混凝土基础知识概要课件

华塑水泥厂二〇一六年十月二十七日混凝土基础知识目录1概述2混凝土材料组成3混凝土强度4混凝土常见问题第一节

概述正在施工的秦山核电站一、混凝土的定义混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为2000～2800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。三峡工程钢筋混凝土重力坝二、混凝土的分类按体积密度分重混凝土ρ0＞2800kg/m3。普通混凝土ρ0＝2000～2800kg/m3。轻混凝土ρ0＜2000kg/m3。按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。二、混凝土的分类按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、等。按强度分普通混凝土＜C60。高强混凝土≥C60。超高强混凝土≥100MPa。按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。喷射混凝土施工三、混凝土的特点优点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。缺点抗拉强度低（约为抗压强度的1/10～1/20）、变形性能差；导热系数大〔约为1.8W/（m·K）〕；体积密度大（约为2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。

第二节普通混凝土组成材料混凝土的结构混凝土的结构水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土组成材料的作用混凝土体积构成水泥石——25％左右；砂和石子——70％以上；孔隙和自由水——1％～5%。

组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用一、水泥的选择品种的选择配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。强度等级的选择原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右。

二、砂的技术质量要求

定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。分类按产源分按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等二、砂的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率松散堆积密度ρso´＞1350kg/m3；空隙率P′＜47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。二、砂的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（质量计，%）0＜1.0＜2.0天然砂含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量（%）＜3.0＜5.0＜7.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0MB值≥1.40或不合格石粉含量（%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0人工砂石粉含量和泥块含量二、砂的技术质量要求3.有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（%)（质量计）＜1.0＜2.0＜2.0轻物质（%)（质量计）＜1.0＜1.0＜1.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（SO3质量计）＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（氯离子质量计）＜0.01＜0.02＜0.06二、砂的技术质量要求4.颗粒级配（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。（2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。二、砂的技术质量要求方筛孔累计筛余率，％1区2区3区9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm010～035～565～3585～7195～80100～90010～025～050～1070～4192～70100～90010～015～025～040～1685～55100～90宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率砂的颗粒级配区二、砂的技术质量要求5.规格砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂Mx=3.7～3.1；中砂Mx=3.0～2.3；细砂

Mx=2.2～1.6。三、石子的技术质量要求定义粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。分类按产源分：卵石和碎石按技术要求分：Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。三、石子的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率松散堆积密度ρgo´＞1350kg/m3；空隙率P′＜47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。三、石子的技术质量要求3.针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（质量计，%）0＜0.5＜0.7碎石、卵石含泥量和泥块含量三、石子的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒（%）（质量计）＜5＜15＜25碎石、卵石针片状颗粒含量4.有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（%）(SO3质量计)＜0.5＜1.0＜1.0三、石子的技术质量要求5.强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验：岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。压碎指标是将一定质量风干状态下9.50～19.0mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：式中：Qc——压碎指标值；

G1——试样的质量，g；

G2——压碎后的筛余量，g。6.颗粒级配为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。连续级配是石子由小到大连续分级；间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。三、石子的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜16碎石、卵石的压碎指标三、石子的技术质量要求7.最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。从结构上考虑根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。从经济上考虑当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。四、拌合用水的技术质量要求混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—1989）的规定。五、混凝土外加剂外加剂及其分类定义混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。按主要功能的分类（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。

(一)减水剂

混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。

1.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；掺入减水剂前：当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；(一)减水剂2.减水剂的作用效果（1）减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量5％～25％（普通型5％～15％，高效型10％～30％）。（2）提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100～200mm。（3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥5％～20％。（4）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。(一)减水剂3.常用的减水剂（1）木质素系减水剂（M型）木质素系减水剂主要使用木质素磺酸钙（木钙），属于阴离子表面活性剂，为普通减水剂，其适宜掺量为0.2～0.3％，减水率10％左右。对混凝土有缓凝作用，一般缓凝１～３ｈ。（2）萘系减水剂高效减水剂，其主要成分为β一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建Ⅰ型等。萘系减水剂适宜掺量为0.5％～1.0％，其减水率较大，为10％～25%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温０℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。(一)减水剂（3）树脂类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂，为阴离子表面活性剂。我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。SM适宜掺量为0.5％～2.0％，减水率达20％～27％。（4）糖蜜类减水剂普通减水剂。它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。适宜掺量0.2％～0.3％，减水率10％左右，属缓凝减水剂。(二)外加剂与水泥的适应性1.适应性的概念

高效减水剂：降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土工作性，控制坍落度损失，赋予混凝土优良施工性能和高密实度。适应性的问题成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂的应用效果和推广应用。适应性的问题是一个极其错综复杂的问题：涉及到水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。(三)外加剂水水泥的适应性1.适应性的概念水泥与减水剂适应时：减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；没有离析和泌水现象；坍落度随时间变化损失相应较小；对混凝土的强度等性能无负面影响。

不适应时：初始坍落度小，坍落度损失快，离析，泌水，外加剂用量增加。六、矿物掺合料水泥混凝土与粉煤灰混凝土的微结构纯水泥混凝土

1）水泥浆体迅速形成密实微结构；

2）浆体与骨料的界面存在薄弱的过渡区（富集氢氧化钙，与骨料粘结强度低）；粉煤灰混凝土

1）粉煤灰水化缓慢，浆体微结构形成较缓慢，逐渐密实；

2）粉煤灰与氢氧化钙产生二次水化反应，生成C-S-H（改善过渡区，与骨料粘结强度提高）。第三节混凝土的强度混凝土强度的种类混凝土强度抗拉强度抗剪强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土的粘结强度一、混凝土的强度1.立方体抗压强度

以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿条件下或者在Ca(OH)2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。用fcu表示。当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：标准试验方法是指《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081-2002)，详见实验部分。试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150×150×150401.00非标准试件100×100×100300.95200×200×200601.05一、混凝土的强度2.混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十五个强度等级。强度等级表示的含义：C30“C”代表“混凝土”。“30”代表30.0MPa；二、配合比及其表示方法混凝土的配合比是指混凝土各组成材料用量之比。主要有“质量比”和“体积比”两种表示方法。工程中常用“质量比”表示。质量配合比的表示方法（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。例如常用C20混凝土配比：水泥mc＝295kg，砂ms＝648kg，石子mg＝1330kg，水mw＝165kg。（2）以各组成材料用量之比表示。例如上例也可表示为：mc:ms:mg＝1:2.20:4.51,mw/mc＝0.56,水泥mc＝295kg。二、配合比设计的要求满足结构设计的强度等级要求；满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。第四节、混凝土常见问题一、地面起砂和不凝结现象起砂不凝结

主要原因是混凝土表层结构松散、强度偏低造成的。虽然较轻者对其抗压强度等级影响不大，但严重者会破坏混凝土路面或楼地面耐磨性、抗渗性、美观性与长期耐久性，对工程质量不利。主要有三方面因素：

1、混凝土配合比设计不合理；

2、混凝土表层的水灰比大于混凝土内部，表层水化产物之间搭接不致密，空隙率大；

3、混凝土施工过程的过振或压光不密实；养护不当，施工早期水分散失过快，形成大量的水孔，表层的水泥得不到足够的水分进行水化。

二、混凝土裂缝裂缝

混凝土露天场地和路面裂缝原因很多，最直观和容易发现的如：