混凝土及其原材料基础知识

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1、.,混凝土及原材料基础知识,贵州建工混凝土限责任公司 谢业晶,.,一、什么叫混凝土？ 混凝土，简称“砼”：它是由胶材料，粗集料、细集料、水、外加剂、矿物掺合料等按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。 混凝土是当今用量最大的建筑材料，也是最大宗的结构材料，是一直支撑我国建设发展的关键性材料之一。是占建筑结构工程80%以上的主要建筑材料，是城市化和工业化的骨架。混凝土一直是支撑我国建设发展的关键性材料之一。,（一）混凝土,.,随着我国建筑工业和城镇化建设的高速发展，我国预拌混凝土企业截至2015年底，已达到10500多家，年总产值超过1万亿元，年设计生产能力64.7亿立方

2、米，每年有40多亿立方米的混凝土用于基础设施建设和国家重点工程建设。我国已成为世界上混凝土产量和用量最大的国家。,.,二、预拌混凝土,预拌混凝土： 按照GB/T14902-2012预拌混凝土标准的定义是：在搅拌楼（站）生产的，通过运输设备送至使用地点的、交货时为拌合物的混凝土。 预拌混凝土的交货量以体积计，计算单位为m3。预拌混凝土的体积由运输车实际装载量除以混凝土拌合物的表观密度计算求得。 预拌混凝土分为常规品（A）和特制品(B),.,1、预拌混凝土特制品包括,高强混凝土：代号(H) 自密实混凝土：代号(S) 纤维混凝土：代号(F) 轻骨料混凝土：代号(L) 重混凝土：代号(W) 特制品以外

3、的混凝土称为常规混凝土，也就是普通混凝土和再生骨料混凝土。,.,2、预拌混凝土的种类,1、普通混凝土（A）：干表观密度在20002800kg/m3的混凝土。 2、高强混凝土(H) 强度等级不低于C60的混凝土。 3、自密实混凝土(S) 无需振捣，能够在自重作用下流动密实的混凝土。 4、纤维混凝土(F)：掺加钢纤维或合成纤维作为增强材料的混凝土。 5、轻骨料混凝土(L)：用轻粗骨料、轻砂或普通砂等配制的干表观密度1950kg/m3的混凝土。 6、重混凝土(W)：用重晶石等重骨料配制的干表观密度2800kg/m3的混凝土。 7、再生骨料混凝土(A)：全部或部分采用再生骨料作为骨料配制的混凝土。,.

4、,3、预拌混凝土的强度等级,混凝土的强度等级代号为C： 混凝土的强度等级分为：C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100。,.,混凝土拌合物的坍度等级划分,混凝土拌合物的扩展度等级划分,4、预拌混凝土的拌合物等级划分,.,二、混凝土的优缺点,1、混凝土的优点 混凝土具有原料丰富、价格低廉、制作简单、造型方便、抗压强度高、耐久性好、维修费低、耐火耐震等优点。其使用范围出十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，在造船业，机械工业，海洋开发，地热工程等，混凝土也是重要的建筑材料。,.,2、混凝土

5、的缺点 混凝土具有抗拉、抗折强度低、脆性系数大、容易产生裂缝、自重大等缺点。 所以，混凝土通常作为受压构件，作为梁、板等受拉、压构件时，必须配置受拉钢筋。 通常，混凝土的抗拉强仅有抗压强度的1/201/10之一。,.,三、混凝土的发展历史,1、水泥的发明 1824年英国人阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥，硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，因此叫波特兰水泥，即纯硅酸盐水泥。同年，阿斯普丁获得波特兰水泥的发明专利。把水泥和水、砂石骨料混合在一起我们得到混凝土，从此水泥混凝土逐渐得到了广泛的应用。,.,我们前面已经说过混凝土抗压强度很高，但它的抗拉强度却很低，也就说，混凝土怕拉，

6、不怕压。 混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的10到20分之一左右，混凝土的抗拉伸应变仅为1.5 /万左右，但混凝土由于失水干缩的应变却可以到达24/万，所以混凝土很容易拉裂。,.,2、钢筋混凝土,直到钢筋混凝土的问世，抗拉这个问题才得以解决 钢筋混凝土：在混凝土中加入钢筋，就变成了钢筋混凝土，也叫“钢砼”。钢筋混凝上的问世。引起了建筑材料的一场革命。 发明钢筋混凝土的既不是建筑业的科学家,也不是著名的工程师，而是一个和建筑不搭界的园艺师。他就是法国的约瑟夫莫尼哀(1828一1906)。,.,钢筋解决了混凝土抗拉强度低的问题。那么钢筋为什么能够和混凝土很好的一起工作呢？是因为水泥混凝土对钢筋有握裹力

7、，而且钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较接近，因此它们能够一起很好的承担荷载。 混凝土的线膨胀系数：1.0 x10-5/（20）； 钢筋的线膨胀系数： 1.2x10-5/（20）。 此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀。,3、钢筋为什么能够和混凝土一起很好的 承担荷载？,.,四、混凝土的种类,1、按胶凝材料分有： 无机胶凝材料混凝土： 如水泥混凝土（也叫普通混凝土）、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等； 有机胶结料混凝土： 如沥青混凝土、聚合物混凝土等。,.,普通混凝土,普通混凝土也叫水泥混凝土，是指用水泥、砂子（山砂、

8、河砂）、石子（碎石、卵石）、加水拌合，经水化硬化而成的混凝土。 在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在细骨料表面并填充粗骨料空隙。在硬化前，水泥砂浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。 由于水泥是一种水凝性胶凝材料，因此，普通混凝土可以采用自然养护、蒸汽养护、干湿热养护、蒸压养护等。,.,重混凝土,容重28005500kg/m3甚至更大；比如防辐射混凝土就是一种重混凝土 普通混凝土,容重20002800kg/m3范围，通常在2500kg/m3左右； 轻混凝土，容重为5001950kg/m3的加气混凝土、轻集

9、料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土等。 为改善钢筋混凝土自重大的缺点，世界各国已经大力研究发展了各种轻质混凝土(由胶结料、多孔粗骨科、多孔或密实的细骨科与水拌制而成)。如：如陶粒混凝土、聚苯颗粒混凝土、加气混凝土颗粒混凝土、浮石混凝土、火山渣混凝土、膨胀矿渣混凝土等。,2、按容重分有:,.,3、按使用功能分主要有： 结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。,.,4、按成型工艺分主要有：,真空混凝土 灌浆混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 泵送混凝土等。,.,5、按配筋方式分有,素(即无筋)混凝土、钢筋混凝

10、土、钢丝网水泥混凝土（如江浙一带的钢丝网水泥船）、纤维混凝土（如钢纤维或合成纤维混凝土）、预应力混凝土（如预应力桥墩）等。,.,（1）素(即无筋)混凝土 素混凝土是针对钢筋混凝土、预应力混凝土等而言的。素混凝土是钢筋混凝土的重要组成部分，由水泥、砂（细骨料）、石子（粗骨料）、矿物参合料、外加剂等，按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成。 当构件的配筋率小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时，也视为素混凝土结构。这种材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度却很低，故一般在以受压为主的结构构件中采用，如柱墩、基础墙等。,.,（2）钢筋混凝土 当在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。钢筋和混凝土

11、这种物理、力学性能很不相同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，首先钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。其次钢筋与混凝土之间有良好的粘结力，有时钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条（称为变形钢筋）来提高混凝土与钢筋之间的机械咬合，当此仍不足以传递钢筋与混凝土之间的拉力时，通常将钢筋的端部弯起180 度弯钩。此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，使钢筋不易锈蚀。,.,6、按混凝土拌合物的和易性分有： 干硬性混凝土（坍落度10mm，且须用维勃稠度（S）表示其稠度的混凝土）； 塑性混凝土(坍落度在1090mm)； 流动性混凝土(坍落度在100150mm)； 大流动性混凝

12、土(坍落度160mm)； 自密实混凝土等(具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土)。,.,五、混凝土内部结构,混凝土是一种由固体、液体、气体组成的复合材料体。 其中胶凝材料约占总材料量的五分之一，水约占十分之一，其余五分之三到五分之四为砂、石集料。 在混凝土里面掺入砂石集料，一方面是经济原因，毕竟砂石便宜，另一方面，砂石在混凝土里面起到骨架支撑作用和限制混凝土收缩作用。,.,.,混凝土内部结构 混凝土内部结构是这样的，水泥包裹砂子形成水泥砂浆填充石子的空隙。砂子、石子的级配和粒形越好，空隙率就越低，水泥砂浆需要量就越少，混凝土和易性就越好，

13、混凝土结构就越致密，混凝土强度就越高。 所以，砂石的级配和粒形很重要！,.,（二）普通混凝土的原材料,一、水泥： 按照 GB175-2007通用硅酸盐水泥标准要求。 1、水泥定义： 以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。 通用硅酸盐水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。,.,2、通用硅酸盐水泥的组成应符合表1的规定：,.,3、通用硅酸盐水泥的化学指标应符合表2的规定：,.,4、通用硅酸盐水泥的强度应符合表3的规定：,.,5、水泥的细度（选择性指标）： 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，

14、要求比表面积 300m2/kg，通常为 320 350m2/kg。 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示，要求80m方孔筛的筛余量不大于10%或45m方孔筛的筛余量不大于30%。,.,6、水泥的凝结时间： 硅酸盐水泥的初凝时间要求不小于45min，终凝时间不大于390min（6.5h）。 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的初凝时间要求不小于45min，终凝时间不大于600min（10h）。 7、安定性： 通用硅酸盐水泥的安定性要求沸煮法合格。,.,水泥颗粒粒径一般在 7100 m 范围内，在一般

15、条件下，水泥颗粒大小与水化的关系是： 10 m ，水化最快 3 30m，水泥的主要活性部分 60 m，水化缓慢 90 m，表面水化，只起微集料作用 332颗粒对砂浆强度增长起主要作用，其间粒度分布应是连续的，总量不低于65 。小于3的细颗粒，易结团，不要超过10。 粒径1以下的小颗粒，在加水拌和过程中就水化了，对混凝土获得强度的作用很小，反而造成混凝土较大收缩。 粒径20的颗粒一个月后只水化54，水化深度5.48，熟料核只能起骨料作用。,8、水泥颗粒的粒度分布及其水化反应速度,.,9、水泥的矿物组成及其水化速度与水化强度： （1）水泥矿物组成为：C3S（硅酸三钙）（4462%）、C2S（硅酸二

16、钙）（1830%）、C4AF（铁铝酸四钙）（1020%）、C3A（铝酸三钙）（512%）。 （2）水泥的矿物的水化速度（水化热）： C3AC3SC4AFC2S （3）水泥的矿物的水化强度： C3SC2SC3AC4AF C4AF主要对抗折强度贡献较大。,.,二、混凝土外加剂,外加剂是混凝土不可缺少的重要的组成材料。 1、早强剂： A、可溶性无机盐：氯化物、碳酸盐、硝酸盐、硫代硫酸盐、硫酸盐等 B、可溶性有机物：三乙醇胺、甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙和丁酸钙、尿素、草酸、胺与甲醛缩合物。 2、速凝剂：铁盐、氟化物、氯化铝、铝酸钠、碳酸钾。,.,3、引气剂：松香胶、废动物毛、水解血、木材树脂盐、合成洗涤剂、木质素磺酸盐、蛋白质的盐、脂肪酸和树脂酸及其盐。 4、减水剂和缓凝剂：木质素磺酸盐及其改性或衍生物、羟基羧酸及其盐或其改性和衍生物、无机盐（锌盐、硼酸盐、磷酸盐、