第五章混凝土

1、 5.15.1 概概 述述 广义上讲，混凝土是由胶凝材料、水和粗细骨料，有时掺入外加剂和掺合料，按适当比例配合，经均匀拌合、密实成型及养护硬化而成的人造石材。 混凝土是当今世界用量最大、用途最广的人造石材，广泛用于工业与民用建筑、水利水电工程、道路桥梁工程、地下工程和国防工程等。极大地改善了人类的居住环境、工作环境和出行环境。 3030301950kg/m轻2800kg/m20002800kg/m混凝土普通混凝土重混凝土 (1)按干表观密度分类 5.1.1 5.1.1 混凝土的分类混凝土的分类聚合物混凝土水玻璃混凝土沥青混凝土石膏混凝土水泥混凝土 (2)按胶凝材料分类 大体积混凝土高强混凝土抗

2、冻混凝土抗渗混凝土结构混凝土(3)按用途分类 辗压混凝土离心混凝土压力混凝土喷射混凝土泵送混凝土(4)按生产方式和施工方法分类优点优点： （1）性能多样、用途广泛，通过调整组成材料的品种及配比，可以制成具有不同物理、力学性能的混凝土以满足不同工程的要求。5.1.2 5.1.2 混凝土的特点混凝土的特点 （2）具有良好的可塑性，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件。 （3）混凝土中占80%的砂、石骨料资源丰富，可就地取材，价格便宜。 （4）与钢筋具有良好的粘结性，且二者的线膨胀系数基本相同，复合成的钢筋混凝土，能互补优劣，大大拓宽了混凝土的应用范围。 （5）混凝土具有很好的耐久性。 （6）可充

3、分利用工业废料作骨料或掺合料，有利于环境保护。缺点：缺点： 自重大、抗拉强度低、脆性大、导热性强等、生产周期长、受施工过程影响较大。5.2 5.2 普通普通混凝土的混凝土的组成材料组成材料 普通混凝土是由水泥、水、砂、石等基本组分及外加剂和掺合料按适当比例配制，经搅拌均匀而成的浆体，称为混凝土拌合物，再经凝结硬化成为坚硬的人造石材称为硬化混凝土。砂子水泥浆石子砂、石：砂、石： 骨架作用；可抑制混凝土的收缩，减少水泥用量，提高混凝土的强度及耐久性。水泥浆在凝结硬化前：水泥浆在凝结硬化前：起填充、润滑、包裹的作用水泥浆在凝结硬化后：水泥浆在凝结硬化后：起胶结作用普通混凝土中各组分的作用：普通混凝土

4、中各组分的作用： 品种品种 根据工程特点、所处环境条件及施工条件，进行合理选择。 强度等级强度等级 高强度等级的水泥配制高强度等级的混凝土。5.2.1 5.2.1 水泥水泥5.2.2 5.2.2 细骨料细骨料 细骨料指粒径小于4.75mm的骨料。混凝土用细骨料有天然砂和人工砂两类。细骨料天然砂河砂海砂山砂人工砂机制砂混合砂(1) 砂的颗粒级配及粗细程度1)颗粒级配 颗粒级配是指粒径大小不同的砂粒互相搭配的情况。 级配良好的砂，不仅可节省水泥用量而且混凝土结构密实、和易性、强度、耐久性得以加强，还可减少混凝土的干缩及徐变。2) 粗细程度 是指不同粒径砂粒混合在一起的总体粗细程度。 在和易性要求一

5、定的条件下，采用粗砂配制混凝土，可减少拌合用水量，节约水泥用量。 在拌制混凝土时，砂的粗细程度和颗粒级配应同时考虑。 当砂中含有较多的粗颗粒，以适当的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，形成具有较小的空隙率又具有较小的总表面积，不仅水泥用量少，而且还可以提高混凝土的密实度和强度。3）砂的粗细程度与颗粒级配的评定0.15mm0.3mm0.6mm1.18mm2.36mm4.75mm筛分法筛分法方孔筛筛孔边长（mm）筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75m1a1=m1/5001001=a12.36m2a2=m2/5001002=a1+a21.18m3a3=m3/5001003=a1

6、+a2+a30. 6m4a4=m4/5001004=a1+a2+a3+a40.3m5a5=m5/5001005=a1+a2+a3+a4+a50.15m6a6=m6/5001006=a1+a2+a3+a4+a5+a6累计筛余与分计筛余计算关系砂的筛分曲线11654321005)(f细度模数的计算 为3.73.1为粗砂，3.02.3为中砂，2.21.6为细砂。f 级配区累计筛余%方孔筛径 I区II区III区9.5mm0004.75mm10-010-010-02.36mm35-525-015-01.18mm65-3550-1025-00.6mm85-7170-4140-160.3mm95-8092-

7、7085-550.15mm100-90100-90100-90砂的颗粒级配 一般处于区的砂较粗，属于粗砂，保水性较差，应适当提高砂率，并保证足够的水泥用量，以满足和易性； 区的砂细颗粒多，配制的混凝土黏聚性、保水性满足，但混凝土干缩较大，容易产生微裂缝，宜适当降低砂率； 区的砂粗细适中，级配良好，拌制混凝土时宜优先选用。 如砂的自然级配不符合要求，应采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行掺配。 天然砂的含泥量和泥块含量(2) 含泥量、石粉含量和泥块含量混凝土强度等级C60C55C30C25含泥量（按质量计）%2.03.05.0泥块含量（按质量计）%0.51.02.0

8、人工砂的石粉含量和泥块含量规定混凝土强度等级C60C55C30C251亚甲蓝试验MB值P12等几个等级。混凝土水胶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。 1）混凝土的抗渗性5.3.3 5.3.3 硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性混凝土抗渗仪 根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，抗冻等级分为F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350、F400等。 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）抗冻性混凝土冻融试验装置3）混凝土的碳化 指空气中的CO2在湿度适宜的条件下与水泥水化产物Ca(OH)2发生反应，生成碳酸钙

9、和水，使混凝土碱度降低的过程，碳化也称中性化。 碳化会使混凝土碱度降低，破坏钢筋表面的钝化膜，钢筋开始生锈膨胀，严重的话会导致混凝土产生顺筋开裂而破坏。碳化还会产生收缩，使混凝土表面产生微细裂缝。4）混凝土的碱-骨料反应 是指水泥中的碱(Na2O和K2O)含量较高时与骨料中的活性SiO2发生反应，在骨料表面生成碱硅酸凝胶，这种凝胶具有吸水膨胀特性，会使包裹骨料的水泥石胀裂，这种现象称为碱骨料反应。抑制碱-骨料反应的措施 控制水泥总含碱量不超过0.6%； 混凝土中最大碱含量不超过3.0kg/m3； 选用非活性骨料； 降低混凝土的单位水泥用量； 掺入引气剂等。5）提高耐久性的措施 根据混凝土工程所

10、处的环境条件和工程特点选择合理的水泥品种； 严格控制水灰比，保证足够的水泥用量； 选用杂质少、级配良好的粗、细骨料，并尽量采用合理砂率； 掺引气剂、减水剂等外加剂，可减少水灰比，改善混凝土内部的孔隙构造，提高混凝土的耐久性； 在混凝土施工中，应搅拌均匀、振捣密实、加强养护，增加混凝土密实度，提高混凝土质量。(一)非荷载作用下的变形 化学收缩 混凝土的干缩湿胀 温度变形(二)荷载作用下的变形 短期荷载作用下的变形 长期荷载作用下的变形徐变5.3.4 5.3.4 混凝土的变形性能混凝土的变形性能1）化学收缩 不可恢复，其收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40天左右增长较快，以

11、后逐渐趋于稳定(1)非荷载作用下的变形 化学收缩值很小（小于1），一般对混凝土结构没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。2）干湿变形 湿胀变形很小，一般无破坏作用，但过大的干缩变形会对混凝土产生较大的危害，使混凝土的表面产生较大的拉应力而引起开裂，严重影响混凝土的耐久性。龄期应变水中养护空气中养护膨胀收缩混凝土的干湿变形示意图3）温度变形 温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利，易使这些混凝土造成温度裂缝。 在实际施工中可采取低热水泥，减少水泥用量，采用人工降温和沿纵向较长的钢筋混凝土结构设置温度伸缩缝等措施。（2）荷载作用下的变形1)短期荷载作用下的变形 2）长期荷载作用下

12、的变形徐变 徐变对钢筋混凝土及大体积混凝土有利，可消除或减少钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分布，从而使局部应力集中得到缓解，并能消除或减少大体积混凝土由于温度变形所产生的破坏应力； 但是徐变对预应力钢筋混凝土不利，它使钢筋的预应力值受到损失。5.4 5.4 混凝土的质量控制混凝土的质量控制5.4.15.4.1 混凝土质量的控制混凝土质量的控制 原材料质量控制 生产控制 合格控制5.4.25.4.2混凝土质量评定的数理统计方法混凝土质量评定的数理统计方法 (1)混凝土强度波动规律正态分布 (2) 强度平均值、标准差、变异系数 1）强度平均值 只反应混凝土总体强度水平，不能说明强度波动的大小，

13、也不能反映混凝土施工水平的高低。2）标准差 标准差小，正态分布曲线窄而高，说明强度值分布集中，混凝土质量均匀性好，施工质量控制较好；反之，混凝土的施工控制质量较差。3）变异系数fCv v值越小，说明混凝土质量越均匀，施工管理水平越高。(3) 混凝土强度保证率与质量评定 强度保证率是指在混凝土强度总体中，大于设计强度等级值 fcu,k 的强度值出现的概率。 根据我国混凝土强度检验评定标准规定，在统计周期内，根据混凝土强度的 值和保证率P（%），可将混凝土生产单位生产管理水平划分为优良、一般及差三个等级。5.4.3 混凝土的配制强度混凝土的配制强度 混凝土强度保证率为95%时，对应取t=1.645

14、，混凝土配制强度为：645. 1,kcukcuocuftff5.4.4 混凝土的合格性评定混凝土的合格性评定 混凝土强度的合格性评定是根据一定规则对混凝土强度的合格与否所作的判定。 混凝土强度应分批进行检验评定，一个检验批的混凝土由强度等级相同、试验龄期相同、生产工艺条件和配合比基本相同的混凝土组成。 混凝土强度的合格性评定分：统计方法与非统计方法两种。 根据质量控制的稳定性，混凝土强度的统计法分为两种：标准差已知方案和标准差未知方案。 当用于评定的样本容量小于10组时，应采用非统计方法评定混凝土强度。 检验结果满足相关规定要求时，则该批混凝土强度应评定为合格；当不能满足相关规定时，该批混凝土

15、强度应评定为不合格。5.5 5.5 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计 普通混凝土配合比是指混凝土中胶凝材料、粗细骨料和水、外加剂、掺合料等各组成材料用量之间的数量比例关系。 以每1m3混凝土中各组成材料的质量表示： 水泥247kg，粉煤灰106kg，水172kg， 砂770kg，石子1087kg，外加剂3.53kg。5.5.1 5.5.1 混凝土配合比的表示方法混凝土配合比的表示方法 以水泥的质量为1，用各组成材料间的质量比表示： 水泥：粉煤灰：砂：石子 =1：0.43：3.12：4.40 水胶比为0.491.满足强度等级要求；2.满足所要求的和易性；3.满足工程耐久性的要求；4.符合

16、经济原则.5.5.25.5.2 配合比设计的基本要求：配合比设计的基本要求：1.水胶比2.砂率3.单位用水量5.5.35.5.3 配合比设计的三个重要参数：配合比设计的三个重要参数：1.工程要求和施工条件2.混凝土各组成材料的性能指标5.5.45.5.4 配合比设计的基本资料：配合比设计的基本资料：初步配合比试拌配合比设计配合比施工配合比5.5.55.5.5 配合比设计的步骤：配合比设计的步骤：根据选定的原材料及配合比设计的基本要求，通过经验公式、经验表格得出在初步配合比基础上，经试拌、检验、调整到和易性满足要求在试验室进行强度等性能的检验、复核以现场原材料情况（砂、石含水情况）修正设计配合比

17、5.65.6 混凝土外加剂混凝土外加剂 混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或搅拌过程中加入的，用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的材料。以下简称外加剂。 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。 5.6.15.6.1 外加剂的分类外加剂的分类(1)按主要使用功能分类 改善混凝土凝结、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。 改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。 改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。 无机物外加剂有机物外加剂复合外加剂 (2)按化学成分分类5.6.25.6.2 表面活性剂的基本知识表

18、面活性剂的基本知识是指可溶于水并能定向排列于液体表面或两相界面上，从而显著降低表面张力或界面张力的物质，同时起到湿润、分散、乳化、润滑、起泡等作用。5.6.35.6.3 减水剂减水剂也称塑化剂，它可以增大新拌水泥浆或混凝土拌合物的流动性，或者配制出用水量减小（水胶比降低）而流动性不变的混凝土，因此获得提高强度或节约水泥的效果。（1）使用减水剂的技术经济效果 在保持拌合物流动性不变的情况下，可减少拌和水量10%-20%； 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100-200mm) ； 保持流动性不变，只减水而不减少水泥用量，则可提高混凝土的强度，特别是可大大提高混凝土的

19、早期强度； 若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%-20%； 在拌合物中加入减水剂后，可减少拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；降低水泥水化物放热速度；显著提高混凝土的抗渗性及抗冻性，使混凝土的耐久性得到提高。 (2) 减水剂的常用品种 减水剂主要有木质素系、萘系、水溶树脂系、糖蜜系和腐殖酸等。 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。(3) 减水剂的使用要点 水泥的适应性问题 减水剂的掺量 减水剂的掺加方法是指加速混凝土早期强度发展并对后期强度发展无显著影响的外加剂。 作用：作用：加速模板及台座的周转、缩短混凝土的养护时间、快速达到混凝土冬季施

20、工的临界强度等。5.6.45.6.4 早强剂早强剂常用早强剂的品种：常用早强剂的品种： 强电解质无机盐类早强剂 水溶性有机化合物 其他：有机化合物、无机盐复合物早早强剂强剂的适用范围：的适用范围： 早强剂适用于蒸养混凝土及常温、低温和最低温度不低于5环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热环境条件下不宜使用早强剂。 掺入混凝土后对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂。含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程。硝铵类严禁用于办公、居住等建筑工程。 是指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，以减少混凝土拌合物泌水、离析，

21、改善和易性，并能显著提高混凝土抗冻性、耐久性的外加剂。5.6.5 5.6.5 引气剂引气剂引气剂对混凝土性能的影响：引气剂对混凝土性能的影响： 改善混凝土拌合物的和易性； 提高抗冻性和抗渗性； 降低强度及弹性模量。 引气剂适用于配制抗冻混凝土、泵送混凝土、港口混凝土，不适宜用于蒸汽养护的混凝土。 使用引气剂时，含气量控制在3%-6%为宜。含气量太大时，混凝土强度下降太多。是指延长混凝土凝结时间并对后期强度无明显影响的外加剂。 5.6.65.6.6 缓凝剂缓凝剂缓凝剂能使混凝土拌合物在较长时间内保持塑性状态，以利于浇注成型，提高施工质量，而且还可延缓水化放热时间，降低水化热，对大体积混凝土或分层

22、浇筑的混凝土十分有利。缓凝剂适用于长距离运输或长时间运输的混凝土、夏季和高温季节施工的混凝土、大体积混凝土等。不适用于5以下的混凝土，也不适用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。是指能使混凝土（砂浆）在水化过程中产生一定的体积膨胀，并在有约束条件下产生适宜自应力的外加剂。5.6.75.6.7 膨胀剂膨胀剂膨胀剂的使用目的和适用范围膨胀剂种类膨胀混凝土（砂浆）种类使用目的适用范围硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化钙一硫铝酸钙类补偿收缩混凝土（砂浆）减少混凝土（砂浆）干缩裂缝、提高抗裂性和抗渗性屋面防水、地下防水、贮罐水池、基础后浇缝、预填骨料混凝土及钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土填充用膨胀混凝土（砂浆）提高

23、机械设备和构件的安装质量、加快安装速度机械设备的底座灌浆、地脚螺栓的固定、梁柱接头的浇注、管道接头的填充和防水堵漏自应力混凝土（砂浆）提高抗裂性和抗渗性用于常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管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。5.6.85.6.8 防冻剂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。5.75.7 其他品种混凝土其他品种混凝土 具有质轻、比强度高、保温隔热性好、耐火性好、抗震性好等优点，与普通混凝土相比，更适合用于高层、大跨结构、耐火等级要求高及要求节能的建筑。5

24、.7.15.7.1 轻混凝土轻混凝土(1)轻骨料混凝土 是指内部均匀分布着大量细小的气孔、不含骨料的轻混凝土。根据气孔产生的方法分为加气混凝土和泡沫混凝土。(2)多孔混凝土 具有质轻、高强、耐久、保温隔热、抗震性好等优良性能，可广泛用于各类建筑。加气混凝土 加气混凝土可做成砌块、条板和屋面板，可与普通混凝土制成复合外墙板，还可在高层框架轻板结构中做外墙板，做各种保温制品等。 加气混凝土主要用于框架建筑、高层建筑、地震设防建筑、保温隔热要求高的建筑、软土地基地区的建筑等。 不宜用于温度高于80 的环境、长期潮湿的环境、有酸碱侵蚀的环境和特别寒冷的环境。加气混凝土砌块加气混凝土板材加气混凝土砌块应

25、用 表观密度为300-500kg/m3，抗压强度为0.5-0.7MPa，常用于制作各种保温材料。泡沫混凝土泡沫混凝土泡沫混凝土外墙外保温系统结构图 适用于制作墙体用小型空心砌块和各种板材，也可用于现浇墙体。普通大孔混凝土还可制成滤水管、滤水板等，广泛用于市政工程。(3)大孔混凝土透水彩石路面装饰性透水面层基准大孔透水混凝土素土夯实粗砂滤水层碎石垫层 大体积混凝土水泥水化热不易散失，内部温升较高，与外部环境温差较大时易产生温度裂缝。5.7.25.7.2 大体积混凝土大体积混凝土防止温度裂缝的措施：防止温度裂缝的措施： 采用中、低热品种水泥； 对混凝土结构进行合理分缝分块； 在满足强度和其他性能要

26、求前提下，尽量降低水泥用量； 掺加适宜的外加剂； 选择适宜的骨料； 控制混凝土的出机温度和浇筑温度； 预埋水管、通水冷却，降低混凝土的内部温升； 采取表面保护、保温隔热措施，降低内外温差等措施来降低或推迟热峰从而控制大体积混凝土的温升。 大体积混凝土降温措施原材料控制较好，配合比较优化，原材料计量较准确，混凝土质量较好；减少了现场搅拌对环境的污染；减少了现场的工作量，提高施工效率，降低劳动强度等。5.7.35.7.3 商品混凝土商品混凝土商品混凝土搅拌站容易浇筑和振捣，对配筋较密的工程填充性好，施工效率高，劳动强度低。但对模板的侧压力较大，支模时要加强支护，同时模板拼接要严密，防止漏浆。5.7.45.7.4 泵送混凝土泵送混凝土泵送混凝土绿色高性能混凝土应具备特点：5.7.55.7.5 绿色高性能混凝土绿色高性能混凝土 尽量少用水泥熟料，以减少排放的C