2018一级建筑师考试《建筑材料与构造》知识点：混凝土

2018一级建筑师考试《建筑材料与构造》知识点：混凝土

第四节混凝土

　　混凝土是由胶凝材料、粗细骨料、水按适当比例配制，再经硬化而成的人工石材。按其表观密度，一般可分为重混凝土(干表观密度>2800 kg/m3)、普通混凝土(干表观密度为2000～2800kg/m3)和轻混凝土(干表观密度<1950 kg/m3)三类。在建筑工程中应用最广泛、用量最大的是普通水泥混凝土，由水泥、砂、石和水组成，成型方便，与钢筋有牢固的粘结力(在钢筋混凝土结构中，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，两者膨胀系数大致相同)，硬化后抗压强度高、耐久性好，组成材料中砂、石及水占80%以上，成本较低且可就地取材。混凝土主要缺点是抗拉强度低，受拉时变形能力小、易开裂，另外，自重较大。

　　一般对混凝土质量的基本要求是：①具有符合设计要求的强度;②具有与施工条件相适应的施工和易性;③具有与工程环境相适应的耐久性。

　　一、普通混凝土原材料的技术要求

　　普通混凝土原材料为水泥、水、细骨料(砂)及粗骨料(石子)，必要时还可加入各种外加剂及矿物掺合料。在混凝土中，砂与石子主要起骨架作用，称为骨料，还可起到减小混凝土因水泥硬化产生的收缩作用。水泥与水形成水泥浆，包裹在骨料表面并填充在骨料空隙中，在硬化前(称为混凝土拌合物)，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的流动性，便于施工，水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体(胶结作用)。

　　㈠水泥

　　选择水泥要考虑品种与强度等级两个方面：

　　1.品种

　　应根据混凝土工程特点、工程所处环境条件及施工条件，进行合理选择。

　　2.强度等级

　　水泥强度等级的选择，应与混凝土的设计强度相适应。一般以水泥强度等级(以MPa为单位)为混凝土强度的0.5～2.0倍为宜，对于高强度的混凝土，可取0.9～1.5倍左右。

　　若用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土，只需用少量水泥就可满足混凝土强度要求，但水泥用量偏少，会影响混凝土拌合物的工作性与密实度，可考虑掺入一定数量的掺合料(如粉煤灰)。若用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土，为满足强度要求，需较多的水泥用量，过多的水泥用量不仅不经济，还会影响混凝土其他技术性质(如硬化收缩增大，会引起混凝土开裂)。

　　㈡细骨料

　　粒径在0.16~5mm之间的骨粒为细骨料，一般采用天然砂(河砂、海砂及山砂)。

　　细骨料的要求有下列几方面：

　　1.有害杂质

　　砂中有害杂质包括泥、泥块、云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、有机物质及氯化物等。其中泥是指粒径<0.08mm的粘土、淤泥与岩屑;泥块是指水浸后粒径>0.63mm的块状粘土。泥、云母、轻物质等能降低骨料与水泥浆的粘结，泥多还增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低抗冻性与抗渗性;硫化物与硫酸盐、有机物质等对水泥有侵蚀作用;泥块、轻物质强度较低，会形成混凝土中的薄弱部分。氯盐对钢筋有锈蚀作用。有害杂质会降低混凝土的强度与耐久性。

　　砂中的无定形二氧化硅含量可用试验测定其碱-骨料反应的活性即碱活性后，再确定其适用性。

　　2.砂的粗细程度与颗粒级配

　　混凝土用砂的选用，主要应从砂对混凝土的和易性、水泥用量(即混凝土的经济性)的影响这两个方面进行考虑。混凝土用砂的选用，主要考虑砂的粗细程度(细度模数)、级配。级配良好的砂，具有较小的空隙率，用来配制混凝土，不仅所需水泥浆量较少，而且还可提高混凝土的流动性、密实度和强度。

　　砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度，通常有粗砂、中砂、细砂之分。在相同用砂量条件下，粗砂的总表面积小，包裹砂粒表面所需的水泥浆少，节省水泥。

　　砂的颗粒级配与粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。

　　细度模数愈大，表示砂愈粗。其中模数3.0～3.1粗砂，3.0～2.3中砂，2.2～1.6细砂，1.5～0.7特细砂。

　　混凝土用砂，应优先选用级配良好的粗砂，这种砂的空隙率与总表面积均小，不仅水泥用量较少，还保证了混凝土有较高的密实度与强度。若用特细砂配制混凝土，因其比表面积大、空隙率大、含泥量大，可考虑采取某些措施，如采用低砂率(适当少用砂)、低流动性拌合物(在振动条件下，吸附于砂粒表面的水分被大量释放出来，和易性可得以改善)、水泥的强度与用量适当高些等。因混凝土干缩率大，应特别注意早期养护，适当延长养护期。因砂率低，拌合物的粘聚性及保水性难以保证，用特细砂配制混凝土，不宜掺减水剂。

　　(三)粗骨料

　　骨料中粒径大于5mm的称为粗骨料，混凝土用粗骨料有碎石、卵石两种。在水泥用量和水用量相同的情况下，碎石拌制的混凝土强度较高，但流动性较小。

　　混凝土用石子的技术要求有下列几方面：

　　1.有害杂质

　　包括泥、泥块、硫化物与硫酸盐、有机质等。对重要工程的混凝土所使用的石子，应进行碱活性检验。

　　2.针、片状颗粒含量

　　石子的形状以接近立方体或球形的为好，不应含有较多的针、片状颗粒。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;片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍。平均粒径是指该粒级上、下限粒径的平均值。针、片状颗粒受力易折断;当含量较多时，会增大粗骨料空隙率，影响混凝土的工作性及强度，含量应加以限制。

　　3.强度

　　碎石的强度用岩石的块体抗压强度或压碎指标表示，卵石的强度用压碎指标表示。

　　石子的抗压强度，是在母岩中取样制作边长为50mm的立方体试件(或直径与高度均为50mm的圆柱体试件)，在水中浸泡48h测强度，要求岩石的抗压强度与混凝土抗压强度之比不小于1.5。而且，火成岩的抗压强度≥80MPa，变质岩≥60MPa，水成岩≥45MPa。

　　4.颗粒级配与最大粒径

　　石子级配好坏对节约水泥、混凝土密实度、强度与工作性有很密切的关系。石子的级配通过筛分试验来确定。

　　连续粒级的石子按粒径可分为5～10mm、5～16mm、5～20mm、5～25mm、5～31.5mm、5～40mm六种粒级。

　　单粒级一般不单独使用，可用于组合成具有要求级配的连续粒级，也可与连续粒级的石子混合使用，以改善它们的级配或配成较大粒度的连续粒级。

　　石子公称粒级的上限，称为石子的最大粒径。随着石子最大粒径增大，在质量相同时，其总表面积减小，因此，在条件许可下，石子的最大粒径应尽可能选得大一些，以节约水泥。

　　从结构的角度规定，混凝土用石子最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4;同时不得超过钢筋间最小净距的3/4。对混凝土实心板，石子的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。

　　5.坚固性

　　有抗冻要求的混凝土所用的石子，要测定其坚固性。即用硫酸钠溶液浸渍法检验，试样经5次循环浸渍后，其质量损失应不超过规范的规定。

　　6.碱一骨料反应

　　经碱一骨料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.1%。

　　(四)水

　　拌制混凝土用水宜优先采用符合国家标准的饮用水。若采用其他水源时，水质要符合规定，特别对水的pH值以及不溶物、可溶物、氯化钠、硫化物、硫酸盐等含量均有限制。

　　(五)外加剂与掺合料

　　外加剂是指在混凝土拌合物中掺入不超过水泥质量的5%，且能使混凝土按要求改变性质的物质，并在混凝土配合比设计时，不考虑对混凝土体积或质量的影响。常用的外加剂有减水剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、引气剂、防水剂、防冻剂、膨胀剂等。

　　1.减水剂

　　指在保持混凝土稠度不变的条件下，具有减水增强作用的外加剂。

　　(1)混凝土中掺入减水剂的经济技术效果：

　　①提高流动性。在配合比不变的情况下，可增大坍落度100～200mm，且不影响强度。

　　②提高强度。在保持坍落度不变的情况下，可减少用水量10%一15%，混凝土强度可提高10%～20%，特别是早期强度提高更显著。

　　③节约水泥。保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%一15%。

　　④改善混凝土某些性能。如减少混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓拌合物凝结，减慢水化放热速度，提高抗渗性及抗冻性等。

　　(2)常用减水剂品种有：

　　①木质素系减水剂：主要品种是木质素磺酸钙(简称木钙粉，又名M型减水剂，简称M剂)，适宜掺量为水泥用量的0.2%～0.3%，减水率为10%左右，对混凝土有缓凝作用，一般缓凝1～3h，低温下尤甚。对混凝土有引气效果，一般引气量为1%～2%。M剂常用于一般混凝工程，尤其适用于夏季混凝土施工、滑模施工、大体积混凝土、泵送混凝土等施工，不宜采用蒸汽养护。

　　②萘系减水剂：主要成分为β-萘磺酸盐甲醛缩合物。高效减水剂，掺量为0.5%～1.0%，减水率为10%～25%，缓凝性小，大多为非引气型，适用于所有混凝土工程，更适于配制高强混凝土、流态混凝土。

　　③聚羧酸系减水剂：高效减水剂，坍落度经时损失小，掺量为0.2%～0.3%，减水率为25%～30%，适用于高强高性能混凝土。

　　④树脂系减水剂：我国产品有SM，主要成分为三聚氰胺甲醛缩合物，简称密胺树脂，属早强、非引气型高效减水剂，当掺量为0.5%～2%时，减水率为20%～30%。因价贵，适用于特殊要求的混凝土工程。

　　⑤糖蜜系减水剂：为棕色粉状物或糊状物。适宜掺量为0.2%～0.3%，减水率6%～10%，能显著降低水化热，缓凝性强，一般缓凝时间大于3h，低温尤甚，通常多作缓凝剂使用，适用于大体积混凝土工程、夏季混凝土施工、水工混凝土工程等。

　　⑥复合减水剂：常采用与其他外加剂进行复合，组成复合减水剂，以满足不同施工要求及降低成本的效果。如MF为引气型减水剂，可与消泡剂GXP--103复合，可弥补混凝土因引气而导致后期强度降低的缺点。

　　2.早强剂

　　能提高混凝土早期强度的外加剂，多在冬季或紧急抢修时采用。

　　常用的早强剂有：

　　(1)氯化物系早强剂

　　如CaCl2效果好，除提高混凝土早期强度外，还有促凝、防冻效果，价低，使用方便，一般掺量为1%～2%，缺点是会使钢筋锈蚀，在钢筋混凝土中CaCl2掺量不得超过水泥用量的1%，通常与阻锈剂NaNO2复合使用。

　　(2)硫酸盐系早强剂

　　如硫酸钠，又名元明粉，为白色粉末，适宜掺量为0.5%～2%，多复合使用。

　　(3)三乙醇胺系早强剂

　　三乙醇胺为无色或淡黄色透明油状液体，易溶于水，一般掺量为0.02%～0.05%，有缓凝作用，多复合使用。

　　3.缓凝剂

　　是指能延缓混凝土的凝结的外加剂。目前常用的有木质素磺酸钙与糖蜜。适用于高温季节施工、大体积混凝土工程、泵送、滑模方法施工、较长时间停放或远距离运送的商品混凝土。

　　4.速凝剂

　　是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。我国常用的有红星一型、711型等品种。主要用于隧道与地下工程、引水涵洞等工程喷锚支护时的喷射混凝土。

　　5.引气剂

　　是指在搅拌混凝土过程中能引人大量分布均匀稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂产生的气泡直径在0.05～1.25mm之间，目前常用的引气剂有松香热聚物、松香皂等，适宜掺量为0.05%～0.12%。采用引气剂主要是为了提高混凝土的抗渗、抗冻等耐久性、改善拌合物的工作性(保水性)，多用于水工混凝土。引气剂的使用使得混凝土含气量增大，故使混凝土的强度较未掺引气剂者有所下降。

　　外加剂除上述几种外，还有防水剂(如三氯化铁防水剂、硅酸钠类防水剂等)，防冻剂(如亚硝酸钠型防冻剂、硝酸钙型防冻剂、氯盐类防冻剂等)、膨胀剂(如硫铝酸钙类膨胀剂等)、发气剂(如铝粉)等。

　　掺合料一般是指混凝土拌合物中掺入量超过水泥质量的5%，且在配合比设计时，需要考虑体积或质量变化的外加材料。工程中常采用粉煤灰作为混凝土的掺合料，也可用硅灰、磨细矿渣粉等具有一定活性的工业废渣，掺合料不仅可以取代部分水泥、降低成本，而且可以改善混凝土性能，如提高强度、改善和易性、降低水化热等。通常掺合料是活性矿物质，如粒化高炉矿渣与粉煤灰等活性混合材料。但掺合料是在混凝土的搅拌时掺入使用的，而混合材料则是在水泥生产的熟料磨细时掺入的。