混凝土基础知识

混凝土混凝土基本知识混凝土基本组成材料混凝土主要技术性质普通混凝土配合比设计其他混凝土第一节混凝土基本知识混凝土由胶凝材料将骨料(又称集料)胶结而成的固体复合材料发展（三次飞跃）：素混凝土－钢筋混凝土－预应力钢筋混凝土－聚合物混凝土/混凝土外加剂混凝土基本知识一、分类按所用胶凝材料分按主要功能或结构特征、施工特点分水泥混凝土石膏混凝土沥青混凝土树脂混凝土……高强混凝土防水混凝土耐热混凝土流态混凝土泵送混凝土纤维混凝土喷射混凝土……混凝土基本知识按体积密度分重混凝土（ρ0d＞2600kg/m3）－采用重骨料(如重晶石、铁矿石、铁屑等)普通混凝土（ρ0d＝2000~2500kg/m3）－天然砂石做骨料轻混凝土（ρ0d＜1950kg/m3）轻骨料混凝土(ρ0d＝800~1900kg/m3)－浮石、陶粒等做骨料多孔混凝土(ρ0d＝300~1200kg/m3)-泡沫混凝土、加气混凝土大孔混凝土(ρ0d＜1900kg/m3)-无砂大孔和少砂大孔混凝土混凝土基本知识二、混凝土的优、缺点优点依不同要求配制性质不同的混凝土－可调性成型各种形状和尺寸－可塑性抗压强度高，耐久性好抗震、耐火取材方便缺点抗拉强度低，易裂自重大缺陷隐蔽，质量易波动混凝土基本知识三、普通混凝土的组成及其作用水泥浆和砂浆凝硬前－润滑砂、石－使混凝土具有施工要求的流动性；硬化后－胶结砂、石为一体－使混凝土具有强度、耐久性等性能。骨料在混凝土中起到了骨架的作用；限制混凝土的干缩；减少水泥用量和水化热、降低成本。混凝土组成中：骨料一般占混凝土总体积的70%~80%；水泥石一般占混凝土总体积的20%~30%；还含有少量的气孔水泥＋砂＋石＋水混凝土混凝土拌合物（新拌混凝土）凝结硬化混凝土基本知识四、混凝土的基本要求满足混凝土拌合物和易性（工作性）要求满足混凝土的设计强度要求满足耐久性及其它特性要求满足经济性（节约水泥）的要求混凝土基本知识第二节普通混凝土的组成材料一、水泥品种：根据混凝土所处的环境及工程性质确定。强度等级：中低强度的混凝土(通常指C30以下的混凝土)fce.k=(1.5~2.5)fcu.k高强混凝土fce.k=(0.8~1.5)fcu.k水泥强度等级也常按下表选取：≤C30C35~C45C50~C75≥C8032.532.5、42.542.5、52.552.5、62.5普通混凝土的组成材料二、骨料（一）粗、细骨料的划分细骨料:d=0.15mm~4.75mm粗骨料：d＞4.75mm（二）杂质1.粘土、泥、泥块、粉尘、云母、轻物质等；2.硫化物、氯化物、硫酸盐及有机质等；3.活性氧化硅。（三）颗粒形状及表面特征(粗骨料)有害粒型－针状（颗粒长度＞平均粒径2.4倍）；片状（颗粒厚度＜平均粒径0.4倍）。表面特征：碎石、山砂－表面粗糙、有棱角；卵石、河（海）－表面光滑、无棱角。普通混凝土的组成材料（四）粗细与级配粗细：指骨料混合后的平均粗细程度。砂的粗细通常采用筛分析法测得的细度模数评价。石的级配是用筛分析法评定的。粗骨料最大粒径的确定：Dmax≯A/4(A-构件界面最小尺寸)Dmax≯3B/4(B-钢筋最小间距)Dmax≯C/2(C板厚)11654321005f普通混凝土的组成材料颗粒级配：是指大小不同颗粒骨料的搭配程度。级配好的骨料应该是颗粒搭配的结果-空隙率最小，填充率最高。级配良好的砂可减少水泥浆，节约水泥，提高混凝土拌合物的流动性和粘聚性，提高混凝土的密实度及混凝土的强度和耐久性,减少徐变和收缩。普通混凝土的组成材料(五)强度抗压强度：50×50×50mm或φ50×50mm试件，在吸水饱和状态下测定。(岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比≮1.5)压碎指标：气干下质量m(9.5～19mm)→经3～5min至200kN→卸荷用2.5mm筛→筛余量m1，则压碎指标为：%1001mmma普通混凝土的组成材料(六)坚固性骨料在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破坏的能力。寒冷室外处于潮湿或干湿交替状态下的，有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的，或有腐蚀介质作用的混凝土需考虑坚固性。普通混凝土的组成材料砂、石中有害物质含量限值（GB/T14684~14685-2001）细集料粗集料项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(%)＜1.02.02.0－－－硫化物与硫酸盐含量(按SO3质量计，%)＜0.50.50.50.51.01.0有机物含量(比色法)＜合格合格合格合格合格合格轻物质(％)＜1.01.01.0－－－氯化物(以Cl¯，%)＜0.010.020.06－－－泥(%)＜1.03.05.00.51.01.5泥块(%)＜01.02.000.50.7坚固性质量损失(%)＜88105812针片状含量(%)＜－－－51525压碎指标(%)＜－－－12/1016/2016/30注：卵石/碎石三、混凝土拌合与养护用水混凝土拌合及养护用水应是清洁的水。不用含有油脂、糖类的水污水、PH＜4、含硫酸盐不用海水一般不用于钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土普通混凝土的组成材料四、混凝土外加剂在拌制混凝土过程中掺入的(一般≯5％水泥重)，用以改善混凝土性能的化学物质。外加剂包括无机和有机两种成分。（一）外加剂的功能改善混凝土拌合物流变性能；（如：减水剂、引气剂、泵送剂等）调节混凝土凝结时间；（如：缓凝剂、早强剂和速凝剂等）改善混凝土耐久性；（引气剂、防水剂和阻锈剂等）改善混凝土其它性能。（加气剂、膨胀剂、防冻剂和着色剂等）普通混凝土的组成材料(二)常用混凝土外加剂1.减水剂（塑化剂）在保持混凝土拌合物和易性不变条件下，具有减水及增强作用的外加剂。混凝土减水剂大都是表面活性剂。(1)表面活性剂能显著降低液体表面张力或二相间界面张力的物质。具有湿润、分散、乳化、润滑、起泡等作用。溶于水后可定向排列于液体表面或两相界面上，从而显著降低表面张力或界面张力。表面活性剂分子是由憎水基基团和亲水基基团组成。普通混凝土的组成材料亲水基团憎水基团水泥颗粒或油水空气定向单分子层吸附膜普通混凝土的组成材料（2）减水剂的作用机理(减水机理)水膜电斥力、吸附水膜水水泥絮状结构破坏水水水水泥浆中的絮状结构普通混凝土的组成材料（3）常用减水剂品种生产掺量(％)效果特性W↓%坍↑cmF↑%C↓%木质素磺酸钙(M剂)木质废液，经中和发酵、脱糖、浓缩、喷雾而成0.2~0.3105~1010~2010缓凝1~3h，引气量1~3%，普通、阴离子型。对钢筋无锈蚀萘系减水剂FDN、UNF、NF、NNO等以萘及萘的同系物经磺化与甲醛缩合而成。0.5~1.212~25l0~1510~3012~20非引气早强高效阴离子型。对钢筋无锈蚀树脂系减水剂三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐(SM)三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠，经磺化、缩聚而成0.5~2.020~272030~6025非引气早强高效阴离子型。对钢筋无锈蚀，价格高聚羧酸盐系减水剂(含固18％～24％)0.5~2.018~35坍损失小,小掺量无缓凝,有一定引气性，不增干缩，显著提高f、耐久性，贵糖蜜系减水剂(糖钙)制糖下脚料经石灰中和处理而成0.1~0.36~10510~2010普通非离子型，缓凝＞3h。对钢筋无锈蚀普通混凝土的组成材料2.早强剂能提高混凝土早期强度并对后期强度无显著影响的外加剂。（1）早强剂的早强机理绝大多数早强剂由于参与水泥的水化反应，可快速生成大量难溶性复盐，且可促使水泥自身水化加速。复盐的生成及水化产物的增多，使水泥浆中固体物质的比例增大，加速了水泥石结构的形成，因而凝结硬化快，早期强度高。普通混凝土的组成材料品种早强机理掺量(％)效果特性f1↑%f3↑%f28氯盐类CaCl2，NaClCaCl2+C3A+H2O→C3A•CaCl2·10H2OCaCl2+Ca(OH)2+H2O→CaCI2·3Ca(OH)2·12H201～270~14040~70影响小促凝、早强外，还具降低冰点,促进钢锈(Clˉ),常加NaNO2。钢混中，氯化钙≯1%；无筋砼中≯3%；冷拉或拔低碳钢丝砼及预应力砼中，不用Clˉ盐硫酸钠Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4·2H2O+2NaOHCaSO4·2H2O+C3A+2H2O→水化硫铝酸钙0.5~2.020~40无差别对钢筋无锈蚀，掺量较大时，易产生碱-骨料反应(当骨料中含有活性SiO2),还会引起硫酸盐腐蚀。具一定缓凝作用，多复合使用。三乙醇胺对水泥的水化起到催化作用0.02~0.0520~40影响小对钢筋无锈蚀，但会增大干缩,非离子型表面活性剂。多复合使用。（2）常用早强剂普通混凝土的组成材料3.引气剂在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡（0.05~1.0）mm，以减少混凝土拌合物泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂，属憎水性表面活性剂。普通混凝土的组成材料品种松香热聚物、松香皂，烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠等。掺量0.5~1.5/万（含气量达到3%~6%）作用提高和易性；（流动性－气泡的“滚珠轴承”的润滑作用；并显著改善粘聚性和保水性）减水8%~10%，改善孔结构，提高抗冻性和抗渗性（提高抗冻性1~6倍，提高抗渗性1倍）会使混凝土强度降低，弹性模量降低（不减水时，含气量增加1%，混凝土强度下降约3%~5%）。普通混凝土的组成材料4.其它品种外加剂缓凝剂、速凝剂、防冻剂、阻锈剂、膨胀剂、防水剂、泵送剂等。普通混凝土的组成材料五、混凝土掺合料配制混凝土时，掺加到混凝土中的磨细矿物材料。(一)掺合料的作用取代部分水泥、降低水化热与混凝土成本，改善和易性，提高混凝土的强度与耐久性等，其经济、技术及社会效益十分显著。普通混凝土的组成材料等级细度（45μm方孔筛筛余，％）烧失量（％）需水量比（％）三氧化硫（％）Ⅰ≤12≤5≤95≤3Ⅱ≤20≤8≤105≤3Ⅲ≤45≤15≤115≤3粉煤灰的质量要求（二）常用的活性的掺合料粉煤灰1.分类(1)按CaO含量：高钙灰(＞15%),低钙灰(＜15%)(2)按排灰方式：干排灰，湿排灰(3)按细度质量：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级普通混凝土的组成材料混凝土种类粉煤灰取代水泥最大限量(%)（GBJ148-90）硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥预应力钢筋混凝土251510—钢筋混凝土，高强度混凝土，高抗冻融性混凝土，蒸养混凝土30252015中、低强度混凝土泵送混凝土大体积混凝土，水下混凝土地下混凝土压浆混凝土50403020碾压混凝土655545352.粉煤灰掺量普通混凝土的组成材料3.粉煤灰应用粉煤灰适合用于各类结构用的混凝土，尤其适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐与抗软水侵蚀的混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下与水下工程混凝土、压浆混凝土及碾压混凝土。普通混凝土的组成材料硅灰(硅粉)硅灰为电弧炉冶炼硅铁合金等时的副产品，是石英在2000℃下被还原成Si、SiO气体，冷却中又被氧化成SiO2(主要是非晶态的)的极微细颗粒，活性极高。1.硅灰的物理性质粒径0.1～0.2μm，比表面积20000～25000m2/kg，SiO2含量≥80%。普通混凝土的组成材料2.硅灰作用效果远高于粉煤灰，可大幅提高混凝土的强度、抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性，明显抑制碱-骨料反应，降低水化热，还可提高混凝土的早期强度（由于硅灰的活性极高，即使在早期也会与氢氧化钙发生水化反应）。3.硅灰应用一般取代水泥量为5%～15%；用硅灰和高效减水剂可配制出100MPa的高强混凝土。硅灰价高，只用于高强、超高强、高耐久性混凝土。普通混凝土的组成材料磨细粒化高炉矿渣(磨细矿渣或矿渣粉，代号S)1.磨细矿渣成分磨细矿渣除含有活性SiO2和Al2O3外，还有部分β-C2S，因而具有较高的活性，掺量与效果均高于粉煤灰。2.磨细矿渣作用对流动性影响不大，可明显降低混凝土的温升。细度较低时，随掺量的增大泌水量增大。对混凝土的干缩影响不大，但超细矿渣会加大混凝土的塑性开裂。磨细矿渣的适用范围与粉煤灰基本相同，但掺量更高。其它掺合料磨细沸石粉和磨细