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混凝土的基本知识

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由胶凝材料、颗粒状集料（也称为骨料）、水以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的一种人工石材。以下将从混凝土的组成材料、分类、性能、生产与施工以及应用等方面详细介绍混凝土的基本知识。

组成材料

胶凝材料：在混凝土中，胶凝材料起着将集料粘结成整体的关键作用。最常用的胶凝材料是水泥，它是一种水硬性胶凝材料，与水混合后会发生一系列复杂的物理化学反应，逐渐硬化并产生强度。常见的水泥品种有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。不同品种的水泥具有不同的特性和适用范围，例如硅酸盐水泥早期强度高，适用于紧急抢修工程和早期强度要求高的工程；矿渣硅酸盐水泥耐热性好，适用于有耐热要求的工程。除了水泥，还有一些其他的胶凝材料也可用于混凝土中，如石膏、石灰等，但使用范围相对较窄。

集料：集料在混凝土中约占总体积的70%-80%，主要起骨架作用，减少水泥浆的收缩，提高混凝土的耐久性和经济性。集料按粒径大小可分为粗集料和细集料。粗集料通常指粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如碎石和卵石。碎石是由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得，表面粗糙，与水泥浆的粘结力较强，因此用碎石配制的混凝土强度较高；卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，表面光滑，形状规则，空隙率和比表面积较小，拌制混凝土时需水量较少，工作性较好，但与水泥浆的粘结力相对较弱。细集料一般指粒径小于4.75mm的岩石颗粒，常用的是天然砂，包括河砂、海砂和山砂。河砂颗粒圆滑，质地坚硬，是配制混凝土的理想细集料；海砂中含有一定量的盐分，可能会对钢筋产生腐蚀作用，使用前需要进行处理；山砂表面粗糙，含泥量较高，质量相对较差，使用时应严格控制其质量。

水：水是混凝土生产中不可或缺的组成部分，它不仅参与水泥的水化反应，使混凝土具有可塑性和流动性，还影响着混凝土的强度和耐久性。一般来说，凡是符合国家标准的饮用水都可用于混凝土的拌制和养护。未经处理的工业废水、污水和海水等不得直接用于混凝土生产，因为其中可能含有有害物质，如酸、碱、盐等，会对水泥的水化反应产生不利影响，降低混凝土的强度和耐久性。在使用非饮用水时，应先进行水质检验，符合相关标准后方可使用。

外加剂：外加剂是在混凝土搅拌前或搅拌过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。外加剂的掺量一般不超过水泥质量的5%，但却能显著改善混凝土的工作性、强度、耐久性等性能。常见的外加剂有减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂等。减水剂可以在不增加用水量的情况下提高混凝土的流动性，或者在保持流动性不变的情况下减少用水量，从而提高混凝土的强度和耐久性；早强剂能加速水泥的水化硬化，提高混凝土的早期强度，适用于冬季施工和紧急抢修工程；缓凝剂可以延缓水泥的水化反应速度，延长混凝土的凝结时间，适用于高温季节施工和大体积混凝土工程；引气剂能在混凝土中引入大量微小的气泡，改善混凝土的抗冻性和抗渗性，适用于寒冷地区和有抗渗要求的工程。

掺合料：掺合料是指在混凝土中掺入的具有一定活性的矿物质材料，如粉煤灰、矿渣粉、硅灰等。掺合料可以部分替代水泥，降低混凝土的成本，同时还能改善混凝土的性能。粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的废渣，具有火山灰活性，能与水泥水化产生的氢氧化钙反应，生成具有胶凝性能的水化产物，提高混凝土的后期强度和耐久性；矿渣粉是高炉炼铁产生的废渣经磨细而成，具有较高的潜在活性，能显著提高混凝土的抗渗性和抗腐蚀性；硅灰是铁合金厂在冶炼硅铁或工业硅时产生的烟尘，颗粒细小，比表面积大，具有很强的火山灰活性和填充效应，能提高混凝土的强度和耐久性，但价格相对较高。

分类

按表观密度分类：根据混凝土的表观密度大小，可分为重混凝土、普通混凝土和轻混凝土。重混凝土的表观密度大于2600kg/m3，主要由重晶石、铁矿石等重集料和水泥配制而成，具有较高的密实性和防辐射能力，常用于核能工程中的屏蔽结构。普通混凝土的表观密度为2000-2600kg/m3，是土木工程中最常用的混凝土类型，主要由天然砂、石和水泥配制而成，广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、道路等工程。轻混凝土的表观密度小于2000kg/m3，又可分为轻集料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土。轻集料混凝土是用轻集料（如陶粒、浮石等）代替普通集料配制而成的，具有自重轻、保温隔热性能好等优点，适用于高层建筑和大跨度结构；多孔混凝土是通过引入气体或发气剂在混凝土中形成大量气孔而制成的，如加气混凝土，具有良好的保温、隔音性能，常用于墙体材料；大孔混凝土是由粗集料和水泥浆配制而成，不掺或只掺少量细集料，孔隙率较大，自重轻，适用于制作排水管道和道路基层等。

按强度等级分类：混凝土的强度等级是根据立方体