混凝土知识点-要点总结

混凝土知识点要点总结一、混凝土是由粒状材料（骨料或填料）分散于坚硬的基体相（水泥或胶结材）中而形成的复合材料。现代水泥混凝土的组成：水泥＋粗骨料＋细骨料＋水＋外加剂（矿物的、化学的）＝混凝土作为结构材料为何混凝土得到如此广泛的应用：1、耐水性好；2、制作简便、易施工、可浇注；3、原材料分布广泛，易得；4、经济性好，价格低廉；5、后期维护成本低；6、耐火性好。混凝土的优越性：1、可浇性；2、经济；3、耐久；4、耐火；5、能效高；（钢的能耗为300GJ/m3,水泥的能耗为22GJ/m3）6、美学特性。混凝土的局限性：1、抗拉强度低；2、脆性大，延性低；3、体积稳定性差；4、强度质量比小按混凝土的强度来分：1.低强混凝土：抗压强度≤20Mpa；2.中强混凝土：20—40Mpa；3.高强混凝土:≥40Mpa按混凝土的单位质量来分：1、普通混凝土:表观密度约2400kg/m3；2、轻混凝土：<1800kg/m3;3、重混凝土：>3200kg/m3影响混凝土性能的杂质：1、悬浮物；2000mg/kg；2、可溶性固体；3、可溶性有机物二、混凝土微结构的独特之处:1、粗骨料颗粒附近存在界面过渡区，其比骨料与水泥浆本体都薄弱；2、三相中每一相本身也是多相的；3、混凝土微结构不是材料的固有特性骨料相主要影响混凝土的单位质量、弹性模量和尺寸稳定性，这三个性质取决于骨料的表观密度和强度。孔径对水化浆体的影响：1、大孔：≥10μm，性状如体相水，影响浆体的渗透性和扩散性；2、大毛细孔：与同温度下的体相水比，有较小的饱和蒸气压，有渗透性，在相对湿度大于80%时收缩；3、小毛细孔：与同温度下的体相水比，有更小的饱和蒸气压，在相对湿度80%—50%时收缩；4、小孔：强吸水，在所有相对湿度范围收缩孔径的测量常用的方法：1、压汞仪：MIP；2气体的物理吸附法水化水泥浆体的微结构：各相不均匀分布，尺寸、形貌不一致，原因：局部水灰比存在差异水泥浆体中的水分：1、毛细孔水：分为自由水（大于50纳米，迁移不会引起体积变化）和受毛细张力作用的水（5-50纳米，失水会引起系统收缩）；2、吸附水：靠近固相表面，失去吸附水会使水化水泥浆体收缩；3、层间水：与C-S-H结构相关联的水，失去水C-S-H结构会明显收缩；4、化学结合水：构成各种水泥水化产物微结构的一部分水化水泥浆体中的固相：1、水化硅酸钙：占百分之五十到百分之六十，决定浆体性能的主要相，形貌为从晶体差的纤维状到网状，结构未知；2、氢氧化钙（结晶）：占水泥浆体固体体积百分之二十到二十五，六角棱状大晶体，比表面积很小，对强度作用有限；3、硫铝酸钙水化物：占十五到二十，对微结构——性能关系作用很小，水化早期形成钙矾石，针状棱柱形晶体，其转化为单硫型水化物；4、未水化水泥颗粒：取决于为水化水泥颗粒分布和水化程度水化水泥浆体里的孔：1、水化硅酸钙中层间孔：孔中水分被氢键保持，一定条件下，会失水并产生干缩、徐变；2、毛细孔：没有被水化水泥浆体的固相产物所填充的空间，其体积、尺寸由水灰比、水泥水化程度决定;3、气孔：呈球形，带入气泡和引入气泡产生，对强度不利界面过渡区：粗骨料颗粒和水化水泥浆体之间存在着过渡区，其存在强度差，原因是由于微裂缝的存在；影响因素：骨料尺寸与级配、水灰比、水泥用量、新拌混凝土捣实程度、养护条件、环境湿度、混凝土的温度发展历程。混凝土三相：骨料、水泥浆体基体、界面过渡区三、强度是指其抵抗外力而不被破坏的能力强度与孔隙率的关系：成反比抗压强度及其影响因素：1、材料特性与配合比（水灰比、引气作用、水泥品种、骨料、拌合水；2、养护条件（时间、温度、湿度）；3、试验参数(加载条件)四、弹性模量：材料在弹性变形阶段其应力应变成正比例关系，其比例系数即为弹性模量。影响弹性模量的因素：1、骨料：骨料孔隙率的决定刚性，致密的骨料具有较高的弹性模量2、水泥浆基体：弹性模量由其孔隙率决定，3、过渡区4、试件参数干缩：未加载的混凝土中应变会因为环境的湿度与温度的改变而增大，新成型的混凝土是潮湿的，当其暴露在环境湿度中时会发生干缩。徐变：在一定水平的持续应力下，应变随时间而增大的过程叫徐变。影响干缩和徐变的因素：1、材料与配合比：骨料的弹性模量（最重要），级配，最大粒径，开关和结构，2、混凝土外加剂：增大干缩的外加剂通常也会增大徐变，3、时间与湿度，4、混凝土构件的几何形状，5、混凝土的养护历程、露置温度、施加应力干缩和徐变：1、起源相同，即水化水泥浆体2、应变——时间曲线很相似，3、影响因素相同，4、微应变大，设计中都不能忽略，5、均为部分可逆热膨胀系数：温度每变化1度时单位长度的变化自收缩：混凝土与外界隔绝，不发生水气交换的情况下也会发生一些体积变化，把这种体积变化叫自收缩。干燥收缩：混凝土在硬化后仍会有相当数量的可蒸发的水，惹暴露在干燥空气中，这些水将逐渐蒸发离去，与此同时混凝土的外包体积将有相应的减缩，这种体积变化叫干燥收缩。耐久性：混凝土对大气侵蚀，化学侵蚀，磨耗或任何其它劣化过程的抵抗能力混凝土劣化的原因：物理：①由磨耗、冲蚀和气蚀引起的表面磨损或失重;②由正常温度和湿度梯度、空隙中盐的结晶压、结构承载以及暴露于极端温度环境而引起的混凝土开裂，化学：①水泥浆体被软水水解溶蚀②在侵蚀性液体和水泥浆体之间发生的阳离子交换③导致膨胀产物形成的化学反应，例如混凝土中的硫酸盐侵蚀、碱-骨料反应以及钢筋锈蚀硫酸盐侵蚀的影响因素:1、硫酸盐的性质与数量；2、地下水位高低与季节变化的因素；3、地下水的流动与否及土壤的孔隙率；4、施工方式；5、混凝土的质量。如果不能避免混凝土与含硫酸盐的水接触，则上述因素5是提高混凝土耐久性的重要因素。硫酸盐腐蚀的速率与混凝土结构有多少可以失去水份的面有关碱——骨料反应：硅酸盐水泥的碱离子，氢氧根离子与经常出现在骨料中某些活性硅钢质矿物反应导致混凝土强度和弹性模量损失的膨胀与开裂。影响因素：①水泥中的碱含量和混凝土的水泥用量②除硅酸盐水泥外，其他提供碱离子的来源，诸如外加剂、盐污染过的骨料以及渗入混凝土的海水或化冰盐溶解③骨料含硅质组分的量、粒径大小和活性④混凝土结构可得到的水分⑤环境温度钢筋的腐蚀:现象：开裂和保护层剥落；后果：混凝土结构提前失效；产生的机理：混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程。电化学势的产生有以下二种方式（1、成分不同而形成；2、钢筋附近的离子浓度的差异；）；混凝土的电阻和氧气是否存在决定了钢筋腐蚀的速率。只要混凝土的电阻大于50-70×103Ω.cm.钢筋的腐蚀不会发生；钢筋的腐蚀控制手段：1、低渗透率（低水灰比。适当的水泥用量、控制骨料粒径和级配、使用矿物掺合料）；2、钢筋涂层（阳极涂层和阻隔涂层）；3、阴极保护。原理：通过施加一个与腐蚀电流方向相关的电流来抵消。也叫牺牲阳极法；4、掺入阻锈剂形成膨胀产物的反应：1、硫酸盐侵蚀，2、碱——骨料反应，3、游离CaO和MgO的延迟水化，4、混凝土中钢筋的锈蚀湿胀现象：由于水分所产生的表面张力将颗粒推开，所以细砂的松散体积会有明显的膨胀，这取决于骨料的含水量和粒级。细度模数：是根据筛分析结果计算的，将规定的一套筛各号筛上的累积筛余百分率相加，再除以一百即得。细度模数越大，表明骨料越粗。骨料在混凝土中的作用：1、降低成本；2、改善混凝土的体积稳定性;3、改善混凝土的硬度与耐磨性;4、提高弹性模量骨料的含水状态有以下几种:①烘干状态(OD)；②气干状态(AD)；③饱和面干状态(SSD)；④湿润状态骨料的特性：1、取决孔隙率的特性：密度，吸水性，强度，硬度，弹性模量以及体积稳定性，2、取决先前暴露和加工因素的特性：粒径、粒形和表面结构，3、取决化学与矿物组成特性：强度、硬度、弹性模量以及所含的有害物质外加剂定义：1、ASTMC125的定义：在混凝土或砂浆混合前或混合时加入的，除了水、骨料、水硬性水泥以及纤维以外的一种材料。2、GB8075的定义：在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的，用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。化学外加剂可分为两类：一类外加剂通过影响水的表面张力和通过在水泥颗粒表面上的吸附进而同时对水泥-水体系产生作用；另一类外加剂离解为离子态，并影响加入后的几分钟到几个小时内水泥和水之间的化学反应。矿物外加剂分为：1、火山灰材料2、潜在水硬性材料3、非活性材料。其中1,2二种可统称为辅助性胶凝材料矿物外加剂可以两种方式使用：作掺合料用于混凝土中；取代部分水泥引气型表面活性剂的作用机理：在空气-水界面上，极性集团定向向水中伸展，从而降低了界面张力，促进气泡的形成，并能阻止分散开的气泡结合。在固-液界面上，水泥的表面存在定向力，极性基团固定在水泥颗粒表面，而非极性基团定向伸向水中，从而使水泥界面憎水，导致空气能代替水并且以气泡的形式保存与固体界面的接触。调凝剂的作用机理：①促凝剂必须能够促使阳离子或阴离子从水泥中溶解出来。②缓凝剂必须具备能够阻碍水泥中阳离子或阴离子溶解的作用，最好是能够降低那些在水泥早期水化阶段具有很高的溶解速率的阴离子的溶解。③溶液中一价阴离子可以降低钙离子的溶解性，但却会加速硅酸盐离子和铝酸盐离子的溶解。在低浓度时，前者产生的影响占主导作用，高浓度时后者产生的影响起主要作用。④溶液中一价阳离子或硫酸根离子可以降低硅酸盐和铝酸盐的溶解性，但却会促进钙离子的溶解。低浓度时，前者影响为主，高浓度时，后者产生的影响为主。混凝土配合比设计的目的：①要得到符合性能要求的混凝土②在尽可能低的成本下获得满足性能要求的混凝土。总体目标：在常用的材料里选择合适的组成材料，并确定能够满足最低性能要求的同时又是最经济的组合比例。方法：质量法和绝对体积法配合比设计三个重要的参数：水灰比、砂率和单位用水量坍落度损失：是指新拦混凝土的稠度会随时间流失而逐渐减小。原因：1、使用凝结不正常的水泥，2、搅拌，输送，浇灌，捣实或者抹面等工序所耗费的时间太多，3、水化热过大或使用高温天气露天堆放的混凝土用材造成混凝土的温度过高。离析：可定义为新拌混凝土的各组分发生分离导致其分布不再均匀。泌水：是混凝土在浇灌和捣实以后但在凝结之前，从外观看来在表面上出现水分的一种现象。影响养护的参数：温度、湿度、时间高性能混凝土：能够满足特定的性能不慌不忙均匀性组合要混凝土，利用常规的组分及拌合，浇筑和养护方法未必可以实现。致密实混凝土：不需使用振捣设备就可现浇就位而形成没有蜂窝和孔洞的流态混凝土。颗粒级配：所谓颗粒级配就是骨料颗粒的粒径分布。为了节约水泥，降低成本，应设法减小骨料的空隙率。如何减小？通过不同粒径骨料的混合，是有效降低骨料空隙率的有效方法。普通混凝土用砂的细度模数（MK）一般为3.7－0.7。其中：MK＝3.7－3.1为粗砂；MK＝3.0－2.3为中砂；MK＝2.2－1.6为细砂；MK＝1.5－0.7为特细砂。骨料的最大粒径：筛余为0的各号筛中筛孔最小的那个尺寸称为骨料的最大粒径。如何选择骨料的最大粒径？根据实际应用的情况来确定，原则是：保证混凝土结构的均匀性和不产生分层。措施：1、骨料的粒径小于模板间距最小尺寸的1/5；2、骨料的粒径小于钢筋最小间距或钢筋与模板间最小间距的3/4。单位质量：也就是我们常称的堆积密度，是指骨料在堆积状态下的单位体积质量。它包含了骨料的体积和骨料颗粒间空隙体积之和。骨料的耐久性：一、物理耐久性：安定性：骨料随环境变化而发生体积变化从而导致混凝土性能的劣化，称为不安定。环境变化主要是指干湿循环和冻融循环。其中冻循环对骨料的安定性影响为大。影响骨料抗冻融能力的因素有：孔隙率、内部缺陷和杂质。研究发现，对于各种不同的骨料其孔隙率、渗透性、饱和程度和尺寸存在着各自的临界值，这一临界值叫做临界尺寸；二、化学耐久性：1、碱骨料反应；2、碱碳酸盐反应；3、杂质硅酸盐水泥水化过程：硅酸盐水泥在水中分散——钙、硫酸盐、铝酸盐与氢氧根反应——钙矾石——氢氧化钙结晶、硅酸钙水化物填充空间——钙矾石分解为单硫型硫铝酸盐水化物（六角形片状）水化程度提高，水灰比降低,毛细孔隙率减少，水泥水化程度决定于养护条件（水化持续时间、温度与湿度)渗透性：流体在压力下可以顺畅地流经固体的能力（由固体微结构中孔径大小与连续性决定）界面过渡区的特性：高含水量；2、高渗透性、孔隙率；3、较小胶凝，强度低；4、晶体定向生长（氢氧化钙）骨料粒径越大，水膜越厚，过渡区局部水灰比越大，混凝土强度越低，渗透性越大变形的类型：热收缩和干缩；徐变和应力松弛，黏弹性材料的典型表现弹性模量类型：1、切线模量2、割线模量3、弦线模量为什么砂浆或混凝土的渗透性比相应的水泥浆体大：骨料和水泥浆基体之间的过渡区，存在微裂缝，使用化冰盐对冻害的正负两方面作用：盐使水过冷的效应可视为正作用，另一方面，它的五个负作用包括1、盐类及水的特性会增大混凝土的饱和度，2、当过冷水在孔内最后结冰时会增大其破坏作用，3、盐的尝试梯度会导致混凝土分层结冰，从而造成应力梯度，4、在覆有冰雪的混凝土表面撒用干化冰盐会导致温度骤降，5、孔内过饱和溶液产生盐结晶，从整体来看，应用化冰盐的负作用远远超过其正作用。延迟钙矾石：蒸养混凝土制品中会出现延迟钙矾石生成的现象，在65度以上，钙矾石成为不稳定相，混凝土制作过程中若蒸养温度高于65度时，钙矾石就会分解形成单硫型水化物。钙矾石分解释放的硫酸根离子被水化硅酸钙吸附，之后，在混凝土使用过程中，当硫酸根离子被解吸时，再次形成钙矾石，从而引起混凝土膨胀和开裂。级配：是各级粒径范围的颗粒状材料粒子的分布，通常用一套筛子中各号筛子的累计筛余或累计通过百分率来表示化学外加剂的分类：1、改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如各种减水剂，泵送剂（能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂），保塑剂，引气剂等。2、调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，如缓凝剂，促凝剂，速凝剂，早强剂等。3、改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂，防水剂，阻锈剂，矿物外加剂等。4、改善混凝土其他性能的外加剂，如膨胀剂，减缩剂，防冻剂，着色剂、等。抗压强度的影响因素：1、原材料的特性与相对比例；2、密实程度；3、养护状况特种施工方式：1、滑模；2、碾压；3、预置骨料(渗浇混凝土)；4、喷射混凝土自身收缩是指在恒温恒湿的条件下，由于水泥的不断水化及矿物掺合料的二次水化作用，在胶凝材料内部产生的一系列复杂的物理、化学及力学变化，从而使混凝土在宏观上表现出来的一种体积缩小的现象。化学减缩：水泥水化过程中固相的绝对体积不断增加，但固相与液相体积的总和减小，这部分体积减小值称为化学减缩。在水化反应过程中，由于化学减缩作用，胶凝材料水化系中原来被水占领的一部分空间被水化产物所填充，另一部分形成空隙，使得化学减缩引起的体积收缩分为内部收缩和外部收缩两部分。内部收缩是指在水化反应中体系的空隙增加量;外部收缩是指由于化学反应消耗水使孔隙中液面下降，产生毛细管张力，将固体颗粒进一步拉近，从而使材料在宏观上表现出来体积减小。由于在此过程中水弯液面下降对应着混凝土内部相对湿度的降低，使混凝土在不受外界环境影响的情况下内部产生干燥现象，因而这种收缩也称为自干燥收缩，我们平常所说的自身收缩就是指这部分收缩。自身收缩控制技术：1、减缩剂减缩剂在减少高性能混凝土的收缩中很有效，减缩剂通常是表面活性剂，是通过减小孔隙水的表面张力而降低在干燥过程中表面应力的产生，即减小收缩。2、养护－－为消除自收缩需要有充足的水以保证水分能够渗入到混凝土中去补偿自干燥作用，并很快进入局部干燥的孔隙，显然传统的密封养护没有多大效果的；传统的另一养护是硬化后围水养护，这虽比密封好但也不能完全消除自干燥，这种局限性归因于低水胶比的混凝土中，很小的水化就可以发展一定的抗渗性，从而限制了水的进入，即使水养，混凝土外部可能膨胀，而内部仍然收缩，且试件尺寸越大，这种现象越明显。3.水泥品种水泥继续水化是自收缩的根本原因，水泥矿物成分的水化速率、水化程度与水化结合水含量是影响自收缩大小的关键，水化速率最快的C3A影响最大，其结合水含量最高。其次是C4AF，影响最小的是C3S和C2S。不同水泥类型对自收缩的影响，实质上是不同矿物成分对其的影响。介绍的六种假定都不能完满地解释混凝土徐变的机理，但把几种理论结合起来可能会得到比较满意的结果，即混凝土在加荷载初期产生可恢复徐变，徐变率随时间而减小(粘弹性理论、粘性流动理论)，同时还产生了不可恢复徐变(渗出理论)，而且随荷载的增加，不可恢复徐变逐渐增大(粘性流动理论)，当加荷应力超过正常工作应力时，徐变速率又迅速增大，应力一应变呈非线性关系(塑性理论、微裂缝理论)，但在工程实际中，该阶段徐变很少发生。混凝土与湿度相关的变形的主要根源是水泥浆体混凝土的热膨胀性能取决于水泥浆、骨料的热膨胀性能和它们的相对含量；配合比和骨料的种类水泥浆的热膨胀在－10～100℃的范围内，水泥浆的热膨胀性能取决于水泥浆的含水率、水灰比和龄期。骨料的热膨胀性能取决于骨料的矿物组成和其含水率，但含水率对它的影响不如对水泥浆的影响大。热扩散系数：物体中某一点的温度的扰动传递到另一点的速率的量度。可由下列关系式表示：α=λ/(ρ·Cp)。式中λ为热导率；ρ为物体的密度；Cp为物体的定压比热容，单位为m2/s。耐磨性能有三种完全不同的磨蚀，需要区分：1、磨耗（通常指的是干磨损，象汽车轮胎对路面的磨损之类的情况）；2、磨蚀（通常指的含固体颗粒的流体所引起的磨损。象水坝的溢流道，输水管道等处常有这类磨损。）；3、空蚀（通常指的是在高速流动的水流中的气泡由于水流方向的改变而引起的突然的破灭对混凝土结构体带来的破坏。）表面磨蚀的速率取决于混凝土的孔隙率或强度，还和液体中固体颗粒的数量、大小、形状、密度、硬度和运动速率有关。干燥混凝土是绝缘体。水灰比越大电阻率越小；含盐量越大电阻率越小。渗透性的评价方法：1、渗透标号法；2、氯离子扩散系数法(NEL法)；3、快速氯离子渗透测试法(RCP单位用水量与水泥浆体渗透性存在着非直接的关系，用水量通过影响总孔隙率来影响渗透性混凝土的渗透性改进措施：1、提高混凝土基体密实度，包括优化颗粒级配、降低水胶比、使用掺合料、选择合适的养护条件等；2、减少混凝土本体缺陷，可掺加纤维抑制混凝土微裂纹;改善混凝上中集料与浆体之间的界面过渡区。各种侵蚀：①当可渗透固体的一边与溶液接触而其另一边因蒸发而失水时，由于孔内盐溶液的溶质结晶所产生的应力会导致混凝土的破坏（当表面的蒸发速率小于其内部水分输送的速率时，结晶仅在表面发生，不会造成破坏；当盐溶液的迁移速率小于水分迁移速率时，在混凝土表层以下的干燥区会产生盐结晶而引起混凝土表面的剥落；术语：盐剥落、盐风化、可溶盐腐蚀常用来描述暴露于可溶性硫酸钠、碳酸钠的砖砌体、多孔混凝土等所发生的盐结晶而破坏的现象；盐结晶对混凝土的破坏是一个不断积累、逐渐破坏的过程）；②渗滤（当纯水或软水与混凝土接触时，它们可分解混凝土中的水化产物；氢氧化钙的渗滤产生二个后果：1.使孔隙率增大；2.使强度大幅度下降。此外，产生白华。）③离子交换反应：根据所交换的阴离子种类的不同，有害介质与水泥浆体间的有害反应可分为三种（1、可溶性钙盐的生成：酸性溶液与水化产物反应生成可溶性盐；2、形成不可溶、非膨胀性的盐，这类反应产物对混