浅谈土木工程中分项工程之普通混凝土工程3

浅谈土木工程中分项工程之普通混凝土工程引言混凝土，简称“砼”，是由无机胶凝材料和水或有机胶凝材料的胶状物与集料按一定的比例进行搅拌，并在一定的温度、湿度的条件下养护硬化，而形成的一种人造复合材料。我们通常讲的混凝土是以水泥为胶凝材料，以砂石为骨料，加水（加或不加外加剂和掺合料）拌制的混凝土，称为普通水泥混凝土，简称普通混凝土。一、混凝土的发展1.1混凝土的发展简史最早发现和使用水硬性胶凝材料的，应是古罗马人。他们在维苏威火山附近的Pozzuoli以及罗马北部和东部厚厚的底层里发现了一种带有巧克力色的沙土，也就是现在称之为火山灰的材料。他们把这种火山灰制成粉末与石灰混合料浆加入加工石料的残渣、砖块、天然乱石等，就会凝固成坚硬的磐石，并且不透水，这就是最早的混凝土。自19世纪20年代英国人发明了波特兰水泥，给现代意义上的混凝土发展奠定了基础，1886年，美国首先用回转窑煅烧水泥熟料，波特兰水泥进入了工业化生产阶段，混凝土的用量也日益增大。随着技术的不断发展，时至今日混凝土已经成为世界经济发展和人类进步必不可少的建筑材料。二、混凝土的原材料2.1水泥定义：凡细磨成粉末状，加入适量的水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，能够将块状或颗粒状材料胶结在一起的水硬性胶凝材料，我们统称为水泥2.1.1水泥种类目前我国建筑工程中常用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。在一些特殊的工程中，还使用高铝水泥、膨胀水泥、快硬水泥、中热水泥、低热水泥和耐硫酸水泥等。下面就简单介绍一下常用的水泥。2.1.1.1硅酸盐水泥硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的2.1.1.2普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、混合材料、适量的石膏磨细制成。其中混合材料的掺量大于5%且小于等于20%。2.1.1.3矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细而成。2.1.1.4火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量的石膏磨细制成。2.1.1.5粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量的石膏磨细制成。2.1.1.6复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量的石膏磨细制成。2.1.2水泥的技术要求2.1.2.1化学指标通用硅酸盐水泥的化学指标包括不溶物、烧失量、三氧化硫含量、氧化镁含量和氯离子含量等几个指标。2.1.2.2物理指标通用硅酸盐水泥的物理指标主要包括凝结时间、安定性、强度和细度。2.2细骨料——混凝土用砂2.2.1定义：普通混凝土用的细骨料是指公称粒径小于5.00mm的岩石颗粒，称为砂2.2.2分类：砂按产源分为天然砂和人工砂天然砂：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。人工砂：经除土处理的机制砂和混合砂的总称。2.2.3技术要求普通混凝土用砂的技术要求包括：颗粒级配、含泥量和泥块含量、表观密度、堆积密度、空隙率、有害物质含量、碱活性骨料。2.3粗骨料——混凝土用石2.3.1定义：公称粒径大于5.00mm的骨料称为粗骨料。2.3.2分类：混凝土常用的粗骨料有卵石和碎石卵石：由自然条件作用而形成的，公称粒径大于5.00mm的岩石颗粒。碎石：由天然的岩石或卵石经破碎、筛分而得的，公称粒径大于5.00mm的岩石颗粒。2.3.3技术要求混凝土用石的技术要求包括：颗粒级配、含泥量和泥块含量、针片状颗粒含量、有害物质、坚固性、强度、压碎指标、表观密度、堆积密度、空隙率、碱骨料反应。2.4掺合料2.4.1掺合料定义：掺合料亦称矿物掺合料或矿物外加剂，是指在配置混凝土时加入的能改变新拌混凝土和硬化混凝土性能的无机矿物细粉。它们的掺量通常大于水泥用量的5%。2.4.2分类：根据其化学活性，矿物掺和料基本分为三类：2.4.2.1有胶凝性的，如粒化高炉矿渣、高钙粉煤灰或增钙液态渣、沸腾炉燃煤脱硫排放的废渣等2.4.2.2有火山灰活性的。火山灰性是指本身没有或极少有胶凝性，但在有水存在时，能与Ca(OH)2在常温下发生反应，生成具有胶凝性的组分，如粉煤灰、原状的或煅烧的酸性火山玻璃和硅藻土、某些烧页岩和粘土，以及某些工业废渣2.4.2.3惰性掺合料，如细磨料石灰石、石英砂、白云岩以及硅质岩石的产物。2.5混凝土用水混凝土用水为混凝土拌和用水和混凝土养护用水的总称，包括饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗刷水和海水等。2.5.1混凝土拌和用水混凝土拌和水用水的水质应符合国家相关的规定。对于设计使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不得超过500mg/L；对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量不得超过350mg/L；地表水、地下水、在再生水的放射性应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5479的规定；呗检验的水样应与饮用水进行水泥凝结时间对比试验；被检验的水样应与应用水进行水泥胶砂强度对比试验；混凝土拌和用水不应有漂浮明显的油脂和泡沫，不应有明显的颜色和异味；混凝土企业设备洗刷水不宜用于预应力混凝土、装饰混凝土、加气混凝土和暴露于腐浊环境的混凝土；不得用于使用碱活性骨料混凝土；未经处理的海水严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土；在无法获得水源的情况下，海水可用于素混凝土但不宜用于装饰混凝土。2.5.2混凝土养护用水混凝土养护用水可不检测不溶物和可溶物，期间检验项目应符合相关标准的规定；混凝土养护用水可不检测水泥的凝结时间和水泥胶砂的强度。2.6混凝土外加剂2.6.1外加剂的定义：混凝土外加剂分为化学外加剂和矿物外加剂，其中化学外加剂是一种在混凝土搅拌前或拌制过程中加入的，用以改善新拌混凝土和硬化混凝土性能的材料。它已经成为混凝土中除水泥、砂、石和水之外的必不可少的第五组分，简称外加剂。2.6.2外加剂的分类：按照外加剂的主要使用功能分为：1改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂和泵送剂。2调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、促凝剂和速凝剂等。3改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等。4改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂等。2.6.3外加剂的基本性能2.6.3.1外加剂的匀质性指标包括：氯离子含量、总碱量、含固量、含水率、密度、细度、PH值、硫酸钠含量。2.6.3.2掺外加剂混凝土的技术指标包括：减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差、1h经时变化量、抗压强度比、收缩率比、相对耐久性。三、混凝土的配合比设计普通混凝土配合比设计是确定混凝土中各组成材料用量之间的比例关系3.1配合比的表示方法3.1.1以1m3混凝土中各组成材料的用量表示，如水泥320kg,砂730kg,石子1220kg,水175kg。3.1.2以各组成材料相互之间的质量比来表示，其中以水泥质量为1计，如将上例换算成质量比为水泥：砂：石=1:2.28:3.81，W/C=0.55。3.2配合比设计的基本要求3.2.1满足混凝土结构设计所要求的强度等级；3.2.2满足混凝土施工所要求的和易性；3.2.3满足工程所处环境对混凝与耐久性的要求；3.2.4合理使用材料，节约水泥，降低成本。3.3配合设计中的三个重要参数水灰比W/C、单位用水量Mω﹑砂率βS是混凝土配合比设计的三个重要参数。3.3.1水灰比W/C单位体积混凝土中，水与水泥质量的比值称为水灰比确定的原则：在满足强度和耐久性的前提下，尽量选较大值。混凝土最大水灰比和最小水泥用量环境条件结构类别最大水灰比最小水泥用量（Kg）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公室房屋内部件不做规定0.650.60200260300潮湿环境无冻害1高湿度的室内部件2室外部件3在非侵蚀性土和水中的部件0.700.600.60225280300有冻害1经受冻害的室外部件2在非侵蚀性土和水中且经受冻害的部件3高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300注：1当用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量2配置C15级及以下等级的混凝土，可不受本表限制3.3.2砂率βS砂占砂石总质量的百分率称为砂率。确定的原则：在保证具有粘聚性和流动性的前提下，尽量取较小值3.3.3单位用水量Mω单位用水量反映混凝土中用水量的多少。确定的原则在达到流动性的要求下，取较小值。四、混凝土的主要技术性能4.1混凝土拌合物的和易性4.1.1和易性的定义：混凝土拌合物在施工过程中能否保持其成分均匀，不发生离析、泌水现象的性能。4.1.2和易性是一项综合性指标，包括流动性、粘聚性和保水性三方面内容。流动性—混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能流动并均匀密实填满模板的性能粘聚性—混凝土拌合物内组分之间均具有一定的内聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。保水性—混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生严重的泌水现象流动性、粘聚性和保水性三者既相互关联又相互矛盾，当流动性很大时，则往往粘聚性和保水性较差。因此，所谓拌合物良好，就要使这三方面的性质在某种具体条件下，达到均为良好，让矛盾得到统一。4.1.3混凝土拌合物和易性测定一般使用坍落度法和维勃稠度法4.2混凝土的强度4.2.1混凝土立方体抗压强度国家标准（GB/T50081-2002）规定，混凝土立方体抗压强度是指按标准方法制作的边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件[温度（20±2）℃，相对湿度大于95%]下，养护到28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度值。按立方体抗压强度标准值确实混凝土的强度等级。采用符号“C“与立方体抗压强度标准值表示。混凝土的强度等级是混凝土结构设计的强度计算依据，同时还是混凝土施工中控制工程质量和工程验收时的重要依据。4.2.2混凝土的轴心抗压强度混凝土强度等级是利用立方体试件确定的，实际工程中，在钢筋混凝土结构计算中，考虑到混凝土构件的实际受力状态，计算轴心受压构件时，常以轴心抗压强度作为依据。按轴心抗压强度标准实验方法制成150mm×150mm×300mm的标准试件，在标准养护28d的条件下，测其抗压强度值，即为轴心抗压强度。试验表明，混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度之比约0.7~0.8。4.2.3混凝土抗拉强度混凝土的抗拉强度很低，只是抗压强度的1/10~1/20，且这个比值随混凝土强度等级的提高而下降，所以混凝土受拉时呈脆性断裂，破坏时无明显的残余变形。故钢筋混凝土结构设计时不考虑混凝土承受拉力，而在混凝土中配以钢筋，由钢筋来承担结构中的拉力。但混凝土的抗拉强度对于混凝土的抗裂具有重要的作用，它是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标，也是间接衡量混凝土抗冲击强度、混凝土与钢筋之间强度的重要指标。4.3混凝土的耐久性混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因数的作用，长期保持强度和外观完整性，维持混凝土结构的安全和正常使用的能力称为混凝土的耐久性4.3.1混凝土的抗渗性抗渗性是指混凝土抵抗有压液体渗透作用的能力。地下建筑、水池、水塔、压力水管、水坝、油罐等，必须要求混凝土具有一定的抗渗性。抗渗性是决定混凝土耐久性最重要的因数。混凝土抗渗性用抗渗等级P表示。水灰比是影响混凝土抗渗性的重要因数。提高混凝土抗渗性的关键在于提高混凝土的密实度。4.3.2混凝土的抗冻性抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，经过多次冻融循环作用下而不破坏，强度也不严重降低的性能。寒冷地区，特别是接触水或潮湿环境中而又受冻的混凝土，要求具有较高的抗冻性。混凝土的抗冻性用抗冻等级F表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在吸水饱和后承受的最大循环次数来确定。4.3.3混凝土的抗侵蚀性当混凝土所处环境含有侵蚀性介质时，对混