混凝土基本簡介

拼音：hùn níng tǔ

英文：Concrete

簡寫：砼

混凝土是當代最主要的土木工程材料之一。它是由膠凝材料，顆粒狀集料（也稱為骨料），水，以及必要時加入的外加劑和摻合料按一定比例配制，經均勻攪拌，密實成型，養(yǎng)護硬化而成的一種人工石材?；炷辆哂性县S富，價格低廉，生產工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大。同時混凝土還具有抗壓強度高，耐久性好，強度等級范圍寬等特點。這些特點使其使用范圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，就是造船業(yè)，機械工業(yè)，海洋的開發(fā)，地熱工程等，混凝土也是重要的材料。

主要有以下幾項：

混凝土拌合物最重要的性能。它綜合表示拌合物的稠度、流動性、可塑性、抗分層離析泌水的性能及易抹面性等。測定和表示拌合物和易性的方法和指標很多，中國主要采用截錐坍落筒測定的坍落度(毫米)及用維勃儀測定的維勃時間（秒），作為稠度的主要指標。

混凝土硬化后的最重要的力學性能，是指混凝土抵抗壓、拉、彎、剪等應力的能力。水灰比、水泥品種和用量、集料的品種和用量以及攪拌、成型、養(yǎng)護，都直接影響混凝土的強度?；炷涟礃藴士箟簭姸?以邊長為150mm的立方體為標準試件，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28天，按照標準試驗方法測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度)劃分的強度等級，稱為標號，分為C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100共19個等級?；炷恋目估瓘姸葍H為其抗壓強度的1/10～1/20。提高混凝土抗拉、抗壓強度的比值是混凝土改性的重要方面。

混凝土在荷載或溫濕度作用下會產生變形，主要包括彈性變形、塑性變形、收縮和溫度變形等?；炷猎诙唐诤奢d作用下的彈性變形主要用彈性模量表示。在長期荷載作用下，應力不變,應變持續(xù)增加的現象為徐變,應變不變，應力持續(xù)減少的現象為松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因產生的體積變形，稱為收縮。

硬化混凝土的變形來自兩方面：環(huán)境因素(溫、濕度變化)和外加荷載因素，因此有：

1）.荷載作用下的變形

1.彈性變形

2.非彈性變形

2）.非荷載作用下的變形

1.收縮變形（干縮、自收縮）

2.膨脹變形（濕脹）

3）.復合作用下的變形

1.徐變

耐久性

在一般情況下，混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地區(qū)，特別是在水位變化的工程部位以及在飽水狀態(tài)下受到頻繁的凍融交替作用時，混凝土易于損壞。為此對混凝土要有一定的抗凍性要求。用于不透水的工程時，要求混凝土具有良好的抗?jié)B性和耐蝕性?？?jié)B性 、抗凍性 、抗侵蝕性 為混凝土耐久性。

普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細骨料（砂）、外加劑和水拌合，經硬化而成的一種人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收縮；水泥和水形成水泥漿，包裹在粗細骨料表面并填充骨料間的空隙。水泥漿體在硬化前起潤滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后將骨料膠結在一起，形成堅強的整體。

混凝土的性質包括混凝土拌合物的和易性、混凝土強度、變形及耐久性等。

和易性又稱工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便于各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實的混凝土的性能。和易性是一項綜合技術指標，包括流動性（稠度）、粘聚性和保水性三個主要方面。

強度是混凝土硬化后的主要力學性能，反映混凝土抵抗荷載的量化能力?；炷翉姸劝箟?、抗拉、抗剪、抗彎、抗折及握裹強度。其中以抗壓強度最大，抗拉強度最小。

混凝土的變形包括非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形。非荷載作用下的變形有化學收縮、干濕變形及溫度變形等。水泥用量過多，在混凝土的內部易產生化學收縮而引起微細裂縫。

混凝土耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。包括混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力等。

①無機膠凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸鹽混凝土、水玻璃混凝土等；

②有機膠結料混凝土，如瀝青混凝土、聚合物混凝土等。

混凝土按照表觀密度的大小可分為：重混凝土、普通混凝土、輕質混凝土。這三種混凝土不同之處就是骨料的不同。

重混凝土是表觀密度大于2500Kg/m³;，用特別密實和特別重的集料制成的。如重晶石混凝土、鋼屑混凝土等，它們具有不透x射線和γ射線的性能。

普通混凝土即是我們在建筑中常用的混凝土，表觀密度為1950～2500Kg/m³;，集料為砂、石。

輕質混凝土是表觀密度小于1950Kg/m³;的混凝土。它由可以分為三類：

1．輕集料混凝土，其表觀密度在800～1950Kg/m³;，輕集料包括浮石、火山渣、陶粒、膨脹珍珠巖、膨脹礦渣、礦渣等。

2．多空混凝土（泡沫混凝土、加氣混凝土），其表觀密度是300～1000Kg/m³;。泡沫混凝土是由水泥漿或水泥砂漿與穩(wěn)定的泡沫制成的。加氣混凝土是由水泥、水與發(fā)氣劑制成的。

3．大孔混凝土（普通大孔混凝土、輕骨料大孔混凝土），其組成中無細集料。普通大孔混凝土的表觀密度范圍為1500～1900Kg/m³;，是用碎石、軟石、重礦渣作集料配制的。輕骨料大孔混凝土的表觀密度為500～1500Kg/m³;，是用陶粒、浮石、碎磚、礦渣等作為集料配制的。

結構混凝土、保溫混凝土、裝飾混凝土、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、防輻射混凝土等。

離心混凝土、真空混凝土、灌漿混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、擠壓混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素(即無筋)混凝土、鋼筋混凝土、鋼絲網水泥、纖維混凝土、預應力混凝土等。

干硬性混凝土、 半干硬性混凝土、 塑性混凝土、流動性混凝土、高流動性混凝土、流態(tài)混凝土等。

水泥、石灰、石膏等無機膠凝材料與水拌和使混凝土拌合物具有可塑性；進而通過化學和物理化學作用凝結硬化而產生強度。一般說來，飲用水都可滿足混凝土拌和用水的要求。水中過量的酸、堿、鹽和有機物都會對混凝土產生有害的影響。集料不僅有填充作用，而且對混凝土的容重、強度和變形等性質有重要影響。

為改善混凝土的某些性質，可加入外加劑。由于摻用外加劑有明顯的技術經濟效果，它日益成為混凝土不可缺少的組分。為改善混凝土拌合物的和易性或硬化后混凝土的性能，節(jié)約水泥，在混凝土攪拌時也可摻入磨細的礦物材料──摻合料。它分為活性和非活性兩類。摻合料的性質和數量，影響混凝土的強度、變形、水化熱、抗?jié)B性和顏色等。

制備混凝土時，首先應根據工程對和易性、強度、耐久性等的要求，合理地選擇原材料并確定其配合比例，以達到經濟適用的目的?；炷僚浜媳鹊脑O計通常按水灰比法則的要求進行。材料用量的計算主要用假定容重法或絕對體積法。

混凝土攪拌機：根據不同施工要求和條件，混凝土可在施工現場或攪拌站集中攪拌。流動性較好的混凝土拌合物可用自落式攪拌機；流動性較小或干硬性混凝土宜用強制式攪拌機攪拌。攪拌前應按配合比要求配料，控制稱量誤差。投料順序和攪拌時間對混凝土質量均有影響，應嚴加掌握，使各組分材料拌和均勻。

輸送與灌筑：混凝土拌合物可用料斗、皮帶運輸機或攪拌運輸車輸送到施工現場。其灌筑方式可用人工或借助機械。采用混凝土泵輸送與灌筑混凝土拌和物，效率高，每小時可達數百立方米。無論是混凝土現澆工程，還是預制構件，都必須保證灌筑后混凝土的密實性。其方法主要用振動搗實，也有的采用離心、擠壓和真空作業(yè)等。摻入某些高效減水劑的流態(tài)混凝土，則可不振搗。

養(yǎng)護的目的在于創(chuàng)造適當的溫濕度條件，保證或加速混凝土的正常硬化。不同的養(yǎng)護方法對混凝土性能有不同影響。常用的養(yǎng)護方法有自然養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護、干濕熱養(yǎng)護、蒸壓養(yǎng)護、電熱養(yǎng)護、紅外線養(yǎng)護和太陽能養(yǎng)護等。養(yǎng)護經歷的時間稱養(yǎng)護周期。為了便于比較，規(guī)定測定混凝土性能的試件必須在標準條件下進行養(yǎng)護。中國采用的標準養(yǎng)護條件是：溫度為20±2°C；濕度不低于95%。

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。按預定性能設計和制作混凝土，研制輕質，高強度，多功能的混凝土新品種。利用現代新技術、大力發(fā)展新工藝、新設備；廣泛利用工業(yè)廢渣作原材料等，都是今后需要不斷解決的課題。

現代混凝土的發(fā)展方向——商品混凝土

商品混凝土是以集中予拌、遠距離運輸的方式向施工工地提供現澆混凝土。商品混凝土是現代混凝土與現代化施工工藝的結合的高科技建材產品，它應包括：大流動性混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土、自密實混凝土、防滲抗裂大體積混凝土、高強混凝土和高性能混凝土等。為了使商品混凝土性能穩(wěn)定、經濟、性價比高，必須嚴格選擇所需的原材料和優(yōu)化混凝土的配合比。實踐證明，現代混凝土配合比全計算法設計為此提供了簡單快捷和可靠的技術途徑。

商品混凝土是指以集中攪拌、遠距離運輸的方式向建筑工地供應一定要求的混凝土。它包括混合物攪拌、運輸、泵送和澆筑等工藝過程。嚴格地講商品混凝土是指混凝土的工藝和產品，而不是混凝土的品種，它應包括大流動性混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土、高強混凝土、大體積混凝土、防滲抗裂混凝土或高性能混凝土等。因此、商品混凝土是現代混凝土與現代化施工工藝的結合，它的普及程度能代表一個國家或地區(qū)的混凝土施工水平和現代化程度。集中攪拌的商品混凝土主要用于現澆混凝土工程，混凝土從攪拌、運輸到澆灌需1～2h，有時超過2h。因此商品混凝土 攪拌站合理的供應半徑應在l0km之內。隨著商品混凝土的普及和發(fā)展，現澆混凝土成為今后發(fā)展方向。在我國許多大城市，如北京、上海、天津、廣州、深圳 等，商品混凝土攪拌站都在一百個以上，其規(guī)模和工藝水平不亞于發(fā)達國家。許多中小城市也在推廣應用商品混凝土。

流態(tài)混凝土用作商品混凝土時，對新拌混凝土的流動性和流動性損失的控制要更嚴格。因為運距較長，交通堵塞等因素，要求坍落度損失小，2h(有時超 過2h)內混凝土應保持流動性，澆灌時要求泵送。用后摻法雖然能解決坍落度損失和泵送等問題，但是增加了攪拌時間或次數，這樣影響商品混凝土的產量，并且 使攪拌操作復雜。即使這樣在泵送前摻超塑化劑，在攪拌運輸車中快速攪拌3min，也不能充分發(fā)揮超塑化劑的分散作用，拌合物均勻性差。因此，至少在我國， 后摻法不易推廣，還是采用同摻法好。這就要求研究新的超塑化劑，保證新拌混凝土的流動性保持在2h或2h以上，而不影響硬化混凝土的強度，特別是早期強 度。

我國商品混凝土中，約70%是標號C25～C40，C50～C60 在一些重要工程中應用，個別特殊情況采用C70～C80。為了減少水泥用量、改善新拌混凝土的工作性，以及提高硬化混凝土性能，特別是耐久性，應當摻用粉 煤灰。這樣在摻10%～25%粉煤灰的情況下，可以減少單位水泥用量10%～20%。計算 表明，基準混凝土中摻20%粉煤灰(減少水泥用量10%情況 下)可節(jié)省能源10%?；鶞驶炷翐匠芑瘎?減少水泥用量15%時)配制流態(tài)混凝土可節(jié)省能源15%。當粉煤灰和超塑化劑同時摻用時可節(jié)省能源 25.5%。因此，將粉煤灰和超塑化劑同時摻用配制流態(tài)混凝土是最節(jié)能的，并且在性能和節(jié)能兩方面都可得到滿意的效果。

流態(tài)混凝土由于摻超塑化劑使拌合物流變性得到改善，即屈服值減小、塑性粘度降低和滯后圈變小，因而幾乎接近牛頓型流體。這樣就增加了流態(tài)混凝土的 可泵性。基準混凝土中摻0.4%～0.8%(最好是0.75%)超塑化劑所得到的流態(tài)混凝土，其泵送壓力降低25%一35%。

泵送混凝土在泵壓的作用之下，會產生坍落度損失、離析和堵泵現象。關鍵是通過混凝土配合比和超塑化劑的成分來調整拌合物的均勻性和穩(wěn)定性、流動性和枯聚 性。在泵送混凝土中，細粉料(<0.25mm)的用量應在350～400kg/m3之間，水泥用量不得低于250kg/m3，粗集料最大粒徑為 25mm或31.5mm。另外，最好摻用粉煤灰，因為粉煤灰在較大降低屈服值的同時，塑性粘度降低小—些，這樣使拌合物保持一定的粘聚性，提高了穩(wěn)定性， 從而防止離析和堵泵現象。

流態(tài)混凝土主要用于高層建筑的基礎、梁、柱、框架、橋梁等現澆混凝土，以及T型接頭的整體澆灌。特別是配筋密集、不易振搗或不需振搗(“自坍”或“自流平”)的情況下。

商品混凝土是以集中攪拌的方式向建筑工地供應一定要求的混凝土。它包括混合物攪拌、運輸、泵送和澆筑等工藝過程。商品混凝土在市場競爭中的唯一要求是保證工作性、強度和耐久性的前提下其成本和售價最低。降低成本的技術途徑是正確選擇原材料和配合比。

商品混凝土的特點 　　

1. 由于是集中攪拌，因此能嚴格在線控制原材料質量和配合比，能保證混凝土的質量要求；

2．要求拌合物具有好的工作性，即高流動性、坍落度損失小，不泌水不離析、可泵性好；

3． 經濟性，要求成本低，性能價格比高。

原材料的選擇與要求

水泥的選擇：通常采用硅酸鹽水泥、普硅水泥或礦渣水泥，對水泥的基本要求是：

1． 相同標號時，選擇富裕系數大的水泥，因為水泥是使混凝土獲得強度的“基礎”；

2． 相同強度時選擇需水量小的水泥。水泥的標準稠度需水量在21%～27%，在配制混凝土時采用需水量小的水泥可降低水泥用量；

3． 選擇C3 S高、C3A低(<8%)、堿含量低(<1%)，比表面適中(3400cm2/g～3600cm2/g)、顆粒級配好的水泥；

4． 合理使用不同標號的水泥。配制C40以下的流態(tài)混凝土時應用32.5Mpa普硅水泥；配制C40以上的高性能混凝土應用42.5Mpa硅酸鹽水泥或普硅水泥；

5．針對不同用途的混凝土正確選擇水泥品種，如要求早強或冬季施工盡量采用R型硅酸鹽水泥，大體積混凝土采用礦渣水泥或普硅水泥。

礦物細摻料的選擇

常用的礦物細摻料有粉煤灰、磨細礦渣、沸石粉、硅粉等。配制商品混凝土時對礦物細摻料的基本要求是：

1．售價低、具有一定的水化活性，能替代部分水泥，在保證強度和其它性能的情況下，應多摻礦物細摻料，使混凝土的成本降低；

2．需水量比小(<100%)，顆粒級配合理能提高拌合物的流動性；

3． 合理使用不同品種的細摻料，配制C60以下的流態(tài)混凝土時采用II級粉煤灰，C60～C80采用I級粉煤灰或磨細礦渣，100Mpa以上的高性能混凝土摻硅粉。

集料的選擇

粗細集料都應符合有關標準的要求。正確選擇集料能確?；炷凉ぷ餍浴姸群徒洕?。

1．細集料：砂子的顆粒級配合理、含泥量低有利于強度和工作性的提高。人工砂和風化山砂的需水量大、顆粒形狀和級配不合理使拌合物流動性下降。河砂是理想的細 集料，使用時應正確選擇細度模數。配制高強混凝土時應用粗砂，普通流態(tài)混凝土用中砂。砂子的細度模數影響混凝土的砂率和用水量，砂率高用水量大，坍落度損 失快。砂率偏低容易產生泌水和離析。

2．粗集料：石子的最大粒徑和級配影響混凝土的用水量，砂率和工作性。配制高強混凝土和高性能混凝土時應采用高強度的碎石，其最大粒徑應為19mm或 25mm，因為高強混凝土的強度幾近為石子強度的二分之一。普通流態(tài)混凝土采用最大粒徑25mm或31.5mm碎石，采用泵送工藝時石子最大粒徑應小于泵 出口管徑的三分之一，否則產生堵泵現象。目前市場連續(xù)級配的碎石較少，多數為單一粒級、這時應采用二級配石子。若采用單一粒級的石子應提高砂率。

混凝土的砂率與石子的最大粒徑有關，大石子砂率小、小石子砂率大。其中就有合理配合的問題。在配制流態(tài)混凝土時，若采用較大粒徑(如31.5mm)碎石與中細砂(Mx=2.50)配合可以降低砂率和用水量，因而降低混凝土的成本。

外加劑的選擇

商品混凝土所用的外加劑應包括：引氣減水劑、高效緩凝引氣減水劑、緩凝減水劑、高效緩凝減水劑、泵送劑、高效泵送劑等。選擇外加劑的原則：

1．根據所配制的混凝土類型選擇相應的外加劑品種；

2.根據混凝土的原材料、配合比和標號確定對外加劑的減水率和摻量的要求；

3．根據工程類型、氣候條件、運輸距離，泵送高度等因素，確定對坍落度損失程度、凝結時間和早期強度的要求；

4．其它特殊要求（如抗?jié)B性、抗凍性、抗浸蝕性、耐磨性等）。

最后、通過混凝土試配，經濟性評估后才能應用外加劑。

商品混凝土的工藝不同于現場攪拌的混凝土，運輸距離和時間的存在必須控制坍落度損失。因此在設計混凝土配合比時應考慮如下因素：

1．根據運距和運輸時間確定初始坍落度：近距離(<10km)或1h時，初始坍落度為18cm～20cm；遠距距離(>10 km)或2h時，為20cm～22cm。

2．控制坍落度損失，即控制入泵前的坍落度應大于15cm。因為坍落度<15cm時可泵性差。而坍落度>20cm時，澆筑后混凝土長時間保持大流動性狀態(tài)、其穩(wěn)定性差容易產生離析，凝結慢。

3．初凝時間的控制：梁板柱澆筑時初凝時間8 h～12h、大體積混凝土為12h～15h。

4．商品混凝土作為一種建材產品參與市場競爭必須考慮經濟性，在保證技術性能的前提下售價最低。對商品混凝土總的要求是：穩(wěn)定、可靠、適用和經濟。

傳統(tǒng)的混凝土配合比設計方法（即假定容重法和絕對體積法）是以強度為基礎的，即根據“水灰比定則”設計配合比。而我們提出的全計算配合比設計方法 是以工作性、強度和耐 久性為基礎，通過混凝土體集模型推導出用水量和砂率計算公式，并且將此二式與水灰比定則相結合實現FLC和HPC的組成和配合比的全計算。全計算法與傳統(tǒng)設計方法相比較，全計算法使混凝土配合比設計由半定量走向全定量，由經驗走向科學。與傳統(tǒng)配合比設計相比，全計算法更方便快捷地得到優(yōu)化的混凝土配合比。

混凝土制備宜用混凝土攪拌機，如用商品混凝土更能保證制備的質量。商品混凝土近年來在我國得到發(fā)展，有的城市規(guī)定在一定區(qū)域內施工必須應用商品混凝土。

混凝土攪拌機理

混凝土攪拌的目的是使混凝土中的各組分混合成一種各物料顆粒相互分散、均勻分布的混合物。攪拌好的混凝土是否質地均勻，可通過從混凝土中隨機抽取一定數量的試樣進行分析來評定，如果各試樣的配合比基本相同，便可認為該混凝土已混合均勻了。

為了使混凝土中的各組分混合均勻，必須在攪拌過程中使每一組分的顆粒能分散到其他各種組分中去，因此，必須設法使各組分都產生運動，并使他們的運動軌跡相交，相交次數越多，混凝土越易混合均勻。根據迫使各組分產生相交運動軌跡的方法不同，普通混凝土攪拌機設計時所依據的攪拌機理基本上有兩種:

1.自落式擴散機理:它是將物料提升到一定高度后，利用重力的作用，自由落下，由于各物料顆粒下落的高度、時間、速度、落點和滾動距離不同。從而使物料顆粒相互穿插、滲透、擴散，最后達到分散均勻的目的，由于物料的分散過程主要是利用重力作用，故又稱重力擴散機理，自落式混凝土攪拌機就是根據這種機理設計的。

2.強制式擴散機理:它是利用運動著的葉片強迫物料顆粒分別從各個方向(環(huán)向、徑向和豎向)產生運動，使各物料顆粒運動的方向、速度不同，相互之間產生剪切滑移以致相互穿插、擴散，從而使各物料均勻混合。由于物料的擴散過程主要是利用物料顆粒相互間的剪切滑移作用，故又稱剪切擴散機理。強制式混凝土攪拌機就是根據這種機理設計而成的。