1、混凝土知识/编制人：杨柳 2011年4月/为什么要学习混凝土知识/第一章 混凝土的分类及介绍 第二章 普通混凝土的组成 第三章 新拌混凝土的性能 第四章 影响混凝土可泵性的因素 第五章 高性能混凝土/目 录/第一章 混凝土的分类及介绍/混凝土作为泵送设备的工作对象，其质量和配合比直接影响着泵送工作效率和泵送性能，所以混凝土泵送设备的使用者必须对混凝土的基本知识有所了解，包括混凝土组成材料的成份、配合比、品质及制备质量要求等/一、 混凝土的分类/混凝土是由胶结料和骨料组成的混合物，通过搅拌、浇筑成形和养护硬化而成。通常胶结料有水泥、石膏、沥青、聚合物等材料；骨料有砂、石子等材料。混凝土的种类很多
2、，分类方法也很多，例举分类如下/按胶凝材料的品种分类 通常根据主要胶凝材料的品种，并以其名称命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等等。 有时也以加入的特种改性材料命名，如水泥混凝土中掺入钢纤维时，称为钢纤维混凝土；水泥混凝土中掺大量粉煤灰时则称为粉煤灰混凝土等等/按使用功能和特性分类 按使用部位、功能和特性通常可分为：结构混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土、补偿收缩混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、高强混凝土、高性能混凝土等等/按坍落度的大小分类 根据坍落度的大小，可将混凝土
3、拌合物分为/ 1、大流动性泥凝土(坍落度大于或等于) 2、流动性混凝土(坍落度为) 3、塑性混凝土(坍落度为) 4、低塑性混凝土(坍落度为/按是否凝固分类 根据是否已经凝固，混凝土分为已经凝固混凝土和尚未凝固混凝土。 已凝固混凝土的特性包含内容较多，通常用抗压强度来评判其质量标准；例：C40混凝土表示凝固后其抗压强度为 40 MPa （N/mm2）；已凝固混凝土的特性对施工来说尤为重要/对于泵送设备来说，则要求未凝固混凝土既可泵送，又不破坏凝固后混凝土的特性。 并非所有尚未凝固混凝土均可以泵送。一般在满足凝固后混凝土的特性的基础上，应尽可能提高可泵送性能/普通混凝土是指以水泥为胶凝材料，砂子和
4、石子为骨料，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”，即水泥混凝土，是目前工程上最大量使用的混凝土品种。“混凝土”一词通常可简作“砼”。 普通混凝土：一般来讲，普通混凝土是指区别于以下几种特殊混凝土而用于一般建筑工程、市政等方面的混凝土/二、 普通混凝土介绍/抗渗砼(抗渗等级P6)。用于工程基础、水利、特种工程等/ 抗冻砼(抗冻等级F50)。用于耐低温环境砼/ 高强砼(C50)。用于***建筑/ 高性能砼(耐振/耐久)。用于客运专线、高铁梁厂、隧道、无渣轨道基础等项目/从砼级配 角度来讲，普通混凝土一般指***配混凝土。 砼级配是按照粗骨料级配中最大骨料粒径来划分的。以三峡工程划
5、分分类为例： ***配 小：中40：60 ***配 小：中：大25：25：50 四级配 小：中：大：特大20：20：30：30 其中，通常小骨料粒径 520mm/ 中骨料2040mm/ 大骨料4080mm/ 特大80120mm/普通混凝土的基本组成一般是由水泥、砂、石料、水、外加剂等组成。 混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。 要做到合理选择原材料，首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求/第二章 普通混凝土的组成/一、 水泥 1、水泥品种的选择 水泥是一种磨得很细的材料，按其组成成份可分为硅酸盐水泥、粉煤
6、灰水泥、矿碴水泥、火山灰水泥及复合水泥等。 通常制造混凝土采用最多的水硬性水泥是硅酸盐水泥。 水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定/2、水泥强度等级的选择 水泥强度等级的选择原则： 混凝土设计强度等级越高，则水泥强度等级也宜越高； 设计强度等级低，则水泥强度等级也相应低/水泥用量过多或过少 水泥用量过多（低强水泥配制高强度混凝土）： 成本增加、混凝土收缩增大，对耐久性不利。 水泥用量过少（高强水泥配制低强度混凝土）： 混凝土的粘聚性变差，不易获得均匀密实的混凝土，严重影响混凝土的耐久性/二 、骨料 骨料是粒状材料，如砂、石料等，一般分为细骨料和粗骨料等。粗骨料是指骨料
7、粒径大于5mm（4 号筛）的材料。细骨料是指骨料粒径小于5mm 而大于0/075mm（200 号筛）的材料。 在混凝土中一般以砂子为细骨料（粒径在0/165mm 之间），石子为粗骨料（粒径大于5mm）。粗细骨料的总含量约占混凝土总体积的7080/1、细骨料 细骨料（即砂）分天然砂和人工砂。 天然砂又可分为河砂、山砂和海砂； 人工砂（也称机制砂）是将碎石继续破碎而成。 细骨料按细度分可分为粗砂、中砂、细砂和特细砂。其中中砂可泵性最好/2、粗骨料 颗粒粒径大于5mm的骨料为粗骨料。混凝土工程中常用的有碎石和卵石两大类。 碎石为岩石（有时采用大块卵石，称为碎卵石）经破碎、筛分而得；卵石多为自然形成的
8、河卵石经筛分而得/粗集料形状对混凝土拌合物泵送性能的影响： 一般表面光滑的圆形或近似圆形的粗集料比尖锐扁平的要好，原因为后者单位体积的表面积比前者大，也就需要更多的砂浆去包裹其表面。为此，针片状颗粒含量多和石子级配不好时，输送管道转弯处的管壁往往易磨损，且针片状颗粒一旦横在输送管中，易造成输送管堵塞/3、轻集料 从世界范围来看， 目前轻集料（含有孔隙）的应用日趋扩大，尤其在***建筑中应用更有其优越性。 但轻集料混凝土拌合物的泵送，要比普通集料的混凝土困难得多/轻集料的空隙率较大，约为50%左右，尤其是人工轻集料，其孔隙类似***球状气泡，吸水速度慢，一天的吸水率大多小于10%。但它又具有压力吸水
9、的特性，即在泵送压力作用下要增加吸水量，使拌合水渗入集料的空隙内，引起混凝土的坍落度明显下降，随之使混凝土拌合物的泵送性能明显变坏，易产生阻塞。而在压力消失后，这些水又会再放出来，影响混凝土凝结后的质量。因此尽管混凝土拌合物在泵送前后没有吸水差，但在通过输送管时，却发生相当数量的吸水和放水/过去在相当长的一段时期内，感到轻集料混凝土拌合物难以泵送，原因就在于未完全掌握其压力吸水的特性。 为此，对泵送的轻集料混凝土的轻集料，要进行预湿，预湿水量一般不小于15一20%，否则易引起输送管阻塞。日本建筑学会规定，预湿水量为轻集料24h吸水量的1/5倍。 我国轻集料混凝土泵送施工尚不多，但过去泵送过炉渣
10、混凝土，由于对炉渣进行预湿，使其充分吸水，泵送效果大为改善/三、 拌合用水 水是混凝土拌合中重要的材料，它参与水泥的水化反应，对混凝土的质量有影响。 根据混凝土拌合用水标准（JGJ6389）的规定，凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制各种混凝土。海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有饰面要求的素混凝土，更不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土/四、 混合材料 所谓混凝土的混合材料，是除去水、水泥、粗细集料四种主要材料之外，在搅拌时所加入的其他材料。混合材一般分为外加剂和掺合料两大类。 用于泵送混凝土的外加剂，主要有减水剂和引气剂两类，个别情况下，如对于大体积混凝土，为防止产生收缩裂缝有时掺入适量的膨胀剂/
11、减水剂是指掺入混凝土拌合物以后，能够在保持混凝土工作性能相同的情况下，显著地降低混凝土水灰比的外加剂。由于水灰比的降低，混凝土硬化后的各种性能(强度、耐久性、抗渗)等，亦能得到改善。 国内在泵送混凝土施工中，应用较多的减水剂为木质素磺酸钙/引气剂是一种表面活性剂，掺入后能在混凝土中引进直径约0/O5的微细气泡。这些气泡均匀地分布，在砂粒周围附着时，起到“滚珠”的作用，使混凝土拌合物的流动性显著增加。而且也能降低混凝土拌合物的泌水性及水泥浆的离析现象，这对泵送混凝土是有利的/掺合料最常用者为粉煤灰，它是一种具有活性的水硬性材料。能够与水泥水化析出的氢氧化钙相互作用，形成较强且较稳定的胶结物质。
12、粉煤灰是一种表面圆滑的微细颗粒，掺入混凝土拌合物后，使流动性显著增加，且能减少混凝土拌合物的泌水和干缩程度，是很好的掺合料。 对于大体积混凝土结构，掺加一定量的粉煤灰，还可以降低水泥的水化热，有利于裂缝的控制/根据我国大量工程实践证明，在泵送混凝土中同时掺加外加剂和粉煤灰(简称“双掺”)，对提高混凝土拌合物的可泵性十分有利，同时还可节约水泥，已经在一定程度上推广/第三章 新拌混凝土的性能 一、 混凝土的和易性 新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。 通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示/流动性是指混凝土拌合物在本身
13、自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。 粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层离析的现象。 保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象/通常情况下，混凝土拌合物的流动性越大，则保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之间存在一定矛盾。 和易性良好的混凝土是指既具有满足施工要求的流动性，又具有良好的粘聚性和保水性/1）单位用水量 单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大。但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，易产生泌水分层离析，从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。
14、在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定，单位水泥用量增减50100kg/m3，混凝土的流动性基本保持不变，这一规律称为固定用水量定则/1、 影响和易性的主要因素/混凝土固定用水量定则对普通混凝土的配合比设计带来极大便利，即可通过固定用水量保证混凝土坍落度的同时，调整水泥用量，即调整水灰比，来满足强度和耐久性要求/2）浆骨比 浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性；在混凝土凝结硬化以后，主要赋予粘结强度。在水灰比一定的前提下，浆骨比越大，即水泥浆量越大，混凝土流动性越大。通过调整浆骨比大小，既可以满足流动性要求，又能保证良好的粘聚性和保水性/3）水灰
15、比 水灰比即水用量与水泥用量之比（W/C） 。在水泥用量和骨料用量不变的情况下，水灰比增大，相当于单位用水量增大，水泥浆很稀，拌合物流动性也随之增大，反之亦然。 用水量增大带来的负面影响是严重降低混凝土的保水性，增大泌水，同时使粘聚性也下降。 水灰比不宜太小，否则因流动性过低影响混凝土振捣密实，易产生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性的重要保证/4）砂率 砂率是指砂子占砂石总重量的百分率，一般控制在38%45%之间 。 5）水泥品种及细度 水泥品种不同时，达到相同流动性的需水量也不同，从而影响混凝土流动性。另一方面，不同水泥品种对水的吸附作用往往不等，从而影响混凝土的
16、保水性和粘聚性。 同品种水泥越细，流动性越差，但粘聚性和保水性越好/6）骨料的品种和粗细程度 卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流动性较好，但粘聚性和保水性则相对较差。 河砂与山砂的差异与上述相似。 对级配符合要求的砂石料，粗骨料粒径越大，砂子的细度模数越大，则流动性越大，但粘聚性和保水性有所下降，特别是砂的粗细，在砂率不变的情况下，影响更加显著/7）外加剂 改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂。它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，并具有良好的粘聚性和保水性。 8）时间、气候条件 随着水泥水化和水分蒸发，混凝土的流动性将随着时间的延长而下降。气温高、湿度小
17、、风速大将加速流动性的损失/二、 混凝土的凝结时间 混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间有相似之处，但由于骨料的掺入，水灰比的变动及外加剂的应用，又存在一定的差异。水灰比增大，凝结时间延长；早强剂、速凝剂使凝结时间缩短；缓凝剂则使凝结时间大大延长。 混凝土的凝结时间分初凝和终凝/初凝指混凝土加水至失去塑性所经历的时间，亦即表示施工操作的时间极限； 终凝指混凝土加水到产生强度所经历时间。初凝时间希望适当长，以便于施工操作；终凝与初凝的时间差则越短越好。 混凝土凝结时间的测定通常采用贯入阻力法。影响混凝土实际凝结时间的因素主要有水灰比、水泥品种、水泥细度、外加剂、掺合料和气候条件等等/三、 混凝土和易
18、性的测量 目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。在工地和试验室，通常是用坍落度试验测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性/第四章 影响混凝土可泵性的因素 泵送混凝土是指混凝土泵推动混凝土拌合物沿输送管进行输送和浇筑。 泵送混凝土应满足的要求： 1)满足设计规定的强度、耐久性等要求； 2)满足管道输送对混凝土拌合物的要求，即要求混凝土拌合物有较好的可泵性。 可泵性是指混凝土拌合物具有能顺利通过管道、摩擦阻力小、不离析、不堵塞和粘塑性良好的性能/影响混凝土可泵送性的因素 可泵送混凝土的决定因素是合适的配合比。 合适的配合比包括三大要素： 水泥含量、混凝土的稠度、骨料级
19、配。 三大要素往往相互交叉起作用。 理想的混凝土可由不同配比组成/ 粗骨料的空隙由中骨料填冲，它们之间空隙由小骨料和细骨料填充，余留的空隙由粘合剂填充并结合成一个整体。 在泵送过程中，混凝土形成柱塞状流体（宾汉姆体Bingham/a)牛顿液体/b)宾哈姆体/一般流体和宾哈姆体流动速度区别/一、水泥对可泵性的影响 水泥在泵送过程中的作用 水泥的作用有两方面，一是胶结作用，使混凝土中的骨料始终保持悬浮状况，泵送过程中维持固相物质被液相物质包裹的状态；二是润滑作用，使混凝土同泵的机械部分、输送管道及混凝土内部的磨擦阻力减小而具有良好的流动性/水泥品种 水泥应具有良好的保水性能，使混凝土在泵送过程中不
20、易泌水。普通硅酸盐水泥、火山灰水泥的保水性较好，而矿渣水泥的保水性差，用粉煤灰水泥，混凝土流动性好，但早期泌水性较大。因此，采用后两种水泥时，需加大水泥用量，并采用较低的混凝土坍落度，且尽可能地连续泵送，以防止混凝土出现离析和泌水现象/水泥用量 水泥用量一般也存在一个最佳值。若水泥用量不足，将严重影响泵的吸入性能，同时使泵送阻力明显增加，并且混凝土保水性很差，容易泌水、离析和发生堵管；若水泥用量过大，则会使混凝土粘性过大，增大泵送阻力/4)混凝土外加剂 混凝土的配合比是影响泵送性能的关键因素，较严格的骨料级配，较高的水泥用量意味着泵送混凝土成本的提高，但提高水灰比和含砂率又会影响混凝土强度。一
21、个比较经济而有效的办法是采用外加剂来改善混凝土的可泵性。外加剂的种类很多，其中能改善混凝土可泵性的外加剂有加气剂、早强减水剂、超塑化剂、缓凝剂及泵送剂/二、混凝土的稠度（坍落度） 所谓混凝土的稠度就是我们通常所说的干和稀，工程用语为混凝土坍落度。 混凝土坍落度决定了未凝固混凝土的使用性和变形能力。它主要取决于混凝土中的水泥量、骨料成分、细料的比例、用水量等，但主要影响因素是混凝土的水灰比/1）坍落度与泵送压力的关系 混凝土坍落度的大小反映其流动性能好坏，因此混凝土的输送阻力随着坍落度的增加而减小。换言之，坍落度越小，泵送压力越大/2）普通泵送混凝土的坍落度范围 根据经验可知，可泵送混凝土坍落度
22、范围为623 cm/ 一般控制在 818 cm /***和长距离泵送一般控制在15cm 左右。（坍落度过小，阻力增加，易堵管，泵送压力高；坍落度过大，混凝土易离析也易堵管。/三、骨料的级配 （1）细骨料 混凝土拌合物所以能在输送管中顺利流动，是由于砂浆润滑管壁和粗集料悬浮在砂浆中的缘故。因而要求细集料有良好的级配。 细骨料的品质和质量 河砂作为细骨料可泵性最好，人工砂表面粗糙，可泵性较差，但其保水性较好/细骨料的粒度要求( 细骨料最佳级配曲线) 细骨料可分为粗砂、中砂、细砂三类，其中中砂可泵性最好；使用细砂， 需要增加混凝土中水泥和水用量，加速泵机磨损；用粗砂容易产生离析，导致管道堵塞/图4-1
23、 细骨料最佳级配曲线/我国现行“混凝土泵送施工技术规程”提供的细集料最佳级配下图所示。图中粗线为最佳级配线，两条虚线之间区域为适宜泵送区。我国的规程亦规定，通过0/315筛孔的砂，其数量不应少于15/细骨料的用量 在泵送混凝土中，细骨料的用量同粗骨料的空隙率有很大关系，水泥砂浆必须充满粗骨料的间隙，这样不容易离析。如果含砂率偏低，空隙要由水泥来填充，这样必须增大水泥的用量，且混凝土易泌水和离析；如果含砂率过大，则水泥砂浆的流动性大大降低，泵送阻力显著增加/注意：含砂率最小应不低于40，否则泵送困难/2）、粗骨料 粗骨料的品种和质量 泵送混凝土可以采用卵石、碎石或卵石和碎石混合骨料。卵石骨料混凝
24、土的可泵送性最好，混合骨料次之，碎石稍差。 碎石中针片状骨料含量过大泵送性能差，一般针片状碎石含量控制在5%以内。另外，孔隙率较大的碎石（如火山石、多孔骨料）泵送性也差，在泵送过程中，泌水较严重，容易出现堵管现象/粗骨料的颗粒级配 泵送混凝土粗骨料级配以最小空隙为原则，较小的空隙才能以较小的水泥及砂用量获得较好的可泵性。混凝土的可泵性对粗骨料级配间断或不均匀的反应十分敏感，特别是在大高度长距离泵送时，粗骨料的级配至关重要，多加水泥和多加水都是无用的，因此，不要误认为粗骨料粒径越小越好，也不要误认为小粒径骨料越多越好，最重要的是粗骨料的合理级配/级配不合理(阻力大/级配合理(阻力小/第五章高性能
25、混凝土/近年来/作为现代城市建设显著特征的***、超***建筑不断涌现，同时由于人们对建筑耐久性的要求不断提升，这就使高强高性能混凝土的应用日益广泛起来。而高强高性能混凝土的超高泵送，正逐渐成为混凝土泵送领域中一个必须面对和克服的难题/阿联酋迪拜塔/广州西塔建成效果图/在建的广州西塔/一、概念 1、高性能混凝土（HPC） 我国著名的混凝土科学家、中国工程院院士吴中伟教授对高性能混凝土的定义为/高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土/是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土/是以耐久性作为设计的主要指标/针对不同用途的要求/有重点对耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经
26、济性予以重点保证/2、高强度混凝土（HSC） 一般来说，高强度混凝土（HSC）指28d 抗压强度超过50MPa的混凝土。 我国通常使用的混凝土强度等级为C20至C40。而且大量使用的是C20和C30。但在城市里建设垂直城市（大厦）、大跨度的桥梁和栈桥、海洋深处建筑物等需要C60 C80 及更高强度的混凝土/高性能混凝土(HPC)的特性为满足强度、工作性、耐久性三项基本要求，并应根据工程的特殊要求，具有某种特殊性能。 高强混凝土是以强度的大小来表征或确定其何谓普通混凝土、高强混凝土与超高强混凝土/而且其强度指标会随着混凝土技术的进步而不断有所变化和提高。 因此高性能混凝土应包括高强度混凝土，但高
27、性能混凝土并不一定必须是高强度混凝土/3、高性能混凝土与高强混凝土的关系/二、 高性能混凝土的特点及泵送 1、高性能混凝土的特点 与普通混凝土相比，高性能混凝土（HPC）强度 高、耐久性好；粗骨料粒一般较小；单 位体积的水泥用量较多，在施工中产生水化热较 大，混凝土温度较高；随着混凝土强度等级的增 加，单位用水量也逐渐较少（水胶比一般0/2- 0/35）/含砂率降低，为提高混凝土的和易性， 减少其终凝后的收缩徐变，以消除裂缝的产生， 通常采用添加外加剂的方法/高性能混凝土的单位用水量一般很低，在150以下，其流动性的产生主要依靠高效减水剂的强吸附分散作用，致使混凝土拌合物的粘性极大。 资料显示，水灰比为0/385时/粘着力为0/01MPa，水灰比为0/28时/粘着力为0/04MPa，系前者的4倍/2、高性能混凝土的泵送 （1）新拌高性能混凝土的塑性粘度 高性能混凝土（HPC）与普通混凝土（NSC）相比，水灰比低，粘性大。特别是W/C0/30的HPC，