混凝土-基本知识培训教材

混凝土基本知识培训教材42学习内容导引1 普通混凝土组成材料 1.1 水泥1.2 骨料1.3 混凝土用水1.4 外加剂1.5 掺合料2 混凝土拌合物的性能2.1 混凝土拌合物性能的涵义与测定2.2 混凝土拌合物性能的影响因素 3 硬化后混凝土的性能3.1 混凝土的强度3.2 混凝土的变形 3.3 混凝土的耐久性4 混凝土的质量控制及配合比设计4.1 混凝土的基本要求与质量控制4.2 普通混凝土配合比设计5 其它种类混凝土及其新进展5.1 高性能混凝土5.2 高强混凝土5.3 其它混凝土本章的学习目标是：、掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用。并掌握对各种组成材料的性质要求、测定方法及对混凝土性能的影响。、掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。、掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性及其影响因素。、掌握普通混凝土的配合比设计方法。、了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。本课程的难点是混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比设计。1 普通混凝土组成材料本节基本概念水泥的选择细骨料粗骨料颗粒级配拌制和养护用水外加剂普通减水剂、引气剂、缓凝剂摻合料粉煤灰、矿渣粉、硅粉1.1 水泥 水泥是混凝土中很重要的组分，本节仅讨论如何选用。对于水泥的合理选用包括两个方面。(1) 水泥品种的选择配制混凝土时，应根据混凝土工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性做出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。(2) 水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性能；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.52.0倍为宜。 图1-1露石混凝土路面 例如：某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水泥铺筑路面，见图-1。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。按JTJ 01294公路混凝土路面设计规范，对于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。道路水泥混凝土质量与水泥选用请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面(如图-2)，该水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为 C3S 53，C2S 25，C3A 15，C4AF 7。请从水泥的角度分析其选用有否不当之处 。图1-2水泥混凝土道路表面该路面磨损较严重，已出现较多裂纹。可见表面水泥砂浆层干缩较大、耐磨性较差。从资料可见，所选用的水泥熟料矿物组成中C3A含量较高，当水泥中C3A含量较高，其耐磨性较差、干缩较大，可见选用水泥不当。1.2 骨料骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的6080，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。 骨料的技术性质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、有害物质及碱集料反应等。 (2)细骨料 粒径4.75 mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。国家标准GB/T 146842001建筑用砂规定了建筑用砂的技术要求。 (3)粗骨料粒径大于4.75 mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的、粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒（平均粒径指该粒下限粒径的平均值）。建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T 146852001建筑用卵石、碎石的技术要求。 图1-3 卵石 图1-4碎石 石子形状对混凝土性能的影响请观察图-5中A、B、C三种石子的形状有何差别，分析其对拌制混凝土性能会有哪些影响。A碎石1 B碎石2C卵石图1-5 石块的形状A为碎石1，针片状颗粒含量较多。此针片状的碎石过多，表面积大，不仅会影响混凝土和易性，还会影响强度。B为碎石2，表面较粗糙，多棱角，比表面积较碎石1小，拌制混凝土时的性能优于碎石1。C为卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及表面积较小。故拌制混凝土时所需水泥量较小。混凝土拌和物和易性较好。但卵石与水泥石粘结力会较差。在相同条件下，混凝土强度较低。集料杂质多危害混凝土强度某中学一栋砖混结构教学楼，在结构完工，进行屋面施工时，屋面局部倒塌。经审查设计，未发现任何问题。对施工方面审查发现：所设计为C20的混凝土，施工时未留试块，事后鉴定其强度仅C7.5左右，在断口处可清楚看出砂石未洗净，骨料中混有鸽蛋大小的粘土块粒和树叶等杂质。此外梁主筋偏于一侧，梁的受拉区1/3宽度内几乎无钢筋。集料的杂质对混凝土强度有重大的影响，必须严格控制杂质含量。树叶等杂质固然会影响混凝土的强度，而泥黏附在骨料的表面，防碍水泥石与骨料的黏结，降低混凝土强度，还会增加拌和水量，加大混凝土的干缩，降低抗渗性和抗冻性。泥块对混凝土性质的影响更为严重。混凝土用碎石或卵石中的含泥量及有害物质含量应符合下表规定。表：1碎石或卵石中泥、粘土和有害物质质量分数限值及等级项 目碎石或卵石的等级优等品一等品合格品泥质量分数/<0.5<1.0<1.5粘土块质量分数/<0.25<0.25<0.5硫化物及硫酸盐质量分数/（以SO3计，）<0.5<1.0<1.0有机物质量分数（用比色法试验）合格合格合格氯化物质量分数/（以NaCl计，）<0.03<0.11.3 混凝土用水拌制和养护用水混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。凡是能引用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐（按SO2计）超过1的水均不能使用。当对水质有疑问时，可将该水与洁净水分别配制混凝土，做强度对比实验，如强度不低于用洁净水拌制的混凝土，则此水可以用。一般情况下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸盐、镁盐和氯化物会侵蚀水泥石和钢筋。含糖份水使混凝土两天仍未凝结某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。1.4 外加剂外加剂在混凝土拌合物中掺入量一般不大于水泥质量5、能改善混凝土拌合物或硬化后混凝土性质的材料，称为外加剂。根据国家标准GB185882001混凝土外加剂中释放氨的限量的规定，混凝土外加剂中释放的氨量必须小于或等于0.10（质量分数）。该标准适用于各类具有室内使用功能的混凝土外加剂，而不适用于桥梁、公路及其它室外工程用混凝土外加剂。常用外加剂有如下几种：普通减水剂在保持混凝土稠度不变的条件下，具有一般减水增强作用的外加剂。高效减水剂在保持混凝土稠度不变的条件下，具有大幅度减水增强作用的外加剂。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，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。引气减水剂兼有引气和减水作用的外加剂。 缓凝剂能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝减水剂兼有缓凝和减水作用的外加剂。早强剂能提高混凝土早期强度，并对其后期强度无显著影响的外加剂。早强减水剂兼有早强和减水作用的外加剂。防冻剂在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。膨胀剂能使混凝土（砂浆）在水化过程中产生一定的体积膨胀，并在有约束条件下产生适宜自应力的外加剂。 钢筋阻锈剂加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的外加剂。 木质素减水剂与水泥所用石膏有两种水泥，一种以二水石膏为缓凝剂，另一种以硬石膏为缓凝剂，现以加入木质素磺酸钙减水剂的溶液配制水泥浆，请观察5分钟后两者凝结情况，讨论产生差别的原因。掺硬石膏水泥的凝结掺二水石膏水泥的凝结使用无水石膏作缓凝剂的水泥，加入木质素当减水剂或稠密减水剂时会产生速凝现象。因无水石膏在木钙或糖钙溶液中硫酸钙溶解量下降，无法抑制C3A的水化，使C3A迅速水化，从而导致水泥浆速凝。故以硬石膏为缓凝剂的水泥不宜使用含木质素磺酸盐的减水剂。外加剂使用不当对混凝土的危害(1) 氯盐防冻剂锈蚀钢筋情况分析北京某旅馆的一层钢筋混凝土工程在冬季施工，为使混凝土防冻，在浇筑混凝土时掺入水泥用量3的氯盐。建成使用两年后，在A柱柱顶附近掉下一块约40 mm直径的混凝土碎块。停业检查事故原因，发现除设计有失误外，其中一重要原因是在浇筑混凝土时掺加的氯盐防冻剂，它不仅对混凝土有影响，而且腐蚀钢筋，观察底层柱破坏处钢筋，纵向钢筋及箍筋均已生锈，原直径6锈为5.2左右。细及稀的箍筋难以承受柱端截面上纵向筋侧向压屈所产生的横拉力，使箍筋在最薄弱处断裂，断裂后的混凝土保护层易剥落，混凝土碎块下掉。 施工时加氯盐防冻，应同时对钢筋采取相应的阻锈措施。该工程因混凝土碎块下掉，引起了使用者的高度重视，停业卸去活荷载，并对症下药地对已有柱外包钢筋混凝土的加固措施，使房屋倒塌事故得以避免。(2) 斜拉索内水泥浆不凝结现象分析广州某斜拉桥使用年后其中一根拉索突然坠落，经检查拉索内钢丝严重腐蚀，此是由于拉索内上部水泥浆体长时间不凝结而产生电化学腐蚀所致。见下图（图4-8为拉索坠落，图4-9为未凝结浆体）。上段浆体配方：水泥:水:石英粉:FDN减水剂:铝粉1:0.34:0.15:0.008 5:0.000 03请分析上段浆体长时间不凝结的原因。图1-8 拉索坠落 图1-9 未凝结浆体1.5 掺合料混凝土还可根据各种需要掺入有关掺合料，如粉煤灰、超细矿渣粉、硅粉及沸石粉等。合理使用掺合料不仅可以利用工业废弃物、节省水泥，还可以改善混凝土的性能。掺合料已成为有发展前途的混凝土的一种组分。 粉煤灰粉煤灰作为胶凝材料的一部分，除起增强作用外，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