混凝土的结构、组成及特点
混凝土的特性.
（3）保水性：保水性差，泌水倾向加大， 振捣后拌合物中水分泌出，上浮，使水分 流经的地方形成毛细孔隙，成为渗水通道， 上浮到表面的水分，形成疏松层。如继续 浇筑，形成夹层，影响水泥浆与石子和钢 筋的粘结。
影响和易性的因素
（1）用水量是决定拌合物流动性的主要因 素。如果增加用水量，流动性大；但黏聚 性、保水性差，影响混凝土强度、耐久性。 因此必须在保持水灰比的质量不变的条件 下，增加水，必须增加水泥用量。
（3）温度变形：温度降低1℃,每米胀缩 0.01mm，温度变形对大体积混凝土极为不 利，因内外温差较大，因而变形。
（4）荷载作用下的变形：有弹性变形和塑 性变形；混凝土在持续荷载作用下随时间 增长的变形叫徐变。2-3年才稳定。
4 混凝土的耐久性
抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性以 及防止碱-骨料反应等统称为混凝土的耐久 性。
（2）按胶结材料分：水泥混凝土、石灰硅质胶结料混凝土、石膏混凝土、水玻璃 混凝土、碱矿渣混凝土、硫磺混凝土、沥 青混凝土、聚合物水泥混凝土、树脂混凝 土、聚合物浸渍混凝土。
(3)按使用骨料分：特重混凝土、普通混凝 土、轻骨料混凝土、大孔混凝土、细颗粒 混凝土。
（4）按用途分：多孔混凝土、结构混凝土、 围护结构混凝土、水工混凝土、道路混凝 土、特重混凝土。
（5）按施工工艺分：普通现浇混凝土、喷 射混凝土、泵ห้องสมุดไป่ตู้混凝土、注浆混凝土、真 空吸水混凝土、碾压混凝土。
（6）按配筋材料分：素混凝土、钢筋混凝 土、钢丝网混凝土、纤维混凝土、预应力 混凝土。
二 混凝土的特性
混凝土的特性： 1、混凝土拌合物特性：和易性 2、混凝土的强度 3、混凝土的变形性质 4、混凝土的耐久性
混凝土
根据国家规范GB/T14684—2001《建筑用砂》 规定，砂的技术要求包括：有害杂质含量的限值、 细度和颗粒级配及物理性质的要求等。根据技术 要求从高到低，把砂分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，分别可 用 于 强 度 等 级 大 于 C60 的 混 凝 土 、 强 度 等 级 为 C30～C60和有抗冻反抗渗或有其它要求的混凝土、 强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。
• 港工混凝土的最大粒径不大于80 mm， • 水工混凝土的最大粒径可达120～150 mm。
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④ 颗粒级配
大小不一的粗骨料颗粒相互组合搭配的比 例关系叫做颗粒级配。级配良好的石子其空隙 率和总表面积均小，且可获得较大的堆积密度。 石子的级配好坏对混凝土强度等性能影响较砂 更为明显。
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（3）新拌混凝土的和易性
当沙子由较多的粗颗粒、适当的中等颗粒及少量的细 颗粒组成时，细颗粒填充在粗、中颗粒间，使其空隙率及 总表面积都较小，即构成良好的级配。使用较好级配的砂 子，不仅节约水泥，而且还可以提高混凝土的强度及密实 性。砂的粗细反映砂粒比表面积的大小。在配合比相同的 情况下，若沙子过粗，比表面积小，且由于缺少某些细小 颗粒的配搭，拌出的混凝土粘聚性差，易于分离、泌水； 若砂子过细，比表面积较大，包裹砂粒需较多的水泥浆， 且混凝土强度也较低。
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② 有害物质
粗骨料中的有害杂质主要有：粘土、淤 泥及细屑、硫化物及硫酸盐、有机物质等。它 们对混凝上的危害作用和在细骨料中时相同， 程度更甚。不同工程的混凝土对粗骨料有害杂 质含量的限值有所区别，可参阅有关规范。如 表2-2-4。
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表2-2-4 卵石碎石中有害杂质及针片状颗粒含量限量
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③ 最大粒径
般首先出现在骨料和水泥石的分界面上，所谓的粘结 面破坏型式。另外，当水泥石强度较低时，水泥石本 身首先破坏也是常见的破坏型式。在普通混凝土中， 骨料首先破坏的可能性小。因为骨料强度常大大超过 水泥石和粘结面的强度。所以混凝土的强度主要决定 于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力。而它们又取 决于水泥强度及水灰比的大小。
混凝土的组成及特点分析
混凝土的组成及特点分析混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各类建筑工程中。
它的组成和特点对于了解其性能和适用范围至关重要。
本文将对混凝土的组成和特点进行详细分析。
一、混凝土的组成混凝土主要由水泥、骨料、粉料和外加剂组成。
下面分别对这些组成部分进行介绍。
1. 水泥水泥是混凝土中的胶凝材料，起到粘结骨料和粉料的作用。
常见的水泥有硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥等。
水泥的品种和用量直接影响混凝土的强度和耐久性。
2. 骨料骨料是混凝土的主要填充物，承受着混凝土中大部分的载荷。
骨料主要分为粗骨料和细骨料两种。
粗骨料一般由千斤顶石、碎石或者砂石组成，用来增加混凝土的强度和稳定性；细骨料一般由砂子和开采的细石子组成，用来填充骨料间的空隙。
3. 粉料粉料是混凝土中的细颗粒物质，主要由水泥和对固体骨料表面的包裹物进行细磨加工得到。
粉料起到填充和增加混凝土的流动性的作用。
常见的粉料有矿物粉、矿渣粉和粉煤灰等。
4. 外加剂外加剂是为了改善混凝土的性能而添加的辅助物质。
常见的外加剂有减水剂、增稠剂、着色剂、防水剂等。
外加剂能够改善混凝土的可塑性、流动性、耐久性和抗渗性等特性。
二、混凝土的特点混凝土作为一种建筑材料，具有以下几个显著的特点：1. 塑性和可塑性：混凝土在施工初期具有较好的可塑性，可以通过加水和振捣等方式获得所需形状。
这种可塑性使得混凝土能够适应各种复杂的建筑结构，实现多样化的设计效果。
2. 强度和耐久性：混凝土具有很高的抗压强度，能够承受较大的荷载。
同时，混凝土还具有良好的耐久性，能够抵御自然环境和化学腐蚀的侵蚀，保证建筑物的使用寿命。
3. 吸声和隔热性：混凝土的结构致密，具有很好的隔声和隔热性能。
它可以降低外界噪音的传递，提供良好的室内环境。
同时，混凝土还能够减少能量的传递，实现节能效果。
4. 可塑性和可修复性：混凝土在施工时能够借助模板和成型工艺实现各种复杂的构形。
此外，混凝土还具有良好的修复性，可以通过重补和补缺等方式修复损坏或老化的结构。
第十一章 混凝土结构
第十一章混凝土结构第一节混凝土结构材料一、混凝土结构概述（一）混凝土结构的一般概念普通混凝土是由一定比例的水泥、砂、石和水经拌和、浇注、振捣、养护，逐步凝固硬化形成的人工石材,简称“砼”。
(a) 素混凝土基础(b) 钢筋混凝土梁(c) 预应力混凝土空心板(d) 钢骨混凝土柱(e) 钢管混凝土柱图11-1 常见的混凝土结构形式图11-1 常见的混凝土结构形式受压区受拉区受压区受拉钢筋受拉区（混凝土裂缝）图11-2 素混凝土和钢筋混凝土简支梁受压钢筋图11-3 钢筋混凝土柱图11-2 素混凝土和钢筋混凝土简支梁图11-3 钢筋混凝土柱1.楼板（楼层板、屋面板）2.梁（主梁、次梁）3.柱4.墙5.基础上柱边梁下柱基础楼板主梁次梁（二）混凝土结构的组成图11-4 混凝土结构组成示意二、混凝土（一）混凝土的强度1.混凝土立方体抗压强度fcu与混凝土的强度等级我国《混凝土结构设计规范》（GB50010）规定，混凝土按其立方体抗压强度标准值fcu,k的大小划分为14个强度等级，分别为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。
2.混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc3.混凝土轴心抗拉强度ft（二）混凝土的变形表11-1 混凝土强度标准值（N/mm2）项次符号混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C801fc,k10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.552.52ft,k1.27 1.54 1.782.01 2.20 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.933.00 3.05 3.10三、钢筋（一）钢筋的种类AAD DDA-ADD钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝图11-5 钢绞线与钢丝图11-5 钢绞线与钢丝（二）钢筋与混凝土的共同工作1.钢筋与混凝土的粘结作用2.保证钢筋和混凝土间粘结的措施（1）基本锚固长度（2）钢筋的弯钩（3）钢筋的连接1）绑扎搭接连接2）机械连接接头3）焊接接头5d135°DD=4d(HRB335)5d(HRB400 RRB400)5dddd5dd(a) 末端带弯钩的机械锚固端（b) 末端双面贴焊钢筋的机械锚固端（c) 末端与方形钢板穿孔塞焊的机械锚固端图11-6 钢筋机械锚固的形式图11-6 钢筋机械锚固的形式(a) 手工弯标准钩(b) 机械弯标准钩≥2.5d6.25dd≥2.5dd图11-7 光面钢筋弯钩3d≥1.3l 1≥0.3l 1图11-8 钢筋绑扎搭接接头连接区段l 1图11-7 光面钢筋弯钩图11-8 钢筋绑扎搭接接头连接区段搭接处箍筋间距s≤5d且≤100mm图11-9 受拉钢筋搭接处箍筋设置图11-9 受拉钢筋搭接处箍筋设置第二节钢筋混凝土结构基本构件及其受力特点一、钢筋混凝土受弯构件（一）受弯构件的定义和类型混凝土压坏混凝土压坏（a) 正截面破坏（b) 斜截面破坏PPPP图11-10 受弯构件的破坏形式受压区中和轴受拉区受拉钢筋受压区受拉区受拉钢筋中和轴受压钢筋中和轴受拉钢筋图11-11 梁和板的横截面（a)（b) （c)图11-11 梁和板的横截面（二）受弯构件的截面形式及尺寸（b) T形梁图11-12 梁的截面形式受拉钢筋（a) 单筋矩形梁中和轴受压区（c) 工字梁受拉钢筋中和轴受压区中和轴受拉钢筋受压钢筋受压区（d) 十字梁 受拉钢筋中和轴受压区受拉钢筋受压区中和轴中和轴受压区受拉钢筋（e) 花篮梁 （f) 倒T形梁图11-12 梁的截面形式1.梁的截面形式及尺寸2.板的截面形式及板的厚度受压区受拉钢筋受压区受压区受拉钢筋（a) 矩形板 （b) 空心板（c) 槽形板图11-13 板的截面形式受拉钢筋图11-13 板的截面形式3.梁、板的支承长度（三）受弯构件的钢筋1.梁中钢筋124343213421图11-14 梁中钢筋骨架及配筋图箍筋架立钢筋弯起钢筋受力钢筋图11-14 梁中钢筋骨架及配筋图（1）纵向受力钢筋≥30≥1.5d保护层厚度≥25≥d≥25≥d≥25≥d保护层厚度保护层厚度图11-15 受力钢筋的排列图11-15 受力钢筋的排列表11-5 纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度（mm）环境类别板、墙、壳梁柱≤C20C25～C50≥C45≤C20C25～C45≥C50≤C20C25～C45≥C50一201515302525303030二a-2020-3030-3030 b-2520-3530-3530三-3025-4035-4035（2）弯起钢筋≥50≤s max≥50≤s max ≤s max≤s max图11-16 弯起钢筋的布置图11-16 弯起钢筋的布置（3）箍筋（a) 单肢箍筋 （b) 双肢箍筋 （d) 复合箍筋 （d) 开口式箍筋图11-17 箍筋的形式和肢数图11-17 箍筋的形式和肢数≥50≤s max≥50≤s max≥50≤s max≥50≤s maxs≤10d 图11-18 箍筋的布置图11-18 箍筋的布置（4）架立钢筋（5）梁侧构造钢筋≤200≤200≤200≤200h w ≥450拉筋或纵向构造钢筋图11-19 腰筋和拉筋图11-19 腰筋和拉筋2.板中的钢筋受力钢筋分布钢筋分布钢筋受力钢筋图11-20 板的配筋图11-20 板的配筋（2）板的分布钢筋（1）板的受力钢筋二、钢筋混凝土受压构件图11-21 受压构件的分类（c) 双向偏心受压（b) 单向偏心受压（a) 轴心受压图11-21 受压构件的分类（一）受压的概念（二）受压构件的截面形式及尺寸（三）材料强度要求（四）柱中钢筋1.纵筋箍筋复合箍筋350350b <400350拉筋b <400h<600b <400600<h<1000600<h<10001000<h<1500复合箍筋2.箍筋不应采用内折角不应采用内折角图11-23 复杂截面的箍筋形式图11-23 复杂截面箍筋形式三、钢筋混凝土受扭构件（一）受扭的概念（二）受扭构件的钢筋PPHHMPM柱边梁楼面梁图11-24 受扭构件示例（a) 吊车梁（b) 框架边梁图11-24 受扭构件示例135°45°10d图11-25 受扭构件的配筋图11-25 受扭构件的配筋四、预应力混凝土构件概述（一）预应力混凝土的基本概念N NPPPPNN（b) 荷载作用（a) 预应力作用 （c) 预应力与荷载共同作用图11-26 预应力混凝土简支梁的受力情况图11-26 预应力混凝土简支梁的受力情况预应力混凝土结构的优点:1.自重轻，节约工程材料2.改善结构的耐久性3.提高结构的抗疲劳性能4.增强结构或构件的抗剪能力（二）预应力的施加方法1.先张法横梁固定端台座伸长张拉临时固定钢筋压缩压缩图11-27 先张法主要工序示意图图11-27 先张法主要工序示意图2.后张法锚固钢筋伸长混凝土压缩灌浆孔灌浆孔图11-28 后张法主要工序示意图图11-28 后张法主要工序示意图第三节钢筋混凝土梁板结构一、概述（一）钢筋混凝土楼盖的类型（二）现浇楼盖的类型图11-29 肋梁楼盖图11-30 无梁楼盖板次梁主梁柱板主梁柱密肋板梁梁图11-31 井字楼盖图11-32 密肋楼盖二、整体式单向板肋梁楼盖的构造（一）结构平面布置及梁、板截面尺寸（二）板的配筋构造1.受力钢筋的布置方式l/7l/10l/6al/5l/10l/7l/6a a l/6l/5≥120≥≥120≥hl b l b ll/10l/7l/6a al/6l/6a l/5（a)（b)l/6l/6l a图11-33 连续板的配（a) 一端弯起（b) 两端弯起al /6al /5l /10aal /6l /5l /7aaaal /5l /7aaaa≥120≥lblbllbla a l /6l /6a l /5（c) 分离式l /6l /6l /5l a图11-33 连续板的配筋方式（b) 两端弯起2.构造钢筋（1）与梁垂直的上部构造钢筋次梁主梁每米长度中不少于5根直径8mm的钢筋板的受力筋图11-34 板中与梁垂直的上部构造钢筋l 0/4l 0/4图11-34 板中与梁垂直的上部构造钢筋（2）嵌入砌体墙内板的上部构造钢筋（3）分布钢筋≥≥ln/4ln/7aa≥l n/7a a aa分布筋?6@25l n次梁主梁受力筋双向?8@200图11-35 单向板中的构造钢筋≥?8@2≥1/3跨中受力筋图11-35 单向板中的构造钢筋（三）次梁的配筋构造架立筋兼负筋≥20d5050≥A s /4≥A s /2≥A s /2≥A s /4h1/5l +20d1/3l1/5l +20d 2h 1/3l20d20dl n1l n2图11-36 次梁的钢筋布置l a h 鸭筋1212图11-36 次梁的配筋布置（四）主梁的配筋构造(a) 附加箍筋附加箍筋传递集中荷载的位置图11-37 附加横向钢筋附加吊筋传递集中荷载的位置h 1b s20d20d50(b) 附加吊筋h 150图11-37 附加横向钢筋三、整体式双向板肋梁楼盖的构造四、楼梯（一）现浇楼梯的类型和组成（二）现浇楼梯的构造1.板式楼梯（a) 弯起式配筋（b) 分离式配筋l n /6l n /4l n /6l n /4l nl 1/4l 1每步一根分布筋图11-38 板式楼梯的配筋l a楼梯平台2.梁式楼梯l nl n /4l n /4分布筋受力筋受力筋(每步不少于2?6）分布筋(不少于?6@250）cb图11-39 踏步板的配筋图11-39 踏步板的配筋l al a s图11-40 斜梁的配筋图11-40 斜梁的配筋五、雨篷hbl6060l a雨篷梁雨篷板受力筋分布筋图11-41 雨篷的配筋图11-41 雨篷的配筋第四节钢筋混凝土框架结构一、多层框架结构的类型与布置（一）框架结构的类型（二）框架结构的布置（a) 横向承重框架（c) 双向承重框架图11-42 承重框架布置方案（b) 纵向承重框架（d) 双向承重框架图11-42承重框架布置方案二、无抗震设防要求框架构造（一）梁柱截面的选择1.截面形状2.初选截面尺寸（二）节点的构造要求。
混凝土结构原理重要知识点总结
1，混凝土结构是以混泥土为主要材料制成的结构,包括素混凝土结构，钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构，和配置各种纤维筋的混凝土结构.2/混凝土和钢筋共同工作的条件是：（1）钢筋与混凝土之间有良好的粘结力,使两者能结合在一起.（2)钢筋与混凝土两者之间温度线胀系数很接近，（3）钢筋埋置于混泥土中，混泥土对钢筋起到了保护和固定作用。
3、钢筋混凝土结构其主要优点:（1)耐久性好(2）耐火性好(3）整体性好（4）可模性好（5)易于就地取材主要缺点；（1）自重大（2)抗裂性差（3)需要模板4混泥土结构按其构成的形式可分为实体结构,组合结构两大类.按结构构件的受力特点分为:受弯构件，受压构件，受拉构件，受扭构件.5混凝土按化学成分分为碳素钢和普通低合金钢.6《混泥土结构设计规范》规定,用于钢筋混泥土结构和预应力混泥土结构中的普通钢筋，可采用热轧钢筋；用于预应力混泥土结构中的预应力筋，可采用预应力钢丝，钢绞线，预应力螺纹钢筋。
热轧钢筋是有低碳钢,普通低合金钢或细晶粒钢在高温下制成的，其中光圆钢筋HPB300，普通低合金钢：HRB335，HRB400，HRB500；细晶粒钢;HRBF335，HRBF400，HRB500（变形钢筋）7钢筋的应力应曲线热轧刚筋有明显的流幅，又称软钢，曲线分为弹性阶段，屈服阶段，强化阶段,破坏阶段（1），弹性阶段：该段的应力与应变成线形关系；（2），屈服阶段:该段钢筋将产生很大的塑性变形，应力应变关系呈水平直线;（3）,强化阶段：该段应力应变关系曲线重新变成上升趋势,将达到钢筋的抗拉强度值的顶点；（4)，破坏阶段：该段应力应变关系曲线变化为下降曲线，应变加大，直至钢筋最终被拉断预应力钢筋多采用预应力钢丝，钢绞线和预应力螺纹钢筋无明显流幅，有称硬钢.钢筋有两个强度指标:屈服强度（软钢）或条件屈服强度;极限强度.塑性指标;延伸率或最大力下的总伸长率；冷弯性能.8钢筋的冷弯:指将钢筋围绕某个规定直径D的辊轴弯曲一定的角度。
教学课件：《混凝土结构基本原理》顾祥林
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按表面形状
光圆钢筋
带肋钢筋
钢筋的应用范围
非预应力钢筋：HPB300, HRB335，HRB400，RRB400，HRB500 HRBF335, HRBF400, HRBF500
预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，预应力螺纹钢筋
一、钢筋的强度和变形
四、本课程的目的和学习方法
1. 目的
是土木工程专业的一门主要专业基础课
•混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法 •混凝土结构构件的设计方法 •现有混凝土结构构件的性能评估
四、本课程的目的和学习方法
2. 学习方法
•注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同 点，正确运用已有的力学知识解决实际问题
低碳钢（含碳量<0.25%）
中碳钢（含碳量0.25~0.6%）
高碳钢（含碳量0.6~1.4%） 锰系 硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按加工
热轧钢筋：热轧光圆钢筋HPB300（Hot rolled Plain Bars），热轧带肋钢筋 HRB335、HRB400，HRB500 (Hot rolled Ribbed Bars), 细晶粒热轧钢筋 HRBF335、HRBF400，HRBF500 (Hot rolled Ribbed Bars of Fine grains),
一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变曲线
强度指标
* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设 计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑 性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形 和不可闭合的裂缝，以至不能使用
普通水泥混凝土的组成设计
普通水泥混凝土的组成设计普通水泥混凝土是指以水泥为胶结材料，通过水、骨料、粉煤灰和外加剂等组成一定比例的混合物，经过搅拌、浇注、养护形成的一种常见的结构材料。
其组成设计需要考虑到各种材料的物理性质、化学性质以及混凝土的使用要求等因素。
以下是普通水泥混凝土的组成设计要点。
1.水泥：水泥是水泥混凝土的胶结材料，是混凝土中最重要的成分。
根据混凝土的使用要求和用途，选择适当的水泥种类和牌号。
常见的有普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和矿渣水泥等。
需要注意的是，水泥的数量要根据计划使用的骨料和外加剂来决定，以确保混凝土的强度和稳定性。
2.水：水是混凝土的基本成分之一，用于与水泥反应形成胶状物质，并填充骨料中的间隙。
水的用量要根据水胶比、混凝土的强度要求、施工工艺和环境条件等因素来决定。
一般情况下，水的用量占混凝土总质量的30%~35%之间。
3.骨料：骨料是混凝土的主要颗粒成分，包括粗骨料和细骨料。
粗骨料的粒径一般为5mm~20mm，细骨料的粒径为0.075mm~5mm。
骨料的选择要根据混凝土的设计强度、施工性能和使用要求来确定。
常见的骨料有河砂、山石、碎石和砂石等。
4.外加剂：外加剂是指在混凝土制作过程中添加的一种具有特定功能的化学物质。
常见的外加剂有减水剂、增稠剂、延缓凝结剂、早强剂和防冻剂等。
外加剂的添加可以改善混凝土的工艺性能、提高混凝土的强度和耐久性。
5.粉煤灰：粉煤灰是一种煤炭燃烧后的副产品，可用于替代部分水泥或作为骨料的填料。
粉煤灰可以改善混凝土的工作性能、提高混凝土的强度和耐久性。
使用粉煤灰需要根据混凝土的强度要求和环境条件等因素来决定添加量。
6.控制适应性：在混凝土的组成设计中，需要根据混凝土的使用要求和环境条件来选择材料和确定配合比。
要做到水、胶凝材料、骨料和外加剂之间的适应性，确保混凝土的性能符合要求。
综上所述，普通水泥混凝土的组成设计需要考虑到水泥、水、骨料、粉煤灰和外加剂等材料，根据使用要求和环境条件来确定配合比。
混凝土结构、组成及特点
混凝土结构、组成及特点
水化硅酸钙形态主要为结晶差的纤维状、 针棒状、网状和内核状的凝胶胶粒，均在 μm级内，粒子间主要靠范德华力作用，是 水泥石强度的主要来源。
混凝土结构、组成及特点
六方片状的Ca(OH)2晶体
混凝土结构、组成及特点
混凝土结构、组成及特点
• 非毛细孔是指孔径比毛细孔孔径大的孔， 通常又称气孔。气孔一般呈球形，孔径较 大，存在于粗集料间。包含引气剂带入的 微细气泡和拌和过程中引入的气泡，这些 气孔影响着水泥石的强度、密实度和耐久 性。
混凝土结构、组成及特点
对混凝土的强度而言，孔径D 在20nm(纳米)以下为无害孔， 在20-50nm为少害孔， 在50-200nm为有害孔， 大于200nm为多害孔。
• 混凝土是集料颗粒分散在水泥浆基体中所 组成的两相材料。这一观点忽略了界面性 能和孔结构等因素对混凝土性能的影响。
•
这是对混凝土最传统的认识。
混凝土结构、组成及特点
2 混凝土的微观结构
混凝土结构、组成及特点
混凝土的微观结构
混凝土的微结构是由三部分（相）组成 Байду номын сангаас1）骨料相 （2）浆体相 （3）界面过渡区
混凝土结构、组成及特点
• 人工砂为经过除土处理的机制砂和混合砂
的统称。机制砂是由机械破碎、筛分制成
的，粒径小于5mm的岩石颗粒，但不包括软
质岩、风化岩石的颗粒。机制砂单纯由矿
石、卵石或尾矿加工而成。其颗粒尖锐，
有棱角，较洁净，但片状颗粒及细粉含量
较多，成本较高。混合砂是由机制砂和天
然砂混合制成的。它执行人工砂的技术要
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界面过渡区的特征
• C-S-H凝胶较少，Aft浓度较大 • 存在大的、定向生长的 CH • 孔隙率较高、结构疏松
• 过渡区的强度主要取决于3个因素：
1、孔的体积和孔径大小，
表面积2、小C，a相(O应H)的2晶表体面的能大低小，和粘取结向力，差（。比 ）
3、存在的微裂缝和孔隙。（由于泌水，在 集料周围形成较厚的水膜，造成较大的孔 隙。）
• 水泥的凝结硬化与粘土以及石膏和石灰的 凝结硬化有着本质的区别
粘土的凝结硬化
粘土的凝结硬化过程不存在化学反应，他 仅仅是因为水分的失去使得固体颗粒相互 接触形成具有一定强度的结构，这一过程 是可逆的，当已经硬化的粘土重新放入水 中时，他将软化甚至流动，因此，粘土是 气硬性的。
（三）混凝土的凝结硬化过程
• 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复 杂的物理化学变化过程——水泥的水化凝 结硬化。
凝结——水泥与水混合形成可塑浆体，随着 时间推移、可塑性下降，但还不具备强度 ，此过程即为“凝结”；
硬化——随后浆体失去可塑性，强度逐渐增 长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化 ”。
硅酸盐水泥的水化：
•
水泥颗粒
C-S-H：是一种形态不明确的无固定组成的 化合物，占全部水化物体积的50-70%，对 水泥的凝结硬化性能和强度起重要作用。
C-S-H凝胶比表面积很大,100-700m2/g。表 面能高，粘结能力强。
水化硅酸钙形态主要为结晶差的纤维状、
针棒状、网状和内核状的凝胶胶粒，均在 μm级内，粒子间主要靠范德华力作用，是 水泥石强度的主要来源。
• 普通混凝土通常所用的粗骨料有碎石和卵 石两类。卵石是由天然岩石经自然风化、 水流搬运和分选、堆积形成 的粒径大于 5mm的颗粒。按其产源可分为河卵石、海卵 石、山卵石等几种，其中河卵石应用较多 。碎石大多由天然岩石经破碎、筛分制成 ，也可将大卵石轧碎筛分制得。
2.2 浆体相
硬化水泥浆体又称水泥石，是固、液、气三 相并存的复杂体系，是混凝土的基相，对 硬化混凝土的性能起着关键性的作用
1、化学结合水： 是水泥石中各种水化产物中的水，低
温干燥时不会失去，当水化产物受热分解 时会放出来。对水泥石的收缩、徐变产生 影响。
2、层间水： 处于C-S-H凝胶层间，由氢键牢固地
结合。存在于凝胶孔中，强烈干燥时才会 失去。对收缩、徐变影响很大
3、吸附水： 又称物理吸附水，吸附于水泥石的内
表面上，可形成多分子层吸附，处于毛细 孔中，当相对湿度小于30%时，大部分会 失去，对收缩和徐变均有影响。
AFt：钙矾石又称AFt(C3A•3CS•H32) ，其中Fe可以部分替换Al，硅酸盐 水泥水化几小时后形成，水化几天后 ，AFt数量减少。
AFm:单硫型水化硫铝酸钙相，，水 泥水化时，AFt相消失就会出现AFm 相。
AFt呈短粗杆状，通常情况下长度不超过几 微米。 AFm呈六边形状，厚度是超微米量级。
Alite Belite Aluminate Ferrite
C3SCa3SiO5Fra bibliotekC2S
Ca2SiO4
C3A Ca3Al2O6
C4AF Ca2(Al,Fe)2O5
矿物式
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 4CaO·Al2O3·Fe2O3
另外还含有少量的其它矿物质：如
f—CaO f—MgO方镁石 含碱矿物及玻璃体：其中K2O、Na2O含 量较高（国标要求＜0.6%） 在上述的主要矿物中，C3S、C2S的含 量多在70%以上，C3A、C4AF的含量在 25%左右。也就是说在熟料中大量存在的 是硅酸盐矿物，正因为如此，由这种熟料 配制而成的水泥我们称其为硅酸盐水泥。
（2）浆体相——孔隙
• 水泥石中的孔可分为三类：凝胶孔、毛细 孔、非毛细孔。
C-S-H凝胶
C-S-H凝胶内的层间孔 毛细孔
• 水泥石孔结构包含孔隙率和孔径分布两个 概念。
•
孔隙率：孔体积占水泥石体积的百分
数
•
孔径分布：不同孔径尺寸范围的孔的
体积百分数。
• 凝胶孔是水化水泥颗粒间的过渡空间，尺 寸1.5～3nm，水泥凝胶的最小孔隙率占水 泥凝胶体积的28%，即凝胶孔约占凝胶体
4、毛细管水：
又称自由水，存在于孔径大于50纳米 的毛细管中，是不受范德华力影响的重力 水。
水泥石毛细管中的水，是水泥继续水 化的水源和动力。
随着水泥水化程度的提高，水泥石的 毛细孔孔隙率和凝胶孔孔隙率逐步降低。
水的作用
• 水份在水泥石结构中以不同的形态存在， 会在不同的温度、湿度下脱去，或在外力 下流动，这都是混凝土收缩变形、收缩裂 纹的根源和蠕变变形的根源。
降低水泥熟料的烧成温度
（2）硅酸盐水泥熟料的组成：
化学组成： 主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
矿物组成： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
矿物名称
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙
铁铝酸四钙
英文名称 缩写 分子式
来认识混凝土内在的影响因素和变化规律。
1 混凝土的宏观结构
抛光混凝土断面
混凝土的宏观结构
肉眼观察，基本由两相组成： （1）形状和尺寸各异的骨料 （2）相对连续的基体相
• 混凝土是集料颗粒分散在水泥浆基体中所 组成的两相材料。这一观点忽略了界面性 能和孔结构等因素对混凝土性能的影响。
•
这是对混凝土最传统的认识。
• 3、拌合加水量的影响 • 拌合水越多，硬化水泥石中的毛细孔就越
多，凝结硬化越慢，强度越低。 • 4、养护湿度和温度的影响 • 用水泥拌制的砂浆和混凝土，在浇灌后应
注意保持潮湿状态，以利获得和增加强度 。提高温度可加速水化反应。
• 5、养护龄期的影响 水泥的水化硬化是一个较长时期不断进行 的过程，所以水泥在3～14d内强度增长较 快，28d后增长缓慢。
水化产物和集料间的粘结力主要是范 德华力，所以界面强度较低。如何提高界 面的粘结力，是提高混凝土性能的关键所 在。
二、混凝土的矿物组成：
（1）混凝土生产原料：
A、石灰质原料— 石灰石、白垩等 CaO B、粘土质原料— 黏土、黄土等 SiO2、Al2O3、Fe2O3 C、校正原料— 铁矿粉、砂岩等 SiO2、Al2O3、Fe2O3 D、矿化剂— 萤石（CaF2）、石膏等
2 混凝土的微观结构
混凝土的微观结构
混凝土的微结构是由三部分（相）组成 （1）骨料相 （2）浆体相 （3）界面过渡区
2.1 骨料相
普通混凝土所用骨料按粒径大小分为细骨 料和粗骨料。粒径大于5mm的称为粗骨料， 粒径小于5mm的称为细骨料。
• 普通混凝土中所用细骨料，按来源分为天 然砂和人工砂。天然砂一般是由天然岩石 长期风化等自然条件形成的。根据产源不 同，天然砂可分为河砂、湖砂、山砂和淡 化海砂。河砂和海砂由于长期受水流的冲 刷作用，颗粒表面比较圆滑，且产源较广 ，但海砂中常含有贝壳碎片及可溶盐等有 害杂质。山砂颗粒多具有棱角，表面粗糙 ，砂中含泥量及有机质等有害杂质较多。 建筑工程中一般多采用河砂作细骨料。
影响水泥硬化的因素
• 1、熟料矿物组成的影响 硅酸盐水泥的四种熟料矿物中，C3A,C3S 的水化和凝结硬化速度最快，因此它们含 量越高，则水泥凝结硬化越快。
• 2、水泥细度的影响 水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝 结硬化、强度、干缩及水化热等，水泥颗 粒越细，水化作用的发展就越迅速而充分 ，使凝结硬化的速度加快，早期强度也就 越高。但水泥颗粒过细，硬化时产生的收 缩亦较大。
C3AH6+CaSO4.2H2O+H2O→3CaO.AI2O3.3CaSO4.31H2 O（AFt）
归纳起来，硅酸盐水泥的主要水化产物有五 种，其中有两种凝胶、三种晶体。 凝胶：水化硅酸钙、水化铁酸一钙 晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝 酸钙
根据现有的水泥凝结硬化理论，一般认为水 泥浆体硬化结构的发展过程可分为水化早 期、水化中期和水化后期三个阶段。
1、水化早期：大约在水泥拌水起至初凝 时止，C3S迅速反应生成Ca(OH)2。石膏和 C3A反应生成钙矾石晶体。
水泥浆呈塑性状态。
2、水化中期：大约从初凝起至24h止，水泥 水化加速，生成较多的Ca(OH)2、钙矾石 晶体、水化硅酸钙凝胶。 水化产物大量生成，水泥凝结。
3、水化后期：指24h以后直到水化结束。所 有水化产物生成，数量不断增加，结构更 加致密，强度不断提高。
硬化水泥浆体的特点：不均匀，含多种固相 、孔隙和水。
• 固相：水化硅酸钙（C-S-H）; 水化硫铝酸 钙微晶；氢氧化钙片状大结晶；未水化水 泥。
• 孔隙：层间孔、毛细孔（微小）；气孔（ 大）。
• 水分：毛细孔水、层间水、吸附水和化学 结合水
（1）浆体相——固相
• • 固相
水化产物
C-S-H凝胶 Ca(OH)2晶体 钙矾石(AFt相) 单硫型(Afm相)
混凝土的结构、组成及特点
本节内容
1、混凝土的结构 2、矿物组成 3、混凝土的凝结硬化 4、特点及应用
一.混凝土的结构
• 材料的性能与其内部结构有着密切的依 存关系。
•
材料的内部结构决定了其性能，适当
地改变其结构可以改变其性能。这就是结
构与性能之间的关系
•
混凝土材料也是如此，在研究混凝土
的各种性能时，必须从混凝土的内部结构
• 人工砂为经过除土处理的机制砂和混合砂 的统称。机制砂是由机械破碎、筛分制成 的，粒径小于5mm的岩石颗粒，但不包括软 质岩、风化岩石的颗粒。机制砂单纯由矿 石、卵石或尾矿加工而成。其颗粒尖锐， 有棱角，较洁净，但片状颗粒及细粉含量 较多，成本较高。混合砂是由机制砂和天 然砂混合制成的。它执行人工砂的技术要 求和试验方法。把机制砂和天然砂相混合 ，可充分利用地方资源，降低机制砂的生 产成本。一般在当地缺乏天然砂源时，采 用人工砂。