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混凝土分類及發展方向

來源 : 特樂意資訊

描述:混凝土主要技術性能有哪些?混凝土如何施工?混凝土的主要分類有哪些?混凝土如何控制質量?現代混凝土的發展方向?

建材小姿勢|混凝土基礎知識小課堂

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一、混凝土概述

(一)定義

混凝土,簡稱為"砼(tóng)":是指由膠凝材料將集料膠結成整體的工程復合材料的統稱。混凝土的組成材料中,所占比例最大的是粗、細骨料,約占混凝土體積的70%左右,是混凝土的主料;其膠結材料是形成整體強度的硬化水泥漿(或稱水泥石),它同砂和石子膠結形成巖石狀塊體,即混凝土,所以,混凝土是用膠凝材料將其骨料膠結成整體的復合固體材料的總稱。

通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料,砂、石作集料,與水(可含外加劑和摻合料)按一定比例配合,經攪拌而得,也稱普通混凝土。為了改善混凝土的某些性質,加入適量的外加劑、摻和料配制成具有各種特性的混凝土屬于特種混凝土或新型混凝土。

(二)組成材料作用及要求

普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、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。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、抗滲性和顏色等。

二、混凝土主要技術性能

混凝土的主要技術性能包括拌合物的和易性、混凝土強度、變形及耐久性等。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(流動性、黏聚性、棍度、擴散度、維勃稠度等)、均勻性、含氣量、凝結時間、泌水及壓力泌水、拌和物密度等。

硬化混凝土性能包括熱學性能(比熱、導熱系數、導溫系數等)、力學性能(抗壓強度、抗拉強度、抗折強度、抗剪強度、抗彎強度、疲勞強度等)、耐久性能(抗滲、抗凍、碳化、堿骨料反應等)、變形性能(彈性模量、干縮、徐變、極限拉伸、自身體積變形等)。

(一)和易性

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,是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。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。

(1)流動性:指砼拌合物在自重或機械振搗力的作用下,能產生流動并均勻密實地充滿模型的性能。反應拌合物的稀稠程度。拌合物太稠,砼難以振搗,易造成內部孔隙;拌合物過稀,會分層離析,影響砼的均勻性。

(2)粘聚性:指砼拌合物內部組分間具有一定的粘聚力,在運輸和澆筑過程中不致發生離析分層現象,而使砼能保持整體均勻的性能。

(3)保水性:指砼拌合物具有一定的保持內部水分的能力,在施工過程中不致產生嚴重的泌水現象。

三者關系:互相關聯,又互相矛盾。

如:流動性很大時,往往粘聚性和保水性差。反之亦然。粘聚性好,一般保水性較好。

因此,所謂的拌合物和易性良好,就是使這三方面的性能,在某種具體條件下得到統一,達到相對均衡良好的狀況。

(二)強度

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。混凝土強度包括抗壓、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。混凝土的抗拉強度僅為其抗壓強度的1/10~1/20。混凝土的抗拉強度只有抗壓強度的1/10~1/20,故在結構設計中,不考慮混凝土承受拉力,而是在混凝土中配以鋼筋,由鋼筋來承受拉力。但確定抗裂度時,須考慮抗拉強度,它是結構設計中確定混凝土抗裂度的主要指標。影響混凝土強度的因素很多,水灰比、水泥品種和用量、集料的品種和用量以及攪拌、成型、養護,都直接影響混凝土的強度。

混凝土按標準抗壓強度(以邊長為150mm的立方體為標準試件,在標準養護條件下養護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。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。

(三)變形

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。混凝土在短期荷載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,應變持續增加的現象為徐變;應變不變,應力持續減少的現象為松弛。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

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。非荷載下的變形,分為混凝土的化學收縮、干濕變形及溫度變形;荷載作用下的變形,分為短期荷載作用下的變形及長期荷載作用下的變形——徐變。

2.應力松弛

加荷使混凝土產生一定變形后,若維持此變形不變,隨著時間的延長,混凝土內的應力將逐漸降低,這種現象稱為應力松弛。應力松弛的原因與徐變相同。

(四)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,特別是在水位變化的工程部位以及在飽水狀態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滲性和耐蝕性。

耐久性是一個綜合性的指標,包括抗滲性、抗凍性、抗腐蝕、抗碳化性、抗磨性、抗堿—骨料反應及混凝土中的鋼筋耐銹蝕等性能。

三、混凝土主要分類

(一)按膠凝材料分類

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。

(二)按表觀密度分類

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定的泡沫制成的。加氣混凝土是由水泥、水與發氣劑制成的。

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。

(三)按使用功能分類

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。

(四)按施工工藝分類

普通現澆混凝土、噴射混凝土、泵送混凝土、自密實混凝土、水下混凝土、真空吸水混凝土、碾壓混凝土、旋噴混凝土等。

(五)按配筋方式分類

素混凝土、鋼筋混凝土、纖維混凝土及預應力混凝土等;

(六)按流動性(稠度)分類

干硬性混凝土、低塑性混凝土、塑性混凝土、流動性混凝土及流態混凝土等。

四、混凝土施工

(一)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、擠壓和真空作業等。摻入某些高效減水劑的流態混凝土,則可不振搗。

(二)養護

養護的目的在于創造適當的溫濕度條件,保證或加速混凝土的正常硬化。不同的養護方法對混凝土性能有不同影響。常用的養護方法有自然養護、蒸汽養護、干濕熱養護、蒸壓養護、電熱養護、紅外線養護和太陽能養護等。養護經歷的時間稱養護周期。為了便于比較,規定測定混凝土性能的試件必須在標準條件下進行養護。中國采用的標準養護條件是:溫度為20±2°C;濕度不低于95%,28天齡期。

五、質量控制

影響混凝土質量的主要因素有:一是原材料質量的波動;二是拌和樓配料的衡量誤差;三是施工工藝的變化。

原材料質量的波動對混凝土質量有很大影響,比如水泥強度波動引起混凝土強度波動;骨料超遜徑、砂子細度模數改變等影響混凝土拌和物的和易性;骨料含水率的變化影響混凝土水膠比,從而引起強度的改變;拌和樓衡量誤差、混凝土生產及施工工藝的改變,均會影響混凝土質量。

因此為了保證混凝土質量,應嚴格對混凝土原材料、配合比、混凝土拌和物和硬化后的混凝土進行控制與檢查。

1、現場混凝土質量檢驗以抗壓強度為主,并以150mm立方體試件的抗壓強度為標準。

2、混凝土試件以機口隨機取樣為主,每組混凝土的3個試件應在同一儲料斗或運輸車箱內的混凝土。澆筑地點試件取樣數量宜為機口取樣數量的10%,并按一定規定確定其強度代表值。

3、為預測混凝土強度,宜采用快速測強法,或進行7d齡期強度試驗。

4、混凝土抗壓強度試件的檢測結果未滿足合格標準要求或對混凝土試件強度的代表性有懷疑時,可從混凝土結構物中鉆取芯樣試件或采用無損檢測方法,按有關標準規定對結構物的強度進行檢測;如仍不符合要求,應對已完成的結構物,按實際條件驗算結構的安全度,根據需要采取必要的補救措施或其它處理措施。

5、混凝土強度除應分期分批進行質量評定外,尚應對每個統計周期內的同一強度標準和同一齡期的混凝土強度進行統計分析,計算混凝土強度平均值(mfcu)、標準差(ζ)、及合格率(Ps)。

6、已建成的混凝土建筑物,應適量地進行鉆孔取芯和壓水試驗。大體積混凝土取芯和壓水試驗可按每萬立方米混凝土鉆孔2m~10m,具體鉆孔取樣部位、檢測項目與壓水試驗的部位、吸水率的評定標準,應根據工程施工的具體情況確定。鋼筋混凝土結構物應以無損檢測為主,在必要時采取鉆孔法檢測混凝土。

六、現代混凝土的發展方向

現代混凝土的發展方向主要有:

1、流態化

從混凝土的工作性來看,100多年來的歷史,經歷了:可鑄性—塑性—干硬性—流動性。這是由于外加劑的發現和泵送設備的發展而走向流動性的。將來可能走向自密實成型。

2、高強化

混凝土發展史的一個主要方面是強度的發展。世界各國混凝土的平均強度,按目前的強度等級表示,20世紀30年代約為C10級,50年代為C20級,60年代上升至C30級,70年代至80年代已提高到C40級。目前,國外高層建筑的受壓結構已應用C60~C70級。我國用離心法生產的高強預應力管樁也達到C80級。我國土木工程師學會已制訂了高強混凝土的設計與施工的指南。

3、新技術

材料結構的復合化。如外加劑、摻和料、聚合物、纖維材料在混凝土中的應用,并在我國已得到推廣。傳統工藝已逐漸為新工藝所代替。如預拌、泵送混凝土,如真空吸水工藝,如高頻振動和離心成型已得到廣泛應用,壓軋成型、填石壓力灌漿成型也將逐步得到推廣。

高層建筑外墻飾面已興起了清水混凝土、彩色混凝土或模型組合圖案飾面等新工藝。給混凝土澆筑工藝提出更嚴格的要求。

4、高性能和減少污染

高性能混凝土是近年提出的新技術。是采用高效外加劑和摻用活性摻和料,使新拌混凝土易于泵送和易于成型;凝結過程能保持體積的穩定性,不出現干縮微裂縫,硬化后達到設計要求的力學性能和各種耐久性指標。同時,摻和料在一定條件下可替代水泥,從而減少水泥生產的污染和提高工業廢料的利用,向綠色混凝土(少污染混凝土)發展。

5、商品混凝土

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,應包括:大流動性混凝土、流態混凝土、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。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。

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[責任編輯 : feng.he]

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