建筑工程评估基础复习指南（4）

混凝土和钢筋混凝土
一、 混凝土
混凝土的特点：（掌握）
(1) 原材料来源广且造价低。
( 2) 据有良好可塑性。
(3)可调配性好。
(4)抗压强度高。适合做结构材料。
(5)与钢筋的共同工作性好。混凝土热膨胀系数与钢筋相近，受力特点可以互补，且与钢筋的粘结力较强，可制成钢筋混凝土，扩大应用范围。
(6)耐久性好。混凝土一般不需要维护、维修及保养。
(7)耐火性好。可经数小时高温作用而仍保持其力学性质。
(8)生产工艺简单、能耗低。
(9)可浇注成整体建筑物以提高抗震性，也可预制成各种构件再进行装配。
但普通混凝土也有不足之处，如自重大，比强度小；抗拉强度低，脆性大；受拉时抗变形能力小、容易开裂；导热系数大，保温隔热性差；硬化较慢，生产周期长等。
(一)混凝土的种类（熟悉）
混凝土的品种有很多，其性质和用途各有不同。
1．按其质量密度分：
(1)特重混凝土：其表观密度>2500ks／m3，主要用于原子能工程的屏蔽结构。
(2)重混凝土：表观密度在1900—2500kg／m3之间，用天然砂、石作骨料制成，主要用于各种承重结构，是我们常称的普通混凝土。
(3)轻混凝土：表观密度在500-1900kS／m3，可用于承重隔热结构。
(4)特轻混凝土：表观密度在250kg／m3以下的混凝土，主要用于隔热保温层。
2．按其用途分：有结构混凝土、水工混凝土、保温混凝土、耐火混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、防水混凝土、大坝混凝土、防辐射混凝土等等。
3．按其强度分：一般强度混凝土，其强度在10-40N／mm2；高强混凝土，其强度≥50N／mm2；超强混凝土，其强度≥100N／mm2。
4．按拌合料的流动性分：干硬性混凝土、低流动性混凝土、塑性混凝土、流态混凝土等，这是以其坍落度的大小划分的。
5．按施工方法分：普通浇筑混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土、大体积混凝土、预填骨料混凝土、水下混凝土、预应力混凝土。
6．按配钢筋情况分：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、劲性钢筋混凝土、钢管混凝土、纤维混凝土、预应力钢筋混凝土等。
(二)混凝土组成材料及其要求（掌握）
普通混凝土(简称混凝土)的基本组成材料为水泥、水、砂子、石子，另外还经常加入外加剂和掺合料。在这些组成材料中，碎石起骨架作用，砂填充石子的空隙。水泥与水形成水泥浆包裹骨料表面并填充骨料的空隙
1．水泥。水泥在混凝土中起胶结作用，所以是最重要的材料。水泥的品种主要根据工程性质及其所处的环境进行选择。水泥强度等级应与混凝土强度等级相匹配。在同等混凝土强度下，水泥强度等级过高或过低会导致混凝土内水泥用量的过少或过多。
2．砂和石子。
(1)砂：砂的颗粒直径在0．15-5．0mm之间。建筑用砂的质量要求：
①含杂质量少。杂质多，泥土粘结力远小于水泥，会大大降低混凝土强度。
②有良好的级配(级配是指砂子不同粒径的组合情况)，砂级配对混凝土的影响很大，如果都用大粒径，会造成颗粒间孔隙加大，而这些孔隙要由水泥去填充，加大了水泥用量。相反，如都用小颗粒细砂，单位体积砂子颗粒数增多，而每个颗粒都需水泥去包裹，同样会加大水泥用量。只有当大颗粒砂子的架空孔隙由中颗粒砂去填充，中颗粒砂的架空孔隙由小颗粒砂去填充，才达到砂子孔隙率最小，需要由水泥包裹的砂子总面积小的效果，这就是良好的级配。良好的级配既节省水泥，又可提高混凝土的强度。
(2)石子：混凝土常用的石子有碎石和卵石，碎石坚硬易粘结牢靠，卵石易拌合，但强度偏低。对石子的要求和砂子一样，要有良好的级配和含杂质少。另外，要求石子的强度应为混凝土的I．5倍以上，并且针、片状石子含量不得超过1．5％(针、片状石子过多，会降低混凝土强度)。
3．水：混凝土的拌合及养护用水应符合规范的规定，要求不含影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。
外加剂。混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺人，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的5％(特殊情况除外)。
混凝土外加剂按其主要功能分为四类：
(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括：减水剂、引气剂和泵送剂等。
(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括：缓凝剂、早强剂和速凝剂等。
(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括：引气剂、防水剂、抗冻剂和阻锈剂等。
(4)改善混凝土其他性能的外加剂，
(三)混凝土配合比（掌握）
混凝土的配合比通常是指混凝土中水泥、砂、石、水四种主要组成材料用量之间的比例关系。
常用的表示方法有两种，一种是以混凝土中各种材料的用量(kg)来表示的，例如水泥300 kg，砂690kg，石子1200kg，水190kg；
另一种是以水泥的质量为1，用各材料间的质量比来表示，如上述数据可写成：水泥：砂：石：水：= 1：2．3：4．0：0．63。
当掺外加剂或掺合料时，其用量以水泥用量的质量百分比来表示。
混凝土配合比的设计的三个比例关系可以用三个参数来表示。即：水与水泥的关系，用水灰比(水与水泥用量之比)表示；砂与石子的关系，用砂率(砂的质量占砂、石总质量的百分比)来表示；水泥浆与骨料的关系，用单位用水量(1立方米混凝土的用水量)来表示。
(四)混凝土的技术性质（掌握）
普通混凝土的技术性质包括：
混凝土硬化前的性质，即混凝土拌合物的和易性；以及混凝土硬化后的性质，即强度、耐久性及变形性能。
1．混凝土拌合物的和易性。良好的和易性要求混凝土有良好的流动性、粘聚性和保水性。混凝土拌合物的和易性不好，对混凝土的施工质量将产生影响，如产生蜂窝、麻面、孔洞、露筋及疏松等质量缺陷。
2．混凝土的强度。
(1)混凝土强度等级。混凝土强度等级是按立方体抗压强度来划分的。所谓立方体抗压强度是指制作边长为150mm标准立方体试件，在温度为20±2度，相对湿度为95％以上的潮湿环境或水中的养护条件厂，经28天养护，采用标准试验方法测得的混凝土极限抗压强度，并以此来确定混凝土的强度等级，用Fcu表示。
混凝土根据强度的不同一般划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80十四个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N／mm2。
(2)影响混凝土强度的因素。混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及与骨料表面的粘结强度，而这些强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料性质密切相关。
①水灰比和水泥强度等级。当用同—品种及相同强度等级水泥时，混凝土强度主要取决于水灰比。一般情况下可以认为，在水泥强度等级相同的情况下，水灰比越小，混凝土强度也就越高。
②骨料的品种、规格与质量。在水泥强度等级和水灰比不变的条件下，碎石混凝上的强度高于卵石混凝土的强度。骨料的级配良好，杂质少，针、片状骨料少，砂率合理，可使骨料组成密实的骨架，充分发挥骨架作用。并可降低用水量及水灰比，有利于强度的提高。
③养护条件：(温度和湿度)。温度升高，水泥的水化速度加快，因而混凝土强度发展也快。反之，则强度发展迟缓。湿度适当，水泥水化便能顺利进行，使混凝土强度得到充分发展。
④龄期。混凝土在正常养护条件下，其强度随着龄期增加而提高。最初7、14d内，强度增长较快，28d以后增长缓慢。
3．混凝土的耐久性。耐久性指标：
(1)抗渗性。抗渗性是指混凝土抵抗液体在压力作用下渗透的性能。它直接影响混凝土的抗冻性、抗侵蚀性等。
(2)抗冻性。抗冻性是指混凝土抵抗冻融循环破坏的能力。
(3)抗侵蚀性。环境介质对混凝土的侵蚀主要是对水泥石的侵蚀。
(4)碳化。混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水的过程。
碳化对混凝土的影响有如下几点：
混凝土的碱度降低，使其对钢筋的保护能力降低，钢筋易锈蚀，是碳化的危害；
碳化产生收缩，在其表面产生微裂纹．使其抗拉、抗折强度降低；
碳化产生的碳酸钙可减少水泥石的孔隙，对防止有害介质的侵入，同时可使抗压强度有所提高。
但碳化对混凝土的影响，从总体来说是弊大于利。
4．混凝土的变形。混凝土在凝结硬化过程或使用过程中，受各种因素作用会产各种变形，这些变形是导致混凝土开裂的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强度和耐久性。
例题: 1. 下列（）属于混凝土的特点。
A可调配性好B强度大C抗拉强度高D导热系数小E据有良好可塑性
答案：A,E
2. 下列有关重混凝土正确的表述有（）。
A：表观密度在500-1900kS／m3　
B：主要用于原子能工程的屏蔽结构
C：用天然砂、石作骨料制成
D：是我们常称的普通混凝土
E: 主要用于各种承重结构
答案：C,D,E
3.外加剂掺量不大于水泥质量的（）。
A: 10％
B: 8％
C: 3％
D:5％
答案：D
4.对石子质量的要求有（）。
A: 含杂质少
B: 强度应为混凝土的1倍以上
C: 强度应为水泥的1.5倍以上
D: 良好的级配
E: 强度应为混凝土的1.5倍以上
答案: A,D,E
5.混凝土配合比的设计的三个参数是( ) 。
A: 水灰比
B: 单位用水量
C: 和易性
D: 单位水泥用量
E: 砂率
答案：A,B,E
6.影响混凝土强度的因素有（）。
A: 骨料的品种
B: 立方体抗压强度
C: 温度和湿度
D: 水泥强度等级
E: 龄期
答案：A,C,D,E
二、钢筋混凝土（掌握）
(一)普通钢筋混凝土
1．钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理、力学性能完全不同的材料所组成。
2．混凝土抗压强度很高，但其抗拉强度很低(约为抗压强度的1/8—1／9)。当采用素混凝土梁时(图2—5a)，在荷载不大时，混凝土梁的受拉区就已经开裂，并且裂缝迅速向上扩展，使梁很快断裂，发生脆性破坏。
3．为了克服这一严重缺点，在混凝土梁的受拉区配置抗拉强度很高的钢筋，以承受拉力(如图2—5b)，从而改变素混凝土受弯构件不能承受较大荷载的缺陷。此外，在受压构件中配置钢筋还可帮助混凝土承受压力；在受扭构件中配置钢筋可承受扭矩等。
4．钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起而共同工作，根本原因在于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好粘结力，使两者可靠地结合在一起，从而保证在外荷载的作用下，钢筋与相邻混凝土能够共同变形，受拉区的钢筋首先达到屈服强度，而后受压区的混凝土达到弯曲抗压强度，构件即遭破坏。钢筋混凝上能充分发挥钢筋的抗拉能力和充分利用混凝土的抗压能力，合理地利用了两种材料各自的优点。
5．其次，钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数的数值颇为接近，当温度变化时，不致于产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。
(二)预应力混凝土
1．预应力混凝土的概念及原理。在普通钢筋混凝上结构中，由于混凝土极限拉应较低，在使用荷载作用下，构件中钢筋的应变大大超过了混凝上的极限拉应变。钢筋混凝土构件中的钢筋强度得不到充分利用，所以普通钢筋混凝土结构采用高强度钢筋是不合理的。
为了充分利用高强度材料，弥补混凝土与钢筋拉应变之间的差距，人们把预应力运用到钢筋混凝土结构中去。也即在外荷载作用到构件上之前，预先用某种方法，在构件上(主要在受拉区)施加压力，当构件承受由外荷载产生的拉力时，首先抵消混凝土上已有的预压力，然后随荷载增加，才能使混凝土受拉而后出现裂缝，因而延迟构件裂缝的出现和开展，这就是预应力混凝土的基本概念。
现以一预应力简支梁的受力情况为例，说明预应力的基本原理〈如图2-6所示〉。
在外荷载作用之前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的偏心顶压力N，使得粱截面下边缘混凝土产生预压应力。当外荷载(包括梁自重)作用时，截面下边缘将产生拉应力6b；(图2—6b)。最后的应力分布为上述两种情况的迭加；梁的下边缘应力可能是数值很小的拉应力(图2—6c)，也可能是压应力。也就是说，由于预压应力的作用，可部分抵消或全部抵消外荷载所引起的拉应力，因而延缓混凝土构件的开裂和限制了裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。
2．预应力混凝土的分类。预应力混凝土根据生产工艺的不同，大体可分力先张法、后张法：
㈠)先张法，在浇灌混凝土以前张拉预应力钢筋，这种：方法称为先张法。
先张法工艺的特点是顶应力钢筋的张拉要在台座上进行，因此要求有预制场地。
(2)后张法、构件先浇灌混凝上，待混凝土硬化后，在构件上张拉预应力钢筋，这种方法称为后张法；是预应力钢筋张拉的新工艺。