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5 混 凝 土,主要介绍了普通混凝土的组成材料，混凝土拌合物的和易性，硬化混凝土的强度、变形、耐久性，混凝土外加剂的作用原理和应用，普通混凝土配合比设计方法等，简要介绍了轻混凝土及其他品种混凝土，如体现混凝土发展动态的高强混凝土、高性能混凝土等。,本章提要,混凝土是由胶凝材料、骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化而成的人造石材。 按胶凝材料不同，分为水泥混凝土(又叫普通混凝土)、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等； 按表观密度不同，分为重混凝土(02800kg/m3)、普通混凝土(0=20002800kg/m3)、轻混凝土(02000kg/m3)；,按使用功能不同，分为结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等； 按施工工艺不同，又分为喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。,本 章 内 容,5.1 普通混凝土的组成材料 5.2 混凝土的主要技术性质 5.3 混凝土外加剂 5.4 普通混凝土配合比设计 5.5 轻混凝土 5.6 其他品种混凝土,5.1 普通混凝土的组成材料,普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌和，经硬化而成的一种人造石材。 砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。 水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚固的整体。其结构如图5.1。,图5.1 普通混凝土结构示意图,1石子；2砂子；3水泥浆；4气孔,5.1.1.1 水泥品种的选择,配制混凝土时，一般可采用五大品种水泥，必要时也可采用快硬水泥、铝酸盐水泥等。详见第4章及表4.7。,5.1.1 水泥,水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。一般以水泥强度(以MPa为单位)为混凝土强度等级的1.52.0倍较适宜，水泥强度等级过高或过低，会导致水泥用量过少或过多，对混凝土的技术性能及经济效果都不利。,5.1.1.2 水泥强度等级的选择,普通混凝土的细骨料主要采用天然砂和人工砂。 天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。按产源不同，天然砂分为山砂、河砂和海砂。 人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。,5.1.2 细骨料砂子,砂按技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,为了节约水泥，并使混凝土结构达到较高密实度，选择骨料时，应尽可能选用总表面积较小、空隙率较小的骨料，而砂子的总表面积与粗细程度有关，空隙率则与颗粒级配有关。 (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的总体粗细程度。,5.1.2.1 砂的粗细程度及颗粒级配,(2)颗粒级配 砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。 同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图5.2所示。,(3)砂的粗细程度与颗粒级配的评定 砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。 称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表5.1。,砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下： 建筑用砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为： 粗砂：3.73.1； 中砂：3.02.3； 细砂：2.21.6。,砂的颗粒级配用级配区表示，以级配区或级配曲线判定砂级配的合格性。对细度模数为3.7 1.6的建筑用砂，根据600m筛的累计筛余百分率分成3个级配区，见表5.2。 为了更直观地反映砂的颗粒级配，以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，根据表5.2的数值可以画出砂子3个级配区的级配曲线，如图5.3所示。,【例题】用500g烘干砂进行筛分试验，其结果如表5.3所求。试分析该砂的粗细程度与颗粒级配。 【解】计算细度模数Mx 评定结果：将累计筛余百分率与表5.2作对照，或绘出级配曲线，此砂处于2区，级配良好；细度模数为2.66，属中砂。,图5.2 骨料颗粒级配示意图,(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径,表5.1 累计筛余率与分计筛余率计算关系,表5.2 建筑用砂的颗粒级配(GB/T 146842001),图5.3 砂的级配曲线,表5.3 砂样筛分结果,含泥量是指天然砂中粒径小于75m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600m的颗粒含量。 天然砂的含泥量应符合表5.4的规定。 人工砂的石粉含量应符合表5.5的规定。 砂中泥块含量应符合表5.4和表5.5的规定。,5.1.2.2 含泥量、石粉含量和泥块含量,表5.4 天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 146842001),表5.5 人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T 146842001),国家标准规定砂中不应混有草根、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂物，砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表5.6的规定。,5.1.2.3 有害物质含量,表5.6 砂中有害物质含量（GB/T 146842001）,砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。 天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表5.7的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表5.8的规定。,5.1.2.4 坚固性,表5.7 坚固性指标(GB/T 146842001),表5.8 压碎指标(GB/T 146842001),砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积 密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。,5.1.2.5 表观密度、堆积密度、空隙率,碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。 经碱集料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。,5.1.2.6 碱集料反应,普通混凝土常用的粗骨料分卵石和碎石两类。 卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵石、海卵石、山卵石等。 碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。,5.1.3 粗骨料石子,卵石、碎石按技术要求分为、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30混凝土。,(1)最大粒径Dmax 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。 粗骨料的最大粒径增大，则其总表面积相应减小，包裹粗骨料所需的水泥浆量就减少，可节约水泥；或者在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。,5.1.3.1 最大粒径和颗粒级配,(2)颗粒级配 良好的粗骨料，对提高混凝土强度、耐久性，节约水泥是极为有利的。 粗骨料的颗粒级配分连续粒级和单粒粒级。 粗骨料颗粒级配好坏的判定也是通过筛分析法进行的。据国家标准，建筑用卵石、碎石的颗粒级配应符合表5.9的规定。,表5.9 建筑用卵石、碎石的颗粒级配(GB/T 146852001),粗骨料中含泥量是指粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。 粗骨料中含泥量和泥块含量应符合表5.10的规定。,5.1.3.2 含泥量和泥块含量,表5.10 含泥量和泥块含量(GB/T 146852001),卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。 针片状颗粒易折断，且会增大骨料的空隙率和总表面积，使混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性降低。 其含量应符合表5.11的规定。,5.1.3.3 针片状颗粒含量,表5.11 针片状颗粒含量(GB/T 146852001),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。 卵石和碎石中如含有有机物、硫化物及硫酸盐，其含量应符合表5.12的规定。,5.1.3.4 有害物质,表5.12 有害物质含量(GB/T 146852001),坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。 采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表5.13的规定。,5.1.3.5 坚固性,表5.13 坚固性指标(GB/T 146852001),(1)岩石抗压强度 岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm 50mm的立方体试件或50mm50mm的圆柱体试件，测得的其在饱和水状态下的抗压强度值。 国家标准规定，岩石抗压强度：火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。,5.1.3.6 强度,(2)压碎指标 压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，以间接地推测其相应的强度，其值越小，说明强度越高。 碎石和卵石的压碎指标应符合表5.14的规定。,表5.14 压碎指标(GB/T 146852001),碎石和卵石的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。,5.1.3.7 表观密度、堆积密度、空隙率,经碱集料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10%。,5.1.3.8 碱集料反应,对混凝土用水的质量要求：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度的发展；不得降低混凝土的耐久性，加快钢筋锈蚀及导致预应力钢筋脆断；不得污染混凝土表面。 混凝土拌和用水标准(JGJ 631989)对混凝土用水提出了具体的质量要求。,5.1.4 混凝土用水,5.2 混凝土的主要技术性质,混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性，混凝土强度、变形及耐久性等。 混凝土各组成材料按一定比例搅拌后尚未凝结硬化的材料称为混凝土拌合物。,5.2.1.1 和易性概念,和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。 和易性是一项综合技术指标，包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。,5.2.1 混凝土拌合物的和易性,(1)流动性 是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并均匀密实地填充整个模型的性能。流动性好的混凝土拌合物操作方便、易于捣实和成型。 (2)粘聚性 是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。 ,(3)保水性 是指拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。 混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性三者既互相联系，又互相矛盾。施工时应兼顾三者，使拌合物既满足要求的流动性，又保证良好的粘聚性和保水性。,普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T 500802002)规定采用坍落度及坍落扩展度试验和维勃稠度试验进行评定。 (1)坍落度及坍落扩展度试验 将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度(如图5.4)。,5.2.1.2 和易性测定,根据坍落度大小，可将混凝土拌合物分成4级，见表5.15。 混凝土拌合物的坍落度应在一个适宜的范围内。其值可根据工程结构种类、钢筋疏密程度及振捣方法按表5.16选用。 对于干硬性混凝土，和易性测定常采用维勃稠度试验。,(2)维勃稠度试验 维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图5.5)。 所用的时间(以秒计)称为该混凝土拌合物的维勃稠度。 维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为4级，见表5.17。,图5.4 坍落度测定,表5.15 混凝土拌合物按坍落度分级,表5.16 混凝土浇筑时的坍落度,图5.5 维勃稠度仪,表5.17 混凝土按维勃稠度的分级,(1)水泥浆的数量 在水灰比不变的条件下，增加混凝土单位体积中的水泥浆数量，能使骨料周围有足够的水泥浆包裹，改善骨料之间的润滑性能，从而使混凝土拌合物的流动性提高。但水泥浆数量不宜过多，否则会出现流浆现象，粘聚性变差，浪费水泥，同时影响混凝土强度。,5.2.1.3 影响混凝土和易性的主要因素,(2)水泥浆的稠度 水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.400.75之间，并尽量选用小的水灰比。,(3)砂率(S) 砂率是指混凝土内砂的质量占砂、石总量的百分比。 选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率(如图5.6、图5.7)。 合理砂率一般通过试验确定，在不具备试验的条件下，可参考表5.18选取。,(4)原材料的性质 水泥品种 在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。 骨料 如其他条件相同，卵石混凝土比碎石混凝土流动性大，级配好的比级配差的流动性大。,(5)其他因素 外加剂 拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性 温度 混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低。 时间 随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小。,图5.6 砂率与坍落度关系,(水及水泥用量不变),图5.7 砂率与水泥用量关系,(坍落度不变),表5.18 混凝土砂率(%),5.2.2.1 混凝土立方体抗压强度,普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，制作150mm150mm150 mm的标准立方体试件(在特殊情况下，可采用150mm300mm的圆柱体标准试件)，在标准条件(温度202，相对湿度95%以上)下或在温度为202的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护到28d，所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。,5.2.2 混凝土强度,当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度。换算方法是将所测得的强度乘以相应的换算系数(见表5.19)。 混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值表示。普通混凝土通常划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级(C60以上的混凝土称为高强混凝土)。,表5.19 强度换算系数(GB/T 500812002),普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，采用150mm150mm300 mm的棱柱体作为标准试件，测得的抗压强度为轴心抗压强度fcp。 混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为1055MPa的范围内，fcp=(0.70.8)fcu。,5.2.2.2 混凝土轴心抗压强度,混凝土强度主要取决于水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度，而水泥石强度及其与骨料的粘结强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系。同时，龄期及养护条件等因素对混凝土强度也有较大影响。,5.2.2.3 影响混凝土强度的主要因素,(1)水泥强度等级和水灰比 配合比相同时，水泥强度等级越高，混凝土强度也越大；在一定范围内，水灰比越小，混凝土强度也越高。 试验证明，混凝土强度与水灰比呈曲线关系，而与灰水比呈直线关系(见图5.8)。其强度计算公式是：,(2)粗骨料的颗粒形状和表面特征 粗骨料对混凝土强度的影响主要表现在颗粒形状和表面特征上。 当粗骨料中含有大量针片状颗粒及风化的岩石时，会降低混凝土强度。碎石表面粗糙、多棱角，与水泥石粘结力较强，而卵石表面光滑，与水泥石粘结力较弱。 因此，水泥强度等级和水灰比相同时，碎石混凝土强度比卵石混凝土的高些。,(3)养护条件 试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。 混凝土结构工程施工质量验收规范(GB 502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。 混凝土强度与保持潮湿日期的关系见图5.9，温度对混凝土强度的影响见图5.10。,(4)龄期 混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期增长而提高。在最初37d内，强度增长较快，28d后强度增长缓慢(见图5.10)。 混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系：,(5) 试验条件 试件尺寸 相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。 试件的形状当试件受压面积(aa)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。见图5.11 表面状态 加荷速度,图5.8 混凝土强度与水灰比及灰水比关系,(a)强度与水灰比关系；(b)强度与灰水比关系,图5.9 混凝土强度与保持潮湿时间的关系,1长期保持潮湿；2保持潮湿14d；3保持潮湿7d； 4保持潮湿3d；5保持潮湿1d,图5.10 温度、龄期对混凝土强度影响参考曲线,图5.11 混凝土试件的破坏状态,(a)立方体试件；(b)棱柱体试件；(c)试件破坏后的棱锥体； (d)不受承压板约束时试件的破坏情况,(1) 采用高强度等级水泥 (2) 采用干硬性混凝土 (3) 采用蒸汽或蒸压养护 (4) 采用机械搅拌和振捣 图5.12 (5) 掺入减水剂或早强剂,5.2.2.4 提高混凝土强度的措施,图5.12 捣实方法对混凝土强度的影响,5.2.3.1 非荷载作用下的变形,非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。 (1)化学收缩是指由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，致使混凝土产生收缩。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。,5.2.3 混凝土变形,(2)干湿变形即混凝土干燥、潮湿引起的尺寸变化。其中湿胀变形量很小，一般无破坏性，但干缩对混凝土危害较大，应尽量减小。 (3)温度变形即混凝土热胀冷缩的性能。由于水泥水化放出热量，因此，温度变形对大体积混凝土工程极为不利，容易引起内外膨胀不均而导致混凝土开裂。,荷载作用下的变形主要是徐变，所谓徐变是指在长期不变的荷载作用下，随时间而增长的变形。图5.13表示混凝土徐变的曲线。 混凝土徐变大小与许多因素有关。如水灰比、养护条件、水泥用量等均对徐变有影响。 徐变的产生，有利也有弊。,5.2.3.2 载荷作用下的变形,图5.13 混凝土徐变曲线,5.2.4.1 混凝土耐久性概念,混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。 包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等等。,5.2.4 混凝土耐久性,(1)抗冻性 是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能，是评定混凝土耐久性的主要指标。 抗冻等级根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。 混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响抗冻性的重要因素,(2)抗渗性 是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。 混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。 提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。,(3)抗侵蚀性 腐蚀的类型通常有淡水腐蚀、硫酸盐腐蚀、溶解性化学腐蚀、强碱腐蚀等，其腐蚀机理详见第4.1节。 混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。,(1) 根据工程所处环境及要求，合理选择水泥品种。 (2) 控制水灰比及保证足够的水泥用量(表5.20) (3) 改善粗细骨料的颗粒级配。 (4) 掺加外加剂，以改善抗冻、抗渗性能。 (5) 加强浇捣和养护，以提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象。 (6) 采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层。,5.2.4.2 提高混凝土耐久性措施,表5.20 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量(JGJ 552000),5.3 混凝土外加剂,国家标准GB 807587中按外加剂的主要功能将混凝土外加剂分为4类： (1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，其中包括各种减水剂、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，其中包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。,5.3.1 外加剂的分类,(3)改善混凝土耐久性的外加剂，其中包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。 (4)改善混凝土其他性能的外加剂，其中包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。,5.3.2.1 减水剂,减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。 (1)减水剂的减水作用 水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物图5.14(a)。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来图5.14(b)。,5.3.2 常用的外加剂,(2)使用减水剂的技术经济效果 在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌和水量5%25%或更多。 在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100200mm) 。 若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%20%。 提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。,(3)常用的减水剂 目前，减水剂主要有木质素系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐殖酸等几类，各类可按主要功能分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等几种。 现将常用品种简要介绍如下： 木质素系减水剂 萘系减水剂,图5.14 水泥浆结构,1水泥颗粒；2游离水,(a)未掺减水剂时的水泥浆体中絮状结构；(b)掺减水剂的水泥浆结构,加速混凝土早期强度发展的外加剂称为早强剂。 这类外加剂能加速水泥的水化过程，提高混凝土的早期强度并对后期强度无显著影响。 目前常用的早强剂有氯盐、硫酸盐、三乙醇胺三大类及以它们为基础的复合早强剂。,5.3.2.2 早强剂,在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。 引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.051.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。 常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸钠及烷基苯磺酸钠等。,5.3.2.3 引气剂,延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂。 常用的缓凝剂有无机盐类，如硼砂(Na2B4O710H2O)，其掺量为水泥质量0.1% 0.2%；磷酸三钠(Na3PO412H2O)，其掺量为水泥质量0.1%1.0%等。还有有机物羟基羟酸盐类，如酒石酸，掺量为0.2%0.3%；柠檬酸，其掺量为0.05%0.1%；以及使用较多的糖蜜类缓凝剂，其掺量为0.1%0.5%。,5.3.2.4 缓凝剂,能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂称为防冻剂。 在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。 常用的复合防冻剂有NON-F型、NC-3型、MN-F型、FW2、FW3、AN-4等。,5.3.2.5 防冻剂,(1)外加剂品种的选择 选择外加剂时，应根据工程需要、现场条件及产品说明书进行全面考虑。 (2)外加剂掺量的选择 外加剂品种选定后，还要认真确定外加剂的掺量。 (3)外加剂的掺入方法 一般外加剂不能直接加入混凝土搅拌机内。,5.3.3 外加剂施工和保管注意事项,5.4 普通混凝土配合比设计,混凝土配合比设计，是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件，来确定混凝土各组成材料之间的配合比例。 通常有两种表示方式：一种是以每立方米混凝土中各种材料的用量来表示。另一种是以各种材料相互间质量比来表示(以水泥质量为1)。,5.4.1.1 混凝土配合比设计的基本要求,(1)满足设计要求的强度； (2)满足施工要求的和易性； (3)满足与环境相适应的耐久性； (4)在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，降低成本。,5.4.1 混凝土配合比设计的基本要求和主要参数,在混凝土配合比中，水灰比、单位用水量及砂率值直接影响混凝土的技术性质和经济效益，是混凝土配合比的3个重要参数。 混凝土配合比设计就是要正确地确定这3个参数。,5.4.1.2 混凝土配合比设计的主要参数,按照已选择的原材料性能及混凝土的技术要求进行初步计算，得出“初步配合比”； 经过试验室试拌调整，得出“基准配合比”； 经过强度检验(如有抗渗、抗冻等其他性能要求，应当进行相应的检验)，定出满足设计和施工要求并比较经济的“试验室配合比”(也叫设计配合比)； 根据现场砂、石的实际含水率，对试验室配合比进行调整，求出“施工配合比”。,5.4.2 混凝土配合比设计的方法、步骤及实例,(1)确定配制强度(fcu,o) 配制强度按下式计算： (2)初步确定水灰比(W/C) 采用碎石时： 采用卵石时：,5.4.2.1 计算初步配合比,(3)选择单位用水量(mW0) 干硬性和塑性混凝土用水量的确定 a. 水灰比在0.400.80范围时，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按表5.22选取。 b. 水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量，应通过试验确定。,流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤进行 a. 以表5.22中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量； b. 掺外加剂时的混凝土的用水量可按下式计算：,(4)计算单位水泥用量(mC0) 根据已选定的单位用水量(mW0)及初步确定的水灰比(W/C)，可计算出单位水泥用量(mC0)： (5)选取合理砂率值(S) 一般应通过试验找出合理砂率，也可按骨料种类、规格及混凝土水灰比，参考表5.18选取。,(6)计算砂、石用量(mS0、mG0) 体积法 即将混凝土拌合物的体积，看成是各组成材料绝对体积，加上拌合物中所含空气的体积。据此可列关系式(5.1)： 再根据已选取的砂率值列出关系式(5.2)：,质量法 即假定混凝土拌合物在振捣密实状态下每立方米的质量mCP为一固定值，再根据已知砂率，列出关系式(5.3)及式(5.4)：,表5.22 塑性和干硬性混凝土的单位用水量(JGJ 552000),调整的目的：一是使混凝土拌合物的和易性满足施工需要；二是使水灰比符合混凝土强度及耐久性要求。 (1)和易性调整 按初步配合比称取表5.24规定的体积时各组成材料的用量，搅拌均匀后测定其坍落度，同时 观察其粘聚性和保水性。,5.4.2.2 确定试验室配合比,当试样调整工作完成后，应测出混凝土拌合物的实际表观密度mCP(kg/m3)，并按下式重新计算每立方米混凝土的各项材料用量：,表5.24 混凝土试配时最小拌和量,(2)强度复核 方法是采用调整后的配合比制成3组不同水灰比的混凝土试块：一组采用基准配合比，另外两组配合比的水灰比，宜较基准配合比的水灰比分别增加和减少0.05，用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。 分别将3组试件标准养护28d，根据测得的强度值与相对应的灰水比(C/W)关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度fcu,o相对应的灰水比，并应按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：,用水量(mW)在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定； 水泥用量(mC) 以用水量乘选定的灰水比计算确定； 粗、细骨料用量(mG、mS)应在基准配合比的粗、细骨料用量的基础上，按选定的灰水比调整后确定。 由强度复核之后的配合比，还应根据混凝土拌合物表观密度实测值(c,t)和混凝土拌合物表观密度计算值(c,c)进行校正。校正系数为：,假定工地上测出砂的含水率为a%、石子含水率为b%，则将上述试验室配合比换算为施工配合比，其材料称量为： 水泥 砂子 石子 水,5.4.2.3 计算施工配合比,【例题】某工程制作室内用的钢筋混凝土大梁，混凝土设计强度等级为C20，施工要求坍落度为3550mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。 采用材料：普通水泥，32.5级，实测强度为34.8 MPa，密度为3100kg/m3；中砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1450kg/m3；卵石，最大粒径20mm，表观密度为2.73g/cm3，堆积密度为1500kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比(按干燥材料计算)。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%，求施工配合比。,【解】 (1) 确定配制强度。 (2) 确定水灰比(W/C) (3) 确定用水量(mW0) (4) 计算水泥用量(mC0） (5) 确定砂率 (6) 计算砂、石用量mS0、mG0 (7) 计算初步配合比 (8) 配合比调整 (9) 试验室配合比 (10) 施工配合比,(1)确定配制强度。 该施工单位无历史统计资料，查表5.21取=5.0MPa。 fcu,o=fcu,k+1.645 =20+8.2 =28.2(MPa) (2)确定水灰比(W/C) 利用强度经验公式计算水灰比： 复核耐久性 查表5.20规定最大水灰比为0.65，因此W/C=0.49满足耐久性要求。,(3)确定用水量(mW0) 此题要求施工坍落度为3550mm，卵石最大粒径为20mm，查表5.22得每立方米混凝土用水量： mW0=180kg (4)计算水泥用量(mC0） mC0=mW0C/W=1802.02364(kg) 查表5.20规定最小水泥用量为260kg，故满足耐久性要求。 (5)确定砂率 根据上面求得的W/C=0.49，卵石最大粒径20mm，查表5.18，选砂率S=32%。,(6)计算砂、石用量mS0、mG0 按体积法列方程组 解得 mSO=599kg mGO=1273kg,按质量法：强度等级C20的混凝土查表5.23，取混凝土拌合物计算表观密度mCP=2400kg/m3，列方程组 解得 mSO=594kg mGO=1262kg,(7)计算初步配合比 体积法 mC0mS0mG0=3645991273=11.653.50 W/C=0.49 质量法 mC0mS0mG0=3645941262=11.633.47 W/C=0.49 两种方法计算结果相近。,(8)配合比调整 按初步配合比称取15L混凝土拌合物的材料： 水泥 36415/1000=5.46kg 砂子 59915/1000=8.99kg 石子 127315/1000=19.10kg 水 18015/1000=2.70kg 和易性调整 将称好的材料均匀拌和后，进行坍落度试验。假设测得坍落度为25mm，小于施工要求的3550mm，应保持原水灰比不变，增加5%水泥浆。再经拌和后，坍落度为45mm，粘聚性、保水性均良好，已满足施工要求。,此时各材料实际用量为： 水泥 5.46+5.465%=5.73kg 砂 8.99kg 石 19.10kg 水 2.70+2.705%=2.84kg 并测得每立方米拌合物质量为mCP=2380kg/m3 强度调整 方法如前所述，此题假定W/C=0.49时，强度符合设计要求，故不需调整。,(9)试验室配合比 上述基准配合比为： 水泥砂石=5.738.9919.10=11.573.33 W/C=0.49 则调整后1m3混凝土拌合物的各种材料用量为： mC=5.73/(5.73+8.99+19.10+2.84)2380=372kg mS=1.57372=584kg mG=3.33372=1239kg mW=0.49372=182kg,试验室配合比见下表：,(10)施工配合比 1m3拌合物的实际材料用量(kg)： mC=mC=375kg mS=mS(1+a%)=584(1+3%)=602kg mG=mG(1+b%)=1239(1+1%)=1251kg mW=mW-mSa%-mGb%=182-17.5-12.4=152kg,5.5 轻混凝土,凡表观密度小于1950kg/m3的混凝土统称为轻混凝土。 按其组成成分可分为轻骨料混凝土、多孔混凝土(如加气混凝土)和大孔混凝土(如无砂大孔混凝土)三种类型。,用轻质粗骨料、轻质细骨料(或普通砂)、水泥和水配制而成的，其干表观密度不大于1950 kg/m3的混凝土叫轻骨料混凝土。 轻骨料混凝土是一种轻质、高强、多功能的新型建筑材料，具有表观密度小、保湿性好、抗震性强等优点。,5.5.1 轻骨料混凝土,(1)轻骨料的分类 凡粒径大于5mm，堆积密度小于1000kg/m3的骨料，称为轻的粗骨料；粒径不大于5mm，堆积密度小于1200kg/m3的骨料，称为轻的细骨料。 轻骨料按其来源可分为3类： 天然轻骨料 人造轻骨料 工业废料,5.5.1.1 轻骨料的分类及技术性能,(2)轻骨料技术性能 轻骨料的技术性能主要包括堆积密度、强度、颗粒级配和吸水率等4项。此外，对耐久性、安定性、有害杂质含量也提出了要求。 堆积密度 轻骨料堆积密度的大小，将影响轻骨料混凝土的表观密度和性能。根据堆积密度大小，轻骨料可划分为若干密度等级(见表5.25)。,强度轻骨料 用筒压强度及强度等级表示。 轻骨料的筒压强度以“筒压法”测定。 轻粗骨料的筒压强度和强度等级应不低于表5.26规定。 轻骨料颗粒级配、最大粒径及粗细程度 其指标详见表5.27。,吸水率轻 测定轻骨料1h吸水率。规程规定，轻砂和天然轻粗骨料的吸水率不作规定；其他轻粗骨料的吸水率不应大于22%。 有害杂质含量及其他性能 轻骨料中严禁混入煅烧过的石灰石、白云石和硫酸盐、氯化物等。轻骨料的有害杂质含量和其他性能指标应不大于表5.28的规定。,表5.25 轻骨料密度等级,表5.26 轻粗骨料筒压强度及强度等级,表5.27 轻粗骨料级配,表5.28 轻骨料有害物质含量及其他性能指标,(1)轻骨料混凝土的技术性能 和易性 强度与强度等级 轻骨料混凝土技术规程(JGJ 512002)规定，根据立方体抗压强度标准值，可将轻骨料混凝土划分为13个强度等级：LC5.0、LC7.5、LC10、LC15、LC20、LC25、LC30、LC35、LC40、LC45、LC50、LC55、LC60，其中结构轻骨料混凝土的强度标准值按表5.29采用。,5.5.1.2 轻骨料混凝土的技术性能与分类,表观密度 轻骨料混凝土按干燥状态下的表观密度划分为14个密度等级，见表5.30。 收缩与徐变 保温性能 轻骨料混凝土具有较好的保温性能，其表观密度为1000kg/m3、1400kg/m3、1800kg/m3的轻骨料混凝土导热系数分别为0.28W/(mK)、0.49W/(m.K)、0.87W/(m.K)。,表5.29 结构轻骨料混凝土的强度标准值(JGJ 512002),表5.30 轻骨料混凝土的密度等级(JGJ 512002),(2)轻骨料混凝土的分类 按粗骨料种类可分为天然轻骨料混凝土、人造轻骨料混凝土和工业废料轻骨料混凝土。 按有无细骨料或细骨料的品种不同分为全轻混凝土、砂轻混凝土和大孔径骨料混凝土。 按用途不同分保温、结构保温及结构轻骨料混凝土。,(1)应对轻粗骨料的含水率及堆积密度进行测定 (2)必须采用强制式搅拌机搅拌，防止轻骨料上浮或搅拌不均。 (3)拌合物在运输中应采取措施减少坍落度损失和防止离析。 (4)轻骨料混凝土拌合物应采用机械振捣成型。 (5)轻骨料混凝土浇筑成型后应及时覆盖和喷水养护。,5.5.1.3 轻骨料混凝土的施工,5.5.2.1 加气混凝土,加气混凝土是由含钙质材料(水泥、石灰等)及含硅质材料(石英砂、粉煤灰、粒状高炉矿渣等)作原料，经磨细、配料，再加入发气剂(铝粉、双氧水等)，进行搅拌、浇筑、发泡、切割及蒸压养护等工序生产而成。 加气混凝土的质量指标是表观密度和强度。一般表观密度大、孔隙率小的，强度较高，但保温性能较差。,5.5.2 多孔混凝土,泡沫混凝土是由水泥净浆加入泡沫剂(也可加入部分掺合料)，经搅拌、入模、养护而成。 常用的泡沫剂有松香胶泡沫剂和水解牲血泡沫剂。 泡沫混凝土的表观密度为300800kg/m3，抗压强度为0.35MPa，导热系数为0.100.25W (mK)。 ,5.5.2.2 泡沫混凝土,5.6 其他品种混凝土,在混凝土中掺加一定量粉煤灰，可以改善混凝土性能、节约水泥、提高产品质量及