土木工程材料之混凝土课件

混凝土concrete,土木工程材料,第章,自1824年英国的阿斯普丁获得波特兰水泥专利以来，以水硬性水泥作为胶结材料的素混凝土就与水泥共同发展。到19世纪中叶(1850年左右)，法国首先获得了钢筋混凝土专利，混凝土技术获得了第一次突破；1928年，法国人Freysslent首次设计了一种张拉钢筋的锚具，开创了预应力钢筋混凝土的应用，使混凝土技术获得了第二次突破；20世纪60年代，日本、德国分别研制成功了减水率达20的高效减水剂，混凝土的性质和功能得到了很大的改善和提高，混凝土技术获得了第三次突破，一些工业发达国家把外加剂作为除水泥、砂、石和水之外的第五种必不可少的组分大量应用于混凝土工程。为了提高混凝土的耐久性，又普遍使用混凝土矿物外加剂，矿物掺和料成为混凝土的第六种组分。目前，全世界的混凝土用量大约在7080亿m3，我国混凝土的总用量也在30亿m3。,凡由胶凝材料、骨料和水(或不加水)按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，称为混凝土(简写为“砼”) 。,重混凝土：其表观密度大于2800kg/m3。它是采用了密度很大的重骨料重晶石、铁矿石、钢屑等配制而成，也可以同时采用重水泥一钡水泥、锶水泥进行配制。重混凝土具有防射线的性能，故又称防辐射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。 普通混凝土：其表观密度为23002800kg/m3，一般多在2400kg/m3左右。它是用普通的天然砂、石作骨料配制而成，为建筑工程中常用的混凝土，通常简称混凝土。主要用作各种建筑的承重结构材料。 轻混凝土：其表观密度小于1950kg/m3。它是采用轻质多孔的骨料，或者不用骨料而掺入加气剂或泡沫剂等，造成多孔结构的混凝土。其用途可分为结构用、保温用和结构兼保温等几种。,混凝土作为一种建筑材料，具有许多优点，如： .抗压强度高 .可根据不同要求配制各种不同性质的混凝土，在一定范围内，通过调整混凝土的配合比，可以很方便地配制出具有不同强度、流动性、抗渗性等性能的混凝土。 .在凝结前具有良好的可塑性，可以浇注成各种形状和尺寸的构件或结构物，与现代施工机械及施工工艺具有较好的适应性。 .由于水泥混凝土与钢筋有牢固的粘结力，能制成坚固耐久的钢筋混凝土构件和预应力钢筋棍凝土构件，进一步扩大了水泥混凝土的使用范围。 .水泥混凝土组成材科中，砂、石等地方材料占80左右，符合就地取材和经济性原则。 但是混凝土也存在些缺点，如： .抗拉强度小，属于一种脆性材料，很多情况下必须配制钢筋才能使用。 .自重大，不利于提高有效承载能力，也给施工安装带来一定困难。 .需要较长时间的养护，从而延长了施工期。,普通混凝土的基本组成材料,一、混凝土组成材料的作用 在混凝土组成材料中，水泥和水组成水泥浆，它包裹在所有骨料的表面并填充在骨料空隙中。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋于混凝土拌合物流动性，便于施工；在混凝土硬化后起胶结作用，把砂、石骨料胶结成为整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材砂、石是骨料，对混凝土起骨架作用，其中小颗粒的骨料填充大颗粒的空隙。粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的7080，因此骨料质量的优劣，对混凝土各项性质的影响很大。 二、混凝土原材料的选择 原则：在保证原材料质量的前提下，尽可能节省水泥，提高混凝土的强度和耐久性。 方法：减小骨料间空隙，则填充骨料空隙的水泥浆量减少；减小骨料的总表面积，则包裹骨料表面的水泥浆量减少。,（一）水泥 (1) 水泥品种的选择 配制混凝土时，应根据混凝土工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。 (2) 水泥强度等级的选择 水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性能；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.52.0倍为宜。对于高强度的混凝土可取0.91.5倍。,某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水泥铺筑路面，见图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。按JTJ 01294公路混凝土路面设计规范，对于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。,（二）细骨料 骨料（也称集料）总体积占混凝土体积的7080，按粒径大小分为粗骨料和细骨料。粒径为0.164.75mm的骨料称为细骨科，粒径大于4.75mm的称粗骨料。 骨料的各项性能指标将直接影响到混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：有害物质、颗粒级配及粗细程度、颗粒形态及表面特征、强度、坚固性等。 1.砂表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500 kg/m3；松散堆积密度大于1350 kg/m3；空隙率小于47。 2.有害物质：骨料除不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物外，对卵石和碎石中的有机物、硫化物及硫酸盐作出限制，另还对砂中的云母、轻物质、氯化物作出限制。 3.硫化物、硫酸盐、有机物及云母等对水泥石有腐蚀作用，会降低混凝土的耐久性。 4.云母及轻物质（表观密度小于2000 kg/m3），它们本身强度低，与水泥石黏结不牢，因而会降低混凝土强度及耐久性。 5.砂中含泥量是指粒径小于0.08mm的粘土、淤泥与岩屑的总和；粘土块是指水浸后粒径大于0.63mm的块状粘土。 6.氯离子对钢筋有腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋混凝土时，海砂中氯离子含量不应大于0.06（以干砂的质量计），对预应力混凝土，则不宜用海砂。,砂中有害物质含量,砂中含泥量和泥块含量,GB/T14684-2001建筑用砂规定了砂中有害物质含量的限制：,3.表面状态： 砂按产源分为天然砂、人工砂两类，天然砂可分为： 河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广； 山砂：与河砂相比有棱角，表面粗糙，但含砂量和含有机杂质较多； 淡化海砂： 虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含较多盐分。 人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。,我国建筑用砂年需约6亿吨左右。目前我国多数地区应用的是天然砂，天然砂资源是一种地方资源、是短时间内不可再生和长距离运输的，随着基本建设的日益发展和环境保护的需要，在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、砂质量下降、限采或禁采天然砂的情况，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，而砂的价格越来越高用砂高峰时甚至无砂可用影响了工程建设的进展。随着混凝土技术的迅速发展，现代混凝土对砂的技术要求则越来越高，特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严，能满足其要求的天然砂数量越来越少，甚至没有。因此，发展新砂源（人工砂）势在必行。同时，我国有大量的金属矿和非金属矿，在采矿和加工过程中伴随产生约40-60的尾矿，有相当尾矿没有合理利用、浪费资源、占用土地、造成环境污染，而如果经过适当分选与加工，不少尾矿就可以制成人工砂，既解决砂源和环境污染问题，又提高了资源利用率，形成综合效益。,4.颗粒粗细程度和颗粒级配 （1）粗细程度：砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂于通常分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。在配制混凝土时，当相同用砂量条件下，采用细砂则其总表面积较大，而用粗砂其总表面积较小。砂的总表面积愈大，则在混凝土中需要包裹砂粒表面的水泥浆愈多，当混凝土拌合物和易性要求一定时，显然用较粗的砂拌制混凝土比用较细的砂所需的水泥浆量为省。但若砂子过粗，易使混凝土拌合物产生离析、泌水等现象，影响混凝土的工作性 （2）颗粒级配：砂的颗粒级配是指砂中不同粒径颗粒的组配情况。如果砂的粒径相同，则其空隙率很大，在混凝土中填充砂子空隙的水泥浆用量就多；当用两种粒径的砂搭配起来，空隙就减少了，而用三种粒径的砂组配，空隙就更小，由此可知，当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中粗颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，即具有良好的颗粒级配，则可达到使砂的空隙率和总表面积均较小，这种砂是比较理想的。使用良好级配的砂，不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。,砂筛分试验,将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得剩留在各个筛上的砂重量（m），并计算出各筛上的分汁筛余百分率(各筛上的筛余量占砂样重的百分率)，分别以a表示。再算出各筛的累计筛余百分率(各个筛与比该筛粗的所有筛之分计筛余百分率之和)，分别以A表示。 细度模数是衡量砂粗细程度的指标。细度模数愈大，表示砂愈粗。其表示式为： 式中Mx细度模数； A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为4.75 mm、2.36 mm、1.18mm、600 m、300 m、150 m筛的累积筛余。,砂按细度模数可分为粗、中、细、特细四级，其规定范围：粗砂3.73.1；中砂3.02.3；细砂：2.21.6；特细砂：1.50.7。普通混凝土用砂的细度模数范围般为3.71.6，其中以采用中砂较为适宜。对于细度模数为l.50.7的特细砂，应按特细砂混凝土配制及应用规程的有关规定执行和使用。 砂的细度模数并不能反映砂的级配优劣，细度模数相同的砂，其级配可以很不相同。砂按060mm孔径筛的累计筛余百分率，划分成三个级配区（1区、 II区及III区），三个区的最大和最小孔径筛的累计筛余相同，而其它孔径筛的累计筛余有部分搭接，在工程中，混凝土所用砂的实际颗粒级配的累计筛余百分率，除5mm和0.60mm筛号外，允许稍有超出分界线，但其总量百分率不应大于5。,若某些地区的砂料出现过细、过粗或自然级配不良时，可采用人工级配，即将粗、细两种砂掺配使用，以调整其粗细程度和改善颗粒级配，直到符合要求为止。,（三）粗骨料 1.有害物质：卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。其有害物质应符合 碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（Na2O、K2O）与骨料中的活性成分反应，生成碱硅酸凝胶体，它会吸水肿胀产生膨胀。使用含碱量小于0.6的水泥，或掺加能抑制碱骨料反应的掺合料。 一般来说有两类碱骨料反应：碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是碱-硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。,2.骨料表面特征：常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的、粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。碎石表面粗糙，多棱角，且较洁净，与水泥浆粘结比较牢固。碎石是建筑工程中用量最大的粗骨料。 卵石又称砾石，它是由天然岩石经自然条件长期作用而形成的粒径大于5mm的颗粒。按其产源可分为河卵石、海卵石及山卵石等几种，其中以河卵石应用较多。卵石中有机杂质含量较多，但与碎石比较，卵石表面光滑，拌制混凝土时需用水泥浆量较少，拌合物和易性较好。但卵石与水泥石的胶结力较差，在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低。 混凝土用粗骨料其颗粒形状以接近立方形或球形的为好，而针状和片状颗粒含量要少。所谓针状颗粒是指颗粒长度大于骨料平均粒径2.4倍者，片状颗粒则是指颗粒厚度小于骨料平均粒径0.4倍者。平均粒径即指一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。粗骨料中针、片状颗粒不仅本身受力时易折断，而且含量较多时，会增大骨料空隙率，使混凝土拌合物和易性变差，同时降低温凝土的强度。,3.最大粒径：对于粗集料，集料的最大粒径对水泥混凝土和沥青混合料性能的影响，往往比平均粗细程度的影响大，因此，在明确了级配要求后，还用最大粒径作为粗集料颗粒大小的表征。最大粒径是指骨料的100都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸。公称最大粒径是指骨料可能全部通过或允许有少量不通过（一般允许筛余不超过10）的最小的标准筛筛孔尺寸。通常比骨料最大粒径小一个粒级。 粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减小，因此包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥，并且在一定和易性及水泥用量条件下，能减少用水量而提高温凝土强度。不过对于结构常用的混凝土，尤其是高强混凝土，从强度观点来看，当使用的粗骨料最大粒径超过40mm后，并无多大好处，因为这时由于减少用水量获得的强度提高，被大粒径骨料造成的较少粘结面积和不均匀性的不利影响所抵消。因此，只有在可能的情况下，粗骨科最大粒径应尽量选用大一些。但最大粒径的确定，还要受到混凝土结构截面尺寸及配筋间距的限制。按混凝土结构工程施工及验收规范(GB5020492)规定，混凝土用粗骨科的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的14，且不得大于钢筋间最小净距的34。对 于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的12，且不得超过50mm。,4.颗粒级配：粗骨料的颗粒级配原理与细骨料基本相同，即要求大小石于组配适当，以使粗骨料的空隙率和总表面积均比较小，这样拌制的混凝土水泥用量少，密实度也较好，有利于改善混凝土拌合物的和易性及提高温凝土强度。尤其对于高强混凝土，粗骨料的级配尤为重要。粗骨料的颗粒级配也是通过筛分析试验来测定的，其一套标准筛的孔径为2.5、5、10、16、20、25、315、40、50、63、80及100mm等共12个筛(2.35mm、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0、90.0)，试样筛析时，可按需要选用筛号。粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种。 连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配，如将520mm和2040mm的两个粒级石于按适当比例配合，即组成540mm的连续级配。通常建筑工程中多采用连续级配的石子。间断级配是指石子用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配。,石子筛分试验,（四）水 混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。凡是能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐（按SO2计）超过1的水均不能使用。当对水质有疑问时，可将该水与洁净水分别配制混凝土，做强度对比实验，如强度不低于用洁净水拌制的混凝土，则此水可以用。一般情况下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸盐、镁盐和氯化物会侵蚀水泥石和钢筋。,（五）外加剂 在混凝土拌合物中掺入量一般大于水泥质量5、能改善混凝土拌合物或硬化后混凝土性质的材料，称为外加剂。 混凝土外加剂在混凝土中掺量不多，但效果显著，它主要有以下功能与效果： （1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂和泵送剂等 （2）调节混凝土的凝结硬化速度，如缓凝剂、早强剂和速凝剂等； （3）提高混凝土的强度和耐久性，如；减水剂、引气剂、膨胀剂等； （4）改善混凝土其他性能的外加剂。,1.减水剂：在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂称为减水剂。 混凝土掺入减水剂后，若不减少拌合用水量，则能明显提高拌合物的流动性，当减水后则可提高温凝土强度或节约水泥用量。减水剂多为表面活性剂，它的作用效果是由于其表面活性所致。 减水剂品种很多，分类方法也多样。按化学成分分，减水剂主要有木质素系、萘系、树脂类、糖类、腐植酸等几类；按其塑化作用效果可分为普通减水剂和高效减水剂两类；按其对混凝土凝结时间的影响可分为标准型、早强型和缓凝型二种；按其是否对混凝土引入空气泡，又有引气型和非引气型两种。现将常用减水剂品种简介如下： a)木质素磺酸盐类减水剂：木质素系减水剂按其所带阳离子的不同，有木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)之分，其中木钙为目前使用最多的减水剂，简称M剂，它属于阴离子表面活性剂。 M剂是以生产纸浆或纤维浆下来的亚硫酸木浆废液为原料，采用石灰乳中和，经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制成，为棕黄色粉状物，其性能接近日本产“普蜀里”减水剂。 M剂因原料丰富，价格低廉，并具有较好的塑化效果，故目前应用十分普遍。,M剂适宜掺量为0.20.3。减水率10左右，若不减水，坍落度可提高10 cm左右。混凝土28d强度提高1020，若保持强度不变，则可节约水泥10。M剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝13 h，低温下缓凝性更强，掺量过多，缓凝严重。在混凝土施工中，对M剂的掺量要严格控制，不能超掺使用，否则将出现混凝土数天、甚至数十天不凝固，造成混凝土严重缓凝的工程事故。 M剂为引气型减水型，它使混凝土的含气量由不掺时的2增为3.6，这对混凝土强度有影响，但对混凝土抗冻性有利。另外，掺M剂的混凝土不宜蒸汽养护，以免蒸养后混凝土表面易出现酥松现象。 另外，掺M型减水剂后有的混凝土收缩会稍有增大，但不会因此造成混凝土制品开裂。 应用实例：葛洲坝水利枢纽工程由船闸、电厂，泄水闸和冲砂闸等主要混凝土建筑物组成。建筑物的结构多系大，厚、宽的板、粱、墩柱。混凝土搅拌站至浇筑地点的运输时间约40min,工程所在的宜昌地区的气温特点是夏季炎热，月平均最高气温33c，绝对最高气愠41，持续时间较长。所以，混凝土施工比较突出的问题是：温度控制，施工质量和夏季施工。 针对这些问题，三三O工程局从1977年开始推广应用木质素磺酸钙减水剂，1978年全面推广应用，截至1985年共计使用本质索磺酸钙4692t，浇筑混凝土938万m3，总计节约水泥187680t，节省工程投资451万元。还在不同程度上降低了坝体的绝热温升，改善了施工和易性，抑制了水泥的凝结速度，提高了施工质量。 葛洲坝工程根据季节变化调整木钙的掺量来满足不同气温时节省工程投资451万元。还在不同程度上降低了坝体的绝热温升，改善了施工和易性，抑制了水泥的凝结速度，提高了施工质量。 葛洲坝工程根据季节变化调整木钙的掺量来满足不同气温时混凝土的和易性。夏季掺量为水泥重量的0.35；春、秋季为0.25；冬季为0.2。,b)糖蜜系减水剂：是以制糖厂生产过程中提炼食糖后剩下的废液（糖渣、废蜜）为原料，用石灰中和成盐的物质，为棕褐色粉状固体或糊状液体，其中含还原糖和转化糖糖蜜系减水剂较多，pH值910，属非离子表面活性剂。目前国内产品有3FG、TF、ST等。 适宜掺量为0.20.3，减水率610，混凝土28 d强度增强1520，若保持原强度不变，可节约水泥10左右。掺糖密减水剂的混凝土，初、终凝时间均要延长，一般延缓3 h以上。同时，水化热显著降低，对混凝土弹性模量、抗渗、抗冻等耐久性也均有提高，对钢筋无锈蚀作用。 糖蜜减水剂由于其具有强缓凝性，因此更多的是作为缓凝剂使用，适用于大体积混凝土浇注及夏季混凝土施工（如滑模），多用于水工混凝土工程。一般工程应用时，可与早强剂复合使用。 高效减水剂：在保持混凝土稠度不变的条件下，具有大幅度减水增强作用的外加剂。种类：萘磺酸盐系减水剂，磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，氨基磺酸盐系减水剂，丙烯酸接枝共聚型减水剂等。,2.引气剂：在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌合物泌水离析、改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。 (1)改善混凝土拌合物的和易性：混凝土拌合物中引入大量微小气泡后，增加了水泥砂浆的体积，又封闭小气泡犹如滚珠存在，从而减少了骨科问的摩擦，增强了润滑作用，使混凝土拌合物流动性提高。一般混凝土的含气量每增加1时，混凝土的坍落度约提高1cm，若保持原流动性不变，则可减水约610。同时由于微小气泡的存在，阻滞了固体颗粒的沉降和水分的上升，加之气泡薄膜形成时消耗了部分水分，减少了能够自由移动的水量，从而使混凝土拌合物的保水性得到改善，泌水率显著降低，粘聚性也良好。 (2)提高混凝土的抗渗性和抗冻性：混凝土中引入的大量微小密闭气泡，它们堵塞和隔断了混凝土中的毛细管通道；同时，由于保水性的提高，减少了混凝土因沉降和泌水造成的孔缝；另外，因和易性的改善，也减少了施工造成的孔隙。引气混凝土的抗渗性能，一般比不掺引气剂的混凝土提高50以上，抗冻性可提高3倍左右。抗冻性的提高则主要是由于封闭气泡的引入，缓冲了水的冰胀应力所致。 (3)混凝土抗压强度有所降低：由于气泡的存在，使混凝土的有效受力面积减少了，故使混凝土的强度有所下降。一般混凝土的含气量每增加1时，其抗压强度将降低46，抗折强度降低23，而且随龄期的延长，引气剂对强度的影响越显著。,要使掺引气剂的混凝土强度不降低，可以采取以下措施： 严格控制引气剂掺量，在满足耐久性的要求下含气量不宜太多。根据GBJll988的规定，掺引气剂或引气减水剂的混凝土，其含气量不宜超过表718的数值。 利用引气剂可减少拌合用水量5以上，这样能大部或全部地补偿混凝土由于引气造成的强度损失，当应用引气减水剂时，这时混凝土强度还会有所提高。 应用优质的引气剂或引气减水剂，力求引入的气泡微小而分布均匀。 混凝土成型采用高频振捣。 引气剂及引气减水剂可用于抗冻混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐侵蚀混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土以及对饰面有要求的混凝土等，但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。引气剂及引气减水剂应以溶液掺加，溶液中的水应从混凝土拌合水量中扣除。,3.缓凝剂：能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度发展无不利影响的外加剂。在混凝土工程中，可采用下列缓凝剂、缓凝减水剂：糖类，如糖钙等，常用掺量为水泥重量的0.10.3；木质素磺酸盐类，如木质素磺酸钙、木质素磺酸钠等，常用掺量为水泥重量的0.20.3；羟基羟酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸钾钠等，常用掺量为水泥重量的0.03%0.1；无机盐类，如锌盐、硼酸盐、磷酸盐等，常用掺量为水泥重量的0.10.2；其他，如胺盐及其衍生物、纤维素醚等。 缓凝剂及缓凝减水剂可用于大体积混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂及缓凝减水剂不宜用于日最低气温5以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。柠檬酸、酒石酸钾钠等缓凝剂，不宜单独使用于水泥用量较低、水灰比较大的贫混凝土。在用硬石膏或工业废料石膏作调凝剂的水泥中掺用糖类缓凝剂时，应先作水泥适应性试验，合格后方可使用。,4.早强剂：能提高混凝土早期强度，并对其后期强度无显著影响的外加剂。 混凝土工程中，可采用下列早强剂：A. 氯盐类，如氯化钙、氯化钠等；B. 硫酸盐类，如硫酸钠、硫代硫酸钠等；C. 有机胺类，如三乙醇胺、三异丙醇胺等；D. 其他，如甲酸盐等。 早强剂及早强减水剂可用于蒸养混凝土及常温和最低气温不低于-5条件下施工的有早强或防冻要求的混凝土工程。在下列结构中，不得在钢筋混凝土中采用氯盐、含氯盐的复合早强剂及早强减水剂：A. 相对湿度大于80的环境中使用的结构、处于水位升降部位的结构、露天结构或经常受水淋的结构；B. 与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，以及有外露预埋铁件而无防护措施的结构；C. 与含有酸、碱或硫酸等侵蚀性介质相接触的结构；D. 经常处于环境温度为60以上的结构；E. 使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝配筋的结构；F. 给排水构筑物、薄壁结构、中级和重级工作制吊车的吊车梁、屋架、落锤或锻锤基础等结构；G. 电解车间和距高压直流电源100 m以内的结构；H. 靠近高压电源，如管电站、变电所的结构；I. 预应力混凝土结构；J. 含有活骨料的混凝土结构。 对混凝土的耐久性或其他性能有特殊要求的混凝土工程，选择早强剂或早强减水剂品种及掺量，应通过试验确定。,5.防冻剂：混凝土工程可采用下列防冻剂：氯盐类，如氯化钙、氯化钠，或以氯盐为主的与其他早强剂、引气剂、减水剂复合的外加剂；氯盐阻锈类，氯盐与阻锈剂（亚硝酸钠）为主复合的外加剂；无氯盐类，以亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素为主复合的外加剂。 防冻剂可用于负温条件下施工的混凝土。 有的施工单位在冬季混凝土施工过程中添加了尿素等氨类物质的防冻剂。这些氨类物质在使用过程中逐渐以氨气的形式释放出来。当室内氨气浓度达到一定量后，会对人体产生不良反应。因此，国家标准GB 185882001混凝土外加剂中释放氨的限量对氨的污染进行了控制。 含有六价铬盐、亚硝酸盐等有毒防冻剂，严禁用于饮水工程及与食品接触的部位。对桥梁及抗冻性有特殊要求的混凝土工程，选择抗冻剂品种及掺量时应通过试验确定。,三、新拌混凝土的性能 由水泥、砂、石及水拌制成的混合料，称为混凝土拌合物，又称新拌混凝土。混凝土拌合物必须具备良好的和易性，才能便于施工和制得密实而均匀的混凝土。 （一）和易性：是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。和易性为一综合技术性能，它包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。 流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。流动性的大小，反映拌合物的稀稠，它直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。 粘聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。粘聚性差的混凝土拌合物，或者发涩，或者产生石子下沉，石子与砂浆容易分离，振捣后会出现蜂窝、空洞等现象。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。保水性差的拌合物，在混凝土振实后，一部分水易从内部析出至表面，在水渗流之处留下许多毛细管孔道，成为以后混凝土内部的透水通路。另外，在水分上升的同时，一部分水还会滞留在石子及钢筋的下缘形成水隙，从而减弱水泥浆与石于及钢筋的胶结力。所有这些都将影响混凝土的密实性，降低混凝土的强度及耐久性。,2.和易性的测定：混凝土拌合物和易性内容比较复杂，通常是采用一定的实验方法测定混凝土拌合物的流动性，再辅以直观经验目测评定粘聚性和保水性。混凝土拌合物的流动性以坍落度或维勃稠度作为指标。坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。（混凝土拌和试验）,测定坍落度的方法是：将混凝土拌合物按规定方法装入坍落筒一一标准截头圆锥筒(无底)内，装捣利平后，将筒垂直向上提起，这时锥体混凝土拌合物则因自重而产生坍落，用尺量出其坍落的高度值，以mm计，即为混凝土拌合物的坍落度。坍落度愈大，表示混凝土拌合物的流动性愈好。由于此法简便，目前世界各国普遍采用。在测定坍落度的同时，还应用捣棒敲击已坍落的混凝土拌合物试体，观察其受击后下沉、坍落情况及四周泌水情况，然后凭目测判定混凝土拌合物的粘聚性和保水性。JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程：塑性混凝土10-90mm，流动性混凝土100-150mm，大流动性混凝土大于等于160mm。 调整方法：坍落度过小，保持水灰比不变，增加水泥浆的量，坍落度过大，保持砂率不变，增加砂石用量。,塌落度测定1 塌落度测定2 塌落度测定3,维勃稠度仪,开始在坍落度筒中按规定方法装满拌合物，提起坍落度筒，在拌合物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，当振动到透明圆盘的底面被水泥浆布满的瞬间停止计时，并关闭振动台。由秒表读出时间即为该混凝土拌合物的维勃稠度值，精确至1s。,工程中选择混凝土拌合物的坍落度，要根据结构构件截面尺寸大小、配筋疏密和施工捣实方法等来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大或钢筋较疏，或者采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。正确选择混凝土拌合物的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥，具有重要意义。在选择坍落度时，原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较高的混凝土。,3.混凝土和易性的影响因素 和易性的影响因素有：水泥浆量、水灰比、砂率、骨料的品种、规格和质量、外加剂、温度和时间及其他影响因素。拌合 物内的阻力主要来自两个方面，一为骨料间的摩阻力，一为水泥浆的粘聚力。骨料间摩阻力的大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层的厚度，亦即水泥浆的数量；水泥浆的粘聚力大小主要取决于浆的干稀程度，亦即水泥浆的稠度。 （1）水泥浆量水泥浆量是指混凝土中水泥及水的总量。混凝土拌合物中的水泥浆，赋予混凝土拌合物以一定的流动性。在水灰比不变的情况下，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大。但若水泥浆过多，使拌合物的粘聚性变差。 （2）水灰比拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料时，水与水泥的质量比称为水灰比（W/C）。水灰比的倒数称为灰水比。在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越稠，混凝土拌合物的流动性便越小。水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。 无论是水泥浆数量的影响，还是水泥浆稠度的影响，实际上都是水的影响。因此，影响混凝土拌合物和易性的决定性因素是其拌合用水量的多少。实践证明，在配制混凝土时，当所用粗、细骨料的种类及比例一定时，为获得要求的流动性，所需拌合用水量基本是一定的，即使水泥用量有所变动(1m3混凝土水泥用量增减50100kg)时，也无甚影响。这一关系称为“恒定用水量法则”，它为混凝土配合比设计时确定拌合用水量带来很大方便。在配制混凝土时，按骨料品种、规格及施工要求的坍落度值选择每立方米混凝土的用水量，一般可根据本单位所用材料的使用经验选定，如使用经验不足，可按下表选取。,（3）砂率砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比，它表示混凝土中砂、石的组合或配合程度。砂影响混凝土拌合物流动性有两个方面：一方面是砂形成的砂浆可减少粗骨料之间的摩擦力，在拌合物中起润滑作用，所以在一定的砂率范围内随砂率增大，润滑作用愈加显著，流动性可以提高；另一方面在砂率增大的同时，骨料的总表面积随之增大，包裹集料的水泥浆层变薄，拌合物流动性降低。另外，砂率不宜过小，否则还会使拌合物粘聚性和保水性变差，产生离析、流浆等现象。砂率对混凝土拌合物的和易性有重要影响。在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，应选用合理砂率值。所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性能良好时的砂率值。或者，当采用合理砂率时，能在拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性条件下，使水泥用量最少。,砂率与坍落度的关系 砂率与水泥用量的关系 （水泥浆用量一定时） （坍落度一定时）,砂率的选择 A.根据水灰比值、粗集料最大粒径、中砂及施工时混凝土的坍落度。 当无历史资料可参考时，混凝土砂率的确定应符合下列规定： 坍落度为1060 mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按 下表选取。 B.坍落度大于60 mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在上表的基础上，按坍落度每增大20 mm，砂率增大1的幅度予以调整。 C.坍落度小于10 mm的混凝土，其砂率应经试验确定。,3)水泥品种：在水泥用量和用水量一定的情况下，采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时为小，这是因为前者水泥的密度较小，所以在相同水泥用量时，它们的绝对体积较大，且在相同稠度下需水量要大一些，因此混凝土就显得较稠。若要二者达到相同的坍落度，则前者每立方米混凝土的用水量必须增加。另外，矿渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性较大。 4)骨料性质：骨料性质指混凝土所用骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面性状等。在混凝土骨料用量 一定的情况下，采用卵石和河砂拌制的混凝土拌合物，其流动性比用碎石和山砂拌制的好， 这是因为前者骨料表面光滑，摩阻力小；用级配好的骨料拌制的混凝土拌合物和易性好，因为骨料级配好时其空隙少，在水泥浆用量定的情况下，填充空隙的水泥浆就少，相对来说包裹骨料颗料表面的水泥浆层就增厚，和易性就好；用细砂拌制的混凝土拌合物的流动性较差，但粘聚性和保水性好。 5)外加剂的影响： 混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂，流动性明显提高，引气剂还可有效地改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性起着十分有利的作用。 6)拌合物存放时间及环境温度的影响： 搅拌制备的混凝土拌合物，随着时间的延长会变得越来越干稠，坍落度将逐渐减小，这是由于拌合物中的一些水分逐渐被骨料吸收，一部分水被蒸发、以及水泥的水化与凝聚结构的逐渐形成等作用所致。混凝土拌合物的和易性还受温度的影响。,1. 改善新拌混凝土和易性的措施 1）选用合适的水泥品种和水泥的强度等级； 2）通过试验，采用最佳砂率，以提高混凝土的质量及节约水泥； 3）改善砂、石级配；在可能条件下尽量采用较粗的砂、石； 4）当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂、石； 5）有条件时尽量掺用外加剂减水剂、引气剂。采用机械振捣。,四、硬化混凝土性能 （一）硬化混凝土强度 混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值。混凝土所受应力超过其强度时，混凝土将产生裂缝而破坏。混凝土的破坏过程可分为四个阶段： 通过显微镜观察，混凝土内部裂缝的发展可分为四个阶段。 第阶段：荷载约为极限荷载的30以内，界面裂缝无显著变化，荷载与变形呈直线关系。 第阶段：荷载超过比例极限，界面裂缝的数量、宽度、长度不断增加，界面借摩擦阻力继续承担荷载，但尚无明显砂浆裂缝出现。此时变形的增长率大于荷载的增长率，荷载与变形间不再是线性关系。 第阶段：荷载超过临界荷载（极限荷载的7080）后裂缝继续开展，开始出现砂浆裂缝，部分界面裂缝连接成为连续裂缝，变形增长率进一步加大，曲线明显弯向变形横坐标轴。 第阶段：达到极限荷载C点以后，连续裂缝急速地发展，混凝土的承载能力下降，变形自动增大直至完全破坏，曲线斜率变成负值。,1.混凝土抗压强度：混凝土抗压强度是确定混凝土强度等级的依据，混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值的依据。抗压强度包括立方体抗压强度和棱柱体抗压强度，前者是评定混凝土强度等级和混凝土施工中控制工程质量和工程验收时的重要依据，后者是钢筋混凝土结构设计中轴心受压构件(如柱、桁架腹杆)强度计算取值的依据。 标准立方体抗压强度(standard cube compressive strength) 国家标准GB/T 500812002普通混凝土力学性能试验方法标准规定，将混凝土拌合物制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度202，相对湿度95以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcu表示。 混凝土强度等级(strength grading) 按照国家标准GB 500102002混凝土结构设计规范，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度，以fcu，k表示。普通混凝土划分为十四个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围。,在实际施工中，根据混凝土所用粗骨料的最大粒径，允许采用非标准尺寸的试体，但应将其抗压强度折算成标准尺寸试件的抗压强度值，其换算系数对边长为10cm(骨料最大粒径31.5及以下)和20cm(60mm)的分别为0.95和1.05，混凝土试件尺寸愈小，测得的抗压强度值愈大，这包括两方面的原因：一是“环箍效应”；二是由于大试件内存在的孔隙 、裂缝和局部较差等缺陷的机率大，从而降低了材料的强度。 环箍效应：因为混凝土试件在压力机上受压时，在沿加荷方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向膨胀。而钢制压板的横向膨胀较混凝土小，因而在压板与混凝土试件受压面形成磨擦力，对试件的横向膨胀起着约束作用，这种约束作用称为“环箍效应”。“环箍效应”对混凝土抗压强度有提高作用。离压板越远，“环箍效应”小，在距离试件受压面约0.866（为试件边长）范围外这种效应消失。 当采用非标准尺寸试件时，应将其抗压强度折算为标准试件抗压强度。折算系数需按表420的规定。,不同的建筑工程，不同的部位常采用不同强度等级的混凝土，在我国混凝土工程目前水平情况下，一般选用范围如下： C10C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。 C20C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构； C25C30用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等； C40C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于2530层； C50C60用于30层至60层以上高层建筑； C60C80用于高层建筑，采用高性能混凝土； C80C120采用超高强混凝土于高层建筑。 将来可能推广使用高达C130以上的混凝土。,2.混凝土抗拉强度 （1） 混凝土的轴心抗压强度和劈裂抗拉强度 混凝土的立方体抗压强度只是评定强度等级的一个标志，它不能直接用来作为结构设计的依据。为了符合工程实际，在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度。轴心抗压强度设计值以fc表示，轴心抗压强度标准值以fck表示。 轴心抗压强度的测定采用150mm150mm300mm棱柱体作为标准试件。试验表明，轴心抗压强度fc比同截面的立方体强度值fck小，棱柱体试件高宽比越大，轴心抗压强度越小，但当h/a达到一定值后，强度就不再降低。但是过高的试件在破坏前由于失稳产生较大的附加偏心，又会降低其抗压的试验强度值。试验表明：在立方抗压强度fck=1055(MPa)的范围内，轴心抗压强度fc与fck之比约为0.700.80。 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值降低。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强度对于抗开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标。有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。 混凝土抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定， 称为劈裂抗拉强度fts。,（2）混凝土的弯拉强度 混凝土弯拉（抗折）强度试验试件为150mm150mm550mm直角棱柱体小梁，采用三分点处双点加荷。由于混凝土是一种非线性材料，因此，混凝土的弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度。,3.影响混凝土强度的因素： A. 水泥强度：水泥强度的大小直接影响混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也越高。试验证明，混凝土的强度与水泥的强度成正比关系。 B. 水灰比：当用同一种水泥（品种及强度相同）时，混凝土的强度主要决定于水灰比。因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥质量的23左右，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，实验加水量约为水泥质量的4070，即采用较大的水灰比。当混凝土硬化后，多余的水分或残留在混凝土中形成水泡，或蒸发后形成气孔，使得混凝土内部形成各种不同尺寸的孔隙，这些孔隙削弱了混凝土抵抗外力的能力。因此，满足和易性要求的混凝土，在水泥强度等级相同的情况下，水灰比越小，水泥石的强度越高，与骨料粘结力也越大，混凝土的强度就越高。如果加水太少（水灰比太小），拌合物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。 试验证明，混凝土强度，随水灰比的增大而降低，呈曲线关系；而混凝土强度和灰水比呈直线关系。,C. 骨料的种类、质量和数量 水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与骨料（尤其是粗骨料）的表面状况有关。碎石表面粗糙，粘结力比较大，卵石表面光滑，粘结力比较小。因而在水泥强度等级和水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土。 当粗骨料级配良好，用量及砂率适当，能组成密集的骨架使水泥浆数量相对减小，骨料的骨架作用充分，也会使混凝土强度有所提高。 大量实验表明，混凝土强度与水灰比、水泥强度等级等因素之间保持近似恒定的关系。一般采用下面直线型的经验公式来表示： 式中C/W灰水比（水泥与水质量比）； fcu混凝土28d抗压强度，MPa； fce水泥的28d抗压强度实测值，MPa. a、b回归系数，与骨料的品种、水泥品种等因素有关。 一般水泥厂为了保证水泥的出厂强度等级，其实际抗压强度往往比其强度等级高。当无水泥28d抗压强度实测值时，用水泥强度等级（fce,g）代入式中，并乘以水泥强度等级富余系数（c），即fce = cfce,g，c值应按统计资料确定。,D. 外加剂和掺合料 混凝土中加入外加剂可按要求改变混凝土的强度及强度发展规律，如掺入减水剂可减少拌合用水量，提高混凝土强度；如掺入早强剂可提高混凝土早期强度，但对其后期强度发展无明显影响。超细的掺合料可配制高性能、超高强度的混凝土。 E.施工条件搅拌与振捣 在施工过程中，必须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇注后必须捣固密实，才能使混凝土有达到预期强度的可能。机械搅拌和捣实的力度比人力要强，因而，采用机械搅拌比人工搅拌的拌合物更均匀，采用机械捣实比人工捣实的混凝土更密实。强力的机械捣实可适用于更低水灰比的混凝土拌合物，获得更高的强度。改进施工工艺可提高混凝土强度，如采用分次投料搅拌工艺；采用高速搅拌工艺；采用高频或多频振捣器；采用二次振捣工艺等都会有效地提高混凝土强度。 F. 养护条件 养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度高；反之亦然。若温度在冰点以下，不但水泥水化停止，而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏松，强度严重降低，尤其是早期混凝土应特别加强防冻措施。为加快水泥的水化速度，可采用湿热养护的方法，即蒸气养护或蒸压养护。湿度通常指的是空气相对湿度。相对湿度低，混凝土中的水份挥发快，混凝土因缺水而停止水化，强度发展受阻。另一方面，混凝土在强度较低时失水过快，极易引起干缩，影响混凝土耐久性。一般在混凝土浇筑完毕后12h内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。对硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥配制的混凝土浇水养护不得少于7天；使用粉煤灰水泥和火山灰