混凝土基础知识及配合比设计__讲义(修改后)

1混凝土基础知识及配合比设计一、砼的基本知识1．混凝土定义及原材料组份a．混凝土基本定义：广义上说，由胶凝材料、粗、细骨料、水及某些掺合料和外加剂按适当比例配合，经拌合、成型、硬化而成的人造石材，叫做混凝土。b．普通混凝土原材料组份：现代普通混凝土的原材料组份，包括如下六种，即胶凝材料（水泥等）、粗骨料（碎石、卵石等）、细骨料（河砂等）、水、掺合料（粉煤灰、矿粉等）、外加剂。2．砼的基本特性a．抗压强度高，但抗拉强度小。b．可与钢筋做成钢筋砼，用于建筑工程等方面的承重构件，如房屋梁、板、基础、桥梁骨架等。c．强度随龄期不断增长，一般28天可达到总强度90%以上，故建筑工程中，国家规定以28天龄期抗压强度作为划分砼等级的指标。但实际上砼在三年以后，甚至更长时间其强度仍在增长。不过，在工程设计上不能以砼的后期强度作为设计依据，但水工建筑如大坝等，允许以60天或90天的抗压强度作为设计依据。d．砼硬化前，可塑造成任何形状，但一旦硬化之后，就定形了。因此，砼拌合物必须在硬化之前就浇筑入模。初凝：＞2～3小时砼硬化分两个阶段终凝：＞10～12小时手工拌制：拌至均匀为原则3．砼制作方法机械搅拌：一般不少于2分钟，但视机型而异。（商品砼亦属于机械搅拌，但因系采用双卧轴强制搅拌，其搅拌时间仅30秒左右。）人工扦捣—铁杆或木、竹杆4．砼浇筑方式插入式震动成型平台式5．砼的分级及代号按国家标准分12个等级，代号为C（concrete），即从C7.5～C60,高于C60叫高强砼,不在分级之列。二、砼分类及发展历史1、砼发展历史砼生产与应用已有一百多年历史，1824年世界上首先出现水泥—波特兰水泥，水泥的出现，有力的促进了砼的发展。1850年法国朗波特首先发明钢筋混凝土，并首先做成钢筋砼船。（加钢筋网增强，弥补抗拉、抗2折强度低不足）1887年科伦，首先发表钢筋砼的计算方法，为钢筋砼发展起了较大的促进作用。随着水泥工业的不断发展，近百年来特别是五、六十年砼的生产、应用非常迅猛。在解放初期砼标号达到200号就算高标号，300号砼（相当于C30）还极少见，而到了80年代末及90年代，已可制作C50、C60的砼，而常用的则为C20～C40，现在在试验室已可配制C100特高强砼。2.砼分类(1)按胶结材料分类a．水泥砼b．石羔砼c．石灰砼d．沥青砼e．水玻璃砼f．碱矿碴砼g．聚合物水泥砼h．树脂砼I．硫磺砼（2）按集料分类a．重集料砼：集料为钢球、铁矿石、重晶石等。（可防辐射）b．普通集料砼：天然砂、石c．轻集料砼：天然或人造轻集料d．细集料的大孔砼e．无粗集料的细颗料砼，如钢丝网水泥结构（3）按用途分类a．普通砼（又称结构砼）。要求具有足够的强度和耐久性要求；b．水工砼。要求具有密实性、抗渗性、抗冻性和抗地热性等要求；c．海工砼。要求具有足够的密实性、抗渗性、抗蚀性及干缩性小等要求；d．道路砼要求具有高抗磨性、高抗折强度、以及抗冲击性、抗冻性和干缩性小等要求；e．有特殊使用要求的砼，又可分为：①抗渗砼：抗渗等级≥P6级的砼(抗渗等级分P2、P4、P6、P8、P10、P12共六个等级)。②抗冻砼：抗冻等级≥F50级的砼（以28天试块做冻融循环试验,以强度降低≯25%、质量损失≯5%的最大冻融循环次数来确定耐冻性标号。）。③耐热砼：要求耐热温度350～1700℃④耐酸砼：要求能耐酸碱腐蚀⑤防辐射砼：要求能抗X射线或钴辐射等⑥自应力砼及补偿收缩砼⑦大体积砼：砼结构实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起砼内外温差过大而导致裂缝的砼。在实际工程建设中，还有其它他有特殊施工要求的砼，不再细列。（4）按施工工艺分类3a．普通现浇砼b．喷射砼c．泵送砼d．灌浆砼现浇类e．真空吸水砼f．自密实砼g．碾压砼h．挤压砼预制类I．离心砼（5）按配筋方式分类a、无筋(素)砼b、钢筋砼c、丝网砼d、纤维砼（包括纤维砼、碳纤维砼、玻璃丝砼）e、预应力砼（包括先张法预应力砼、后张法预应力砼）（6）按拌合物流动度分类a、塑性砼L＝30-70mmb、半干硬砼L＝0-20mmc、干硬砼L＝0d、流动性砼L＝100-150mme、大流动性砼L≥160mm三、砼组成原材料的基本常识1、水泥（1）水泥发明史水泥的出现，只有100多年的历史，最早是英国人佛罗斯特（Frost）于1822年发明的，1824年英国人阿斯普丁（JosephAspdin）以粘土和石灰配料烧结后细磨成水泥，现世界上以1824年作为水泥发明年，因其颜色像英国波特兰岛上的岩石，故命名为波特兰水泥。1930年，波特兰水泥更名为现在的硅酸盐水泥。我国于1952年正式把波特兰水泥更名为硅酸盐水泥。（2）水泥的分类到目前为止，水泥的种类和规格已达到几十种之多，但常用和大量用的主要有：P•Ⅰ不掺硅酸盐水泥P•Ⅱ掺≤5%粒化高炉矿渣普通硅酸盐水泥P•O掺＞5%,且≤20%混合材料4矿渣硅酸盐水泥P•S•A掺＞20%,且≤50%粒化高炉矿渣；矿渣硅酸盐水泥P•S•B掺＞50%,且≤70%粒化高炉矿渣；火山灰硅酸盐水泥P•P掺＞20%,且≤40%火山灰质混合材；粉煤灰硅酸盐水泥P•F掺＞20%,且≤40%粉煤灰；复合硅酸盐水泥P•C掺两种以上的活性混合材料总量＞20%,且≤50%（3）水泥标号按国家最新标准,从32.5～62.5R共八个等级，详见如下：纯熟料＋石羔＝100g，P•Ⅰ42.5、42.5R掺≤5%的矿渣52.5、52.5R共六个等级P•Ⅱ62.5、62.5R（GB-175-2007）或掺≤5%的石灰石活性混合材最大42.5、42.5R掺量不超过20%P•O共四个等级52.5、52.5R（GB-175-2007）32.5、32.5R矿渣掺合量P•S•A42.5、42.5R共六个等级＞20，且≤50%52.5、52.5R（GB-175-2007）32.5、32.5R矿渣掺合量P•S•B42.5、42.5R共六个等级＞50，且≤70%52.5、52.5R（GB-175-2007）32.5、32.5R火山灰掺合量P•P42.5、42.5R共六个等级＞20%,且≤40%52.5、52.5R（GB-175-2007）32.5、32.5R混合材料总掺量P•C42.5、42.5R共六个等级＞20%,且≤50%52.5、52.5R（GB-175-2007）532.5、32.5R粉煤灰总掺量P•F42.5、42.5R共六个等级＞20%,且≤40%52.5、52.5R（GB-175-2007）（4）常用水泥的基本性能及用途P•Ⅰ、P•Ⅱ及P•O：早期强度高，硬化快，28天基本成型，常用于建筑工程地下及地面上结构物，但不适用于高温蒸汽养护。抗冻、耐磨、抗水性差，P•Ⅰ、P•Ⅱ水化热高，不宜用于大体积工程。P•S、P•P、P•F、P•C：早期强度低、强度渐长慢，但后期强度高，90天及一年以后强度仍在增长，适合地下、水利及大体积砼工程。抗冻性差、保水性差。其中P•C水泥较其他有较高的早期强度。（5）除六大品种常用水泥外，还有专用及特种水泥，主要有：高铝水泥（也叫硫铝酸盐水泥或是矾土水泥）道路水泥膨胀水泥白色硅酸盐水泥彩色硅酸盐水泥砌筑水泥自应力水泥喷射水泥水玻璃耐酸水泥碱矿渣水泥（标号可达到270MPa）低热矿渣硅酸盐水泥超细水泥（6）水泥生产方式及生产概况干法回转窑回转窑（旋窑）预分解窑湿法回转窑主要有两大类机立窑立窑已逐渐淘汰并限制发展土立窑立窑与旋窑生产的最大的差别，主要体现生产能耗及产品质量上，立窑水泥由于生产工艺落后，产品质量不稳定，生产能耗高（每Kg水泥熟料的生产能耗一般在0.15～0.17Kg标煤左右）；旋窑水泥，由于生产工艺先进，产品质量比较稳定，每Kg熟料生产能耗一般在0.1～0.12Kg标煤左右，甚至更低。预拌混凝土企业，应选用旋窑水泥，主要是基于旋窑水泥质量比较稳定，有利于预拌混凝土企业的质量管理。62、砂（1）砂的分类砂的细度模数划分，一般可分为粗砂、中砂、细砂三大类，即粗砂细度模量3.1～3.7中砂细度模量2.3～3.0细砂细度模量1.6～2.2细度模量小于1.6的叫特细砂，砼中很少采用特细砂（2）砂的颗粒级配按普通混凝土用砂的国家标准GB14684-2001，砂的颗粒级配应符合下表要求天然砂的颗粒级配区表Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区5.00mm10～010～010～02．50mm35～525～015～01.25mm65～3550～1025～0630m85～7170～4140～16315m95～8092～7085～55160m100～90100～90100～90[注]①.配制砼宜选用Ⅱ区砂；②.泵送砼宜选用中砂。3、石子（碎石、卵石）用于砼的石子（碎石、卵石），国家标准GB14685-2001都有详细的要求，主要包括颗粒级配、含泥量、针片状含量、有害物质、坚固性、抗压强度（包括岩石的抗压强度或压碎指标）、表观密度、空隙率等，这里不作细述。但有一点必须特别强调的就是关于砼的碱集料反应问题。（1）所谓碱集料反应，就是指碎石中含有活性SiO2，它会与水泥水化后产生的NaOH反应，生成硅酸钠凝胶，其反应式如下：2NaOH+SiO2H2ONaSiO2+nH2O级配区累计筛余%公称粒径7（2）砼发生碱——集料反应的三个基本条件a、水泥中的含碱量（Na2O+0.658K2O）超过0.6%；b、集料为活性集料，且活性硅含量超过1%；C、砼处理潮湿环境（湿度＞80～85%）；只有符合以上三个基本条件（缺一不可）才能导致碱——集料反应。（3）碱集料反应的危害：砼中碱集料反应是一个缓慢的过程，有的两年，有的甚至五年或更长时间，但是这种反应一旦发生，将造成严重危害，并且是无法弥补的。这是因为反应生成的硅酸钠凝胶吸水后体积膨胀约三倍，从而导致砼开裂，使砼结构失去承载能力而坍塌。4、活性掺合料（1）活性掺合料的主要品种及质量要求混凝土常用的活性掺合料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉两种，现分述如下：a、粉煤灰粉煤灰国外叫做飞灰（flyash）它是火力发电厂粉煤炉高温燃烧后，经收尘器收集的微粉，粒径一般在10～300m之间，按收集方式不同，它又分湿排灰和干排灰两种，现代混凝土工程中用的掺合料主要为干排灰。目前国家已经制定了专用于建筑工程的粉煤灰质量标准，叫做《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005，按该标准，粉煤灰共Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级。标准中对粉煤灰的烧失量、活性指标、吸水量比等都作出了明确规定。当前在混凝土工程上用得较多的是Ⅱ级粉煤灰。b磨细矿渣粉磨细矿渣粉是炼铁炉渣经水溶后冷却磨细得到的细粉，它比粉煤灰且有更高的活性，目前国家对磨细矿渣粉亦颁布了质量标准，叫做《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2008（修订版）。其分类按比表面积的大小划分，可分为S75、S95、S105三个等级，其相对应的比表面积分别为S75（≥300m2/kg）、S95（≥400m2/kg）、S105（≥500m2/kg）。磨细矿渣粉按磨细工艺之不同，可分为立磨磨细矿渣粉和球磨磨细矿渣粉两种，不过这只是磨细工艺的两种方式，对于用户来说，人们往往不去追究其磨细工艺，但从理论讲，立磨磨细矿渣粉，由于矿粉的外形具有棱角，不像球磨磨细矿渣粉那样圆滑，故一般认为立磨磨细矿渣粉在混凝土中有更好的结合力。磨细矿渣粉，当前在预拌混凝土中已用得比较普遍，它的最大优点是，像S95矿粉大致可1：1取代水泥，因而预拌混凝土生产企业来说，意味着可以获得较好的经济效益。8（2）活性掺合料应用中的若干问题：a、粉煤灰粉煤灰虽然是属于活性掺合料，但它的活性较低，它之所以具有活性，主要是靠其中的活性SiO2与水泥水化后的Ca(OH)2化合生成水化硅酸盐钙凝胶而产生强度，但是这种化学反应在混凝土浇筑后早期进行得非常缓慢，它只有到了混凝土的28天龄期，或是更长的时间，才能充分显示出来，因此，掺合料粉煤灰的混凝土早期抗压强度比较低，特别是当环境温度较低（低于5℃以下），其早期抗压强度将更低。对此，我们必须要有充分的认识，当然另一方面，粉煤灰的掺入，对砼亦有其有利的一面，这就是它可