Chapter 4 Concrete(混凝土)混凝土也称砼(tong)，是当代最主要的土 木工程材料之一。它是由胶结材料，骨料 和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型， 在一定条件下养护而成的人造石材。混凝 土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简 单的特点，因而使其用量越来越大；同时 混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强 度等级范围宽，使其使用范围出十分广泛 ，不仅在各种土木工程中使用，就是造船 业，机械工业，海洋的开发，地热工程等 ，混凝土也是重要的材料。混凝土的历史 混凝土有悠久的历史。早在古罗马时代 ，人们就懂得把石头、砂子和一种在维苏 威火山地区发现的粉尘物（Pozzolana）与 水混合制成混凝土，用于建筑伟大的罗马 城和诸多神庙，甚至实现了诸如万神庙穹 顶这样伟大的建筑奇迹。后因种种原因， 其复杂的加工技术失传了许多世纪，后来 在文艺复兴时期的建筑丛书中才有提到。 现代意义的混凝土直到19世纪才出现，特 指由骨料（砂、石等）、水泥和水混合而 成的建材。这依赖于1824年英国人约瑟夫 阿斯曾丁（Joseph Aspdin）发明的水泥。但真正展示水泥特性的就是混凝土 。混凝土在拉丁语中是“结合在一起共同 成长”之意，在英语中，混凝土一词为 “Concrete”，分解开是“不同材料的结合 物”之意。现在中文的混凝土一词则是从 日本传来的，是 “Concrete”的日语音译 。通常意义上，我们很容易将混凝土理解 成一种结构材料，在中国绝大多数建筑中， 也是这样来使用混凝土的。但实际上，混凝 土也是一种内涵及表现力相当丰富的装饰材 料，甚至是某种艺术追求的唯一元素。 例:混凝土的艺术气质，成就了一代建筑大师安藤忠 雄。 若干年前，安藤忠雄是一个高中毕业生、一个普通 木匠和一个失败的职业拳手，总之是一个从未学习过任 何建筑工程的机械工程学生，因在某次旅行中看见广岛 和平纪念馆的清水混凝土而受了刺激，便一头栽入建筑 领域，竟玩出了强烈的建筑风格及享誉全球的高知名度 ，成为东京大学建筑系教授、全日本最顶尖的建筑大师 ，以及建筑界最高荣誉“普立兹克奖”的得主。 安藤忠雄的伟大贡献就是清水混凝土技术。简单地 说，就是用最简洁的质感体现最具现代感和最有精神的 建筑，用一句大众熟悉的话来讲，清水混凝土是真正的 手工水饺，而其它建筑墙体都是速冻类的工业水饺，只 有清水混凝土才能真正体现建筑的高手工技术。所以有 人说，清水混凝土是建筑界的华山论剑，真正是建筑高 度的攻关。 (清水混凝土极具装饰效果，所以又称装饰混凝土。它浇筑的是高质量的混凝土，而且在拆除浇筑 模板后，不再作任何外部抹灰等工程。它不同于普通混凝土，表面非常光滑，棱角分明，无任何 外墙装饰，只是在表面涂一层或两层透明的保护剂，显得十分天然、庄重。:上海浦东发展银行全 国结算中心 )0.分类 (1)By sort of gel materials(胶凝材料的种类)Cement concrete(水泥混凝土); gypsum concrete(石膏混凝 土); water glass concrete(水玻璃混凝土); asphalt concrete(沥青 混凝土). (2)By bulk density(体积密度) Heavy weight concrete:dry bulk density2600kg/m3用重晶石,铁矿石和铁屑等作集料制成的混凝土,对X射线和射 线有较高的屏蔽能力. normal weight concrete:dry bulk density:1950-2500kg/m3用普通砂石作集料制成的混凝土,在土木工程中应用最广,广泛 应用于房屋,桥梁,大坝,路面等各种工程结构. light weight concrete:dry bulk density1950kg/m3采用轻集料或引入气孔制成的混凝土.强度高可用于桥梁,强度 低用作隔热保温用.4.1Constituent materials of ordinary concrete(普通混凝土组成材料 )Concrete is composed mainly of three materials ,namely ,cement, aggregate and water, and additional materials, known as an admixture. 1.Cement(水泥)Cement is the chemically active constituent but its reactivity is only brought into effect on mixing with water.(1)Variety of cement(水泥品种)配制混凝土时，应根据混凝土工程性质、部位、施工条件、环境状 况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅 酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。几种通用水泥的性能特点及应用硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特 性早期强度高；水化 热较 大；抗冻性 较好；耐蚀性差 ；干缩较 小与硅酸盐水泥基 本相同早期强度较低， 后期强度增长较 快；水化热较 低 ；耐热性好；耐 蚀性较强；抗冻 性差；干缩性较 大；泌水较多早期强度较低， 后期强度增长较 快；水化热较 低 ；耐蚀性较强； 抗抗渗性好；抗 冻性差；干缩性 大早期强度较低， 后期强度才长较 快；水化热较 低 ；耐蚀性较强； 干缩性较小；抗 裂性较高；抗冻 性差适 用 范 围一般土建工程中 钢筋混凝土及预 应力钢筋混凝土 结构；受反复冰 冻作用的结构； 配制高强混凝土与硅酸盐水泥基 本相同高温车间 和有耐 热耐火要求的混 凝土结构；大体 积混凝土结构； 蒸汽养护的构件 ；有抗硫酸盐侵 蚀要求的工程地下、水中大体 积混凝土结构和 有抗渗要求的混凝 土结构；蒸汽养 护的构件；有杭 硫酸盐侵蚀要求 的工程地上、地下及水中 大体积混凝土结 构；蒸汽养护的 构件；抗裂性要求 较高的构件；有 抗硫酸盐侵蚀要 求的工程不 适 用 范 围大体积混凝土结 构；受化学及海水 侵蚀的工程与硅酸盐水泥基 本相同早期强度要求高的 工程；有抗冻要 求的混凝土工程处在干燥环境中 的混凝土工程；其 他同矿渣水泥有抗碳化要求的工 程；其他同矿渣 水泥(2)Strength grade of cement(水泥强度等级 )水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强 度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高 强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还 会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等 级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强 度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性 能；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导 致超强而不经济。因此，根据经验一般以选择 的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准 值的1.52.0倍为宜。 请观察此使用一年多的水泥混凝土道路表面( 如图下图)，该水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥， 其熟料矿物组成分别为 C3S 53，C2S 25， C3A 15，C4AF 7。请从水泥的角度分析其选 用有否不当之处 .2.Aggregate(集料或骨料)aggregate is much cheaper than cement and maximum economy is obtained by using as much aggregate as possible in concrete. Its use also considerably improves both the volume stability and the durability of the resulting concrete.骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的60 80，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。(1)Classification of aggregate Thin aggregate(细骨料 )粒径4.75 mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源 分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由自然风化、水流搬运和分 选、堆积形成的、粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，但不包括软质 岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂 。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。 coarse aggregate(粗骨料)粒径大于4.75 mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎 石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的 ，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运 和分选、堆积而成的、粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石和碎 石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针 状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒（平均粒径指该 粒级上、下限粒径的平均值）。 (2)Technical properties of aggregate(骨料的技术性质)骨料的各项性能指标将直接影响到混凝土的施工性能 和使用性能。骨料的主要技术性质包括 :particle texture and grading(颗粒级配及粗细程度 )颗粒级配是指粒径大小不同的集料相互搭配的情况。在 混凝土中集料间的空隙是由水泥浆所填充,为了达到节约 水泥的目的,应尽量减少集料的总表面积和集料间的空隙. 集料的总表面积由集料的粗细程度来控制,集料间的空隙 由颗粒级配来控制.在配制混凝土时,集料的颗粒级配和粗细程度这两个因 素应同时考虑.当集料的级配良好且颗粒较大,则空隙及总 表面积均较小,这样的集料比较理想,不仅水泥浆用量少,而 且可以提高混凝土的密实度和强度.粗集料颗粒级配有连续级配与间断级配之分.连续级配 是从最大粒径开始,由大到小各级相连,其中每一级都有适 当的比例,连续级配在工程中应用较多.间断级配是各级不 连续,即省去中间一,二级.例如:510 mm与2040 mm两 种粒级的集料配合使用,中间缺少1020mm的集料,即成 间断级配.间断级配可以降低集料的粉隙率,可节约水泥,但 易使混凝土拌合物产生离析.故工程中应用少细集料按其细度模数可分为粗,中,细三种规格,粗砂(3.7 3.1),中砂(3.02.3),细砂(2.21.6).细度模数是衡量砂粗 细程度的指标。细度模数愈大，表示砂愈粗。其表示式为 ： 式中Mx细度模数； A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为4.75 mm、 2.36 mm、1.18 mm、600 m、300 m、150 m筛的 累积筛余。 对于粗集料，集料的最大粒径对水泥混凝土和沥青混 合料性能的影响，往往比平均粗细程度的影响大，因此， 在明确了级配要求后，还用最大粒径作为粗集料颗粒大小 的表征。最大粒径是指骨料的100都要求通过的最小的 标准筛筛孔尺寸。公称最大粒径是指骨料可能全部通过或 允许有少量不通过（一般允许筛余不超过10）的最小的 标准筛筛孔尺寸。通常比骨料最大粒径小一个粒级。 Particle shape and surface character(颗粒形态和表面特征 )集料特别是粗集料的颗粒形状和表面特征对水泥混凝土 和沥青混合料的性能有显著的影响。通常，集料颗粒有浑圆 状、多棱角状、针状和片状四种类型的形状。其中，较好的 是接近球体或立方体的浑圆状和多棱角状颗粒。而呈细长和 扁平的针状和片状颗粒对水泥混凝土的和易性、强度和稳定 性等性能有不良影响，因此，在集料中应限制针、片状颗粒 的含量。在水泥混凝土中，针状颗粒是集料中颗粒长度大于 所属粒级平均粒径的2.4倍的颗粒。片状颗粒是指集料颗粒厚 度小于所属粒级平均粒径的0.4倍的颗粒。 集料的表面特征又称表面结构，是指集料表面的粗糙程度 及孔隙特征等。集料按表面特征分为光滑的、平整的和粗糙 的颗粒表面。集料的表面特征主要影响混凝土的和易性和与 胶结料的粘结力，表面粗糙的集料制作的混凝土的和易性较