混凝土

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手推車中的混凝土
波士頓市公所,混凝土外型建築

混凝土,又稱石屎或者石矢(在中國大陸书面上又寫作tóng),是由胶凝材料骨料按适当比例配置,再经过一定时间硬化而成的人工石材。混凝土的硬度高、坚固耐用、原料来源广泛、制作方法简单、成本低廉、可塑性强、适用于各种自然环境,是世界上使用量最大的人工建筑材料,廣泛使用於房屋橋樑公路跑道擋土牆護堤涵洞水壩水箱水塔油槽渠道水溝碼頭防波堤軍事工事核能發電廠等構造物。

历史[编辑]

古羅馬[编辑]

在古代西方,羅馬人曾經用火山灰混合石灰﹑砂製成天然混凝土。天然混凝土具有凝結力強,堅固耐久,不透水等特性,使之在羅馬得到廣泛應用,大大促進了羅馬建築結構的發展,而且拱和穹頂的跨度上不斷取得突破,造就了一大批仍為人們津津樂道的在型公共建築。公元前1世紀中,天然建築在券拱結構中幾乎完全排斥了石材。

波特蘭水泥[编辑]

20世紀以後[编辑]

20世紀初,水灰比等學說初步奠定了混凝土強度的理論基礎。以後,相繼出現了輕集料混凝土、加氣混凝土及其他混凝土,各種混凝土外加劑也開始使用。 60年代以來,廣泛應用減水劑,並出現了高效減水劑和相應的流態混凝土;高分子材料進入混凝土材料領域,出現了聚合物混凝土;多種纖維被用於分散配筋的纖維混凝土。現代測試技術也越來越多地應用於混凝土材料科學的研究。汉语中“混凝土”一词,来自于日本学者广井勇的翻译(音译加意译,con——cre——te=混(コン)——凝(クリー)——土(ト)。)

分类[编辑]

混凝土的组成材料有很多种,性能也各有不同,因此有多种分类。

按表观密度分类[编辑]

重混凝土[编辑]

干燥状态下表观密度在2800 kg/m3以上的混凝土属于重混凝土。重混凝土使用的骨料特别密实,例如铁屑、铁矿石等。γ射线和X射线不能穿透一定厚度的重混凝土,所以重混凝土一般用于反应堆的屏蔽。

普通混凝土[编辑]

干燥状态下表观密度在2000 kg/m3至2800 kg/m3之间的混凝土属于普通混凝土。普通混凝土使用最广泛,一般由天然的砂、石子作为骨料配制而成,可以用于各种民用工程。

轻混凝土[编辑]

干燥状态下表观密度小于2000 kg/m3。常见的有加气混凝土、多孔混凝土,一般用于制造保温隔热材料。

組成[编辑]

膠結性材料[编辑]

介於骨材的空隙中,主要膠結骨材顆粒以形成完整的個體。

粒料(骨材)[编辑]

於混凝土中佔有大多數體積,其性質可以影響混凝土的主要特性,依照其顆粒大小可以分為粗粒料(粗骨材)與細粒料(細骨材)兩類

粗粒料(粗骨材)[编辑]

一般為天然石或者為人造石。大於#4篩的通常稱為粗粒料(粗骨材)。尺寸#4~50 mm。 水洗#200篩以下的,稱為含泥。含泥量(%)=(含泥量/原試樣重)。含泥量規定要大於50%

細粒料(細骨材)[编辑]

一般為天然砂或者人造砂,小於#4篩的通常稱為細粒料(細骨材)。尺寸#4篩~#200篩。 水洗#200篩以下的,稱為含泥。 含泥量/原試樣重=含泥量百分比。含泥量規定要大於50%

特別粒料(特別骨材)[编辑]

輕質粒料(輕質骨材)[编辑]

結構用輕粒料(輕骨材)密度=1.1~1.8 kg/cm3,強度大於140 kgf/cm2

摻料[编辑]

由於不同用途需求,在混凝土中加入各種材料以改善混凝土性質和性能。

礦物摻料[编辑]

波索蘭材料

化學摻料[编辑]

快乾劑/早強劑[编辑]

快乾劑(中國大陸稱為早強劑)能加快水成反應,加速石矢硬化。常為CaCl2或NaCl。不過當中的氯可能會腐蝕鋼筋,所以某些國家禁止使用。(台灣有立法已規定氯的含量,中國大陸以國家規範的形式規定混凝土的氯離子含量)

緩凝劑[编辑]

緩凝劑相反減慢石矢的水成反應,常用於大形石矢,以防止過熱。為蔗糖(C12H22O11

引氣劑[编辑]

引氣劑可以把小气泡分佈於石矢內,防止冻融交替的損害。每增加1%氣泡更減少5%強度。

塑化劑[编辑]

塑化劑(減水劑)增加水泥的工作性(增加和易性,增加塌落度,以便泵送),從而可減少含水比例,增加強度。

鋼筋埋設成鋼筋混泥土結構
預製水泥磚型態
河砂石原料採集
大型混凝土搅拌车
超塑劑[编辑]

超塑劑為高效的塑化劑,能高增加工作性。相對來說,塑化劑用以保持工作性下減少水分,從而可減少含水比例,增加強度及耐用。

染料[编辑]

可改變石矢顏色。

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水是混凝土中不可缺少的一項。 水膠比(W/B)的高低與混凝土強度的高低成反比。 水膠比=水的質量/膠結材的質量

材料性質[编辑]

混凝土通常都有较强的抗压强度,但是抗拉强度相对较弱,所以通常需要在混凝土里加入其他材料(如钢筋)以增强其拉力。

抗壓強度[编辑]

使用混凝土主要就是利用它的较好的抗压强度。混凝土的强度等级是用其抗压强度来划分的。

抗拉強度[编辑]

通常為抗壓強度的1/10~1/8,現有3種試驗方法。1.點載重彎曲荷重法。2.劈列抗拉。3.直接拉伸。

稠度和坍度[编辑]

稠度是混凝土濕度或流動性的一種度量。稠度是以坍度試驗來量測。而試驗的結果稱之為坍度。混凝土的坍度越小,越不易流動,工作度越差,容易發生拆模後混凝土結構體表面產生蜂窩。

配比[编辑]

混凝土依照其組成成分比例的不同,會有不同的性質。各項材料的比例稱為配比。在設計配比時必須考慮到混凝土的用途而有強度、耐久性、工作性、經濟性和生態性等主要考量。

強度[编辑]

混凝土為現代主要土木工程材料之一,通常被設計來承受載重,因此在土木工程的運用上,配比將抗壓強度作為主要考量。通常大于 15 N/mm2。中國大陸現行《混凝土結構設計規範》(GB50010-2010)規定:用於結構構件的混凝土強度為20~80 N/mm2(20~80兆帕)。混凝土强度(包括这里指的强度)一般均指混凝土抗压强度。

耐久性[编辑]

耐久性在一般情況下﹐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下受到頻繁的凍融交替作用時﹐混凝土易於損壞。為此對混凝土要有一定的抗凍性要求。用於不透水的工程時﹐要求混凝土具有良好的抗滲性和耐蝕性。

工作性[编辑]

對一般混凝土施工而言,如果混凝土太乾黏,則施工不易,容易產生蜂窩,甚者易使現場工人為施工便利而私自加水,導致設計強度(水灰比)走樣。高性能混凝土具有高流動的特性,可以縮短工期、節省人力及簡化施工作業等。高工作性包括容易施工、沒有析離、容易粉光、或後續的處理簡易。假設工作性良好,自然就不會擅自加水,一旦不會加水,混凝土品質就能夠獲得較大的保障。

經濟性[编辑]

高性能混凝土的經濟性建立在水泥的強度效益、高生命週期、易施工之低成本上。目前台灣的混凝土每一公斤的水泥約只能發揮0.7 kg/cm2的強度,而文獻上最佳的效率則是每公斤水泥可發揮7 kg/cm2的強度。目前國內高性能混凝土規範則規定每公斤水泥應可發揮至少1.4 kg/cm2的強度。高性能混凝土雖比傳統混凝土多加化學摻料及卜作嵐材料,由材料的觀點來看,其初始製造費用,的確比傳統混凝土高,但從改善工作性、提高早期強度、提高結構耐久性、降低施工費用,節省工時、提高力學性能,減少構件尺寸與斷面等所得之效益,不僅可彌補混凝土之價差,且更具經濟效益。

生態性[编辑]

由於現代多數使用普通硅酸盐水泥作為混凝土中的膠結性材料,在普通硅酸盐水泥的製造過程中,需要大量的熱能,造成排放許多的二氧化碳,因此在設計配比時,減少普通硅酸盐水泥用量可以增進混凝土的生態性。

使用流程[编辑]

拌合[编辑]

混凝土在使用時,必須將各種材料經過適當混合、攪拌的程序稱為拌合。拌合後尚未硬固且具有可塑性的混凝土稱為新鮮混凝土

拌合機具[编辑]

強制式拌合機

預拌混凝土[编辑]

因應工程實際需要,於工廠或工地大量拌合新鮮混凝土再運送至澆注場所,由於使用專用機具與專業人員來操作拌合程序,因此較能確保混凝土品質。

浇筑[编辑]

將具有可塑性的新鮮混凝土注入模型內以在混凝土硬固後形成各種形狀之結構物的手續稱為浇筑。

搗實[编辑]

為使具有一定黏稠性的新鮮混凝土可以順利的充滿模型內,以人為的方式加以震動或攪拌,以排除氣泡降低硬固後混凝土的孔隙。

常見搗實工具:

  •  震動棒
  •  內部震動器
  •  搗棒

養護[编辑]

混凝土浇筑后12小时内应覆盖保湿养护,养护时间至少7天,以保证混凝土中的水泥水化反应所需水份。

一般工程常見的混凝土[编辑]

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「砼」字的來源[编辑]

「砼」一字的創造者是著名結構學家蔡方蔭教授,創造時間是1953年。當時教學科技落後,沒有錄音機復印機之类的电器,學生上課聽講全靠記筆記。「混凝土」是建築工程中最常用的詞,但筆劃太多,寫起來費力又費時。於是蔡方蔭大膽采用笔画减省的「人工石」三字代替「混凝土」,大大加快了筆記速度。後來「人工石」三字合成了「砼」字,並在大學生中得到廣泛使用。[來源請求]

「砼」字的接受過程[编辑]

1955年7月,中國科學院編譯出版委員會名詞室審定頒布的《結構工程名詞》一書中,明確推薦「砼」與「混凝土」一詞並用。從此,「砼」被廣泛採用於各類建築工程的書刊中。

1985年6月7日,中國文字改革委員會正式批准「砼」與「混凝土」兩字詞同義、並用的法定地位。

另外,「砼」字的讀音[tóng](音「同」),正好與法語的「béton」、德語的「Beton」以及俄語的「бетон」(皆為「混凝土」之意)的發音基本相同。這樣,在建設領域中更有利於國際學術交流。是個建築工程專用字。

參見[编辑]