土建工程基础工程材料

1、第1章 工程材料1.1 工程材料的分类与基本性质1.2 水泥1.3 混凝土1.4 建筑砂浆1.5 砌体材料1.6 建筑钢材1.7 防水材料1.1.1 工程材料的分类1.按化学组成分类2.按使用功能分类1.1.2 工程材料的物理性质 开口孔隙：与外界相连通的孔隙；闭口孔隙：与外界隔绝的孔隙。极细孔隙：孔径D0.01mm；细小孔隙：孔径D1.0mm。1. 密度 式中： 材料的密度，g/cm3； 材料的质量（干燥至恒重），g； 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。(一) 密度、表观密度、体积密度和堆积密度 在测定有孔隙材料（如砖、石等）的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏密度瓶测定其绝对密实体

2、积。 2. 表观密度（视密度） 式中： 材料的表观密度，kg/m3或g/cm3； 材料在干燥状态下的质量； 材料在包含闭口孔隙条件下的体积，m3或cm3。 材料在包含闭口孔隙条件下的体积是采用排液置换法或水中称重法测量。 材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积 3. 体积密度（容重） 式中： 材料的体积密度，kg/m3或g/cm3； 材料的质量，按有关标准规定，该质量是指自然状态下 的气干质量，即将试件置于通风良好的室内存放7 d后 测得的质量， kg或g； 材料在自然状态下的体积，包括材料实体及内部孔隙 （开口孔隙和闭口孔隙）体积， m3或cm3。 对于不规则形状材料的体积，可采用封

3、蜡排液法测得。4. 堆积密度 式中： 材料的堆积密度，kg/m3； 材料的质量，kg； 材料的堆积体积，m3。 材料的堆积体积包括材料绝对体积、材料内部所有孔隙体积和颗粒间的空隙体积。 表1-1 常用建筑材料的密度、体积密度、堆积密度材料密度（g/cm3)体积密度（kg/m3)堆积密度（kg/m3)碎石砂普通砖空心砖水泥普通混凝土木材钢材2.602.602.502.503.101.557.851600 18001000 14002100 2600400 80078501400 17001450 16501200 1300(二) 材料的孔隙率和密实度1.孔隙率 材料的孔隙率是指材料中的孔隙体积占

4、材料自然状态下总体积的百分率。 密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。2.密实度 1.空隙率 材料空隙率是指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积占堆积体积的百分率。 填充率是指散粒状材料在自然堆积状态下，其中的颗粒体积占自然堆积状态下的体积的百分率。 (三) 材料的空隙率和填充率 2.填充率例：某容量筒质量为3.4 kg，容积为10L。容量筒装满绝对干燥石子后的总质量为18.4 kg。若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，再注满此筒，共注入水 4.27 kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总质量为15.2kg。求该石子的表观密度、体积密度、堆积密度和填充率。(四) 材料与水有关

5、的性质1.亲水性与憎水性亲水性材料：水泥、砂、石材、砖、木材等；憎水性材料：沥青、油漆、塑料、防水油膏等。 亲水性是指材料与水接触后能被水湿润并将水吸入内部的性质 ；憎水性是指材料与水接触后能将水排斥在外的性质 。 2材料的吸水性与吸湿性 （1）吸水性1）质量吸水率 质量吸水率是指材料吸水饱和时，所吸收水分的质量占干燥材料质量的百分数 。式中： 质量吸水率，； 材料在干燥状态下的质量，g； 材料在吸水饱和状态下的质量，g。2）体积吸水率 体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占干燥材料体积的百分数 。式中： 体积吸水率，； 干操材料体积，cm3； 水的密度， g/cm3 。 （2）吸湿性

6、 吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示。含水率是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。 式中： 材料的含水率，； 材料在干燥状态下的质量，g； 材料含水状态下的质量，g。 材料的含水率受环境影响，随空气的温度和湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。 3耐水性 软化系数的范围波动在01之间。通常将软化系数大于等于0 .85的材料看作是耐水材料。 材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。材料耐水性用软化系数 表示。式中： 材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa； 材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。 4

7、抗渗性 抗渗性指材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性常用渗透系数或抗渗等级来表示。 式中： 渗透系数，cm/h； 透水量，cm3； 试件厚度，cm； 透水面积，cm2； 时间，h； H水头高度，cm。 渗透系数的物理意义是：单位时间内，在一定的水压作用下，单位厚度的材料，单位截面积上的透水量。渗透系数越小的材料表示其抗渗性越好。 抗渗等级是指在规定试验条件下，材料渗透时所能承受的最大水压力。如混凝土的抗渗性用抗渗等级表示，有P2、P4、 P6、 P8、 P10、 P12等几个等级。 5抗冻性 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏、强度又不显著降低的性质

8、。 材料的抗冻性用抗冻等级来表示。如混凝土的抗冻等级以符号F表示，F100表示所能承受的最大冻融循环次数不少于100次，试件的相对动弹性模量下降至60或质量损失不超过5。 现象：某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为表现密度为700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同样的方式往墙上浇水，发现原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块虽表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。工程实例加气混凝土砌块吸水分析 (五) 材料的热工性质 1.材料的热容量 材料的热容量是指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力 。材料的热容量用比热容来表示。 材料比热容的物理意义是：单位重量的材料，在温

9、度每改变1K时所吸收或放出的热量。式中： 材料的热容量，kJ； 材料的重量，kg； 材料受热或冷却前后的温度差，K； 材料的比热容，kJ/（kgK）。 2材料的导热性 当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力，称为导热性。材料的导热性可用导热系数来表示。式中： 材料的导热系数，W/（mK）； 传导的热量，J； 材料的厚度，m； 材料传热的面积，m2； 传热时间，s； 材料两侧温度差，K。 导热系数的物理意义是：厚度为1m的材料，当温度每改变1K时，在1s时间内通过1m2面积的热量。 材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。各种材料的导热系

10、数差别很大，工程中通常把 0.23 W/（mK）的材料称为绝热材料。 材料的导热系数和热容量是建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算要用到的重要参数，设计时应选用导热系数较小而热容量较大的建筑材料，以使建筑物保持室内温度的稳定性。 表1-2 常用土木工程材料的热工性质指标材料名称导热系数W/（mK）比热容J/（gK）钢材普通混凝土水泥砂浆粘土空心砖松木泡沫塑料581.510.930.640.170.350.030.480.840.840.922.721.30加气混凝土砌块与几种墙体材料导热系数比较材料种类容重kg/m3导热系数W/（mK）加气混凝土砌块烧结实心砖烧结多孔砖蒸压灰砂砖钢筋混凝土

11、40070016001200140023000.120.180.810.430.440.641.75 1.1.3 工程材料的力学性质(一) 强度 强度指材料抵抗外力破坏的能力，即材料达到破坏前所能承受的极限应力值。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度几种。 表13 常用材料强度(MPa)材料抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩100250581014普通粘土砖5201.64.0普通混凝土56019松木(顺纹)30508012060100建筑钢材24015002401500材料 表观密度（kg/m3） 抗压强度（MPa） 比强度低碳钢 7800415 0.053 松

12、木 50034.3（顺纹） 0.069 普通混凝土 240029.4 0.012 表1-4 钢材、木材和混凝土的强度比较 比强度，指材料强度与其体积密度之比。它是评价材料是否轻质高强的指标。材料比强度越大，越轻质高强。 (二) 弹性和塑性 弹性指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种可完全恢复的变形称为弹性变形。式中： 材料所受的应力， MPa； 材料在应力 作用下产生的应变，无量纲。 塑性指在外力作用下材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形。 (三) 脆性和韧性 脆性指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破

13、坏的性质。具有这种性质的材料称为脆性材料。 脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它对承受振动作用和抵抗冲击荷载是不利的。砖、石材、陶瓷、玻璃、铸铁等都属于脆性材料。 韧性指在冲击或振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。低碳钢、木材等属于韧性材料。 (四) 硬度和耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率表示，即材料受磨损后单位受磨面积损失的材料质量。材料的耐磨性与材料的组成结构及强度、硬度有关。 硬度是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷

14、等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。 1.1.4 工程材料的耐久性 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗周围环境各种介质的侵蚀，能长期保持材料原有性质的能力。物理作用：干湿变化、温度变化及冻融变化等化学作用：酸、碱、盐等生物作用：细菌、微生物等作业1.名词解释平衡含水率 耐水性 比强度 弹性2.简答题材料的密度、表观密度、体积密度及堆积密度有何区别？3.计算题某材料密度为2.60g/cm3，干燥表观密度为1600 kg/m3，现将质量为954g的该材料浸入水中，待吸水饱和后取出称得质量为1086g。试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率及闭口

15、孔隙率。1.2.1 水泥的分类1. 按矿物组成分 可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥和铁铝酸盐类水泥等。 2. 按用途分 通用水泥：用于一般土木建筑工程的水泥，包括硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。 专用水泥：专门用途的水泥，如油井水泥、低热水泥、道路水泥等。 特性水泥：某种性能比较突出的水泥，如快硬水泥、白色水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐水泥等 。1.2.2 硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型：不掺加混合材料

16、的称I型硅酸盐水泥，代号PI；在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量 5的石灰石或料化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P。 (一)硅酸盐水泥的生产与基本组成1. 硅酸盐水泥的生产 硅酸盐水泥的生产过程分为制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥三个主要阶段，该生产工艺过程可概括为“两磨一烧”，如图1-2所示。石灰质原料粘土质原料铁矿粉等按比例配合磨细生料煅烧(1450)熟料水泥石膏图1-2 硅酸盐水泥的生产流程2. 硅酸盐水泥熟料矿物组成 表1-5 硅酸盐水泥熟料主要矿物及其含量矿物名称化学成分缩写符号含量硅酸三钙 3CaOSiO2C3S37%60%硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S15%37%铝酸三

17、钙 3CaOAl2O3 C3A7%15%铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF10%18%表1-6 各种熟料矿物单独与水作用的性质C3SC2SC3AC4AF水化速度快慢最快较快28天水化热大小最大中强度高早期低，后期高低中抗硫酸盐侵蚀性中最好差好体积收缩中中最大最小性质矿物名称硅酸盐水泥硬化后生成的主要水化物有： 水化硅酸钙(3CaO2SiO23H2O) 水化铁酸钙(CaOFe2O3H2O) 水化铝酸钙(3CaOAl2O36H2O) 水化硫铝酸钙(3CaOAl2O33CaSO432H2O) 氢氧化钙 Ca(OH)2 水化硅酸钙对水泥石的强度和其他主要性质起主导作用。(二)硅酸盐水泥

18、的主要技术要求1. 细度 细度是指水泥颗粒的粗细程度。根据国家标准（GB175-2007）规定，硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg(1kg水泥所具有的总表面积)。缺点:水泥越细优点：总表面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。2. 凝结时间 水泥加水拌合时起开始失去可塑性完全失去可塑性初凝终凝 水泥凝结时间分初凝时间和终凝时间。 水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工。结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。

19、 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于6.5 h。凡凝结时间不符合规定的水泥，为不合格品。3. 体积安定性 体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀程度，又称水泥安定性。 安定性不良的水泥硬化后体积发生不均匀膨胀，导致水泥石开裂、翘曲等现象。注意：安定性不良的水泥为不合格品。 国家标准规定，硅酸盐水泥熟料中游离氧化钙含量用沸煮法检验必须合格，游离氧化镁的含量一般不得超过5%，三氧化硫的含量不得超过3.5%。4. 强度 水泥强度等级是按规定龄期水泥胶砂的抗压强度和抗折强度来划分，水泥胶砂的抗压强度和抗折强度是指按水泥：标准砂（质量比）=1：3，水灰比0.5，以规定方

20、法制成尺寸为4040160mm胶砂试件，在标准温度201的水中养护，测定3天、28天的试件抗压强度和抗折强度。表1-7 硅酸盐水泥的强度要求强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0(三)硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 1. 硅酸盐水泥石的腐蚀(1)软水腐蚀 软水侵蚀又称溶出性侵蚀，它是指水泥石长期与雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水等含少量碳酸氢盐的软水相接触，

21、使水泥石中氢氧化钙不断溶解流失，从而使水泥石的结构受到破坏。(2)硫酸盐腐蚀 含硫酸盐的海水、湖水、地下水及某些工业污水，长期与水泥石接触时，其中的硫酸盐会与水泥石中的氢氧化钙发生反应，生成二水硫酸钙（CaSO42H2O） 。 二水硫酸钙与水泥石中的水化铝酸钙作用会生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）： 3CaOAl2O36H2O+3（CaSO42H2O）+19H2O =3CaOAl2O33CaSO43lH2O (3)镁盐腐蚀 在海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙发生反应： MgSO4+ Ca(OH)2+H2O=CaSO42H2O+ Mg(OH)2 M

22、gCl2+Ca(OH)2=CaCl2+ Mg(OH)2(4)一般酸性腐蚀 无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸等对水泥石都有不同程度的腐蚀作用。例如，盐酸与水泥石中的氢氧化钙作用生成氯化钙，反应产物易溶于水，导致水泥石破坏。(5)强碱腐蚀 碱类溶液在浓度不大时，一般对水泥石是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）作用后也会发生腐蚀。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐反应，会生成易溶的铝酸钠： 3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 2. 腐蚀的防止(1)根据侵蚀环境特点，合理选用适当品种的水泥。(2)尽量提高水泥石的密实度，减少

23、腐蚀水的渗透作用 。(3)必要时可在混凝土表面设置防护层。 1.2.3 掺混合材料的硅酸盐水泥1. 活性混合材料 活性混合材料也称为水硬性混合材料，它是具有火山灰性或潜在水硬性，以及兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料，包括粒化高炉矿渣、火山灰质混合料、粉煤灰。(一)水泥混合材料2. 非活性混合材料 非活性混合材料是不具备上述活性材料性能或只具有微弱活性的材料，如石英砂、石灰石粉等，另外，不符合技术要求的粒化高炉矿渣、火山灰质混合料、粉煤灰，也可作为非活性混合材料应用。(二)几种通用水泥的组成与技术要求 1. 普通硅酸盐水泥(1)组成 凡由硅酸盐水泥熟料，520混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性凝

24、胶材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号PO。 掺活性混合材料时，最大掺量不得超过20，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰或不超过水泥质量8的非活性混合材料来代替。(2)技术要求 细度要求比表面积应大于300m2/kg； ；初凝不得早于45 min，终凝不得迟于10 h；强度等级按3d天28d龄期的抗压强度和抗折强度共分42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级。 2. 矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥(1)组成 1）矿渣水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号PS。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计

25、为 2070。 2）火山灰水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号PP。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为2040。 3)粉煤灰水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号PF。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为 2040。4）复合硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号PC。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于20，但不超过50。允许用

26、不超过8的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。技术要求1）细度 细度用筛分法检测，80m方孔筛筛余量不得超过10.0或45m方孔筛筛余量不得超过30.0。 。2）凝结时间 初凝不得早于45 min，终凝不得迟于10 h。3）强度 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度共分32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。 (三)几种通用水泥的性能特点及应用名称硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小。与硅酸盐水泥类同。早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐热性

27、好；耐腐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌水较多。早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐腐蚀性较强；抗渗性好；抗冻性差；干缩性大。早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐腐蚀性较强；干缩性较小；抗裂性较高；抗冻性差。名称硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥适用范围一般土建工程中的钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构；受反复冰冻作用的结构；配制高强混凝土等与硅酸盐水泥基本相同高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程。地下、水中大体积混凝土结构和有抗渗要求的混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程地上、地下及水

28、中大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；抗裂性要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程不适用范围大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程与硅酸盐水泥基本相同早期强度要求较高的混凝土工程；有抗冻要求的混凝土工程处在干燥环境中的混凝土工程；其他同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其他同矿渣水泥(四) 水泥的包装、标志、运输与贮存1.包装 水泥可以散装或袋装，袋装水泥每袋净含量为50kg，且应不少于标志质量的99。 2. 标志 水泥包装袋上应清楚标明：执行标准、水泥品种、代号、强度等级、生产者名称、生产许可证标志（QS）及编号、出厂编号、包装日期、净含量。 3.运输与贮存 水泥在运输与贮存时不得受潮和混入杂物

29、，不同品种和强度等级的水泥在贮运中避免混杂。 现象：某大体积的混凝土工程，浇筑两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产的42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下C3S占61%，C2S占14%，C3A占14%，C4AF占11% 。工程实例分析挡墙开裂与水泥的选用作业1.名词解释水泥终凝时间 普通水泥2.简答题硅酸盐水泥的强度等级是如何划分的？分析水泥石侵蚀破坏的主要类型。可采取哪些措施进行预防？下列混凝土工程中应优先选用哪种硅酸盐水泥？请说明理由。大体积混凝土工程；采用湿热养护的混凝土构件；高强混凝土工程；严寒地区受到反复冻融的混凝土工程；与硫酸盐介质接触的混凝土工

30、程；有耐磨要求的混凝土工程。1.3.1 混凝土的分类及特点(一) 混凝土的分类1 .按体积密度分2.按胶凝材料分3.按用途分4 .按强度等级分类5 .按生产和施工工艺分类(二)混凝土的特点1.具有良好的可塑性；2.可按需配制各种不同性质的混凝土；3.具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低；4.具有良好的耐久性。1.3.2 普通混凝土的组成材料 普通混凝土一般是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。混凝土内部结构示意图砂石子水泥浆(一)水泥 1. 水泥的品种选择 配制普通混凝土通用的水泥有：硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥。必要

31、时也可采用快硬硅酸盐水泥或其他水泥。水泥品种的选择应根据混凝土工程特点、所处环境条件以及设计施工的要求进行。 2. 水泥强度等级选择一般情况下，对中、低强度的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52倍为宜；对高强度混凝土，水泥强度等级应为混凝土强度等级的0.91.5倍。用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，每立方米混凝土的水泥用量偏少，会影响混凝土的和易性和密实性。(二)细骨料 砂的粒径在0.154.75mm之间，可分为天然砂与人工砂两类。细骨料天然砂人工砂河砂海砂机制砂混合砂1. 砂的定义及分类2.砂的粗细程度 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合物的平均粗细程度，常用细度模数来衡量。

32、细度模数按下面的公式计算：式中：Mx细度模数； A1，A2，A3，A4，A5，A6分别为4.75 mm，2.36 mm， 1.18 mm，600m，300m，150m筛的累积筛余百分率。 砂按细度模数大小可分为粗砂、中砂、细砂和特细砂。其细度模数分别为：粗砂（3.73.1）、中砂（3.02.3）、细砂（2.21.6）、特细砂（ 1.50.7 ）。 3. 砂的颗粒级配 砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂颗粒相互搭配的情况。表1-8 砂颗粒级配 1239.50mm0004.75mm10010 010 02.36mm35 525 015 01.18mm65 3550 1025 0600m85 7170

33、 4140 16300m95 8092 7085 55150m100 90100 90100 90级配区方孔筛例：某砂样500g经筛分析试验，各筛的筛余量见下表，试评定该砂的粗细程度和颗粒级配。筛孔尺寸/mm4.752.361.180.600.300.150.15以下分计筛余量/g4060801201009010解先计算分计筛余率和累计筛余率分计筛余率812162420182累计筛余率82036608098100细度模数的计算如下：评定结果：该砂属于中砂，颗粒级配为2区。 粗骨料的粒径大于4.75mm，又分天然形成的卵石和人工破碎的碎石二种。粗骨料的粗细程度用最大粒径表示。(三)粗骨料 粗骨料

34、颗粒级配有连续级配与间断级配两种。连续级配配制的混凝土拌合物和易性好，不容易发生离析现象，目前应用较为广泛。卵石碎石混凝土粗骨料最大粒径的选用原则：从结构上考虑，粗骨料最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4,同时不得大于钢筋最小净距的3/4 ；对混凝土空心板，可允许采用最大粒径达1/2板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm。从施工方面考虑，根据搅拌、运输、振捣方式，选择合适的粒径。对泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1:3,卵石宜小于或等于1:2.5。从经济上考虑，粒径越大，水泥用量越小。当最大粒径小于80mm时，节约效果显著，粒径再大，节约效果不明显。故一般取粒径小于8

35、0mm。骨料粒径太大使转换梁浇筑不密实(四)混凝土拌合及养护用水 对混凝土拌合用水的质量要求是：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度的发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。混凝土用水标准（JGJ632006）(五)混凝土外加剂 1.减水剂木质素系减水剂 木质素系减水剂的主要品种有木质素磺酸钙（又称木钙或M型减水剂）、木质素磺酸钠（又称木钠）及碱木素等。M型减水剂的掺量，一般为水泥质量的0.20.3。M型减水剂适用于大模板、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。萘系减水剂 萘系减水剂主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物，有NNO、NF、FDN、UNF、

36、MF等品种。萘系减水剂的减水、增强效果显著，属高效减水剂。适用于配制早强、高强及流态混凝土。水溶性树脂系减水剂 水溶性树脂系减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水剂，如三聚氰胺树脂减水剂（代号SM）、古马隆树脂减水剂等。树脂系减水剂减水及增强效果比萘系减水剂更好。适用于早强、高强、蒸养及流态混凝土。 2.缓凝剂 缓凝剂是指延长混凝土凝结时间的外加剂。 缓凝剂的主要种类有：木质素磺酸盐类缓凝剂（如木质素磺酸钙），糖蜜类缓凝剂（如糖蜜、蔗糖），羟基羧酸及其盐类缓凝剂。 缓凝剂主要用于高温季节施工、大体积混凝土工程、泵送与滑模方法施工以及较长时间停放或远距离运送的商品混凝土等。 3.早强剂 早强剂

37、是指能提高混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。 早强剂的常用种类有：氯盐类早强剂（氯化钙），硫酸盐类早强剂（NC复合早强剂，即硫酸钠60%、糖钙2%及细砂38%，混合磨细而成），有机氨类早强剂（三乙醇胺复合早强剂，即三乙醇胺掺量为0.03%0.05%，氯化钠为0.5%0.7% ，亚硝酸钠为1%）。早强剂主要用于混凝土冬季施工和抢修工程等。 4.引气剂 引气剂是在混凝土拌制过程中，能引入大量均匀分布、稳定封闭的微小气泡的外加剂。 引气剂的主要类型有：松香树脂类（松香热聚物、松香皂），烷基苯磺酸盐类（烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠），木质素磺酸盐类（木质素磺酸钙等），脂肪醇类（脂肪醇硫酸钠）

38、等。现象：某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇筑后用曾装过食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后来发现该混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题。工程实例分析1.3.3 混凝土的主要技术性质(一)混凝土拌合物的和易性 1.和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀，成型密实的混凝土的性能。和易性流动性粘聚性保水性流动性 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并能均匀密实地填满模板的性能。粘聚性 粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间具有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。保水性 保水性是指混凝土

39、拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的沁水现象。 2.和易性的测定方法及评定 用坍落度或维勃稠度测定混凝土流动性，再通过直观目测评定混凝土的粘聚性和保水性。 坍落度法适用于骨料最大粒径不大于40 mm，坍落度不小于 10 mm的混凝土拌合物。坍落度法坍落度维勃稠度法 维勃稠度法适用于骨料最大粒径不超过 40 mm，坍落度值小于10 mm，维勃稠度在530s之间的混凝土拌合物的稠度测定。维勃稠度仪混凝土浇筑时的坍落度要求项目结构种类坍落度（mm）1基础或地面等的垫层、无筋的厚大结构或配筋稀疏的结构构件10302板、梁和大型及中型截面的柱子等30503配筋密列的结构（薄壁、筒仓、细

40、柱等）50704配筋特密的结构7090粘聚性和保水性的测定方法 粘聚性的检测方法是：用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下沉，则表示粘聚性良好；如果锥体倒塌，部分崩裂或出现离析现象，则表示粘聚性不好。 保水性是以混凝土拌合物中的稀水泥浆析出的程度来评定。坍落度筒提起后，如有较多稀水泥浆从底部析出，锥体部分混凝土拌合物也因失浆而骨料外露，则表明混凝土拌合物的保水性能不好；如坍落度筒提起后无稀水泥浆或仅有少量稀水泥浆自底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。 3.影响混凝土拌合物和易性的主要因素水泥浆用量 在水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，则混凝土拌合物流动性越好，但粘聚性及保

41、水性会变差。 水泥浆的稠度 水灰比 在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆越稠，混凝土拌合物的流动性越小。砂率 砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率(图1-5)。 为了保证混凝土拌合物具有良好的和易性，应选用合理砂率（最优砂率），所谓合理砂率，就是在保持水泥浆用量不变的条件下，可以使混凝土拌合物具有最大的流动性，并且能保持粘聚性和保水性良好。观察与讨论：试比较石子表面状态不同对混凝土和易性的影响卵石碎石当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量。当混凝土流动性大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。

42、改善骨料级配。掺减水剂或引气剂。4.混凝土和易性的调整与改善现象：某混凝土搅拌站原混凝土配方均可生产出性能良好的泵送混凝土。后因供应的问题进了一批针片状多的碎石。当班技术人员未引起重视，仍按原配方配制混凝土，后发现混凝土坍落度明显下降，难以泵送，临时现场加水泵送。工程实例分析(二)混凝土强度1.混凝土立方体抗压强度 按照国家标准 GB/T 500812002普通混凝土力学性能试验方法规定，将混凝土拌合物制作边长为150 mm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。标准试件抗压试

43、验 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是指按标准方法制作和养护的边长为150 mm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。 2.混凝土强度等级 3.混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度轴心抗压强度 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150 mm150 mm300mm棱柱体作为标准试件。 试验表明：在立方体抗压强度=1055

44、 MPa的范围内，轴心抗压强度与之比约为0.700.80。 轴心抗拉强度 混凝土是一种脆性材料，在受拉时很小的变形就要开裂，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。 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。混凝土轴心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。 混凝土强度标准值(N/mm2)强度种类混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.9fck10.

45、013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2ft0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11注意：相同强度等级的混凝土轴心抗压强度设计值fc、轴心抗拉强度设计值ft低于混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值fck和ftk。4. 影响混凝土强度的主要因素水泥强度 水泥强度的大小直接影响混凝土强度。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

46、度也越高。水灰比 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，混凝土的强度就越高。 大量试验表明，混凝土强度与水灰比、水泥强度等级有一定的关系。一般采用下面直线型的经验公式来表示： 式中： 灰水比（水泥与水质量比）； 混凝土28d抗压强度，MPa； 水泥的28 d抗压强度实测值，MPa； ， 回归系数，与骨料的品种、水泥品种等因素有关。 表1-10 回归系数 和 选用表碎石卵石0.460.480.070.33石子品种回归系数例已知某混凝土所用水泥强度为36.4 MPa，水灰比 0.45，碎石。试估算该混凝土28d强度值。【解】因为W/C=0.45，所以C/W=1/0.45=

47、2.22 碎石： 0.46， =0.07 代入混凝土强度公式有： =0. 46 36.4（2.220.07）=36.0 MPa 估计该混凝土28 d强度值为36.0 MPa。龄期 龄期是指混凝土在正常养护条件下强度不再增长所经历的时间。在标准条件养护下，龄期不小于3d的混凝土强度发展大致与其龄期的对数成正比关系，即式中： ， 龄期分别为n天和a天的混凝土抗压强度； n，a养护龄期，d，a3，n3。【例】某混凝土在标准条件（温度20士 3，湿度95）下养护7 d，测得其抗压强度为21.0 MPa，试估算该混凝土28 d抗压强度可达多少？ 解根据公式，将数据代入，得该混凝土28 d抗压强度为：(三

48、)混凝土的耐久性 1.抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗压力水（或油）渗透的能力。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是以28 d龄期的混凝土标准试件，按规定的方法进行试验，所能承受的最大静水压力来确定。混凝土的抗渗等级分为 P4，P6，P8，P10，P12五个等级，相应地表示能抵抗0.4 MPa，0.6 MPa，0.8 MPa，1.0 MPa及1.2 MPa的静水压力而不渗水。 2.抗冻性 抗冻性是指混凝土在使用环境中，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。混凝土的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以 28 d龄期的混凝土标准试件吸水饱和状态下，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过

49、 25，而且质量损失不超过5时所能承受的最大冻融循环次数来确定。抗冻等级分为 F10，F25，F50，F100，F150，F200，F250，F300九个等级，相应地表示在标准试验条件下，混凝土能承受冻融循环次数不少于10次，15次，25次，50次，100次，150次，200次，250次，300次。 3.混凝土的碳化 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳在有水存在的条件下，与水泥石中的氢氧化钙发生反应，生成碳酸钙和水的过程。 Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O 碳化作用最主要的危害是：由于碳化使混凝土碱度降低，减弱了其对钢筋的防锈保护作用，使钢筋易出现锈蚀；另外，碳化将显著增加混

50、凝土的收缩，使混凝土表面出现微细裂缝。4.提高混凝土耐久性的措施合理选择水泥品种，使其与工程环境相适应；采用较小水灰比和保证水泥用量；选择质量良好、级配合理的骨料和合理的砂率；掺用适量的引气剂或减水剂；加强混凝土质量的生产控制。1.3.5 普通混凝土的配合比设计(一) 混凝土配合比设计的基本要求满足结构设计要求的强度等级；混凝土拌合物具有良好的和易性；满足混凝土使用要求的耐久性，如抗渗、抗冻等性能；在满足上述要求的前提下，做到尽量节约水泥，合理使用材料和降低成本。(二)混凝土配合比设计的步骤表1-11 混凝土强度标准差取值混凝土强度等级 低于C20 C20C35高于C35 标准差 4561.计

51、算混凝土配制强度（ ）式中: 设计混凝土强度标准值(MPa)； 混凝土强度标准差(MPa); 1.645 强度保证系数，其对应强度保证率为 95。当强度保证率为95%时， 可按下式计算：2.初步确定水灰比（W/C） 当混凝土强度等级小于C60时，混凝土水灰比可按下式计算：式中： 水灰比; 混凝土配制强度，MPa； 水泥的28 d抗压强度实测值，MPa； ， 回归系数。式中： 水泥强度等级富余系数，按统计资料确定。 表1-17 ：混凝土最大水灰比和最小水泥用量（kg/m3）环境条件结构类型最大水灰比最小水泥用量素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公用

52、房屋内不作规定0.650.60200260300潮湿环境无冻害高湿度的室内;室内部件;在非侵蚀性土和(或)水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件;在非侵蚀性土和(或)水中且经受冻害的部件;高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂的环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.503003003003.确定1m3混凝土的用水量(mw0)干硬性和塑性混凝土用水量的确定 水灰比范围在0.40.8之间的干硬性和塑性混凝土，可根据混凝土所用粗骨料类型、最大粒径和混凝土的坍落度要求，按表1-19和表1-20选取用

53、水量。拌合物稠度卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目指标102040162040维勃稠度(s)16 2017516014518017015511 151801651501851751605 10185170155190180165表1-19 干硬性混凝土用水量选用表（kg/m3）拌合物稠度卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标102031.540162031.540坍落度(mm)10 3019017016015020518517016535 5020018017016021519518017555 7021019018017022520519018575 9021519518

54、5175235215200195表1-20 塑性混凝土用水量选用表（kg/m3） 注：l.本表用水量是采用中砂时的平均取值，采用细砂时，lm3混凝土的用水 量可增加510 kg；采用粗砂时，则可减少510kg； 2.掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。流动性和大流动性混凝土用水量的确定 其用水量以表1-20中坍落度为90 mm的用水量为基础，按坍落度每增大20 mm用水量增加5 kg，计算出未掺外加剂时的混凝土用水量。式中： 掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量， kg； 末掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量，kg 外加剂的减水率，应经试验确定，。掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算

55、： 单位水泥用量 是指每立方米混凝土的水泥用量（单位为kg）。可按下式计算： 为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的水泥用量还要满足表1-17中规定的最小水泥用量的要求 。4.确定1m3混凝土的水泥用量(mc0)6.选取合理砂率值 对坍落度为1060 mm的混凝土砂率，可根据粗骨料的品种、粒径及混凝土的水灰比按表1-21选取。表1-21 混凝土砂率选用表（%）水灰比（W/C）卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.4026 3225 3124 3030 3529 3427 320.5030 3529 3428 3333 3832 3730 350.6033 3832

56、 3731 3636 4135 4033 380.7036 4135 4034 3939 4438 4336 41注：1.表1-21数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；2.对坍落度大于60mm的混凝土，砂率可经试验确定，也可在表1-21的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整；坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定；3.只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大；4.对薄壁构件砂率取偏大值5.表1-21中的砂率系指砂与骨料总量的质量比。6.计算砂、石子的用量（ 和 ）质量法式中： 每立方米混凝土的水泥用量，kg； 每立方米混凝土的石子用

57、量，kg； 每立方米混凝土的砂用量，kg； 每立方米混凝土的用水量，kg； 砂率，； 每立方米混凝土拌合物的假设质量，kg。 每m3混凝土拌合物的假设质量可根据历史经验取值。如无资料时可根据骨料的类型、粒径以及混凝土强度等级，按表1-22选取。表1-22 混凝土表观密度取值强度等级 C10 C15C30 C35C60 C60 （kg/m3） 2360 2400 24502480体积法式中： 水泥密度，kg/m3，可取29003100 kg/m3； 石子表观密度，kg/m3； 砂表观密度，kg/m3； 水的密度，kg/m3，可取 1000 kg/m3； 混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂

58、时，可取为1。7.配合比的试配、调整 当试拌得出的拌合物坍落度（或维勃稠度）不能满足要求，或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率。每次调整后再试拌，直到和易性符合要求为止。 检验混凝土的强度时至少应采用三个不同的配合比。其中一个应为经过前面拌合物和易性确定的基准配合比，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少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。 当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值2时，前面确定的配合比即为最终的设计配合比；当二者之差超过2时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数，即为最终的设计配合比。校正

59、系数可按下式计算：式中： 混凝土表观密度实测值，kg/m3； 混凝土表观密度计算值，kg/m3。注意：7.确定施工配合比式中： 和 分别为砂的含水率和石子的含水率， 、 、 和 分别为修正后每立方米混凝土拌合物中水泥、砂、石和水的用量。某多层办公楼为框架结构，其框架梁设计强度等级为C20，施工要求坍落度为30 50mm（混凝土由机械搅拌、机械振捣），所用材料：水泥为325号普通水泥，28天实测强度35MPa，密度c=3000kg/m3；砂子为中砂，表观密度s=2650kg/m3 ；石子为碎石，表观密度g=2700kg/m3 ，最大粒径20mm。试设计混凝土配合比，并求出施工配合比（现场砂含水率

60、3%，碎石含水率1%）。(三)例题 解：确定混凝土配制强度fcu,o=20+1.6455=28.2MPa确定水灰比 =0.550.65 符合要求。确定lm3混凝土的用水量 根据施工要求的坍落度30 50mm和碎石最大粒径20mm ，由表1-19查得 =195kg/m3 。确定lm3混凝土的水泥用量=195/0.55=354.5kg260kg 根据W/C=0.55和碎石最大粒径20mm ，由表1-21选取 =36%。选用合理的砂率计算砂 、石子 用量试拌调整确定实验室配合比解方程得 =653.6kg、 =1162.0kg由此算出1m3混凝土各种材料的初步用量为： =342kg、 =195kg 、