混凝土基础知识讲座.

武警水电一支队八中队陈国冬混凝土基础知识讲座提纲混凝土的定义、特点及发展趋向混凝土用原材料新拌混凝土性能硬化混凝土性能商品混凝土的施工与商品混凝土有关的问题特种混凝土1.混凝土的定义、特点及发展趋向1.1混凝土的定义☆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”。1、原材料来源丰富2、施工方便3、性能可根据需要设计调整4、抗压强度高5、耐久性好混凝土的优点混凝土的缺点1、自重大2、抗拉强度低，抗裂性差3、收缩变形大1.2混凝土的特点1、高性能混凝土（HPC）要求有高强度等级（fcu≥60Mpa）和良好的工作性、体积稳定性和耐久性。2、绿色高性能混凝土（GHPC）大量使用的矿粉和粉煤灰是符合绿色高性能混凝土技术途径的，也符合我国环境保护和可持续发展的战略要求。3、其它新技术混凝土灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。1.3混凝土的发展趋向2.混凝土用原材料各成分的作用：1、水泥浆能充填砂的空隙，起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性。2、水泥砂浆能充填石子的空隙，起润滑作用，也能流动。3、水泥浆在砼硬化后起胶结作用，将砂石胶结成整体，产生强度，成为坚硬的水泥石。普通混凝土组成材料是水泥、天然砂、石、水、掺合料和外加剂，其组成过程为：水＋水泥＋掺合料→水泥浆＋砂→水泥砂浆＋粗骨料→混凝土。2.1水泥水泥是商品混凝土的最重要原材料之一，也是决定混凝土性能的最重要部分。通用水泥一般有五种，分别是硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。2.2掺合料2.2.1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CaO。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：1、可以提高混凝土的后期强度；2、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；3、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。2.2.1粉煤灰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。在保持混凝土拌合物原有的和易性不变的情况下，可以更多地降低单方用水量，提高强度，降低水泥用量，进一步地降低单方成本。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。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：1、降低了混凝土的水化热；2、可提高混凝土的耐久性，改善混凝土的抗渗性能；3、具有物理辅助减水效果；4、有利于提高混凝土的后期强度；5、改善坍落度损失。2.2.2磨细矿渣骨料（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）。2.3骨料图2-2砂、石表观图1、种类河砂、海砂、江砂、山砂、人工砂等。2、混凝土用砂质量要求一般要求：质地坚实、清洁、有害杂质含量少。2.3.1细骨料（砂）图2-3江砂图2-4河砂砂的颗粒级配是指不同粒径砂颗粒的分布情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为节省水泥和提高混凝土的强度，就应尽量减少砂粒之间的空隙。要减少砂粒之间的空隙，就必须有大小不同的颗粒合理搭配。（粗骨料的颗粒级配也如此。）如下图所示的三种级配，图（a）为单粒级级配，图（c）为连续级配，级配良好。3、砂的颗粒级配1、粗骨料的种类粗骨料为粒径＞4.75mm的岩石颗粒，分为卵石和碎石两类。卵石：光滑少棱角，孔隙率及总表面积小，混凝土拌和物和易性好，水泥用量少，但粘结力差，强度低。碎石：表面较粗糙，多棱角，孔隙率及总表面积大，拌制混凝土时的性能较好，水泥用量多，但粘结力强，强度高。在相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度约高10％左右。2.3.2粗骨料（石）图2-6卵石图2-7碎石骨料的各项性能指标将直接影响到混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：颗粒级配及粗细程度、颗粒形态和表面特征、强度、坚固性、含泥量、泥块含量、有害物质及碱骨料反应等。砂石中常含有一些有害物质，如粘附在砂石表面的粘土、淤泥，妨碍水泥与骨料的粘结，增大用水量，降低混凝土的强度（当含泥量为1—5％时，混凝土的强度降低0—12％；当含泥量超过7％时，混凝土的强度降低达30％以上）、抗冻性和耐磨性，并增大混凝土的干缩。混凝土用砂不能过粗或过细，砂子的粗细程度一般认为细度模量在2.6—2.7时最好。2.3.3骨料的劣质性能对混凝土的影响碎石因生产工艺不同会有数量不等的石粉。这些石粉遇水后包于骨料表面或分散在碎石中，影响碎石与水泥石的粘结力，提高减水剂和水的用量，降低混凝土的强度。图2-8针片状的石子当石子中的针片状含量超标时，使骨料的空隙增加，不仅混凝土拌合物的和易性变差，而且会使混凝土的强度降低。2.3.3骨料的劣质性能对混凝土的影响碎石的粒型均匀，针片状含量少，颗粒级配良好，可以使骨料的堆实程度高，具有较小的空隙率，填充于这些空隙间的水泥砂浆用量就减少，可以有效地降低混凝土的成本。如果碎石的颗粒级配不好，为单粒级或不连续级配，所拌制的混凝土就容易离析，施工性能差，混凝土的强度、耐久性都会降低。2.3.3骨料的劣质性能对混凝土的影响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：1、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：2、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；3、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；4、改善新拌混凝土的可泵性，提高施工速度。2.4外加剂经常使用的减水剂萘系减水剂与聚羧酸减水剂两种。图2-9萘系减水剂图2-10聚羧酸减水剂萘系减水剂是我国目前生产量最大，使用最广的高效减水剂（占减水剂用量的70%以上），其特点是：1、减水率较高（15%～25%），不引气，对凝结时间影响小。2、与水泥适应性相对较好，能与其他各种外加剂复合使用，价格也相对便宜。萘系减水剂常被用于配制大流动性、高强、高性能混凝土。2.4.1萘系减水剂3、单纯掺加萘系减水剂的混凝土坍落度损失较快。为了解决这个问题，通常在减水剂体系中复合一定量的缓凝组分，但是掺加了缓凝组分，一旦掺量偏高，很容易出现混凝土长期不凝结的现象，发生工程事故。另外，萘系减水剂与某些水泥适应性不好，会增加减水剂的用量。2.4.1萘系减水剂聚羧酸盐系高效减水剂与萘系高效减水剂相比，其突出优点主要表现为：1、优良的保塑性能，能够保持混凝土坍落度在1—2h内不损失；2、掺量低，减水率高，其最高减水率可达40％；3、对混凝土的早强及增强效果明显高于其它类型的高效减水剂；4、能够提高抗压、抗弯和抗拉强度；2.4.2聚羧酸减水剂5、大幅提高混凝土耐久性，降低混凝土碱-骨料反应，提高混凝土的抗冻融能力；6、优异的保水性能，掺用该产品后的混凝土，比基础产品混凝土泌水明显减少，且无离析；更容易实现施工作业；7、降低混凝土的单方成本；8、合成中不使用甲醛，对环境不造成污染，属于绿色环保产品。2.4.2聚羧酸减水剂2.5水水是混凝土的主要组成材料之一，水中的某些杂质（如油类、酸、碱、糖、有机杂质等）会影响混凝土的正常凝结时间与硬化，影响混凝土的强度发展和耐久性，加快钢筋的锈蚀，污染混凝土表面，影响表面装饰。水中含泥会增大减水剂、水的用量，增加混凝土的成本；泥粒会妨碍水泥与骨料的粘结，形成混凝土的薄弱环节，降低混凝土的强度。3.新拌混凝土的性能混凝土原材料加水拌合后形成混凝土拌和物，这一拌和物具有一定的流动性、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，逐步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和物通常称为新拌混凝土，凝结硬化以后的混凝土称为硬化混凝土。新拌混凝土的性能包括和易性、凝结时间、含气量、塑性收缩和塑性沉降等。3.1新拌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。新拌混凝土的各种性能常常是相互关联的，过分大的流动性有可能使稳定性降低，就很难保证混凝土的均匀性，容易产生离析、泌水。在提高混凝土的流动性时，混凝土的用水量将会增加，如果不增加胶凝材料用量，将会降低混凝土的强度；如果保证混凝土的强度，增加胶凝材料的用量，混凝土的干缩变形、放热量也会相应增加，容易出现裂缝。3.1新拌混凝土的和易性从混凝土性能的利用时效看，新拌混凝土的工作性能仅仅体现在凝结硬化前的这段时间内，一般只有几小时到十几小时，而硬化混凝土的一些性能通常贯穿着建筑物的整个使用期。从这点看，新拌混凝土的工作性必须服从硬化混凝土性能的需要。为了保证施工质量，新拌混凝土必需具有一定水平的工作性，只要满足施工要求即可，没必要追求大流动度等过高的工作要求，过高的工作要求往往是以牺牲混凝土其他性能为代价的，有百害而无一利。3.1新拌混凝土的和易性图3-1和易性良好的泵送混凝土3.1.2和易性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。图3-3测量坍落度图3-4测量扩展度3.1.3影响混凝土和易性的主要因素1、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。2、浆骨比浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。3、水胶比水胶比即水用量与胶凝材料用量之比。4、砂率砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比。3.1.3影响混凝土和易性的主要因素5、水泥品种及细度6、骨料的品种和粗细程度7、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。8、时间、气候条件3.2混凝土的凝结时间混凝土的凝结时间分初凝和终凝。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。4.硬化混凝土的性能商品混凝土的制备过程和施工过程都将影响硬化混凝土的性能。硬化混凝土的性能很多，包括混凝土的物理性能（密实度与容重、渗透性能、热学性能），力学性能（抗压强度、抗拉强度、多轴强度），变形性能（水泥水化反应而产生的变形、外力作用下的变形、环境因素作用下的变形），耐久性（抗冻融性能、碱-骨料反应、抗化学腐蚀性能、耐高温性能）等等。4.1混凝土的抗压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个强度等级：C7.5、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55；一般把C60以上的混凝土称为高强混凝土。影响混凝土强度