混凝土

《土木工程材料》中有关混凝土部分的知识导图。普通混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。本思维导图主要对混凝土混凝土结构课本第三章知识点梳理，希望对你有帮助！

混凝土

• 概述
  • 混凝土是指以胶凝材料(水泥、沥青、石膏等)、骨料(或称为集料)和水为主要原料，也可加入外加剂和矿物掺合料等原料，按适当比例配合、拌合制成的混合料，经一定时间硬化后形成具有一定强度的人造石材。
  • 目前，工程上使用最多的是以水泥为胶凝材料，以石为粗骨料、砂为细骨料，加水拌合而成的水泥混凝土，又称为普通混凝士，简称为混凝土。
• 分类
  • 混凝土的种类繁多，可按表观密度、用途、胶凝材料种类、施工工艺、抗压强度和掺合料种类等进行分类。混凝土的分类见表6-1。
• 特点
  • 优点
    • (1)组成材料来源丰富、成本低。混凝土组成材料中主要是天然砂石，易于就地取材，成本较低。
    • (2)具有良好的流动性和塑性。混凝土在凝结前具有良好的流动性和可塑性，便于制成各种形状和大小的构件与结构物，既可现浇，又可预制。
    • (3)硬化后具有较高的力学性能和良好的耐久性。混凝土的抗压强度一般为20~60MPa,超高强混凝土的抗压强度可达100MPa以上。
    • (4)与钢筋有牢固的粘结力，制作钢筋混凝土，能互补优缺，扩大使用范围。
    • (5)性能可调。混凝土的性质可根据工程的具体要求进行针对性设计与调整，从而满足各类工程建设的需要。
  • 缺点
    • (1)自重大。普通混凝土的表观密度为1950~ 2500kg/m3，比强度较小。
    • (2)抗拉强度低。混凝土抗拉强度一般 只有抗压强度的1/20~1/10，受拉变形能力小，易开裂。
    • (3)收缩变形大。混凝土在水化及凝结硬化过程中会产生化学收缩和干燥收缩，易产生收缩裂缝。
• 普通混凝土的组成材料
  • 普通混凝土的基本组成材料有胶凝材料、粗骨料(石子)、细骨料(砂子)和水，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。其中，胶凝材料体积占20%~30%，砂石骨料占70%左右。
  • 普通混凝土中使用最多的胶凝材料为水泥。水泥和水形成水泥浆，包裹在砂粒表面并填充砂粒之间的空隙而形成水泥砂浆，水泥砂浆又包裹石子并填充石子之间的空隙而形成混凝土。在混凝士硬化前，水泥浆起润滑作用，使混凝土拌合物具有可塑性，便于施工。在混凝土硬化后，水泥浆则起胶结作用，将砂石骨料胶结在一起， 成为坚硬的人造石材，并产生机械强度。所以，水泥浆不宜过少。但水泥浆过多，会导致混凝土拌合物流动性大，混凝土水化升温高、收缩大、抗腐蚀性差。
  • 砂、石骨料在水泥浆硬化后，对混凝土主要起骨架作用，传递应力，抵抗混凝土在凝结硬化过程中的收缩作用，给混凝土带来很大的技术优点，比水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性，可以有效地降低水化热，减少收缩裂缝的产生与发展。
  • 混凝土的质量和技术性能很大程度上是由原材料的性质及其相对含量所决定的，同时也与施工工艺(配料、搅拌、捣实成型和养护等)有关。因此，首先必须了解混凝土原材料的性质、作用及质量要求，合理选择原材料，以保证混凝土的质量。
  • 水泥
    • 水泥是混凝土中非常重要的组分，其相关技术性质要求详见第4章有关内容，本节只讨论如何选用。正确、合理地选择水泥的品种和强度等级，是影响混凝土强度、耐久性及经济性的重要因素。
    • 1.水泥品种的选择
      • 在配制混凝土时，应根据工程性质与特点、施工条件、工程所处的环境等状况，按各品种水泥的特性，合理选择水泥品种。这些在本书水硬性胶凝材料部分已作了介绍。
    • 2.水泥强度等级的选择
      • 水泥强度等级的选择，应当与混凝上的设计强度等级相适应。原则上是高配高、低配低，若水泥强度选用过高，不但会使成本较高，而且可能使所配制的新拌混凝土施工操作性较差，甚至影响混凝土的耐久性;若采用强度过低的水泥来配制较高强度等级的混凝土，则导致混凝土强度难以达到预期的要求。配制普通混凝土时，通常要求水泥的强度为混凝土抗压强度的1.5~2.0倍;配制较高强度混凝土时，可取0.9~1.5倍。 但是，随着混凝士强度等级的不断提高，新工艺的不断出现，以及高效外加剂性能的不断改进，高强度和高性能混凝土的配比要求将不受此比例的约束。
  • 细骨料
    • 粒径小于4.75mm的骨料为细骨料。普通混凝土中所用细骨料有两类:一类是由天然岩石长期风化等自然条件形成的天然砂。根据产源不同，可分为河砂、海砂和山砂;另一类是岩石经除土开采、 机械破碎、筛分而成的岩石颗粒，即人工砂。建筑用砂应符合《建筑用砂》GB/T 14684- -2011 的质量要求。工程应用中，砂和石子的技术要求还应参照原建设部2006年编制的《 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52- -2006。
    • 6.1.2.1砂的粗细程 度及颗粒级配
      • 1.砂的粗细程度
        • 砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起后的总体 平均粗细程度，按细度模数uf可分为粗、中、细三级。粗砂细度模数范围为uf=3.1~3.7，中砂为uf=2.3~3.0，细砂为uf=1.6~2.2。
        • 通常采用筛分析方法测定砂的粗细程度。砂的筛分析方法是用一套公称 直径为5.00、2.50、1.25、 0.630、0.315及0.160m的标准筛，将抽样所得500g干砂，由粗到细依次过筛，然后称得留在各筛上砂的重量，并计算各筛上的分计饰余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6(各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率)，及累计筛余百分率β1、β2、β3、β4、β5、β6(各个筛与比该筛粗的所有筛之分计筛余百分率之和)。累计筛余百分率与分计筛余百分率的关系如表6-2所示。
        • 砂的粗细程度用细度模数uf表示，其其计算公式为：
      • 2.颗粒细度
        • 颗粒细度是指不同粒径砂相互间搭配情况。良好的级配能使骨料的孔隙率和总表面积均较小，从而使所需的水泥浆含量较少，并且能够提高混凝土的密实度，改善混凝土的其他性能。
        • 沙粒级配以级配区和级配曲线表示。级配曲线如图6-1所示，砂的颗粒级配应符合表6-3的规定。
        • 在选择颗粒级配时宜选用2区砂。当采用1区砂时，应提高砂率并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性;当采用3区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。若为泵送混凝土用砂，宜选用中砂。
      • 6.1.2.2砂的含泥量、 石粉含量和泥块含量
        • 含泥量是指砂、石中公称粒径小于80μm的颗粒含量。石粉含量是指机械砂中粒径小于75ym的颗粒含量。泥块含量是指在砂中原粒径大于1. 18mm,经水浸洗、手捏后变成小于60m的颗粒含量。泥和泥块对混凝土是有害的。泥包裹于骨料表面，隔断水泥石与骨料间的粘结，影响混凝土强度，当含泥量较多时，会降低混凝土强度和耐久性，增加
• 水泥混凝土今后的发展方向
  • 超高韧性混凝土
  • 混凝土家具及艺术品
  • 装饰材料
  • 3D打印混凝土
• 混凝土的离析沁水
  • 过程
    • 离析：混凝土拌合物在运动过程中（压力作用下在泵管中流动，自重或机器振捣作用下在模板中流动），粗骨料、细骨料及水泥浆运动速度不相同，从而导致它们相互分离的现象。
    • 分层：混凝土拌合物粗骨料下沉、砂浆或水泥净浆上浮，从而导致混凝土沿垂直方向不均匀的现象。
    • 沁水：混凝土拌合物中的拌合水，在毛细管力作用下，沿混凝土的毛细通道，向上沁至拌合物表面，导致拌合物表层部分水灰比大幅度增大或出现一层清水的现象。
  • 危害
    • 可能导致混凝土拌合物扒底，泵送混凝土堵泵
    • 会导致混凝土匀质性变差，表面出现浮浆。混凝土硬化后表层出现浮灰，或塑性收缩裂缝
    • 粗骨料或钢筋下方水分聚结，硬化后出现大的气孔
    • 留下毛细管道，降低抗渗性
    • 拆模后，混凝土侧面留下砂纹
  • 措施
    • 采用需水量大的水泥
    • 适当增大水泥用量
    • 添加矿物掺合剂，特别是微细矿物掺合料
    • 改善外加剂质量，如适当增加引气和增粘组分含量
• 混凝土拌合物
  • 和易性
    • 将混凝土拌合物易于搅拌、运输、浇注及振捣，并能获得成型密实，质量均匀混凝土的性能，称之为混凝土拌合物的和易性，又叫工作性。
  • 流动性
    • 混凝土拌合物在自重或外力作用（施工机械振捣），能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。
  • 保水性
    • 混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力。
  • 粘聚性
    • 混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力。
• • 预应力钢筋混凝土（混凝土技术的第三次飞跃）
    • 通过张拉钢筋对混凝土预先施以压应力，可以提高混凝土构件的抗拉，抗弯性能，并克服裂缝。（非常适用于大跨度的结构）
  • 外加剂钢筋混凝土（混凝土技术的第四次飞跃）
    • 减水剂，引气剂等
      • 使混凝土的耐久性，流动性得到前所未有的提高
  • 现代混凝土
    • 高强高性能混凝土，轻质高强混凝土，纤维混凝土，聚合物混凝土：例
  • 泵送混凝土的发明
    • 混凝土泵送施工工艺极大地提高了混凝土施工效率
• 抗拉强度低，容易开裂（无钢筋）
• 钢筋混凝土——兰伯特将铁丝引入混凝土当中（混凝土技术的第二次飞跃）
• 普通混凝土——波特兰水泥（混凝土技术的第一次飞跃）