混凝土基本知识.doc

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混凝土基础知识
及常见问题分析
培训材料之一
第一章
混凝土基础知识简介
一. 混凝土的定义与发展过程
在所有现代建筑材料中,可以说砼是最古老、用量最大、用途最广的材料之一。无论是超高层的摩天大楼,或是深层的地下建筑;从陆地到江河、海洋,从几千度的高温工程到零下170度低温工程,从几千万立方的大坝到几克的特种材料都有混凝土的应用。随着科学技术的不断发展和混凝土在性能及制造工艺方面诸多优点,混凝土不仅被广泛应用于工业与民用建筑,还大量用于铁路、公路、桥梁、隧道及各种水下、海洋及其它特殊工程,成为现代土木工程不可缺少的工程材料。各国专家都预计在新的世纪及以后更远的年代,混凝土都仍然是各种工程的主要建筑材料,并将沿着轻质、高强、多功能方面发展。在本世纪里,混凝土用量将更大,也有人预测全世界混凝土每年的消耗量将达到150—170亿吨。即然混凝土如此普及,那么何为混凝土呢?广义上讲,混凝土就是由水泥、石灰、石膏等无机胶结料和水,或沥青、树脂等有机结料的胶状物与集料按一定比例配合、搅拌,并在一定温湿度条件下养护硬化而成的一种复合材料。
其实,在几千年前,我国人民就开始用砂、土、石灰和石子建造了闻名于世的万里长城。罗马人在很早也曾使用石灰、砂土和石子配制成砼,建造了万神庙、斗兽场的巨大墙体,这些都是石灰类砼。它的强度一般都不高。直到1824年波特兰水泥的出现,使混凝土的强度及其它性能有了很大程度的提高,因而使混凝土的应用有了飞跃性的发展。1850年法国人朗波发明用钢筋
加强混凝土,并首次制成钢筋混凝土船,由于钢筋混凝土克服了素混凝土抗拉强度低的缺点,因而它的出现使混凝土的应用又出现新的飞跃。从此,混凝土在现代工程中的应用日益扩大。在1913年在美国首先发明用回转窑烧制页岩陶粒轻集料,较好的解决混凝土自重大的缺点,使砼向轻质发展迈出可喜的一步。目前使用的有些轻质混凝土每个立方仅有五、六百公斤,比水还轻。到了1928年法国人佛列西涅发明了预应力钢筋混凝土施工工艺,又为进一步提高的抗拉强度和抗裂性能,在钢筋混凝土在大跨度桥梁及高层建筑等现代化土木工程中的应用开辟了一条新的途径,因而被誉为混凝土发展史上的第三次飞跃。到了1960年前后各种混凝土外加剂不断涌现,特别是减水剂、塑化剂大量应用,相继出现了泵送混凝土、高强混凝土等新品种,到上个世纪90年代在一些国家又开始推出一种高性能混凝土。
二、砼的组成及各组成材料在混凝土中所起的作用
平常我们所说的混凝土,一般是指以水泥为胶结料配制而成的一种复合材料,即水泥、水及砂、石、另外有时会掺入适当的掺合料(如粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、沸石粉等)和外加剂配制而成的复合材料。在这类混凝土中水泥与水起胶凝料作用,砂、石集料起骨架填充作用。水泥与水反应后形成坚固的水泥石,将砂、石料颗粒牢固地粘结成整体,对混凝土的性能起决定性的作用,但由于集料占据混凝土中的大部分体积(大约占砼总体积的70%左右),因此,集料的质量对水泥混凝土的性能也有很大的影响。现具体的分析各组成材料在混凝土结构中的所起作用如下:
1水泥净浆胶凝材料;混凝土的质量主要取决于水泥净浆的
质量,它的主要作用:
首先,包裹集料表面并填充集料间的空隙;
其次,水泥浆在混凝土凝结硬化前起润滑作用,使混凝土拌和物具有易于施工的流动性,(作为干涩集料之间润滑材料);
另外,在混凝土凝结硬化后,水泥浆凝结成水泥石将砂石骨料牢固的连成整体。
2集料;集料是混凝土的主要组成材料,它占混凝土总体积
的3/4以上。集料在混凝土中既有技术上的作用,又有经济上的意义。它的主要作用是:
首先,在经济上,它比水泥便宜得多,作为廉价的填充材
料,降低混凝土成本;
其次,在技术上,集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具
有更高的体积稳定性和更好的耐久性;
其三,集料可以作为调节材料,减少水泥净浆的发热、干缩等不良现象。
3掺合料的作用:掺入混凝土中掺合料,一般是指掺量大于5%的具有火山灰活性的物料。适量掺入混凝土中部分取代水泥不仅能节省水泥、降低成本,还能改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土的密实性、抗渗性及耐化学腐蚀性等。
当前水泥混凝土中使用最多的掺合料是工业废料粉煤灰。粉煤灰它是从燃煤热电厂的锅炉烟气中收集到的细粉末,其颗粒多数呈球形,表面光滑,色灰或浑灰。粉煤灰分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰两种。
粉煤灰之所以能改善混凝土的性能,原因在于粉煤灰中含有大量硅、铝氧化物,它能与水泥的水化产物进行二次水化,生成稳定的水化硅酸钙凝胶。由于粉煤灰颗粒细微,参与二次水化的界面好,水化产物能改善混凝土的孔结构,降低混凝土的孔隙率,细化了孔结构,使孔的分布更加合理,因而使混凝土硬化后更加致密,所以它能提高混凝土的抗渗性能,混凝土