混凝土基礎(chǔ)知識(shí)

青山站2010年技術(shù)培訓(xùn)教材青山站2010年技術(shù)培訓(xùn)教材 混凝土基礎(chǔ)知識(shí)混凝土的歷史可以追溯到古老的年代。其所用的膠凝材料為粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世紀(jì)20年代出現(xiàn)了波特蘭水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的強(qiáng)度和耐久性，而且原料易得，造價(jià)較低，特別是能耗較低，因而用途極為廣泛。1861年鋼筋混凝土得到了第一次的應(yīng)用，首先建造的是水壩、管道和樓板。1875年，法國(guó)的一位園藝師蒙耶（1828～1906年）建成了世界上第一座鋼筋混凝土橋。20世紀(jì)初，有人發(fā)表了水灰比等學(xué)說(shuō)，初步奠定了混凝土強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)。以后，相繼出現(xiàn)了輕集料混凝土、加氣混凝土及其他混凝土，各種混凝土外加劑也開(kāi)始使用。60年代以來(lái)，廣泛應(yīng)用減水劑，并出現(xiàn)了高效減水劑和相應(yīng)的流態(tài)混凝土；高分子材料進(jìn)入混凝土材料領(lǐng)域，出現(xiàn)了聚合物混凝土；多種纖維被用于分散配筋的纖維混凝土?，F(xiàn)代測(cè)試技術(shù)也越來(lái)越多地應(yīng)用于混凝土材料科學(xué)的研究。第一章混凝土混凝土：是由膠凝材料、狀粒材料、水及其他外加劑按照適量的比例配制而成的一種建筑材料普通混凝土：以水泥為膠凝材料，砂子和石子為骨料，以及根據(jù)需要摻入的外加劑、礦物摻合料等組分按一定比例，經(jīng)加水?dāng)嚢?、澆筑成型、凝結(jié)固化成具有一定強(qiáng)度的“人工石材”，也就是水泥混凝土，“混凝土”一詞通?？珊?jiǎn)作“砼”,英文“Concrete”?；炷恋姆诸悾?1)按表觀密度分類混凝土按表觀密度大小不同可分為三類：①重混凝土它是指干表觀密度大于2600kg／m的混凝土，通常是采用高密度集料(如重晶石、鐵礦石、鋼屑等)或同時(shí)采用重水泥(如鋇水泥、鍶水泥等)制成的混凝土。因?yàn)樗饕米骱四芄こ痰妮椛淦帘谓Y(jié)構(gòu)材料，又稱為防輻射混凝土。②普通混凝土它是指干表觀密度為2000～2600kg／m的混凝土，通常是以常用水泥為膠凝材料，且以天然砂、石為集料配制而成的混凝土。它是目前土木工程中最常用的水泥混凝土。③輕混凝土它是指干表觀密度小于1950ks的混凝土，通常是采用陶粒等輕質(zhì)多孔的集料，或者不用集料而摻人加氣劑或泡沫劑等而形成多孔結(jié)構(gòu)的混凝土。根據(jù)其性能與用途的不同又可分為結(jié)構(gòu)用輕混凝土、保溫用輕混凝土和結(jié)構(gòu)保溫輕混凝土等。(2)按用途分類按混凝土在工程中的用途不同可分為結(jié)構(gòu)混凝土、水工混凝土、海洋混凝土、道路混凝上、防水混凝土、補(bǔ)償收縮混凝土、裝飾混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、防輻射混凝土等。(3)按強(qiáng)度等級(jí)分類按混凝土的抗壓強(qiáng)度可分為低強(qiáng)混凝土、中強(qiáng)混凝土、高強(qiáng)混凝土及超高強(qiáng)混凝土等。(4)按生產(chǎn)和施工方法分類按棍凝土的生產(chǎn)和施工方法不同可分為預(yù)拌(商品)混凝土、泵送混凝土、噴射混凝土、壓力灌漿混凝土(預(yù)填骨料混凝土)、擠壓混凝土、離心混凝土、真空吸水混凝土、碾壓混凝土等。此外，按每立方米混凝土中水泥用量(C)分為貧混凝土(C≤170kg／m)和富凝土(C≥230kg／m)。另外，還有摻加其他輔助材料的特種混凝土，如粉煤灰混凝土、纖維棍凝土、硅灰混凝土、磨細(xì)高爐礦渣混凝土、硅酸鹽混凝土等?；炷恋奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)原材料來(lái)源豐富施工方便性能可根據(jù)需要設(shè)計(jì)調(diào)整抗壓強(qiáng)度高耐久性好缺點(diǎn)自重大抗拉強(qiáng)度低，抗裂性差收縮變形大混凝土的性質(zhì)混凝土原材料加水拌合后形成混凝土拌合物，其具有一定得流動(dòng)性、粘聚性和可塑性。隨著時(shí)間的推移，膠凝材料的反應(yīng)不斷進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷增加，形成凝聚結(jié)構(gòu)。此時(shí)混凝土開(kāi)始凝結(jié)硬化，逐漸失去流動(dòng)性和可塑性，最終形成具有一定強(qiáng)度的水泥石，凝結(jié)硬化以前的混凝土拌合物稱為新拌混凝土，凝結(jié)硬化以后的混凝土稱為硬化混凝土。新拌混凝土是在攪拌站形成的，并一直保持到提供給用戶以后，因此，新拌混凝土的性能主要是由攪拌站控制的（主要控制其工作性等指標(biāo)）；硬化混凝土則是在用戶處形成的，并經(jīng)過(guò)一系列的操作過(guò)程，這些操作過(guò)程對(duì)硬化混凝土的性能會(huì)產(chǎn)生非常大的影響，因此，硬化混凝土的性能則受混凝土攪拌站和施工單位雙方控制。普通混凝土的基本要求滿足便于攪拌、運(yùn)輸和澆搗密實(shí)的施工和易性；滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)滿足工程所處環(huán)境條件所必需的耐久性；經(jīng)濟(jì)合理普通混凝土是由水泥、砂、石、水、摻合料和外加劑等材料組成的。第二章混凝土的組成材料一、水泥凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后，可成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，通稱水泥。按用途及性能分為三大類：①通用水泥。用于一般土木建筑工程，如硅酸鹽水泥（以硅酸鈣為主要礦物組成的水泥的統(tǒng)稱，國(guó)際上統(tǒng)稱為波特蘭水泥，包括普通硅酸鹽水泥，礦渣、火山灰質(zhì)、粉煤灰、混合硅酸鹽水泥等）。②專用水泥。用于某種專用工程，如油井水泥、型砂水泥等。③特種水泥。用于對(duì)混凝土某些性能有特殊要求的工程，如快硬水泥、水工水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥、自應(yīng)力水泥等。水泥的性能必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度、比重、水化熱、抗?jié)B性、抗凍性、脹縮性、耐熱性和耐蝕性等指標(biāo)。硅酸鹽水泥：凡是由硅酸鹽為主要成份的熟料、適量石膏、0～70%的不同品種的混合材料，磨細(xì)制得的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽系列水泥。硅酸鹽水泥熟料化學(xué)組成：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。粉煤灰粉煤灰是從燃煤熱電廠煙道氣體中收集的一種粉狀材料，以SiO2和Al2O3為主要成分，含有少量Fe2O3、CaO。粉煤灰根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三級(jí)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，其中Ⅰ級(jí)粉煤灰的性能最優(yōu)。在混凝土中摻加粉煤灰使混凝土的性能得到以下幾個(gè)方面的改善：可以提高混凝土的后期強(qiáng)度；在混凝土的用水量不變的情況下，可以起到顯著改善混凝土拌合物和易性的效應(yīng)，增加流動(dòng)性和粘聚性，還可降低水化熱；若保持混凝土拌合物原有的和易性不變，則可減少用水量，起到減水的效果，從而提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，增強(qiáng)耐久性。礦粉磨細(xì)礦渣（即通常所說(shuō)的礦粉）是指在高爐煉鐵過(guò)程中排出的非金屬礦物熔渣，通過(guò)粉磨所得到的一種粉狀材料，主要化學(xué)組成為CaO、SiO2、Al2O3。在混凝土中摻加磨細(xì)礦渣使混凝土的性能得到以下幾個(gè)方面的改善：降低了混凝土的水化熱；可提高混凝土的耐久性，改善混凝土的抗?jié)B性能；具有物理輔助減水效果；有利于提高混凝土的后期強(qiáng)度；改善坍落度損失。骨料骨料（也稱集料）總體積占混凝土體積的60～80％，根據(jù)粒徑大小分為粗骨料（粒徑＞4.75mm）和細(xì)骨料（粒徑為0.15～4.75mm）。外加劑減水劑是最常用的一類化學(xué)外加劑，在混凝土中使用減水劑主要有以下幾個(gè)作用：在保持用水量不變的情況下，改善新拌混凝土的工作度，提高流動(dòng)性：在保持新拌混凝土工作度不變的情況下，減少用水量，以提高混凝土的強(qiáng)度；在保持新拌混凝土一定強(qiáng)度前提情況下，減少水泥用量，以改善硬化混凝土的體積穩(wěn)定性，提高抗裂性；改善新拌混凝土的可泵性，提高施工速度。拌合用水水是膠凝材料水化反應(yīng)的反應(yīng)物水是混凝土流動(dòng)性的調(diào)節(jié)組分水是各組分運(yùn)動(dòng)的載體水是產(chǎn)生膨脹的源泉第三章混凝土的和易性普通混凝土的和易性新拌混凝土的和易性，也稱工作性，是指拌合物易于攪拌、運(yùn)輸、澆搗成型，并獲得質(zhì)量均勻密實(shí)的混凝土的一項(xiàng)綜合技術(shù)性能。和易性的測(cè)定方法通常是以測(cè)定拌合物的流動(dòng)性來(lái)評(píng)定和易性，而粘聚性和保水性主要通過(guò)觀察的方法進(jìn)行評(píng)定。目前，最常用的方法為坍落度法。離析和泌水離析：指混合料各組分分離，造成不均勻和失去連續(xù)性的現(xiàn)象?；炷林蓄w粒運(yùn)動(dòng)公式：V顆粒=2r2g(ρ-ρ)/9η 顆粒 顆粒 液 液結(jié)論：顆粒的運(yùn)動(dòng)速度與顆粒粒徑的平方及顆粒與液體的密度差成正比；與液體的粘度成反比三個(gè)層次的分離：泌水、浮漿、粗骨料離析。影響混凝土和易性的主要因素單位用水量單位用水量是混凝土流動(dòng)性的決定因素。用水量增大，流動(dòng)性隨之增大，但用水量大帶來(lái)的不利影響是保水性和粘聚性變差，易產(chǎn)生泌水分層離析，從而影響混凝土的勻質(zhì)性、強(qiáng)度和耐久性。漿骨比漿骨比指水泥漿用量與砂石用量之比值。水膠比水膠比即水用量與膠凝材料用量之砂率砂率是指砂用量與砂、石總用量的質(zhì)量百分比。水泥品種及細(xì)度骨料的品種和粗細(xì)程度外加劑一般來(lái)說(shuō)，混凝土的流動(dòng)度隨著減水劑用量的增加而增大，但每種減水劑都有一個(gè)最佳摻量，減水劑的作用在此時(shí)達(dá)到極限，繼續(xù)增大摻量，流動(dòng)度不再增大，甚至還有可能減小。所以要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定最佳摻量，不可盲目地超量使用減水劑。時(shí)間、氣候條件混凝土和易性調(diào)整原則當(dāng)混凝土流動(dòng)性小于設(shè)計(jì)要求時(shí)，為了保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性，不能單獨(dú)加水，必須保持水灰比不變，增加水泥漿用量。但水泥漿用量過(guò)多，則混凝土成本提高，且將增大混凝土的收縮和水化熱等?；炷恋恼尘坌院捅Ｋ砸部赡芟陆?。當(dāng)坍落度大于設(shè)計(jì)要求時(shí)，可在保持砂率不變的前提下，增加砂石用量。實(shí)際上相當(dāng)于減少水泥漿數(shù)量。改善骨料級(jí)配，既可增加混凝土流動(dòng)性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，實(shí)際操作難度往往較大。摻減水劑或引氣劑，是改善混凝土和易性的最有效措施。盡可能選用最優(yōu)砂率。當(dāng)粘聚性不足時(shí)可適當(dāng)增大砂率六、新拌混凝土的凝結(jié)時(shí)間初凝：指混凝土加水至失去塑性所經(jīng)歷的時(shí)間，亦即表示施工操作的時(shí)間極限。終凝：指混凝土加水到產(chǎn)生強(qiáng)度所經(jīng)歷時(shí)間。初凝時(shí)間希望適當(dāng)長(zhǎng)，以便于施工操作；終凝與初凝的時(shí)間差則越短越好?；炷脸跄龝r(shí)間一般在2-4h，加了緩凝劑可以達(dá)到6-8h；一般商品混凝土終凝時(shí)間控制要求在12-16h。這是最保守的設(shè)計(jì)時(shí)間七、新拌混凝土的坍落度損失新拌混凝土的流動(dòng)性隨著時(shí)間的變化而逐漸降低，這是混凝土水化硬化的必然過(guò)程，普通商品混凝土的流動(dòng)性指標(biāo)用坍落度來(lái)評(píng)價(jià)，因此，也常用坍落度損失來(lái)表征商品混凝土流動(dòng)性依時(shí)性變化?；炷撂涠葥p失原因外加劑作用的減退；混凝土中自由水的損失；混凝土含氣量的降低；較多水化產(chǎn)物的形成減小新拌混凝土坍落度損失的措施選擇相適應(yīng)的膠凝材料-外加劑體系；延緩膠凝材料的水化對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)濕處理；增強(qiáng)混凝土的保水能力；控制混凝土中不穩(wěn)定氣泡的含量；摻入一定數(shù)量的礦物外加劑。第四章硬化混凝土的性能強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度是硬化混凝土性能的主要指標(biāo)，是指按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，將混凝土拌合物制作邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度20±2℃，相對(duì)濕度95％以上）下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱立方體抗壓強(qiáng)度)。普通混凝土劃分為十二個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60；一般把C60及以上的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土。影響的強(qiáng)度因素水泥強(qiáng)度和水灰比骨料的影響齡期齡期是指混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)歷的時(shí)間。養(yǎng)護(hù)條件混凝土的養(yǎng)護(hù)條件主要指所處的環(huán)境溫度和濕度?；炷翉?qiáng)度試件制作及養(yǎng)護(hù)要求按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)出場(chǎng)前的砼取樣；對(duì)取來(lái)的砼拌合均勻；按照標(biāo)準(zhǔn)要求采取成型方式：人工插搗或振動(dòng)臺(tái)振實(shí)成型；在20±5℃的條件下靜止24~48小時(shí)；拆模后立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)或同條件養(yǎng)護(hù)。變形性能化學(xué)收縮濕脹干縮溫度變形徐變：混凝土在恒定荷載長(zhǎng)期作用下，隨時(shí)間增長(zhǎng)而沿受力方向增加的非彈性變形，稱為混凝土的徐變。耐久性抗?jié)B性2、抗凍性抗侵蝕性堿骨料反應(yīng)第五章混凝土的質(zhì)量波動(dòng)原材料的質(zhì)量波動(dòng)砂細(xì)度模數(shù)和級(jí)配的波動(dòng)；粗骨料最大粒徑和級(jí)配的波動(dòng)；骨料含泥量的波動(dòng)；4、骨料含水量的波動(dòng)；膠凝材料質(zhì)量的波動(dòng)；外加劑質(zhì)量的波動(dòng)（如液體材料的含固量、減水劑的減水率等）。施工養(yǎng)護(hù)引起的質(zhì)量波動(dòng)混凝土的質(zhì)量波動(dòng)與施工養(yǎng)護(hù)有著十分緊密的關(guān)系。如混凝土攪拌時(shí)間長(zhǎng)短；2.計(jì)量時(shí)未根據(jù)砂石含水量變動(dòng)及時(shí)調(diào)整配合比；3.運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起分層、析水；4.振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或不足；5.澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間，或者未能根據(jù)氣溫和濕度變化及時(shí)調(diào)整保溫保濕措施等等。試驗(yàn)條件變化引起的質(zhì)量波動(dòng)試驗(yàn)條件的變化主要指：取樣代表性；成型質(zhì)量（特別是不同人員操作時(shí)）；試件的養(yǎng)護(hù)條件變化；試驗(yàn)機(jī)自身誤差；試驗(yàn)人員操作的熟練程度等。第六章普通混凝土的質(zhì)量控制了解和把握工程需求信息混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；混凝土的工作性要求；混凝土的抗?jié)B、抗裂性；混凝土的耐久性；施工部位、結(jié)構(gòu)及工藝要求；天氣狀況。對(duì)進(jìn)場(chǎng)原材料的質(zhì)量控制進(jìn)場(chǎng)骨料檢測(cè)測(cè)含泥量、顆粒級(jí)配等指標(biāo)進(jìn)場(chǎng)膠凝材料按批次取樣，檢測(cè)強(qiáng)度、活性、適應(yīng)性等指標(biāo)；進(jìn)場(chǎng)減水劑固含量、減水率及適應(yīng)性等進(jìn)場(chǎng)其他材料的復(fù)檢。三、生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制掌握設(shè)備計(jì)量狀態(tài)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；根據(jù)施工部位的要求及材料性能狀況，出具合理的施工配合比；按照施工配合比開(kāi)盤生產(chǎn)；混凝土出場(chǎng)前抽樣檢測(cè)是否滿足設(shè)計(jì)要求；混凝土入泵前工作性監(jiān)測(cè)；澆注成型后的混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。第七章混凝土試塊制作做好混凝土試塊的重要性混凝土試塊制作的好壞，在某種意義上講，決定著一個(gè)工程能否順利移交給業(yè)主單位?，F(xiàn)在的項(xiàng)目都是采用預(yù)拌混凝土，相對(duì)自拌混凝土來(lái)說(shuō)，質(zhì)量的可靠性大大提高。如果制作的混凝土試塊不合格（偏低或過(guò)高都不符合要求），將要進(jìn)行回彈或鉆芯取樣。如果回彈或鉆芯取樣結(jié)果滿足要求，一則浪費(fèi)金錢，二則需要花費(fèi)很大的精力去處理這樣的事情，給工作帶來(lái)很大的壓力。因此，做好混凝土試塊也就變的尤為重要。制作混凝土試塊的基本操作程序通過(guò)認(rèn)真學(xué)習(xí)《預(yù)拌混凝土》、《混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》等相關(guān)規(guī)范、