2018一級建筑師考試《建筑材料與構造》知識點：混凝土

第四節(jié)混凝土

　　混凝土是由膠凝材料、粗細骨料、水按適當比例配制，再經硬化而成的人工石材。按其表觀密度，一般可分為重混凝土(干表觀密度>2800 kg/m3)、普通混凝土(干表觀密度為2000～2800kg/m3)和輕混凝土(干表觀密度<1950 kg/m3)三類。在建筑工程中應用最廣泛、用量最大的是普通水泥混凝土，由水泥、砂、石和水組成，成型方便，與鋼筋有牢固的粘結力(在鋼筋混凝土結構中，鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力，兩者膨脹系數大致相同)，硬化后抗壓強度高、耐久性好，組成材料中砂、石及水占80%以上，成本較低且可就地取材�；炷�土主要缺點是抗拉強度低，受拉時變形能力小、易開裂，另外，自重較大。

　　一般對混凝土質量的基本要求是：①具有符合設計要求的強度;②具有與施工條件相適應的施工和易性;③具有與工程環(huán)境相適應的耐久性。

　　一、普通混凝土原材料的技術要求

　　普通混凝土原材料為水泥、水、細骨料(砂)及粗骨料(石子)，必要時還可加入各種外加劑及礦物摻合料。在混凝土中，砂與石子主要起骨架作用，稱為骨料，還可起到減小混凝土因水泥硬化產生的收縮作用。水泥與水形成水泥漿，包裹在骨料表面并填充在骨料空隙中，在硬化前(稱為混凝土拌合物)，水泥漿起潤滑作用，賦予拌合物一定的流動性，便于施工，水泥漿硬化后，則將骨料膠結成一個堅實的整體(膠結作用)。

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　　選擇水泥要考慮品種與強度等級兩個方面：

　　1.品種

　　應根據混凝土工程特點、工程所處環(huán)境條件及施工條件，進行合理選擇。

　　2.強度等級

　　水泥強度等級的選擇，應與混凝土的設計強度相適應。一般以水泥強度等級(以MPa為單位)為混凝土強度的0.5～2.0倍為宜，對于高強度的混凝土，可取0.9～1.5倍左右。

　　若用高強度等級水泥配制低強度等級的混凝土，只需用少量水泥就可滿足混凝土強度要求，但水泥用量偏少，會影響混凝土拌合物的工作性與密實度，可考慮摻入一定數量的摻合料(如粉煤灰)。若用低強度等級水泥配制高強度等級的混凝土，為滿足強度要求，需較多的水泥用量，過多的水泥用量不僅不經濟，還會影響混凝土其他技術性質(如硬化收縮增大，會引起混凝土開裂)。

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　　粒徑在0.16~5mm之間的骨粒為細骨料，一般采用天然砂(河砂、海砂及山砂)。

　　細骨料的要求有下列幾方面：

　　1.有害雜質

　　砂中有害雜質包括泥、泥塊、云母、輕物質、硫化物與硫酸鹽、有機物質及氯化物等。其中泥是指粒徑<0.08mm的粘土、淤泥與巖屑;泥塊是指水浸后粒徑>0.63mm的塊狀粘土。泥、云母、輕物質等能降低骨料與水泥漿的粘結，泥多還增加混凝土的用水量，從而加大混凝土的收縮，降低抗凍性與抗?jié)B性;硫化物與硫酸鹽、有機物質等對水泥有侵蝕作用;泥塊、輕物質強度較低，會形成混凝土中的薄弱部分。氯鹽對鋼筋有銹蝕作用。有害雜質會降低混凝土的強度與耐久性。

　　砂中的無定形二氧化硅含量可用試驗測定其堿-骨料反應的活性即堿活性后，再確定其適用性。

　　2.砂的粗細程度與顆粒級配

　　混凝土用砂的選用，主要應從砂對混凝土的和易性、水泥用量(即混凝土的經濟性)的影響這兩個方面進行考慮�；炷�土用砂的選用，主要考慮砂的粗細程度(細度模數)、級配。級配良好的砂，具有較小的空隙率，用來配制混凝土，不僅所需水泥漿量較少，而且還可提高混凝土的流動性、密實度和強度。

　　砂的粗細程度是指不同粒徑的砂�；旌显谝黄鸷蟮钠骄�粗細程度，通常有粗砂、中砂、細砂之分。在相同用砂量條件下，粗砂的總表面積小，包裹砂粒表面所需的水泥漿少，節(jié)省水泥。

　　砂的顆粒級配與粗細程度，常用篩分析的方法進行測定。

　　細度模數愈大，表示砂愈粗。其中模數3.0～3.1粗砂，3.0～2.3中砂，2.2～1.6細砂，1.5～0.7特細砂。

　　混凝土用砂，應優(yōu)先選用級配良好的粗砂，這種砂的空隙率與總表面積均小，不僅水泥用量較少，還保證了混凝土有較高的密實度與強度。若用特細砂配制混凝土，因其比表面積大、空隙率大、含泥量大，可考慮采取某些措施，如采用低砂率(適當少用砂)、低流動性拌合物(在振動條件下，吸附于砂粒表面的水分被大量釋放出來，和易性可得以改善)、水泥的強度與用量適當高些等。因混凝土干縮率大，應特別注意早期養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護期。因砂率低，拌合物的粘聚性及保水性難以保證，用特細砂配制混凝土，不宜摻減水劑。

　　(三)粗骨料

　　骨料中粒徑大于5mm的稱為粗骨料，混凝土用粗骨料有碎石、卵石兩種。在水泥用量和水用量相同的情況下，碎石拌制的混凝土強度較高，但流動性較小。

　　混凝土用石子的技術要求有下列幾方面：

　　1.有害雜質

　　包括泥、泥塊、硫化物與硫酸鹽、有機質等。對重要工程的混凝土所使用的石子，應進行堿活性檢驗。

　　2.針、片狀顆粒含量

　　石子的形狀以接近立方體或球形的為好，不應含有較多的針、片狀顆粒。針狀顆粒是指顆粒長度大于該顆粒所屬粒級的平均粒徑2.4倍;片狀顆粒是指顆粒厚度小于平均粒徑0.4倍。平均粒徑是指該粒級上、下限粒徑的平均值。針、片狀顆粒受力易折斷;當含量較多時，會增大粗骨料空隙率，影響混凝土的工作性及強度，含量應加以限制。

　　3.強度

　　碎石的強度用巖石的塊體抗壓強度或壓碎指標表示，卵石的強度用壓碎指標表示。

　　石子的抗壓強度，是在母巖中取樣制作邊長為50mm的立方體試件(或直徑與高度均為50mm的圓柱體試件)，在水中浸泡48h測強度，要求巖石的抗壓強度與混凝土抗壓強度之比不小于1.5。而且，火成巖的抗壓強度≥80MPa，變質巖≥60MPa，水成巖≥45MPa。

　　4.顆粒級配與最大粒徑

　　石子級配好壞對節(jié)約水泥、混凝土密實度、強度與工作性有很密切的關系。石子的級配通過篩分試驗來確定。

　　連續(xù)粒級的石子按粒徑可分為5～10mm、5～16mm、5～20mm、5～25mm、5～31.5mm、5～40mm六種粒級。

　　單粒級一般不單獨使用，可用于組合成具有要求級配的連續(xù)粒級，也可與連續(xù)粒級的石子混合使用，以改善它們的級配或配成較大粒度的連續(xù)粒級。

　　石子公稱粒級的上限，稱為石子的最大粒徑。隨著石子最大粒徑增大，在質量相同時，其總表面積減小，因此，在條件許可下，石子的最大粒徑應盡可能選得大一些，以節(jié)約水泥。

　　從結構的角度規(guī)定，混凝土用石子最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的1/4;同時不得超過鋼筋間最小凈距的3/4。對混凝土實心板，石子的最大粒徑不宜超過板厚的1/3，且不得超過40mm。

　　5.堅固性

　　有抗凍要求的混凝土所用的石子，要測定其堅固性。即用硫酸鈉溶液浸漬法檢驗，試樣經5次循環(huán)浸漬后，其質量損失應不超過規(guī)范的規(guī)定。

　　6.堿一骨料反應

　　經堿一骨料反應試驗后，由卵石、碎石制備的試件無裂縫、酥裂、膠體外溢等現象，在規(guī)定的試驗齡期的膨脹率應小于0.1%。

　　(四)水

　　拌制混凝土用水宜優(yōu)先采用符合國家標準的飲用水。若采用其他水源時，水質要符合規(guī)定，特別對水的pH值以及不溶物、可溶物、氯化鈉、硫化物、硫酸鹽等含量均有限制。

　　(五)外加劑與摻合料

　　外加劑是指在混凝土拌合物中摻入不超過水泥質量的5%，且能使混凝土按要求改變性質的物質，并在混凝土配合比設計時，不考慮對混凝土體積或質量的影響。常用的外加劑有減水劑、早強劑、緩凝劑、速凝劑、引氣劑、防水劑、防凍劑、膨脹劑等。

　　1.減水劑

　　指在保持混凝土稠度不變的條件下，具有減水增強作用的外加劑。

　　(1)混凝土中摻入減水劑的經濟技術效果：

　　①提高流動性。在配合比不變的情況下，可增大坍落度100～200mm，且不影響強度。

　　②提高強度。在保持坍落度不變的情況下，可減少用水量10%一15%，混凝土強度可提高10%～20%，特別是早期強度提高更顯著。

　�、酃�(jié)約水泥。保持混凝土強度不變時，可節(jié)約水泥用量10%一15%。

　　④改善混凝土某些性能。如減少混凝土拌合物的泌水、離析現象，延緩拌合物凝結，減慢水化放熱速度，提高抗?jié)B性及抗凍性等。

　　(2)常用減水劑品種有：

　�、倌举|素系減水劑：主要品種是木質素磺酸鈣(簡稱木鈣粉，又名M型減水劑，簡稱M劑)，適宜摻量為水泥用量的0.2%～0.3%，減水率為10%左右，對混凝土有緩凝作用，一般緩凝1～3h，低溫下尤甚。對混凝土有引氣效果，一般引氣量為1%～2%。M劑常用于一般混凝工程，尤其適用于夏季混凝土施工、滑模施工、大體積混凝土、泵送混凝土等施工，不宜采用蒸汽養(yǎng)護。

　　②萘系減水劑：主要成分為β-萘磺酸鹽甲醛縮合物。高效減水劑，摻量為0.5%～1.0%，減水率為10%～25%，緩凝性小，大多為非引氣型，適用于所有混凝土工程，更適于配制高強混凝土、流態(tài)混凝土。

　�、劬埕人嵯禍p水劑：高效減水劑，坍落度經時損失小，摻量為0.2%～0.3%，減水率為25%～30%，適用于高強高性能混凝土。

　　④樹脂系減水劑：我國產品有SM，主要成分為三聚氰胺甲醛縮合物，簡稱密胺樹脂，屬早強、非引氣型高效減水劑，當摻量為0.5%～2%時，減水率為20%～30%。因價貴，適用于特殊要求的混凝土工程。

　�、萏敲巯禍p水劑：為棕色粉狀物或糊狀物。適宜摻量為0.2%～0.3%，減水率6%～10%，能顯著降低水化熱，緩凝性強，一般緩凝時間大于3h，低溫尤甚，通常多作緩凝劑使用，適用于大體積混凝土工程、夏季混凝土施工、水工混凝土工程等。

　�、迯秃蠝p水劑：常采用與其他外加劑進行復合，組成復合減水劑，以滿足不同施工要求及降低成本的效果。如MF為引氣型減水劑，可與消泡劑GXP--103復合，可彌補混凝土因引氣而導致后期強度降低的缺點。

　　2.早強劑

　　能提高混凝土早期強度的外加劑，多在冬季或緊急搶修時采用。

　　常用的早強劑有：

　　(1)氯化物系早強劑

　　如CaCl2效果好，除提高混凝土早期強度外，還有促凝、防凍效果，價低，使用方便，一般摻量為1%～2%，缺點是會使鋼筋銹蝕，在鋼筋混凝土中CaCl2摻量不得超過水泥用量的1%，通常與阻銹劑NaNO2復合使用。

　　(2)硫酸鹽系早強劑

　　如硫酸鈉，又名元明粉，為白色粉末，適宜摻量為0.5%～2%，多復合使用。

　　(3)三乙醇胺系早強劑

　　三乙醇胺為無色或淡黃色透明油狀液體，易溶于水，一般摻量為0.02%～0.05%，有緩凝作用，多復合使用。

　　3.緩凝劑

　　是指能延緩混凝土的凝結的外加劑。目前常用的有木質素磺酸鈣與糖蜜。適用于高溫季節(jié)施工、大體積混凝土工程、泵送、滑模方法施工、較長時間停放或遠距離運送的商品混凝土。

　　4.速凝劑

　　是指能使混凝土迅速凝結硬化的外加劑。我國常用的有紅星一型、711型等品種。主要用于隧道與地下工程、引水涵洞等工程噴錨支護時的噴射混凝土。

　　5.引氣劑

　　是指在攪拌混凝土過程中能引人大量分布均勻穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。引氣劑產生的氣泡直徑在0.05～1.25mm之間，目前常用的引氣劑有松香熱聚物、松香皂等，適宜摻量為0.05%～0.12%。采用引氣劑主要是為了提高混凝土的抗?jié)B、抗凍等耐久性、改善拌合物的工作性(保水性)，多用于水工混凝土。引氣劑的使用使得混凝土含氣量增大，故使混凝土的強度較未摻引氣劑者有所下降。

　　外加劑除上述幾種外，還有防水劑(如三氯化鐵防水劑、硅酸鈉類防水劑等)，防凍劑(如亞硝酸鈉型防凍劑、硝酸鈣型防凍劑、氯鹽類防凍劑等)、膨脹劑(如硫鋁酸鈣類膨脹劑等)、發(fā)氣劑(如鋁粉)等。

　　摻合料一般是指混凝土拌合物中摻入量超過水泥質量的5%，且在配合比設計時，需要考慮體積或質量變化的外加材料。工程中常采用粉煤灰作為混凝土的摻合料，也可用硅灰、磨細礦渣粉等具有一定活性的工業(yè)廢渣，摻合料不僅可以取代部分水泥、降低成本，而且可以改善混凝土性能，如提高強度、改善和易性、降低水化熱等。通常摻合料是活性礦物質，如�；�高爐礦渣與粉煤灰等活性混合材料。但摻合料是在混凝土的攪拌時摻入使用的，而混合材料則是在水泥生產的熟料磨細時摻入的。