工方法分类按棍凝土的生产和施工方法不同可分为预拌(商品)混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、挤压混凝土、离心混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土等。此外，按每立方米混凝土中水泥用量(C)分为贫混凝土(C≤170kg／m)和富凝土(C≥230kg／m)。另外，还有掺加其他辅助材料的特种混凝土，如粉煤灰混凝土、纤维棍凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、硅酸盐混凝土等。混凝土的特点优点原材料来源丰富施工方便性能可根据需要设计调整抗压强度高耐久性好缺点自重大抗拉强度低，抗裂性差收缩变形大混凝土的性质混凝土原材料加水拌合后形成混凝土拌合物，其具有一定得流动性、粘聚性和可塑性。随着时间的推移，胶凝材料的反应不断进行，水化产物不断增加，形成凝聚结构。此时混凝土开始凝结硬化，逐渐失去流动性和可塑性，最终形成具有一定强度的水泥石，凝结硬化以前的混凝土拌合物称为新拌混凝土，凝结硬化以后的混凝土称为硬化混凝土。新拌混凝土是在搅拌站形成的，并一直保持到提供给用户以后，因此，新拌混凝土的性能主要是由搅拌站控制的（主要控制其工作性等指标）；硬化混凝土则是在用户处形成的，并经过一系列的操作过程，这些操作过程对硬化混凝土的性能会产生非常大的影响，因此，硬化混凝土的性能则受混凝土搅拌站和施工单位双方控制。普通混凝土的基本要求满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性；满足设计要求的强度等级满足工程所处环境条件所必需的耐久性；经济合理普通混凝土是由水泥、砂、石、水、掺合料和外加剂等材料组成的。第二章混凝土的组成材料一、水泥凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称水泥。按用途及性能分为三大类：①通用水泥。用于一般土木建筑工程，如硅酸盐水泥（以硅酸钙为主要矿物组成的水泥的统称，国际上统称为波特兰水泥，包括普通硅酸盐水泥，矿渣、火山灰质、粉煤灰、混合硅酸盐水泥等）。②专用水泥。用于某种专用工程，如油井水泥、型砂水泥等。③特种水泥。用于对混凝土某些性能有特殊要求的工程，如快硬水泥、水工水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等。水泥的性能必须符合国家标准规定的细度、凝结时间、安定性、强度、比重、水化热、抗渗性、抗冻性、胀缩性、耐热性和耐蚀性等指标。硅酸盐水泥：凡是由硅酸盐为主要成份的熟料、适量石膏、0～70%的不同品种的混合材料，磨细制得的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐系列水泥。硅酸盐水泥熟料化学组成：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。粉煤灰粉煤灰是从燃煤热电厂烟道气体中收集的一种粉状材料，以SiO2和Al2O3为主要成分，含有少量Fe2O3、CaO。粉煤灰根据各项技术指标，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级，相对来说，其中Ⅰ级粉煤灰的性能最优。在混凝土中掺加粉煤灰使混凝土的性能得到以下几个方面的改善：可以提高混凝土的后期强度；在混凝土的用水量不变的情况下，可以起到显著改善混凝土拌合物和易性的效应，增加流动性和粘聚性，还可降低水化热；若保持混凝土拌合物原有的和易性不变，则可减少用水量，起到减水的效果，从而提高混凝土的密实度和强度，增强耐久性。矿粉磨细矿渣（即通常所说的矿粉）是指在高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，通过粉磨所得到的一种粉状材料，主要化学组成为CaO、SiO2、Al2O3。在混凝土中掺加磨细矿渣使混凝土的性能得到以下几个方面的改善：降低了混凝土的水化热；可提高混凝土的耐久性，改善混凝土的抗渗性能；具有物理辅助减水效果；有利于提高混凝土的后期强度；改善坍落度损失。骨料骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的60～80％，根据粒径大小分为粗骨料（粒径＞4.75mm）和细骨料（粒径为0.15～4.75mm）。外加剂减水剂是最常用的一类化学外加剂，在混凝土中使用减水剂主要有以下几个作用：在保持用水量不变的情况下，改善新拌混凝土的工作度，提高流动性：在保持新拌混凝土工作度不变的情况下，减少用水量，以提高混凝土的强度；在保持新拌混凝土一定强度前提情况下，减少水泥用量，以改善硬化混凝土的体积稳定性，提高抗裂性；改善新拌混凝土的可泵性，提高施工速度。拌合用水水是胶凝材料水化反应的反应物水是混凝土流动性的调节组分水是各组分运动的载体水是产生膨胀的源泉第三章混凝土的和易性普通混凝土的和易性新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。和易性的测定方法通常是以测定拌合物的流动性来评定和易性，而粘聚性和保水性主要通过观察的方法进行评定。目前，最常用的方法为坍落度法。离析和泌水离析：指混合料各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。混凝土中颗粒运动公式：V颗粒=2r2g(ρ-ρ)/9η 颗粒 颗粒 液 液结论：颗粒的运动速度与颗粒粒径的平方及颗粒与液体的密度差成正比；与液体的粘度成反比三个层次的分离：泌水、浮浆、粗骨料离析。影响混凝土和易性的主要因素单位用水量单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大，但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，易产生泌水分层离析，从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。浆骨比浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。水胶比水胶比即水用量与胶凝材料用量之砂率砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比。水泥品种及细度骨料的品种和粗细程度外加剂一般来说，混凝土的流动度随着减水剂用量的增加而增大，但每种减水剂都有一个最佳掺量，减水剂的作用在此时达到极限，继续增大掺量，流动度不再增大，甚至还有可能减小。所以要通过试验来确定最佳掺量，不可盲目地超量使用减水剂。时间、气候条件混凝土和易性调整原则当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量。但水泥浆用量过多，则混凝土成本提高，且将增大混凝土的收缩和水化热等。混凝土的粘聚性和保水性也可能下降。当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量。改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大。掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。尽可能选用最优砂率。当粘聚性不足时可适当增大砂率六、新拌混凝土的凝结时间初凝：指混凝土加水至失去塑性所经历的时间，亦即表示施工操作的时间极限。终凝：指混凝土加水到产生强度所经历时间。初凝时间希望适当长，以便于施工操作；终凝与初凝的时间差则越短越好。混凝土初凝时间一般在2-4h，加了缓凝剂可以达到6-8h；一般商品混凝土终凝时间控制要求在12-16h。这是最保守的设计时间七、新拌混凝土的坍落度损失新拌混凝土的流动性随着时间的变化而逐渐降低，这是混凝土水化硬化的必然过程，普通商品混凝土的流动性指标用坍落度来评价，因此，也常用坍落度损失来表征商品混凝土流动性依时性变化。混凝土坍落度损失原因外加剂作用的减退；混凝土中自由水的损失；混凝土含气量的降低；较多水化产物的形成减小新拌混凝土坍落度损失的措施选择相适应的胶凝材料-外加剂体系；延缓胶凝材料的水化对骨料进行预湿处理；增强混凝土的保水能力；控制混凝土中不稳定气泡的含量；掺入一定数量的矿物外加剂。第四章硬化混凝土的性能强度抗压强度是硬化混凝土性能的主要指标，是指按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》规定，将混凝土拌合物制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20±2℃，相对湿度95％以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度)。普通混凝土划分为十二个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60；一般把C60及以上的混凝土称为高强混凝土。影响的强度因素水泥强度和水灰比骨料的影响龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。养护条件混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和湿度。混凝土强度试件制作及养护要求按照标准要求对出场前的砼取样；对取来的砼拌合均匀；按照标准要求采取成型方式：人工插捣或振动台振实成型；在20±5℃的条件下静止24~48小时；拆模后立即放入标准养护室养护或同条件养护。变形性能化学收缩湿胀干缩温度变形徐变：混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。耐久性抗渗性2、抗冻性抗侵蚀性碱骨料反应第五章混凝土的质量波动原材料的质量波动砂细度模数和级配的波动；粗骨料最大粒径和级配的波动；骨料含泥量的波动；4、骨料含水量的波动；胶凝材料质量的波动；外加剂质量的波动（如液体材料的含固量、减水剂的减水率等）。施工养护引起的质量波动混凝土的质量波动与施工养护有着十分紧密的关系。如混凝土搅拌时间长短；2.计量时未根据砂石含水量变动及时调整配合比；3.运输时间过长引起分层、析水；4.振捣时间过长或不足；5.浇水养护时间，或者未能根据气温和湿度变化及时调整保温保湿措施等等。试验条件变化引起的质量波动试验条件的变化主要指：取样代表性；成型质量（特别是不同人员操作时）；试件的养护条件变化；试验机自身误差；试验人员操作的熟练程度等。第六章普通混凝土的质量控制了解和把握工程需求信息混凝土的强度等级；混凝土的工作性要求；混凝土的抗渗、抗裂性；混凝土的耐久性；施工部位、结构及工艺要求；天气状况。对进场原材料的质量控制进场骨料检测测含泥量、颗粒级配等指标进场胶凝材料按批次取样，检测强度、活性、适应性等指标；进场减水剂固含量、减水率及适应性等进场其他材料的复检。三、生产过程中的质量控制掌握设备计量状态是否满足标准要求；根据施工部位的要求及材料性能状况，出具合理的施工配合比；按照施工配合比开盘生产；混凝土出场前抽样检测是否满足设计要求；混凝土入泵前工作性监测；浇注成型后的混凝土的养护工作。第七章混凝土试块制作做好混凝土试块的重要性混凝土试块制作的好坏，在某种意义上讲，决定着一个工程能否顺利移交给业主单位。现在的项目都是采用预拌混凝土，相对自拌混凝土来说，质量的可靠性大大提高。如果制作的混凝土试块不合格（偏低或过高都不符合要求），将要进行回弹或钻芯取样。如果回弹或钻芯取样结果满足要求，一则浪费金钱，二则需要花费很大的精力去处理这样的事情，给工作带来很大的压力。因此，做好混凝土试块也就变的尤为重要。制作混凝土试块的基本操作程序通过认真学习《预拌混凝土》、《混凝土结构工程质量验收规范》、《普通混凝土力学性能试验方法》等相关规范、