混凝土是现代土木工程的基石,其成分设计与分析更为复杂和严谨。与砂浆(主要起粘结、找平、抹面作用)不同,混凝土是承重结构材料,其核心在于通过精心设计的配比,形成高强、耐久的“人造石头”。其成分分析同样遵循“组成-结构-性能”的主线。
一、 混凝土的核心组成(五大基本组分)
混凝土可看作一个 “复合材料系统” ,其典型组成如下:
胶凝材料 - “胶”
粉煤灰:改善和易性、降低水化热、提高长期耐久性。
矿渣粉:提高后期强度、增强抗化学侵蚀能力。
硅灰:极细的活性材料,能大幅提高强度和耐久性,用于超高强混凝土。
核心:水泥。通常是普通硅酸盐水泥,其水化产生胶凝性,包裹并粘结所有固体颗粒,形成坚硬的水泥石。
关键补充:矿物掺合料。
骨料 - “骨架”
粗骨料:粒径>4.75mm的碎石或卵石。是混凝土的主要受力骨架,其强度、粒形和级配直接影响混凝土的强度与弹性模量。
细骨料:粒径<4.75mm的砂。填充粗骨料间的空隙,与水泥浆共同构成“砂浆基体”,包裹粗骨料。
水 - “反应介质与润滑剂”
与水泥发生水化反应。
提供流动性,使混凝土拌合物能够浇筑密实。
水胶比是决定混凝土强度和耐久性的最关键参数。
化学外加剂 - “性能调控制”
减水剂(特别是高性能减水剂/聚羧酸系):现代混凝土的“灵魂”。在不增加用水量的前提下大幅提高流动性,或在保持流动性时显著降低用水量,从而降低水胶比,提高强度和耐久性。
其他:引气剂、缓凝剂、早强剂、防水剂等,功能与砂浆类似但要求更精准。
(可能的)第六组分 - 纤维
钢纤维、合成纤维(聚丙烯、PVA等)。用于提高混凝土的抗裂性、韧性、抗冲击和抗爆性能,形成纤维增强混凝土。
二、 从成分看混凝土常见问题(实例分析)
强度不足: 可能原因:水胶比过大(实际用水超量)、水泥用量不足或质量差、骨料强度低、养护不当。
工作性差(离析、泌水): 可能原因:砂率过低(泌水)、用水量或减水剂过量(离析)、骨料级配不良。
裂缝: 塑性收缩裂缝(表面蒸发过快)、干燥收缩裂缝(单位用水量高、浆体过多)、温度裂缝(水泥用量高、水化热大)。
耐久性失效: 抗冻性差(未掺引气剂或含气量不足)、钢筋锈蚀(氯离子含量高、水胶比大碳化快)、盐侵蚀(水泥矿物成分不耐蚀)。