混凝土-概述和组成材料课件.ppt

土木工程材料Building and Construction Material土木与交通工程学院土木与交通工程学院材料工程系材料工程系北京建筑工程学院北京建筑工程学院5 5 混凝土混凝土 5.15.15.15.1混凝土的概述混凝土的概述 5.25.25.25.2混凝土的组成材料混凝土的组成材料 5.35.35.35.3新拌混凝土的性能新拌混凝土的性能 5.45.45.45.4混凝土的力学性能混凝土的力学性能5 5 混凝土混凝土 5.55.55.55.5混凝土的变形混凝土的变形 5.65.65.65.6混凝土的耐久性混凝土的耐久性 5.85.85.85.8混凝土配合比设计混凝土配合比设计5.1 5.1 混凝土的概述混凝土的概述 适当比例配合、拌制、成型、硬化适当比例配合、拌制、成型、硬化混混 凝凝 土土水水泥泥水水粗粗骨骨料料细细骨骨料料外外加加剂剂掺掺和和料料人造石材（砼）人造石材（砼）公公元元2 2世世纪纪古古罗罗马马在在大大型型建建筑筑中中不不同同的的结结构构采采用用了了不不同同的的骨骨料料，基基础础中中用用凝凝灰灰岩岩，穹穹顶顶中中用用浮浮石石，说明古罗马人已使用了轻混凝土说明古罗马人已使用了轻混凝土。

古古埃埃及及人人用用石石膏膏作作为为胶胶结结材材料料建建造造金金字字塔塔，中中国国修修建建长长城城曾曾在在石石灰灰中中添添加加糯糯米米汁汁（最最早早形形式式的的化学外加剂）化学外加剂）如如罗罗马马大大圆圆剧剧场场和和著著名名的的万万神神庙庙（被被称称为为帝帝国国建建筑筑结结构的真正杰作）；构的真正杰作）；建建于于公公元元12-1412-14年年的的那那不不勒勒斯斯海海港港，现现场场观观察察，至至今今虽虽然然被被海海浪浪磨磨光光了了表表面面，长长满满青青苔苔，但但混混凝凝土土却却完完好好无无损损，数数百百米米长长的的墙墙几几乎乎无无一一裂裂缝缝这这说说明明这这种种混混凝凝土土具具有有极极好的耐久性好的耐久性至今仍存在的古罗马大型建筑至今仍存在的古罗马大型建筑水泥混凝土的发展过程水泥混凝土的发展过程石灰石灰-火山灰混凝土火山灰混凝土硅酸盐水泥混凝土硅酸盐水泥混凝土掺和料水泥混凝土掺和料水泥混凝土高强度、早强混凝土高强度、早强混凝土高性能混凝土（高性能混凝土（High Performance Concrete)High Performance Concrete)建设速度要求建设速度要求地下、水下、大体积（断面地下、水下、大体积（断面80cm80cm）工程要求）工程要求强度要求强度要求耐久性、可持续发展要求耐久性、可持续发展要求优点：耐久，缺点：凝结缓慢优点：耐久，缺点：凝结缓慢凝结快、强度高，但水化热大凝结快、强度高，但水化热大耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低凝结较快、强度高，但耐蚀性差凝结较快、强度高，但耐蚀性差 以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求 高性能混凝土高性能混凝土(HPC)(HPC)目目前前有有关关建建筑筑法法规规中中，一一级级建建筑筑的的安安全全使使用用期期只只定定为为5050年年；高高性性能能混混凝凝土土由由于于其其耐耐久久性性大大幅幅度度提提高高，安安全全使使用用期期应更长：应更长：在在不不利利的的使使用用条条件件下下和和严严峻峻环环境境中中，冻冻融融、海海水水、严严寒寒、酷酷热热等等地地区区，经经妥妥善善设设计计和和优优质质施施工工的的HPCHPC结结构构的的安安全全使使用用期应不低于期应不低于100100年；年；在正常环境中使用的结构，其安全使用期应达在正常环境中使用的结构，其安全使用期应达200200年；年；特殊重要工程在采取必要措施后，其安全使用期应达特殊重要工程在采取必要措施后，其安全使用期应达300300年。

年高性能混凝土的特点高性能混凝土的特点 低水胶比，低水泥用量；低水胶比，低水泥用量；选用优质原材料；选用优质原材料；掺加足够数量的矿物细掺料；掺加足够数量的矿物细掺料；高效外加剂高效外加剂高高性性能能混混凝凝土土已已在在国国内内的的许许多多重重要要建建筑筑得得到到应应用用，如如上上海海南南浦浦大大桥桥、杨杨浦浦大大桥桥、北北京京西西客客站站、首首都都国国际际机机场、国家大剧院、中央电视台等场、国家大剧院、中央电视台等5.1.2 5.1.2 混凝土的分类混凝土的分类石灰石灰 气硬性气硬性石膏石膏无机无机 水玻璃水玻璃硅酸盐水泥硅酸盐水泥 水硬性水硬性 铝酸盐水泥铝酸盐水泥胶凝材料胶凝材料 沥青沥青有机有机 树脂树脂 橡胶橡胶 按胶凝材料分类按胶凝材料分类 类别类别干表观密度干表观密度kg/mkg/m3 3特点特点重混凝土重混凝土26002600重晶石、钢屑为重骨料重晶石、钢屑为重骨料普通混凝土普通混凝土1950-25001950-2500普通砂、石为骨料普通砂、石为骨料轻轻混混凝凝土土轻集料混凝土轻集料混凝土800-1950800-1950浮石、陶粒等轻骨料浮石、陶粒等轻骨料多孔混凝土多孔混凝土300-1000300-1000泡沫砼、加气砼泡沫砼、加气砼普通大孔普通大孔1500-19001500-1900无砂或少砂无砂或少砂 轻骨料大孔轻骨料大孔500-1500500-1500轻骨料，无砂或少砂轻骨料，无砂或少砂 混凝土按表观密度分类混凝土按表观密度分类防水混凝土防水混凝土耐热混凝土耐热混凝土耐碱混凝土耐碱混凝土耐酸混凝土耐酸混凝土保温混凝土保温混凝土结构混凝土结构混凝土混凝土按使用功能分类混凝土按使用功能分类离心成型离心成型混凝土混凝土泵送泵送混凝土混凝土普通浇注普通浇注混凝土混凝土喷射喷射混凝土混凝土混凝土按施工工艺分类混凝土按施工工艺分类钢筋混凝土钢筋混凝土纤维混凝土纤维混凝土素混凝土素混凝土预应力预应力混凝土混凝土混凝土按配筋情况分类混凝土按配筋情况分类超高强混凝土超高强混凝土高强混凝土高强混凝土低强混凝土低强混凝土中强混凝土中强混凝土C30C30C30-C60C30-C60C60-C100C60-C100C100C100混凝土按强度分类混凝土按强度分类 混凝土的组织结构混凝土的组织结构粗骨料粗骨料细骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物气孔气孔 粗骨料粗骨料细骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物水泥水化产物水泥水化产物Ca(OH)Ca(OH)2 2AftAftC-S-HC-S-H 混凝土的结构混凝土的结构u 从从粗粗观观尺尺度度上上看看，混混凝凝土土是是由由水水泥泥石石和和骨骨料料两两相相组组成成的的复复合合材材料料；从从细细观观尺尺度度上上看看，水水泥泥石石又又是是各各种种水水化化物物和和未未水水化化颗颗粒粒、水水、气气等等的的多多相相复复合合体体。

各各相相之之间间的的界界面是混凝土内部结构重要的组成部分面是混凝土内部结构重要的组成部分u 在在宏宏观观现现象象上上，普普通通混混凝凝土土的的劣劣化化或或破破坏坏往往往往出出现现在在界界面面处处在在混混凝凝土土承承受受荷荷载载作作用用以以前前，界界面面处处就就充充满满微微裂裂缝缝；受受到到荷荷载载作作用用以以后后，随随着着应应力力的的增增长长，这这些些微微裂裂缝的开展，最终将导致水泥石的断裂缝的开展，最终将导致水泥石的断裂混凝土的界面问题混凝土的界面问题u 水水泥泥石石和和骨骨料料的的弹弹性性模模量量不不同同，当当温温度度、湿湿度度发发生生变变化化时时，水水泥泥石石和和骨骨料料变变形形不不一一致致，致致使使在在界界面面处处形形成成细细微的裂缝；微的裂缝；u 在在混混凝凝土土硬硬化化前前，水水泥泥浆浆体体中中的的水水分分向向亲亲水水的的骨骨料料表表面面迁迁移移，在在骨骨料料表表面面形形成成一一层层水水膜膜，从从而而在在硬硬化化的的混混凝凝土中留下细小的缝隙；土中留下细小的缝隙；u 浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊界面劣化机理界面劣化机理骨骨料料Ca(OH)Ca(OH)2 2 Aft Aft C-S-H C-S-H过渡层过渡层0-1000-100 m m 混凝土界面过渡层模型混凝土界面过渡层模型 W/C W/C高（从骨料高（从骨料水泥石，水泥石，W/CW/C）；）；孔隙率大；孔隙率大；Ca(OH)Ca(OH)2 2和钙矾石多，和钙矾石多，C-S-HC-S-H的的CaO/SiOCaO/SiO2 2比大；比大；Ca(OH)Ca(OH)2 2和钙矾石结晶颗粒大；和钙矾石结晶颗粒大；Ca(OH)Ca(OH)2 2取向生长。

取向生长界面过渡层特点界面过渡层特点混凝土组成材料的作用混凝土组成材料的作用 在在混混凝凝土土组组成成材材料料中中，水水泥泥和和水水组组成成水水泥泥浆浆，它它包包裹裹在在所所有有骨骨料料的的表表面面并并填填充充在在骨骨料料空空隙隙中中在在混混凝凝土土硬硬化化前前，水水泥泥浆浆起起润润滑滑作作用用，赋赋于于混混凝凝土土拌拌合合物物流流动动性性，便便于于施施工工；在在混混凝凝土土硬硬化化后后起起胶胶结结作作用用，把把砂砂、石石骨骨料料胶胶结结成成为为整整体体，使使混混凝凝土土产产生生强强度度，成成为为坚坚硬硬的的人人造造石石材材砂砂、石石是是骨骨料料，对对混混凝凝土土起起骨骨架架作作用用，其其中中小小颗颗粒粒的的骨骨料料填填充充大大颗颗粒粒的的空空隙隙粗粗、细细骨骨料料的的总总体体积积要要占占混混凝凝土土体体积积的的70708080，因因此此骨骨料料质质量量的的优优劣劣，对对混混凝凝土土各各项项性性质质的的影影响很大5.2 5.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料混凝土原材料的选择混凝土原材料的选择u原原则则：在在保保证证原原材材料料质质量量的的前前提提下下，尽尽可可能能减减少少水水泥泥，保证混凝土的强度和提高耐久性。

保证混凝土的强度和提高耐久性u方方法法：减减小小骨骨料料间间空空隙隙，则则填填充充骨骨料料空空隙隙的的胶胶凝凝材材料料量量减减少少；减减小小骨骨料料的的总总表表面面积积，则则包包裹裹骨骨料料表表面面的的胶胶凝凝材料浆量减少材料浆量减少u 水水泥泥品品种种应应根根据据混混凝凝土土工工程程特特点点、所所处处的的环环境境条条件件和和施施工工条条件件等等进进行行选选择择一一般般可可选选用用硅硅酸酸盐盐水水泥泥或或掺掺混混合合材材的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥，必必要要时时也也可可采采用用膨膨胀胀水水泥泥、自自应应力力水水泥泥或或快快硬硬硅硅酸酸盐盐水水泥等其他水泥泥等其他水泥u 所所用用水水泥泥的的性性能能必必须须符符合合现现行行国国家家有有关关标标准准规规定定例例如如：在在大大体体积积混混凝凝土土工工程程中中，为为了了避避免免水水泥泥水水化化热热过过大大，通通常常选选用用矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥、火火山山灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥、粉粉煤煤灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥；但但也也可可使使用用硅硅酸酸盐盐水水泥泥、普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥，这这时时应应掺掺入入掺掺合合料料和和必要的外加剂必要的外加剂。

u 以以上上两两种种技技术术路路线线，可可以以殊殊途途同同归归，达达到到使使混混凝凝土土中中胶胶凝凝材料体系适应使用环境之目的材料体系适应使用环境之目的5.2.1 5.2.1 混凝土组成材料之一：混凝土组成材料之一：水泥水泥u 原原则则上上配配制制高高强强度度等等级级的的混混凝凝土土应应选选用用强强度度等等级级高高的的水水泥泥；配配制制低低强强度度等等级级的的混混凝凝土土，选选用用强强度度等等级级低低的的水水泥泥如如采采用用强强度度等等级级高高的的水水泥泥配配制制低低强强度度等等级级混混凝凝土土时时，会会使使水水泥泥用用量量偏偏少少，影影响响和和易易性性和和耐耐久久性性，必必须须掺掺入入一一定定数数量量的矿物掺合料的矿物掺合料u 目目前前，采采用用强强度度等等级级低低的的水水泥泥配配制制高高强强度度等等级级混混凝凝土土已已经经很很普普遍遍混混凝凝土土强强度度等等级级为为C30C30以以下下时时，可可采采用用强强度度。