混凝土攪拌站培訓(xùn)材料

PAGEPAGE20第一部分混凝土基本知識1824年阿斯普丁發(fā)明波特蘭水泥以后，水泥和混凝土的生產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展，混凝土的用量急劇增加，使用范圍日益擴(kuò)大。特別是1850年法國人朗波特用加鋼筋網(wǎng)的方法制造了一條小水泥船后，出現(xiàn)了用鋼筋來增強(qiáng)混凝土，以彌補(bǔ)混凝土抗拉強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度的缺陷，使混凝土的應(yīng)用發(fā)生了根本變化，其用途和用量都有了更大的提高。至今，它已成為世界上用量最多的人造材料。一、混凝土的定義由膠結(jié)材（無機(jī)的、有機(jī)的或無機(jī)有機(jī)符合的）、顆粒狀集料以及必要時(shí)加入化學(xué)外加劑和礦物摻合料組分合理組成的混合料經(jīng)硬化后形成的復(fù)合材料稱為混凝土。二、混凝土分類（一）按膠結(jié)材分1、無機(jī)膠結(jié)材混凝土：水泥混凝土、硅酸鹽混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、堿礦渣混凝土等。2、有機(jī)膠結(jié)才混凝土：瀝青混凝土、聚合物膠結(jié)混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸漬混凝土等。（二）按混凝土的結(jié)構(gòu)分1、普通結(jié)構(gòu)混凝土2、細(xì)?；炷?、大孔混凝土4、多孔混凝土（三）按容重分1、特重混凝土容重大于2500kg/m2、重混凝土容重在19002500kg/m33、輕混凝土容重在5001900kg/m34、特輕混凝土容重小于500kg/m（四）按用途分主要有：結(jié)構(gòu)用混凝土、隔熱混凝土、裝飾混凝土、耐酸混凝土、耐堿混凝土、耐火混凝土、道路混凝土、大壩混凝土、收縮補(bǔ)償混凝土、海洋混凝土、防護(hù)混凝土等。此外還有按混凝土性能和制造工藝分類等等。三、普通混凝土的定義及分類（一）普通混凝土的定義普通混凝土是指由水泥、粗細(xì)集料（碎石或卵石及硅質(zhì)砂）加水拌合，經(jīng)水化硬化而成的一種人造石，主要作為承受荷載的結(jié)構(gòu)材料使用。（二）普通混凝土的分類1、普通混凝土按稠度可分為：干硬性混凝土：坍落度小于10塑性混凝土：坍落度10100mm流動性混凝土：坍落度大于1002、按強(qiáng)度等級可分為：普通強(qiáng)度等級強(qiáng)度混凝土，C10高強(qiáng)混凝土：混凝土強(qiáng)度大于C60此外還有其他的分類方法。普通混凝土按照正常的成型和養(yǎng)護(hù)方法最高可以做到C200，強(qiáng)度超過C200的混凝土僅靠現(xiàn)在的方法是辦不到的。達(dá)到C200以上的混凝土有多種，現(xiàn)在最為引人關(guān)注的是活性粉末混凝土，國內(nèi)試驗(yàn)室已做到C300以上，這種混凝土的性能已與普通混凝土性能有了質(zhì)的區(qū)別，它具有一定的韌性和加工性。四、普通混凝土組成材料及其在混凝土中的作用普通混凝土由水、水泥、砂、石四種主要材料組成。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了外加劑和礦物摻合料。因此，目前混凝土有六種主要組分。這六種組分在混凝土內(nèi)部起著不同的作用。1、水和水泥：水泥是混凝土中最重要的組成材料，水泥和水反應(yīng)生成具有一定強(qiáng)度的凝膠體是混凝土強(qiáng)度的來源。2、砂和石：是混凝土的集料，在混凝土內(nèi)部起骨架作用，也叫骨料。集料在混凝土中既有技術(shù)上的作用也有經(jīng)濟(jì)上的意義。在技術(shù)上，集料的存在使混凝土比單純水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性；在經(jīng)濟(jì)上，它比水泥便宜的多，作為水泥漿的填充材料，使這種建筑材料成本低廉。3、外加劑：能夠改善或賦予混凝土及水泥漿某些性能，摻量在水泥（或膠凝材料）用量的5%以下的少量有機(jī)或無機(jī)化合物。外加劑的出現(xiàn)給混凝土的發(fā)展帶來了革命性的變化，使一些新型混凝土得以發(fā)展。根據(jù)外加劑的作用不同，可把其分為：減水劑、調(diào)凝劑、早強(qiáng)劑、引氣劑、加氣劑、膨脹劑、防水劑、阻銹劑等。4、礦物摻合料：為改善混凝土的某些性能，降低成本、利用廢物等在混凝土內(nèi)部加入活性或非活性的細(xì)料。同砂、石一樣，它既具有技術(shù)上的作用又有經(jīng)濟(jì)上的意義。常用的礦物摻合料有：粉煤灰、礦渣、硅灰、沸石等。五、普通混凝土的基本性能（一）混凝土混合料性能1、混凝土的和易性（工作性）混合料易于運(yùn)輸、澆注和密實(shí)成型而不發(fā)生分層離析的性能。和易性的全部含義應(yīng)當(dāng)是“流動性+可塑性+穩(wěn)定性+易密性”。對于我們常見的商品混凝土而言，一般包括三方面內(nèi)容，即混凝土的流動性、粘聚性和保水性。目前還沒有一種試驗(yàn)方法能直接測定象前面定義的那種和易性。雖然研究人員做了大量努力，建議了許多試驗(yàn)方法，但還只能以一些容易確定的物理量表示混凝土的和易性。盡管不能另人滿意，但還是在一定范圍內(nèi)提供了有用的資料。其中最常用的方法就是坍落度試驗(yàn)。通過坍落度試驗(yàn)可以檢測坍落度的大小和直觀判斷混凝土的粘聚性和保水性。檢測混凝土和易性的方法還有多種，比如：流動度試驗(yàn)；沉球試驗(yàn)等。由于這些試驗(yàn)在商品混凝土中很少用到，在此不再贅述。隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，新的試驗(yàn)方法也不斷出現(xiàn)，比如自密實(shí)混凝土試驗(yàn)方法就有L形流動儀、倒坍落度筒測定流動時(shí)間等方法。2、普通混凝土混合料的離析和泌水混合料的離析是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。這是由于構(gòu)成混合料的各種粒子大小、比重不同引起的。顯然混凝土的離析是不可避免的，但適當(dāng)?shù)呐浜媳群筒僮鲄s可以盡量地減少離析?；旌狭系碾x析通常有兩種形式：一種是粗集料從混合料中分離，因?yàn)樗鼈儽燃?xì)集料更易于沿著斜面下滑或在摸內(nèi)下沉；另一種是稀水泥漿從混合料中淌出，這主要發(fā)生在流動性大的混合料中?；旌狭蠞补嘀蟮介_始凝結(jié)期間，固體粒子下沉，水上升，并在表面析出的現(xiàn)象稱為泌水。同時(shí)混合料發(fā)生沉降收縮。泌水的結(jié)果使表面混合料含水量增加，產(chǎn)生大量浮漿，硬化后使表面混凝土強(qiáng)度弱于下面混凝土強(qiáng)度，并產(chǎn)生大量容易剝落的“粉塵”。如果混凝土是分層澆注，若不設(shè)法除去面層上的這些浮漿，則會損害每層混凝土之間的粘結(jié)。上升的水還會聚結(jié)在粗集料或鋼筋的下方，硬化后成為空隙，出現(xiàn)弱粘結(jié)地帶。上升的水在其后留下水的通道，降低了混凝土的抗?jié)B性和抗凍性。在和摸板的交界面上，泌水時(shí)會把水泥漿帶走，僅留下砂子，出現(xiàn)“砂紋”現(xiàn)象。嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)避免，但少量的泌水不一定是有害的。只要在泌水過程中不受到攪亂，任其蒸發(fā)，可降低混合料的實(shí)際水灰比，防止混合料表面干燥，便于表面修整。（二）混凝土其他性能1、力學(xué)性能強(qiáng)度是混凝土的最重要的力學(xué)性質(zhì)，這是因?yàn)槿魏位炷两Y(jié)構(gòu)物主要都是用以承受荷載或抵抗各種作用力?；炷恋膹?qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度以及與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等。混凝土的強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與灰水比近似成正比關(guān)系（也就是直線關(guān)系）。我們通常用水灰比這個(gè)概念，混凝土強(qiáng)度與水灰比成反比關(guān)系（雙曲線關(guān)系），比較復(fù)雜，在試配中不方便應(yīng)用，因此確定配合比使用灰水比?；炷潦且环N脆性材料，有很高的抗壓強(qiáng)度，但其他強(qiáng)度均很低?；炷恋目估瓘?qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的714%，平均為10%；混凝土的彎曲和剪切強(qiáng)度均高與抗拉強(qiáng)度。混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度主要是由于混凝土與鋼筋之間的摩擦力和附著力引起的。2、體積穩(wěn)定性指混凝土澆注后的體積變化?；炷翝沧⒑螅Y(jié)前后體積均會有所變化。（1）混凝土凝結(jié)前會出現(xiàn)以下幾種收縮：a．沉降收縮b．塑性收縮c．自收縮（2）混凝土凝凝結(jié)后會發(fā)生以下幾種收縮：a．干縮b．化學(xué)收縮c．碳化收縮d．徐變混凝土的收縮會在幾十年內(nèi)不斷進(jìn)行，但大多數(shù)收縮在前期完成。通常情況下，20年的收縮量的14%34%發(fā)生在前2個(gè)星期里；20年的收縮量的40%80%發(fā)生在前兩3個(gè)月里；20年的收縮量的66%85%發(fā)生在前1年里?；炷敛粌H發(fā)生收縮，吸水后也會發(fā)生膨脹，叫濕脹。因此混凝土的一部分收縮在混凝土遇水后是可以恢復(fù)的。另外，混凝土的正常收縮值在萬分之四左右（40010-6），水泥凈漿和水泥砂漿的收縮值要遠(yuǎn)大于混凝土的收縮值。因此，混凝土中的粗集料有限制混凝土收縮的作用。3、耐久性有混凝土建造的工程大多是永久性的，因此必須研究在環(huán)境介質(zhì)作用下，保持其強(qiáng)度的能力，亦即研究混凝土耐久性的問題。對混凝土的耐久性的研究只能通過研究混凝土某些與耐久性有關(guān)的性能來進(jìn)行。比如：抗凍性；抗?jié)B性；抗化學(xué)腐蝕能力；堿集料反應(yīng)等。六、普通混凝土配合比設(shè)計(jì)1、計(jì)算試配強(qiáng)度fcu,ofcu,o≥fcu,k+1.645σ其中：fcu,k為砼立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。σ為砼強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。代表砼強(qiáng)度的穩(wěn)定性，由生產(chǎn)控制水平?jīng)Q定。μ+1.645σ代表砼強(qiáng)度保證率為95%。以下均以C30砼為例進(jìn)行計(jì)算。fcu,o=30+1.645×5=38.225（Mpa）注：σ的取值在無統(tǒng)計(jì)資料可參考時(shí)，可按下表選取。砼強(qiáng)度等級<C25C25≥C<C35≥C35σ456圖1：強(qiáng)度正態(tài)分布曲線注：f(x)―強(qiáng)度頻率。正態(tài)分布曲線與x軸所包圍的面積即為保證率。∫-+f(x)dx=1(即強(qiáng)度保證率為100%)。μ+σ,μ+1.645σ,μ+2σ代表的保證率分別為84.1%，95%，97.7%。σ值越大，強(qiáng)度離散性越大，平均強(qiáng)度出現(xiàn)的頻率越小，曲線越平緩。反之，σ值越小，強(qiáng)度的離散性越小，平均強(qiáng)度出現(xiàn)的頻率越大，曲線越陡峭。2、計(jì)算水灰比W/C水灰比計(jì)算是以鮑羅米公式為依據(jù)進(jìn)行的。包羅米公式的核心是：在一定區(qū)域內(nèi)，砼強(qiáng)度與灰水比成正比例關(guān)系。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，將鮑羅米公式表示為：fcu,o=Afce(C/W-B)該公式展開后為：fcu,o=AfceC/W-ABfce相當(dāng)于直線方程：Y=aX+b（其中：a=Afce，b=-Abfce） fcu,o C/W圖2：砼強(qiáng)度―灰水比關(guān)系曲線由該公式導(dǎo)出：C/W=（fcu,o+ABfce）/Afce配合比設(shè)計(jì)時(shí)習(xí)慣使用水灰比，因此將上式變?yōu)椋篧/C=Afce/(fcu,o+ABfce)其中：A、B為回歸系數(shù)，與粗集料品種有關(guān)。粗集料為碎石時(shí)：A=0.48B=0.52粗集料為卵石時(shí)：A=0.50B=0.61fce為水泥實(shí)際強(qiáng)度。fce=c.fce,kfcu,k為水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。c為水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的富余系數(shù)，該值應(yīng)按實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料確定。無統(tǒng)計(jì)資料時(shí)可取1.13。對于C30碎卵石砼(用P.O.525水泥配制)：W/C=0.501.1352.5/（38.225+0.500.611.1352.5）=0.533、選擇用水量mw0根據(jù)JGJ/T55設(shè)計(jì)規(guī)程選取。取mw0=190kg/m34、確定水泥用量mc0mc0=mw0/（W/C）=190/0.53=358(kg/m3)。5、選擇砂率s根據(jù)JGJ/T55設(shè)計(jì)規(guī)程選取。取s=35%。最佳砂率及其確定方法：砼的和易性達(dá)到最佳時(shí)的砂率即為最佳砂率。最佳砂率是通過試驗(yàn)確定的。試驗(yàn)時(shí)是以2%的砂率為間隔進(jìn)行試拌，根據(jù)試拌結(jié)果作出坍落度―砂率曲線，曲線頂點(diǎn)所對應(yīng)的砂率值即為最佳砂率（如圖3）。坍落度 砂率圖3：坍落度―砂率曲線6、確定砂石用量ms0、mg0設(shè)計(jì)配合比時(shí)如果采用假定容重法，則：mw0+mc0+ms0+mg0=mcp其中：mcp為假定容重，一般可取2350kg/m3~2450kg/m對于C30不加粉煤灰的砼，取mcp=2420kg/mms0+mg0=mcp-（mw0+mc0）=2420-（190+358）=1872(kg/m3)ms0=187235%=655（kg/m3）mg0=1872-655=1217（kg/m3）通過以上設(shè)計(jì)，基準(zhǔn)配合比確定為(kg/m3)：WCSG19035865512177、試拌用基準(zhǔn)配合比進(jìn)行試拌，通過試拌檢查砼的和易性。不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)進(jìn)行調(diào)整。8、試配試配應(yīng)以不少于三個(gè)水灰比進(jìn)行，水灰比間隔宜為0.05。水灰比砂率（%）W(kg/m3)C(kg/m3)S(kg/m3)Gkg/m3)28d強(qiáng)度(Mpa)0.6337190302706120227.50.5836190328681121131.70.5335190358655121739.60.4834185385632122842.10.4333185430602122350.29、確定配合比對上述試配結(jié)果進(jìn)行一元線性回歸，得出以下關(guān)系：R28=B（C/W）+A=30.15（C/W）-19.71（回歸曲線如圖4）相當(dāng)于直線方程Y=BX+A（其中：B=30.15，A=-19.71）其中：A、B為回歸系數(shù)。A=-19.71B=30.15B0表示正相關(guān)，B0表示負(fù)相關(guān)。r=0.988r為相關(guān)系數(shù)。其值小于0.85時(shí)表示相關(guān)性較差，回歸方程不宜采用。將回歸方程變?yōu)椋篧/C=30.15/（R28-19.71）確定配合比時(shí)，試配強(qiáng)度fcu,o即為R28（預(yù)測強(qiáng)度）。W/C=30.15/（R28-19.71） fcu,o C/W -19.17圖4：回歸方程曲線通過這一關(guān)系我們可以確定曲線內(nèi)各強(qiáng)度等級所需的水灰比：強(qiáng)度等級C20C25C30C35C40試配強(qiáng)度（Mpa）26.5833.22538.22544.8749.87水灰比0.650.570.520.470.43由于C20砼的水灰比在曲線外，因此不宜采用。這樣我們可以確定以下配合比：強(qiáng)度等級水灰比砂率（%）W(kg/m3)C(kg/m3)S(kg/m3)G(kg/m3)C250.57361903336791208C300.52351903656531212C350.47341853946291222C400.43331854306021223摻加外加劑、摻合料及流動性砼配合比設(shè)計(jì)1、計(jì)算試配強(qiáng)度fcu,o=38.225Mpa2、計(jì)算水灰比W/C=0.533、確定用水量mwa選擇用水量。以砼坍落度90mm為基礎(chǔ)，從JGJ/T55中選取。對于C30砼，選擇用水量為190kg/m據(jù)設(shè)計(jì)坍落度的大小計(jì)算用水量mw0。按坍落度每增20mm，用水量增加5kg計(jì)算(假定設(shè)計(jì)坍落度為220mw0=190+[（220-90）/20]5=222.5（kg/m3）。計(jì)算加入外加劑后的用水量mwa假設(shè)外加劑的摻量為1.5%時(shí)的減水率為21.5%。mwa=mw0(1-)=222.5(1-21.5%)=175（kg/m3）。注：為外加劑的減水率。4、確定水泥用量mcamca=mwa/(W/C)=175/0.53=330(kg/m3)5、確定砂率sa選擇砂率。以砼坍落度100mm根據(jù)設(shè)計(jì)坍落度的大小計(jì)算砂率sa。按坍落度每增20mm，砂率增加1%計(jì)算（假定設(shè)計(jì)坍落度為220sa=35%+[(220-100)/20]1%=41%。6、確定砂石用量msa、mga假定容重仍為2420kg/mmsa+mga=mcp-（mwa+mca）=2420-（175+330）=1915(kg/m3)msa=191541%=785(kg/m3)mga=1915-785=1130(kg/m3)通過以上設(shè)計(jì)，基準(zhǔn)配合比確定為(kg/m3)：WCSGA17533078511304.95注：外加劑A=330×1.5%=4.95(kg/m3)7、試拌、試配及確定配合比同前。8、摻加摻合料的配合比設(shè)計(jì)等量取代水泥，如：礦渣、硅灰、膨脹劑（屬于外加劑，但在配合比設(shè)計(jì)時(shí)按摻合料對待）。摻合料等量取代水泥時(shí)，膠凝材料的總量不變。比如：礦渣取代水泥35%，那么：礦渣的用量為：33035%=115(kg/m3)水泥的用量為：330-115=215(kg/m3)基準(zhǔn)配合比變?yōu)?kg/m3)：WCSGSLA17521578511301154.95超量取代水泥。主要用于粉煤灰的配合比設(shè)計(jì)。比如：粉煤灰取代水泥15%，則：水泥用量為：330-33015%=280(kg/m3)粉煤灰得用量為：33015%1.3=65(kg/m3)其中：1.3為超量系數(shù)，即用1.3kg的粉煤灰取代1粉煤灰等級ⅠⅡⅢ超量系數(shù)1.1~1.41.3~1.71.5~2.0粉煤灰取代水泥后，砼的容重將有所減小。這時(shí)我們可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)將容重減小10kg/m3~20kg/m這時(shí)基準(zhǔn)配合比變?yōu)?kg/m3)：WCSGFAA1752807521127655.18注：假設(shè)粉煤灰的需水量比為100%。外加劑A=（280+65）×1.5%=5.18(kg/m3)第二部分鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一、鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的定義1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)?；炷敛牧峡箟盒阅芎茫估阅懿?，因此素混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的使用范圍有限。鋼材具有很好的抗拉和抗壓強(qiáng)度，但細(xì)長比過大使受壓鋼構(gòu)件容易失穩(wěn)，并易生銹。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)將二者結(jié)合到一起協(xié)同工作，讓鋼筋主要承受拉力，混凝土主要承受壓力，充分發(fā)揮兩種材料各自的特長，結(jié)構(gòu)就能表現(xiàn)出良好的受力性能。2、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)壓應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般是由非預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件構(gòu)成的承重體系。二、預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)及適用性與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：1、受拉及受彎非預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（普通鋼筋混凝土）抗裂性差。混凝土的極限拉應(yīng)變只有1.0~1.510-4,僅達(dá)到鋼筋屈服應(yīng)變的10％左右。而施加預(yù)應(yīng)力可延緩混凝土構(gòu)件的開裂，提高構(gòu)件的抗裂性和抗?jié)B性，改善結(jié)構(gòu)的耐久性。2、可提高構(gòu)件的剛度，減小變形。3、充分發(fā)揮材料高強(qiáng)度性能，節(jié)約鋼材，減輕自重，降低造價(jià)?？晒?jié)約鋼材40%~50%、混凝土20%~40%。4、提高構(gòu)件的抗剪性能、受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性及抗疲勞性等。近年來，隨著施工工藝不斷發(fā)展和完善，預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用范圍愈來愈廣。除在傳統(tǒng)工業(yè)與民用建筑的屋架、吊車梁、空心樓板、大型屋面板等單個(gè)構(gòu)件上廣泛應(yīng)用外，目前廣泛應(yīng)用于大跨度或重荷載結(jié)構(gòu)，以及不允許開裂的結(jié)構(gòu)。如：大型橋梁、高層建筑、核電站安全殼、電視塔、大跨度薄殼結(jié)構(gòu)、筒倉、水池、大口徑管道、基礎(chǔ)巖土工程、海洋工程等技術(shù)難度較高的大型整體或特種結(jié)構(gòu)上。當(dāng)前，預(yù)應(yīng)力混凝土的使用范圍和數(shù)量，已成為一個(gè)國家建筑技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。三、預(yù)應(yīng)力砼的分類

1、按應(yīng)力度大小分類：全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土。全預(yù)應(yīng)力混凝土是在全部使用荷載下受拉邊緣不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力混凝土，適用于要求混凝土不開裂的結(jié)構(gòu)。部分預(yù)應(yīng)力混凝土是在全部作用荷載下受拉邊緣允許出現(xiàn)一定的拉應(yīng)力或裂縫的混凝土，其綜合性能較好，費(fèi)用較低，適用面廣。2、按成型方式分類：現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土、和疊合預(yù)應(yīng)力混凝土等。3、按施加預(yù)應(yīng)力的方式分類：先張法、后張法、電張法和自張法等。4、按粘結(jié)方式分類：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力及有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力。四、施加預(yù)應(yīng)力的方法1、先張法：先張法施加預(yù)應(yīng)力就是在澆筑混凝土前，將預(yù)應(yīng)力鋼筋一端用夾具固定在臺座的鋼梁上，另一端通過張拉夾具、測力器與張拉設(shè)備相連，當(dāng)張拉到規(guī)定應(yīng)力后，在張拉端用夾具將預(yù)應(yīng)力鋼筋固定，支模并綁扎非預(yù)應(yīng)力筋，澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度（一般不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％）以后，切斷或放松預(yù)應(yīng)力鋼筋，鋼筋回縮，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用，阻止鋼筋自由回縮，從而對混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。2、后張法：后張法施加預(yù)應(yīng)力就是在已完成混凝土澆筑的構(gòu)件上張拉預(yù)應(yīng)力筋并錨固的施加預(yù)應(yīng)力方法。后張法要求先澆筑混凝土，且混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度（通常規(guī)定達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100％）后，然后直接在構(gòu)件上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋并錨固，它是通過錨具傳遞預(yù)應(yīng)力的。后張法又可分為灌漿和非灌漿兩種：（1）灌漿預(yù)應(yīng)力混凝土是在澆筑混凝土構(gòu)件時(shí)，預(yù)先在構(gòu)件中留出孔道，當(dāng)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，將預(yù)應(yīng)力鋼筋穿入孔道，張拉到控制應(yīng)力并錨固，然后向孔道間隙內(nèi)壓力灌入水泥漿，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土成為整體。（2）非灌漿預(yù)應(yīng)力混凝土，在澆筑構(gòu)件時(shí)不需要預(yù)留孔道及灌漿，通常作法是，將預(yù)應(yīng)力束（預(yù)應(yīng)力筋）的外表面涂以瀝青、油脂或其他潤滑防銹材料，以減小摩擦力并防銹，然后用紙帶或塑料帶包裹或套以塑料管，以防止在施工過程中碰壞涂料層，并使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土間無粘結(jié)，將預(yù)應(yīng)力束（預(yù)應(yīng)力筋）按設(shè)計(jì)部位放入構(gòu)件模內(nèi)，然后澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)。當(dāng)構(gòu)件混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在構(gòu)件上直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋束至控制應(yīng)力，并用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋束兩端錨固在構(gòu)件的端部，張拉預(yù)應(yīng)力筋的同時(shí)，構(gòu)件受到預(yù)壓應(yīng)力。后張法與先張法相比具有不需要臺座，生產(chǎn)比較靈活，可工廠預(yù)制，也可現(xiàn)場制作。但需要對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行逐根張拉，張拉設(shè)備復(fù)雜，錨具耗鋼量大，精度要求高，且不能重復(fù)使用，成本高。五、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的材料要求1、混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土是通過張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋對混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力，以提高構(gòu)件的剛度和抗裂性能。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件所用的混凝土，應(yīng)滿以下幾方面要求：(1)強(qiáng)度高。由于張拉時(shí)鋼筋會對混凝土施加很大的壓應(yīng)力，因此要混凝土有較高的強(qiáng)度。對先張法，強(qiáng)度高的混凝土可以提供較高的鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度；對于后張法，可以提高錨固端的局部承壓承載力；混凝土強(qiáng)度高還可以減小構(gòu)件截面積。目前采用的混凝土強(qiáng)度等級多在C40以上。（2）收縮、徐變小。盡量減小因收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失。（3）快硬、早強(qiáng)。便于盡早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工進(jìn)度。2、鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件所用的鋼材包括鋼筋和鋼絲，他們應(yīng)滿足以下要求：（1）強(qiáng)度高。只有鋼筋具有很高的抗拉強(qiáng)度，才能對混凝土施加很高的預(yù)壓應(yīng)力。同時(shí)還要考慮荷載作用下，鋼筋所承受的應(yīng)力更大，再加上要補(bǔ)償預(yù)應(yīng)力損失，因此要求鋼筋要有很高的抗拉強(qiáng)度。（2）具有一定的塑性。為防止預(yù)應(yīng)力構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，要求預(yù)應(yīng)力鋼筋在拉斷前具有一定的延伸率。一般要求極限延伸率大于4％。（3）良好的加工性能。有求有良好的可焊性，同時(shí)要求鋼筋鐓粗后并不影響其原來的物理力學(xué)性能。（4）與混凝土之間有良好的粘結(jié)作用。對于先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，當(dāng)用高強(qiáng)鋼絲時(shí)，其表面應(yīng)進(jìn)行刻痕和壓波處理。目前我國常用的預(yù)應(yīng)力鋼材主要有鋼鉸線、鋼絲和熱處理鋼筋三大類。六、預(yù)應(yīng)力損失及其組合1、預(yù)應(yīng)力損失：預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在制作和使用過程中，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力不斷降低的現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。下面簡單介紹常見的六種預(yù)應(yīng)力損失：（1）由于錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l1。（2）與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失l2。（3）混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)受張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋與承受壓力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失l3。（4）預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失l4（5）混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失l5（6）用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失l6。2、預(yù)應(yīng)力損失組合以上六種預(yù)應(yīng)力損失并非同時(shí)存在，有的只發(fā)生在先張法構(gòu)件中，有的只發(fā)生在后張法構(gòu)件中，有的兩種構(gòu)件都有，并且是分批產(chǎn)生的。為了分析和計(jì)算方便，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在各階段的預(yù)應(yīng)力損失值宜按下表規(guī)定進(jìn)行組合。預(yù)應(yīng)力損失的組合先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件混凝土預(yù)壓前（第一批）損失l1＋l2＋l3＋l4l1＋l2混凝土預(yù)壓后（第二批）損失l5l4＋l5＋l6由于各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失的離散性，實(shí)際損失值有可能比《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算值高，所以規(guī)范規(guī)定如果求得的預(yù)應(yīng)力總損失值小于下列數(shù)值，則直接采用下列數(shù)值：先張法構(gòu)件：100MPa后張法構(gòu)件：80MPa第三部分大體積混凝土與水工混凝土一、大體積混凝土定義混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或者大于1m，或者預(yù)計(jì)會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。這一定義是我們國家在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中使用的定義，它有別于教科書、科技論文中的定義，也有別于其他國家定義。比如：美國混凝土學(xué)會ACI207委員會對大體積混凝土的定義是“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度地減少開裂”。該學(xué)會還認(rèn)為，結(jié)構(gòu)最小尺寸大于0.6m，即應(yīng)考慮水化熱引起的混凝土體積變化與開裂問題。我國的大體積混凝土定義中有兩種形式的大體積混凝土，第一種以尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，只要混凝土結(jié)果物實(shí)體的最小尺寸等于或大于1m，就是大體積混凝土，并不需要區(qū)分不同類型混凝土的影響，概念是明確的，很容易理解，便于在施工過程中確定并積極采取措施加以控制。第二種是以水泥水化熱為標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)水化熱是否足以引起混凝土的內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。這一定義雖無確定值，并且不便理解和執(zhí)行，在工程實(shí)際中常常被忽視，但卻道出了大體混凝土的實(shí)質(zhì)，彌補(bǔ)了第一種定義僅考慮方便理解和執(zhí)行帶來的漏洞和不足。二、大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)以及應(yīng)注意的問題大體積混凝土從選材到配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土并沒有本質(zhì)區(qū)別，只是在選材和配合比設(shè)計(jì)方面要充分考慮其特點(diǎn)，盡可能降低混凝土的水化熱，避免因混凝土水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。在選材和配合比設(shè)計(jì)方面，主要考慮以下幾個(gè)問題。1、在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，盡量降低水泥用量，以減少混凝土水化熱。2、降低混凝土單方用水量，在等強(qiáng)度和等稠度的情況下可以降低水泥用量，或者說可以降低膠凝材料總量，從而降低混凝土水化熱。3、選擇優(yōu)質(zhì)摻合料，并通過試驗(yàn)盡可能多的取代水泥，將水泥的用量降至最低值。由于不同摻合料在混凝土內(nèi)部的作用不同，在設(shè)計(jì)大體混凝土?xí)r應(yīng)根據(jù)不同摻合料的性能選擇合適摻量。對降低混凝土水化熱最有效的摻合料是粉煤灰，特別是?級粉煤灰效果更好，它具有降低混凝土用水量和降低水泥用量的雙重效果；礦粉的效果要根據(jù)其細(xì)度來定，細(xì)度小降低水化熱明顯，但不利于充分發(fā)揮其對混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，對混凝土強(qiáng)度有一定影響，細(xì)度大降低水化熱的效果差，但可以提高取代水泥的量來改善其效果。目前，通常的辦法是粉煤灰和礦粉雙摻，利用兩者的互補(bǔ)效應(yīng)，充分發(fā)揮二者的特點(diǎn)，達(dá)到最佳效果。其他摻合料要么不適合使用，要么不常使用，要么成本過高，因此很少用于大體積混凝土。4、在保證混凝土性能和正常施工性能的情況下，結(jié)合攪拌站的常用材料，應(yīng)盡可能選擇公稱粒徑較大的石子，并且應(yīng)盡量增加石子用量。5、采用具有緩凝作用的復(fù)合減水劑，延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，降低放熱高峰和推遲放熱高峰的出現(xiàn)時(shí)間。6、盡可能延長混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收周期，采用60或90d作為驗(yàn)收強(qiáng)度。在采用較長驗(yàn)收期時(shí)，可根據(jù)工程實(shí)際確定混凝土在某一時(shí)期的控制強(qiáng)度，比如：28d強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90％等。通過以上措施，我們來對比一下下列五個(gè)C30配合比（kg/m3）：水灰比水膠比砂率％粉煤灰取代與超代量礦粉取代量外加劑用量水水泥砂石粉煤灰礦粉外加劑成本(元／m3)10.480.464420%1.2020%2.0%170212807102885717.36175.7320.480.464420%1.2020%2.1%165206814103683697.52174.1630.480.464420%1.2020%2.2%160200821104580677.63172.3640.480.454325%1.2520%2.1%1601837971056104677.43169.6550.480.444230%1.3020%2.0%1601677721067130677.28167.63注：計(jì)算成才用的原材料單價(jià)（元／噸）：水泥：310；砂：40；石：35；粉煤灰：150；礦粉：170；外加劑：2300。三、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及綜合控制措施1、裂縫的成因混凝土裂縫的原因很復(fù)雜，對大體積混凝土而言，主要有以下幾方面原因。(1)設(shè)計(jì)原因設(shè)計(jì)原因主要為：局部防裂鋼筋配筋不足或不合理；斷面突變；預(yù)應(yīng)力施加不當(dāng)；混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)過高等。(2)材料原因及配合比原因

a.水泥選擇或應(yīng)用不當(dāng)，造成混凝土內(nèi)外溫差大。b.摻合料質(zhì)量或應(yīng)用不當(dāng)，造成不能大量取代水泥或取代量較大，卻又帶來其他問題等。c.砂石質(zhì)量差，特別是含泥量大、級配差等，會使配制混凝土?xí)r降低單方用水量比較困難，進(jìn)而難以降低水泥用量（或膠凝材料總量）。也可以這樣說，由于砂石質(zhì)量差，為達(dá)到同樣的強(qiáng)度，只能通過增加水泥或膠凝材料量來彌補(bǔ)，而膠凝材料增加勢必增加混凝土的收縮值，增加混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。d.外加劑質(zhì)量問題或選擇不當(dāng)，造成單方混凝土配合比用水量不能降到預(yù)想的量，或混凝土放熱高峰出現(xiàn)過早等。e.配合比設(shè)計(jì)理念陳舊，沒有充分考慮降低用水量和水泥用量的重要性，或片面追求混凝土的流動性和強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土的水泥用量和砂率過大，不但使混凝土內(nèi)外溫差增大，還使混凝土的收縮值增加，雙向增加混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。(3)施工及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)原因a.澆筑過程控制不嚴(yán)，存在漏振、過振、無防止混凝土早期失水過快的措施或布灰不勻用振搗棒拉動混凝土造成混凝土局部浮漿過多，誘發(fā)混凝土早期甚至后期裂縫。b.無二次抹面或二次抹面的時(shí)機(jī)不當(dāng)，沒有起到消除早期裂縫的作用。c.溫差控制措施不到位，造成出現(xiàn)不同程度的溫差裂縫。d.其他如拆模、張拉、使用不當(dāng)?shù)仍颉?、裂縫控制措施針對以上混凝土裂縫的成因，我們需要采取綜合措施來控制混凝土裂縫的出現(xiàn)。(1)設(shè)計(jì)方面a.設(shè)計(jì)中的‘抗’與‘放’。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)處理好構(gòu)件中‘抗’與‘放’的關(guān)系。所謂‘抗’就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，沒有足夠的變形余地時(shí)，為防止裂縫所采取的有力措施；而所謂‘放’就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時(shí)所采取的措施。設(shè)計(jì)人員應(yīng)靈活地運(yùn)用‘抗—放’結(jié)合、或以‘抗’為主、或以‘放’為主的設(shè)計(jì)原則，來選擇結(jié)構(gòu)方案和材料。b.積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。對膨脹劑的使用頗有爭議，可能源于使用膨脹劑有很多失敗的例子。對于使用膨脹劑失敗的情況，我們有一些膚淺的認(rèn)識，其原因可能有以下幾點(diǎn)：1）膨脹劑的質(zhì)量差。在混凝土中沒有發(fā)揮膨脹作用；2）膨脹劑與水泥的適應(yīng)性差。同種膨脹劑與不同水泥或同種水泥與不同的膨脹劑，混凝土的限制膨脹率和限制收縮率不同；3）采用的試驗(yàn)方法不當(dāng)。膠砂試驗(yàn)中的限制膨脹率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但對于具體使用的配合比的混凝土限制膨脹率卻很小，甚至沒有；4）膨脹劑的摻量不足。使用前沒有針對配合比進(jìn)行混凝土限制膨脹率試驗(yàn)，沒有找出合理的摻量；5）澆筑后養(yǎng)護(hù)不到位。膨脹劑只有在飽水養(yǎng)護(hù)的情況下才能充分發(fā)揮其膨脹作用；6）使用的環(huán)境與膨脹劑的性能不適應(yīng)。膨脹劑應(yīng)使用在大體積混凝土或常年潮濕的環(huán)境；7）結(jié)構(gòu)的限制作用不夠等。我們在國家體育場大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)和澆筑過程中，充分考慮了以上因素的影響，膨脹劑使用取得了較好的效果。c.根據(jù)工程進(jìn)度需要，延長混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收期，在設(shè)計(jì)圖紙中直接規(guī)定混凝土的驗(yàn)收強(qiáng)度采用60d或90d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度，以便確定配合比時(shí)降低混凝土早期強(qiáng)度，減少混凝土內(nèi)外溫差，同時(shí)也有利于混凝土的耐久性。d.其他在防止混凝土裂縫上有效的措施，如：配置足量的防裂構(gòu)造筋；盡可能避免斷面突變等。(2)材料選擇與配合比設(shè)計(jì)a.盡可能選擇水化熱低的水泥。b.砂石質(zhì)量一定要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在當(dāng)?shù)厍闆r確實(shí)很難達(dá)到的情況下，可采用分段級配解決。c.采取各種手段降低混凝土單方用水量，從而降低水泥用量或膠凝材料總量。d.在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，盡可能多地使用摻合料，但一定要進(jìn)行充分試驗(yàn)，只有在試驗(yàn)結(jié)果完全能夠滿足施工要求的前提下才能使用。e.運(yùn)用補(bǔ)償收縮技術(shù)時(shí)要進(jìn)行充分試驗(yàn)，注意上述提到的七方面問題，必要時(shí)可以采用試驗(yàn)段現(xiàn)場試驗(yàn)，以確定膨脹劑的效果。f.盡量降低混凝土的出機(jī)溫度以及采取措施減少運(yùn)輸、泵送過程中的溫升。g.混凝土生產(chǎn)單位可以采取的措施，比如：指導(dǎo)振搗和二次抹面；協(xié)助制定養(yǎng)護(hù)方案等。(3)施工方面a.澆搗工作：澆搗時(shí)，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時(shí)間，避免過振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。b.混凝土養(yǎng)護(hù)：大體積混凝土養(yǎng)護(hù)有別于其他混凝土的養(yǎng)護(hù)，主要應(yīng)做好在保證濕度的前提下的降溫和保溫工作。降溫和保溫是相對的，降溫是盡量降低混凝土內(nèi)部溫度，保溫是盡量提高混凝土表面溫度，降低降溫速度，兩者都是為了減少混凝土的內(nèi)外溫差。c.夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫人模、低溫養(yǎng)護(hù)等。綜上所述，混凝土裂縫的控制是一個(gè)綜合性的問題，需要經(jīng)過設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當(dāng)今我們對混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高，相信混凝土裂縫問題將會逐漸得以圓滿地解決。四、水工混凝土1、水工混凝土定義為了達(dá)到防洪、灌溉、發(fā)電、供水、航運(yùn)等目的，通常需要修建不同類型的建筑物，用來擋水、泄洪、輸水、排沙等。這些建筑物成為水工建筑物。這些建筑物所用的混凝土成為水工混凝土。由于水工混凝土塊體尺寸通常很大，水工混凝土也可稱為水工大體積混凝土。水工混凝土基本都是大體積混凝土，它們與普通建筑、市政等工程的大體積混凝土性比，體積更大，使用環(huán)境更惡劣，對混凝土的抗裂性能和耐久性要求更高。在實(shí)際工程中，由于水工混凝土必須澆筑在基巖或者老混凝土上，他們的初始溫度條件不僅不同，而且物理力學(xué)性能也有差別?；炷恋臏囟茸冃卧诨鶐r面上受基巖約束，因而會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在混凝土內(nèi)部由于澆筑的時(shí)間不同，散熱條件和水泥用量不同等原因，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)非線性溫度場分布，出現(xiàn)變形不一致的現(xiàn)象，因此在混凝土內(nèi)部，也會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。受水平方向的非線性溫度場的作用，混凝土在澆筑層面會出現(xiàn)表面裂縫；在脫離基巖約束去以后，受垂直方面的非線性溫度場的作用，混凝土?xí)霈F(xiàn)垂直裂縫。因此，減小約束條件，降低混凝土發(fā)熱量，是減小溫度應(yīng)力、防止或減小嚴(yán)重危害裂縫發(fā)生和發(fā)展的主要措施。2、水工混凝土配合比設(shè)計(jì)特點(diǎn)水工混凝土通常有常態(tài)混凝土和碾壓混凝土兩種。（1）常態(tài)混凝土：常態(tài)混凝土通常采用低熱或中熱水泥，大量應(yīng)用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，同時(shí)摻加高效減水劑和優(yōu)質(zhì)引氣劑，降低水膠比，嚴(yán)格控制水泥熟料的堿含量與混凝土中的總堿量的技術(shù)路線。實(shí)踐證明，高效減水劑、引氣劑和?級粉煤灰聯(lián)合使用，可使混凝土的單方用水量降低30％以上，這是提高混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，也是大體積混凝土向配制高性能化方面邁出了一步。（2）碾壓混凝土：在水利水電工程中，碾壓混凝土的應(yīng)用越來越普遍。碾壓混凝土是一種可用土石壩施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸及鋪筑，用振動碾壓實(shí)的特干混凝土，適用于道路、機(jī)場、地坪及大壩工程等。由于碾壓混凝土的水泥用量少，發(fā)熱量低可通倉薄層澆筑，碾壓后切割橫縫，使溫控措施大為簡化，具有施工速度快、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)越性。碾壓混凝土由于為干硬性混凝土，在配合比設(shè)計(jì)方面，用水量和水泥用量要比常態(tài)混凝土少得多，加上高摻粉煤灰，使用復(fù)合外加劑等，使混凝土的抗裂性和耐久性都有很大提高。我國在碾壓混凝土應(yīng)用方面起步較晚，但發(fā)展很快。1986年在福建坑口水電站建成高57m的第一座碾壓混凝土壩，從而填補(bǔ)了我國筑壩領(lǐng)域這一項(xiàng)空白。此后，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在我國水利水電工程建設(shè)中得到極大重視，先后建成了18座不同用途的碾壓混凝土重力壩、施工圍堰等。第五部分防輻射混凝土（重混凝土）與核反應(yīng)堆混凝土一、防輻射混凝土定義防輻射混凝土，又稱放射線混凝土、原子能防護(hù)混凝土、屏蔽混凝土、核反應(yīng)堆混凝土、重混凝土等。此種混凝土能屏蔽原子核輻射和中子輻射，是原子能反應(yīng)堆、粒子加速器及其他含放射源裝置常用的一種防護(hù)材料。這種混凝土是采用普通水泥或密度很大、水化后結(jié)合水很多的水泥與特重的骨料或含結(jié)合水很多的重骨料制成，其密度可達(dá)到2.5~5.0t·m-3。防輻射混凝土防護(hù)效果較好，也能降低結(jié)構(gòu)的厚度，但其價(jià)格要比普通水泥混凝土要高得多。防輻射混凝土，即指用于防護(hù)來自室內(nèi)各種同位素，加速器或反應(yīng)堆等原子能裝置的原子核輻射的特種混凝土。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各種同位素、加速器或原子反應(yīng)堆所產(chǎn)生的放射是多種多樣的，其中主要有α射線、β射線、γ射線、中子射線及質(zhì)子流等。射線不同，它們的穿透能力也不同，α、β粒子和質(zhì)子具有電荷，當(dāng)它們和防護(hù)物質(zhì)的原子電場相互作用時(shí)，其能量將明顯降低，所以用厚度很小的防護(hù)材料完全可以阻擋，因此，用表面防護(hù)材料本身即可以防護(hù)。X、γ射線是一種高能量、高頻率的電磁波，具有很大的穿透能力，但幾乎所有的材料對它們都具有一定的防護(hù)能力。當(dāng)它們穿過防護(hù)物質(zhì)時(shí)，可以逐漸減小能量，但只有防護(hù)材料超過某一厚度并具有高密度時(shí)，能量才能被完全吸收。中子是原子核中不具有電荷的粒子，中子射線就是這些不具電荷的中子構(gòu)成的中子流，按能量的大小和運(yùn)動的速度，中了射線又可分為慢速中子、中速中子和快速中子。原子核只能俘獲吸收慢速中子，快速中子只有通過與原子核碰撞才能減速，但某些物質(zhì)的原子核和中子相碰撞時(shí)，會產(chǎn)生第二次γ射線，所以不能采用一般材料防護(hù)。氫和硼吸收中子后，只放出很易屏蔽的α射線，因此，含硼、含氫的材料是中子射線良好的防護(hù)材料。二、防輻射混凝土的特點(diǎn)從以上所述可以看出：原子反應(yīng)堆和加速器的防護(hù)問題，主要是防護(hù)X射線、γ射線和中子射線。對于X射線、γ射線，物質(zhì)的密度越大，其防護(hù)性能越好。對于中子射線，不但需要重元素，而且需要充分的氫元素。防輻射混凝土是有效的防護(hù)材料，這種混凝土是采用普通水泥和密度很大的重骨料配制而成的，其表觀密度可達(dá)到2500～5000kg·m-3。由于防輻射混凝土的密度大，所以對X射線和γ射線的防護(hù)性能良好；同時(shí)由于采用含結(jié)合水和氫元素較多的鐵礦石作為骨料，因而對中子射線的防護(hù)性能也很好。防輻射混凝土不同于普通水泥混凝土，不但要求其表觀密度大、含結(jié)合水多，而且要求混凝土的熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、干燥收縮率小，還要求混凝土具有良好的均勻性，不允許存在空洞、裂紋等缺陷。此外，混凝土還應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐火性。三、防輻射混凝土的分類防輻射混凝土的分類方法有兩種，即按所用水泥品種不同分類和按抵抗射線種類不同分類。1、按所用的水泥品種不同分類可分為普通硅酸鹽水泥和特種水泥（如鋇水泥、鍶水泥等）制成的防輻射混凝土。2、按抵抗射線種類不同分類可分為抵抗X射線、抵抗γ射線和抵抗中子射線射線混凝土。四、防輻射混凝土原材料1、水泥通常采用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥，因?yàn)檫@種水泥產(chǎn)量大，易獲得，而且拌和需水量較小。礬土水泥、石膏礬土水泥以及高鎂水泥，可以增加混凝土中的結(jié)合水含量，對防中子射線有利。但鎂質(zhì)水泥對鋼筋的腐蝕較大，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)慎用。對防射線性要求很高的混凝土，以上水泥品種不能滿足時(shí)，可以考慮采用特種水泥（如鋇水泥或鍶水泥）。這類水泥的相對密度較大（γ>4），完全可以滿足防射線的高要求。但其產(chǎn)量很少，價(jià)格昂貴，一般不宜采用。2、粗細(xì)骨料防輻射混凝土的主要功能是防止射線輻射，其用的粗骨料和普通水泥混凝土不同，一般應(yīng)以密度較大的材料，如褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、重晶石、蛇紋石、廢鋼鐵、鐵砂或鋼砂等，根據(jù)要求也可用部分碎石和礫石。防輻射混凝土所用的細(xì)骨料，一般常用以上材料的粒骨料和石英砂。（1）褐鐵礦（2Fe2O3·3H2O）褐鐵礦的相對密度為3.2～4.0,有致密的結(jié)構(gòu)和帶孔隙的結(jié)構(gòu)，塊重為1300～3200kg·m-3，含結(jié)合水為10%～18%。用做防輻射混凝土骨料時(shí)，以密度大而結(jié)合水不低于10%為宜。（2）磁鐵礦（Fe3O4）和赤鐵礦（Fe2O3）磁鐵礦的相對密度為4.9～5.2,赤鐵礦的相對密度為5.0～5.3。但是，用磁鐵礦和赤鐵礦配制的防輻射混凝土含水較少，防護(hù)中子射線的性能不如褐鐵礦好。（3）重晶石重晶石的相對密度稍低于磁鐵礦，一般為4.3～4.7，屬于脆性材料。重晶石配制的防輻射混凝土，其密度在3200～3400kg·m-3之間。由于重晶石混凝土抗凍性差，熱膨脹系數(shù)和收縮值都較大，因此不允許用于有流水作用且受凍的結(jié)構(gòu)部分，也不允許用于溫度高于100℃（4）鐵質(zhì)骨料鐵質(zhì)骨料包括各種鋼段、鋼塊、鋼砂、鋼鐵、鐵屑、鋼球等。采用鐵質(zhì)骨料可有效增加混凝土表觀密度，增強(qiáng)抵抗射線穿透的能力，表觀密度達(dá)5000kg·m-3以上，對防護(hù)X射線和γ射線十分有效。在實(shí)際工程中，很少采用純粹鐵質(zhì)骨料配制的混凝土，因?yàn)檫@種混凝土中含結(jié)合水很少，防中子射線能力很低，且鐵質(zhì)骨料在中子的作用下，引起第二次γ為了增加防輻射混凝土表觀密度和結(jié)合水的含量，克服單一骨料的缺點(diǎn)，常采用混合骨料來拌制防輻射混凝土?；旌瞎橇蠎?yīng)根據(jù)工程要求采取不同組合，如用鐵質(zhì)骨料作為粗骨料，用褐鐵礦砂作為細(xì)骨料；粗骨料也可以是兩種或者兩種以上的鐵質(zhì)骨料、鐵礦石或普通巖石骨料組成。采用混合骨料配制防輻射混凝土，既可以發(fā)揮骨料的各自所長，又可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。防輻射混凝土常用粗骨料的最大粒徑為40mm，粗骨料的技術(shù)性能和要求下表。常用于配置防輻射混凝土的粗骨料，其最大粒徑不宜大于40mm。防輻射混凝土所用骨料的技術(shù)性能骨料種類密度/kg·m-3表觀密度技術(shù)要求細(xì)骨料粗骨料赤鐵礦1600～17001400～15003.2～4.0表觀密度應(yīng)大，堅(jiān)硬石塊含量應(yīng)多，細(xì)骨料中Fe2O3含量不低于60％，粗骨料中Fe2O3含量不低于75％；只允許含少量雜質(zhì)磁鐵礦2300～24002600～27004.3～5.1褐鐵礦1600～17001400～15003.2～4.0Fe2O3含量不應(yīng)低于75％，僅含有少量雜質(zhì)重晶石3000～31002600～27004.3～4.7BaSO4含量不應(yīng)低于80％，含石膏或黃鐵礦的硫化物及硫酸化合物不超過7％。注：a.骨料表觀密度應(yīng)在實(shí)驗(yàn)振動臺振動30s后干燥狀態(tài)下確定。振動臺的振幅為0.35mm，頻率為50Hz。b.細(xì)骨料粒徑為0.15～5mm，粗骨料粒徑為5～80mm。c.重晶石按粒徑分為重晶石粉——經(jīng)400孔·cm-2的篩子篩過的微粒，表觀密度為3000kg·m-3；重晶石砂——粒徑小于5mm，表觀密度為2400kg·m-3；重晶石碎石——粒徑5～40mm，表觀密度為2600～2700kg·m-3d.按質(zhì)量含0.25%蛋白石和5%髓以上的重晶石，只能與低堿性水泥配合使用，因這些雜質(zhì)與高堿性水泥發(fā)生反應(yīng)混凝土產(chǎn)生裂縫。e.重晶石呈白色、灰色、褐色、黃色、紅色，是一種脆性材料，加工時(shí)易粉碎成粉末，因此具有嚴(yán)重多孔結(jié)構(gòu)的重晶石，不能用以制備混凝土。3、拌和水防輻射混凝土拌合用水與普通混凝土的相同，即pH值大于4的潔凈水。為改善混凝土的和易性，減少拌和用水，降低水灰比，提高混凝土密度，可加入高效減水劑。4、摻合料為了改善和加強(qiáng)防輻射混凝土防護(hù)性能，在配制時(shí)還常特意加入一定數(shù)量的摻和材料（或硼或鋰鹽等）。硼和硼的化合物是防輻射混凝土中良好摻和料，它能有效地?fù)踝≈凶?，且不形成第二次γ射線。例如，含硼的同位素的鋼材，吸收中子的能力比鉛高20倍，比普通混凝土高500倍。若采用摻硼的防輻射混凝土，結(jié)構(gòu)的厚度還可以大幅度降低。將硼或硼的化合物摻入混凝土中十分方便，既可以把硬硼鈣石礦物、派拉克斯玻璃（含硼的玻璃）、硼砂、硼酸、硼的碳化物、電氣石等加入混凝土中。但是，試驗(yàn)研究表明，將硼或硼的化合物直接加入混凝土中，會引起混凝土的凝結(jié)速度極大延緩和物理力學(xué)性能的降低。因此，可以用硼和硼的化合物作為防護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面涂層，或制作這種材料的薄片貼在防護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。鋰鹽，如碘化鋰、硝酸鋰和硫酸鋰等，摻入混凝土中也可改善和增強(qiáng)混凝土的防護(hù)性能。五、防輻射混凝土的配合比設(shè)計(jì)防輻射混凝土的配合比設(shè)計(jì)，與普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)基本上相同。但由于粗細(xì)骨料的相對密度均比較大，混凝土拌合物易產(chǎn)生離析，故在選擇配合比時(shí)，應(yīng)盡可能選用較小的坍落度，一般以30～50mm的坍落度為宜。不過隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，高粘聚性、大坍落度重混凝土一樣不會出現(xiàn)離析現(xiàn)象，甚至可以長距離泵送施工。1、確定水灰比（W/C）防輻射混凝土的強(qiáng)度高低取決于水泥的強(qiáng)度等級、水灰比、水泥砂漿的多少、骨料的吸收程度以及混凝土的搗實(shí)程度等。為了初步確定水灰比，用振動器搗實(shí)的普通碎石混凝土、貧重晶石混凝土（按質(zhì)量計(jì)，水泥漿：骨料不小于1：12）、貧磁鐵礦混凝土（水泥漿：骨料=1：8）以及用褐鐵礦和鋼鐵塊段作粗骨料（硬質(zhì)碎石骨料）的混凝土，均可用式1計(jì)算其強(qiáng)度。(式1)式中：R28——防輻射混凝土28d的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Mpa；Rc——水泥的實(shí)際強(qiáng)度等級，Mpa；對于富磁鐵礦混凝土（水泥漿：骨料>1：8）、褐鐵礦混凝土、褐鐵礦加磁鐵礦或重晶石骨料混凝土及用普通砂和鋼鐵塊段作粗骨料的混凝土，可用下式計(jì)算其強(qiáng)度。(式2)2、確定用水量（W）根據(jù)水泥品種和混凝土的設(shè)計(jì)坍落度，經(jīng)過試拌確定。3、計(jì)算水泥用量（C）在確定灰水比(C/W)和用水量(W)后,可以用式3計(jì)算水泥用量(C)。C=（C/W）W(式3)4、按規(guī)定密度（G）計(jì)算骨料用量混凝土粗骨料的總用量（X+Y）等于混凝土的規(guī)定密度（G）與所用水泥、水（C+W）的之差，可用式4計(jì)算。X+Y=G-（C+W）(式4)式中X——混凝土中砂的用量，kg·m-3；Y——混凝土中石的用量，kg·m-3。5、確定砂率并計(jì)算粗細(xì)骨料用量。6、試拌校正按照以上計(jì)算的混凝土配合比進(jìn)行試拌，如果所拌制的混凝土拌和物密度不大于規(guī)定值10%，則采用此配合比作為試拌拌和物的配合比；若大于規(guī)定值的10%，則需要調(diào)整粗骨料的用量，再進(jìn)行試拌。對于防輻射混凝土，其拌和物的密度不允許小于混凝土規(guī)定的密度值。重混凝土配合比設(shè)計(jì)完全可以按照普通混凝土的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)試驗(yàn)確定。重混凝土配合比設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于：在材料一定的情況下，應(yīng)采取一切措施把混凝土的容重增大到最大值，其關(guān)鍵措施在于盡可能少用比重小的材料，盡可能多用比重大的材料。由于水（比重為1000kg/m3）和水泥（3100kg/m3左右）在混凝土中比重較小，因盡量減少，大量減低用水量，不但可以保證混凝土強(qiáng)度，還可以使混凝土容重大幅度增加。因此在中混凝土中應(yīng)盡量采用減水率高的外加劑。采用這種設(shè)計(jì)理念，如果對于特定的特種材料配制的重混凝土容重超出設(shè)計(jì)要求的容重，我們可以加入少量的普通砂石以降低混凝土成本。六、防輻射混凝土的施工工藝防輻射混凝土一般皆為由重骨料配制而成的重混凝土，在施工方面比普通混凝土的難度要大的多，因此，在施工的各個(gè)過程中，如拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)、拆模等，要切實(shí)加強(qiáng)施工管理，確保相對密度大的骨料不產(chǎn)生離析。重骨料防輻射混凝土，如采用一般的分層澆筑時(shí)，重骨料則由于相對密度大而下沉，使混凝土產(chǎn)生分層，造成密度不均勻現(xiàn)象；如采用混凝土灌漿法施工，即可消除這種現(xiàn)象，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在防輻射混凝土施工中，應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)。1、攪拌機(jī)和運(yùn)輸設(shè)備里的混凝土數(shù)量不宜過多，以免發(fā)生重骨料下沉難以卸料，并應(yīng)根據(jù)混凝土堆積密度的增大相應(yīng)減少數(shù)量。2、重骨料混凝土的堆積密度較大，模板一定要堅(jiān)固牢靠，剛度滿足要求，保證在混凝土自身荷載或較大側(cè)壓力的作用下不發(fā)生損壞和變形。3、施工中應(yīng)注意不得產(chǎn)生重骨料的離析，尤其是在運(yùn)輸和澆筑時(shí)更應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。因此，建議配制混凝土粗細(xì)骨料，盡量采用高密度材料，以減少不正常離析。4、對于大體積防輻射混凝土的施工，應(yīng)當(dāng)象對待大體積混凝土施工那樣重視，要采用有效的保溫或?qū)卮胧?，以防水泥水化熱集中造成工程質(zhì)量事故。5、隨著養(yǎng)護(hù)條件與使用條件（溫度、相對濕度等）的不同，后期混凝土的結(jié)晶水含量將有較大差異，對防護(hù)中子射線的效果有很大影響，若養(yǎng)護(hù)條件良好，水泥水化過程繼續(xù)進(jìn)行。在1年齡期后其結(jié)晶水的含量能增加5%左右。因此。尤其對于抗中子射線的混凝土，要特別注意加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。七、核反應(yīng)堆混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土反應(yīng)壓力容器用作核電力發(fā)電裝置時(shí)，采用重混凝土比其他防輻射形式要多得多，壓力容器與一般結(jié)構(gòu)比較，前者在較高的溫度和應(yīng)力狀態(tài)下使用，且混凝土處于明顯的溫度和濕度梯度條件下。混凝土在這樣嚴(yán)酷的工作條件下，短期和長期都必須保持其完整性，因此混凝土的熱學(xué)性質(zhì)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以慎重考慮。影響核反應(yīng)堆混凝土性能的因素主要有以下幾種：1、水泥用量的影響核反應(yīng)堆混凝土的強(qiáng)度通常比普通混凝土高，以保證能適當(dāng)?shù)刂С珠L期強(qiáng)度。需要高強(qiáng)度意味著要采用低水灰比，但為了在高密集的鋼筋周圍澆灌密實(shí)，故要求工作性好，需要水泥用量多。水泥用量多不利于控制水化熱帶來的對混凝土開裂的影響，同時(shí)混凝土的收縮徐變也隨之增加。因此必須合理選擇水泥用量，在水泥用量無法降得較低時(shí)，需用高彈性模量的骨料限制漿體的變形。2、溫度變化的影響要求混凝土的熱膨脹小以減小熱應(yīng)力。另一方面，在加熱至特定工作溫度時(shí)所發(fā)生的應(yīng)力損失，可以認(rèn)為主要是由于骨料與水泥漿體間熱性質(zhì)不一致而引起的粘結(jié)破壞。使用含硅量高的骨料可增加骨料的熱系數(shù)，從而可與水泥漿更為一致，但這樣又會增加混凝土的熱膨脹。3、濕度變化的影響嚴(yán)重的水分損失，能導(dǎo)致收縮變形的差別，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故同樣也是反應(yīng)堆設(shè)計(jì)