混凝土及其組成材料

第二節(jié)混凝土及其組成材料一、混凝土的知識(shí)（一）混凝土的組成與分類混凝土是將膠凝材料、骨料與水以合理的成分混合后硬化而成的人造石材?；炷恋慕M成材料之間用量的比例關(guān)系（重量比）稱為混凝土的配合比，通常以水：水泥：砂：石表示，以水泥為基數(shù)1。配合比的選擇，是根據(jù)工程要求、組成材料的質(zhì)量、施工方法等因素，經(jīng)過理論計(jì)算與試配后加以確定?；炷涟雌淠z凝材料的不同，可分為水泥混凝土與瀝青混凝土等品種，送電線路只用水泥混凝土?；炷涟雌溆猛究煞譃槠胀ɑ炷僚c特種混凝土（如耐酸、耐堿、防輻射等混凝土）。混凝土按其容重可分為：特重混凝土（容重2700kg/m3,以重晶石為骨料）、重混凝土（容重2100?2600kg/m3，以普通砂石為骨料），稍輕混凝土（容重1900?2000kg/m3，以碎磚、爐渣為骨料）、輕混凝土（容重1000?1900kg/m3，以陶瓷、爐渣為骨料）及特輕混凝土。混凝土按其流動(dòng)性可分為塑性混凝土（坍落度為3?8cm）、低流動(dòng)性混凝土（坍落度為1?3cm）以及干硬性與特干硬性混凝土（坍落度均為0，以工作度表示）。（二） 混凝土抗壓強(qiáng)度與混凝土標(biāo)號(hào)混凝土凝固后質(zhì)地堅(jiān)硬，抗壓性能好，變形小?；炷恋目箟盒阅芸梢愿鶕?jù)需要而人為控制，這一優(yōu)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)意義很大?；炷恋臉?biāo)號(hào)是表示混凝土抗壓強(qiáng)度大小的指標(biāo)，設(shè)計(jì)的混凝土標(biāo)號(hào)要求施工中拌與的混凝土必須達(dá)到?；炷翗?biāo)號(hào)的制定，按TJ10—74《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定是以20X20X20cm3立方體為標(biāo)準(zhǔn)試塊，在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度20°C±3°C，相對(duì)濕度為90%以上）下養(yǎng)護(hù)28天后，在壓力機(jī)上用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值，劃分為75、100、150、200、300、400、500、600號(hào)八個(gè)等級(jí)，其數(shù)值表示混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度值。如在實(shí)際施工中的試塊測(cè)得的強(qiáng)度值在兩個(gè)標(biāo)號(hào)之間，則應(yīng)以較低的一級(jí)標(biāo)號(hào)為試塊的混凝土標(biāo)號(hào)。GBJ204—83《鋼筋混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定是以15X15X15cm3立方體為標(biāo)準(zhǔn)試塊，同樣在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天后，在壓力機(jī)上用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值，劃分為C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C0十個(gè)等級(jí)。（三） 影響混凝土強(qiáng)度的因素混凝土的抗壓強(qiáng)度主要決定于水泥標(biāo)號(hào)與水灰比。而骨料的強(qiáng)度，砂石比率，混凝土硬化時(shí)的溫度、濕度，以及施工條件等都對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有影響。水泥標(biāo)號(hào)、水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響混凝土的強(qiáng)度是水泥與水起水化作用，使用水泥漿凝固硬化而產(chǎn)生的。水泥標(biāo)號(hào)高，混凝土的強(qiáng)度就高。水灰比小，混凝土的強(qiáng)度也高。反之，水泥標(biāo)號(hào)低，水灰比又大，混凝土的強(qiáng)度就低。骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響骨料級(jí)配優(yōu)良與骨料的質(zhì)地堅(jiān)硬能增加混凝土的強(qiáng)度與密實(shí)性，特別是在高標(biāo)號(hào)混凝土中，骨料對(duì)強(qiáng)度影響更大。粗骨料表面粗糙有棱角時(shí)，能增強(qiáng)骨料與水泥漿的粘結(jié)力，所以在水灰比相同條件下，碎石混凝土比卵石混凝土的強(qiáng)度略高。搗固對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響混凝土澆灌到模盒內(nèi)后，要求能將模盒充填密實(shí)，并要求混凝土成型后，表面光滑，不產(chǎn)生蜂窩、麻面與狗洞等缺陷。混凝土密實(shí)才能保證混凝土的強(qiáng)度，混凝土密實(shí)的主要方法是振搗。振搗有人工振搗與機(jī)械振搗兩種，機(jī)械振搗比人工振搗質(zhì)量高，機(jī)械振搗時(shí)，要掌握好振搗時(shí)間與振力，使混凝土達(dá)到密實(shí)即可。對(duì)塑性混凝土（指坍落度在3?8cm的混凝土）若振力過大或振搗時(shí)間過長，會(huì)使混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象，混凝土強(qiáng)度反而會(huì)降低。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響混凝土硬化過程也就是水泥的水化過程，在保持一定濕度的條件下，溫度高強(qiáng)度增長快，溫度低強(qiáng)度增長就慢。當(dāng)溫度降至0。。時(shí)，強(qiáng)度就停止增長。養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)保持在15?20。。之間最佳?；炷猎陴B(yǎng)護(hù)時(shí)，如養(yǎng)護(hù)濕度不夠，混凝土內(nèi)的水分蒸發(fā)，而滿足不了水泥水化作用的需要，將在混凝土內(nèi)出現(xiàn)較多的氣孔，影響混凝土強(qiáng)度。（四） 混凝土的與易性混凝土的與易性是指混凝土攪拌后在施工過程中的干稀均勻的合適程度，它是保證質(zhì)量與便于施工的重要條件。與易性良好的混凝土，在運(yùn)輸過程中不容易發(fā)生離析現(xiàn)象，而且便于澆搗密實(shí)，分布均勻，易于充滿模板的各部分，牢固地粘著鋼筋，不產(chǎn)生蜂窩、麻面等不良現(xiàn)象。影響與易性的因素很多，例如水泥的細(xì)度愈細(xì)，與易性愈好。砂石對(duì)與易性也有影響，砂率過小時(shí)，水泥砂漿的體積不足以填充石子的空隙，混凝土易離析泌水，與易性差；砂率過大時(shí)，包裹砂子的水泥漿層太薄，砂粒間的摩擦力加大，使混凝土的流動(dòng)性較小，對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響。至于水灰比對(duì)與易性的影響就更大了。（五） 水灰比與坍落度混凝土中水的質(zhì)量與水泥的質(zhì)量的比例叫水灰比，水灰比是決定混凝土強(qiáng)度的重要因素。例如每立方米混凝土中用水泥300kg、用水180kg，則其水灰比=180/300=0.6。混凝土中的水灰比小，則混凝土強(qiáng)度高；水灰比大，則強(qiáng)度低。這是因?yàn)樵诨炷林?，用來與水泥起化學(xué)作用的水只占用水量的10?20%，其余的大部分水在硬化過程中逐漸蒸發(fā)掉，并在混凝土中留下氣孔，使混凝土強(qiáng)度降低。但是，如果水灰比很小，也就是用水量很少，則拌出的混凝土料子干，與易性差，施工困難，容易使混凝土產(chǎn)生蜂窩、麻面，甚至造成空洞。為了使混凝土的水灰比合適，通常用坍落度來測(cè)定混凝土拌與料的稠度。測(cè)坍落度的方法：用一塊白鐵皮做成一個(gè)錐形筒（圖3—28），錐形筒上口直徑10cm，底口直徑20cm，高30cm。將筒放在鐵板上，把拌與好的混凝土分三次澆灌進(jìn)去，每次放入筒高的1/3（即10cm），每次放人后都用鐵棒（直徑15mm，長50cm）搗固25下。灌滿后，使混凝土與筒口相平。再把錐形筒輕輕提起置然地坍下來，變得矮了。用尺測(cè)量低下了多少，就得出坍落度的數(shù)值（圖3—28）。為了測(cè)試坍落度準(zhǔn)確，必須試驗(yàn)三次，然后取平均值。圖3—28坍落度測(cè)試（六） 混凝土的收縮與膨脹混凝土在硬化過程中，由于水分散失，體積發(fā)生收縮，稱為混凝土的干縮。當(dāng)混凝土長期在水中硬化時(shí)，由于水泥水化充分，混凝土不產(chǎn)生收縮而略有膨脹。如果單位體積混凝土的水泥用量較多，水灰比較大；或用快硬高強(qiáng)度的水泥與摻混合料較多的水泥；或水泥顆粒較細(xì)等，都會(huì)使混凝土產(chǎn)生較大的干縮。（七） 耐久性混凝土的耐久性是指混凝土抵抗大氣中的溫度濕度變化以及某些化學(xué)作用的性能。若混凝土只有很高的強(qiáng)度而缺乏耐久性，則將毫無工程意義，所以不僅要考慮混凝土的強(qiáng)度，而且要考慮其耐久性?；炷恋哪途眯灾笜?biāo)主要是抗凍性，因?yàn)榭箖鲂詫?duì)實(shí)際工程的耐久性影響很大，同時(shí)，耐久性的好壞主要取決于混凝土密實(shí)度，而密實(shí)度用抗凍性試驗(yàn)就能解決。所以耐久性一般用抗凍性表示，為了提高混凝土的耐久性，必須提高混凝土密實(shí)度，而提高密實(shí)度，又必須控制水泥用量與水灰比。二、混凝土的組成材料（一）水泥水泥的品種與選用（1）普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥）。優(yōu)點(diǎn)是早期強(qiáng)度高、快硬、耐凍性較好、與易性好。缺點(diǎn)是耐化學(xué)腐蝕性與耐水性差。（2） 礦渣硅酸鹽水泥（簡稱礦渣水泥）。優(yōu)點(diǎn)是耐熱性較好、水化熱較低、在潮濕環(huán)境中的后期強(qiáng)度增長率較大、耐化學(xué)腐蝕及耐水性強(qiáng)。缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度低、耐凍性及與易性

差。（3） 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（簡稱火山灰質(zhì)水泥）。優(yōu)點(diǎn)是耐化學(xué)腐蝕與耐水性較好、水化熱低、在潮濕環(huán)境中的后期強(qiáng)度增長率較大、與易性好。缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度低、凝結(jié)緩慢、耐凍性差、干縮性較大、吸水稍大。（4） 硅酸鹽水泥。特點(diǎn)是具有較好的抗凍、耐磨、抗?jié)B等性能。標(biāo)號(hào)較高，可滿足高標(biāo)號(hào)混凝土的需要。另外還有高級(jí)水泥、快硬水泥、粉煤灰水泥、膨脹水泥等，它們?cè)谒碗娋€路工程中使用得很少，只是在特殊情況下才使用。&3T宥出［混的iii用觀?11:匚理符點(diǎn)或所址壞埴果什1心光重田叩以選朋仰*R便用在瓣通P姓耳境中的摘妹匕獸避般￡曠宥木詬況』塞阪木詭佰苒境申的勰涯土?xí)绺劬虴〈宜世朋火山橫阪系禍在仙噩度耳境山成術(shù)遠(yuǎn)姓在成中的混火山林本泥序誦木泥厚大陣權(quán)前溫曜F-火山林本泥符追木泥<^oo 的ft*.?上獸通我泥換@去湖酉寒地區(qū)物京」”星盤匕、悉悖地區(qū)的姓存永直11降范圍內(nèi)倘猊能.上善近木壺際號(hào)細(xì)3中曠港木滸尚*細(xì)s%￡?便期火iU酉卷地1*她布帛位范1同內(nèi)的描哉1;廿溥木混隔號(hào)號(hào)）就畦曉it水泥杯M朋%iIj獸^灰盎決iU系心混布宜便照曠渣水泥的標(biāo)號(hào)水泥的標(biāo)號(hào)是表示水泥強(qiáng)度的大小，而水泥強(qiáng)度是決定混凝土強(qiáng)度的主要因素。我國水泥標(biāo)號(hào)按照“軟練法”28天強(qiáng)度值來劃分，五個(gè)品種水泥標(biāo)號(hào)的劃分如表3-2所示。太3?2犬混散巍標(biāo)V的回島tl；號(hào)峋jtm葉MIK鹽木貌蟲35E5S5普搪依貌125”5E5■E55C5632252753E5?盜35火一1」雙獻(xiàn)水正2252T5325C5■E5225275空5G5T5水泥硬化過程水泥中加入適量的水調(diào)成水泥漿后，經(jīng)過一定時(shí)間，由于本身的物理化學(xué)變化，會(huì)逐漸變稠，失去塑性，稱為初凝；開始膠結(jié)成固體狀態(tài)，具有強(qiáng)度時(shí)稱為終凝；終凝后強(qiáng)度繼續(xù)增長，稱為硬化。凝結(jié)（包括初凝與終凝）與硬化總稱為硬化過程。水泥凝結(jié)時(shí)間是指水泥自加水拌與后，開始凝結(jié)（初凝）到凝結(jié)終了（終凝）所經(jīng)歷的時(shí)間。水泥初凝時(shí)間不得早于45min；終凝時(shí)間不得遲于12h。水泥硬化過程大致分為溶解期、膠化期與結(jié)晶期三個(gè)階段。由于新化合物的生成與溶解，形成凝膠，凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶，以及表面碳化等過程，水泥便形成堅(jiān)硬的水泥石，這些過程互相交錯(cuò)進(jìn)行。水泥遇水后，水化作用首先在顆粒表面進(jìn)行，使表面包上一層膠體膜，由于這層膠體膜阻礙了水泥顆粒內(nèi)部的進(jìn)一步水化，故使得水泥具有初期強(qiáng)度增長快、后期強(qiáng)度增長慢的特點(diǎn)。水泥的硬化過程也就是水泥顆粒與水作用的過程。水泥的凝結(jié)與硬化速度與：①水泥顆粒的礦物組成；②水泥的細(xì)度；③硬化時(shí)的溫度與濕度；④加水量的多少等因素有關(guān)。水泥的性質(zhì)（1） 強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度是指水泥加水與標(biāo)準(zhǔn)砂按規(guī)定比例拌與后，經(jīng)凝結(jié)、硬化后的堅(jiān)實(shí)程度，是確定水泥標(biāo)號(hào)的指標(biāo)。即指抗壓、抗折的性能。（2） 細(xì)度。水泥細(xì)度就是水泥顆粒的磨細(xì)程度，一般顆粒愈細(xì)，凝結(jié)硬化愈快，水泥強(qiáng)度（特別是早期強(qiáng)度）也愈高。顆粒細(xì)參加水化作用的水增多，水泥漿內(nèi)的游離水相對(duì)減少了，因而析水現(xiàn)象減輕了，與易性也因水化作用充分而改善。但是，細(xì)顆粒的水泥在空氣中硬化時(shí)，有較大的收縮，在運(yùn)輸、貯存過程中容易受潮，降低強(qiáng)度。（3） 體積安定性。體積安定性是指標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥漿在硬化過程中體積的變化是否均勻，是水泥的重要指標(biāo)。安定性不良的水泥，會(huì)在后期硬化過程中產(chǎn)生裂縫或完全破壞。5.水泥的儲(chǔ)存水泥的儲(chǔ)存，有用多層紙袋包裝及水泥罐儲(chǔ)存兩種方法。線路施工多用袋裝水泥，每袋為50kg。由于水泥存放在空氣中會(huì)吸收空氣中水分而凝結(jié)，所以貯存的倉庫應(yīng)干燥，不透風(fēng)，并應(yīng)離地面高30cm以上。水泥存放期限不要超過3個(gè)月。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，存放在良好倉庫中的水泥，其強(qiáng)度的損失為：3個(gè)月為10%?20%；6個(gè)月為15%?30%。水泥如果受潮則其強(qiáng)度降低很快，一切受潮的與過期的水泥均應(yīng)通過鑒定試驗(yàn)后酌情使用。（二）砂混凝土中凡顆粒尺寸在0.15?5mm之間的骨料叫細(xì)骨料，一般用天然砂。天然砂有河砂與山砂，河砂（江砂）顆粒圓滑、潔凈，拌制的混凝土有較好的與易性；山砂表面粗糙有棱角，與水泥的粘結(jié)力較強(qiáng)，拌制的混凝土與易性較差，且不如河砂潔凈。河砂的相對(duì)密度多在2.6?2.7。干燥狀態(tài)的砂堆積密度一般為1350?1550kg/m3。砂的孔隙率與砂的顆粒級(jí)配有較大的關(guān)系，天然砂的自然級(jí)配，其孔隙率一般為37%?41%。砂的孔隙率愈小，混凝土就愈經(jīng)濟(jì)。在混凝土中，水泥漿首先要包裹砂子顆粒表面，并填充砂粒之間的空隙。砂子顆粒間空隙越小，砂的總表面積越小，水泥用量越少，好的砂粒級(jí)配可使單位體積內(nèi)砂子中的總表面積與空隙都降到最低。砂的總表面積由砂粒的粗細(xì)程度決定。砂的粗細(xì)程度用細(xì)度模數(shù)表示。砂的級(jí)配是砂中各級(jí)尺寸顆粒的分配情況，好的級(jí)配是粗粒砂空隙由中粒砂填充，中粒砂空隙再由細(xì)粒砂填滿。顆粒間互相填充，就使砂的孔隙率達(dá)到最小。因此，要想減小砂粒間空隙，就必須有大小不同的顆粒搭配。砂的粗細(xì)程度與顆粒級(jí)配是評(píng)定砂質(zhì)量的重要指標(biāo)。一般用篩分析的方法進(jìn)行測(cè)定。用級(jí)配區(qū)表示砂子的顆粒級(jí)配；用細(xì)度模數(shù)表示砂粒的粗細(xì)。篩分析是用一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分?？讖接?、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm等6種。將500g的烘干砂試樣由粗篩到細(xì)篩依次用篩篩過，同時(shí)稱得各次過篩后篩上殘留砂的質(zhì)量叫做分計(jì)篩余。各分計(jì)篩余占砂樣總重的百分率稱為分計(jì)篩余百分率，以al、a2、a3、a4、a5、a6表示。各篩上的分計(jì)篩余百分率，及所有孔徑大于該篩的分計(jì)篩余百分率之與稱為該篩的累計(jì)篩余百分率，以Al、A2、A3、A4、A5、A6表示。累計(jì)篩余百分率與分計(jì)篩余百分率的關(guān)系如表3-3所示。細(xì)度模數(shù)Mx可按下式計(jì)算說。七應(yīng)3l-AIIAE|-At)-SAi七二 茵f利用細(xì)度模數(shù)這一簡單數(shù)字指標(biāo)表示砂子顆粒的粗細(xì)，在應(yīng)用上較為方便。細(xì)度模數(shù)越大，表示砂子越粗。按細(xì)度模數(shù)不同，砂可分為下列幾類：粗砂Mx=3.1?3.7中砂Mx=2.3?3.0細(xì)砂Mx=1.6?2.2特細(xì)砂Mx=0.7?1.5加T 房計(jì)豚百分率與分計(jì)冊(cè)鑿百分率曲耘篩孔尺寸bim>(%>嶗什弗親iT井本炳5ai農(nóng)％2.5a:1_Z55Q扇a.〕Ji.[ Aji3_[0.315血AsAaj.~aj~■aj ~nai0.16JCJ5279用#則溫酸I：坦眇質(zhì)M杯廉發(fā)松驅(qū)方F舞規(guī)定，對(duì)細(xì)成椎敏的座通整fefI用臥,分戰(zhàn)3個(gè)蜩配區(qū).如占，■I所示-混腹I田臥的貌批韁即.所處］?乾3I中仙何-個(gè)最配區(qū)內(nèi)^3-1仲緩札14的魏;二苗孔尺寸1im:2K3|K：10000a05-0010710-0wy2-5035--525F15-01-2565-3550MO3eO_G3B5-7170-1110F60.S1595-BO92-7085'-550.16100TOLOO傾100如從表3-4可以看出，1區(qū)粗砂顆粒較多，基本上屬于粗砂；2區(qū)粗細(xì)適中，基本上屬于中砂；3區(qū)細(xì)砂顆粒較多，基本上屬于細(xì)砂。如果砂子的天然級(jí)配不合格，可采用人工級(jí)配的方法來改善，即將粗砂、細(xì)砂按適當(dāng)比例摻與使用?；炷劣蒙氨仨殘?jiān)硬潔凈，但天然砂中，常可能含有有害的雜質(zhì)，如粘土、有機(jī)物、云母片等。這些雜質(zhì)的存在會(huì)妨礙混凝土的硬化，并影響混凝土的強(qiáng)度，也可能使混凝土遭受嚴(yán)重?fù)p害。因此混凝土用砂應(yīng)符合表3-5的有關(guān)規(guī)定。（三）石在混凝土中凡粒徑大于5mm的骨料叫粗骨料，一般多用卵石與碎石。卵石為天然巖石風(fēng)化而成，有河卵石與山卵石等。河卵石表面較光滑，也較純凈；山卵石表面粗糙，?；煊须s質(zhì)。S3-5幽有了中條反食■虞有下中鈔、叟宜?痢規(guī)定此1威JS標(biāo)港尚披號(hào)CSSOO號(hào)）混祗tt牯i.并施利料ij的底臺(tái)fit,推服斌11<宜*「?1知1.C35械化成利度幢我肯:』〔祈抑為II鳩卜，心SHI￡宣*:■-職］「rNi或劇有11m】比怛法試駛｝郵7襯部「柯距伯，加棘亍標(biāo)淮但-叫鹿以鼎睡F：遂狂成成可比試馳杪■-加以如核豈母臺(tái)fit按既Til?-■:宜大于（略｝2駐妝您潸母按瞞J3il?-■:宜大：?際陸1針一片狀煩妝念fit按蛾垣il一，'-宜女千購就卵石1525睡1.時(shí)七斯溯.匝湖技求的濯朦1小】冊(cè)和或■有，其迎、戳混期粘宜大于1第，?UMI妃JdL? 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