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混凝土分类及发展方向

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描述:混凝土主要技术性能有哪些?混凝土如何施工?混凝土的主要分类有哪些?混凝土如何控制质量?现代混凝土的发展方向?

建材小姿势|混凝土基础知识小课堂

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一、混凝土概述

(一)定义

混凝土,简称为"砼(tóng)":是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土的组成材料中,所占比例最大的是粗、细骨料,约占混凝土体积的70%左右,是混凝土的主料;其胶结材料是形成整体强度的硬化水泥浆(或称水泥石),它同砂和石子胶结形成岩石状块体,即混凝土,所以,混凝土是用胶凝材料将其骨料胶结成整体的复合固体材料的总称。

通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料,砂、石作集料,与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合,经搅拌而得,也称普通混凝土。为了改善混凝土的某些性质,加入适量的外加剂、掺和料配制成具有各种特性的混凝土属于特种混凝土或新型混凝土。

(二)组成材料作用及要求

普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)、外加剂和水拌合,经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用,并抑制水泥的收缩;水泥和水形成水泥浆,包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用,使混凝土拌合物具有良好工作性能,硬化后将骨料胶结在一起,形成坚强的整体。水泥、石灰、石膏等无机胶凝材料与水拌和使混凝土拌合物具有可塑性;进而通过化学和物理化学作用凝结硬化而产生强度。

一般说来,饮用水都可满足混凝土拌和用水的要求。水中过量的酸、碱、盐和有机物都会对混凝土产生有害的影响。集料不仅有填充作用,而且对混凝土的容重、强度和变形等性质有重要影响。

为改善混凝土的某些性质,可加入外加剂。由于掺用外加剂有明显的技术经济效果,它日益成为混凝土不可缺少的组分。为改善混凝土拌合物的和易性或硬化后混凝土的性能,节约水泥,在混凝土搅拌时也可掺入磨细的矿物材料──掺合料。它分为活性和非活性两类。掺合料的性质和数量,影响混凝土的强度、变形、水化热、抗渗性和颜色等。

二、混凝土主要技术性能

混凝土的主要技术性能包括拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。一般分新拌混凝土和硬化混凝土性能。

新拌混凝土的性能包括密度、和易性(流动性、黏聚性、棍度、扩散度、维勃稠度等)、均匀性、含气量、凝结时间、泌水及压力泌水、拌和物密度等。

硬化混凝土性能包括热学性能(比热、导热系数、导温系数等)、力学性能(抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗剪强度、抗弯强度、疲劳强度等)、耐久性能(抗渗、抗冻、碳化、碱骨料反应等)、变形性能(弹性模量、干缩、徐变、极限拉伸、自身体积变形等)。

(一)和易性

和易性又称工作性,是指混凝土拌合物在一定的施工条件下,便于各种施工工序的操作,以保证获得均匀密实的混凝土的性能,是混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等。测定和表示拌合物和易性的方法和指标很多,中国主要采用截锥坍落筒测定的坍落度(毫米)及用维勃仪测定的维勃时间(秒),作为稠度的主要指标。和易性是一项综合技术指标,包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。

(1)流动性:指砼拌合物在自重或机械振捣力的作用下,能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。反应拌合物的稀稠程度。拌合物太稠,砼难以振捣,易造成内部孔隙;拌合物过稀,会分层离析,影响砼的均匀性。

(2)粘聚性:指砼拌合物内部组分间具有一定的粘聚力,在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象,而使砼能保持整体均匀的性能。

(3)保水性:指砼拌合物具有一定的保持内部水分的能力,在施工过程中不致产生严重的泌水现象。

三者关系:互相关联,又互相矛盾。

如:流动性很大时,往往粘聚性和保水性差。反之亦然。粘聚性好,一般保水性较好。

因此,所谓的拌合物和易性良好,就是使这三方面的性能,在某种具体条件下得到统一,达到相对均衡良好的状况。

(二)强度

强度是混凝土硬化后的主要力学性能,反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。其中以抗压强度最大,抗拉强度最小。混凝土的抗拉强度仅为其抗压强度的1/10~1/20。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20,故在结构设计中,不考虑混凝土承受拉力,而是在混凝土中配以钢筋,由钢筋来承受拉力。但确定抗裂度时,须考虑抗拉强度,它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标。影响混凝土强度的因素很多,水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用量以及搅拌、成型、养护,都直接影响混凝土的强度。

混凝土按标准抗压强度(以边长为150mm的立方体为标准试件,在标准养护条件下养护28天,按照标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度)划分的强度等级,称为标号,分为C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100共19个等级。提高混凝土抗拉、抗压强度的比值是混凝土改性的重要方面。

(三)变形

混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形,主要包括弹性变形、塑性变形、收缩和温度变形等。混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量表示。在长期荷载作用下,应力不变,应变持续增加的现象为徐变;应变不变,应力持续减少的现象为松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因产生的体积变形,称为收缩。

硬化混凝土的变形来自两方面:环境因素(温、湿度变化)和外加荷载因素,因此有:

1).荷载作用下的变形

1.弹性变形

2.非弹性变形

2).非荷载作用下的变形

1.收缩变形(干缩、自收缩)

2.膨胀变形(湿胀)

3).复合作用下的变形

1.徐变

混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载下的变形,分为混凝土的化学收缩、干湿变形及温度变形;荷载作用下的变形,分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形——徐变。

2.应力松弛

加荷使混凝土产生一定变形后,若维持此变形不变,随着时间的延长,混凝土内的应力将逐渐降低,这种现象称为应力松弛。应力松弛的原因与徐变相同。

(四)耐久性

在一般情况下,混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地区,特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时,混凝土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时,要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。

耐久性是一个综合性的指标,包括抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱—骨料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能。

三、混凝土主要分类

(一)按胶凝材料分类

①无机胶凝材料混凝土,如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等;

②有机胶结料混凝土,如沥青混凝土、聚合物混凝土等。

(二)按表观密度分类

混凝土按照表观密度的大小可分为:重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。

重混凝土是表观密度大于2500Kg/m3,用特别密实和特别重的集料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等,它们具有不透x射线和γ射线的性能。

普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土,表观密度为1950~2500Kg/m3,集料为砂、石。

轻质混凝土是表观密度小于1950Kg/m³;的混凝土。它由可以分为三类:

1.轻集料混凝土,其表观密度在800~1950Kg/m3,轻集料包括浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、矿渣等。

2.多空混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土),其表观密度是300~1000Kg/m3。泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。

3.大孔混凝土(普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土),其组成中无细集料。普通大孔混凝土的表观密度范围为1500~1900Kg/m3,是用碎石、软石、重矿渣作集料配制的。轻骨料大孔混凝土的表观密度为500~1500Kg/m3,是用陶粒、浮石、碎砖、矿渣等作为集料配制的。

(三)按使用功能分类

结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。

(四)按施工工艺分类

普通现浇混凝土、喷射混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、水下混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、旋喷混凝土等。

(五)按配筋方式分类

素混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土及预应力混凝土等;

(六)按流动性(稠度)分类

干硬性混凝土、低塑性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土及流态混凝土等。

四、混凝土施工

(一)输送与灌筑

混凝土拌合物可用料斗、皮带运输机或搅拌运输车输送到施工现场。其灌筑方式可用人工或借助机械。采用混凝土泵输送与灌筑混凝土拌和物,效率高,每小时可达数百立方米。无论是混凝土现浇工程,还是预制构件,都必须保证灌筑后混凝土的密实性。其方法主要用振动捣实,也有的采用离心、挤压和真空作业等。掺入某些高效减水剂的流态混凝土,则可不振捣。

(二)养护

养护的目的在于创造适当的温湿度条件,保证或加速混凝土的正常硬化。不同的养护方法对混凝土性能有不同影响。常用的养护方法有自然养护、蒸汽养护、干湿热养护、蒸压养护、电热养护、红外线养护和太阳能养护等。养护经历的时间称养护周期。为了便于比较,规定测定混凝土性能的试件必须在标准条件下进行养护。中国采用的标准养护条件是:温度为20±2°C;湿度不低于95%,28天龄期。

五、质量控制

影响混凝土质量的主要因素有:一是原材料质量的波动;二是拌和楼配料的衡量误差;三是施工工艺的变化。

原材料质量的波动对混凝土质量有很大影响,比如水泥强度波动引起混凝土强度波动;骨料超逊径、砂子细度模数改变等影响混凝土拌和物的和易性;骨料含水率的变化影响混凝土水胶比,从而引起强度的改变;拌和楼衡量误差、混凝土生产及施工工艺的改变,均会影响混凝土质量。

因此为了保证混凝土质量,应严格对混凝土原材料、配合比、混凝土拌和物和硬化后的混凝土进行控制与检查。

1、现场混凝土质量检验以抗压强度为主,并以150mm立方体试件的抗压强度为标准。

2、混凝土试件以机口随机取样为主,每组混凝土的3个试件应在同一储料斗或运输车箱内的混凝土。浇筑地点试件取样数量宜为机口取样数量的10%,并按一定规定确定其强度代表值。

3、为预测混凝土强度,宜采用快速测强法,或进行7d龄期强度试验。

4、混凝土抗压强度试件的检测结果未满足合格标准要求或对混凝土试件强度的代表性有怀疑时,可从混凝土结构物中钻取芯样试件或采用无损检测方法,按有关标准规定对结构物的强度进行检测;如仍不符合要求,应对已完成的结构物,按实际条件验算结构的安全度,根据需要采取必要的补救措施或其它处理措施。

5、混凝土强度除应分期分批进行质量评定外,尚应对每个统计周期内的同一强度标准和同一龄期的混凝土强度进行统计分析,计算混凝土强度平均值(mfcu)、标准差(ζ)、及合格率(Ps)。

6、已建成的混凝土建筑物,应适量地进行钻孔取芯和压水试验。大体积混凝土取芯和压水试验可按每万立方米混凝土钻孔2m~10m,具体钻孔取样部位、检测项目与压水试验的部位、吸水率的评定标准,应根据工程施工的具体情况确定。钢筋混凝土结构物应以无损检测为主,在必要时采取钻孔法检测混凝土。

六、现代混凝土的发展方向

现代混凝土的发展方向主要有:

1、流态化

从混凝土的工作性来看,100多年来的历史,经历了:可铸性—塑性—干硬性—流动性。这是由于外加剂的发现和泵送设备的发展而走向流动性的。将来可能走向自密实成型。

2、高强化

混凝土发展史的一个主要方面是强度的发展。世界各国混凝土的平均强度,按目前的强度等级表示,20世纪30年代约为C10级,50年代为C20级,60年代上升至C30级,70年代至80年代已提高到C40级。目前,国外高层建筑的受压结构已应用C60~C70级。我国用离心法生产的高强预应力管桩也达到C80级。我国土木工程师学会已制订了高强混凝土的设计与施工的指南。

3、新技术

材料结构的复合化。如外加剂、掺和料、聚合物、纤维材料在混凝土中的应用,并在我国已得到推广。传统工艺已逐渐为新工艺所代替。如预拌、泵送混凝土,如真空吸水工艺,如高频振动和离心成型已得到广泛应用,压轧成型、填石压力灌浆成型也将逐步得到推广。

高层建筑外墙饰面已兴起了清水混凝土、彩色混凝土或模型组合图案饰面等新工艺。给混凝土浇筑工艺提出更严格的要求。

4、高性能和减少污染

高性能混凝土是近年提出的新技术。是采用高效外加剂和掺用活性掺和料,使新拌混凝土易于泵送和易于成型;凝结过程能保持体积的稳定性,不出现干缩微裂缝,硬化后达到设计要求的力学性能和各种耐久性指标。同时,掺和料在一定条件下可替代水泥,从而减少水泥生产的污染和提高工业废料的利用,向绿色混凝土(少污染混凝土)发展。

5、商品混凝土

商品混凝土是现代混凝土与现代化施工工艺的结合的高科技建材产品,它包括混合物搅拌、运输、泵送和浇筑等工艺过程。严格地讲商品混凝土是指混凝土的工艺和产品,而不是混凝土的品种,应包括:大流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、防渗抗裂大体积混凝土、高强混凝土和高性能混凝土等。集中搅拌的商品混凝土主要用于现浇混凝土工程,混凝土从搅拌、运输到浇灌需1~2h,有时超过2h。因此商品混凝土搅拌站合理的供应半径应在l0km之内。

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[责任编辑 : feng.he]

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