8混凝土 介绍

第四章 混凝土

一、 定义：由胶凝材料将粗、细骨料胶结而成的固体材料称为混凝土

二、 分类

1、按胶结材料不同分：水泥~、石膏~、沥青~

2、按表观密度分类：

1）重混凝土：干表观密度大于2600kg/m^3 重晶石、铁矿石或钢屑等作骨料制成，能防辐射

2）普通混凝土：密度在2000~2800之间，采用天然砂、石作骨料制成

3）轻混凝土：密度小于1950，包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土，多用于保温绝热的部位

3、按用途分：结构混凝土、防水~、耐热~、耐酸~、修补~

4、按强度等级分：普通~、高强~、超强~

5、按生产和施工方法分

三、特点

优点：

1、 原材料丰富，成本低

2、 具有石材一般的强度和耐久性，但又优于石材

3、 性能可调

4、 较好的可塑性

5、 整体性强，抗震性高

6、 维修费用低

缺点：

7、 自重大

8、 抗拉强度低，脆性材料

9、 传热快

10、 需养护时间，生产周期长

11、 强度波动因素多

四、对砼的基本要求：

1、各组成材料经拌和后形成的拌合物应具有一定的和易性，以便于施工

2、 混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度

3、 硬化后的混凝土应具有适应其所处环境的耐久性

4、 经济合理，在保证质量的前提下，节约造价

.2 砼的组成材料

普通混凝土是以水泥为胶结材料，以天然砂、石为骨料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化所形成的固体材料

基本组成材料:水泥,水,砂,石

其中砂石起骨架作用,称之为骨料,占大多数

水泥起胶凝,填充,润滑,包裹作用

一、水泥 最重要的材料

1)作用:胶结,润滑,填充,包裹

2)量多,则流浆,且成本提高;量少,则无法成型

3)水泥品种:根据环境,工程不同

选择的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.5~2.0倍为宜

二、骨料：公称粒径大于5mm的为粗骨料（石子），小于5mm的为细骨料（砂子）

砂可分为自然砂和人工砂，自然砂又分为河砂、海砂、山砂

1、含泥量、泥块含量和石粉含量

含泥量是指骨料中公称粒径小于80μm颗粒的含量

泥颗粒极细，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的胶结能力。

2、有害物质含量：影响水泥浆与骨料胶结，腐蚀水泥石等，影响强度

3、坚固性：骨料的坚固性，按标准规定用硫酸钠溶液检验

4、碱活性：砂、石中若含有活性氧化硅或含有粘土的白云石质石灰石，在一定的条件下会与水泥中的碱发生碱-骨料反应，产生膨胀并导致混凝土开裂。

5、级配和粗细程度

颗粒级配:粒级大小不同砂粒相互组配的情况.

粗细:不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度.

用筛分析法测定:

称500克干砂,筛分后,测

筛余量,计算分计筛余,累计筛余

由累计筛余计算细度模数Mx

Mx=(A2+A3+A4+A5+A6-5A1)/(100-A1)

例:

筛孔

尺寸 4.75（mm）2.36（mm） 1.18（mm） 600(um) 300(um) 150(um) ＜150(um)

筛余量（kg）5 25 130 240 60 40 0

分计筛余:1% 5% 26% 48% 12% 8%

累计筛余:1% 6% 32% 80% 92% 100%

A1 A2 A3 A4 A5 A6

Mx=(6+32+80+92+100-5x1)/(100-1)

=3.1

按规范 Mx=3.1~3.7 粗砂

2.3~3.0 中砂

1.6~2.2 细砂

0.7~1.5 特细砂

石的级配分为连续粒级和单粒级两种，筛孔的直径为2.50mm、5.00㎜、10.0㎜、16.0㎜、20.0㎜、25.0㎜、31.5㎜、40.0㎜、50.0㎜、63.0㎜、80.0㎜、100㎜，共12个筛子

合理级配：①粗细颗粒含量适当②空隙小③表面积小④水泥浆用量少⑤和易性好⑥密实度较高，强度高，耐久性好

6、骨料的形状和表面特征

骨料的颗粒形状近似球状或立方体形，砂一般不考虑其形貌，石就必须考虑其针、片状的含量

7、强度：骨料的强度指粗骨料的强度。碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度可用压碎指标值表示

火成岩强度不宜低于80MPa，变质岩强度不宜低于60MPa，水成岩不宜低于45MPa

压碎值指标δa=（m0-m1)/m0×100％

2)砂的含水状态

a,完全干燥

b,气干状态

c,饱和面干,工程中常用状态

d,含水湿润

3)有害物质:

a,含泥量及泥块含量

降低强度,耐久性

b,云母 降低强度耐久性

c,轻物质 强度下降

d,硫化物和硫酸盐 钢筋锈蚀,强度耐久性降低

e,有机质 腐蚀水泥

f,氯盐 腐蚀钢筋

2,粗骨料的有害物质:

a,含泥量及泥块含量

降低强度,耐久性

b,云母 降低强度耐久性

c,轻物质 强度下降

d,硫化物和硫酸盐 钢筋锈蚀,强度耐久性降低

e,有机质 腐蚀水泥

f,氯盐 腐蚀钢筋

g,针片状颗粒含量

三,混凝土用水

基本质量要求：不影响混凝土的凝结和硬化，无损于混凝土强度发展及耐久性，不加快钢筋锈蚀，不引起预应力钢筋脆断，不污染混凝土表面。

凡能饮用的水和清洁的天然水，都可用于混凝土拌制和养护。不能用海水，工业废水须经适当处理

四、 混凝土的外加剂

一,分类:

1. 改善砼拌合物流变性能，减水剂和泵送剂等

2. 调节砼凝结时间,硬化性能，缓凝剂、促凝剂、速凝剂

3. 改善砼耐久性，引气剂、防水剂、阻锈剂、矿物外加剂

4. 改善砼其它性能，膨胀剂、防冻剂、着色剂

二,减水剂:

减水剂可降低达到一定坍落度所需的水量

1、作用机理：表面活性剂的分子由亲水基团和憎水基团两部分组成。在水溶液中加入表面活性剂后，亲水基团指向溶液，而憎水基团指向空气

、非极性液体或固体，作定向排列，组成吸附膜，因此降低了水的表面张力，并降低了水与其他液相或固相之间的界面张力。当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮状结构，该结构中包裹了一部分拌合水，降低了混凝土拌合物的流动性。加入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷。在电性斥力作用下，水泥颗粒分开，从而将絮凝结构内的游离水释放出来。

2、主要种类

①木质素系减水剂②多芳香族磺酸盐系减水剂③水溶性树脂系减水剂④聚羧酸类减水剂

三、引气剂：通过搅拌，在砼拌合物中引入一定量的微小的独立的空气泡，均匀的分布在砼中

主要作用：①改善混凝土拌合物的和易性②降低混凝土的强度③提高混凝土的抗渗性、抗冻性

机理：引气剂的作用发生现在气-液界面。引气剂能显著降低混凝土拌合物中水的表面张力，使水灾搅拌作用下，容易引入空气并形成大量微小的气泡。

四、早强剂:能够加速砼早期强度发展的外加剂

分类：无机、有机、复合

1.氯盐:CaCl2 最早使用,最普遍使用,价低

1)机理:易溶于水,与C3A反应生成不溶性复盐水化氯铝酸钙;

与Ca(OH)2反应生成氧氯化钙

析晶,降低碱度,使C3S水化反应易于进行

2)副作用:

氯盐锈蚀钢筋,应加阻锈剂

后强降低,干缩.徐变增大,抗硫酸盐性变差

3)注意事项:在钢筋混凝土中,掺量不得超过水泥重量

的1%,必须振捣密实,不宜蒸养.

2.硫酸盐Na2SO4

1)机理:

Na2SO4+Ca(OH)2--------CaSO4/NaOH+CAH /H2O-----CASH

增加了固相,并促进C3S.C2S的反应

2)副作用:

增加了NaOH,若骨料中有活性骨料,出现碱骨料破坏

3)注意事项:

严禁使用于含活性骨料得当砼

使用于不允许掺用氯盐的砼

3.三乙醇胺 N(CH2CH2OH)3

非离子型表面活性剂,呈碱性,对钢筋生锈有一定抑制作用

1) 三乙醇胺+NaCl 素砼或普通砼

2) 三乙醇胺+NaCl+NaNO2

3) 三乙醇胺+石膏+NaNO2

大跨度结构.高强砼.预应力钢筋混凝土

五、速凝剂：能使砼迅速凝结的外加剂

常用：无机盐类，主要以NAALO2为主要成分的铝氧熟料+碳酸钠+生石灰

分类：无机盐类（硅酸钠、铝酸钠、磺酸盐）和有机物类（聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羟基胺）

六、缓凝剂：能延缓砼凝结时间，而又不严重影响砼后期强度的外加剂

主要：羟基羧酸盐、多羟基碳水化合物、无机化合物、木质磺酸盐

我国最常用的为木质磺酸钙及糖蜜

缓凝剂的主要作用是延缓混凝土凝结时间和水泥水化热释放速度，多用于大体积

混凝土、泵送及滑模混凝土施工，以及高温炎热气候下远距离运输的商品混凝土。在分层浇灌混凝土时，为防止出现冷缝，也常掺加缓凝剂

七、硅灰:硅灰又称硅粉或硅烟灰，是在冶炼硅铁合金或工业硅时，通过烟道排除的硅蒸汽氧化后，经收尘器收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的产品，色呈浅灰到深灰

效果：①改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性②提高混凝土强度，配制高强超高强混凝土③改善混凝土的孔结构，提高混凝土抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性④抑制碱骨料反应

八、磨细矿渣：①改善混凝土拌合物的和易性②降低水化热的温升③提高混凝土的抗腐蚀能力和耐久性④增长混凝土的后期强度

九、沸石粉①提高混凝土强度，配制高强度混凝土②改善混凝土和易性，配制流态混凝土及泵送混凝土

松香热聚物,松香皂

效果:

1) W减少,增加粘性,减小泌水性,提高砼抗渗性

2) 变形能力增大,使弹性模量降低,砼具有较高的抗裂性和抗冲击性

3) 不易因温湿度剧烈变化①而产生裂缝

4) 空气含量每增加1%,砼的抗压强度下降约5%~6%

注意:严格掌握掺用量Dmax=10mm,掺量不超过7%;Dmax=40mm时,不宜超过4.5%

五.外加剂选择和使用:

1. 根据工程需要、现场的材料和施工条件来选择

2. 掺量的确定：合理，太小，达不到预期效果，过大，不仅造成材料浪费，甚至可能影响混凝土质量

3. 掺加方法:

1）减水剂掺入方法：①先掺法②同掺法③滞水法④后掺法

2）其他外加剂：①早强剂、早强减水剂、防冻剂：含有粉煤灰等不溶物及溶解度较小的早强剂、早强减水剂及防冻剂应以粉剂掺加，并适当延长搅拌时间

含有硫酸钠的粉状早强剂在加入水泥中之前，不得先于潮湿的砂石混合

早强剂和防冻剂配成溶液使用时，应注意充分溶解，为加速溶解可用40~70度热水

②引气剂的掺加方法：引气剂宜配成适当浓度溶液使用，不得采用干掺法及后掺法

③缓凝剂：缓凝剂及缓凝减水剂应配制成适当浓度的溶液加入拌和水中使用。

④膨胀剂：膨胀剂在搅拌过程中与水泥等一起加入，并适当延长搅拌时间

第三节 混凝土的性能

新拌混凝土：新拌混凝土是由混凝土的组成材料拌合而成的尚未凝固的混合物，也称为混凝土拌合物。

新拌混凝土的和易性

一,概念:

指混凝土拌合物易于施工操作并获得质量均匀、成型密实的性能。

包括:

1)流动性:指混凝土拌合物在自重或施工机械（振捣）力作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的性能.(反映稠度,常用坍落度评定)

2)粘聚性:指砼拌合物在施工过程中具有一定粘聚力,使骨料在水泥浆

中均匀分布,而不致产生分层和离析现象的性能.

(反映拌合物的均匀性)

3)保水性:指砼拌合物在施工过程中具有一定保持水分的能力.(反映拌合物的稳定性)

二,和易性的测定:

1,流动性的测定:(坍落度法)

(简述试验过程及注意事项):将搅拌好的混凝土拌合物按一定方法装入圆台形筒内，并按一定方式插捣，待装满刮平后，垂直平稳的向上提起坍落度筒，量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值。

结果分为:干硬性砼:坍落度小于10Mm

塑性砼:10~90mm

流动性砼:100~150mm

大流动性砼：大于160mm

坍落度不低于100mm并用泵送施工的混凝土，称为泵送混凝土。

维勃稠度试验：对于干硬性混凝土拌合物通常采用维勃稠度试验。试验时，将混凝土拌合物按一定方法装入坍落度筒内，按一定方法捣实，待装满刮平后，将坍落度筒垂直向上提起，把透明盘转到混凝土圆台体顶台，开启振动台，并同时用秒表计时，当振动到透明圆盘的底面被水泥浆布满的瞬间停表计时，并关闭振动台，所读秒数即为该混凝土拌合物的维勃稠度值。次方法适用于骨料最大粒径不大于40mm、维勃稠度在5~30s的混凝土拌合物稠度的测定。

2,保水性.粘聚性(根据经验来判断)

三,影响和易性的因素:

1,混凝土拌合物单位用水量:

2、水泥浆的数量:

浆多,流动性大,但易于流浆,粘聚性差,且对强度.耐久性产生一定影响;

浆少,干涩, 易崩塌,粘聚性差

3、水灰比:

W/C 较小,水泥浆较稠,砼拌合物流动性也较小,当W/C小至\值以下,会造成混凝土施工困难.

W/C过大,水泥浆变稀,产生严重离析及泌水现象.

常用W/C=0.40~0.75

4,砂率:指砼内细骨料含量（重量)占骨料总量的百分比。

砂率过大,骨料的空隙率和总表面积增加,在一定数量水泥浆条件下,砼拌合物会显得干稠,流动性减小.

砂率过小,砂浆数量不足,不能保证骨料周围形成足够的砂层

也会降低砼拌合物的流动性,同时还严重影响粘聚性和保水性.

故应选择最佳砂率

5、组成材料特性

6、外加剂

7、温度和时间

新拌混凝土的凝结时间

水灰比越大，时间越长

采用贯入阻力仪测定

二、硬化混凝土的性能

1混凝土的抗压强度：以立方体试件抗压强度作为混凝土强度的特征值。

棱柱体的轴心抗压强度fck=（0.76~0.82）fcu,k

1.150cmX150cmX150cm 标准立方体试件:

标准条件:温度20+-3C,相对湿度90%以上

28天后测得砼立方体抗压强度fcu

2.求砼立方体抗压强度标准值fcu,k

强度保证率为95%

3.划分为C7.5~C60共12个等级

影响因素：

1.

水泥强度等级和水灰比

2.骨料

3.龄期

4、养护

5、其他：外加剂、混合材、湿热处理方式、施工方法

砼的抗拉强度比其抗压强度小得多，一般只有抗压强度的1/10~1/13

混凝土的变形：1、化学缩减：不可恢复收缩,无破坏,但可能有小裂缝. 2、混凝土的干缩湿胀：1)湿胀小,无害;

2)干缩危害较大,耐久性破坏. 3、自收缩 4、温度变形 ： 1)对大体积工程有害

2)原因:内外温差,内外拉应力

3)解决方法:设伸缩缝,设温度钢筋

荷载作用下的变形:

①短期荷载：四个阶段

②长期荷载：徐变:

1)有利:消除钢筋混凝土内应力集中,是应力重新分布,是应力集中缓解;消除大体积工程中温度变形产生应力;

2)不利:使钢筋预加应力受损.

混凝土的耐久性：1、抗渗性：指抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。

2、抗冻性：抵抗冻融循环作用的能力 影响因素:

1) 砼中孔隙大小,构造,数量以及充水程度

2) 环境的温湿度

3) 经历冻融次数

3、抗侵蚀性：环境介质对砼的化学侵蚀有淡水的侵蚀、硫酸盐的侵蚀、海水侵蚀、酸碱侵蚀等

4、混凝土的碳化：是指环境中的C02。，与水泥水化产生的CA(0H)2作用，生成碳酸钙和水，从而使混凝土的碱强度降低的现象。

影响碳化的因素：①水泥品种②水灰比③环境条件

5、混凝土碱骨料的反应：包括碱-硅酸反应和碱-碳酸反应

二,砼破坏的形式

1.水泥石破坏

2.界面破坏

3.骨料破坏.

六.砼与钢筋的粘结强度:

强度来源:砼与钢筋之间的磨擦力;

钢筋与水泥石之间的粘结力;

变形钢筋的表面机械啮合力

八.提高强度因素

1. 采用高标号水泥;

2. 采用W/C小,用水量少的干硬性水泥

3. 采用湿热处理,蒸气养护或蒸压养护

4. 采用机械搅拌.振捣

5. 摻入早强剂或减水剂

6. 可复合使用

混凝土质量控制的目标是要生产出质量合格的混凝土。包括：①混凝土生产前的初步控制，主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整②混凝土生产过程中的控制，包括控制称量、搅拌运输、浇筑、振捣及养护等项内容③混凝土生产后的合格性控制，包括批量划分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限等内容

，

6.8 砼配合比设计

一.配合比设计要求:

①满足结构设计要求的混凝土强度等级②满足施工要求的混凝土拌合物的和易性③满足环境和使用要求的混凝土耐久性④在满足上述要求的前提下降低混凝土的成本

二.砼配合比设计任务 确定比例关系：①水与水泥之间的比例关系，常用水灰比表示②砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示③水泥浆与骨料之间的比例

关系，常用单位用水量表示

三、算料基准

计算1m3混凝土中各材料的用量，以质量计。计算时，以干燥状态时的质量为基准，所谓干燥状态，指细骨料含水率小于0.5%，粗骨料含水率小于0.2%