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1海螺集团混凝土基础知识及常见问题分析2培训材料之一第一章混凝土基础知识简介一.混凝土的定义与发展过程在所有现代建筑材料中，可以说砼是最古老、用量最大、用途最广的材料之一。无论是超高层的摩天大楼，或是深层的地下建筑；从陆地到江河、海洋，从几千度的高温工程到零下170度低温工程，从几千万立方的大坝到几克的特种材料都有混凝土的应用。随着科学技术的不断发展和混凝土在性能及制造工艺方面诸多优点，混凝土不仅被广泛应用于工业与民用建筑，还大量用于铁路、公路、桥梁、隧道及各种水下、海洋及其它特殊工程，成为现代土木工程不可缺少的工程材料。各国专家都预计在新的世纪及以后更远的年代，混凝土都仍然是各种工程的主要建筑材料，并将沿着轻质、高强、多功能方面发展。在本世纪里，混凝土用量将更大，也有人预测全世界混凝土每年的消耗量将达到150—170亿吨。即然混凝土如此普及，那么何为混凝土呢？广义上讲，混凝土就是由水泥、石灰、石膏等无机胶结料和水，或沥青、树脂等有机结料的胶状物与集料按一定比例配合、搅拌，并在一定温湿度条件下养护硬化而成的一种复合材料。其实，在几千年前，我国人民就开始用砂、土、石灰和石子建造了闻名于世的万里长城。罗马人在很早也曾使用石灰、砂土和石子配制成砼，建造了万神庙、斗兽场的巨大墙体，这些都是石灰类砼。它的强度一般都不高。直到1824年波特兰水泥的出现，使混凝土的强度及其它性能有了很大程度的提高，因而使混凝土的应用有了飞跃性的发展。1850年法国人朗波发明用钢筋加强混凝土，并首次制成钢筋混凝土船，由于钢筋混凝土克服了3素混凝土抗拉强度低的缺点，因而它的出现使混凝土的应用又出现新的飞跃。从此，混凝土在现代工程中的应用日益扩大。在1913年在美国首先发明用回转窑烧制页岩陶粒轻集料，较好的解决混凝土自重大的缺点，使砼向轻质发展迈出可喜的一步。目前使用的有些轻质混凝土每个立方仅有五、六百公斤，比水还轻。到了1928年法国人佛列西涅发明了预应力钢筋混凝土施工工艺，又为进一步提高的抗拉强度和抗裂性能，在钢筋混凝土在大跨度桥梁及高层建筑等现代化土木工程中的应用开辟了一条新的途径，因而被誉为混凝土发展史上的第三次飞跃。到了1960年前后各种混凝土外加剂不断涌现，特别是减水剂、塑化剂大量应用，相继出现了泵送混凝土、高强混凝土等新品种，到上个世纪90年代在一些国家又开始推出一种高性能混凝土。二、砼的组成及各组成材料在混凝土中所起的作用平常我们所说的混凝土，一般是指以水泥为胶结料配制而成的一种复合材料，即水泥、水及砂、石、另外有时会掺入适当的掺合料（如粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、沸石粉等）和外加剂配制而成的复合材料。在这类混凝土中水泥与水起胶凝料作用，砂、石集料起骨架填充作用。水泥与水反应后形成坚固的水泥石，将砂、石料颗粒牢固地粘结成整体，对混凝土的性能起决定性的作用，但由于集料占据混凝土中的大部分体积（大约占砼总体积的70%左右），因此，集料的质量对水泥混凝土的性能也有很大的影响。现具体的分析各组成材料在混凝土结构中的所起作用如下：1水泥净浆胶凝材料；混凝土的质量主要取决于水泥净浆的质量，它的主要作用：首先，包裹集料表面并填充集料间的空隙；4其次，水泥浆在混凝土凝结硬化前起润滑作用，使混凝土拌和物具有易于施工的流动性，（作为干涩集料之间润滑材料）；另外，在混凝土凝结硬化后，水泥浆凝结成水泥石将砂石骨料牢固的连成整体。2集料；集料是混凝土的主要组成材料，它占混凝土总体积的3/4以上。集料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。它的主要作用是：首先，在经济上，它比水泥便宜得多，作为廉价的填充材料，降低混凝土成本；其次，在技术上，集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性；其三，集料可以作为调节材料，减少水泥净浆的发热、干缩等不良现象。3掺合料的作用：掺入混凝土中掺合料，一般是指掺量大于5%的具有火山灰活性的物料。适量掺入混凝土中部分取代水泥不仅能节省水泥、降低成本，还能改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的密实性、抗渗性及耐化学腐蚀性等。当前水泥混凝土中使用最多的掺合料是工业废料粉煤灰。粉煤灰它是从燃煤热电厂的锅炉烟气中收集到的细粉末，其颗粒多数呈球形，表面光滑，色灰或浑灰。粉煤灰分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰两种。粉煤灰之所以能改善混凝土的性能，原因在于粉煤灰中含有大量硅、铝氧化物，它能与水泥的水化产物进行二次水化，生成稳定的水化硅酸钙凝胶。由于粉煤灰颗粒细微，参与二次水化的界面好，水化产物能改善混凝土的孔结构，降低混凝土的孔隙率，细化了孔结构，使孔的分布更加合理，因而使混凝土硬化后更加5致密，所以它能提高混凝土的抗渗性能，混凝土强度自然而然会有所提高。另外，粉煤灰还能改善混凝土拌合物的工作性能，因为粉煤灰中的颗粒大都是表面光滑的球形玻璃体，相对比表面积较小，因而能减少混凝土拌合物的用水量，减少泌水和离析。另因粉煤灰的表观密度较低，当等量替代部分水泥时，使得拌合物的浆体数量增大，有利于改善混凝土拌合物的泵送性能。用粉煤灰替代部分水泥时，可以减少用水量，并减少坍落度的经时损失。还有，在混凝土中的粉煤灰，其活性在开始几天中的水化速度并不十分显著，所产生的水化热大概仅有水泥水化放出热量一半左右，因此，掺加粉煤灰后有利于降低混凝土的水化热和推迟水化热出现的高峰的时间，这对于大体积混凝土结构施工十分有利，可防止大体积混凝土中内部水化热过大，水化热出现高峰时间过早，导致内外温差大造成混凝土结构的开裂。除粉煤灰掺合料外，还有硅灰（它是硅钢厂和铁合金厂生产硅钢和硅铁时产生的一种烟尘），硅粉的颗粒直径平均为0.1um的数量级，比表面积为20-25×103m2/kg，比水泥细度高2个数量级，这也是硅粉为什么具有高度火山灰性质的重要原因，它的活性比水泥高1-3倍。目前，配制强度等级大于C80的高强混凝土，掺加硅粉几乎是唯一的手段。另外还有矿渣粉，沸石粉掺合料。总的来讲，活性矿物掺合料，由于能参与二次水化反应，提高水泥的水化程度，而且往往使用掺合料所起的增强作用效果是不能用增加水泥用量来代替的。4混凝土外加剂的作用：外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土拌合物性能的物质。掺量一般不大于水泥重量的5%，它不同于掺合料，掺合料掺量一般要大于5%。6随着建筑工业的发展，对混凝土性能提出了更多新的要求，如泵送工艺要求具有泵送性能好的高流动性混凝土；大跨度建筑要求高强高耐久性混凝土，冬季施工或抢修工程要求快硬、早强混凝土等，通过掺用适当品种外加剂均可满足这些要求。因此高性能、多品种混凝土外加剂的开发、研制与应用，是混凝土技术的重大发展扣需要。混凝土外加剂已被世界各国公认为混凝土组成成份之一。混凝土外加剂按其主要功能可分为下列四类：a.改善拌合物流动性能的外加剂，包括减水剂、引气剂及泵送剂等。b.改善混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、速凝剂及早强剂等；b.改善混凝土耐久性能的外加剂，包括引气剂、防水剂及阻锈剂等；c.改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、着色剂及防冻剂等。目前市场上外加剂品种繁多，就在我们国内，在20世纪90年代初期，外加剂品种就达300多种。较大外加剂生产厂家多达到200多个，实际年产量达60—70万吨，是80年代中期的5—6倍，当今的重点工程的混凝土几乎全部都使用混凝土外加剂。三、混凝土的分类混凝土的品种日益增多，性能及用途差异也比较大，因此分类方法很多，一般可根据各种特点加以分类，如根据胶结料及集料品种、容重、强度、水泥用量、工作性、施工方法等来分类。71、根据胶结料的品种分类：根据胶结料的品种分类混凝土，通常在混凝土前面冠以主要胶结材料的名称，如水泥混凝土、石膏混凝土、抗硫酸盐混凝土、镁质混凝土、硫磺混凝土、水玻璃混凝土、碱矿渣混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土。2、根据集料的品种分类：如碎石混凝土、卵石混凝土、细粒混凝土、大孔混凝土、多孔混凝土、纤维混凝土、普通混凝土等。3、根据容重分类：如重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土、特轻混凝土。4、根据强度分类：如早强混凝土、超早强混凝土、高强混凝土、超高强混凝土。5、根据水泥用量分类：如贫水泥混凝土、富水泥混凝土。6、根据工作性质分类：如特干硬混凝土、干硬性混凝土、低流动性混凝土、流动性混凝土、大流动性混凝土。7、根据施工方法分类：如泵送混凝土、喷射混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、灌浆混凝土、热拌混凝土、预应力混凝土、商品混凝土、离心混凝土。8、根据配筋方式分类：如素混凝土、钢筋混凝土、钢丝网混凝土、钢纤维混凝土、玻璃纤维增强混凝土、预应力混凝土。9、根据施工场地和季节分类：如海洋混凝土、水下混凝土、寒冷季节混凝土、炎热季节混凝土。10、根据用途分类：如：道路混凝土、大坝混凝土、隧道混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、水工混凝土、耐火混凝土、防辐射混凝土等。在这里给大家简单介绍一种新型常用混凝土--泵送砼。泵送8砼施工技术于1927年首创于德国，目前世界上较大的砼泵制造企业大部分都集中在德国，在1973年它们泵送砼普及率就达40%-50%。日本，虽然泵送砼技术起步较晚，但发展却十分迅速，它开始是从德国引进技术，现在已成为世界泵送砼普及率最高的国家，并拥有一大批先进的泵砼设备制作企业，产品已向世界各国出口。我国真正应用泵送砼技术是从1979年在宝钢工程开始的，最近几年泵送混凝土技术应用在我国得到长足的进步和普及。泵送砼只所以得到比较迅速的发展是因为它与常规方法施工的砼相比，有它自身的优点：1.施工速度快，周期短，节省人工、效率极高2.质量好，由于泵送砼采用的是大流动性砼，不易被钢筋阻挡，填充性好，稍加振动即可密实，这对砼的强度、耐久性都是有利的。3.施工方便，不受现场条件限制，只要能放一台混凝土输送泵，混凝土输送车能靠上去，混凝土就可以打。另外，泵送砼施工可节省大量脚手架，只要合理布置好管路就可浇注到任何位置。4.虽然泵送砼具有如上这么多优点，但要求砼有良好的可泵性，要有严密的施工组织和管理，一次性投资大，目前我国的泵送设备尚未过关，主要依靠进口，一定程度上限制我国混凝土的发展。四、混凝土的特点混凝土作为一种被广泛使用的建筑材料，它与其它材料相比具有许多优点，归纳起来有以下几个方面：1.可根据不同工程的要求，只要选用好的原材料和适宜的配合比很容易配制各种不同性能的混凝土；92.混凝土拌合物在凝结前具有良好的可塑性，因此，可以利用各种形式的模板浇制成各种形状和尺寸的构件或结构物；3.混凝土拌合物硬化后抗压强度高，与钢筋又具有良好的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；4.混凝土的耐久性良好，能满足一般承重结构材料的要求；5.其组成材料中的砂石水等地方材料约占80%以上，它们所需成本较低，因此混凝土同其它材料相比，价格较低，容易就地取材；6.施工、制造工艺比较简单，不需要特别熟练的操作工；7.它的抗压强度比较高，耐久性，耐火性比较好，结构件建成后的维修费用低。正是由于砼有这些优点，混凝土才被广泛应用在各种建筑工程中。但普通混凝土尚有些不足需采取特殊材料给予改性，大家都知道混凝土的抗拉、抗折强度都很低，是一种脆性材料，这就需要发展钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、钢纤维混凝土、玻纤维混凝土来弥补这个缺点。其次就是混凝土具有干缩湿胀的特点，容易产生收缩裂缝，因此，需要研究补偿收缩性混凝土、膨胀混凝土、自应力混凝土、纤维增强及掺用降低收缩的外加剂等，以改善它的抗裂性。另外，混凝土的自重较大，这对于重力坝和海洋结构物是一个优点，对于结构混凝土则是一个缺点。需要采用轻集料等措施来减轻它的重量。由于混凝土需要一定的硬化时间，所以施工工期较长，采用快硬、早强水泥和其它措施可以加速混凝土的硬化加快施工进度。五、混凝土的主要性能要求简介1.混凝土拌合物的性能：混凝土拌和物：混凝土的各组成材料按一定比例配料、经搅10拌均匀后的混和物，在其未凝固前称为混凝土拌和物，也有人称之为新拌混凝土，以区别于硬化后的混凝土。为了保证混凝土的强度、耐久性及其它性能要求