混凝土基础知识完整教程
第一节 概述
第二节 普通混凝土的组成材料 第三节 普通混凝土的技术性质 第四节 混凝土外加剂 第五节 混凝土的质量检验和评定 第六节 普通混凝土的配合比设计 第七节 高强高性能混凝土
第八节 系列轨枕、岔枕产品相关标准及规范
《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》（二00五年七月） 《预应力混凝土枕 Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》（TB/T2190-2002） 《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（ TB10210-2001）
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第一节 概述
一、混凝土的分类
混凝土是指用胶凝材料将粗细骨料胶结成整体的复合固体材料的总称。混凝土的种类很多，分类方法也很多。
（一）按表观密度分类
1. 重混凝土：表观密度大于2600kg/m3的混凝土，常由重晶石和铁矿石配制而成。
2. 普通混凝土：表观密度为1950～2500kg/m3的水泥混凝土，主要以砂、石子和水泥配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种，我们轨枕用混凝土属于普通混凝土。
3. 轻混凝土：表观密度小于1950kg/m的混凝土，包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。 （二）按胶凝材料的品种分类
通常根据主要胶凝材料的品种，并以其名称命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等等。有时也以加入的特种改性材料命名，如水泥混凝土中掺入钢纤维时，称为钢纤维混凝土；水泥混凝土中掺大量粉煤灰时则称为粉煤灰混凝土等等，轨枕用混凝土为水泥混凝土。
（三）按使用功能和特性分类
按使用部位、功能和特性通常可分为：结构混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土、补偿收缩混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、高强混凝土、高性能混凝土等等，轨枕用混凝土设计强度等级为C60，为结构混凝土和高性能混凝土。
二、普通混凝土
普通混凝土是指以水泥为胶凝材料，砂子和石子为骨料，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”，即水泥混凝土，是目前工程上最大量使用的混凝土品种。“混凝土”一词通常可简作“砼”。
（一）普通混凝土的主要优点
1. 原材料来源丰富。混凝土中约70%以上的材料是砂石料，属地方性材料，可就地取材，避免远距离运输，因而价格低廉。
2. 施工方便。混凝土拌合物具有良好的流动性和可塑性，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及构筑物。既可现场浇筑成型，也可预制。
3. 性能可根据需要设计调整。通过调整各组成材料的品种和数量，特别是掺入不同外加剂和掺合料，
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可获得不同施工和易性、强度、耐久性或具有特殊性能的混凝土，满足工程上的不同要求。
4. 抗压强度高。混凝土的抗压强度一般在7.5～60MPa之间。当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。而且，混凝土与钢筋具有良好的匹配性，浇筑成钢筋混凝土后，可以有效地改善抗拉强度低的缺陷，使混凝土能够应用于各种结构部位。
5. 耐久性好。原材料选择正确、配比合理、施工养护良好的混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性能，且对钢筋有保护作用，可保持混凝土结构长期使用性能稳定。 （二）普通混凝土存在的主要缺点
1. 自重大。1m3混凝土重约2400kg，故结构物自重较大，导致地基处理费用增加。 2. 抗拉强度低，抗裂性差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10～1/20，易开裂。
3. 收缩变形大。水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×10m/m以上，易产生混凝土收缩裂缝。
（三）普通混凝土的基本要求
1. 满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性。 2. 满足设计要求的强度等级。
3. 满足工程所处环境条件所必需的耐久性。
4. 满足上述三项要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，节约成本，即经济合理性。
为了满足上述四项基本要求，就必须研究原材料性能，研究影响混凝土和易性、强度、耐久性、变形性能的主要因素；研究配合比设计原理、混凝土质量波动规律以及相关的铁路检验评定标准等等。
第二节 普通混凝土的组成材料
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混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。要做到合理选择原材料，则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。 一、水泥
（一）水泥品种的选择
水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。如高温车间结构混凝土有耐热要求，一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等等。通用硅酸盐水泥可分为六种，即硅酸盐水泥（P.I和P.II）,普通硅酸盐水泥（P.O），矿渣硅酸盐水泥（P.S.A和P.S.B），火山灰质量硅酸盐水泥（P.P），粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）和复合硅酸盐水泥（P.C） 。 （二）水泥强度等级的选择
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水泥强度等级的选择原则为：混凝土设计强度等级越高，则水泥强度等级也宜越高；设计强度等级低，则水泥强度等级也相应低。例如：C40以下混凝土，一般选用强度等级32.5级；C45～C60混凝土一般选用42.5级；大于C60的高强混凝土，一般宜选用42.5级或更高强度等级的水泥；对于C15以下的混凝土，则宜选择强度等级为32.5级的水泥，并外掺粉煤灰等混合材料。目标是保证混凝土中有足够的水泥，既不过多，也不过少。因为水泥用量过多（低强水泥配制高强度混凝土），一方面成本增加。另一方面，混凝土收缩增大，对耐久性不利。水泥用量过少（高强水泥配制低强度混凝土），混凝土的粘聚性变差，不易获得均匀密实的混凝土，严重影响混凝土的耐久性。铁路轨枕用混凝土设计混凝土等级为C60，《预应力混凝土枕 Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》（TB/T2190-2002）要求采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其强度等级不低于42.5，客运专线高性能混凝土暂行技术条件 [二00五年七月]要求胶凝材料中混合一定比例的矿粉或粉煤灰，并符合下表技术要求。
序号 1 2 3 4 5 6 比表面积 80μm方孔筛筛余 游离氧化钙含量 碱含量 熟料中的C3A含量 氯离子含量 项目 ≤350m3/kg ≤10.0% ≤1.0% ≤0.80% ≤8%，氯盐环境下≤10% 不宜大于0.10%(钢筋混凝土) ≤0.06%(预应力混凝土) 技术要求 二、细骨料
公称粒径在0.15～5.0mm之间的骨料称为细骨料，亦即砂。常用的细骨料有河砂、海砂、山砂和机制砂（有时也称为人工砂、加工砂）等。通常根据公称直径630um筛孔的累计筛余量分为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区。配制混凝土时优先选用II区砂，当采用I区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，满足混凝土的和易性；当采用III区砂时，应适当降低砂率；当采用特细砂时，应符合相应的规定。 细骨料的主要质量指标有：
1. 有害杂质含量。细骨料中的有害杂质主要包括两方面：①粘土和云母。它们粘附于砂表面或夹杂
其中，严重降低水泥与砂的粘结强度，从而降低混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，增大混凝土的收缩。②有机质、硫化物及硫酸盐。它们对水泥有腐蚀作用，从而影响混凝土的性能。因此对有害杂质含量必须加以限制。《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》（JGJ52-2006）中对有害杂质含量也作了相应规定见下表。其中云母含量不得大于2%，轻物质含量和硫化物及硫酸盐含量分别不得大于1%，含泥量及泥块含量的限值为：当小于C25时分别不大于5%和2%，当大于等于C60时，分别不大于2%和0.5%，C55-C60时不大于3.0%和1.0%。
项 目
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质量指标 云母含量（按质量计，%） 轻物质 硫化物与硫酸盐含量（按SO3质量计，%） ≤2.0 ≤1.0 ≤1.0 颜色不应深于标准色，当颜色深于标准色时有机物含量（用比色法试验） 应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度不应低于0.95。 而《铁路混凝土与砌体工程施工规范》 （TB10210-2001）中对天然砂中有害物质含量见下表。
项目 含泥量（按质量计，%） 块含量（按质重量计，%） 硫化物与硫酸盐含量（按SO3质量计，%） 云母含量（按质量计，%） 轻物质含量（比重小于2，如煤、贝壳等）（按重量计，%） 质量指标 C30 ≤5.0 ＜1.0 ＜1.0 ≤1.0 ≤1.0 C30-C50 ≤3.0 ＜0.5 ＜1.0 ≤1.0 ≤1.0 C55-C60 ＜2.0 ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5 ≤1.0 颜色不应该深于标准色，当深于标准色时，有机物含量（比色法试验） 则应按水泥胶砂强度检验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 [二00五年七月]则对砂中的有害物质含量有更严格的规定，见下表
项目 含泥量（按质量计，%） 块含量（按质重量计，%） 硫化物与硫酸盐含量（按SO3质量计，%） 云母含量（按质量计，%） 氯离子含量（按质量计，%） 轻物质含量（按重量计，%） 质量指标 ＜C30 ≤3.0 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 ＜0.02 ≤0.5 颜色不应该深于标准色，当深于标准色时，有机物含量（比色法试验） 则应按水泥胶砂强度检验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95 《预应力混凝土枕 Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》（TB/T2190-2002）规定，轨枕生产采用硬质洁净的天然砂，除含泥量不应大于1.5%外，其它技术标准应符合《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（ TB10210-2001）。 此外，由于氯离子对钢筋有严重的腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋混凝土时，海砂中氯离子含量要求小于0.06%（以干砂重计）；砂中的氯离子必须符合下表规定：对于钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得大于0.06%(以干砂的质量百分率计)，对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02%(以干砂的质量百分率计)。另外海砂中的贝壳含量也应该符合以下规定：混凝土强度等级大于C40时，贝壳含量（按质量计）不大于3%，C35-C30时不大于5%，C25-C15时不大于8%。《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》（二00五年七月）规定不得使用海砂拌制混凝土。
2. 颗粒形状及表面特征。河砂和海砂经水流冲刷，颗粒多为近似球状，且表面少棱角、较光滑，配制
C30-C50 ≤2.5 C55-C60 ≤2.0 22