商品混凝土基础知识培训资料.docx

一）预拌混凝土的定义及强度等级
常识：“混凝土”可简写为“砼”。预拌混凝土（也称商品混凝土）是指由水泥、骨料、水以及根据需要掺入外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例在搅拌站经计量、拌制后出售的并采用运输车，在规定时间内运至使用地点的拌合物，预拌混凝土属于半成品。混凝土等级划分是按混凝土的28天立方体抗压强度标准值分为若干个等级，即强度等级。表示为符号C（“C”为混凝土的英文名称的第一个字母）与立方体抗压强度标准值（以MPa计）表示，普通混凝土划分为C10、C 15、C 20、C 25、C 30、C 35、C 40、C 45、C 50、C 55、C 60、C70、C80、C100等。
（二）商品混凝土的组成材料
混凝土与其他商品一样，其性能是受原材料的影响，只有控制好混凝土原材料的质量、合理利用原材料才能获得性能优良、成本低廉的混凝土。
（1）水泥
水泥是混凝土中最重要原材料之一，也是决定混凝土性能的重要部分。水泥的品种很多，有硅酸盐水泥（P.Ⅰ、P.Ⅱ）、普通硅酸盐水泥(P.O)、矿渣硅酸盐水泥(P.S)、火山灰硅酸盐水泥(P.P)、粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)、复合硅酸盐水泥（P.C）、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等等。它们主要存在着两个方面的差别：一是水泥熟料矿物组成的差别。例如：硅酸盐水泥，熟料中以硅酸盐矿物为主；硫铝酸盐水泥，熟料中则以无水硫铝酸钙矿物为主二是混合材料品种和掺量的差别。例如普通硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥的基础上掺入少量的活性或非活性混合材，其掺量为6%~15%；矿渣硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥的基础上掺入一定量的矿渣，其掺量为20%~70%；粉煤灰硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥的基础上掺入一定量的粉煤灰，其掺量为20%~40%。由于组分上的不同，水泥的性能上也不同。不同品种的水泥等级等级划分也不同，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R，P.O 分为42.5、42.5R、52.5、52.5R， P.S 、P.F 、P.P 、P.C分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R R”是表示早强型的意思，数字是表示该水泥28天强度不低于该数字的强度值。水泥的保存期为3个月，超过这个期限的水泥要通过试验确定其是否合格后才使用。
（2）掺合料
掺合料在混凝土中的应用已经经历了半个多世纪，并成为混凝土中不可缺少的一个组分。掺合料的种类很多，其组分和性能有很大的差异。目前常用的掺合料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉、沸石粉。
1.粉煤灰：是一种工业废料，是由燃煤热电厂烟道中收集的一种粉状材料，由于煤种的差异，以及燃烧条件和收集工艺不同，粉煤灰的组成和性能变化很大。在其他的条件相同的情况下，不同的收集工艺对粉煤灰的质量影响很大，一般来说，风选的粉煤灰质量较好，球磨的粉煤灰质量较差。粉煤灰分为三个等级：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级，Ⅰ级粉煤灰质量最好。Ⅰ级粉煤灰细度要求不超过12%、需水量不超过95%、烧失量不超过5%，Ⅱ级粉煤灰细度要求不超过30%，需水量不超过105%、烧失量不超过8%，Ⅲ级粉煤灰细度要求不超过45%、需水量不超过115%、烧失量不超过15%。粉煤灰在混凝土的作用主要有三种：形态效应、活性效应、微骨料效应。形态效应：粉煤灰是粒径很小的珠状颗粒，表面圆滑，所以它的形态效应可以归结为填充作用（粒径小，填充水泥空隙是混凝土更密实）、表面作用（粒径小，比表面积大，需水大，是负面作用）、润滑作用（粒径小，球状颗粒起润滑作用。球磨磨细的粉煤灰珠状颗粒被打破，润滑作用就降低）。活性效应：是指混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应。通常是指火山灰反应。活性效应体现在两个方面：一是粉煤灰自身的火山灰反应能力；二是对水泥熟料矿物水化过程的促进作用，粉煤灰的火山灰反应要吸收水泥熟料反应生成的Ca（OH）2 （氢氧化钙），,加速了水泥熟料的反应，提高混凝土的后期强度的发展。微骨料效应：由于粉煤灰微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的骨料一样。浆体硬化后就可以看做“微混凝土”。粉煤灰的玻璃微珠本身强度高，在浆体中分散状态良好，所以能增强硬化浆体的结构强度，提高混凝土的强度。
2.磨细矿渣粉（简称：矿粉）：是指在高炉炼铁过程中排出的浮于铁水表面的非金属矿物熔渣通过水淬急速冷却后形成的高炉矿渣，然后通过粉磨得到的一种粉状物料。磨细矿渣的化学组分和水泥较接近，活性较高。等级划分为S75、S95、S105， “S95”是表示该矿粉28d活性指数(也可称为抗压强度比)要达到95%。活性越高越好，当然也越贵。矿粉在混凝土中的作用主要是活性效应。
3.硅粉：是铁合金厂在冶炼硅铁合金或金属硅时通过收尘装置在烟道收集的极细的粉末。硅粉的化学组成主要是SiO2（二氧化硅），它的颗粒主要为非晶态的球形颗粒、表面光滑、粒径非常小、容重小、活性非常高，价格也非常贵，一般在C80以上的高等级混凝土中采用。
4.沸石粉：是由天然沸石经过机械粉磨而成。一般为多孔的多棱角颗粒，需水量较大，掺入沸石粉后混凝土较粘稠。是地方资源性材料使用较少。
（3）骨料
骨料分为粗骨料又叫石子、细骨料又叫砂子。砂子分为天然砂、人工砂，天然砂又分为河砂、海砂、山砂，人工砂分为机制砂、混合砂；按砂的粗细分为细砂、中砂、粗砂。石子分为碎石、卵石；按粒径的连续性分为单粒径、连续粒径；按粒径大小分为5～16、5～20、5～25、5～31.5（也称1～3石子）等等。
1.级配：是指骨料中各粒径颗粒的分布情况。通常说的级配不好就是指骨料的粒径分布较窄，单粒径的骨料较多。这种骨料对混凝土的影响很大，如：和易性不好、泵送性差、石子偏多、强度偏低、用水量大。
2.颗粒形状与表面状态颗粒形状分为球形或蛋形、棱角形、片状、针状。颗粒形状对堆积密度的影响比较大，一般来说，颗粒越接近球形，堆积密度越大，球形颗粒含量越多，堆积密度也越大。堆积密度越大，骨料的空隙率就越小，混凝土就越密实，强度就越高，混凝土的水泥用量就越可以减少降低。表面状态是指骨料颗粒表面的粗燥程度和孔的特征。一般来说，表面粗燥的骨料与硬化水泥石有较好的机械咬合力，但摩擦阻力大，影响混凝土的流动性。
3.含泥量：是指骨料中粒径小于0.075mm的尘屑、淤泥和粘土的含量。含泥量越大混凝土的用水量就越大，强度就越低，干缩就越大，抗渗性能就差、抗冻融性能也差。国家标准要求：用于拌制C60~C30混凝土用砂，含泥量必须小于3%，石子含泥量必须小于1% 。
（4）外加剂
外加剂是一种在混凝土搅拌之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。外加剂是现代混凝土的重要组分，可以说现代混凝土的技术进步几乎都与外加剂的应用有着密切的关系。高效减水剂的出现，推动了高强混凝土的发展，也使得混凝土现实了泵送化、自密实化；引气剂的使用大大提高了混凝土的抗冻耐久性；膨胀剂在混凝土结构的防裂中发挥了较大的作用；防冻剂的使用使北方地区的冬季施工成为可能，大大延长了可施工期。外加剂的种类繁多，性能各异，按其主要使用功能分类分为四类：
1.改善混凝土拌合物流变性能的外加剂：减水剂（坍落度相同的情况下减少拌合用水量）、泵送剂（兼有减水、缓凝、引气的作用）等；
2.调节凝结时间、硬化性能的外加剂：缓凝剂（延长混凝土的凝结时间的外加剂）、促凝剂（缩短凝结时间）、速凝剂（使混凝土快速凝结如喷射混凝土）等；
3.改善混凝土耐久性的外加剂：引气剂（引入大量微小气泡，提高抗冻性）、防水剂（提高混凝土的抗水渗透的性能）、阻锈剂、和矿物外加剂等；
4.改善混凝土其他性能的外加剂：膨胀剂（使混凝土膨胀）、防冻剂（降低水的冰点，在负温下促进混凝土的强度增长，提高混凝土抗冻融性能）、着色剂（制备具有彩色混凝土的外加剂）。
（5）水：混凝土中一般使用自来水或者洁净的地下水，一些含有脂肪、油、糖、酸类、盐类等工业废水、污水都不能用来拌和混凝土，含有杂质、泥浆等不干净的水也不能用于拌和混凝土。
（三）混凝土的性能
混凝土原材料加水拌和后形成混凝土拌和物，这一拌和物具有一定的流动性、黏聚性和可塑性。随着时间的推移，胶凝材料的水化反应不断进行，水化产物不断增加，形成凝聚结构。此时混凝土开始凝结硬化，逐步失去流动性和可塑性，最终形成具有一定强度的水泥石。凝结硬化以前的混凝土拌和物通常称为新拌混凝土，凝结硬化后的混凝土则称为硬化混凝土。
（1）新拌混凝土的流动性

是指新拌混凝土在一定的外力（重力、振捣力）作用下克服自身的内摩擦力而做的功。通俗的说就是在一定外力作用下新拌混凝土能流多远，是否减轻工人的劳动强度。测定流动性的方法很多，最常用的有坍落度（扩展度）试验法、维勃稠度试验法、密实因数试验法等等。而我们在实际操作中用得最多的坍落度试验法。坍落度是用坍落度筒来测定的，坍落度筒尺寸是上口直径100mm，下口直径200mm，高300mm。试验时将新拌混凝土分三层装入筒内，每层用捣棒从边缘往中心螺旋式插捣25次，插捣时捣棒要插至上一层新拌混凝土的表面。三层装完后，抹平筒口，将筒体垂直提起，新拌混凝土锥体在重力作用下坍落，测量锥体坍落的高度，即为坍落度值，测量锥体坍落后两垂直方向的直径平均值，即为扩展度。一般情况下坍落度值越大，扩展度值越大，表示新拌混凝土的流动性好，三者之间一般情况下成正比例关系比如180mm坍落度的新拌混凝土肯定比140mm坍落度的混凝土流动性好，当然坍落度有一个极限值，普通混凝土的坍落度一般不超过240mm。
1.影响新拌混凝土流动性的因素：新拌混凝土的流动性取决于各组分的特性及其相对的含量特别是水的作用。混凝土的各组分的作用是相互关联的。
A、用水量对流动性的影响：混凝土中的用水量是流动性的最主要的影响因素之一。用水量与流动性成正比例关系，用水量越大，流动性越大。
B、砂率对流动性的影响：砂率是指细骨料含量占骨料总量的百分数。砂率对新拌混凝土流动性影响较大，砂率存在一个最佳砂率，砂率过大或过小，混凝土的流动性都不好，当达到最佳砂率时混凝土的流动性最好。

C、组成材料特性对流动性的影响：水泥的需水量、骨料的级配、颗粒形状、最大粒径、表面状态、掺合料的需水量、细度、适应性、外加剂的减水率、适应性、引气剂的质量等等。都会对流动性产生影响
2.新拌混凝土的坍落度损失：新拌混凝土的流动性随着时间而变化，这是混凝土水化硬化的必然过程。由于在通常情况下用坍落度评定商品混凝土的流动性，因此，也常用坍落度损失来表征商品混凝土流动性的依时性变化。混凝土的坍落度损失是商品混凝土使用过程中经常遇到的一个问题。造成混凝土坍落度损失的原因有：
A、外加剂与胶凝材料不适应；
B、胶凝材料水化速度较快；
C、骨料吸水率较大；
D、气温过高，水分的蒸发；
E、气泡的逃逸。
（2）硬化混凝土的抗压强度
影响混凝土的抗压强度的主要因素有：
1.水胶比：是指单方混凝土的用水量与胶凝材料用量的比值。水胶比越大，孔隙越大，强度越低。
2.水泥强度与用量：水泥的强度越高，混凝土的强度越高；水泥用量越高，混凝土强度越高。
3.掺合料：掺合料用量越大，混凝土的相对强度越低；掺合料的活性越低，强度越低；掺合料的需水量越大，强度越低。
4.骨料的最大粒径：在其他条件一定的情况下，骨料的最大粒径越大，强度越低，在高等级的混凝土中这种影响较大，中等等级混凝土不太明显，低标号混凝土反而是粒径越大，强度越高。
5.龄期：龄期越长，强度越高。
6.温度与湿度：温度湿度越高，强度越高。
7.砂率：砂率越大，混凝土强度越低。
（3）硬化混凝土的耐久性
1.抗渗透性：是指混凝土抵抗水的渗透能力。抗渗等级一般分为P6、P8、P10、P12，“P8”是指混凝土能抵抗0.8MPa压力下水的渗透。老标准是以符号“S”来表示，其意义与新标准的“P”相同。
2.抗冻性：是指混凝土抵抗冻融破坏的能力。在寒冷地区，特别是在与水接触的部位，混凝土常常被冻坏。这是由于混凝土中的水分受冻结冰后体积膨胀，是混凝土内部受到很大的压力作用，如果反复受到冰冻融化作用，混凝土最终将遭到破坏。混凝土抗冻融等级一般分为：F15、F25、F50、F100、F150、F200，“F100”是指混凝土能抵抗100次的冻融循环作用。
3.抗化学腐蚀性能：是指混凝土抵抗化学物质（硫酸、盐酸）侵蚀的能力。
4.耐高温性能：是指混凝土在高温下，强度降低时抵抗破坏的能力。