T建筑材料课件之混凝土详细介绍

Chapter4Concrete(混凝土)

混凝土也称砼(tong)，是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使其使用范围出十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。混凝土的历史混凝土有悠久的历史。早在古罗马时代，人们就懂得把石头、砂子和一种在维苏威火山地区发现的粉尘物（Pozzolana）与水混合制成混凝土，用于建筑伟大的罗马城和诸多神庙，甚至实现了诸如万神庙穹顶这样伟大的建筑奇迹。后因种种原因，其复杂的加工技术失传了许多世纪，后来在文艺复兴时期的建筑丛书中才有提到。现代意义的混凝土直到19世纪才出现，特指由骨料（砂、石等）、水泥和水混合而成的建材。这依赖于1824年英国人约瑟夫•阿斯曾丁（JosephAspdin）发明的水泥。但真正展示水泥特性的就是混凝土。混凝土在拉丁语中是“结合在一起共同成长”之意，在英语中，混凝土一词为“Concrete”，分解开是“不同材料的结合物”之意。现在中文的混凝土一词则是从日本传来的，是“Concrete”的日语音译。

通常意义上，我们很容易将混凝土理解成一种结构材料，在中国绝大多数建筑中，也是这样来使用混凝土的。但实际上，混凝土也是一种内涵及表现力相当丰富的装饰材料，甚至是某种艺术追求的唯一元素。

例:混凝土的艺术气质，成就了一代建筑大师安藤忠雄。

若干年前，安藤忠雄是一个高中毕业生、一个普通木匠和一个失败的职业拳手，总之是一个从未学习过任何建筑工程的机械工程学生，因在某次旅行中看见广岛和平纪念馆的清水混凝土而受了刺激，便一头栽入建筑领域，竟玩出了强烈的建筑风格及享誉全球的高知名度，成为东京大学建筑系教授、全日本最顶尖的建筑大师，以及建筑界最高荣誉“普立兹克奖”的得主。安藤忠雄的伟大贡献就是清水混凝土技术。简单地说，就是用最简洁的质感体现最具现代感和最有精神的建筑，用一句大众熟悉的话来讲，清水混凝土是真正的手工水饺，而其它建筑墙体都是速冻类的工业水饺，只有清水混凝土才能真正体现建筑的高手工技术。所以有人说，清水混凝土是建筑界的华山论剑，真正是建筑高度的攻关。

(清水混凝土极具装饰效果，所以又称装饰混凝土。它浇筑的是高质量的混凝土，而且在拆除浇筑模板后，不再作任何外部抹灰等工程。它不同于普通混凝土，表面非常光滑，棱角分明，无任何外墙装饰，只是在表面涂一层或两层透明的保护剂，显得十分天然、庄重。:上海浦东发展银行全国结算中心)0.分类(1)Bysortofgelmaterials(胶凝材料的种类)Cementconcrete(水泥混凝土);gypsumconcrete(石膏混凝土);waterglassconcrete(水玻璃混凝土);asphaltconcrete(沥青混凝土).(2)Bybulkdensity(体积密度)Heavyweightconcrete:drybulkdensity>2600kg/m3用重晶石,铁矿石和铁屑等作集料制成的混凝土,对X射线和γ射线有较高的屏蔽能力.normalweightconcrete:drybulkdensity:1950--2500kg/m3用普通砂石作集料制成的混凝土,在土木工程中应用最广,广泛应用于房屋,桥梁,大坝,路面等各种工程结构.lightweightconcrete:drybulkdensity<1950kg/m3采用轻集料或引入气孔制成的混凝土.强度高可用于桥梁,强度低用作隔热保温用.4.1Constituentmaterialsofordinaryconcrete(普通混凝土组成材料)Concreteiscomposedmainlyofthreematerials,namely,cement,aggregateandwater,andadditionalmaterials,knownasanadmixture.1.Cement(水泥)Cementisthechemicallyactiveconstituentbutitsreactivityisonlybroughtintoeffectonmixingwithwater.(1)Varietyofcement(水泥品种)

配制混凝土时，应根据混凝土工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。几种通用水泥的性能特点及应用硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小与硅酸盐水泥基本相同早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌水较多早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗抗渗性好；抗冻性差；干缩性大早期强度较低，后期强度才长较快；水化热较低；耐蚀性较强；干缩性较小；抗裂性较高；抗冻性差适用范围一般土建工程中钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构；受反复冰冻作用的结构；配制高强混凝土与硅酸盐水泥基本相同高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程地下、水中大体积混凝土结构和有抗渗要求的混凝土结构；蒸汽养护的构件；有杭硫酸盐侵蚀要求的工程地上、地下及水中大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；抗裂性要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程不适用范围大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程与硅酸盐水泥基本相同早期强度要求高的工程；有抗冻要求的混凝土工程处在干燥环境中的混凝土工程；其他同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其他同矿渣水泥(2)Strengthgradeofcement(水泥强度等级)水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性能；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.5～2.0倍为宜。请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面(如图下图)，该水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为C3S53％，C2S25％，C3A15％，C4AF7％。请从水泥的角度分析其选用有否不当之处.2.Aggregate(集料或骨料)aggregateismuchcheaperthancementandmaximumeconomyisobtainedbyusingasmuchaggregateaspossibleinconcrete.Itsusealsoconsiderablyimprovesboththevolumestabilityandthedurabilityoftheresultingconcrete.骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的60％～80％，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。

(1)Classificationofaggregate①Thinaggregate(细骨料)粒径4.75mm以下的骨料称称为细骨料，，俗称砂。砂按产源分分为天然砂、、人工砂两类类。天然砂是是由自然风化化、水流搬运运和分选、堆堆积形成的、、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，，但不包括软软质岩、风化化岩石的颗粒粒。天然砂包包括河砂、湖砂、、山砂和淡化化海砂。人工砂是经经除土处理的的机制砂、混混合砂的统称称。②coarseaggregate(粗骨料)粒径大于4.75mm的骨料称为粗粗骨料，俗称称石。常用的有碎碎石及卵石两两种。碎石是是天然岩石或或岩石经机械械破碎、筛分分制成的，粒粒径大于4.75mm的岩石颗粒。。卵石是由自自然风化、水水流搬运和分分选、堆积而而成的、粒径径大于4.75mm的岩石颗粒。。卵石和碎石石颗粒的长度度大于该颗粒粒所属相应粒粒级的平均粒粒径2.4倍者为针状颗颗粒；厚度小小于平均粒径径0.4倍者为片状颗颗粒（平均粒粒径指该粒级级上、下限粒粒径的平均值值）。(2)Technicalpropertiesofaggregate(骨料的技术性性质)骨料的各项性性能指标将直直接影响到混混凝土的施工工性能和使用用性能。骨料料的主要技术术性质包括:①particletextureandgrading(颗粒级配及粗粗细程度)颗粒级配是指指粒径大小不不同的集料相相互搭配的情情况。在混凝凝土中集料间间的空隙是由由水泥浆所填填充,为了达到节约约水泥的目的的,应尽量减少集集料的总表面面积和集料间间的空隙.集料的总表面面积由集料的的粗细程度来来控制,集料间的空隙隙由颗粒级配配来控制.在配制混凝土土时,集料的颗粒级级配和粗细程程度这两个因因素应同时考考虑.当集料的级配配良好且颗粒粒较大,则空隙及总表表面积均较小小,这样的的集料料比较较理想想,不仅水水泥浆浆用量量少,而且可可以提提高混混凝土土的密密实度度和强强度.粗集料料颗粒粒级配配有连连续级级配与与间断断级配配之分分.连续级级配是是从最最大粒粒径开开始,由大到到小各各级相相连,其中每每一级级都有有适当当的比比例,连续级级配在在工程程中应应用较较多.间断级级配是是各级级不连连续,即省去去中间间一,二级.例如:5——10mm与20——40mm两种粒粒级的的集料料配合合使用用,中间缺缺少10——20mm的集料料,即成间间断级级配.间断级级配可可以降降低集集料的的粉隙隙率,可节约约水泥泥,但易使使混凝凝土拌拌合物物产生生离析析.故工程程中应应用少少细集料料按其其细度度模数数可分分为粗粗,中,细三种种规格格,粗砂(3.7——3.1),中砂(3.0——2.3),细砂(2.2——1.6).细度模模数是是衡量量砂粗粗细程程度的的指标标。细细度模模数愈愈大，，表示示砂愈愈粗。。其表表示式式为：：式中Mx——细度模数；；A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累积筛筛余。对于粗粗集料，集集料的最大大粒径对水水泥混凝土土和沥青混混合料性能能的影响，，往往比平平均粗细程程度的影响响大，因此此，在明确确了级配要要求后，还还用最大粒粒径作为粗粗集料颗粒粒大小的表表征。最大大粒径是指指骨料的100％都要求通通过的最小小的标准筛筛筛孔尺寸寸。公称最最大粒径是是指骨料可可能全部通通过或允许许有少量不不通过（一一般允许筛筛余不超过过10％）的最小小的标准筛筛筛孔尺寸寸。通常比比骨料最大大粒径小一一个粒级。。②Particleshapeandsurfacecharacter(颗粒形态和和表面特征征)集料特别是是粗集料的的颗粒形状状和表面特特征对水泥泥混凝土和和沥青混合合料的性能能有显著的的影响。通通常，集料料颗粒有浑浑圆状、多多棱角状、、针状和片片状四种类类型的形状状。其中，，较好的是是接近球体体或立方体体的浑圆状状和多棱角角状颗粒。。而呈细长长和扁平的的针状和片片状颗粒对对水泥混凝凝土的和易易性、强度度和稳定性性等性能有有不良影响响，因此，，在集料中中应限制针针、片状颗颗粒的含量量。在水泥泥混凝土中中，针状颗颗粒是集料料中颗粒长长度大于所所属粒级平平均粒径的的2.4倍的颗粒。。片状颗粒粒是指集料料颗粒厚度度小于所属属粒级平均均粒径的0.4倍的颗粒。。

集集料的表面面特征又称称表面结构构，是指集集料表面的的粗糙程度度及孔隙特特征等。集集料按表面面特征分为为光滑的、、平整的和和粗糙的颗颗粒表面。。集料的表表面特征主主要影响混混凝土的和和易性和与与胶结料的的粘结力，，表面粗糙糙的集料制制作的混凝凝土的和易易性较差，，但与胶结结料的粘结结力较强；；反之，表表面光滑的的集料制作作的混凝土土的和易性性较好，一一般与胶结结料的粘结结力较差。。③strength(强度)粗集料在水泥泥混凝土中起起骨架作用，，应具有一定定的强度。粗粗集料的强度度可用抗压强强度和压碎指指标值两种方方法表示。抗压强强度是指集料料制成的边长长为50mm的立方体（或或直径与高度度均为50mm的圆柱体）试试件，在饱和和水状态下测测定的抗压强强度值。压碎指标标值是指集料料抵抗压碎的的能力。它是是反映集料强强度的相对指指标，在集料料的抗压强度度不便测定时时，常用来评评价集料的力力学性能。粗粗集料的压碎碎指标值是一一定粒径的集集料试样，在在规定的条件件下加荷施压压后，用孔径径2.36mm的筛筛除被压压碎的细粒，，称出留在筛筛上的试样质质量，精确至至1g。按下式计算算：式中Qe——压碎值指标，，％；

G1——试样的质量，，g；

G2——压碎试验后筛筛余的试样质质量，g。

细集集料的压碎值值指标的测定定方法与粗集集料有所不同同.④hardness(坚固性)坚固性是指骨骨料在自然风风化和其它外外界物理化学学因素作用下下抵抗破裂的的能力。集集料在长期受受到各种自然然因素的综合合作用下，其其物理力学性性能会逐渐下下降。这些自自然因素包括括温度变化、、干湿变化和和冻融循环等等，其中，冻冻融循环的破破坏作用占主主导地位。因因此，常以抗抗冻性作为坚坚固性的衡量量指标。一般般采用直接冻冻融法和硫酸酸盐浸泡法测测定集料的坚坚固性。由于于硫酸盐浸泡泡法简易、快快捷，通常采采用硫酸钠溶溶液法检验集集料的坚固性性。⑤mudcontent(含泥量)含泥量是指指天然砂或或卵石、碎碎石中粒径径小于75μm的颗粒含量量。砂中的的原粒径大大于1.18mm，经水浸洗洗、手捏后后小于0.60mm的颗粒含量量称为砂的的泥块含量量；卵石、、碎石中原原粒径大于于4.75mm，经水浸洗洗、手捏后后小于2.36mm的颗粒粒含量量称为为卵石石、碎碎石的的泥块块含量量。泥粘粘附在在骨料料的表表面，，防碍碍水泥泥石与与骨料料的粘粘结，，降低低混凝凝土强强度，，还会会增加加拌和和水量量，加加大混混凝土土的干干缩，，降低低抗渗渗性和和抗冻冻性。。泥块块对混混凝土土性质质的影影响更更为严严重，，因为为它在在搅拌拌时不不易散散开。。⑥deleteriousthing(有害物质质)骨料除不不应混有有草根、、树叶、、树枝、、塑料、、煤块、、炉渣等等杂物外外，对卵卵石和碎碎石中的的有机物物、硫化化物及硫硫酸盐作作出限制制，另还还对砂中中的云母母、轻物物质、氯氯化物作作出限制制。硫化化物、硫硫酸盐、、有机物物及云母母等对水水泥石有有腐蚀作作用，会会降低混混凝土的的耐久性性。云云母及轻轻物质（（表观密密度小于于2000kg/m3），它们们本身强强度低，，与水泥泥石黏结结不牢，，因而会会降低混混凝土强强度及耐耐久性。。

氯离子子对钢筋筋有腐蚀蚀作用，，当采用用海砂配配制钢筋筋混凝土土时，海海砂中氯氯离子含含量不应应大于0.06％（以干干砂的质质量计）），对预预应力混混凝土，，则不宜宜用海砂砂。⑦alkali-aggregatereaction(碱集料反反应)碱集料反反应是指指水泥、、外加剂剂等混凝凝土构成成物及环环境中的的碱与集集料中碱碱活性矿矿物在潮潮湿环境境下缓慢慢发生并并导致混混凝土开开裂破坏坏的膨胀胀反应。。

碱集料料反应包包括碱-硅酸反应和和碱-碳酸盐反应应。

骨料中若若含有无定定形二氧化化硅等活性性骨料，当当混凝土中中有水分存存在时，它它能与水泥泥中的碱（（K2O及Na2O）起作用，，产生碱-骨料反应，，使混凝土土发生破坏坏。对于重重要工程混混凝土使用用的骨料，，或者怀疑疑骨料中含含有无定形形二氧化硅硅可能引起起碱-骨料反应时时，应进行行专门试验验，以确定定骨料是否否可用。⑧thestateofcontainingwater骨料（包括括粗骨料））吸水率，，并不属于于对砂技术术要求的内内容，但使使用砂时，，应该了解解其涵义。。砂的几种种含水状态态下图所示示。干燥状态:含水率等于于或接近零零;气干状态:含水率与大大气湿度相相平衡;饱和面干状状态:集料表面干干燥而内部部孔隙含水水达到饱和和;湿润状态:集料不仅内内部孔隙充充满水,而且表面还还附有一层层表面水.在拌制混凝凝土时,由于集料含含水状态不不同,将影响混凝凝土的用水水量和集料料用量。骨骨料在饱和和面干状态态时的含水水率，称为为饱和面干干吸水率。。在设计混混凝土配合合比时，一一般以干燥燥骨料为基基准，而一一些大型水水利工程常常以饱和面面干的骨料料为准。下图为集料料的几种含含水状态:(3)Technicalrequirementforsand国家标准GB/T14684－2001《《建筑用砂》规定了建筑筑用砂的技技术要求:①particlegrading(颗粒级配)砂的颗粒级级配应符合合下表4—1的要求:累计筛余/％级配区1239.50mm0004.75mm10～010～010～02.36mm35～525～015～01.18mm65～3550～1025～0600μm85～7170～4140～16300μm95～8092～7085～55150μm100～90100～90100～901）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。

2）1区人工砂中150μm筛孔德累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。根据表4—1,可绘制各级级配区的筛筛分曲线图图:例4——2某砂砂样样筛筛分分试试验验,各筛筛的的筛筛余余量量见见下下表表,试评评定定该该砂砂的的粗粗细细程程度度及及颗颗粒粒级级配配情情况况.筛孔尺寸(mm)4.752.361.180.600.300.150.15以下分计筛余量(g)4060801201009010分计筛余率(%)812162420182累计筛余率(%)820366080982分计计筛筛余余和和累累计计筛筛余余率率的的计计算算结结果果见见上上表表.细度模数Mx的计算如下:=(20+36+60+80+98+2)-5×8/(100-8)=2.8查砂的级配曲曲线图,该砂的各筛余余率均落在2区砂的范围内内.结果评定:该砂的细度模模数Mx=2.8,属于中砂;砂的颗粒级配配符合表4—1的规定,级配合格砂子标准筛分分曲线图中的的1区、2区、3区说明什么问问题？三个区区以外的区域域又说明什么么？砂子标准筛分分曲线图中的的l区砂属于粗砂砂范畴，2区砂由中砂和和一部分偏粗粗的细砂组成成，3区在砂系细砂砂和一部分偏偏细的中砂组组成。3个区以外的砂砂说明其级配配不合格，不不适用于配制制混凝土。配配制混凝土最最好选用不粗粗不细的2区砂。这样可可使混凝土在在适中的砂率率下具有较好好的工作性，，粘聚性适中中、保水性好好，易于插捣捣成型，而硬硬化后的混凝凝土更致密均均匀B.人工砂的石粉粉含量和泥块块含量应符合合表4—3的规定②mudcontent(含泥量)A.天然砂的含泥泥量和泥块含含量应符合表表4—2的规定:项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计），％<1.0<3.0<5.0泥块含量（按质量计），％0<1.0<2.0项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类1亚甲蓝试验MB值<1.40

或合格石粉含量（按质量计），％<3.0<5.0<7.01)2泥块含量（按质量计），％0<1.0<2.03MB值≥1.40

或不合格石粉含量（按质量计），％<1.0<3.0<5.04泥块含量（按质量计），％0<1.0<2.01)根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定③deleteriousthing(有害物质)砂不应混有草草根、树叶、、树枝、塑料料、煤块、炉炉渣等杂物。。砂中如含有有云母、轻物物质、有机物物、硫化物及及硫酸盐、氯氯盐等，其含含量应符合表表4-4的规定。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（按质量计），％，<1.02.02.0轻物质（按质量计），％，<1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计），％，<0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计），％，<0.010.020.06④hardness(坚固性)

A.天然砂采用硫硫酸钠溶液法法进行试验，，砂样经5次循环后其质质量损失应符符合表4--5的规定B.人工砂采用压压碎指标法进进行试验，压压碎指标应小小于表4--6的规定项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，％，<8810项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级最大压碎指标，％，<202530⑤apparentdensity,piledensity,lacuna(表观密度、、堆积密度度、空隙率率)砂表观密度度、堆积密密度、空隙隙率应符合合如下规定定：表观密密度大于2500kg/m3；松散堆积积密度大于于1350kg/m3；空隙率小小于47％。⑥alkali-aggregatereaction(碱集料反应应)经碱集料反反应试验后后，由砂制制备的试件件无裂缝、、酥裂、胶胶体外溢等等现象，在在规定的试试验龄期膨膨胀率应小小于0.10％。(3)Technicalrequirementforgravelandcrushedstone建筑用卵石石、碎石应应满足国家标准GB/T14685－2001《《建筑用卵石石、碎石》的技术要求求。①particlegrading(颗粒级配)②mudcontent(含泥量)③acicularand