混凝土,簡(jiǎn)稱(chēng)為“砼(tóng)”:是指由膠凝材料將集料膠結成整體的工程復合材料的統稱(chēng)。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料,砂、石作集料;與水(可含外加劑和摻合料)按一定比例配合,經(jīng)攪拌而得的水泥混凝土,也稱(chēng)普通混凝土,它廣泛應用于土木工程。
混凝土主要有以下幾項性能:
和易性
混凝土拌合物重要的性能。主要包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性三個(gè)方面。它綜合表示拌合物的稠度、流動(dòng)性、可塑性、抗分層離析泌水的性能及易抹面性等。測定和表示拌合物和易性的方法和指標很多,中國主要采用截錐坍落筒測定的坍落度(毫米)及用維勃儀測定的維勃時(shí)間(秒),作為稠度的主要指標。
強度
混凝土硬化后的重要的力學(xué)性能,是指混凝土抵抗壓、拉、彎、剪等應力的能力。水灰比、水泥品種和用量、集料的品種和用量以及攪拌、成型、養護,都直接影響混凝土的強度?;炷涟礃藴士箟簭姸?以邊長(cháng)為150mm的立方體為標準試件,在標準養護條件下養護28天,按照標準試驗方法測得的具有95%率的立方體抗壓強度)劃分的強度等級,稱(chēng)為標號,分為C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100共19個(gè)等級?;炷恋目估瓘姸葍H為其抗壓強度的1/10~1/20。提高混凝土抗拉、抗壓強度的比值是混凝土改性的重要方面。
變形
混凝土在荷載或溫濕度作用下會(huì )產(chǎn)生變形,主要包括彈性變形、塑性變形、收縮和溫度變形等?;炷猎诙唐诤奢d作用下的彈性變形主要用彈性模量表示。在長(cháng)期荷載作用下,應力不變,應變持續增加的現象為徐變,應變不變,應力持續減少的現象為松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因產(chǎn)生的體積變形,稱(chēng)為收縮。
硬化混凝土的變形來(lái)自?xún)煞矫妫涵h(huán)境因素(溫、濕度變化)和外加荷載因素,因此有:
1).荷載作用下的變形
1.彈性變形
2.非彈性變形
2).非荷載作用下的變形
1.收縮變形(干縮、自收縮)
2.膨脹變形(濕脹)
3).復合作用下的變形
1.徐變
耐久性
混凝土在使用過(guò)程中抵抗各種破壞因素作用的能力?;炷聊途眯缘暮脡?,決定混凝土工程的壽命。它是混凝土的一個(gè)重要性能,因此長(cháng)期以來(lái)受到人們的高度重視。
在一般情況下,混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地區,特別是在水位變化的工程部位以及在飽水狀態(tài)下受到頻繁的凍融交替作用時(shí),混凝土易于損壞。為此對混凝土要有一定的抗凍性要求。用于不透水的工程時(shí),要求混凝土具有良好的抗滲性和耐蝕性??節B性 、抗凍性 、抗侵蝕性 為混凝土耐久性。
影響混凝土耐久性的破壞作用主要有6種:
冰凍-融解循環(huán)作用:是常見(jiàn)的破壞作用,以致有時(shí)人們用抗凍性來(lái)代表混凝土的耐久性。凍融循環(huán)在混凝土中產(chǎn)生內應力,促使裂縫發(fā)展、結構疏松,直至表層剝落或整體崩潰。
環(huán)境水的作用:包括淡水的浸溶作用、含鹽水和酸性水的侵蝕作用等。其中硫酸鹽、氯鹽、鎂鹽和酸類(lèi)溶液在一定條件下可產(chǎn)生劇烈的腐蝕作用,導致混凝土的迅速破壞。環(huán)境水作用的破壞過(guò)程可概括成為兩種變化:一是減少組分,即混凝土中的某些組分直接溶解或經(jīng)過(guò)分解后溶解;二是增加組分,即溶液中的某些物質(zhì)進(jìn)入混凝土中產(chǎn)生化學(xué)、物理或物理化學(xué)變化,生成新的產(chǎn)物。上述組分的增減導致混凝土體積的不穩定。
風(fēng)化作用:包括干濕、冷熱的循環(huán)作用。在溫度、濕度變幅大、變化快的地區以及兼有其他破壞因素(例如鹽、堿、海水、凍融等)作用時(shí),常能加速混凝土的崩潰。
中性化作用:在空氣中的某些酸性氣體,如Cl2、H2S和CO2在適當溫、濕度條件下使混凝土中液相的堿度降低,引起某些組分的分解,并使體積發(fā)生變化。
鋼筋銹蝕作用:在鋼筋混凝土中,鋼筋因電化學(xué)作用生銹,體積增加,脹壞混凝土保護層,結果又加速了鋼筋的銹蝕,這種惡性循環(huán)使鋼筋與混凝土同時(shí)受到嚴重的破壞,成為毀壞鋼筋混凝土結構的一個(gè)主要原因。
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堿-集料反應:常見(jiàn)的是水泥或水中的(堿分Na2O、K2O) 和某些活性集料(如蛋白石、燧石、安山巖、方石英)中的SiO2起反應,在界面區生成堿的硅酸鹽凝膠,使體積膨脹,后能使整個(gè)混凝土建筑物崩解。這種反應又名堿-硅酸反應。此外還有堿-硅酸鹽反應與堿-碳酸鹽反應。
此外,有人將抵抗磨損、氣蝕、沖擊以至高溫等作用的能力也納入耐久性的范圍。
上述各種破壞作用還常因其具有循環(huán)交替和共存疊加而加劇。前者導致混凝土材料的疲勞;后者則使破壞過(guò)程加劇并復雜化而難于防治。
要提高混凝土的耐久性,從抵抗力和作用力兩個(gè)方面入手。增加抵抗力就能抑制或延緩作用力的破壞。因此提高混凝土的強度和密實(shí)性常常有利于耐久性的改善,其中密實(shí)性尤為重要,因為孔縫常是破壞因素進(jìn)入混凝土內部的途徑,所以混凝土的抗滲性和抗凍性密切相關(guān)。另一方面通過(guò)改善環(huán)境以削弱作用力,也能提高混凝土的耐久性。此外,還可采用外加劑(例如引氣劑之對于抗凍性等),謹慎選擇水泥和集料,摻加聚合物,使用涂層材料等,來(lái)有效地改善混凝土的耐久性,延長(cháng)混凝土工程的安全使用期。
耐久性是一項長(cháng)期性能,而破壞過(guò)程又十分復雜。因此,要較準確地進(jìn)行測試及評價(jià),還存在著(zhù)不少困難。只是采用快速模擬試驗,對在一個(gè)或少數幾個(gè)破壞因素作用下的一種或幾種性能變化,進(jìn)行對比并加以測試的方法還不夠理想,評價(jià)標準也不統一,對于破壞機理及相似規律更缺少深入的研究,因此到目前為止,混凝土的耐久性還難于預測。除了試驗室快速試驗以外,進(jìn)行長(cháng)期暴露試驗和工程實(shí)物的觀(guān)測,從而積累長(cháng)期數據,將有助于耐久性的正確評定。
組成材料與結構
普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、細骨料(砂)、外加劑和水拌合,經(jīng)硬化而成的一種人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用,并抑制水泥的收縮;水泥和水形成水泥漿,包裹在粗細骨料表面并填充骨料間的空隙。水泥漿體在硬化前起潤滑作用,使混凝土拌合物具有良好工作性能,硬化后將骨料膠結在一起,形成堅強的整體。
主要技術(shù)性質(zhì)
混凝土的性質(zhì)包括混凝土拌合物的和易性、混凝土強度、變形及耐久性等。
和易性又稱(chēng)工作性,是指混凝土拌合物在一定的施工條件下,便于各種施工工序的操作,以獲得均勻密實(shí)的混凝土的性能。和易性是一項綜合技術(shù)指標,包括流動(dòng)性(稠度)、粘聚性和保水性三個(gè)主要方面。
強度是混凝土硬化后的主要力學(xué)性能,反映混凝土抵抗荷載的量化能力?;炷翉姸劝箟?、抗拉、抗剪、抗彎、抗折及握裹強度。其中以抗壓強度大,抗拉強度小。
混凝土的變形包括非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形。非荷載作用下的變形有化學(xué)收縮、干濕變形及溫度變形等。水泥用量過(guò)多,在混凝土的內部易產(chǎn)生化學(xué)收縮而引起微細裂縫。
混凝土耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素作用,長(cháng)期保持強度和外觀(guān)完整性的能力。包括混凝土的抗凍性、抗滲性、抗蝕性及抗碳化能力等。
保持混凝土塌落度在一定時(shí)間內不損失或損失小
因各種水泥的性質(zhì)不同,所以沒(méi)有一種適應各種水泥而效果都好的保坍劑。一般需要針對所用水泥摻加各種緩凝劑做試驗,以找出合適的一種。
是指混凝土在施工過(guò)程中,一定時(shí)間內混凝土的坍落度保持在一定范圍內,而不發(fā)生減小的性質(zhì),主要是針對外加劑而言。
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