土木工程材料土木工程材料 (10).pdf

第第6章章 混凝土混凝土 6.1 概述概述 “混凝土”一词源于拉丁语，原意为“共同生长”。混凝土是由胶凝材料，粗骨料、细骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材，是当代最主要的土木工程材料之一。普通混凝土的基本组成材料是胶凝材料、粗骨料、细骨料和水所组成。胶凝材料包括硅酸盐系列的水泥和粉煤灰、矿粉等辅助性胶凝材料。为改善混凝土的各种性能，混凝土中还含有不同种类的外加剂。普通混凝土中，粗、细骨料约占总体积的 70%，水泥石约占 30%。水泥石中，水泥和水约占大约 10%和 15%，还有大约 5%的气孔。最早混凝土用水泥可以追溯到古时代埃及人使用不纯的烧石膏（CaSO4）供作建筑工程的粘结材料。石灰应用于建筑方面则开始于希腊和罗马时代，是将石灰矿石烧成石灰后，掺砂及水拌和使用，这就是所谓混凝土的起源。罗马人发现利用火山灰与石灰混合使用，可产生较高强度，且在水中相当耐久，因此罗马人利用这种建材在公元一世纪所建造的沟渠及桥梁至今仍保留的相当完好。混凝土是现代土木工程中应用最广、用量最大、随处可见的土木工程材料，在房屋建筑、道路、桥梁、地铁、井巷、水利和港口等工程中，都离不开混凝土。混凝土的品种很多，性能和应用也不尽相同，通常可进行如下分类：按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、石灰混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等。按干表观密度分为重混凝土，其干表观密度大于32600mkg，采用重骨料和水泥配制而成，主要用于防辐射工程；普通混凝土，其干表观密度为 195032500mkg，一般多在32400mkg左右，其骨料采用天然砂、石，是目前最为普遍、用量最多的混凝土，主要用作承重结构材料；轻混凝土，其干表观密度小于31950mkg，是采用轻骨料或引入气孔配制成的混凝土，又有轻骨料混凝土、大孔混凝土和多孔混凝土之分，多用作保温结构、承重兼保温结构材料。按抗压强度大小可分为：低强混凝土，强度等级在 C25 及以下；中强混凝土，强度等级为 C30C55；高强混凝土，强度等级为 C60C100；超高强混凝土，强度等级在 C100 及以上。按施工工艺可分为泵送混凝土、商品混凝土、喷射混凝土、自密实混凝土和压力灌浆混凝土等。普通混凝土中各组成材料发挥不同的作用。水泥浆在混凝土中包裹在粗、细骨料表面并填充骨料间的空隙，在未硬化的混凝土中起到润滑作用，赋予新拌混凝土拌和物一定的和易性，便于混凝土施工和质量保证。在硬化后的混凝土中，硬化水泥浆体（水泥石）起胶结作用，将混凝土粗细骨料胶结成整体，赋予混凝土强度并形成坚硬的人造石材。混凝土中的粗、细骨料在混凝土中起到骨架的作用，也称为集料。集料在混凝土中所占比例大，且不参与水泥水化，通常弹性模量比水泥石大很多，因此作为骨架的集料使得混凝土比单纯的硬化水泥浆体具有更高的体积稳定性，减小了硬化水泥浆体的体积收缩。此外，粗、细集料的价格比水泥低很多，也可以降低混凝土的成本。普通混凝土作为土木工程建设中使用最广泛的材料，与其他主要土木工程材料相比，具有如下优点。原材料来源丰富、价格低廉、可就地取材，可充分利用工业废弃物；生产工艺简单，结构建成维护费用较低。混凝土抗压强度较高，且可根据需求配制不同强度等级的混凝土；与钢筋有较高的黏结力，且线膨胀系数基本相同，能够共同工作，取长补短。混凝土凝结前有良好的可塑性，利于施工成型，可利用模板浇筑成各种形状及尺寸的构件或结构物。在自然环境中使用时，具有良好的耐久性。在高温或火灾中，能够较长时间保持强度，与钢结构相比具有很大优势。根据不同工程需要，通过采用新材料、新配方或施工方法可以配制出不同性质的混凝土，满足工程的多重要求。普通混凝土也存在一些缺点，在一定程度上限制了混凝土的应用。素混凝土的抗拉强度远远不及其抗压强度，属于脆性材料，变形能力差，易产生裂缝，受拉时易产生脆性破坏；在冲击荷载作用下很容易发生脆断。用于钢筋混凝土、纤维混凝土和预应力混凝土，相关性能有所改善。自重大、比强度低。不利于用于高层、大跨度结构物和构筑物。水泥混凝土容易发生各种形式的收缩变形，产生内部缺陷和收缩开裂，影响结构耐久性。导热系数较大，不利于保温隔热。但是轻集料混凝土、多孔混凝土则具备较好的保温隔热性能。混凝土浇筑后需要较长时间的养护才能达到预期强度，不利于加快施工进度和结构修补施工后尽快恢复交通。混凝土施工中的搅拌、浇筑和振捣等环节影响到混凝土的均匀密实，混凝土施工后的养护是水泥水化和混凝土强度形成的保障，施工质量的好坏严重影响混凝土硬化后的强度和耐久性能。