土木工程材料_普通混凝土的组成材料#高级教学

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1、概念n 混凝土，简称为“砼（tng）”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。普通混凝土的组成材料 水泥+水+砂+石子+掺和料和外加剂水泥+水水泥浆（Paste）水泥浆砂水泥砂浆（Mortar）水泥砂浆石子混凝土（Concrete）外加剂Admixture掺和料mineral mixture混凝土的分类n(一)按表观密度分类n 1.普通混凝土n 其表观密度为2100-2500kg/m3,一般多在2400 kg

2、/m3左右。它是用普通的天然砂、石作骨料配制而成，为建筑工程中最常用的面广量大的混凝土，通常简称混凝土。主要用作各种建筑的承重结构材料。n 2.轻混凝土n 其表观密度小于1950 kg/m3。它是采用轻质多孔的骨料,或者不用骨料而掺入加气剂或泡沫剂等造成多孔结构的混凝土。其用途可分为结构用、保温用和结构兼保温等几种。n 3.重混凝土n 其表观密度大于2600 kg/m3。它是采用了密度很大的重骨料重晶石、铁矿石、钢屑等配制而成，也可以同时采用重水泥钡水泥、锶水泥进行配制。重混凝土具有防射线的性能，故又称防辐射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。混凝土的分类n(二)按用途分类n 结构混凝土(

3、即普通混凝土)n 防水混凝土n 耐热混凝土n 耐酸混凝土n 装饰混凝土n 大体积混凝土n 膨胀混凝土n 防辐射混凝土n 道路混凝土混凝土的分类n(三)按所用胶凝材料分类n 水泥混凝土n 沥青混凝土n 聚合物水泥混凝土n 树脂混凝土n 石膏混凝土n 水玻璃混凝土n 硅酸盐混凝土混凝土的分类n(四)按生产和施工方法分类n 预拌混凝土(商品混凝土)n 泵送混凝土n 喷射混凝土n 压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)n 挤压混凝土n 离心混凝土n 真空吸水混凝土n 碾压混凝土n 热拌混凝土混凝土的分类n(五)按抗压强度分类n 低强混凝土61MPan 超高强混凝土100Mpa混凝土的特点n 优点：n 1.原

4、材料来源丰富，造价低廉n 2.混凝土拌合物具有良好的可塑性n 3.配制灵活、适应性好n 4.抗压强度高n 5.与钢筋能很好配合n 6.耐久性良好n 7.耐火性好n 8.生产能耗较低n 缺点：n 1.自重大，比强度小n 2.抗拉强度低n 3.导热系数大n 4.硬化较慢，生产周期长混凝土发展趋向n 预应力钢筋混凝土n 高强混凝土n 高性能混凝土n 绿色混凝土n 复合混凝土混凝土中各组成材料的作用n 在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料。n 水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。n 在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性，便于施工。n 水泥浆硬化后，起胶结作

5、用，把砂石骨料胶结在一起，成为坚硬的人造石材混凝土，并产生力学强度。混凝土工程特点或所处环境条件优先选用可以使用不得使用环境条件在普通气候环境中普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥干燥环境中普通水泥矿渣水泥火山灰水泥、粉煤灰水泥在高湿环境中或永远处于水下矿渣水泥普通水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥严寒地区露天、寒冷地区处于水位升降区普通水泥矿渣水泥火山灰水泥严寒地区处于水位升降区普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥受侵蚀性环境水或侵蚀性气体作用根据侵蚀性介质的种类、浓度等具体条件按专门（或设计）规定选用工程特点厚大体积混凝土矿渣水泥、粉煤灰水泥普通水泥快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥要求

6、快硬混凝土快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥高强混凝土硅酸盐水泥普通水泥、矿渣水泥火山灰水泥、粉煤灰水泥有抗渗性要求混凝土普通水泥、火山灰水泥矿渣水泥有耐磨性要求混凝土普通水泥、硅酸盐水泥骨 料对骨料要求主要有：n 有害杂质含量少n 具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度；n 表面粗糙，与水泥粘结牢固n 性能稳定、坚固耐久等。二、细骨料Fine Aggregaten 定义：粒径在（0.154.75）mm之间的岩石颗粒称为细骨料。n 分类：天然砂天然砂是由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的。人工砂人工砂是将天然岩石轧碎而成，其颗粒棱角多，较洁净，但片状颗粒

7、及细粉含量较多，且成本较高，一般只在当地缺乏天然砂源时才采用人工砂。分 类n 天然砂：河砂、湖砂、海砂、山砂n 河砂、湖砂和海砂由于长期受水流的冲刷作用，颗粒表面比较圆滑，比较洁净，且产源较广，但海砂中常含有贝壳碎片及可溶盐等有害杂质。n 山砂颗粒多具棱角，表面粗糙，砂中含泥量及有机质等有害杂质较多。n 天然砂按其技术要求分为优等品、一等品、合格品三个等级。有害杂质的危害n 云母表面光滑的层、片状物质，与水泥粘结性差，影响混凝土的强度和耐久性；n 硫化物及硫酸盐对水泥有侵蚀作用；n 有机质影响水泥的水化硬化；n 粘土、淤泥粘附在砂粒表面妨碍水泥与砂的粘结，增大用水量，降低混凝土的强度和耐久性，

8、并增大混凝土的干缩；n 海砂含的氯化钠等氯化物对钢筋有锈蚀作用，因此对使用海砂配制混凝土时，其氯盐含量（折算成NaCl）不应大于0.1%,对预应力钢筋混凝土结构，不宜采用海砂。2、砂的粗细程度和颗粒级配n 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度。n 砂子通常分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。n 在相同用砂量条件下，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。在混凝土中砂子表面需用水泥浆包裹，赋予流动性和粘结强度，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多，除不经济外，还会导致混凝土水化热大、收缩变形大、易开裂等。n 从图可看出：同样粒径的砂，空隙率最大;两种粒径的

9、砂搭配起来，空隙率就减小；三种粒径的砂搭配，空隙就更小。因此，要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。砂的颗粒级配理想的颗粒级配n 在拌制混凝土时，砂的粗细和颗粒级配应同时考虑。n 当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中粗颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，则可达到空隙率及总表面积均较小，这种砂是比较理想的，不仅水泥用量少，而且还提高混凝土的密实性与强度。颗粒级配和粗细程度的定量表示n 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的级配，用细度模数表示砂的粗细。砂级配的调整n 在实际工程中，若砂的级配不合适，可采用人工掺配的方法来改善，即将粗、细砂按适当的比例进行掺合使用；

10、或将砂过筛，筛除过粗或过细颗粒。n 定义：粒径4.75mm的岩石颗粒n 分类n 1、按产源分2、按技术要求分类 宜用于强度等级大于C60C60的混凝土；类 用于强度等级为C30C30C60C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类 宜用于强度等级小于C30C30的混凝土和建筑砂浆。石卵石碎石机制石混合石河卵石、海卵石和山卵石等三、粗骨料卵 石 碎碎 石石品质要求n 洁净n 坚硬n 表面粗糙n 级配合理n 粒径合适1、有害杂质含量的限值n 粗骨料中的有害杂质：粘土物质、石粉（0.15mm）、硫化物、硫酸盐、氯化物、有机质、针片状颗粒、云母、风化颗粒、泥岩、活性骨料等2、强 度n 原 则：骨料强度混

11、凝土强度骨料表面特征n骨料表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等。n影响骨料与水泥石之间的粘结性能，进而影响混凝土的强度。n碎石表面粗糙而且具有吸收水泥浆的孔隙特征，所以它与水泥石的粘结能力强；n卵石表面光滑且少棱角，与水泥石的粘结能力较差，但混凝土拌合物的和易性较好。在相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土强度高10左右。连续级配和间断级配n 连续级配是按颗粒尺寸大小由小到大连续分级（4.75mmDmax）,每一级骨料都占有一定比例。连续级配颗粒级差小（D/d2）,配制的混凝土拌和物和易性好，不易发生离析；n 间断级配是人为剔除某些中间粒级颗粒，大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充，

12、颗粒级差大（D/d6）,空隙率的降低比连续级配快得多，可最大限度地发挥骨料的骨架作用，减小水泥用量。但混凝土拌和物易产生离析现象；n 单粒级宜用于组合成具有所要求级配的连续粒级，也可与连续粒级配合使用，以改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。工程中不宜采用单一的单粒级配制混凝土。6、骨料的体积稳定性n 定义：当骨料由于干湿循环或冻融交替等风化作用引起体积变化而导致混凝土破坏时，即认为体积稳定性不良。n 现象：具有某种特征孔结构的岩石会表现出不良的体积稳定性。如页岩、砂岩较易遭受冰冻以及骨料内盐类结晶所导致的破坏。n 检验方法：硫酸钠溶液浸渍法n 骨料越密实，强度高，吸水率小时，其坚固性越好；而

13、结构疏松，矿物成份越复杂不均匀，其坚固性越差。四、混凝土拌和及养护用水对混凝土用水的质量要求是:不影响混凝土的凝结硬化 无损于混凝土强度发展及耐久性 不加快钢筋锈蚀 不引起预应力钢筋脆断 不污染混凝土表面拌和及养护用水的选择依混凝土拌和用水标准（JGJ632006）n 饮用水可以直接使用；n 地表水和地下水按标准规定检验合格后可使用。n 海水可以拌制素混凝土；不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土结构，对有饰面要求的混凝土，也不得采用海水拌制；n 工业废水经检验合格后可用于拌制混凝土。n 生活污水水质比较复杂，不能用于拌制混凝土。对水质怀疑的处理n 用待检验水与蒸馏水分别做：水泥凝结时间 砂浆或混凝

14、土强度对比试验。n 对比试验测得的：水泥初凝时间差和终凝时间差，均不得超过30min，且其初凝及终凝时间应符合国家水泥标准的规定。用待检验水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水配制的对比砂浆或混凝土强度的90混凝土养护n 混凝土养护的目的n 混凝土养护的分类:n 混凝土的养护包括自然养护和蒸汽养护n 混凝土蒸汽养护n 箱梁混凝土蒸汽养护n 混凝土自然养护n 混凝土养生液养护n 满水法养护n 节水保湿养护膜养护n 混凝土养护的时间n 混凝土养护温控要求五、外加剂 混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不超过水泥质量的5。外加剂的分类按其主要

15、功能分为四类：（1）改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。使用外加剂的主要目的、改善混凝土、砂浆、水泥浆的性能如：n 不增加用水量而提高和易性、或和易性相同但能减少用水量；n 缩短或延长初凝时间；n 减少泌水和离析；n 大幅度提高可泵性；n 减小坍落度损失。使用外加剂的主要目的、改善混凝土、砂浆、水泥浆的性能，如：n 延缓或减少水化热；n 加速早期强度增长率；

16、n 提高混凝土强度（压、拉、弯）；n 提高耐久性，特别是抵抗严酷的暴露环境；n 阻止或减缓混凝土中钢筋的锈蚀；n 控制与减缓碱骨料反应造成的膨胀破坏。常用外加剂的性能与选用工程上常用的混凝土外加剂主要有：各类减水剂 早强剂、防冻剂 引气剂 缓凝剂等1、减水剂n 定义减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少其拌和水量的外加剂。n 分类普通减水剂和高效减水剂两大类。n 减水剂的主要作用：1、降低水灰比（水胶比），提高混凝土强度；2、增大工作度，使混凝土易于浇注、成型密实；3、不改变混凝土强度和工作度，在减少用水量的同时降低水泥用量。4、改善混凝土拌合物的可泵性 目前常用的减水剂n 普通

17、减水剂：木质素系（木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁）糖蜜系（糖化钙、低聚糖）n 高效减水剂：萘系（萘磺酸盐甲醛缩合物）树脂系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物）2、早强剂n 定义早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。适于在低温施工时使用。在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂，n 用途在低温和负温条件下它能够降低冰点，使拌合物中的水分不会很快结冰，使水泥继续水化，达到抵抗冰体膨胀的临界强度。多用于冬期施工和抢修工程。n 分类主要有 氯盐类 硫酸盐类 有机胺类三种。3、缓凝剂n 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。n 缓凝剂主要有四类：糖类，如糖蜜；木

18、质素磺酸盐类，如木钙、木钠；羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸；无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。n 常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。4、引气剂n 定义引气剂是指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌和物泌水离析，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。n 目前应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。5.防冻剂n定义指在规定温度下，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。n常用的防冻剂有：氯盐类（氯化钙、氯化钠）；氯盐阻锈类（以氯盐与亚硝酸钠阻锈剂复合

19、而成）；无氯盐类（以硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合而成）。6.速凝剂n 定义是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类。n 常用的速凝剂主要是无机盐类，型号有红星型、711型、728型、8604型等n 红星型速凝剂是由铝氧熟料、碳酸钠、生石灰按质量1：1：0.5的比例配制而成的一种粉状物，适宜掺量为水泥质量的2.5%4.0%。n 711型速凝剂是由铝氧熟料与无水石膏按质量比3：1配合粉磨而成，适宜掺量为水泥质量的35。其它外加剂n 如膨胀剂、防水剂、泵送剂、速凝剂等；n 复合功能的外加剂：如早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、减水膨胀剂、膨胀防水剂等；外加剂

20、的选择和使用注意以下几点：n 外加剂品种的选择。根据工程需要，现场的材料条件，参考有关资料，通过试验确定。n 外加剂掺量的确定通过试验试配确定最佳掺量。n 外加剂的掺加方法：对于可溶于水，应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。对于不溶于水的，应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。n 外加剂的掺入时间有同掺法、后掺法、分次掺入等。六、掺合料n 定义在混凝土拌合物制备时，为了节约水泥，改善混凝土性能、调节混凝土强度等级，而加入天然的或者人造的矿物材料，统称为混凝土掺合料。n 分类活性掺合料和非活性掺合料。n 非活性掺合料一般与水泥组分不起化学作用，或化学作用很小，主要可起改善混凝土和易性、降低混凝土成本等作用。如磨细的石英砂、石灰石、慢冷矿渣等。n 活性掺合料虽然本身不硬化或硬化速度很慢，但能与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成具有水硬性的胶凝物质，因此又称为辅助性胶凝材料。它能提高混凝土的后期强度，降低水化热，提高混凝土的耐久性。如粒化高炉矿渣、火山灰质材料、粉煤灰、硅灰等。n 采用硅灰、超细粉磨的高炉矿渣、粉煤灰或沸石粉等超细微粒混合材料，是配制高强、超高强混凝土行之有效的、比较经济实用的技术途径，是当今国际混凝土技术发展的趋势之一。