混凝土基础知识学习重要

混凝土基础知识学习重要第一页，共62页。混凝土基本知识混凝土基本组成材料混凝土主要技术性质普通混凝土配合比设计其他混凝土第二页，共62页。第一节混凝土基本知识混凝土由胶凝材料将骨料(又称集料)胶结而成的固体复合材料

发展（三次飞跃）：素混凝土－钢筋混凝土－预应力钢筋混凝土－聚合物混凝土/混凝土外加剂混凝土基本知识第三页，共62页。一、分类按所用胶凝材料分按主要功能或结构特征、施工特点分水泥混凝土石膏混凝土沥青混凝土树脂混凝土……高强混凝土防水混凝土耐热混凝土流态混凝土泵送混凝土纤维混凝土喷射混凝土……混凝土基本知识第四页，共62页。按体积密度分

重混凝土（ρ0d＞2600kg/m3）－采用重骨料(如重晶石、铁矿石、铁屑等)

普通混凝土（ρ0d＝2000~2500kg/m3）－天然砂石做骨料轻混凝土（ρ0d＜1950kg/m3）

轻骨料混凝土(ρ0d＝800~1900kg/m3)

－浮石、陶粒等做骨料多孔混凝土(ρ0d＝300~1200kg/m3)-泡沫混凝土、加气混凝土大孔混凝土(ρ0d＜1900kg/m3)-无砂大孔和少砂大孔混凝土混凝土基本知识第五页，共62页。二、混凝土的优、缺点优点依不同要求配制性质不同的混凝土－可调性成型各种形状和尺寸－可塑性抗压强度高，耐久性好抗震、耐火取材方便缺点抗拉强度低，易裂自重大缺陷隐蔽，质量易波动混凝土基本知识第六页，共62页。三、普通混凝土的组成及其作用

水泥浆和砂浆

凝硬前－润滑砂、石－使混凝土具有施工要求的流动性；硬化后－胶结砂、石为一体－使混凝土具有强度、耐久性等性能。骨料在混凝土中起到了骨架的作用；

限制混凝土的干缩；

减少水泥用量和水化热、降低成本。混凝土组成中：

骨料一般占混凝土总体积的70%~80%；

水泥石一般占混凝土总体积的20%~30%；还含有少量的气孔水泥＋砂＋石＋水混凝土混凝土拌合物（新拌混凝土）凝结硬化混凝土基本知识第七页，共62页。四、混凝土的基本要求

满足混凝土拌合物和易性（工作性）要求满足混凝土的设计强度要求满足耐久性及其它特性要求满足经济性（节约水泥）的要求混凝土基本知识第八页，共62页。第二节普通混凝土的组成材料一、水泥

品种：根据混凝土所处的环境及工程性质确定。

强度等级：

中低强度的混凝土(通常指C30以下的混凝土)

fce.k=(1.5~2.5)fcu.k

高强混凝土

fce.k=(0.8~1.5)fcu.k

水泥强度等级也常按下表选取：≤C30C35~C45C50~C75≥C8032.532.5、42.542.5、52.552.5、62.5普通混凝土的组成材料第九页，共62页。二、骨料（一）粗、细骨料的划分

细骨料:

d=0.15mm~4.75mm

粗骨料：d＞4.75mm（二）杂质

1.粘土、泥、泥块、粉尘、云母、轻物质等；

2.硫化物、氯化物、硫酸盐及有机质等；

3.活性氧化硅。（三）颗粒形状及表面特征

(粗骨料)有害粒型－针状（颗粒长度＞平均粒径2.4倍）；片状（颗粒厚度＜平均粒径0.4倍）。表面特征：碎石、山砂－表面粗糙、有棱角；卵石、河（海）－表面光滑、无棱角。普通混凝土的组成材料第十页，共62页。（四）粗细与级配粗细：指骨料混合后的平均粗细程度。

砂的粗细通常采用筛分析法测得的细度模数评价。

石的级配是用筛分析法评定的。粗骨料最大粒径的确定：

Dmax≯A/4(A-构件界面最小尺寸)Dmax≯3B/4(B-钢筋最小间距)Dmax≯C/2(C板厚)普通混凝土的组成材料第十一页，共62页。颗粒级配：是指大小不同颗粒骨料的搭配程度。级配好的骨料应该是颗粒搭配的结果-空隙率最小，填充率最高。

级配良好的砂可减少水泥浆，节约水泥，提高混凝土拌合物的流动性和粘聚性，提高混凝土的密实度及混凝土的强度和耐久性,减少徐变和收缩。普通混凝土的组成材料第十二页，共62页。(五)强度

抗压强度：50×50×50mm或φ50×50mm试件，在吸水饱和状态下测定。

(岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比≮1.5)

压碎指标：气干下质量m(9.5～19mm)→经3～5min至200kN→卸荷用2.5mm筛→筛余量m1，则压碎指标为：普通混凝土的组成材料第十三页，共62页。(六)坚固性

骨料在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破坏的能力。寒冷室外处于潮湿或干湿交替状态下的，有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的，或有腐蚀介质作用的混凝土需考虑坚固性。

普通混凝土的组成材料第十四页，共62页。砂、石中有害物质含量限值（GB/T14684~14685-2001）细集料粗集料项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(%)＜1.02.02.0－－－硫化物与硫酸盐含量(按SO3质量计，%)＜0.50.50.50.51.01.0有机物含量(比色法)＜合格合格合格合格合格合格轻物质(％)＜1.01.01.0－－－氯化物(以Cl¯，%)＜0.010.020.06－－－泥(%)＜1.03.05.00.51.01.5泥块(%)＜01.02.000.50.7坚固性质量损失(%)＜88105812针片状含量(%)＜－－－51525压碎指标(%)＜－－－12/1016/2016/30注：卵石/碎石第十五页，共62页。

三、混凝土拌合与养护用水

混凝土拌合及养护用水应是清洁的水。

不用含有油脂、糖类的水污水、PH＜4、含硫酸盐不用海水一般不用于钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土普通混凝土的组成材料第十六页，共62页。四、混凝土外加剂

在拌制混凝土过程中掺入的(一般≯5％水泥重)，用以改善混凝土性能的化学物质。

外加剂包括无机和有机两种成分。（一）外加剂的功能改善混凝土拌合物流变性能；（如：减水剂、引气剂、泵送剂等）调节混凝土凝结时间；（如：缓凝剂、早强剂和速凝剂等）改善混凝土耐久性；（引气剂、防水剂和阻锈剂等）改善混凝土其它性能。（加气剂、膨胀剂、防冻剂和着色剂等）普通混凝土的组成材料第十七页，共62页。(二)常用混凝土外加剂

1.减水剂（塑化剂）在保持混凝土拌合物和易性不变条件下，具有减水及增强作用的外加剂。

混凝土减水剂大都是表面活性剂。

(1)表面活性剂能显著降低液体表面张力或二相间界面张力的物质。

具有湿润、分散、乳化、润滑、起泡等作用。溶于水后可定向排列于液体表面或两相界面上，从而显著降低表面张力或界面张力。表面活性剂分子是由憎水基基团和亲水基基团组成。普通混凝土的组成材料第十八页，共62页。亲水基团憎水基团水泥颗粒或油水空气定向单分子层吸附膜普通混凝土的组成材料第十九页，共62页。（2）减水剂的作用机理(减水机理)水膜电斥力、吸附水膜水水泥絮状结构破坏水水水水泥浆中的絮状结构普通混凝土的组成材料第二十页，共62页。（3）常用减水剂品种生产掺量(％)效果特性W↓%坍↑cmF↑%C↓%木质素磺酸钙(M剂)木质废液，经中和发酵、脱糖、浓缩、喷雾而成0.2~0.3105~1010~2010缓凝1~3h，引气量1~3%，普通、阴离子型。对钢筋无锈蚀萘系减水剂FDN、UNF、NF、NNO等以萘及萘的同系物经磺化与甲醛缩合而成。0.5~1.212~25l0~1510~3012~20非引气早强高效阴离子型。对钢筋无锈蚀树脂系减水剂三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐(SM)三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠，经磺化、缩聚而成0.5~2.020~272030~6025非引气早强高效阴离子型。对钢筋无锈蚀，价格高聚羧酸盐系减水剂(含固18％～24％)0.5~2.018~35坍损失小,小掺量无缓凝,有一定引气性，不增干缩，显著提高f、耐久性，贵糖蜜系减水剂(糖钙)制糖下脚料经石灰中和处理而成0.1~0.36~10510~2010普通非离子型，缓凝＞3h。对钢筋无锈蚀普通混凝土的组成材料第二十一页，共62页。2.早强剂

能提高混凝土早期强度并对后期强度无显著影响的外加剂。（1）早强剂的早强机理

绝大多数早强剂由于参与水泥的水化反应，可快速生成大量难溶性复盐，且可促使水泥自身水化加速。

复盐的生成及水化产物的增多，使水泥浆中固体物质的比例增大，加速了水泥石结构的形成，因而凝结硬化快，早期强度高。普通混凝土的组成材料第二十二页，共62页。品种早强机理掺量(％)效果特性f1↑%f3↑%f28氯盐类CaCl2，NaClCaCl2+C3A+H2O→C3A•CaCl2·10H2OCaCl2+Ca(OH)2+H2O→CaCI2·3Ca(OH)2·12H201～270~14040~70影响小促凝、早强外，还具降低冰点,促进钢锈(Clˉ),常加NaNO2。钢混中，氯化钙≯1%；无筋砼中≯3%；冷拉或拔低碳钢丝砼及预应力砼中，不用Clˉ盐硫酸钠Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4·2H2O+2NaOHCaSO4·2H2O+C3A+2H2O→水化硫铝酸钙0.5~2.020~40无差别对钢筋无锈蚀，掺量较大时，易产生碱-骨料反应(当骨料中含有活性SiO2),还会引起硫酸盐腐蚀。具一定缓凝作用，多复合使用。三乙醇胺对水泥的水化起到催化作用0.02~0.0520~40影响小对钢筋无锈蚀，但会增大干缩,非离子型表面活性剂。多复合使用。（2）常用早强剂普通混凝土的组成材料第二十三页，共62页。3.引气剂

在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡（0.05~1.0）mm

，以减少混凝土拌合物泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂，属憎水性表面活性剂。普通混凝土的组成材料第二十四页，共62页。品种

松香热聚物、松香皂，烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠等。掺量

0.5~1.5/万（含气量达到3%~6%）作用

提高和易性；（流动性－气泡的“滚珠轴承”的润滑作用；并显著改善粘聚性和保水性）减水8%~10%，改善孔结构，提高抗冻性和抗渗性（提高抗冻性1~6倍，提高抗渗性1倍）会使混凝土强度降低，弹性模量降低（不减水时，含气量增加1%，混凝土强度下降约3%~5%）。

普通混凝土的组成材料第二十五页，共62页。4.其它品种外加剂

缓凝剂、速凝剂、防冻剂、阻锈剂、膨胀剂、防水剂、泵送剂等。

普通混凝土的组成材料第二十六页，共62页。五、混凝土掺合料

配制混凝土时，掺加到混凝土中的磨细矿物材料。(一)掺合料的作用

取代部分水泥、降低水化热与混凝土成本，改善和易性，提高混凝土的强度与耐久性等，其经济、技术及社会效益十分显著。普通混凝土的组成材料第二十七页，共62页。等级细度（45μm方孔筛筛余，％）烧失量（％）需水量比（％）三氧化硫（％）Ⅰ≤12≤5≤95≤3Ⅱ≤20≤8≤105≤3Ⅲ≤45≤15≤115≤3粉煤灰的质量要求（二）常用的活性的掺合料

粉煤灰

1.分类

(1)按CaO含量：高钙灰(＞15%),低钙灰(＜15%)(2)按排灰方式：干排灰，湿排灰

(3)按细度质量：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级普通混凝土的组成材料第二十八页，共62页。混凝土种类粉煤灰取代水泥最大限量(%)（GBJ148-90）硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥预应力钢筋混凝土251510—钢筋混凝土，高强度混凝土，高抗冻融性混凝土，蒸养混凝土30252015中、低强度混凝土泵送混凝土大体积混凝土，

水下混凝土地下混凝土压浆混凝土50403020碾压混凝土655545352.粉煤灰掺量普通混凝土的组成材料第二十九页，共62页。

3.粉煤灰应用

粉煤灰适合用于各类结构用的混凝土，尤其适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐与抗软水侵蚀的混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下与水下工程混凝土、压浆混凝土及碾压混凝土。

普通混凝土的组成材料第三十页，共62页。硅灰(硅粉)

硅灰为电弧炉冶炼硅铁合金等时的副产品，是石英在2000℃下被还原成Si、SiO气体，冷却中又被氧化成SiO2(主要是非晶态的)的极微细颗粒，活性极高。

1.硅灰的物理性质

粒径0.1～0.2μm，比表面积20000～25000m2/kg，SiO2含量≥80%。普通混凝土的组成材料第三十一页，共62页。2.硅灰作用效果远高于粉煤灰，可大幅提高混凝土的强度、抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性，明显抑制碱-骨料反应，降低水化热，还可提高混凝土的早期强度（由于硅灰的活性极高，即使在早期也会与氢氧化钙发生水化反应）。3.硅灰应用一般取代水泥量为5%～15%；用硅灰和高效减水剂可配制出100MPa的高强混凝土。硅灰价高，只用于高强、超高强、高耐久性混凝土。普通混凝土的组成材料第三十二页，共62页。磨细粒化高炉矿渣(磨细矿渣或矿渣粉，代号S)

1.磨细矿渣成分磨细矿渣除含有活性SiO2和Al2O3外，还有部分β-C2S，因而具有较高的活性，掺量与效果均高于粉煤灰。

2.磨细矿渣作用对流动性影响不大，可明显降低混凝土的温升。细度较低时，随掺量的增大泌水量增大。对混凝土的干缩影响不大，但超细矿渣会加大混凝土的塑性开裂。磨细矿渣的适用范围与粉煤灰基本相同，但掺量更高。其它掺合料

磨细沸石粉和磨细硅质页岩：效果优于粉煤灰，掺量10%～20%，掺量大时流动性显著降低。磨细自燃煤矸石，效果与掺量均低于粉煤灰普通混凝土的组成材料第三十三页，共62页。第三节混凝土主要技术性质混凝土拌合物的和易性(工作性或工作度)混凝土强度混凝土收缩混凝土耐久性混凝土主要技术性质第三十四页，共62页。一、混凝土拌合物的和易性(工作性或工作度)

混凝土拌合物易于施工，并获得均匀密实结构的性质。

流动性

混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下，易于产生流动、运输，易于充满混凝土模板的性质。

粘聚性

混凝土拌合物各组成材料之间彼此粘聚，在施工中保持整体均匀一致的能力，不致产生离析、分层现象。

保水性

混凝土拌合物在施工中保持水分的能力，不发生大的或严重的泌水。

混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性相互联系又矛盾。混凝土主要技术性质第三十五页，共62页。（一）和易性的测定坍落度法坍落度法是用来测定混凝土拌合物在自重力作用下的流动性，适用于流动性较大的混凝土拌合物。维勃稠度法维勃稠度法用来测定混凝土拌合物在机械振动力作用下的流动性，适用于流动性较小的混凝土拌合物。坍落度（SL）透明有机玻璃板导杆混凝土锥振动台混凝土主要技术性质第三十六页，共62页。混凝土拌合物流动性的级别坍落度级别维勃稠度级别级别名称SL（mm）级别名称VB（mm）T1低塑性砼10～40V0超干硬性砼≥31T2塑性砼50～90V1特干硬性砼30～21T3流动性砼100～150V2干硬性砼20～11T4大流动性砼≥160V3半干硬性砼10～5混凝土主要技术性质第三十七页，共62页。（二）混凝土拌合物流动性的选择混凝土构件的截面最小尺寸配筋疏密成型捣实方法

流动性大，则易于施工，但水泥用量大，且混凝土拌合物易产生离析、分层。因此，选择流动性的原则是在满足施工条件及保证密实成型的前提下，尽可能选择较小的流动性。构件种类坍落度基础或地面、无筋或配筋稀疏的结构10～30梁、板、柱30～50配筋密列的结构50～70配筋特密的结构70～90混凝土主要技术性质第三十八页，共62页。（三）影响和易性的因素用水量水灰比骨料品种、规格及质量砂率外加剂其它因素（水泥品种、掺合料、养护时间、环境温度）

混凝土主要技术性质第三十九页，共62页。（四）改善和易性的措施改善粘聚性、保水性的措施选用级配良好的粗、细骨料，并选用连续级配；适当限制粗骨料的最大粒径，避免选用过粗的细骨料；适当增大砂率或掺加粉煤灰等掺合料；掺加减水剂和引气剂。改善流动性的措施改善混凝土拌合物流动性的措施尽可能选用较粗大的粗、细骨料；采用泥及泥块等杂质含量少，级配好的粗、细骨料；尽量降低砂率；在上述基础上，保持水灰比不变，适当增加水泥用量和用水量；如流动性太大，则保持砂率不变，适当增加砂

混凝土主要技术性质第四十页，共62页。二、混凝土强度（一）混凝土的抗压强度与强度等级（二）其它强度混凝土轴心抗压强度、抗拉强度等标准混凝土试件（150×150×150mm）混凝土标准立方体抗压强度（简称混凝土抗压强度）28d标准养护（RH≻95%20+2C0）混凝土立方体抗压强度标准值C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60混凝土强度等级混凝土主要技术性质第四十一页，共62页。（三）混凝土的受力破坏特点

界面裂缝（长、宽度增加，数量增多）

砂浆裂缝ⅣⅢⅡⅠ荷载增加

10070～90300σ/f(%)εⅢⅡⅠⅤⅥ0ⅣBACDⅠ-界面裂纹无明显变化；Ⅱ-界面裂纹增长，无明显砂浆裂纹Ⅲ-出现砂浆裂纹和连续裂纹；Ⅳ-连续裂纹迅速扩展,汇合,贯通；Ⅴ-裂纹缓慢增长；Ⅵ-裂纹迅速增长混凝土主要技术性质第四十二页，共62页。（四）影响混凝土强度的因素

水泥强度等级与水灰比

骨料的品种、规格与质量

养护温度、湿度

龄期施工方法、施工质量及其控制外加剂、掺合料等(n≥3d)混凝土主要技术性质第四十三页，共62页。（五）提高混凝土强度的措施采用高强度等级水泥或快硬早强型水泥采用干硬性混凝土或较小的水灰比采用级配好、质量高、粒径适宜的骨料采用机械搅拌和机械振动成型加强养护掺加外加剂掺加混凝土掺合料混凝土主要技术性质第四十四页，共62页。三、混凝土变形非荷载作用下的变形化学变形

由于水泥水化产物的体积小于反应物(水泥与水)的体积，导致混凝土收缩，称化学收缩(不可恢复)。一般40d内趋向稳定。化学收缩一般对混凝土结构没有破坏作用。干湿变形由混凝土中水分变化，引起的湿胀干缩。干缩湿胀不可逆，混凝土的湿胀很小，无害；干缩使混凝土表面产生较大的拉应力而引起开裂，使混凝土性能降低。温度变形

由温度变化所引起的。大体积混凝土工程在凝结硬化初期，混凝土内外温差很大，可达40～50℃以上，导致混凝土表面开裂；热胀冷缩变形，混凝土热膨胀系数(0.6～1.3)×10-5/℃，即温度每升降1℃，lm混凝土的胀缩约为0.01mm。混凝土主要技术性质第四十五页，共62页。荷载作用下的变形弹塑性变形混凝土是一种非均质材料，属于弹塑性体。在外力作用下，既产生弹性变形，又产生塑性变形。混凝土主要技术性质第四十六页，共62页。徐变

混凝土在长期恒载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形。徐变变形弹性变形瞬时恢复徐变恢复残余变形

时间（d）应变产生原因：

是水泥石中凝胶的粘性流动，并向毛细孔中移动，以及凝胶体内的吸附水在荷载作用下向毛细孔迁移。影响因素：水泥用量与水灰比骨料的弹性模量、规格与质量养护湿度与龄期作用：可降低混凝土、钢筋混凝土中的应力集中程度对大体积混凝土可降低或消除温度应力在预应力混凝土中，使预应力损失混凝土主要技术性质第四十七页，共62页。

四、混凝土耐久性抗渗性抗冻性抗侵蚀性碱-集料反应碳化提高混凝土耐久性的措施合理选择水泥。控制W/C和C(最大水灰比和最小水泥用量)质量、级配合格的骨料掺外加剂保证施工质量，加强养护混凝土主要技术性质第四十八页，共62页。环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件不作规定0.650.60200260300潮湿环境无冻害高湿度的室内部件、室外部件、在非侵蚀性土和（或）水中的部位0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件、在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件、高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300第四十九页，共62页。第四节普通混凝土配合比设计一、混凝土配合比的表示方法以1m3混凝土中各材料的用量(kg)来表示

如：水泥300kg、水190kg、砂690kg、石子1270kg以水泥的质量为l，用各材料间的质量比来表示如：水泥：砂：石＝1：2.3：4.1，水灰比＝0.58

当掺加外加剂或混凝土掺合料时，其用量以水泥用量的质量百分比来表示。

个别情况下，混凝土的配合比也用各材料间的体积比来表示。普通混凝土配合比设计第五十页，共62页。二、混凝土配合比设计的基本要求满足施工要求的和易性满足设计要求的强度等级满足与使用条件相适应的耐久性及特殊性能满足经济上合理，即水泥用量要少普通混凝土配合比设计第五十一页，共62页。三、混凝土配合比设计的过程按已知条件和要求进行初步配合比设计经试拌调整和易性进行基准配合比设计经强度复核进行满足设计经济合理的实验室配合比设计按施工现场条件进行施工配合比设计普通混凝土配合比设计第五十二页，共62页。四、混凝土配合比设计的方法与步骤确定配制强度强度(fcu,0)

由本单位的统计值获得，如没有则可查表确定确定水灰比（W0/C0）

经验系数αa、αb应使用本单位的统计值，如本单位无统计值，则可使用推荐值（碎石：αa＝0.46、αb

＝0.07；卵石：αa＝0.48、αb

＝0.33）（一）初步配合比设计普通混凝土配合比设计第五十三页，共62页。确定用水量(mw0)

可凭经验直接选取，或根据骨料的品种与规格

要求的流动性确定水泥用量(mc0)

确定砂率(βs)

工程量较大或工程质量要求较高时，应通过试验来确定砂率。也可根据骨料的品种、规格所用水灰比Wo/Co查表mw0查表βs普通混凝土配合比设计第五十四页，共62页。混凝土单位用水量选用表项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102031.540162031.540坍落度(mm)10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～70210