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铁岭市建筑设计院监理员培训讲座1铁岭市建筑设计院监理员培训讲义混凝土工程主讲人：王稔实2010年1月3日铁岭市建筑设计院监理员培训讲座2混凝土工程第一章概论一、混凝土的概念混凝土是由胶凝材料、骨料及其他外加材料按适当比例配制，在经硬化而成的人工石材。简写成“砼”。其中应用最广的是以水泥为胶凝材料，以砂石骨料，加水拌合而成的拌合物，经一定时间硬化而成的水泥混凝土——普通混凝土。二、混凝土分类混凝土按胶凝材料分为水泥混凝土、石膏混凝土和沥青混凝土等。水泥混凝土主要用于建筑结构工程，沥青混凝土主要用作路面材料。（一）按表观密度ρ。分为：1、轻混凝土（ρ。1900）广泛用于高层建筑，大跨度桥梁及高强预制构件等。包括：1）轻骨料混凝土2）多孔混凝土3）大孔混凝土2、普通混凝土（ρ=2000~2500）：各种承重结构3、重混凝土（ρ。2600）：用于原子能工程的屏蔽材料（二）按强度分为：1、普通混凝土（抗压强度60MPa）2、高强混凝土（抗压强度60MPa）3、超高强混凝土（抗压强度80MPa）铁岭市建筑设计院监理员培训讲座3（三）按成型或施工工艺分为：1、现浇混凝土2、预拌混凝土3、灌浆混凝土4、喷射混凝土（凝结硬化之前叫什么？新拌混凝土或混凝土拌合物）三、硬化原理：水泥加水，生产水化反应。一种化学变化。生成硅酸盐的化合物和凝胶，同时放出热量。形成晶体结构，具有很高的强度。最终结果是将散状的砂石颗粒紧紧粘在一起，形成共同承受外力的整体。铁岭市建筑设计院监理员培训讲座4第二章组成材料第一节通用硅酸盐水泥按主要水硬性物质名称又可分为硅酸盐水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥等。建筑工程中应用最广的是通用硅酸盐水泥。通用硅酸盐水泥组成成分（表一）品种代号组分熟料+石膏粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥P.I100————P.II≥95≤5———≥95———≤5普通硅酸盐水泥P.O≥80且955且≤20a矿渣硅酸盐水泥P.S.A≥50且8020且≤50b———P.S.B≥30且5050且≤70b火山灰质硅酸盐水泥P.P≥60且80—20且≤40c——粉煤灰硅酸盐水泥P.F≥60且80——20且≤40d—复合硅酸盐水泥P.C≥50且8020且≤50ea本组分材料为符合本标准5.2.3的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准5.2.4的非活性混合材料或不超过水泥质量5%且复合本标准5.2.5的窑灰代替。b本组分材料为符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本标准第5.2.5条的窑灰中的任一中材料代替。c本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。d本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或/和符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准第5.2.5条的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。铁岭市建筑设计院监理员培训讲座5一、硅酸盐水泥生产工艺流程硅酸盐水泥：用适当成分的生料，烧至部分熔融，以所得硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶结材料，称为硅酸盐水泥。石灰石粘土铁粉按比例混合磨细生料煅烧1450℃熟料水泥石膏生产工艺流程图二、水泥的化学成分水泥熟料四种主要化学成分控制如下范围：CaO——64~67%SiO——21~24%Al2O3——4~7%Fe2O3——2~5%硅酸盐水泥主要成分：硅酸盐三钙3CaO.SiO2C3S硅酸盐二钙2CaO.SiO2C2S铝酸盐三钙3CaO.Al2O3C3A铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF铁岭市建筑设计院监理员培训讲座6硅酸三钙约占1/2，硅酸二钙占1/4，另外两种占1/4。由于硅酸盐约占75%以上，所以称之为硅酸盐水泥。三、几种成分化学特性上述几种熟料矿物在单独与水作用是所表现的特性如下：1、硅酸三钙C3S硅酸三钙时硅酸盐水泥熟料中的主要矿物成分，遇水时水化反应速度快，水化热大。凝结硬化快，其水化产物表现为早期强度高。硅酸三钙时主要赋予硅酸盐水泥早期强度的产物。2、硅酸二钙C2S硅酸二钙时硅酸盐水泥中的饿主要矿物。遇水时水化反应速度慢，水化热很低，其水化产物表现为早期强度底二后期强度增进较高。硅酸二钙时决定硅酸盐水泥后期强度的矿物。3、铝酸三钙C3A铝酸三钙在硅酸盐水泥中的含量一般为7~15%，遇水时水化反应极快，水化热很大，水化产物的强度很低。铝酸三钙主要影响硅酸盐水泥的凝结时间，同时也是水化热的主要来源。由于在煅烧过程中，铝酸三钙的熔融物是生成硅酸三钙的基因，故被列为“熔煤矿物”。4、铁铝酸四钙C4AF铁铝酸四钙在硅酸盐水泥中的含量为10~18%，遇水时水化反应速度快，水化热底。水化产物的轻度也很低。由于在煅烧熔融阶段有助于硅酸三钙的生成。同样属于“熔煤矿物”。由此可知，这几种熟料矿物在与水单独作用时，所表现出的性能是铁岭市建筑设计院监理员培训讲座7不同的。硅酸盐水泥能具有的许多技术性能，主要是水泥熟料中几种矿物进行水化作用的结果。改变熟料矿物成分间的比例。水泥的技术性能会随之而变化。例如提高硅酸三钙、硅酸二钙的含量，可以制得具有快硬性的水泥；降低铝酸三钙的含量，提高硅酸二钙的含量，可制得水化热第的大坝水泥。四．硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体，而后逐渐变失去塑性，这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝，由初凝到终凝的过程为凝结。终凝后强度逐渐提高并变成坚固的石状物体——水泥石，这一过程为硬化。水泥的凝结硬化过程大致可分为如下三个阶段：1.溶解期水泥与水调和后，其几种主要矿物即发生化学反应，生产水化物。某些水化物之间还会再一次发生反应，形成新的水化物。四种矿物的水化反应及主要水化物如下：硅酸三钙水化反应较快，生产水化硅酸钙及氢氧化钙：2（3CaO.SiO2）+6H2O=3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2由于氢氧化钙的生产，使溶液迅速饱和，此后各矿物的水化都是在这种石灰饱和溶液中进行的。硅酸二钙水化反应较慢。生产水化硅酸钙和氢氧化钙：2（2CaO.SiO2）+4H2O=3CaO.SiO2.3H2O+Ca(OH)2；铁岭市建筑设计院监理员培训讲座8铝酸三钙水化反应最快，生成水化铝酸钙：3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O；铁铝酸四钙加水后，较快地生成水化铝酸钙及水化铁酸钙。4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O=3CaO.Al2O3.6H2O=CaO.Fe2O3.H2O；另外：掺入的石膏与部分水化铝酸钙反应，生产难容的水化硫铝酸钙，以针状结晶析出，这些水化硫铝酸钙的存在，延缓了水泥的凝结时间，其化学反应式如下：3CaO+Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O=3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O)综上所述，硅酸盐水泥在溶解期内，经水化反应后生产了以下五种主要的水化物：水化硅酸钙，水化铝酸钙、氢氧化钙、水化铁酸钙和水化硫铝酸钙。这些水化物的综合效果，决定了水泥石的凝结硬化过程所具有的性能。2.凝结期经过溶解期后，溶液已达到饱和，水继续与水泥颗粒，作用而形成的水化物已不能再溶解，他们根据各自的溶解度和结构形式的不同，先后以胶体状态析出，最后发展称为网状凝结构的凝胶体，随着凝胶体的逐渐变调，水泥浆慢慢失去塑性，从而表现为水泥的凝结。3.硬化期由于凝胶体的形成以及发展，使水泥的水化工作越来越困难，因此在凝结后，水泥中还存在有大量未完成水化的颗粒，他们吸收凝胶体内的水分继续进行水化作用，使凝胶体由于谁饭渐渐干固、脱水，而趋于紧密。同时氢氧化钙及水化铝酸钙也由胶质状态转化为稳定的结晶状态。随着结铁岭市建筑设计院监理员培训讲座9晶体的增生和凝胶体的紧密，两者相互结合，使水泥硬化并不断增长强度。总之，水泥的凝结，硬化过程，是一个长期而复杂的，交错进行的，物理化学变化过程。五、影响凝结硬化的因素。主要有以下几个方面：1.矿物组成：矿物成分影响水泥的凝结硬化，组成的矿物不同，使水泥具有不同的水化特性，其强度的发展规律也必然不同。2.水泥细度：水泥颗粒的粗细影响着水化的快慢。同样质量的水泥，其颗粒越细。总表面积越大，越容易水化，凝结硬化越快；其颗粒越粗时，表现则相反。3.用水量：拌合水的用量，影响着水泥的凝结硬化。加水太多，水化固然进行得充分，但水化物间加大了距离，减弱了彼此间的作用力，延缓了凝结硬化；再者，硬化后多余的水蒸发，会留下较多的孔隙而降低水泥石的轻度。因此，适宜的加水量，可使水泥充分水化，加快凝结硬化，并能减少多余水分蒸发所留下的孔隙。同时，由于水化物结合水减少，结晶过程受到抑制二形成更紧密的结构。所以在工程中，减少水灰比时提高水泥制品强度的一项有利措施。4.温湿度：温度和湿度，时保障水泥水化和凝结硬化的重要外界条件。必须在高温环境下，才能维持水泥的水化用水，如果处于干燥环境下，强度会过早停滞，并不再增长。因此，水泥制品成型凝结后，要加强湿度养护，持别时早期的养护。一般地说，温度越高，水泥的水化反应越快。当处于0℃以下的环境，凝结硬化完全停止。因此在保障温度的同时，又要有适当的温度，水泥石的强度才能不断增长。因此，通常对水泥制品铁岭市建筑设计院监理员培训讲座10多采用，蒸汽养护的措施。5.石膏掺量：石膏掺入水泥中的目的主要是延缓水泥浆的凝结速度，若过量会引起水泥石的膨胀破坏，因此应严格控制。一般情况下，石膏的掺量应占水泥总量的3~5%。六、通用硅酸盐水泥的主要技术性质1、强度等级：硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。普通硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥。复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。2、化学指标（表二）品种代号不溶物（质量分数）烧失量（质量分数）三氧化硫（质量分数）氧化镁（质量分数）氯离子（质量分数）硅酸盐水泥P·Ⅰ≤0.75≤3.0≤3.5≤5.0a≤0.06cP·Ⅱ≤1.50≤3.5普通硅酸盐水泥P·O—≤5.0矿渣硅酸盐水泥P·S·A——≤4.0≤6.0bP·S·B———火山灰质硅酸盐水泥P·P——≤3.5≤6.0b粉煤灰硅酸盐水泥P·F——复合硅酸盐水泥P·C——铁岭市建筑设计院监理员培训讲座11a如果水泥压蒸试验合格，则水泥中氧化镁的含量（质量分数）允许放宽至6.0%。b如果水泥中氧化镁的含量（质量分数）大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。c当有更低要求时，该指标由买卖双方协商确定。3、细度细度指水泥颗粒的粗细程度。细度对水泥的凝结硬化熟读，强度，需水性及硬化收缩等均有影响。成分相同的水泥，颗粒越细，与水起反应的表面积越大。则凝结硬化速度越快，早期强度越高。但细小颗粒粉磨时，能量消耗较大，故成本较高。而且拌合水用量增大，在空气中硬化后体积收缩率大。一般认为，水泥的水化速度及强度。主要取决于小于40微米的各种粒级的颗粒。国家规定：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示，不小于300m³/kg;矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示80µm方孔筛筛余不大于10%或45mm方孔筛筛余不大于30%（1µm=1/1000mm）。4、标准稠度用水量。标准稠度用水量时指水泥净浆达到标准稠度时，所需要的拌合水量占水泥质量的百分率。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在23~30%之间。5、凝结时间凝结时间是指水泥加水拌合开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态能需要的时间。水泥的凝结时间，通常分为初凝时间和终凝时间。初凝时间时从水铁岭市建筑设计院监理员培训讲座12