混凝土基础知识简介

一、混凝土的发展过程

在所有现代建筑材料中，可以说砼是最古老、用量最大、用途最广的材料之一。无论是超高层的摩天大楼，或是深层的地下建筑；从陆地到江河、海洋，从几千度的高温工程到零下170度低温工程，从几千万立方的大坝到几克的特种材料都有混凝土的应用。随着科学技术的不断发展和混凝土在性能及制造工艺方面诸多优点，混凝土不仅被广泛应用于工业与民用建筑，还大量用于铁路、公路、桥梁、隧道及各种水下、海洋及其它特殊工程，成为现代土木工程不可缺少的工程材料。各国专家都预计在新的世纪及以后更远的年代，混凝土都仍然是各种工程的主要建筑材料，并将沿着轻质、高强、多功能方面发展。在本世纪里，混凝土用量将更大，也有人预测全世界混凝土每年的消耗量将达到150—170亿吨。

其实，在几千年前，我国人民就开始用砂、土、石灰和石子建造了闻名于世的万里长城。罗马人在很早也曾使用石灰、砂土和石子配制成砼，建造了万神庙、斗兽场的巨大墙体，这些都是石灰类砼。它的强度一般都不高。直到1824年波特兰水泥的出现，使混凝土的强度及其它性能有了很大程度的提高，因而使混凝土的应用有了飞跃性的发展。1850年法国人朗波发明用钢筋加强混凝土，并首次制成钢筋混凝土船，由于钢筋混凝土克服了素混凝土抗拉强度低的缺点，因而它的出现使混凝土的应用又出现新的飞跃。从此，混凝土在现代工程中的应用日益扩大。在1913年在美国首先发明用回转窑烧制页岩陶粒轻集料，较好的解决混凝土自重大的缺点，使砼向轻质发展迈出可喜的一步。目前使用的有些轻质混凝土每个立方仅有五、六百公斤，比水还轻。到了1928年法国人佛列西涅发明了预应力钢筋混凝土施工工艺，又为进一步提高的抗拉强度和抗裂性能，在钢筋混凝土在大跨度桥梁及高层建筑等现代化土木工程中的应用开辟了一条新的途径，因而被誉为混凝土发展史上的第三次飞跃。到了1960年前后各种混凝土外加剂不断涌现，特别是减水剂、塑化剂大量应用，相继出现了泵送混凝土、高强混凝土等新品种，到上个世纪90年代在一些国家又开始推出一种高性能混凝土。

二、砼的组成

平常我们所说的混凝土，一般是指以水泥为胶结料配制而成的一种复合材料，即水泥、水及砂、石、另外有时会掺入适当的掺合料（如粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、沸石粉等）和外加剂配制而成的复合材料。在这类混凝土中水泥与水起胶凝料作用，砂、石集料起骨架填充作用。水泥与水反应后形成坚固的水泥石，将砂、石料颗粒牢固地粘结成整体，对混凝土的性能起决定性的作用，但由于集料占据混凝土中的大部分体积（大约占砼总体积的70%左右），因此，集料的质量对水泥混凝土的性能也有很大的影响。

三、普通混凝土的定义

普通混凝土：是指由水泥、粗细集料加水拌和经水化硬化而成的一种人造石。

和易性：是指混凝土拌和物易于操作施工（拌和、运输、浇灌、捣实），并能获得质量均匀、成型密实的性能。包括：流动性、粘聚性、保水性。

流动性：上指混凝土拌和物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并能均匀密实地填满模板的性能。

粘聚性：是指混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。

保水性：是指混凝土拌和物在施工过程中，具有一定保水能力，不致产生严重的泌水现象。

（一）和易性测定 1、坍落度测定

坍落度：混凝土自重将会产生坍落现象，由坍落度筒顶到坍落的拌和物顶部的距离称为坍落度。坍落度愈大表示拌和物的流动性愈大。

2、维勃稠度

对于干硬性混凝土拌和物（坍落度值小于10mm）采用维勃稠度仪测定。

（二）影响拌和物和易性的主要因素

1、水泥浆的数量；2、水泥浆的稠度；3、砂率；4、水泥品种和集料性质；5、外加剂；6、时间和温度。

四、混凝土的特点

混凝土作为一种被广泛使用的建筑材料，它与其它材料相比具有许多优点，归纳起来有以下几个方面：

1.可根据不同工程的要求，只要选用好的原材料和适宜的配合比很容易配制各种不同性能的混凝土；

2.混凝土拌合物在凝结前具有良好的可塑性，可以利用各种形式的模板浇制成各种形状和尺寸的构件或结构物；

3.混凝土拌合物硬化后抗压强度高，与钢筋又具有良好的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；4.混凝土的耐久性良好，能满足一般承重结构材料的要求；

5.其组成材料中的砂石水等地方材料约占80%以上，它们所需成本较低，因此混凝土同其它材料相比，价格较低，容易就地取材；

6.施工、制造工艺比较简单，不需要特别熟练的操作工；

7.它的抗压强度比较高，耐久性，耐火性比较好，结构件建成后的维修费用低。

正是由于砼有这些优点，混凝土才被广泛应用在各种建筑工程中。但普通混凝土尚有些不足需采取特殊材料给予改性，大家都知道混凝土的抗拉、抗折强度都很低，是一种脆性材料，这就需要发展钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、钢纤维混凝土、玻纤维混凝土来弥补这个缺点。其次就是混凝土具有干缩湿胀的特点，容易产生收缩裂缝，因此，需要研究补偿收缩性混凝土、膨胀混凝土、自应力混凝土、纤维增强及掺用降低收缩的外加剂等，以改善它的抗裂性。另外，混凝土的自重较大，这对于重力坝和海洋结构物是一个优点，对于结构混凝土则是一个缺点。需要采用轻集料等措施来减轻它的重量。由于混凝土需要一定的硬化时间，所以施工工期较长，采用快硬、早强水泥和其它措施可以加速混凝土的硬化加快施工进度。

五、"海螺牌"水泥的混凝土配比简介

P.Ⅱ52.5R水泥配制常见等级普通砼参考配合比

砼等级 水泥 水 细骨料 粗骨料

C35 每立方砼材料量(kg) 327 190 675 1200

50kg水泥对应材料量 50 29 103 183

混凝土配合比 1 0.58 2.06 3.67

C40 每立方砼材料量(kg) 355 185 630 1220

50kg水泥对应材料量 50 26 88 172

混凝土配合比 1 0.52 1.77 3.44

C45 每立方砼材料量(kg) 395 185 600 1220

50kg水泥对应材料量 50 23.5 76 155

混凝土配合比 1 0.47 1.52 3.09

C50 每立方砼材料量(kg) 430 185 580 1230

50kg水泥对应材料量 50 21.5 67.5 143

混凝土配合比 1 0.43 1.35 2.86

C60 每立方砼材料量(kg) 486 180 530 1240

50kg水泥对应材料量 50 18.5 54.5 128

混凝土配合比 1 0.37 1.09 2.55

备注：以上所介绍的参考配合比所用砂石骨料技术指标必须能满足相应标准规范要求，所用材料用量均为饱和面干状态时用量，在实际施工时必须扣除骨料中水分，同时，骨料密度不同，颗粒级配、形状及粒径不同均要相应调整砂石用量，另外，混凝土和易性要求不同、是否掺入掺合料或外加剂等，混凝土配合比都要作相应改变，最后该品种水泥只要配比适当可配制强度更高、性能更优的高强高性能混凝土。

六、混凝土外加剂的历史与发展

1、历史回顾

混凝土外加剂作为产品在混凝土中应用的历史大约有60-70年。但追溯到古代，其实人类早已知道在建筑用胶凝材料中使用一些添加剂。有学者考证在罗马斗兽场建筑中已知道了在火山灰等凝胶材料中使用一些牛血、牛油、牛奶来改善使用性能。而我国古代有史料记载在秦始皇修建万里长城时，也曾以粘土、石灰等作为凝胶材料，糯米汁、猪血、豆腐汁等用以增加其粘力，这也算是外加剂吧。可查证的资料也记载在1885年欧洲人已经知道在混凝土中掺入硬化调节剂；如石灰、石膏。而19世纪末使用氯化钙曾风靡一时，至今也还在使用。到1895年已经用增水剂和塑化剂，掺入道路铺设的混凝土中，有效地改善了混凝土的耐用久性。 正式的工业产品始见于1910年，到30年代在美国开发北美洲时，混凝土路面由于严寒气候的除冰而很快受到破坏，为提高路面混凝土质量而使用了“文沙树脂”来提高混凝土的耐久性。真正的科研产品当算1935年美国Master Builder的E.W.Scxiptrt研究制造成功的以纸浆废液中木质磺酸盐为主要成分的“普浊里”减水剂（Pozzolitn）。于1937年美国颁布了历史上第一个减水剂的专利。1954年制定了第一批混凝土外加剂检验标准。

我国正式使用混凝土外加剂是20世纪50年代，当时由前苏联专家将松香皂化物引气剂引入国内。在天津塘沽新洪、武汉长江大桥及佛子岭水库应用，取得了一定的效果。以后又使用过以亚硫酸盐法造纸的纸浆废液、制糖工业废蜜为原料的混凝土塑化剂，同时氯化钙、氯化钠、三乙酸胺等早强剂使用也很多。随后由于有些工程使用不当曾出现过工程质量问题，再加上众所周知的原因，直到70年代初中国混凝土外加剂还未形成正式产品。

2、国外混凝土的发展概况

国外混凝土外加剂技术也是在最近的40～50年代才迅速地发展起来的。20世纪50年代还只有普通减水剂，当时主要是美国的“普浊里”，后来日本引进了“普浊里”并加以改进和发展，使“普浊里”得到了广泛应用。40年代中期开发出了羟基羧酸盐类减水剂。

前苏联是外加剂研究和使用较早的国家，从20世纪30年代起就开始在混凝土中应用表面活性剂的实验，中国的木质磺酸盐减水剂即是从前苏联的亚硫酸盐纸浆废液减水剂“CCB”引进的。由于前苏联地处寒冷地区，他们在早强剂，尤其是防冻剂的研究应用上，都处于领先地位，研制应用已有40多年历史。例如1985年前苏联使用了35万吨外加剂，其中早强防冻剂即占24万吨。所使用的品种也多，有无机盐也有有机物。主要品种有氯化钠、氯化钙、碳酸钾、亚硝酸钠、尿素、亚硝酸钙以及这些盐类的复合物。并对早强防冻剂的工程应用做了详细的规定（应用规范）。

进入了20世纪60年代以后是混凝土外加剂发展最具历史意义的时期。当时由于要求混凝土具有更高的强度和更大的流动度，而普通减水剂如木质磺酸盐及文沙树脂等引气剂已不能满足要求。于是1962年日本花王石碱公司的服部健一首先研制成功了萘系减水剂，即麦地高效减水剂。其后1964年前西德又研制成功了以磺化三聚氰胺甲醛树脂为主要万分的另一类高效减水剂“Melment”（梅尔门特）。这类减水剂减水 15%以上，并且不引气，适于配制高强大流动度混凝土，很快得到各国的公认。这种减水剂在美国叫做High-ragewater-redncing agent(高度减水)，英国、澳大利亚、加拿大等国称为Superplasticizer（超塑化剂）和Fluifier（流化剂），德国使用了Superverflussigar（超流化剂）或Fliessmittel（流化剂）等名称）。这两面种减水剂在国际超塑化剂会议上得到过金质奖章。

随后前苏联建工部托拉斯伏尔加河岸地区建设总局又制造出一种新超塑化剂“Anuaccah”，由含硫酸盐的丙烯酸盐废料加工而成。这种塑化剂能够生产复杂结构的密筋构件，与未掺塑化剂的混凝土相比，能够用较低标号的水泥获得高强混凝土；新拌混凝土可以作长短距离运输。在混凝土中掺入0.75%超塑化剂，保证拌合物不分层，能把振动时间缩短1/2-1/3或者不用振动；混凝土拌合物的流动度可提高5倍，而不降低强度；抗渗性可提高2-3个标号；减少拌合用水量，保证拌合物和易性，混凝土强度可提高1-2个等级；能缩短蒸汽养护时间2-3h，其混凝土的抗冻性指标比未掺的提高40%；可提高构件生产率40%-50%,水泥用量减少10%-20%。1985年开始大量用于构件生产。