第四节 混凝土

　　混凝土是指由水泥、矿物掺合料、外加剂、粗细骨料和水按适当的比例配合、拌制成的混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。

　　(1)根据表观密度的大小分，混凝土分为：

　　普通混凝土：表观密度为2000～2800kg/m3，一般多在2400kg/m3;

　　轻混凝土：表观密度小于1950kg/m3，可用作结构混凝土、保温用混凝土以及结构兼保温混凝土;

　　重混凝土：表观密度2800kg/m3以上，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。

　　(2)根据拌合物坍落度的不同，可将混凝土分为

　　干硬性混凝土：坍落度小于10mm

　　低塑形混凝土：坍落度10mm~40mm

　　塑形混凝土：坍落度50mm~90mm

　　流态混凝土：坍落度100mm以上

　　(3)根据混凝土的性能可将其分为防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、抗冻混凝土等。

　　混凝土具有抗压强度高、耐久性好;砂、石占80%，成本低;与钢筋粘结力高(钢筋受拉、混凝土受压，两者膨胀系数相同);抗拉强度低、自重大等特点。

　　一、组成材料的技术要求

　　普通混凝土主要是由水泥、水和天然的砂、石骨料所组成的复合材料，通常还掺入一定量的掺合料和外加剂。混凝土组成材料中，砂、石是骨料，对混凝土起骨架作用，同时起抑制收缩的作用。水泥和水形成水泥浆体，包裹在粗、细骨料的表面并填充骨料之间的空隙。在混凝土凝结、硬化以前，水泥浆体起着润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工;在混凝土硬化以后，水泥浆体起着胶粘剂作用，将砂、石骨料粘结成为一个整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造材料。

　　(一)细骨料：粒径小于4.75mm的骨料

　　普通混凝土用细骨料的质量要求，主要应该控制以下几个指标：

　　1、颗粒级配与粗细程度：选择良好级配的砂，可使空隙率和总表面积都较小，可减少水泥浆量，并提高混凝土的密实度和强度。

　　砂的粗细程度，以细度模数表示，细度模数通常采用筛分析法进行测定。砂的粗细程度以细度模数表示，细度模数为1.5～0.7的是特细砂，2.2～1.6为细砂，3.0～2.3为中砂，3.7～3.1为粗砂。

　　砂的颗粒级配用级配区或级配曲线表示。

　　2、含泥量和泥块含量。

　　砂的含泥量是指砂中含有粒径小于0.075mm的粘土、淤泥与岩屑的质量总和占砂总质量的百分率;泥块含量则是指经过水浸后，粒径大于0.63mm的块状粘土的质量总和占砂总质量的百分率。二者严重影响砂的质量，从而影响混凝土的性能。

　　3、有害杂质含量：云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、有机物及氯化物。

　　(二)粗骨料：粒径大于4.75mm的骨料

　　种类：碎石(表面粗糙、有棱角，与水泥浆粘结较好)、卵石(表面光滑，与水泥浆粘结较差)在相同水泥和水量时，碎石配制混凝土强度较好，流动性较小。

　　1、最大粒径和颗粒级配。

　　粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减小，因此包裹其表面所需水泥浆量减少，可以节约水泥，并且在一定和易性及水泥用量条件下，能降低用水量而提高混凝土强度。一般，在可能情况下，混凝土应尽量选用大粒径的粗骨料。但是最大粒径的选择，还要受到混凝土结构截面尺寸及配筋间距的限制以及泵送管径的尺寸。

　　粗骨料颗粒级配的原理与细骨料相同，要求大小粒径的石子组配适当，使粗骨料的空隙率和总表面积均比较小，这样拌制的混凝土水泥用量少、密实度较好，有利于改善混凝土和易性，并提高强度。

　　粗骨料的颗粒级配也是通过筛分析试验测定。

　　2、强度和坚固性。

　　碎石的强度可用其母岩岩石的立方体抗压强度或碎石的压碎指标来表示，而卵石的强度就用压碎指标来表示。坚固性采用硫酸钠溶液浸泡试验。

　　3、有害杂质：硫化物与硫酸盐、有机物。

　　4、含泥量和泥块含量。

　　5、颗粒形状：为近似立方体或球形，控制针片状颗粒(即长度大于平均粒径4倍为针状，片状指厚度小于平均粒径的0.4)。

　　6、骨料碱活性：碱骨料反应是影响混凝土耐久性的重要原因，它对建筑物的破坏可造成巨大的经济损失。

　　(三)水：不含影响水泥正常凝结和硬化的物质

　　(四)外加剂：是指在混凝土拌制过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。

　　1、减水剂：是使混凝土拌合物达到同样坍落度时，用水量明显减少的外加剂。

　　减水剂的作用：

　　①在保持和易性不变的情况下，掺减水剂可使混凝土的单位用水量减少50～30%，有效地降低了水灰比，从而可能较大幅度地提高混凝土的早期或后期强度，也提高了混凝土的密度性和耐久性。

　　②在保持用水量不变的情况下，掺减水剂可使混凝土坍落度增大10～20cm，使困难的浇筑变得方便容易，从而满足混凝土工程大模板施工、升板施工、泵送等新工艺的要求。

　　③在保持混凝土强度不变以及和易性不变的情况下，掺减水剂在减少用水量的同时按水灰比不变的原则，减少水泥用量，从而节约水泥。一般可以节约水泥5%～20%。

　　2、早强剂：加速混凝土早期强度发展的外加剂。分为氯化物系、硫酸盐系、三乙醇胺，用于抢修或冬季施工的混凝土工程中。

　　3、速凝剂：能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，主要包括无机盐类和有机物类。用于喷射混凝土。

　　4、缓凝剂：能延长混凝土凝结时间的外加剂。

　　缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送和滑模混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土。缓凝剂不宜用于日最低气温5℃以下施工的混凝土，也不宜用于有早强要求的混凝土和蒸养混凝土。

　　5、引气剂：在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。

　　引气剂可改善混凝土拌合物的和易性、提高混凝土的抗渗性、抗冻性，但是会使混凝土的强度降低。

　　(五)掺合料：也称为矿物外加剂，用于混凝土中代替部分水泥，降低成本，还可以改善混凝土的性能，如降低水化热，改善和易性，提高耐久性等。

　　常用的掺合料是活性矿物材料，如粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、硅灰等。

　　1、硅灰：由于硅灰活性很高，价格较贵，只用于C80以上的高强混凝土中。

　　2、粉煤灰：由于粉煤灰的活性较低，掺入混凝土中，可以显著降低水化热，还可以提高抗侵蚀性。