1、緒 論一、定義與分類(lèi) 定義混凝土是指由膠凝材料（無(wú)機(jī)膠凝材料、有機(jī)或復(fù)合膠凝材料）、水、集料，必要時(shí)還有化學(xué)外加劑和礦物摻合料等組分按一定比例合理配料，經(jīng)成型、硬化后制成的人造石材。 分類(lèi)混凝土因其成分不同，性能各異，可分成很多不同的種類(lèi)。1. 按膠凝材料的不同劃分 混凝土按膠凝材料的不同，可分為三類(lèi)： 無(wú)機(jī)膠凝材料混凝土。有水泥混凝土、石膏混凝土和水玻璃混凝土等。 有機(jī)膠凝材料混凝土。有瀝青混凝土、聚合物膠凝混凝土等。 有機(jī)與無(wú)機(jī)復(fù)合膠凝材料混凝土。有聚合物水泥混凝土和聚合物浸漬混凝土。2. 按混凝土的密度劃分 混凝土按密度劃分，可分為四類(lèi)： 特重混凝土。密度大于2700kgm3的混凝土。

2、普通混凝土。密度為19002500 kgm3的混凝土。 輕混凝土。密度為10001900 kgm3的混凝土。 特輕混凝土。密度小于1000 kgm3的混凝土。如加氣混凝土、泡沫混凝土屬于這類(lèi)特輕混凝土。3. 按使用的功能劃分 混凝土按使用功能一般可分為結(jié)構(gòu)混凝土、耐酸堿混凝土、耐熱混凝土、防水泥凝土、海洋混凝土以及水工混凝土等。4. 按配筋情況劃分 混凝土按配筋情況一般可分為無(wú)筋混凝土(又稱(chēng)素混凝土)、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、勁性鋼筋混凝土、纖維混凝土以及鋼絲網(wǎng)水泥等。5. 按施工工藝劃分 混凝土按施工工藝一般可分為普通澆筑混凝土、泵送混凝土、噴射混凝土及離心成型混凝土等。6. 按流動(dòng)性

3、劃分 混凝土按其流動(dòng)性般可分為塑性混凝土、干硬性混凝土、半干硬性混凝土、流動(dòng)性混凝土以及大流動(dòng)性混凝土等。二、 組成成分雖然用于制造混凝土的材料的成分和性質(zhì)在后面章節(jié)中將要討論，在現(xiàn)階段給混凝土的主要組成成分作出定義是有用的。集料：是粒狀材料，如砂、卵石、碎石或化鐵高爐礦渣，與膠凝介質(zhì)共同形成水硬水泥混凝土或砂漿。粗集料指集料粒徑小于50mm而大于4.75mm（4號(hào)篩），細(xì)集料指集料粒徑小于4.75mm而大于75um（200號(hào)篩）。卵石為巖石自然分裂和磨損或?qū)⒄辰Y(jié)不牢的礫石進(jìn)行加工而得的粗集料。砂通常指巖石自然分裂和磨損或?qū)⒋嘈缘纳皫r加工而得的細(xì)集料。碎石是將巖石、巨礫或大的鵝卵石進(jìn)行工業(yè)破碎

4、而得的粗集料?；F高爐礦渣是煉鐵工業(yè)的一種副產(chǎn)品，是將在大氣條件下固化的高爐礦渣破碎而得的材料。砂漿是砂、水泥和水的混合物，實(shí)質(zhì)上是沒(méi)有粗集料的混凝土。灌漿是膠凝材料和集料（常為細(xì)集料）的混合物，加進(jìn)足夠的水經(jīng)調(diào)拌后所得的、一種成分不會(huì)離析的稠度適于澆注的漿體。噴射混凝土是指以壓縮空氣通過(guò)軟管輸送并以高速?lài)娚涞奖砻嫔系纳皾{或混凝土。水泥:本身不是粘合料，但水化后產(chǎn)生了粘合性質(zhì)，即具有水硬性，通常為波特蘭水泥（即硅酸鹽水泥）外加劑：可定義為集料、水泥和水之外的材料，是在攪拌即將開(kāi)始或在攪拌過(guò)程中加進(jìn)混凝土配料中的材料?，F(xiàn)在其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如化學(xué)外加劑（影響水泥水化速度）、減水劑（減小水的表面張

5、力，塑化新拌混凝土）、加氣外加劑（改善寒冷氣候中混凝土的耐久性）、礦物外加劑（如含活性氧化硅的火山灰，能減少大體積混凝土中的熱開(kāi)裂）。三、混凝土的特性混凝土從制作到制得成品都要經(jīng)歷拌合物、凝結(jié)硬化及硬化后三個(gè)階段，掌握這三個(gè)階段混凝土的性質(zhì)特征，對(duì)于選擇施工方法，控制質(zhì)量將大有益處。 混凝土拌合物的基本性能 混凝土攪拌后尚未凝結(jié)硬化的混合物稱(chēng)為拌合物，又稱(chēng)為新拌制的混凝土。新拌制的混凝土應(yīng)具有定的彈性、塑性和粘性。這些性質(zhì)綜合起來(lái)通常叫做和易性(稠度)。1和易性的概念。和易性是混凝土拌合物的一種綜合性的技術(shù)性質(zhì)，包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性三方面的含義。 流動(dòng)性，是指混凝土拌合物在自重或施工機(jī)械

6、振搗的作用下，產(chǎn)生流動(dòng)并均勻密實(shí)地填滿(mǎn)模板各個(gè)角落的能力。流動(dòng)性的大小，反映混凝土拌合物的稀稠程度，又稱(chēng)之為稠度。它可以影響施工搗實(shí)的難易和灌筑的質(zhì)量。流動(dòng)性一般以坍落度的大小來(lái)表示。 粘聚性，是指混凝土拌合物所表現(xiàn)的粘聚力。這種粘聚力使混凝土在受作用力后不致出現(xiàn)離析現(xiàn)象。 保水性，是指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。保持水分的能力一般以稀漿析出的程度來(lái)測(cè)定。混凝土拌合物的和易性是用坍落度或工作度(干硬度)來(lái)表示的。2影響混凝土和易性的主要因素： 水泥漿量。在一定范圍內(nèi)，水泥漿量越多，混凝土拌合物流動(dòng)性越大。但如水泥漿量過(guò)多，不僅流動(dòng)性無(wú)明顯增大，反而加大泌水率，降低粘聚性，影響施工質(zhì)量。

7、 水灰比。水灰比不同，水泥漿的稀稠程度也不同。一般在水泥漿量不變的條件下，增大水灰比，即減少水泥用量或增加用水量時(shí)，水泥漿就變稀，使水泥漿的粘聚性降低，流動(dòng)性增大。如水灰比過(guò)大，使水泥漿的粘聚性降低過(guò)多，保水性差，就會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，影響混凝土質(zhì)量。反之，如水灰比過(guò)小，水泥漿較稠，采用一般施工方法時(shí)也難以灌筑搗實(shí)。故水灰比不能過(guò)大，也不能過(guò)小。一般認(rèn)為水灰比在0.450.55的范圍內(nèi)，可以得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，和易性也比較理想。 砂率。指砂的用量占砂石總用量的百分?jǐn)?shù)。在一定的水泥漿量條件下，如砂率過(guò)大，則砂石總表面積及空隙宰增大，混凝土拌合物就顯得干稠，流動(dòng)性??；如砂率過(guò)小，砂漿量不足，不能在

8、石子周?chē)纬勺銐虻纳皾{層以起潤(rùn)滑作用，也會(huì)使坍落度降低，并影響粘聚性和保水性，使拌合物顯得粗澀，石子離析，水泥漿流失。為保證混凝土拌合物的質(zhì)量，砂率不可過(guò)大，也不可過(guò)小，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定最佳砂率。此外，水泥種類(lèi)和細(xì)度，石子種類(lèi)及粒形和級(jí)配，以及外加劑等，都對(duì)拌合物和易性有影響。 混凝土在硬化過(guò)程中的性能 混凝土的凝結(jié)硬化，要經(jīng)歷初凝、終凝到產(chǎn)生初期強(qiáng)度等三個(gè)過(guò)程，這主要是靠水泥的水化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。水泥的水化反應(yīng)放出熱量，使混凝土升溫，將會(huì)出現(xiàn)初期體積變化和可能出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。了解混凝土在這一階段的性質(zhì)，對(duì)于控制混凝土的施工質(zhì)量大有益處。1混凝土初期的性能和變化： 混凝土初期的體積變化。當(dāng)混凝土在干燥

9、空氣中硬化時(shí)，混凝土中的水分會(huì)逐漸蒸發(fā)散失，使水泥石中的凝結(jié)膠體逐漸干燥而收縮，這稱(chēng)為混凝土的干縮；當(dāng)混凝土長(zhǎng)期在水中硬化時(shí)，由于水泥水化充分，內(nèi)部游離水充滿(mǎn)混凝土顆粒之間的空隙和毛細(xì)孔道，混凝土?xí)l(fā)生微量的膨脹，這稱(chēng)為混凝土的濕漲?；炷吝@種干縮、濕漲變形現(xiàn)象部是混凝土中所含水分的變化而引起的。其濕漲值很小，不會(huì)引起混凝土的破壞。混凝土干縮變形對(duì)構(gòu)筑物的危害較大，它可能使混凝土表面出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，從而引起表面開(kāi)裂，影響混凝土的耐久性。2. 影響混凝土干縮的因素： 用水量 混凝土中用水量與干縮值有著密切關(guān)系，當(dāng)用水量增加一定百分?jǐn)?shù)時(shí)，混凝土干縮值增加這個(gè)百分?jǐn)?shù)的兩倍或數(shù)倍。減少用水量是減少干

10、縮值的首要措施。 水灰比 一般來(lái)說(shuō)，低水灰比多采用富配合，但水泥用量大，單位用水量也多。在這種條件下，由于富配合較大的用水量和水泥用量而增大的收縮值超過(guò)了低水灰比而減少的收縮值，采用富配合低水灰比的混凝土有時(shí)比貧配合高水灰比的收縮值還大。所以，在泥凝土配制中應(yīng)控制水泥的用量和水的用量，降低混凝土的收縮值。 水泥品種 一般情況下，高標(biāo)號(hào)水泥顆粒較細(xì)，收縮較大。礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥配制的混凝土干縮較大；粉煤灰水泥配制的混凝土干縮較小；礬土水泥配制的混凝土干縮較快。所以，在混凝土澆筑完后的一段時(shí)間內(nèi)，務(wù)必要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)使混凝土表面和內(nèi)部的溫差不致過(guò)大，防止混凝土表面因水分急劇蒸發(fā)而干燥裂縫。此外，集料

11、的大小和級(jí)配等對(duì)混凝土的干縮也有較大的影響。 混凝土硬化后的性能1強(qiáng)度強(qiáng)度是混凝土的最主要的技術(shù)特性，也是施工過(guò)程中必須達(dá)到的首要指標(biāo)。混凝土強(qiáng)度主要有立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度與軸心抗拉強(qiáng)度、彎曲抗壓強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、握裹強(qiáng)度等。在混凝土的各種強(qiáng)度中，以抗壓強(qiáng)度值為最大，因而在混凝土結(jié)構(gòu)中主要是利用它來(lái)設(shè)計(jì)承受的壓力。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，則盡量利用鋼筋承受拉力，而主要利用混凝土來(lái)承受壓力?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)(舊規(guī)范稱(chēng)為標(biāo)號(hào))是按立方體標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度確定的。立方體標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度系指按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的，具有95保證率的抗壓

12、強(qiáng)度。根據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值把混凝土的強(qiáng)度等級(jí)分為12個(gè)，即C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。其中C表示泥凝土，C后面的數(shù)字表示混凝土立方體標(biāo)淮抗壓強(qiáng)度值，單位是Nmm2。例如C20，表示混凝土的標(biāo)難抗壓強(qiáng)度值為20Nmm2，即20MPa。凡介于兩個(gè)等級(jí)之間的抗壓強(qiáng)度值，均按較低的個(gè)強(qiáng)度等級(jí)使用?；炷恋膹?qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的技術(shù)概念。混凝土強(qiáng)度等級(jí)，它是以抗壓強(qiáng)度為依據(jù)的特征強(qiáng)度指標(biāo)，是為了科研、設(shè)計(jì)、施工生產(chǎn)和質(zhì)量槍驗(yàn)的方便而人為劃分出來(lái)的，是一個(gè)等級(jí)或范圍。同一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)可以包含一系列的強(qiáng)度值，如強(qiáng)

13、度等級(jí)為C20時(shí)，它的強(qiáng)度值可介于20.024.9MPa之間。而強(qiáng)度只是一個(gè)具體的數(shù)值?；炷恋目估?、抗彎和抗剪強(qiáng)度都與抗壓強(qiáng)度存在一定關(guān)系，一般可利用這種關(guān)系來(lái)判斷其他強(qiáng)廢，見(jiàn)表1。表1 混凝土各種強(qiáng)度的關(guān)系強(qiáng)度名稱(chēng)與抗壓強(qiáng)度的比例與抗拉強(qiáng)度的比例抗拉強(qiáng)度147抗彎強(qiáng)度2412150200抗剪強(qiáng)度2516230250握裹力光圓鋼筋139變形鋼筋20172混凝土的耐久性?；炷聊途眯缘暮x很廣，有的認(rèn)為耐久性是對(duì)于被破壞或侵蝕作用的抵抗能力。也有的認(rèn)為耐久性是抵抗隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而引起的性能與狀態(tài)的改變的能力。但都說(shuō)明混凝土對(duì)破壞的抵抗力是受外界與內(nèi)部引起破壞的作用力所決定的。因此，對(duì)混凝土耐久

14、性的理解只能說(shuō)是在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)期使用而不破壞，這種混凝土就可稱(chēng)為具有耐久性的混凝土?；炷聊途眯陨婕鞍踩褂脮r(shí)間、混凝土內(nèi)在質(zhì)量和外界侵蝕作用三個(gè)方向?；炷聊途眯砸话阏J(rèn)為應(yīng)包括抵抗炭化或氯離子滲透引起的鋼筋銹蝕及凍融交替作用、干濕交替作用、化學(xué)腐蝕作用等使混凝土遭受到破壞的能力，以及抵抗?jié)B透對(duì)混凝土的作用，堿骨科反應(yīng)和磨損作用的能力等。但混凝土的破壞絕非是某一孤立的原因所造成的，多是與其他綜合不利因素有關(guān)。3混凝土的密實(shí)度?；炷恋拿軐?shí)度是指其體積內(nèi)固體物質(zhì)充實(shí)的程度，即混凝土硬化后本身的密實(shí)程度?；炷馏w積內(nèi)的孔隙越少，其密實(shí)度越大。密實(shí)度和孔隙率是從不同的方面表明材料

15、的密實(shí)程度，二者之和為1或100，它們是混凝土的重要性能?；炷翈缀跛行阅芏寂c密實(shí)度、孔隙率有關(guān)，當(dāng)然還與孔隙的特征有關(guān)，如孔隙的大小、形狀、分布是否均勻及孔隙的封閉程度等?；炷恋拿軐?shí)度與強(qiáng)度有著密切的關(guān)系，密實(shí)度越大、強(qiáng)度越高；反之，則越低。混凝土的密實(shí)度直接影響混凝土的抗?jié)B性和抗凍性。(1)混凝土的抗?jié)B性?；炷恋目?jié)B性是指混凝土抵抗液體、氣體在壓力作用下滲透的能力?；炷恋目?jié)B性主要與其孔隙率的大小及孔隙特征有關(guān)。水灰比是影響混凝土抗?jié)B性能的重要因素。水灰比過(guò)大，泌水量就增多，泌水過(guò)程中形成廠(chǎng)許多毛細(xì)孔通道，壓力液體將順著這些通道滲入混凝土內(nèi)部。當(dāng)環(huán)境水中含有侵蝕性介質(zhì)時(shí)，混凝土就容

16、易受到侵蝕作用而引起破壞；對(duì)于鋼筋混凝土，還容易因密實(shí)性差而引起鋼筋銹脹，破壞鋼筋的保護(hù)層，帶來(lái)更嚴(yán)重的后果。(2)混凝土的抗凍性。是指混凝土在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)多次凍融循環(huán)不破壞，強(qiáng)度也不嚴(yán)重降低的性能?；炷恋目箖鲂耘c其孔隙率及孔隙特征、強(qiáng)度、耐水性等因素有關(guān)。由于混凝土內(nèi)部存在連通或不連通的孔隙(這些孔隙是滲水的途徑)，當(dāng)混凝土處于飽和狀態(tài)并遇到正負(fù)氣溫交替變化時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)凍融現(xiàn)象。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，必使混凝土開(kāi)裂甚至遭受破壞。由此可見(jiàn)，混凝土的密實(shí)度是直接影響混凝土的抗?jié)B性和抗凍性的主要因素。也是混凝土耐久性的重要指標(biāo)。提高混凝土的密實(shí)度，可顯著提高混凝土的抗?jié)B性能。提高抗?jié)B性又

17、是提高抗凍性的必要條件。提高混凝土的密實(shí)度，實(shí)際上就是減少混凝土體內(nèi)的孔隙?？紫栋葱纬傻脑蚩煞譃槭┕た紫逗蜆?gòu)造孔隙。施工孔隙是因灌筑、振搗質(zhì)量不良而引起的。構(gòu)造孔隙主要是水泥水化過(guò)程中多余水分蒸發(fā)后在混凝土中留下的孔隙，它與水灰比有密切關(guān)系。因此，對(duì)于有抗?jié)B性要求的混凝土，水灰比一般應(yīng)小于0.6，有特殊要求時(shí)應(yīng)小于0.5。也可在混凝土中加入適量加氣劑，使混凝土內(nèi)部形成許多不連通的封閉氣泡，改變孔隙的結(jié)構(gòu)，截?cái)酀B水通道，以提高混凝土的抗?jié)B性。此外，改善砂石料的級(jí)配，加強(qiáng)混凝土的振搗和養(yǎng)護(hù)，也是提高混凝土密實(shí)度的有力措施。四、混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)與木材、鋼材等建筑材料相比，混凝土材料主要有七大優(yōu)點(diǎn)。

18、就地取材，來(lái)源豐富，造價(jià)低廉； 具有優(yōu)良的性能，其抗壓強(qiáng)度較高，可達(dá)幾十兆帕，甚至上百兆帕； 有一點(diǎn)的對(duì)大自然的抵抗力，如抗凍融破壞能力、抗腐蝕能力等； 具有一定的耐火性，在火中燃燒時(shí)仍能保持一定的強(qiáng)度，這比木材強(qiáng)得多； 易于制備各種結(jié)構(gòu)的混凝土，具有較大的靈活性，施工比較簡(jiǎn)單； 易于維修，且費(fèi)用較少。 混凝土為大量火山灰、粉煤灰、高爐礦渣等找到了最好的歸宿，有效阻止了這些副產(chǎn)物造成的環(huán)境污染，具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益。盡管混凝土材料有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但它也有一些致命的缺點(diǎn)： 自重較大，其容重一般達(dá)2400kg/m3,混凝土構(gòu)件的尺寸較大，重量也大，對(duì)基礎(chǔ)的要求較高。目前解決這一問(wèn)題主要采取以下一

19、些措施：a. 提高混凝土的強(qiáng)度，減少構(gòu)件斷面，達(dá)到減輕自重的目的。對(duì)于梁、柱等常采取這一措施；b改變構(gòu)件形式，如將斷面設(shè)計(jì)成多孔型、槽型等，使構(gòu)件在不降低承載能力的情況下減輕重量。樓板等 一些預(yù)制構(gòu)件成采取這一措施；c. 采取容重較小的材料，如泡沫混凝土、加氣混凝土等，以減輕重量。這一方法常用于墻體材料。 需要一定的施工周期。與其他材料不同，混凝土施工后不能立即投入使用，需要有一個(gè)較長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)期。為提高施工速度，有些工程摻入一定量的早強(qiáng)劑（大多數(shù)是一些堿或含堿的鹽類(lèi)），如果采用一些活性集料的話(huà)，將會(huì)導(dǎo)致堿集料反應(yīng)。 拉伸強(qiáng)度低?；炷翆儆谝环N脆性材料，盡管它的壓縮強(qiáng)度很高，但它的拉伸強(qiáng)度較低，因

20、此，混凝土材料不適用于受拉部位。為了克服這一缺點(diǎn)，混凝土常與鋼筋復(fù)合，構(gòu)成鋼筋混凝土復(fù)合材料。隨著鋼筋混凝土技術(shù)的發(fā)展，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土技術(shù)的發(fā)展，大大拓寬了混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域，使混凝土成為當(dāng)今社會(huì)中用量最大的一類(lèi)材料?？梢灶A(yù)測(cè)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，水泥混凝土仍然是最主要的建筑材料。五、混凝土技術(shù)進(jìn)展及展望 混凝土技術(shù)研究進(jìn)展從混凝土技術(shù)近十幾年發(fā)展來(lái)看，主要有四個(gè)方面的重大進(jìn)展。 高強(qiáng)度高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用從混凝土的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，近年來(lái)有了較明顯的提高： 此外由于施工的要求，近年來(lái)在改善混凝土工作性能方面也開(kāi)展了大量的研究。高壓力的泵送混凝土、流態(tài)混凝土、自流平混凝土已經(jīng)得到了實(shí)際的應(yīng)用

21、。更值得注意的是混凝土的耐久性已經(jīng)引起了人們的普遍重視，在實(shí)際混凝土的設(shè)計(jì)中也已經(jīng)加以考慮。其中考慮較多的是混凝土抗凍耐久性問(wèn)題和堿集料反應(yīng)問(wèn)題。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，常常也考慮鋼筋銹蝕問(wèn)題。此外，在西部地區(qū)和海港工程中，對(duì)于一些化學(xué)侵蝕問(wèn)題也進(jìn)行了研究。 大量外加劑和混合材的摻用正確選擇和使用外加劑，不但可節(jié)約水泥，降低混凝土綜合成本，而且可大幅度提高混凝土的工作性、均質(zhì)性、穩(wěn)定性、強(qiáng)度和耐久性，使混凝土向輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、綠色等方向不斷發(fā)展。因此，混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)已成為混凝土向高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。這里特別要強(qiáng)調(diào)的是混合材的摻用。通過(guò)大量的研究工作，人們對(duì)混合材的認(rèn)識(shí)產(chǎn)

22、生了質(zhì)的飛躍。過(guò)去，人們摻用混合材主要是為了節(jié)約水泥，而現(xiàn)在，人們將混合材看成是混凝土性能的調(diào)節(jié)劑，混合材已經(jīng)稱(chēng)為高性能混凝土中不可缺少的一個(gè)組分，而且對(duì)于混合材的摻用更加趨于科學(xué)化。 特種混凝土迅速發(fā)展由于建筑工程對(duì)材料的特殊需要，對(duì)一些特種混凝土也開(kāi)展了大量的研究，許多特種混凝土已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用。尤其值得一提的是近年來(lái)提出的復(fù)合材料的概念，包括金屬材料與非金屬材料的復(fù)合，有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料的復(fù)合，通過(guò)復(fù)合，各種材料的性能可揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而更大幅度的提高混凝土的性能。 混凝土修補(bǔ)技術(shù)的發(fā)展 由于以前對(duì)混凝土耐久性認(rèn)識(shí)的不足，許多混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的運(yùn)行已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的破壞，而且這種破

23、壞今后將越來(lái)越多。這些結(jié)構(gòu)破壞的原因是什么？是否可繼續(xù)使用？應(yīng)如何進(jìn)行修補(bǔ)和加固？這將是我們所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)于這一問(wèn)題，近年來(lái)也有較大的進(jìn)展，但還不十分成熟，許多問(wèn)題還有待于進(jìn)一步的研究。 混凝土技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)隨著混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)將來(lái)混凝土有可能達(dá)到下列水平： 強(qiáng)度 混凝土的抗壓強(qiáng)度可望達(dá)到100200MPa，并且在用途、設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用技術(shù)上將有相應(yīng)變革。 耐久性 混凝土的安全使用期將從現(xiàn)在的50120年延長(zhǎng)到300500年。 輕型 由于強(qiáng)度與耐久性大幅度提高，以及聚合物、人工或天然輕質(zhì)材料的使用，混凝土建筑物的自重將隨之大幅度下降。 能耗與勞動(dòng)強(qiáng)度 高流態(tài)混凝土可自流平，

24、可以不用或少用振搗，改變養(yǎng)護(hù)制度方法，至少節(jié)能5080。 開(kāi)辟新用途 高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土代替鋼鐵，預(yù)應(yīng)力混凝土代替鋼材、鋁合金等結(jié)構(gòu)材料，開(kāi)發(fā)多種高分子材料、金屬材料與水泥混凝土形成的復(fù)合材料使混凝土性能得到較大改進(jìn)以滿(mǎn)足各方面的需要。而從今后的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，混凝土技術(shù)大體可歸納為“三化”，即：高性能化、功能化、綠色化。所謂高性能化，就是指要最大限度的滿(mǎn)足實(shí)際工程需要，使其能較方便的施工，并能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)性能。這里除了高強(qiáng)度外，首先要強(qiáng)調(diào)的是混凝土的工作性，其次要強(qiáng)調(diào)的是混凝土的耐久性。對(duì)一些發(fā)達(dá)國(guó)家，約有近50的經(jīng)費(fèi)用于已有建筑物的維護(hù)和修復(fù)。我們應(yīng)吸取教訓(xùn)，在建設(shè)時(shí)期就將混凝土的耐久性放

25、在一個(gè)重要的位置。所謂功能化，就是要使傳統(tǒng)的混凝土由結(jié)構(gòu)材料向功能材料轉(zhuǎn)變，使它發(fā)揮更大的作用。例如：對(duì)于墻體材料，不應(yīng)單純的強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度，應(yīng)注意提高它的保溫隔熱性能、隔聲性能、裝飾性能；對(duì)于道路混凝土，目前已有單位研制了熒光混凝土，可用于路面的路標(biāo)。此外，也有研究者研究了自檢混凝土，當(dāng)混凝土中出現(xiàn)裂縫時(shí)，可自動(dòng)地發(fā)出信號(hào)等等。所謂綠色化，就是要體現(xiàn)混凝土材料是一種環(huán)保型的建筑材料。綠色混凝土的概念是著名材料學(xué)家吳中偉院士提出來(lái)的，他的指導(dǎo)思想就是要大力發(fā)展能大量消耗各種工業(yè)廢渣的混凝土材料，使我國(guó)的建設(shè)事業(yè)納入可持續(xù)發(fā)展的軌道。對(duì)于工業(yè)廢渣的研究可以說(shuō)已經(jīng)做了大量的工作，但在認(rèn)識(shí)水平上并沒(méi)有產(chǎn)生

26、一個(gè)質(zhì)的飛躍，其原因在于大多數(shù)研究?jī)H僅是泛泛而論，幾乎對(duì)于所有優(yōu)質(zhì)混合材，研究者都將它對(duì)混凝土性能的改善歸結(jié)為它具有活性，它可以填充水泥石的孔隙，使水泥石致密等等。但就某一種混合材而言，大多數(shù)研究者僅注意它與其他混合材的共性，很少有研究者注意它的個(gè)性。更沒(méi)有人去注意這些個(gè)性在什么條件下將發(fā)揮作用？發(fā)揮什么樣的作用？發(fā)揮多大的作用？在什么條件下會(huì)喪失這些個(gè)性？等等。然而，只有深刻的認(rèn)識(shí)這些問(wèn)題，才有可能合理的選擇混合材，科學(xué)的利用混合材。第一章 混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成過(guò)程一、混凝土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性對(duì)于混凝土很容易鑒別的兩個(gè)相是不同尺寸、形狀的集料顆粒以及分布紊亂的硬化水泥漿體物質(zhì)所組成的膠凝性介質(zhì)。

27、因此，就宏觀(guān)水平而論，混凝土可視為由集料顆粒分散在水泥漿基體中所組成的兩相材料。以微觀(guān)水平而言，則顯示出混凝土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。顯然，結(jié)構(gòu)的兩相，既不是彼此均勻分布，其本身又不是均勻的，例如，在硬化水泥漿體某些區(qū)域似乎是致密的，如集料；而另外一些區(qū)域則是高度多孔的。微觀(guān)結(jié)構(gòu)的研究表明，當(dāng)存在集料時(shí)，在貼近大顆粒集料表面的硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)中水泥石或砂漿的結(jié)構(gòu)非常不同，混凝土結(jié)構(gòu)的非均一特性可綜述如下:第一，有第三相，即過(guò)渡區(qū)相，它代表粗集料顆粒與硬化水泥漿體之間的界面區(qū)。過(guò)渡區(qū)系圍繞大集料周?chē)嬖诘囊粚颖?，一般厚約1015um，通常比混凝土的兩個(gè)主要組成為弱。因此，界面區(qū)對(duì)混凝土力學(xué)行為的

28、影響較其尺寸影響要大得多。第二，三相中任一相的本身，其本質(zhì)上是多相的。第三，混凝土不同于其他工程材料，其結(jié)構(gòu)并不保持穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)的兩個(gè)組分，即硬化水泥漿體和過(guò)渡區(qū)隨時(shí)間、環(huán)境濕度和溫度的變化而變化。理論上結(jié)構(gòu)性質(zhì)的關(guān)系模型，一般對(duì)預(yù)測(cè)工程材料行為有較大的幫助，而對(duì)混凝土則幾乎毫無(wú)用處，其主要理由在于混凝土結(jié)構(gòu)的高度不均勻性和其動(dòng)力學(xué)特性。有關(guān)混凝土各組分結(jié)構(gòu)的重要特征方面的知識(shí)，如下面提到的，對(duì)了解和控制復(fù)合材料的性質(zhì)仍然是基本的。二、水化水泥漿體（hcp）的結(jié)構(gòu)無(wú)水波特蘭水泥是一種灰色粉末，一般為尺寸在150um范圍的多角形顆粒所組成，由熟料和少量硫酸鈣粉磨而成。熟料礦物的化學(xué)組成大致為C3S

29、、C2S、C3A和C4AF；其含量范圍分別在4560、1530、612和68之間。波特蘭（硅酸鹽）水泥的水化凝結(jié)硬化，基本是水泥系統(tǒng)中熟料、石膏、水三元相分別溶解和交互化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致水泥漿逐漸稠化和硬化，直至最后巖石化。 水化水泥漿體中的固體波特蘭（硅酸鹽）水泥加水后，立即發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，伴隨發(fā)生放熱反應(yīng)。波特蘭（硅酸鹽）水泥的水化產(chǎn)物的物相，主要有 4 種：CSH凝膠相、氫氧鈣石和由德國(guó) Schwiete命名的 AFt相、AFm 相。除了高溫高壓或蒸壓養(yǎng)護(hù)的水熱條件下硬化的波特蘭（硅酸鹽）水泥制品中，其水化產(chǎn)物能形成 CSH（I）、CSH（）、CSH（B）的晶體結(jié)構(gòu)外，所有常溫常壓養(yǎng)

30、護(hù)條件下，水泥的水化物中，水化硅酸鈣（CSH）都是無(wú)定形的凝膠結(jié)構(gòu)，在組成上是不定的，在水分含量上也是不定的，在物質(zhì)形態(tài)上也是任意的。材料的強(qiáng)度主要?dú)w之于范德華力凝膠孔或固固距離約為18埃。氫氧鈣石（Portlandite）晶體相是指波特蘭水泥水化物中的Ca(OH)2晶體，完全水化的硬化水泥漿中，Ca（OH）2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 25%30%。它是水泥中的活性成分，構(gòu)成強(qiáng)度和耐久性的重要組成部分。AFm （）是“Al2O3-Fe2O3-mono”的縮寫(xiě)，系指單硫型鐵、鋁酸鹽相族。在適當(dāng)條件下，硬化水泥漿中能發(fā)育成結(jié)晶完整的六方板狀晶體，并具極好的（0001）解理。一般為結(jié)晶差的 AFm，它 與 CSH

31、 連 生 一 起。Aft()是“Al2O3-Fe2O3-tri”的縮寫(xiě)，系指三硫型鐵、鋁酸鹽相族。在適當(dāng)條件下，特別是水泥組分中有充足的石膏含量，AFt相能穩(wěn)定存在。在硬化硅酸鹽水泥石中，AFt相一般指三硫型硫鋁酸鈣或鈣礬石相。水泥石中的 AFt相，一般為凝膠態(tài)，在毛細(xì)管孔穴中，能見(jiàn)到六方柱狀或針狀晶體析出。概括地說(shuō)，波特蘭水泥的水化產(chǎn)物中，CSH 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50% 70% ，Ca（OH）2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 25% 27% 。未水化熟料顆粒 主要取決于未水化水泥的粒徑分布和水化程度。隨著水化過(guò)程的進(jìn)展，首先最小的顆粒溶解，然后較大的顆粒減小。因在粒子間有效空間有限，水化產(chǎn)物趨于貼近水化熟料顆粒上

32、結(jié)晶，外觀(guān)上造成圍繞顆粒的包覆層。水化后期，由于缺少有效空間，熟料顆粒就地水化，導(dǎo)致形成非常致密的水化物，這些產(chǎn)物形貌上有時(shí)類(lèi)似于原始熟料顆粒。 水化水泥漿體中的空隙C-S-H中的層間空間 C-S-H中的層間空間的寬度為1.8nm，在固體C-S-H中孔隙率占28。該尺寸太小不會(huì)對(duì)水化水泥漿體的強(qiáng)度和滲透性起不良影響。但水在這些小孔隙中為氫鍵所固定，在某些條件下會(huì)移去，可以造成干縮和徐變。毛細(xì)孔 毛細(xì)孔代表未被水化水泥漿固體組分所填充的空間。水化良好的低水灰比漿體中，毛細(xì)孔在1050nm范圍內(nèi)；在高水灰比漿體中，水化早期毛細(xì)孔可大至35um。一般認(rèn)為孔徑分布而非總毛細(xì)孔率是評(píng)價(jià)水化水泥漿體特性的

33、較好標(biāo)準(zhǔn)；大于50nm的毛細(xì)孔已被假定為是危害強(qiáng)度和抗?jié)B性的，而小于50nm的孔則對(duì)干縮和徐變有更大的重要性。氣孔 氣孔一般呈圓形，而毛細(xì)孔則呈不規(guī)則形狀。為了不同的需要，混凝土中常常摻入外加劑，其目的是在水泥漿體中引入非常細(xì)小的氣孔。氣孔可以在新拌的水泥漿體拌和操作過(guò)程中陷進(jìn)去。在水化水泥漿體中，陷進(jìn)的氣孔可大至3mm；引入的氣孔大致范圍在50200um。因此在水化水泥漿體中陷進(jìn)的氣孔和引入的氣孔比毛細(xì)孔要大得多，并對(duì)其強(qiáng)度和抗?jié)B性起不良影響。 水化水泥漿體中的水根據(jù)水從水化水泥漿體中失去的難易程度，可將水劃分為幾種類(lèi)型。毛細(xì)管水 此水存在于5.0nm左右的孔隙中。實(shí)際上從水化水泥漿體中毛細(xì)

34、管水行為的觀(guān)點(diǎn)而言，要求把毛細(xì)管水分為兩類(lèi):在50nm數(shù)量級(jí)的大孔中的水，可視為自由水，因?yàn)槭ミ@種水不會(huì)造成任何體積改變；在細(xì)毛細(xì)管（550nm）中毛細(xì)張力所固定的水，失去這種水可以導(dǎo)致系統(tǒng)的收縮。吸附水 這種水位于固體表面，屬物理吸附。當(dāng)干燥至30相對(duì)濕度時(shí)，吸附水大部分失去。失去吸附水主要是干燥時(shí)引起水化水泥漿體的收縮。層間水 這種水與C-S-H結(jié)構(gòu)有關(guān)。已認(rèn)為，在C-S-H層間單分子水為氫鍵所牢固固定。層間水僅在強(qiáng)烈干燥時(shí)（即在11相當(dāng)濕度以下時(shí)）才會(huì)失去。當(dāng)失去層間水時(shí)C-S-H結(jié)構(gòu)明顯收縮?；瘜W(xué)結(jié)合水 這種水是各種水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的整體部分，在干燥時(shí)不會(huì)失去。當(dāng)水化產(chǎn)物受熱分解時(shí)化學(xué)結(jié)

35、合水才會(huì)放出。 水化水泥漿體中結(jié)構(gòu)性質(zhì)的關(guān)系硬化混凝土所要求的工程性質(zhì)，即強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定和耐久性不僅受配合比影響，而且也為水化水泥漿體的性質(zhì)所影響。強(qiáng)度 水化水泥漿體內(nèi)固體產(chǎn)物強(qiáng)度的主要來(lái)源是存在著范德華引力。小的C-S-H晶體、水化硫鋁酸鈣及六方水化鋁酸鈣有巨大的表面積和粘附能力，它們不僅趨于彼此牢固粘結(jié)，而且與低表面積的固體牢固粘結(jié)，如氫氧化鈣、未水化熟料顆粒以及粗、細(xì)集料顆粒。在固體中強(qiáng)度與孔隙率之間成反比關(guān)系。C-S-H結(jié)構(gòu)內(nèi)的層間空間以及在范德華力作用范圍內(nèi)的小孔隙，可以認(rèn)為對(duì)強(qiáng)度無(wú)害，因?yàn)樵诤奢d作用下應(yīng)力集中及隨后的破壞開(kāi)始于材料中肯定存在的大毛細(xì)孔及微裂紋。水化水泥漿體中毛細(xì)孔體

36、積決定于水化開(kāi)始時(shí)與水泥拌和水的數(shù)量以及水泥水化程度。研究表明，抗壓強(qiáng)度S與固空比x間存在指數(shù)關(guān)系：Skx3，式中k為常數(shù)等于34000。尺寸穩(wěn)定性 水在硬化漿體孔體系中所處狀態(tài)是重要的，既有固體對(duì)水的作用力又有水對(duì)固體的反作用力，這與硬化漿體體積變化等現(xiàn)象有著重要的關(guān)系，含有水分的硬化體，體積并不穩(wěn)定，只有保持在相對(duì)濕度100的條件下，才不會(huì)發(fā)生因含水量變化而帶來(lái)的體積變化。由于濕度和溫度的變化，硬化漿體將失水并引起體積收縮。硬化水泥漿體失水與收縮的關(guān)系曲線(xiàn)可以分為四段：第一段相當(dāng)于相對(duì)濕度10030的部分。在這段內(nèi)，水分損失達(dá)14.5，而收縮率僅0.36左右；第二段相當(dāng)于相對(duì)濕度301的部

37、分，這時(shí)失水率累計(jì)為16.3，而累計(jì)收縮率為0.75；第三段相當(dāng)于相對(duì)濕度1到脫水溫度200的部分。這時(shí)失水率累計(jì)為17.3，而累計(jì)收縮率達(dá)1.15；第四段相當(dāng)于脫水溫度200和525的部分，失水率累計(jì)為187，而收縮率累計(jì)達(dá)255。上述數(shù)據(jù)表明顯然每一段的失水率在依次減少，但是失水引起的收縮率卻在依次增加。已經(jīng)知道硬化漿體中存在有不同類(lèi)型的水，因而失水引起的漿體體積變化的情況也各有不同，第一段相應(yīng)于毛細(xì)管水失水。毛細(xì)水與固相聯(lián)系力很小，所產(chǎn)生的收縮主要由毛細(xì)管張力所引起。第二段失水相應(yīng)于凝膠水。這種水被凝膠物理吸附，吸附水會(huì)產(chǎn)生拆開(kāi)壓力，失去吸附水減少了拆開(kāi)壓力，引起凝膠體體積縮小。第二段失

38、水為CSH層狀結(jié)構(gòu)中從單分子水膜存在的層間水和一部分結(jié)晶水。這是收縮的一個(gè)重要因素。第四段為更高溫度下脫出一部分結(jié)晶水和某些水化物中所含的結(jié)構(gòu)水，引起了收縮的增加。耐久性 所謂混凝土的耐久性，是指混凝土在所使用的環(huán)境中保持長(zhǎng)期性能穩(wěn)定的能力。造成混凝土損害和破壞的原因有外部環(huán)境條件引起的，如氣候條件的作用、磨蝕、天然或工業(yè)液體或氣體的侵蝕等，也有混凝土內(nèi)部的缺陷及組成材料的特性引起的，如堿集料反應(yīng)、混凝土的滲透性等。而抗?jié)B性也稱(chēng)水密性是決定耐久性的主要因素。新拌水泥漿體的水泥顆粒間被水填充，在硬化的早期仍然會(huì)形成一個(gè)互相連通的毛細(xì)管系統(tǒng)因此透水性很高。當(dāng)水化繼續(xù)，這些毛細(xì)管部分為水化物所填充，

39、透水性就降低。從而可見(jiàn)，硬化漿體中的孔隙率和孔的連續(xù)性決定其抗?jié)B性。抗?jié)B性與毛細(xì)孔孔隙率之間呈指數(shù)關(guān)系，滲透系數(shù)隨毛細(xì)孔含量的增長(zhǎng)而顯著增加：當(dāng)毛細(xì)孔隙率小于20時(shí)，滲透系數(shù)已相當(dāng)小了。毛細(xì)孔隙率決定于水灰比和水泥水化程度，它隨水從比減小和水化程度的增加而減小，孔隙率減小必然導(dǎo)致抗?jié)B性能提高。三、集料相的結(jié)構(gòu)集料相最主要是對(duì)混凝土容重、彈性模量、尺寸穩(wěn)定性起作用。這些混凝土性質(zhì)在很大程度上取決于集料的塊體容重和強(qiáng)度，同時(shí)決定于集料結(jié)構(gòu)的物理特性，而不是化學(xué)特性。也就是說(shuō)，集料中固相的化學(xué)或礦物組成通常較之物理特性諸如體積、尺寸和孔分布等的重要性要小。除孔隙率外，粗集料的形狀和結(jié)構(gòu)同樣也影響混凝

40、土的性質(zhì)。通常天然礫石呈圓形，具有光滑的表面結(jié)構(gòu)。破碎的巖石表面具有粗糙結(jié)構(gòu)；粗糙度取決于巖石類(lèi)型及所選擇的破碎設(shè)備，破碎的集料可含有相當(dāng)數(shù)量的扁平和長(zhǎng)條顆粒。這類(lèi)顆粒對(duì)混凝土許多性質(zhì)起不良影響。呈高度蜂窩狀的浮石輕集料同樣呈多角形和粗糙結(jié)構(gòu)，但陶粒或頁(yè)巖輕集料通常呈圓形和光滑結(jié)構(gòu)。通常由于集料強(qiáng)度較其他兩相的強(qiáng)度為強(qiáng)，除非系某些高度多孔集料，如上所述的浮石集料，通常集料對(duì)混凝土強(qiáng)度無(wú)直接影響。但是，粗集料的尺寸和形狀間接地影響混凝土的強(qiáng)度?；炷林屑铣叽缭酱?、長(zhǎng)條和扁平顆粒所占比例越大，集料表面集聚水膜的傾向越大，從而使水泥漿集料過(guò)渡區(qū)減弱，這種現(xiàn)象，常稱(chēng)為內(nèi)部泌水。四、混凝土中的過(guò)渡區(qū)

41、過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)第六屆國(guó)際水泥化學(xué)會(huì)議上，Maso提出了個(gè)他稱(chēng)之為界面過(guò)渡區(qū)的假說(shuō)，從中可以了解一些界面區(qū)的結(jié)構(gòu)持征。他認(rèn)為，混凝土拌和物中，集料與漿體間最初形成一個(gè)厚度為幾個(gè)微米的水膜，在這層水膜中，即使有水泥顆粒也可能足極少量的，水泥的分布密度，在貼近集料處為零，并隨著與集料距離的逐漸增大而增加。因此，集料表面水膜中的水灰比比遠(yuǎn)離集料的水泥漿中的水灰比要高，水膜中的水化產(chǎn)物是由水泥顆粒溶解成離子擴(kuò)散進(jìn)入的。界面區(qū)水化產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)也不同于水泥漿體。因?yàn)榻缑鎱^(qū)的孔隙較大，為晶體生長(zhǎng)提供了更多的空間。若集料是非溶解性的，靠近集料表面的液相濃度小，水化產(chǎn)物的結(jié)晶尺寸就比水泥漿本體中的晶體要大，在界面區(qū)

42、內(nèi)形成較高的孔隙率和較低的粘結(jié)強(qiáng)度。再者，這些晶體（氫氧化鈣）呈擇優(yōu)取向，造成裂紋傳布的有利條件。若集料是部分可溶性的，則集料釋放的粒子其最大密度集中在集料表面。溶解性離子可能參加水化反應(yīng)，則靠近集料表面的液相濃度大，所生成的水化產(chǎn)物填充在界面區(qū)的孔洞內(nèi)，減小了孔隙率，從而形成較高的粘結(jié)強(qiáng)度。Maso認(rèn)為，由于這個(gè)過(guò)渡區(qū)的晶體及孔隙率都較水泥漿本體的大，以及晶體的定向排列，所以成為混凝土的薄弱環(huán)節(jié)。 過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度在水化水泥漿體中，水化產(chǎn)物和集料顆粒間的粘結(jié)由范德華引力所造成；因此過(guò)渡區(qū)任何點(diǎn)的強(qiáng)度取決于其中孔的體積和孔徑大小。即使低水灰比的混凝土，在早期其過(guò)渡區(qū)內(nèi)孔的體積和孔徑大小將比砂漿基體

43、為大，因此前者強(qiáng)度較低。然而隨著齡期的增長(zhǎng)過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度可以等于甚至大于砂漿基體的強(qiáng)度。這種情況在水泥漿體組分和集料間緩慢化學(xué)反應(yīng)所致，過(guò)渡區(qū)孔隙中新產(chǎn)物結(jié)晶，如硅質(zhì)集料形成水化硅酸鈣，或石灰石集料形成水化碳鋁酸鹽；由于這種相互作用往往會(huì)降低過(guò)渡區(qū)中氫氧化鈣的含量，有助于強(qiáng)度的提高。大的氫氧化鈣晶體粘結(jié)能力較小，不僅因?yàn)槠浔砻娣e小，相應(yīng)的范德華引力也弱，而且由于其取向結(jié)構(gòu)而提供擇優(yōu)劈裂的位置。除毛細(xì)孔體積大和取向結(jié)構(gòu)的氫氧化鈣晶體外，混凝土過(guò)渡區(qū)中強(qiáng)度差的主要原因是存在微裂紋。微裂紋的數(shù)量取決于許多參數(shù)，包括集料尺寸及其級(jí)配、水泥用量、水灰比、新拌混凝土的固化強(qiáng)度、養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境濕度和混凝土的發(fā)

44、熱量。例如，集料級(jí)配差的混凝土拌和物，在搗實(shí)時(shí)易于離析，因此在粗集料周?chē)纬梢粚雍竦乃?，特別在顆粒下部水膜尤厚。在相同條件下，集料尺寸越大，水膜會(huì)越厚。在這些條件下形成的過(guò)渡區(qū)，當(dāng)受到由于集料和水化水泥漿體間不均勻移動(dòng)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力影響將易于開(kāi)裂。通常這種不均勻移動(dòng)產(chǎn)生于干燥或冷卻過(guò)程中。換句話(huà)說(shuō)，甚至在混凝土負(fù)荷前混凝土在過(guò)渡區(qū)中已有微裂紋。顯然，短時(shí)間的沖擊荷載，干燥收縮和高應(yīng)力下的持續(xù)荷載將具有增加微裂紋尺寸及數(shù)量的作用。第二章 混凝土原材料及外加劑2.1 集料相對(duì)水泥來(lái)講，集料的價(jià)格低廉，同時(shí)不與水進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，所以通常將其作為混凝土中一種惰性填充料來(lái)看待。然而，由于日益深入的

45、意識(shí)到集料在決定混凝土許多重要性質(zhì)時(shí)所起到的作用，將集料作為一種惰性填充料這個(gè)傳統(tǒng)的見(jiàn)解，確實(shí)應(yīng)該被打上一個(gè)問(wèn)號(hào)。對(duì)混凝土工藝尤重要意義的集料特征有：孔隙率、級(jí)配或粒徑分布、吸水性、粒形和表面織構(gòu)、壓碎強(qiáng)度、彈性模量以及所含有害物質(zhì)的類(lèi)別等。這些特性起源于母巖的礦物組成（它受到的地質(zhì)成巖作用的影響）、巖石在用作集料前所受到的暴露條件以及采取集料的方法和設(shè)備類(lèi)型。所以本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹影響集料特性的工藝因素。天然的礦物質(zhì)集料要占混凝土集料總量的90以上，所以將對(duì)其作較為詳實(shí)的闡述。由工業(yè)副產(chǎn)物所得到的集料，如：高爐礦渣、粉煤灰及再生混凝土等，利用的可能性都很大，故也對(duì)其作一定的介紹。一、集料的巖石與

46、特征 巖石巖石有火成巖、沉積巖與變質(zhì)巖三大類(lèi)。其分類(lèi)列于表21、22、23。表21 火成巖的分類(lèi)分類(lèi)巖漿冷卻場(chǎng)所結(jié)晶狀況巖石名稱(chēng)火山巖地表附近急冷細(xì)粒流紋巖、安山巖、玄武巖半深成巖地層中間中粒頁(yè)巖、輝綠巖、片巖深成巖地下深處徐冷粗?；◢弾r、角閃巖、斑巖巖石的顏色與表觀(guān)密度的關(guān)系色：白黑表觀(guān)密度：小大 火成巖是地下深處的巖漿，在地表表面或者向地表面上升過(guò)程中受到冷卻而固結(jié)而成的巖石。巖漿中所存在的二氧化硅量決定了巖石的性質(zhì)。根據(jù)所含的SiO2總量將火成巖分類(lèi)：SiO2含量在65以上（含游離SiO2），5565以及55以下，分別稱(chēng)為酸性、中性以及堿性的巖石。火成巖的酸性特征以及細(xì)?；虿ＡB(tài)織構(gòu)共同

47、決定集料能否耐受波特蘭水泥中堿性侵蝕的主要因素。表22 沉積巖分類(lèi)分類(lèi)成 因巖石名稱(chēng)碎屑巖已有巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化固結(jié)而成泥巖、貝殼巖、砂巖、礫巖火山碎屑巖火山噴出物經(jīng)過(guò)固結(jié)而成凝灰?guī)r、火山角閃巖化學(xué)沉積巖海水或湖水中的溶解物質(zhì)經(jīng)過(guò)沉淀而成蛋白石、鐵礦石有機(jī)巖植物及動(dòng)物遺體經(jīng)過(guò)堆積凝固而成石灰?guī)r、白云石、煤沉積巖是地表的巖石，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化、搬運(yùn)與堆積而形成的巖石。按照沉積和固結(jié)的方式，還可分成三個(gè)類(lèi)別： 機(jī)械沉積的，或尚未固結(jié)，或處于物理性固結(jié)的狀態(tài)； 機(jī)械沉積，一般再由膠凝物質(zhì)化學(xué)固結(jié)；化學(xué)沉積和化學(xué)固結(jié)。卵石、砂和粘土是尚未固結(jié)的沉積巖這類(lèi)中主要的組成部分。砂巖屬于第二類(lèi)，它是由砂粒大小的石英

48、和長(zhǎng)石碎屑所組成，其膠結(jié)物質(zhì)可能是蛋白石（二氧化硅凝膠）、方解石、白云石、粘土或氫氧化鐵。石灰?guī)r是分布最為廣泛的碳酸鹽巖石，它們可以從只含方解石礦物的純石灰?guī)r，一直變化到由白云石組成的純白云巖。與火成巖相比，由成層的沉積巖所制取的集料，在粒形、織構(gòu)、孔隙率、強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性等特征方面，會(huì)有更大的變化。這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诠探Y(jié)時(shí)所處的條件變化很大的緣故。在壓力較低的條件下形成的巖石常是多孔、強(qiáng)度差，此外，沉積巖常含有有害的雜質(zhì)，如石灰?guī)r、白云巖和砂巖就可能含有蛋白石和粘土礦物，在某些暴露條件下會(huì)對(duì)集料性能產(chǎn)生有害的影響。表23 變質(zhì)巖分類(lèi)分類(lèi)成 因巖石名稱(chēng)廣域變質(zhì)巖通過(guò)廣域地殼變動(dòng)及高溫高壓作用而變成

49、的巖石片巖、千枚巖、蛇紋巖接觸變質(zhì)巖巖石與花崗巖的高溫體相接觸時(shí)而變成的巖石角閃巖、大理石變質(zhì)巖是地下巖石在高溫、高壓作用下，礦物組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而成的巖石。這類(lèi)巖石相當(dāng)密實(shí)，但常有層狀結(jié)構(gòu)。有些千枚巖與波特蘭水泥中的堿會(huì)起反應(yīng)。地殼是由95火成巖和5的沉積巖所組成的。在沉積巖中大約有頁(yè)巖4，砂巖0.75和石灰?guī)r0.25。但露出火成巖的面積只占地球陸地的25，而其余的75都是由沉積巖覆蓋的。這就是為什么在混凝土中應(yīng)用的天然礦物質(zhì)集料，如砂、卵石和石灰?guī)r碎石等都取自沉積巖的原因。 特征1. 取自沉積巖集料的特征 硅質(zhì)巖 機(jī)械沉積，處于未固結(jié)的或物理性固結(jié)的狀態(tài)常用名稱(chēng)：大鵝卵石（75mm）、卵

50、石（575mm）、砂（0.0755mm）、粉土（0.0020.075mm）、粘土（0.002mm，主要含二氧化硅和硅酸鹽礦物）、頁(yè)巖（固結(jié)的粘土）集料特征：天然的大鵝卵石、卵石和砂起源于地質(zhì)風(fēng)化過(guò)程，故它們是由粒形渾圓、表面光滑的堅(jiān)硬巖石和礦物組成。當(dāng)沒(méi)有粘土、淤泥夾雜時(shí)，可用作堅(jiān)強(qiáng)而耐久的混凝土集料。頁(yè)巖可能外觀(guān)很堅(jiān)硬，但會(huì)產(chǎn)生扁平碎片，在水中會(huì)潰散。 機(jī)械沉積，一般還由膠凝物質(zhì)化學(xué)固結(jié)常用名稱(chēng)：砂巖、雜砂巖（以粘土、頁(yè)巖等作連續(xù)的基體，含巖石碎屑）集料特征：一般用砂巖能制得質(zhì)量合乎要求的集料。與碳酸鹽巖石相比，砂巖的孔隙率。吸水能力、強(qiáng)度和耐久性可有相當(dāng)大的變動(dòng)，從而會(huì)影響集料的性能。 化

51、學(xué)沉積、并化學(xué)固結(jié)常用名稱(chēng)：黑硅石（含有結(jié)晶不良的石英、玉髓或蛋白石，常三者都有）、燧石（密實(shí)的一類(lèi)的黑硅石稱(chēng)為燧石）集料特征：密實(shí)的黑硅石可作為良好的集料，以蛋白石或玉髓為主的黑硅石會(huì)與波特蘭水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)。 碳酸鹽巖石常用名稱(chēng)：石灰?guī)r（以方解石為主）、白云巖（以白云石為主）、白云石質(zhì)方解石（方解石占5090，其余為白云石）、方解石質(zhì)白云巖（白云石占5090，其余為方解石）、砂質(zhì)石灰?guī)r或砂質(zhì)白云巖（含1050砂的碳酸鹽巖石）、粘土質(zhì)石灰?guī)r或粘土質(zhì)白云巖（含1050粘土的碳酸鹽巖石）。集料特征：碳酸鹽巖石比硅質(zhì)沉積巖要軟，但它們一般能制得質(zhì)量合乎要求的集料。與砂巖相類(lèi)似，碳酸鹽巖石的孔隙率

52、、吸水能力、強(qiáng)度和耐久性也有相當(dāng)大的變動(dòng)，同樣會(huì)影響集料的性能。由于是成層的巖石，較易產(chǎn)生扁平或細(xì)長(zhǎng)的碎屑。有膨脹性粘土礦物或蛋白石等雜質(zhì)存在的石灰?guī)r，不宜用作集料。2. 取自火成巖集料的特征 深成巖常用名稱(chēng)：花崗巖（含石英、長(zhǎng)石、云母）、正長(zhǎng)巖（含長(zhǎng)石、角閃石、黑云母）、閃長(zhǎng)巖【含長(zhǎng)石（p）、角閃石、黑云母】等。集料特征：可制得品質(zhì)優(yōu)良的集料，因?yàn)椋篴.粒度中等到粗，堅(jiān)硬，將其破碎時(shí)能產(chǎn)生各向等大的碎屑；b.所具有的孔隙率和吸水性都很低；c.與波特蘭水泥中的堿不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。 半深成巖常用名稱(chēng)：玄武巖集料特征：粒度細(xì)而堅(jiān)硬，可作為良好的集料 火山巖常用名稱(chēng)：珍珠巖（氧化硅含量高的玻璃，含水25

53、）、浮石（多孔玻璃，含細(xì)長(zhǎng)孔隙）、火山渣（多孔玻璃，含球形孔隙）集料特征：珍珠巖經(jīng)熱處理具有浮石狀氣泡結(jié)構(gòu)后，廣泛用于隔熱保溫的混凝土；浮石、火山渣多孔，強(qiáng)度差，用于輕混凝土和隔熱保溫混凝土。二、輕集料容重在1120kg/m3以下的集料通常作為輕集料，用于配制各種輕混凝土。重量輕是由于具有蜂窩狀或高度多孔的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。但多孔的有機(jī)材料如木屑等在波特蘭水泥混凝土潮濕堿性環(huán)境中不能耐久，不宜用作集料。天然的輕集料是將火成巖中的火山巖如浮石、火山渣或凝灰?guī)r經(jīng)過(guò)破碎等加工后即得。人造的輕集料可用多種材料通過(guò)熱處理來(lái)制取，如粘土、頁(yè)巖、板巖、硅藻土、珍珠巖、蛭石、高爐礦渣和粉煤灰等。三、重集料重混凝土主要

54、用于防核輻射的防護(hù)工程。通常采用重集料（即密度比普通集料要大的集料）來(lái)配制重混凝土?？勺髦丶系奶烊粠r石主要有：兩種含鋇礦物（毒重石，BaCO3；重晶石，BaSO4）和鐵礦石以及鈦礦石。隨著集料密度的提高，混凝土就更容易發(fā)生集料偏析的現(xiàn)象。四、集料的特性及其意義為了設(shè)計(jì)混凝土的配合比，必須先要掌握集料的若干特性（即密度、級(jí)配和含水狀態(tài)）。孔隙率或密度、級(jí)配、粒形和表面織構(gòu)，都決定著塑性混凝土拌和物的性質(zhì)。除孔隙率外，集料的礦物組成也影響到壓碎強(qiáng)度、硬度、彈性模量和體積穩(wěn)定性，從而影響所配硬化混凝土的各項(xiàng)性質(zhì)。對(duì)于混凝土工藝有重要意義的集料性質(zhì)，可歸結(jié)于材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、先前的暴露條件以及加工處理

55、因素。集料的性質(zhì)，根據(jù)微觀(guān)結(jié)構(gòu)和加工處理因素可分成如下幾類(lèi)：1. 隨孔隙率而定的特性：密度、吸水性、強(qiáng)度、硬度、彈性模量和體積穩(wěn)定性；2. 隨先前的暴露條件和加工因素而定的特性：粒徑、粒形和表面織構(gòu)；3. 隨化學(xué)與礦物組成而定的特性：強(qiáng)度、硬度、彈性模量以及所含的有害物質(zhì)。 密度和視比重為了設(shè)計(jì)混凝土拌和物的配合比，是不需要測(cè)定集料的真比重的，一般測(cè)定視比重就可以了，它的定義是材料在包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)時(shí)的密度。許多常用巖石的視比重處于2.02.7；花崗巖、砂巖以及密實(shí)石灰?guī)r的代表性數(shù)據(jù)分別為：2.69，2.65，2.60。為了進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)，除視比重外，一般還需要有關(guān)松散容重的數(shù)據(jù)，它的定義是

56、填滿(mǎn)單位體積所需集料散粒的質(zhì)量。它更具有生產(chǎn)混凝土的指導(dǎo)意義。普通混凝土常用集料的松散容重大致在1301750kg/m3之間。 吸水性和表面水分在使用堆場(chǎng)上的材料來(lái)配制混凝土拌和物時(shí)，就需要有關(guān)集料吸水性和表面水分的數(shù)據(jù)，對(duì)拌和水和集料的配比進(jìn)行必要的校正。濕砂會(huì)有濕脹的現(xiàn)象。因?yàn)樗炙a(chǎn)生的表面張力將顆粒推開(kāi)，所以砂的松散體積會(huì)有明顯的膨脹，依據(jù)集料的含水量和粒級(jí)而變。由于大部分砂是在潮濕狀態(tài)下送至工地的，因此如果依據(jù)體積來(lái)配料，配合量就會(huì)有相當(dāng)大的波動(dòng)。為此，一般用重量來(lái)進(jìn)行混凝土拌和物的配料。 壓碎強(qiáng)度、耐磨性和彈性模量 三者是相互關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，它們都在很大程度上受到孔隙率的影響。通常用作

57、普通混凝土的天然集料一般是密實(shí)而強(qiáng)度很高的，所以不會(huì)成為使硬化混凝土強(qiáng)度和彈性性質(zhì)受到限制的因素。 體積穩(wěn)定性當(dāng)集料由于干濕循環(huán)或凍融循環(huán)等風(fēng)化作用引起體積變化而導(dǎo)致混凝土毀壞時(shí)，即被認(rèn)為是穩(wěn)定性不良的。具有某些特征孔結(jié)構(gòu)的巖石會(huì)表現(xiàn)出不良的體積穩(wěn)定性，一般與孔徑分布有關(guān)。如果在孔徑分布能使集料顆粒受潮時(shí)（或是冰凍時(shí)的融化）水飽和，但干燥時(shí)（或凍結(jié)）水卻難以流出的場(chǎng)合，就可能在集料內(nèi)部產(chǎn)生很高的靜水壓力。 粒徑和級(jí)配級(jí)配是顆粒狀材料中各級(jí)粒徑的顆粒之間的分布，通常用一套篩子中各號(hào)篩上的累計(jì)篩余或累計(jì)通過(guò)百分率來(lái)表示。規(guī)定級(jí)配的范圍和集料的最大粒徑對(duì)混凝土的工作性和成本有重要影響。例如，很粗的砂子會(huì)配得干硬而工作性差的混凝土拌和物；而特細(xì)砂則要增加需水量，也就