6-1混凝土的基本组成材料(精)

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普通混凝土结构示意图
1-石子;2-砂子;3-水泥浆;4-气孔
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水泥
细骨料--砂 粗骨料--石 水、外加剂和掺合料
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一、水泥
1、水泥在混凝土中的作用
水泥和水形成水泥浆,在混凝土中的作用是:
(1)作为胶凝材料主要起胶结作用,在凝结硬化过程中,将 骨料胶结成具有一定形状的整体。
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4、耐久性好、耐火性好。 混凝土就有较好的耐侵蚀性,使用较长的时间不需 维护和维修。其耐火性远比木材、钢材、塑料等好,经 数小时高温仍可保持其力学性质不降低。 5、与钢筋的共同工作性好。 混凝土的热膨胀系数与钢筋相近,使得二者之间的 粘接紧密。钢筋可以弥补混凝土抗拉强度不足的缺点, 混凝土可以保护钢筋,使其不受侵蚀。
针对这些问题,可以通过合理的设计来补偿,并 且通过适当的选择材料和施工实践来部分加以控制。
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五、混凝土材料的发展方向
未来混凝土的发展方向将是轻质、高强、高性能、 绿色环保等。
(1)设法减轻混凝土的自重将是其发展的一个主要技 术途径。可以采用轻骨料混凝土或引入气体制成多孔混 凝土。 (2)随着混凝土技术的不断进步,使得高强混凝土得 到越来越多的应用。高强混凝土可以使得结构物的尺寸 变小,从而减小材料用量。
(2)普通混凝土(ρ0=2000~2800kg/m3)
采用普通的天然砂石为骨料与水泥配制而成。普通 混凝土广泛应用于建筑、桥梁、道路、水利、码头、海 洋等工程。
(3)轻混凝土(ρ0<2000kg/m3)
采用陶粒等轻质多孔骨料配制而成的混凝土或采用 特殊方法在内部造成大量孔隙的混凝土。主要用作保温、 隔热材料和轻质材料。
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(3)磨细矿渣
矿渣是指熔融的高炉矿渣经水或空气急冷而成的细 小颗粒状物料,前者成为水淬矿渣,后者成为气淬矿渣。 将粒化高炉矿渣经干燥并与石膏助磨剂一起粉磨后得到 的粉状物料成为磨细矿渣。 矿渣的主要成分是SiO2,CaO、Al2O3,与水泥相 似。矿渣粉可改善混凝土的工作性,提高强度和耐久性。
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四、混凝土材料的特点
(一)优点:
1、原材料来源广,造价较低。
混凝土中的砂、石骨料分布广,水泥厂遍布全国各 地。砂、石约占混凝土总体积的80%左右,一般可就地 取材,价格便宜。只有水泥的成本稍高一些,但相对于 其它建筑材料,如钢材来说,也是非常低廉的。
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2、易于加工成型,具有良好的塑性。 利用不同的模具,混凝土可浇筑成不同形状、尺寸 的构件。 3、抗压强度高,可调配性好。 一般为20~40MPa,有的可高达80~120MPa。而 且可以通过改变组成材料的品种及配合比,可得到满足 需要的混凝土。
(2)提高混凝土的抗化学侵蚀和抗渗性; (3)降低水化热,特别适用于大体积混凝土; (4)节约成本。
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(2)硅粉
又称硅灰,是冶炼硅钢和硅金属或半导体硅时,从 烟尘中收集的一种粉末。主要用来配制高强混凝土。 硅粉主要成分是SiO2,颗粒粒径较细,是水泥的颗 粒的1/100~1/50,因而比表面积大,与水的接触面积大, 水化反应快。 硅粉可明显提高混凝土的强度。此外还可提高混凝 土的抗渗性和抗化学侵蚀能力,减少混凝土的碱骨料反 应。硅粉会增大混凝土的用水量。
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三、粗骨料-石子
普通混凝土常用的粗骨料分卵石和碎石两类。
卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的, 粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵 石、海卵石、山卵石等。 碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的,粒 径大于4.75mm的岩石颗粒。
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天然的卵石表面光滑、多为球形,与水泥的粘接力较 差,用卵石拌制的混凝土拌和物和易性好,但混凝土硬化 后强度较低;且卵石堆积的空隙率和表面积小,拌制混凝 土时水泥浆用量较少。 碎石表面粗糙、多棱角,与水泥有很好的粘接,用碎 石拌制的混凝土拌和物流动性较差,但混凝土硬化后强度 较高。
预应力钢筋混凝土的产生使得大跨度、高层建 筑等成为现实。
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4、60年代以来,广泛应用减水剂,并出现了高 效减水剂和相应的流态混凝土;高分子材料进入混 凝土材料领域,出现了聚合物混凝土;多种纤维被 用于分散配筋的纤维混凝土。
电子显微镜、X射线衍射分析、测控技术等现 代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的 研究,也从另一方面促进了混凝土材料的发展。
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(4)沸石粉
沸石粉是天然沸石经磨细而成,含有约65%的SiO2。 主要可以提高混凝土的密实度和强度。
会使混凝土的需水量增大,粘聚性增加,但容易产 生裂缝。
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根据GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》,按 卵石、碎石的技术要求从高到底,可将其分为I类、 II类、III类三种类别: I类宜用于高强混凝土(≥C60) II类宜用于中强(C30~C60)的混凝土和抗冻、 抗渗及其它要求的混凝土。 III类宜用于低强(<C30)的混凝土和建筑砂 浆。
从燃煤的电厂锅炉烟气中收集的细粉末,其颗粒多 呈球形,表面光滑,通常呈灰色。 主要成分SiO2,Al2O3、Fe2O3,与水泥水化生成的 Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙和铝酸钙,与水泥的水化 产物一样,因而具有胶凝性质。
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掺入粉煤灰的作用主要有:
(1)使混凝土的流动性变大,改善工作性;
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三、混凝土的分类
1、按胶凝材料不同:分为水泥混凝土(又叫普通 混凝土)、沥青混凝土、石膏混凝土、水玻璃混 凝土及聚合物混凝土等。
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2、按表观密度不同: (1)重混凝土(ρ0>2800kg/m3)
采用密度很大的骨料(如重晶石、铁矿石、钢屑等) 和钡水泥、锶水泥等重水泥配制而成。重混凝土具有防 射线性能,所以又称防射线混凝土。主要用作核能工程 的屏蔽结构材料。
6-1 混凝土的基本组成材料
第一节 混凝土材料概述 一、混凝土的含义
所谓混凝土,是指由胶凝材料(无机的、有机的、 无机有机复合的)、颗粒状骨料(包括粗骨料和细骨料) 和水,以及必要时加入化学外加剂和矿物掺合料,组成 tó ng 按一定的比例拌和,并在一定条件下经硬化后形成的复 合材料。
混凝土也称砼,是当代最主要的土木工程材料之一。
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水泥强度选择不当的影响: (1)低强度等级水泥配制高强混凝土:会使水泥的 用量过大,不经济;且由于水泥用量过多,还会引起 混凝土的收缩和水化热的增大。 (2)高强度等级水泥配制低强混凝土:会因水泥 用量过少而影响混凝土拌和物的和易性(不便施工操 作)和密实度,导致混凝土的强度及耐久性降低。
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6、生产工艺简单,能耗低。 主要就是一个称量和搅拌的过程,能耗相对与其它 建筑材料来说很低,经济性好。 7、可浇筑称整体结构,以提高其抗震性。 2009年,6月27日,上海一在建的13层住宅楼发生 了倒塌,倒塌的楼房并未散架,保持了比较好的整体性。
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倒塌的楼房
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二、细骨料-砂
粒径为0.15mm~4.75mm的骨料称为细骨料,简 称为砂。 普通混凝土的细骨料主要采用天然砂和人工砂。 天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形 成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。按产源不同,天然 砂分为山砂、河砂、江砂和海砂。
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除山砂外,表面光滑、洁净、颗粒多为球状,拌 制的混凝土拌和物流动性好,但与水泥之间的粘结力 较差;其中河砂的品质最好,应用最多。山砂表面粗 糙,颗粒多棱角,与水泥间有很好的粘接,但拌制的 混凝土拌和物流动性较差。当缺乏天然砂时,可采用 人工砂。 人工砂:机制砂。人工砂的表面粗糙,颗粒多棱 角,经过除土处理后较清洁,但成本较高。
铁路
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大坝
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水力发电站
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高楼
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(二)局限性:
(1)自重大,比强度低。 (2)混凝土是一种抗拉强度低的脆性材料。一般 和钢筋共同使用。 (3)混凝土的延性很低,冲击强度及韧性较差。 (4)混凝土的体积具有不稳定性。由于水分的散 失,引起的不可逆收缩大。 (5)硬化较慢,生产周期较长。
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3、按使用功能不同:分为结构用混凝土、道路混 凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防
辐射混凝土等;
4、按强度等级分为: 低强混凝土(抗压强度<C30) 中强混凝土(抗压强度在C30~C60) 高强混凝土(抗压强度≥C60) 超高强混凝土(抗压强度在100MPa以上) 5、按施工工艺不同:又分为喷射混凝土、泵送混 凝土、振动灌浆混凝土等。
(2)包裹骨料,减少骨料颗粒之间的摩擦阻力,增加混凝土 拌和物的流动性。(包裹润滑)
(3)水泥浆还要填充骨料间的空隙,使混凝土密实,耐久性 好。 (4)保证硬化后混凝土的强度。
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2、通用水泥的选用:
(1)水泥品种的选择 应根据工程特点、所处环境、施工条件、及水泥 的特性来进行合理的选择。见表5-5。 (2)水泥强度等级的选择 应与混凝土强度等级相适应。水泥强度等级过高 或过低,会导致水泥用量过少或过多,对混凝土的技 术性能及经济效果都不利。
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(3)高性能混凝土是指具有良好的和易性、力学性能及 耐久性能的,同时又经济合理的混凝土。 (4)混凝土对环境的影响主要包括两大方面:
①水泥生产工业对天然原材料原材料的消耗及其生产过程中废 弃物的排放; ②混凝土生产对天然原材料的消耗及旧建筑拆除时的废弃物。
采用的方法主要包括:
增加水泥生产工艺中原材料的利用率 对水泥生产中的粉尘、废渣和废气进行处理 减少混凝土中水泥的用量 废弃混凝土的二次利用 在混凝土中 掺加工业废渣,如矿渣、粉煤灰、硅粉等
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二、混凝土的发展历史(四个阶段)
1、可追溯到古老的年代。其所用的胶凝材料 为粘土、石灰、石膏、火山灰等。 2、19世纪20年代出现了波特兰水泥后,由于 用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和 耐久性,而且原料易得,造价较低,因而用途 极为广泛。
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3、20世纪初,出现了水灰比学说,初步奠定了 混凝土强度的理论基础。以后,相继出现了轻集料 混凝土、加气混凝土及其他混凝土,各种混凝土外 加剂也开始使用。
(3)改善混凝土质量,包括提高密实度,从而提 高强度、增加耐久性; (4)可在不影响混凝土质量的前提下节约水泥。 (5)减少浇筑、振捣、抹平工序及养护的操作时 间,从而节约人力和物力。
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六、矿物掺合料
矿物掺合料可以代替部分水泥,改善混凝土 的各种性能,同时利用工业废弃物。 (1)粉煤灰
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第二节 普通混凝土的基本组成材料
普通混凝土的组成材料:水泥、砂(细骨料)、石子 (粗骨料)及水,此外还常加入一些外加剂和掺和料。
普通混凝土的结构可以 看成是:石子首先堆积,所 形成的空隙由砂来填充;砂 的空隙由水泥和水形成的水 泥浆来填充。 砂 、 石 骨 料 一 般 占 70 %~ 80 %,水泥浆(硬化后 为水泥石)一般占 20 %~ 30 %,此外还含有少量的气孔。
混凝土所具有的优点使其用量越来越大,使用范围出 十分广泛,不仅在各种土木工程中使用,就是造船业, 机械工业,海洋的开发,地热工程等,混凝土也是重要 的材料。 混凝土实际上已经成为现代社会的基础。在我们的日 常生活中,几乎各个方面都直接或间接地涉及到混凝土。
高速 公路
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桥梁
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四、水
对混凝土用水的质量要求:
(1)不得影响混凝土的和易性及凝结硬化;
(2)不得有损于混凝土强度的发展和耐久性; (3)不得加快钢筋锈蚀及导致预应力钢筋脆断; (4)不得污染混凝土表面。
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五、外加剂
外加剂加入混凝土中的作用:
(1)改善施工条件、减轻劳动强度、有利于机械 化施工,对保证和提高混凝土的工程质量具有积极 的作用; (2)减少养护时间或缩短养护周期;
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