普通混凝土的基本組成材料

2023年12月12日發(作者：養殖戶)

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普通混凝土的基本組成材料：水泥漿（水泥、水）、骨料（砂子、石子）適量的摻合劑和外加劑。

水泥漿

潤滑作用——與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性

膠結作用——包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結硬化，將砂、石骨料膠結成整體，形成固體

骨 料

廉價的填充材料，節省水泥用量

混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展

傳力作用

降低水化熱

提供耐磨性

水

混凝土中的拌和水有兩個作用:

供水泥的水化反應

賦予混凝土的和易性

剩余水留在混凝土的孔（空）隙中

使混凝土中產生孔隙

對防止塑性收縮裂縫與和易性有利

對滲透性、強度和耐久性不利

外加劑

化學外加劑：改善混凝土的性能

緩凝劑 ——使水泥漿凝結硬化速度減慢；

促凝劑 ——使水泥漿凝結硬化速度減慢；

減水劑——減少拌和需水量；

引氣劑——在混凝土中引起封閉氣孔；

礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝土性能

粉煤灰

礦渣

和易性：混凝土拌合物便于施工并能獲得均勻、密實。是混凝土的一種綜合性能，包括：流動性、粘聚性、保水性。

流動性：反映混凝土拌合物在自重或施工機械振搗作用下流動的性能，取決于拌和物的稠度。

粘聚性：反映混凝土拌合物的抗離析、分層的性能。

保水性： 指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。

和易性是一項綜合評價混凝土拌合物施工性能的指標，包括流動性、粘聚性、保水性。

和易性用坍落度或維勃稠度定量指標，輔以粘聚性和保水性的定性觀察，綜合評價。

和易性影響到澆灌后混凝土的均勻密實性，從而影響硬化后混凝土性能。

和易性受下列因素影響：

水泥品種、細度與水泥用量；用水量與水灰比

骨料(顆粒特征、粒徑與級配、砂率等) ；外加劑；溫度與時間

措施： 水泥漿的用量要合理 水灰比 砂率

種類：

? 按照組成有：有機質和無機質外加劑

不得用于商業用途 僅供個人參考

? 有機質——表面活性物質

? 無機質——電解質鹽類化合物

? 按照功能有：

? 改善和易性：減水劑、泵送劑、引氣劑等；

? 調節凝結時間：速凝劑、緩凝劑、早強劑等；

? 減少塑性收縮：減縮劑、膨脹劑等；

? 提高耐久性：引氣劑、阻銹劑、防水劑等；

? 其它：防凍劑、泡沫劑、消泡劑等。

外加劑的作用

改善混凝土拌合物的和易性；

加快或延緩凝結時間；

控制強度增長；

提高抗凍融、熱開裂、堿－骨料膨脹、硫酸鹽侵蝕和鋼筋銹蝕等作用下的耐久性；

? 節約水泥用量，降低成本；

? 減少放熱速度，控制溫升。

? 減水劑——功能上能在和易性不變時，減少單位用水量；或在單位用水量不變時，能改善和易性；或二者都具備又不改變含氣量的外加劑。

? 組成特點：碳氫分子鏈上帶有親水性離子基團的表面活性物質。

? 種類：

? 減水效果

? 普通減水劑(也稱塑化劑)；

? 高效減水劑(也稱超塑化劑)。

? 復合功能

? 早強減水劑；

? 緩凝減水劑；

? 引氣減水劑。

) 減水劑的組成與分子結構特點

? 減水劑都是表面活性劑，分子結構中含有親水的離子基團和憎水基團。

減水劑的物理化學特征

? 可溶于水，能顯著降低水的表面張力；

? 能吸附在固體表面，并在固體表面定向排列，形成表面吸附分子層，降低水－固界面張力。

減水劑的作用效果

通過吸附－分散、濕潤－潤滑等作用，能使水泥漿變稀、混凝土拌和流動性增大，從而，取得下列效果：

? 在保持用水量不變的條件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于澆注、成型密實；

? 在保持坍落度不變的條件下，減少用水量，降低水灰比(水膠比) ，提高混凝土強度和抗滲性；

? 在保持混凝土強度和和易性，在減少用水量的同時減少水泥用量。

? 由于水泥顆粒之間和水泥顆粒與水之間的的相互吸力，導致水泥顆粒在水中分散困難，水泥顆粒容易相互粘聚形成絮凝結構，有10~30%的拌和水被包含在其中，從而不得用于商業用途

?

?

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降低了水泥漿的流動性。

當減水劑加入水泥漿中，減水劑分子吸附在水泥顆粒表面，作定向排列，組成了單分子或多分子吸附層，使水泥漿結構發生了的變化：

? 水泥顆粒表面帶相同電荷，相互間的靜電斥力使水泥顆粒易于分散；

? 減水劑分子鏈上的極性基團使水泥顆粒表面溶劑化層增厚，產生空間位阻，增加了水泥顆粒間的滑動能力，減少了粘滯性，增加潤滑性；

? 水泥顆粒易于濕潤，自動粘聚能力減弱，塑化能力增強。

引氣劑 能在混凝土拌和物中產生許多均勻分布的微小氣泡(孔徑為0.01~2mm)，并在硬化后仍能穩定存在的外加劑。

? 組成特點：帶有憎水基和親水基的表面活性劑

? 物理化學特性：

? 可溶于水；

? 降低水的表面張力；

? 能吸附在氣泡表面，使之穩定。

? 攪拌水可產生氣泡，但很快消失，為什么？

水的表面張力是氣泡不穩定！

? 水中加入引氣劑后

? 水的表面張力降低，在攪拌過程中將空氣引入而產生許多氣泡；

? 通過吸附于氣泡表面形成單分子膜，減小液－氣界面能(表面張力)，使氣泡表面的液膜堅固不易破裂而穩定存在。

? 改善拌和物的和易性，減少用水量5%~9%，改善保水性，減少泌水性；

? 混凝土的抗滲性提高50%，抗凍標號提高3倍；

? 降低混凝土的強度，引入1%的空氣，可使強度下降5~6%；

? 增大變形性，降低彈性模量，提高抗裂性和抗沖擊性。

調節混凝土凝結時間的外加劑

? 早強劑

早強劑能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期強度，而對后期強度無顯著影響的外加劑稱為早強劑。

? 防凍劑

在負溫下使用的早強劑稱為防凍劑或防凍早強劑，它能降低冰點，促使水泥水化放熱反應，達到抵抗冰體膨脹的臨界強度

? 速凝劑

能使水泥混凝土急速凝結硬化(1~5min內初凝，2~10min內終凝)的外加劑。

? 緩凝劑

能延緩水泥混凝土凝結硬化時間，并對后期強度無顯著影響的外加劑

? 早強劑的作用機理 通過同離子效應，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快速結晶沉淀；

? 形成結晶性很好、化學結合水量較大、且有一定膨脹性的不溶性復合鹽水化物晶體，如氯鋁酸鈣、硫鋁酸鈣水化物，降低了孔隙率、加快了水泥漿結構的形成；

? 提高了水泥漿體的堿性，使水泥礦物的水化速度加快，如三乙醇胺；

? 速凝劑的作用機理 使水泥生產時摻入的起調凝作用的石膏分解，從而使C3A迅速水化；

? 速凝劑中的組分與硫酸鈣反應生成能促進水泥水化的化合物；

? 水溶性的鋁酸鹽能迅速促進水泥漿的凝結硬化。

不得用于商業用途 僅供個人參考

? 緩凝劑的作用機理 緩凝劑分子吸附在水泥顆粒表面，屏蔽活性點，阻礙水泥的水化；

? 能產生多元酸根離子吸附在金屬離子上，阻礙水泥水化物的結晶沉淀，從而延緩了水泥漿體結構的形成，使混凝土的凝結時間延緩幾小時。

混凝土強度質量的評定

1)混凝土強度的波動規律

A.算術平均值：fcu = (1/n)?fcu,i

式中：n—試驗組數，( n ≮30)；

fcu,i—第i組試驗值。

B.標準差（σ） ：正態分布曲線上拐點至對稱軸的垂直距離，可用以作為評定混凝土質量均勻性的一種指標。

? = [?(fcu,i－fcu)2/（n－1） ]1/2

混凝土強度的標準差（σ）隨強度等級的提高而增大。

C. 變異系數（Ｃv）作為評定混凝土質量均勻性的指標：

Cv = ? /fcu

Ｃv值愈小，表示混凝土質量愈穩定；Ｃv值大，則表示混凝土質量穩定性差。

混凝土強度保證率（Ｐ）

混凝土的強度保證率P（％）是指混凝土強度總體中，大于等于設計強度等級的概率，在混凝土強度正態分布曲線圖中以陰影面積表示。低于設計強度等級（fcu，ｋ）的強度所出現的概率為不合格率。

混凝土配制強度

在施工中配制混凝土時，如果所配制混凝土的強度平均值（ ）等于設計強度（fcu,ｋ），則由圖5-19可知，這時混凝土強度保證率只有50％。因此，為了保證工程混凝土具有設計所要求的95％強度保證率，在進行混凝土配合比設計時，必須使混凝土的配制強度大于設計強度(fcu,ｋ）。

硬化混凝土的變形性 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：

? 荷載作用下的變形

? 彈性變形

? 非彈性變形

? 非荷載作用下的變形

? 收縮變形

? 膨脹變形

? 復合作用下的變形

? 徐變

? 混凝土配制強度可按下式換算（JGJ55-2000）：

fcu，?0?fcu，k?1.645

fcu,0≥fcu,k +1.645σ

式中fcu,0——混凝土配制強度（MPa） fcu,k——設計的混凝土強度標準值（MPa）

σ ——混凝土強度標準差（MPa）

fcu,k

σ=4.0 C20

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在干燥狀態下，混凝土內部水的損失，而引起干縮變形，它與混凝土的組成、構件幾何尺寸與形狀、環境條件等有關；

在與外界隔絕的條件下，由于水泥水化會引起混凝土內部自干燥，而產生整體的自干縮變形；

骨料和水泥石是彈性體，而混凝土是彈塑性體或粘彈性體，在受壓應力作用，既產生彈性變形，又產生塑性變形；

混凝土的彈性模量不是一個常數，工程應用中，一般用割線彈性模量作為設計依據，其大小取決于水泥石和骨料的彈性模量及其相對含量，以及界面狀況；

在荷載長期作用下，混凝土會發生隨時間增加的變形——徐變，干燥會使徐變增大；

在約束條件下，混凝土發生的各種變形，可引起開裂。

混凝土配合比設計分為四個階段：初步配合比設計、基準配合比設計、實驗室配合比設計、施工配合比設計。

（一）、初步配合比設計

1、確定試配強度 ：

確定初步水灰比(W/C)：

確定用水量(mw0 ) ：混凝土單位用水量參見表5－24和5－25。

計算水泥用量(Co ) ：

mc0＝ mw0 /(W/C)

根據使用環境條件的耐久性要求，查表5－15規定的最小水泥用量。

? 最后取兩值中大者確定為水泥用量。

5、確定砂率（βs)：參見混凝土砂率選用表，表5－26。

? 計算砂石用量(ms0， mg0 ）：（1）、質量法（體積密度法）

? 體積法 假定混凝土拌合物的體積等于各組成材料絕對密實體積及拌合物中所含空氣的體積之和

（二）、基準配合比設計——和易性調整

三）、實驗室配合比設計——強度復核

（四）、施工配合比

(五）摻減水劑的混凝土配合比設計

在基準混凝土配合比的基礎上加以調整，減水劑所占的重量和體積不計。

第八章 建筑鋼材

碳素結構鋼

鋼的牌號：

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根據國標GB700-2006，碳素結構鋼按照屈服強度分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五個牌號，每個牌號又根據硫、磷等雜質含量(沖擊韌性）分為A、B、C、D四個質量等級。

牌號的順序：屈服強度字母Q、屈服強度數值、

質量等級（A、B、C、D）、

脫氧程度符號（F、b、Z、TZ）。

例如：Q235AF，表示屈服強度為235MPa，A級沸騰（F）碳素結構鋼。

2）、鋼牌號與性能的關系

鋼牌號越大，鋼的含碳量增加，強度與硬度增高，塑性和韌性降低，可焊性變差。

3）選用原則：應根據鋼結構的工作條件、荷載類型、連接方式、環境溫度與介質的腐蝕情況等綜合因素選用。

? 8.4.1 冷加工

? 將鋼材在其結晶溫度以下的塑性變形加工稱為冷加工，如在常溫下進行冷拉、冷拔、冷軋等冷加工處理。

? 由于冷塑性變形引起強度增高而塑性和韌性降低的現象稱為加工硬化，或形變硬化。

? 冷加工硬化原理：

鋼材加工至塑性變形后，由于塑性變形區域內的晶粒產生相對滑移，使滑移面下的晶粒破碎，晶格歪扭，構成滑移面的凹凸不平，從而給使用中的變形造成附加阻力，提高了鋼材對外力作用下重新滑移產生的抵抗力。

? 加工硬化的效果：

? 屈服強度提高

? 塑性和韌性降低

? 可焊性變壞

? 硬脆傾向增加等。

時效強化

? 將經過冷加工的鋼筋，在常溫下存放15~20天，或在100~120?C保持一定時間，其強度進一步提高，彈性模量基本恢復，這個過程稱為時效處理。

? 時效強化原理：

由于溶于鐵素體中的過飽和的氮和氧原子，隨著時間的增長慢慢地以Fe4N和FeO從鐵素體中析出，形成滲碳體分布于晶體的滑移面或晶界面上，阻礙晶粒的滑移，增加抵抗塑性變形的能力，從而使鋼材的強度和硬度增加、塑性和沖擊韌性降低。

鋼的分類

按冶煉時脫氧程度分類

? （１）沸騰鋼。煉鋼時僅加入錳鐵進行脫氧，則脫氧不完全。這種鋼水澆入錠模時，會有大量的ＣＯ氣體從鋼水中外逸，引起鋼水呈沸騰狀，故稱沸騰鋼，代號為“Ｆ“。沸騰鋼組織不夠致密，成分不太均勻，硫、磷等雜質偏析較嚴重，故質量較差。但因其成本低、產量高，故被廣泛用于一般建筑工程。

? （２）鎮靜鋼。煉鋼時采用錳鐵、硅鐵和鋁錠等作脫氧劑，脫氧完全，且同時能起去硫作用。這種鋼水鑄錠時能平靜地充滿錠模并冷卻凝固，故稱鎮靜鋼，代號為“Ｚ”。鎮靜鋼雖成本較高，但其組織致密，成分均勻，性能穩定，故質量好。適用于預應力混凝土等重要的結構工程。

? （３）半鎮靜鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮靜鋼之間，為質量較好的鋼，其代號為“ｂ”。

? （４）特殊鎮靜鋼。比鎮靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，故其質量最好，適用于不得用于商業用途 僅供個人參考

特別重要的結構工程，代號為“TZ”。

. 按化學成分分類

（１）碳素鋼。碳素鋼的化學成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵一碳合金。其含碳量為0.02％～2.06％。此外尚含有極少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。碳素鋼按含碳量又可分為：

? 低碳鋼（含碳量小于0.25％）、

? 中碳鋼（含碳量為0.25％～0.60％）

? 高碳鋼（含碳量大于0.60％）

（２）合金鋼。是指在煉鋼過程中，有意識地加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種。常用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量的不同，合金鋼可分為

? 低合金鋼（合金元素總含量小于５％）

? 中合金鋼（合金元素總含量為５％～10％）

? 高合金鋼（合金元素總含量大于10％）。

? 3. 按有害雜質含量分類

按鋼中有害雜質磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，鋼材可分為以下四類：

（１）普通鋼。磷含量不大于0.045％；硫含量不大 于0.050%。

（２）優質鋼。 磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。

（３）高級優質鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.025%。

（４）特級優質鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。

? 4、按用途分類

（1）結構鋼：低碳鋼或中碳鋼。

（2）工具鋼：高碳鋼。

（3）特殊鋼：合金鋼。

土木工程中，使用的

主要鋼種：碳素結構鋼；

優質碳素結構鋼

低合金結構鋼；

常用鋼材：鋼結構用型鋼

鋼筋混凝土結構用鋼筋與鋼絲。

8.3.1 力學性質

鋼材的力學性能，即是指鋼材在外力（載荷）作用時表現出來的性能，包括：強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。

1 強 度

鋼材抵抗變形或斷裂的能力稱為其強度，鋼材的強度用拉伸試驗測定。

強度指標根據其變形特點分下列幾個：

? 彈性極限（σe） 表示鋼材保持彈性變形, 不產生塑性變形的最大應力, 是彈性零件的設計依據。

? 屈服強度（

σs） 表示鋼材開始發生明顯塑性變形的抗力，是鋼結構設計的依據。

? 條件屈服強度?0.2

對于屈服現象不明顯的硬鋼，則規定以產生殘余變形為0.2%時的應力。

? 極限強度 (抗拉強度σb

) 表示金屬受拉時所能承受的最大應力。

疲勞強度

? 在交變應力（動荷載）作用下，雖然鋼構件所承受的應力低于材料的屈服點，但不得用于商業用途 僅供個人參考

經過較長時間的工作而產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程，稱為疲勞破壞。

? 材料承受的交變應力(σ )與材料斷裂前承受交變應力的循環次數(N)之間的關系可用疲勞曲線來表示。

? 鋼材承受的交變應力越大, 則斷裂時應力循環次數N越少。當應力低于一定值時, 試樣可以經受無限次周期循環而不破壞, 此應力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強度) 。

塑 性

鋼材在荷載作用下斷裂前產生永久變形的能力稱為鋼材的塑性, 用伸長率和斷面收縮率來表示。

? 伸長率（δ） 在拉伸試驗中, 試樣拉斷后, 標距的伸長與原始標距的百分比稱為伸長率。? = [（L1—L0）/ L0] ×100%

? 斷面收縮率（ψ） 試樣拉斷后, 縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。

? = [（A0—A1）/ A0] ×100%

? 伸長率和斷面收縮率的值越大，鋼材的塑性越大

沖擊韌性

? 鋼材抵抗沖擊（動）荷載作用的能力，稱為沖擊韌性，采用夏比V形缺口試件，用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定。

? 測得試樣沖擊吸收功,用符號 α（用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積 A,

kJ) 表示。即得到材料的沖擊韌度 ak。

? ak

（J/m2)值越大,表示沖斷時吸收的功越多，鋼材的沖擊韌性越好。

? 隨溫度降低，鋼材由韌性斷裂轉變為脆性斷裂，使沖擊值降低的現象稱為冷脆性，與之對應的溫度稱為冷脆轉變溫度。

4硬度

鋼材抵抗另一硬物體壓入其內的能力叫硬度，即受壓時抵抗局部塑性變形的能力。有布氏法（HB）和洛氏法（HR）兩種方法測定。

1 冷彎性能

1）、定義：常溫下鋼材能承受較大的彎曲變形而不破壞的能力，衡量鋼材的冷塑性變形能力,檢驗鋼材缺陷的重要指標。

2）、評價指標：用不同彎曲角度?和不同彎心半徑d相對于鋼材厚度a的比值（d/a）表示；

3）、試驗方法：按一定的?角與d/a值進行冷彎，試件彎曲處的外拱面及兩個側面不出現裂縫和起層現象為合格。

2 焊接性能

焊接：把兩塊金屬局部加熱并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態，從而使之牢固地聯接起來。

2）可焊性：鋼材在焊接后，焊頭聯結的牢固程度和硬脆傾向大小的性能；

3）測量：將焊接的鋼材試件進行拉伸試驗，要求斷裂處不在焊接點上。

4）影響因素：

化學成分（含碳量、S、P和氣體雜質）；

冶煉質量（鎮靜鋼）

冷加工等。

? 如硫產生熱脆性，使焊縫處產生硬脆及熱裂紋。又如，含碳量超過0.3％，可焊性顯著下降等。

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鋼的晶體組織與化學成分

1 鋼的晶體組織

? 純鐵在不同溫度下有不同的晶體結構：

? 鋼中碳原子與鐵原子的基本結合形式：

? 固溶體：一種元素溶于另一種元素中形成固體溶液

? 化合物：二種以上元素形成新的化合物，如Fe3Ｃ

? 機械混合物——固溶體和化合物的混合物

晶體組織對剛材性能的影響

鋼的化學成分對鋼材性質的影響

（1）、碳

決定鋼材性能的最主要元素。當鋼中含碳量在0.8％以下時，隨著含碳量增加，鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性下降；當含碳量大于1％時，含碳量增加，強度反而下降；含碳量過高還會增加鋼的冷脆性和時效敏感性，降低抗大氣腐蝕性和可焊性。

（2） 有益元素

? 1）硅（Si） 鋼筋鋼中加入的主要合金元素，含量在1％以內時，大部分溶于鐵素體中，能提高鋼材的強度，對鋼材的塑性、韌性影響不大。

? 2）錳 （Mn） 低合金鋼中加入的主要合金元素，含量在1％以內時，大部分溶于鐵素體中，能提高鋼材的強度，對鋼材的塑性、韌性影響不大。還可以起到脫硫脫氧作用，改善鋼材的熱加工性能。錳含量較高時，將顯著降低鋼的可焊性。當錳含量為11％－14％時，稱為高錳鋼，高錳鋼具有較高的耐磨性。

（3）有害雜質

? 1）硫（S） 硫在鋼材中以FeS形式存在，是低熔點化合物，高溫下在鋼材內部產生裂紋，大大降低了可焊性和熱加工性。

? 2）磷（P） 磷是非常有害元素之一。冷脆性顯著增加，可焊性顯著降低。但鋼材的強度、硬度提高。

? 3）氧（O）、氮（N）、氫（H） 氧、氮和氫能部分溶于鐵素體中，以化合物形式存在，降低鋼材的韌性和可焊性。

不得用于商業用途 僅供個人參考

僅供個人用于學習、研究；不得用于商業用途。

For personal u only in study and rearch; not for commercial u.

Nur für den pers?nlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.

Pour l 'étude et la recherche uniquement à des fins personnelles; pas à des fins commerciales.

только для людей, которые используются для обучения, исследований и не должны

использоваться в коммерческих целях.

以下無正文

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