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【原创】【第三届原创参赛】混凝土的传说

smallstrong

2010/11/30

私聊

物性测试综合讨论

本文为smallstrong 原创作品，本作者是该作品唯一合法使用者，该作品暂不对外授权转载。
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说说历史：

混凝土是目前土建施工，尤其是高层住宅建筑的主要施工材料。据说混凝土早在古代就被聪明的希腊人使用，当时的主要建筑材料是石材。但石材的可取材地区十分稀少，搬运困难，而且品质不一。后来人们发现将水泥（主要成分是硅酸盐）、砂石混合后能够形成具有一定强度的并且十分具有可塑性的形状类似石材的物体，而且最关键的是混凝土为水硬性材料，说通俗点，适合在湿度较大的环境中提升强度，或者干脆在水中，它的强度也能不断增长。当时广大建筑师对此十分长草。混凝土的中文简称为“砼”，分解开即为“人工石”，即为人造石材。

但是问题又来了，混凝土和石材的特性很相似，抗压强度很好，但是抗剪切和抗拉的强度却只有其抗压强度的约十分之一。因此造成了梁以及楼板等有剪应力和拉应力参与受力的构件设计极为放不开，跨度十分之小。因此我们现在看到的古罗马神庙宫殿建筑，基本都是一个模式，虽然可能只需要极少数柱子即可承受屋面的重量，但是还是不得不缩短梁的跨度，加大梁的高度，搞的一个大型建筑立柱成林。屋顶也是尽量的盖成穹顶，加大水平角以减少对柱子的横向推力。十分浪费材料。

后来这个问题被一个法国园艺师莫尼埃解决了。从花的根部包裹土壤的现象中获得灵感，将钢筋包裹进混凝土当中，从此成了钢筋混凝土的发明人。当然这也许是杜撰，就和凯库勒发现苯环结构式一样。

无论怎样，钢筋混凝土的发明是有十分严谨的科学成分的。之所以这两种东西能够完美结合，是因为以下原因：

1、相近的线膨胀系数，保证两者能够“同进退”。

2、良好的粘结性，想要钢筋帮助混凝土承受拉力和剪力，需要做好钢筋的工作。在钢筋身上加上“肋条”，或者让钢筋轻度锈蚀，用钢筋调直机一拉，松脆的锈蚀立刻掉落，在钢筋表面流下无数的小坑洞。

3、混凝土中碱性的环境能够保护钢筋不锈蚀。

钢筋混凝土的弱点：

知道了钢筋混凝土结合的原因，也不免分析出混凝土的弱点。

1、钢筋不给力：钢筋若锈蚀严重，或者干脆能够承受的力度不够，自然整个构件会破坏；

2、混凝土不争气——氯化腐蚀、硫酸盐腐蚀和碱骨料反应：众所周知，铁块放在盐水中比放在清水中腐蚀的快。另外，水泥是碱性的，可以保护钢筋，但是碱含量过大时也能与砂石中一些二氧化硅等活性成分反映，这种反应的产物通常不具有太大强度，而且膨胀系数超大，能将混凝土涨开。同样，硫酸盐也会对混凝土造成同样的影响。

3、碳化：二氧化碳和碱是能够反应的，正如可乐能够除水碱一样。混凝土凝固后是有一定的毛细孔的，经过长期的碳化反应，一旦保护钢筋的混凝土碱性环境丧失，钢筋也面临被腐蚀的窘境。

混凝土的亲戚：

混凝土本身就是十分复杂的个体，它的亲戚自然也少不了。

上文已述，混凝土主要是由水、水泥、砂石等组成，这里砂石被称为骨料。顾名思义，骨料即承受强度的主要物体。骨料讲究“粒径”选择，并不是越硬越大的石头就好，要讲究级配。我们想让混凝土达到的理想效果是：大石头的缝隙里主要是小石头，小石头缝隙里是小石子，小石子缝隙里是大沙粒，大沙粒缝隙里是小沙粒，其他地方填充细细的水泥以构成统一的整体。

其次，水和水泥也是一对矛盾体，水灰比也是影响混凝土强度很重要的一项，水少了太稠，水多了强度低。故使用现场严禁往罐车中加水，否则可能引起严重的质量事故。例如北京市大兴区旧宫三角地明锐湾项目，就是由于私自加水而导致拆除部分结构重新浇筑，造成了极大的不良后果。

上述两项加起来就是所谓的“配合比”了。商品混凝土厂家每批混凝土都要有符合规范规定的配合比要求，根据工程的要求来满足各种不同使用功能。

混凝土的亲戚众多，被叫做各种外加剂和掺合料，根据不同的环境和使用功能，外加剂和掺合料的类型也五花八门，主要功能有几点：

1、加快混凝土早期增长：主要适用于冬季施工或拆模快的情况

2、延缓混凝土过快增长：夏天气温高，长距离运输防止混凝土过稠

3、减少水的用量增加流动性：防止混凝土过稠打灰不易堵塞

4、减少毛细孔增强防水性能：防水加强

5、加强混凝土防冻性能：防冻抗裂

6、防止各种不利反映：防止碱骨料反应等其他一系列不利反应。

施工现场关于混凝土的实验主要有以下几个方面：

1、原材料：

1.1 水泥：细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性、强度

1.2 砂：细度模数、级配区域、含泥量、泥块含量、表观密度、堆积密度、碱活性指标

1.3 碎（卵）石：级配情况、级配结果、最大粒径、含泥量、泥块含量、针、片状颗粒含量、压碎指标值、表观密度、堆积密度、碱活性指标

1.4 掺合料：细度、需水量比、吸铵值、28天水泥胶砂抗压强度比、烧失量

1.5 其他如外加剂实验等。

2、预拌混凝土出厂合格证，混凝土抗压强度试验报告

3、测温记录

4、混凝土回弹实验及碳化深度测试。

下面以冬季混凝土施工为例，说明各种实验的功能。

根据《建筑工程冬期施工规范》JGJ104-97规定：当室外日平均气温连续5d稳定低于5°C即进入冬期施工，最迟不晚于11月15日。

1、混凝土出罐温度、入模温度：使用校准后的煤油温度计测量混凝土出罐后温度，不低于10℃为合格。但惯例上可以要求出罐温度不低于15度。在做好泵管保温的情况下可保证入模板的温度不低于10℃。

2、混凝土塌落度：

原则上取每罐混凝土中段灰，脚踩塌落度筒两侧“耳朵”，用铁锹铲入塌落度桶，用铁杵沿桶周围杵实，排除气泡，将桶顶用铁杠刮平。放开“耳朵”，抓紧提手迅速向上提起，并放至混凝土堆旁边，用卷尺度量混凝土堆最高点与塌落度筒的距离差，精确到毫米，度数即为改罐混凝土的塌落度值。

塌落度反映了混凝土的流动性，流动性大有利于汽车泵打灰，但流动性过大则水泥含量相对较低。冬季施工期间应优先选用硅酸盐水泥，以发挥其早强的性能。水泥用量不小于300kg/m³。防冻外加剂一般在温度低于-5℃时使用，在混凝土同含量不大于1%。

塌落度筒

3、混凝土冬期测温：

应在冬季施工方案中体现，包括测温方法、测温人员培训以及绘制测温点布置图。同类型构件每100㎡或距离20m需布置1个测温点。大型构件如独立基础应布置两点以便能够更全面了解构件内部温度。在混凝土达到临界强度之前每点应每隔2小时测温一次，达到临界强度后每隔6小时测温一次。直到同批混凝土温度降至0℃。

测温管及煤油温度计

4、混凝土冬季同条件抗压试块：

当混凝土温度降至0℃之后将同条件试块送至实验室检验抗压强度，大于4MPa即为合格。

5、混凝土标准养护抗压试验：混凝土在标准养护条件，20摄氏度恒温，95%湿度环境下养护28天的强度。用以检验混凝土材料及配合比是否符合要求。

6、混凝土600℃·天试验：混凝土同条件养护，累计日平均温度达到600后或平均正温60天后进行抗压强度试验。用以检验冬季转常温后混凝土的强度。

7、混凝土拆模抗压强度试验：梁板、悬臂构件在拆除前进行的抗压试验，用以检验该构件在拆除下部模板支撑后的安全性。普通梁板构件须达到设计强度的75%以上方可拆除模板，悬臂构件需达到设计强度的100%后方可拆除模板。

现场标养室：

由于实验室一般距离施工现场较远，且为方便试块拆模，故试块需要在现场标养1-2天。目前市场有类似标养箱等设备。但缺点是储存量少。故现场设置标养室能够更加经济。

标养室格局；

自动温湿控制仪

温湿感应器

干湿温度计

电加热水箱

空调辅助升温

试块存放架

试块

试块拆模

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