第五章混凝土课件

第五章混凝土（concrete）正在施工的秦山核电站一、混凝土的定义混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为2000～2800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。

三峡工程钢筋混凝土重力坝二、混凝土的分类按表观密度分重混凝土ρ0＞2800kg/m3。普通混凝土ρ0＝2000～2800kg/m3。轻混凝土ρ0＜2000kg/m3。

按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。二、混凝土的分类按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土等。按强度分普通混凝土＜C60。高强混凝土≥C60。超高强混凝土≥100MPa。按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。喷射混凝土施工水泥混凝土的优缺点：

优点：

◆有较高的抗压强度:有一定的承载能力;

◆有较好的耐久性:用得越久,强度越高，可抵抗大多数环境破坏作用.

◆有较好的可塑性:可以浇筑成任意形状、不同强度、不同性能的建筑物;

◆原材料来源广泛，价格低廉.缺点：

◆抗拉强度低，受拉时容易受温度变化而开裂

◆自重大

◆体积不稳定

普通混凝土组成材料混凝土的结构混凝土的结构

水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土组成材料的作用混凝土体积构成水泥石——25％左右；砂和石子——70％以上；孔隙和自由水——1％～5%。组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用一、水泥的选择品种的选择

配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。强度等级的选择原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0倍；配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0.9~1.5倍。水泥强度等级（1）若水泥强度等级过低时，为满足强度要求必然使水泥用量过大,不够经济;（2）若水泥强度等级过高时,较少的水泥用量就可以满足混凝土强度的要求.,但往往不能满足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性的要求,为保证这些性质,还必须再增加水泥,因而也不经济。二、什么是矿物掺合料

1、定义活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土综合性能，且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》明确规定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料，又称矿物外加剂，其主要特征是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小，主要用于改善混凝土的耐久性和工作性能。是混凝土的第六组分。常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉。2、矿物掺合料的历史

自从工业锅炉改为煤粉炉后,人们就开始对粉煤灰的火山灰性质进行了研究。最初,粉煤灰等工业废渣只是被当作节省水泥、降低成本的一种措施,在很长时间内人们对其应用都持一种消极的态度,甚至认为矿物掺合料的掺入是以牺牲混凝土性能为代价的。

20世纪30年代,美国开始对粉煤灰掺入混凝土和砂浆进行较完整的研究,而较早地把矿渣作为水泥混凝土掺合料的公开论文是德国学者R.Grun在1942年发表的“高炉矿渣在水泥工业中的应用”。1948年,R.E.Davis成功地将粉煤灰大规模应用于美国蒙大拿州的饿马坝工程,为矿物掺合料的应用树立了典范。（1）第一阶段（20世纪30～60年代）

直到20世纪70年代,能源危机、环境污染以及资源枯竭问题的出现,才又强烈激发人们对粉煤灰、矿渣等工业废渣进行再利用的研究,为工业废渣用作水泥混凝土掺合料开辟了新篇章。

（2）第二阶段（20世纪70～80年代）

经过一定的质量控制或制备技术获得的优质矿物掺合料,可明显改善硅酸盐水泥自身难以克服的组成和微结构等方面的缺陷,包括劣化的界面区、耐久性不良的晶相结构、高水化热造成的微裂纹等,赋予了混凝土优异的耐久性能和工作性,超越了传统的降低成本和环境保护的意义,已成为混凝土材料一个不可或缺的组分,有人称之为混凝土的第六组分。（3）第三阶段（20世纪90年代～现在）3、矿物掺合料的分类1.根据来源分类类别品种天然类火山灰、凝灰岩、沸石粉、硅质页岩等人工类水萃高炉矿渣、煅烧页岩、偏高岭土等工业废料类粉煤灰、硅灰等矿物掺和料的分类2.根据化学活性有胶凝性（或称潜在水硬活性）的，如矿渣、高钙灰、固硫渣等有火山灰活性的，如粉煤灰、硅灰、硅藻土等惰性掺合料，如石灰石粉、石英粉等矿渣（Groundgranulatedblast-furnaceslag）CaO：38～46SiO2：26～42Al2O3：7～20Fe2O3：0.2～1MgO：4～13粉煤灰（Flyash）CaO：2～7SiO2：40～65Al2O3：15～40Fe2O3：4～20硅灰（Silicafume）CaO：0.5～1SiO2：90～92Al2O3：0.4～1Fe2O3：0.3～2

细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。

火山灰（Naturalpozzolans）CaO：0.5～1SiO2：40～60Al2O3+Fe2O3：15～30CaO+MgO+R2O：15烧失量：10％左右石英粉（Quartz

powder）矿渣：冶炼生铁的副产品，以硅酸盐和铝硅酸盐为主

粉煤灰：热电厂煤粉燃烧后的产物，以硅酸盐和铝硅酸盐为主以工业废渣为主的掺合料在混凝土中的大量应用,首先它意味着混凝土的生产降低了工业废渣自身的环境污染及土地资源浪费；其次它减少了胶结材中水泥的用量而间接地减少了由于生产水泥而导致的能源、资源消耗及环境污染；另外由于它能在一定程度上提高混凝土的性能,延长了混凝土的使用寿命,减少了维护及重建所需的水泥及混凝土用量,也间接地节约了资源、能源,降低了环境污染。特性

（1）环保：绿色产品（2）掺合料在混凝土中的作用

矿物掺合料的化学组成与特点决定它们在混凝土中不仅起到良好的填充密实作用及微集料作用，而且还具有不同的表面吸附作用及火山灰活性。这些功能可改善混凝土内部孔结构，影响混凝土胶凝组分的水化进程，协调混凝土的强度发展，并能有效改善水化产物的组成及结构，优化混凝土内界面过渡区的结构与性能，因而最终提高混凝土的综合性能。矿物掺合料在混凝土中的作用一般可分为：①火山灰效应②填充密实效应③增塑效应④提高耐久性效应①火山灰效应

Portland水泥熟料矿物成分中，对强度贡献大的是C3S和C2S，两者水化后产生的水化产物主要是钙硅比为1.6～1.9的高碱度水化硅酸钙和氢氧化钙。与高碱度水化硅酸钙相比，低碱度水化硅酸钙的强度要高的多，稳定性也更高。这主要是由于当掺入矿物掺合料后可以改善水泥石中胶凝物质的组成，减少或消除氢氧化钙，水化硅酸钙胶凝物质的质量得到提高，胶凝物质的数量大幅度增加，同时水泥石与集料的界面结构也得到改善。活性矿物掺合料中的活性SiO2可以和氢氧化钙及高碱度水化硅酸钙发生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱度水化硅酸钙：

②填充密实效应通常水泥的平均粒径为20μm～30μm，小于10μm的粒子不足，因此水泥粒子的填充性不好。掺入超细矿物材料，如超细粉煤灰和超细矿渣的平均粒径为3μm～6μm，可以填充水泥粒子之间的空隙之中，从而提高水泥石密实度。纯粹从提高水泥粒子填充性方面提高了水泥石的强度和抗渗性。如果掺入适量粒径更细的硅灰（平均粒径0.10μm～0.26μm），由于其平均粒径比超细矿渣和超细粉煤灰又小一个数量级，故可以进一步填充于超细粉煤灰或矿渣之间，使胶凝材料粒子的密实性进一步提高，强度进一步增加。③增塑效应

由于超细矿物掺合料的粒径远小于水泥粒子，它们在水泥颗粒之间起到“滚珠”作用，使水泥浆体的流动性增加；同时，在未掺入矿物掺合料的浆体中，因水泥粒子间的空隙未被固体颗粒填充，从而大量的拌合水填充于空隙中，当掺入矿物掺合料后，填充于水泥颗粒之间的超细矿物掺合料可以将填充于空隙中的填充水置换出来，成为自由水，使粒子之间的间隔水层加厚，增大新拌混凝土的流动性。此外，矿物掺合料的密度一般都小于水泥的密度，当掺入水泥浆中，所形成的水泥浆体积比之前大，这也是提高混凝土塑性的原因之一。④提高耐久性效应

当硅酸盐水泥混凝土处在有侵蚀介质的环境中时，侵蚀性介质与水泥石中的水化产物Ca(OH)2和C3AH6或C4AH13发生反应，生成溶解型或膨胀型的物质，使混凝土结构遭到破坏。同时，研究发现混凝土的劣化或破坏往往出现在水泥石和集料界面处。

加入矿物掺合料后，一方面由于其稀释效应和火山灰效应，减少了容易引起腐蚀、粗大结晶、强度薄弱的水化产物Ca(OH)2的数量，生成强度高、稳定性更优、数量更多的低碱度水化硅酸钙，改善了水化胶凝物质的组成，降低了Ca(OH)2在水泥石—集料界面过渡区上的富集和定向排列，从而优化了水泥石—集料的界面结构；

另一方面，矿物掺合料均匀分散在混凝土中，随着水化进行，由于其火山灰效应与微粉填充密实效应的发挥使水泥石结构与界面结构更致密，降低了混凝土内部的孔隙率，改善了孔结构，从而阻断了可能形成的渗水通道，也阻碍了包括氯盐在内的侵蚀介质的侵入，大大提高了混凝土的耐久性。2.1粒化高炉矿渣（水淬矿渣）

矿渣又称粒化高炉矿渣，是由高炉炼铁产生的熔融矿渣骤冷时，来不及结晶而形成的玻璃态物质。主要是由CaO、MgO、SiO2和Al2O3组成，共占矿渣总量的95％以上，且具有较高的潜在活性，在激发剂的作用下，可与水化合生成具水硬性的胶凝材料。过去矿渣是作为一种工业副产品（废渣）而使用的。主要用于水泥生产中与水泥熟料共同粉磨制备矿渣水泥，从而基本解决了矿渣作为工业废渣的综合利用问题。2.1粒化高炉矿渣（水淬矿渣）

但19世纪80年代日本学者在研究中最早发现，由于矿渣易磨性差，与水泥熟料共同粉磨时细度往往偏粗而活性得不到有效发挥。如果将矿渣单独粉磨，粉磨到预定细度后掺入到水泥中或在拌制混凝土时加入，则其活性可以得到充分的发挥。这种细度和颗粒细小的粉末矿渣就是磨细矿渣。磨细矿渣的化学成分和活性指标见表。

表2磨细矿渣的化学成分

掺合料的细度（比表面积）大小直接影响掺合料的增强效果，原则上讲磨细矿渣粉的细度越大则效果越好，但要求过细则粉磨困难，成本将大幅度提高。综合考虑，磨细矿渣粉的细度（比表面积）以400～600㎡/kg为佳。高炉矿渣以玻璃体为主，活性较高，能磨细到比表面积600～800㎡/kg，将产生很高活性。结合我国粒化高炉矿渣粉生产和使用现状，为规范粒化高炉矿渣在水泥和混凝土中的使用，我国在2008年颁布实施了《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》（GB/T18046-2008）国家标准。2.2粉煤灰

粉煤灰是从燃烧煤粉的锅炉烟气中收集的粉状灰粒，也称飞灰（flyash）或磨细燃料灰，其颗粒非常细以致能在空气中流动并被特殊设备收集的粉状物质。粉煤灰是一种粘土类火山灰质材料，具有潜在的水硬活性。将粉煤灰作为水泥生产用原材料用于水泥生产使粉煤灰变成一种有用的宝贵资源，不仅解决了粉煤灰本身对环境的污染和占地的问题，而且也减轻了水泥混凝土工业对环境的污染，是水泥混凝土行业走持续发展道路的最好的途径。

《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005

）国家标准给出粉煤灰的定义为：电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末。按煤种可分为：F类和C类。F类粉煤灰——由无烟煤或烟煤燃烧收集的粉煤灰；C类粉煤灰——由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%粉煤灰按不同的技术要求可分为三个等级：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级拌制混凝土和砂浆用粉煤灰的技术要求如下表所示：表5.1拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求

2.2粉煤灰的化学组成与性质

粉煤灰是一种火山灰质混合材料，它本身略有或不具备水硬胶凝性能，但当以粉状及有水存在时，能在常温，特别是在水热（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其它碱金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。粉煤灰的主要化学成分是氧化硅、氧化铝和氧化铁，这三种氧化物的含量一般占70％以上，不同的地区的粉煤灰的化学组成相差很大。粉煤灰的活性包括：①物理活性如：粉煤灰的颗粒效应、微集料效应②化学活性如：火山灰反应、自硬性

①物理活性物理活性是粉煤灰颗粒效应、微集料效应的总和，是一切与自身化学元素性质无关，又能促进制品胶凝活性和改善制品性能（如强度、抗渗性、耐磨性）的各种物理效应的总称，它是粉煤灰能够充分被利用的最有价值的活性，是早期活性的主要来源。

优质粉煤灰颗粒比水泥还细，且含有大量的球状玻璃珠，作为集料掺入砂浆中能使微细集料级配更趋合理。但是它与一般惰性矿物质粉料的填充行为不同，粉煤灰还有一个特点是活性填充行为。粉煤灰的活性填充行为即粉煤灰活性颗粒的水化反应，从微观结构看，粉煤灰颗粒与水泥浆体的界面胶合，在浆体和集料的界面起到致密作用和置换空气作用，减少含气量，填充效果因而更为强化。但是粉煤灰的活性填充行为到砂浆后期才能充分发挥出来。在硬化发展阶段，硬化前期，主要发挥了物理充填料的作用;在硬化后期，又发挥了活性充填料的作用。由于粉煤灰的填充行为，能使砂浆减少内部孔隙，特别是浆体中的毛细孔的通道，这对提高砂浆的抗渗性能十分有利。有些学者把这种填充致密作用称之为“孔隙细化”的“微粒作用”，它是提高混凝土耐久性的一项重要技术措施。

②化学活性粉煤灰具有火山灰活性和自硬性，其火山灰活性反应的方程式主要是：反应过程主要是受扩散控制的溶解反应，早期粉煤灰颗粒表面溶解，反应生成物沉淀在颗粒的表面上，后期钙离子继续通过表层和沉淀的水化产物层向芯部扩散，与活性SiO2发生反应。水泥颗粒水化反应在先，粉煤灰活性物质反应在后，因此称这类反应为二次反应，在砂浆中这两类水化反应交替进行，相辅相成，互相制约。

2.3硅灰

冶炼硅铁合金时，以石英岩碎石、生铁为原料，焦炭为还原剂，在电炉中近2000℃的高温下，石英成分还原成硅，随即与铁生成硅铁合金。此时，约有10%-15%的硅化为蒸汽进入烟道，并随气流上升遇氧结合成一氧化硅(SiO)逸出炉外，与冷空气中的氧结合成(SiO2)烟雾，受冷凝结为细小的球状微珠，以粉尘形式从烟囱排入大气，或用适当收尘设施收集起来。这种粉尘即为硅粉。硅粉具有独特细度，平均粒径仅为水泥颗粒的1/100，比表面积约为15～20m2/g，具有极强的火山灰活性。硅灰的比重为22～25g/cm3，松散容重为200~300kg/m3。2.3硅灰的性能硅粉具有极强的火山灰活性性能，硅粉掺入砂浆中后，硅粉颗粒和水接触，部分小颗粒迅速溶解，溶液中富SiO2贫Ca2+的凝胶在硅粉粒子表面形成附着层，经过一定时间后，富SiO2贫Ca2+凝胶附着层开始溶解，和水泥水化产生的氢氧化钙反应生成C-S-H（水化硅酸钙）凝胶。硅粉的火山灰反应结果是改变了浆体的孔结构，使大孔（大于0.1微米）减少，小孔（小于0.05微米）增加，使孔变细，还使浆体中的Ca(OH)2减少，结晶细化。并使其定向程度变弱，细颗粒的硅粉，填充在水泥颗粒空隙间，也使浆体更加密实。此外，由于火山灰的反应和减少泌水，界面处浆体密实，Ca(OH)2晶体细化，定向程度减弱，致使过渡区变薄，增加浆体与骨料界面的粘结，从而改变过渡区分布态。2.3硅灰的作用①在新拌砂浆方面，硅粉具有增加用水量，增加砂浆的粘聚性，增加塑性收缩而易产生裂缝，减少泌水量，减少离析，延迟凝结时间，减少水化升温，降低砂浆中空气含量等性能；②在力学方面，硅粉具有提高粘结性能，增加抗压强度，增加弹性模量等性能；③在耐久性方面，硅粉具有提高砂浆抗渗性，提高抗化学侵蚀的能力，抗碱骨料反应，防钢筋锈蚀，提高砂浆的抗冲耐磨性等性能。参考资料及大量试验表明，在提高砂浆抗冲耐磨性能方面，硅粉的掺量应不超过10%。

总之，硅灰之所以可以作为一种辅助性胶凝材料改善硬化水泥浆体的微结构，首先是因为硅粉具有很高的火山灰活性。虽然硅粉本身基本上与水不发生水化作用，但它能够在水泥水化产物Ca(OH)2及其它一些化合物的激发作用下发生二次水化反应而生成具有胶凝性的产物，且硅粉均匀分散在水泥浆中时可在水泥水化过程中起到类似“晶核效应”作用。

一方面减少Ca(OH)2总数量而形成C-S-H凝胶，另一方面使Ca(OH)2单晶体和凝胶细粒化，类似金属材料的合金元素晶粒细化，使水化产物在整个浆体内部分布趋于均匀；其次是因为硅粉的微集料特性，它不仅自身可以填充硬化水泥浆体中的有害孔，其二次水化产物也可以填充硬化水泥浆体中的有害孔。

三、细骨料(砂)定义砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。分类按产源分按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等三、砂的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率表观密度ρs´＞2500kg/m3；松散堆积密度ρso´＞1350kg/m3；空隙率P′＜47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。三、砂的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（质量计，%）0＜1.0＜2.0天然砂含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量（%）＜3.0＜5.0＜7.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0MB值≥1.40或不合格石粉含量（%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0人工砂石粉含量和泥块含量三、砂的技术质量要求3.有害物质含量

砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母（%)（质量计）＜1.0＜2.0＜2.0轻物质（%)（质量计）＜1.0＜1.0＜1.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（SO3质量计）＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（氯离子质量计）＜0.01＜0.02＜0.064.碱集料反应（AAR，alkali-aggregatereaction）

碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料和水中的碱(Na2O或K2O)与骨料中的活性成分反应，在混凝土浇筑成型后若干年(数年至二、三十年)逐渐反应，反应生成物吸水膨胀,使混凝土产生内部应力，膨胀开裂、导致混凝土失去设计性能。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布。所以一旦发生碱骨料反应、混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂、发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

1940年美国加利尼亚州公路局的斯坦敦，首先发现碱骨料反应问题，引起全世界混凝土工程界的重视，这种反应就是碱硅酸反应。碱硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固体体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展、使混凝土内部膨胀应力增大，

导致混凝土开裂。发展严重的会使混凝土结构崩溃。

能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉

髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英

以及微晶、

隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中．因而迄今为止世界各国发生的碱料反应绝大多数为碱硅酸反应。三、砂的技术质量要求5.颗粒级配（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。（2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。（3）颗粒级配采用筛分法确定，详见实验部分。（4）颗粒级配的指标级配区按600μm筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。级配合格判定砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。三、砂的技术质量要求方筛孔累计筛余率，％1区2区3区9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm010～035～565～3585～7195～80100～90010～025～050～1070～4192～70100～90010～015～025～040～1685～55100～901）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。2）1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。砂的颗粒级配区砂总量500g筛底（0.075mm)三、砂的技术质量要求（5）级配的选择宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。6.规格砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂Mx=3.7～3.1；中砂Mx=3.0～2.3；细砂

Mx=2.2～1.6。细度模数按下式计算：式中：Mx——细度模数；

A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率，％。7.砂的坚固性定义

是指砂在气候、环境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。按标准规定，用硫酸钠溶液检验，砂样经5次循环后其质量损失应符合书中表5.6的规定.三、粗骨料的技术质量要求定义粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。分类按产源分：卵石和碎石按技术要求分：Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。三、粗骨料的技术质量要求1.表观密度、堆积密度及空隙率表观密度ρg´＞2500kg/m3；松散堆积密度ρgo´＞1350kg/m3；空隙率P′＜47%。2.含泥量、泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。三、粗骨料的技术质量要求3.针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜0.5＜1.0＜2.0泥块含量（质量计，%）＜0.2＜0.5＜0.7碎石、卵石含泥量和泥块含量三、粗骨料的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒（%）（质量计）＜5＜15＜25碎石、卵石针片状颗粒含量4.有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（%）（SO3质量计）＜0.5＜1.0＜1.0三、粗骨料的技术质量要求5.强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验：岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。压碎指标是将一定质量风干状态下10.0~20.0mm的颗粒装入标准圆筒内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.5mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：

式中：Qc——压碎指标值；

G1——试样的质量，g；

G2——压碎后的筛余量，g。6.颗粒级配为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。连续级配是石子由小到大连续分级；间断级配是指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，由于易产生离析，应用较少。三、粗骨料的技术质量要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜16碎石、卵石的压碎指标三、石子的技术质量要求7.最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。从结构上考虑根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。从施工上考虑对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。从经济上考虑当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。骨料最大粒径(Dmax)1.定义:

粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径.2.

最大粒级径的大小表示骨料的粗细程度,粗骨料粒径增大时,骨料的总表面积减小,因而可使水泥浆用量减小,这不仅能节约水泥,而且有助于提高混凝土的密实度,减少发热量及混凝土的收缩,因此在条件允许的情况下,当配置中等强度等级以下的混凝土时,应尽量采用最大粒径粗骨料.

三、拌合用水的技术质量要求混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—2006）的规定。四、混凝土外加剂外加剂及其分类定义

混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。按主要功能的分类（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，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，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）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。（4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。一、减水剂

混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。1.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成；掺入减水剂前：当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；一、减水剂掺入减水剂后：

表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高；

表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。絮凝状结构2.减水剂的作用效果（1）减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。

在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量5％～25％（普通型5％～15％，高效型10％～30％）。（2）提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100～200mm。（3）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥5％～20％。（4）改善混凝土拌合物的性能。掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性。3.常用的减水剂（1）木质素系减水剂（M型）木质素系减水剂主要使用木质素磺酸钙（木钙），属于阴离子表面活性剂，为普通减水剂，其适宜掺量为0.2～0.3％，减水率10％左右。对混凝土有缓凝作用，一般缓凝１～３ｈ。（2）萘系减水剂高效减水剂，其主要成分为β一萘磺酸盐甲醛缩合物，属阴离子表面活性剂。这类减水剂品种很多，目前我国生产的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建Ⅰ型等。萘系减水剂适宜掺量为0.5％～1.0％，其减水率较大，为10％～25%增强效果显著，缓凝性很小，大多为非引气型。适用于日最低气温０℃以上的所有混凝土工程，尤其适用于配制高强、早强、流态等混凝土。（3）树脂类减水剂为水溶性树脂，主要为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，简称密胺树脂减水剂，为阴离子表面活性剂。我国产品有SM树脂减水剂，为非引气型早强高效减水剂，其各项功能与效果均比萘系减水剂还好。SM适宜掺量为0.5％～2.0％，减水率达20％～27％。（4）糖蜜类减水剂普通减水剂。它是以制糖工业的糖渣、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。国内产品粉状有TF、ST、3FG等。适宜掺量0.2％～0.3％，减水率10％左右，属缓凝减水剂。二、早强剂

早强剂是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度，对后期强度无明显影响的外加剂。

种类无机盐类早强剂有机物类早强剂复合早强剂主要品种氯化钙、硫酸钠三乙醇胺、三异丙醇胺、尿素等二水石膏+亚硝酸钠+三乙醇胺适宜掺量氯化钙1％～2％；硫酸钠0.5％～2％0.02％～0.05％2％二水石膏+1％亚硝酸钠+0.05％三乙醇胺作用效果氯化钙：可使2d～3d强度提高40％～100％，7d强度提高25％能使3d强度提高50％注意事项氯盐会锈蚀钢筋，掺量必须符合有关规定对钢筋无锈蚀作用早强效果显著，适用于严格禁止使用氯盐的钢筋混凝土常用早强剂的品种、掺量及作用效果3.缓凝剂

缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝剂主要有四类：糖类，如糖蜜；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠；羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸；无机盐类，如锌盐、硼酸盐等常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。4.引气剂

引气剂是指在混凝土搅拌过程中，能引人大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌合物的泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻性、耐久性的外加剂。目前，应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂烷基苯磺酸盐等。引气剂对混凝土性能的影响(1)改善混凝土拌合物的和易性由于大量微小封闭球状气泡在混凝土拌合物内形成，如同滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物流动性增加。同时，由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使能自由移动的水量减少，混凝土拌合物的保水性、粘聚性也随之提高。(2)显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性大量均匀分布的封闭气泡切断了混凝土中的毛细管渗水通道，改变了混凝土的孔结构，使混凝土抗渗性显著提高。同时，封闭气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高。(3)降低混凝土强度由于大量气泡存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。

5防冻剂防冻剂是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类(氯化钙、氯化钠)、氯盐阻锈类(以氯盐与亚硝酸钠阻锈剂复合而成)盐类(以硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合而成)。防冻剂用于负温条件下施工的混凝土。目前，国产防冻剂品种适用于0～一15℃的气温，当在更低气温下施工时，应增加其他混凝土冬季施工措施，如暖棚法、原料(砂、石、水)预热法等。防冻剂的作用：①防冻剂中的防冻组分具有降低冰点的作用。②防冻剂中的减水组分可减小混凝土的水灰比或拌合用水量。③防冻剂中的某些成分可使低温下孔隙水结冰时形成的冰晶粒度变得细小且分散均匀。④防冻剂中的早强组分具有促进水泥在较低温度下水化速度的作用。⑤防冻剂中的引气组分通过引入大量均匀分布的微小封闭气泡，可以缓解充水孔隙的局部冻胀，降低其冻胀应力。6速凝剂速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要有红星I型、711型、728型、8604型等。速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就可产生强度，1d强度提高2～3倍，但后期强度会下降，28d强度为不掺时的80％～90％。速凝剂的速凝早强作用机理，是使水泥中的石膏变成Na2S04，失去缓凝作用，从而促使C3A迅速水化，并在溶液中析出其水化产物晶体，导致水泥浆迅速凝固。速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。7外加剂性能指标外加剂的质量必须均匀、稳定、性能良好。根据我国《混凝土外加剂》(GB8076)规定，对用于混凝土的各类外加剂产品须经过检测，其匀质性指标及掺外加剂混凝土性能指标均应符合标准所规定的要求。§5－3混凝土拌合物的和易性5.3混凝土拌合物的主要技术性质5.3.1混凝土拌合物的和易性1和易性的概念

和易性——混凝土拌合物的和易性又称工作性，它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。

流动性——指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下易于产生流动、易于输送和易于充满混凝土模板的性质。粘聚性——混凝土拌合物在施工过程中保持整体均匀一致的能力。粘聚性好可保证混凝土拌合物在输送、浇灌、成型等过程中，不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀。

保水性——混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。保水性好可保证混凝土拌合物在输送、成型及凝结过程中，不发生大的或严重的泌水，既可避免由于泌水产生的大量的连通毛细孔隙，又可避免由于泌水，使水在粗骨料和钢筋下部聚积所造成的界面粘结缺陷。保水性对混凝土的强度和耐久性有较大的影响。一、和易性（工作性）的概念

混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性：和易性粘聚性保水性流动性易达结构均匀易成型密实好好在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。各组成材料之间具有一定的内聚力，在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象的性质。保证混凝土硬化后的质量二、和易性的评定定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。

1.坍落度法测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值——坍落度（单位mm）。适用范围：集料最大粒径不大于40mm；坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。

2.和易性测定方法及指标

目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。在工地和试验室，通常是做坍落度试验测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。测定流动性的方法是：将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落度筒(无底)内，并按一定方式振捣，装满刮平后，垂直向上将筒提起，移到一旁，混凝土拌合物由于自重将会产生坍落现象。然后量出向下坍落的尺寸(mm)就叫做坍落度，作为流动性指标。坍落度愈大表示流动性愈大。当混凝土拌和物的坍落度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度值否则，此次试验无效。混凝土施工时坍落度的选择

混凝土拌合物坍落度的选择，应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。见下表。结构种类坍落度，mm基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构10～30板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）50～70配筋特密的结构70～90VBR-1型维勃稠度仪:用于集料粒径不大于40mm,维勃稠度值在5~30s间的干硬性混凝土的测定。

二、和易性的评定2.维勃稠度法测定使拌合物密实所需要的时间，s。适用范围粗骨料最大粒径不大于40mm；坍落度小于10mm，维勃稠度在5s～30s之间的干硬性混凝土。混凝土拌合物按流动性的分类

按《混凝土质量控制标准》（GB50164）的规定，塑性混凝土、干硬性混凝土分别按坍落度、维勃稠度分为四级。见下表。名称代号指标混凝土拌合物塑性混凝土（坍落度≥10mm）低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土T1T2T3T410mm～40mm50mm～90mm100mm～150mm≥160mm干硬性混凝土（坍落度＜10mm）超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土V0V1V2V3＞31s30s～21s20s～11s10s～5s和易性的影响因素有：水泥浆量、水泥浆的稠度、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。

（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。3.影响和易性的主要因素(2)水泥浆的稠度水泥浆的稠度是由水灰比所决定的。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小水泥浆就愈稠，混凝土拌合物的流动性便愈小。当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实性。增加水灰比会使流动性加大。如果水灰比过大，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。所以水灰比不能过大或过小。一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。但应指出，在试拌混凝土时，却不能用单纯改变用水量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。因单纯加大用水量会降低混凝土的强度和耐久性。因此，应该在保持水灰比不变的条件下用调整水泥浆量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。（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：1.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；2.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。（4）水泥品种和骨料的性质

用矿渣水泥和某些火山灰水泥时，拌合物的坍落度一般较用普通水泥时为小，而且矿渣水泥将使拌合物的泌水性显著增加。从前面对骨料的分析可知，一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流动性好。河砂拌制的混凝土拌合物比山砂拌制的流动性好。骨料级配好的混凝土拌合物的流动性也好。

(5)外加剂在拌制混凝土时，加入很少量的减水剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得很好的和易性，增大流动性和改善粘聚性、降低泌水性。并且由于改变了混凝土结构，尚能提高混凝土的耐久性。因此这种方法也是常用的。通常配制坍落度很大的流态混凝土，是依靠掺入流化剂（高效减水剂），这样单位用水量较少，可保证混凝土硬化后具有良好的性能。

（6）时间和温度拌合物拌制后，随时间的延长而逐渐变得干稠，流动性减小，原因是有一部分水供水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸发以及凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。拌合物的和易性也受温度的影响，因为环境温度的升高，水分蒸发及水泥水化反应加快，拌合物它的流动性变差，而且坍落度损失也变快。4.改善和易性的措施(1)尽可能降低砂率，通过试验，采用合理砂率。有利于提高混凝土的质量和节约水泥。(2)改善砂、石(特别是石子)的级配，好处同上，但要增加备料工作。(3)尽量采用较粗的砂、石。(4)当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或者加入外加剂等，当拌合物坍落度太大，但粘结性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石。§5－4硬化混凝土的强度一、混凝土的强度混凝土强度的种类混凝土强度抗拉强度抗剪强度抗压强度握裹强度轴心抗压强度立方体抗压强度钢筋与混凝土的粘结强度一、混凝土的强度1.立方体抗压强度

以边长为150mm的标准立方体试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。用fcc表示。当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：标准试验方法是指《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081－2002），详见实验部分。试件种类试件尺寸，mm粗骨料最大粒径，mm换算系数标准试件150×150×150401.00非标准试件100×100×100300.95200×200×200601.05一、混凝土的强度2.混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C85，C90，C95，C100等十九个强度等级。立方体抗压强度标准值（fcu,k

），是立方体抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。强度等级表示的含义：强度的范围：某混凝土，其fcu＝30.0～34.9MPa；某混凝土，其fcu≥30.0MPa的保证率为95%。C30“C”代表“混凝土”。“30”代表fcu,k＝30.0MPa；一、混凝土的强度3.轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为10～50MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcc。在结构设计计算时，一般取fcp＝0.67fcc。非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm×100mm和200mm×200mm，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0.95和1.05。FF

棱柱体试件的抗压强强度低于立方体试件的抗压强度，棱柱体试件的抗压强度与其高宽（径）比有关，高宽（径）比越大，抗压强度越小?

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".一、混凝土的强度4.影响抗压强度的因素（1）水泥的强度和水灰比式中：fcu——混凝土28d龄期的抗压强度值，MPa；

fce——水泥28d抗压强度的实测值，MPa；

——混凝土灰水比，即水灰比的倒数；

αa、αb——回归系数。当混凝土水灰比值在0.40～0.80之间时越大，则混凝土的强度越低；水泥强度越高，则混凝土强度越高。4.影响混凝土强度的因素

(1)水灰比和水泥强度等级——决定混凝土强度的主要因素水泥是混凝土中的活性组分，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。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。当用同一种水泥(品种及强度等级相同)时，混凝土的强度主要决定于水灰比。

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，常需用较多的水(约占水泥质量的40％一70％)，也即较大的水灰比。当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔，大大地减少了混凝土抵抗荷载的实际有效断面，而且可能在孔隙周围产生应力集中。

在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力也愈大，混凝土的强度就愈高。但应说明：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，无法保证浇注质量，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的关系，则呈直线关系(图5.11)。一、混凝土的强度（2）粗集料的品种碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高；卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。

（3）养护条件在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高；低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0℃以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。养护条件对混凝土强度的影响混凝土有四种养护方式：

A.标准养护——是指将混凝土制品在温度为20±2℃，相当湿度大于95％的标准条件下进行的养护。评定强度等级时需采用该养护条件。

B.自然养护——是指对在自然条件（或气候条件）下的混凝土制品适当的采取一定的保温、保湿措施，并定时定量向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常发展的一种养护方式。C.蒸汽养护——是将混凝土材料在小于100℃的高温水蒸汽中进行的一种养护。蒸汽养护可提高混凝土的早期强度，缩短养护时间。D.压蒸养护——是将混凝土材料在8～16大气压下，175～203℃的水蒸汽中进行的一种养护。压蒸养护可大大提高混凝土材料的早期强度。但压蒸、养护需要的蒸压釜设备比较庞大。仅在生产硅酸盐混凝土制品时应用。一、混凝土的强度（4）龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常的养护条件下，混凝土的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在7～14d内强度发展较快，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正

式中：fn、f28——分别为n、28天龄期的抗压强度，MPa。（5）外加剂n≥3一、混凝土的强度(6).提高混凝土抗压强度的措施（1）采用高强度等级水泥；（2）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混凝土；（3）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质量良好的碎石；（4）改进施工工艺，加强搅拌和振捣；（5）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；（6）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。第五节混凝土的耐久性一、混凝土耐久性的概念

混凝土的耐久性是混凝土在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。混凝土的耐久性直接影响结构物的安全性和使用性能。耐久性包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱集料反应等。腐蚀氯离子腐蚀酸雨腐蚀第五节、混凝土的耐久性2.耐久性的主要内容（1）抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件，按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分为P4、P6、P8、P10、P12和﹥P12等六个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。（2）抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损失不超过25％，且质量损失不超过5％时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有D50、D100、D150、D200和﹥D200等五个等级。

二、混凝土的耐久性（3）抗侵蚀性混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵蚀性。（4）抗碳化性混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。（5）碱集料反应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。应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。二、混凝土的耐久性2.提高混凝土耐久性的措施

（1）合理选择混凝土的组成材料根据混凝土工程特点或所处环境条件，选择水泥品种；选择质量良好、技术要求合格的骨料。（2）提高混凝土制品的密实度严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。见下页表。选择级配良好的骨料及合理砂率，保证混凝土的密实度。掺入适量减水剂，提高混凝土的密实度。严格按操作规程进行施工操作。（3）改善混凝土的孔隙结构在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔结构，封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。

二、混凝土的耐久性环境条件结构物类别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1.干燥环境正常的居住或办公用房屋内不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外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0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定（JGJ55－2000）混凝土孔结构对耐久性的影响

A、B两混凝土采用相同的水泥、砂、石，A掺用了引气剂，并降低了水灰比，其抗渗性优于B请观察两混凝土断面的孔结构，如图1。并讨论如何可提高混凝土抗渗性。

AB

图1混凝土断面的孔结构

A混凝土虽有较多气泡，但这些气泡是不连通的，截断了毛细管通道，从而提高了抗渗性。且其减少了水灰比，使其它部分更为致密。可见，改善混凝土孔结构，提高混凝土密实度，可提高混凝土抗渗性。第六节混凝土的变形

混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等因素的作用，会产生各种变形，这些变形是导致混凝土产生裂纹的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强度和耐久性。(1)化学变形

混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水泥与水）的体积，导致混凝土在硬化时产生收缩，称为化学收缩。

混凝土的化学收缩是不可恢复的，收缩量随混凝土的硬化龄期的延长而增加，一般在40d内逐渐趋向稳定。(2)干湿变形

混凝土在环境中会产生干缩湿胀变形。水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细孔负压，从而使混凝土产生收缩。当混凝土吸湿时，由于毛细孔负压减小或消失而产生膨胀。影响混凝土干湿变形有多种因素。（1）混凝土的干燥收缩不能完全恢复。（2）干燥收缩和水泥品种、水泥用量、用水量有关系。（3）砂、石可以抵抗收缩。（4）水中养护可以减少收缩。

(3)温度变形

对大体积混凝土工程，在凝结硬化初期，由于水泥水化放出的水化热不易散发而聚集在内部，造成混凝土内外温差很大，有时可达40～50℃以上，从而导致混凝土表面开裂。

混凝土在正常使用条件下也会随温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的热膨胀系数与混凝土的组成材料及用量有关，但影响不大。混凝土的热膨胀系数一般为（0.6～1.2）×10－5/℃。(4)荷载作用下的变形①混凝土在短期荷载作用下的变形

混凝土是一种非均质材料属于弹塑性体。在外力作用下，既产生弹性变形，又产生塑性变形，即混凝土的应力与应变的关系不是直线而是曲线。混凝土的塑性变形是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等的结果。②混凝土在长期荷载作用下的变形——徐变

混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形称为混凝土的徐变。一般要延续2～3年才趋于稳定。

混凝土徐变，一般认为是由于水泥石凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动，并向毛细孔中移动，同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力而向毛细孔迁移渗透的结果。第七节混凝土的质量控制与强度评定加强混凝土质量控制，是为了保证生产的混凝土其技术性能能满足设计要求。质量控制宜贯彻于设计、生产、施工及成品检验的全过程，即：

(1)控制与检验混凝土组成材料的质量、配合比的设计与调整情况，混凝土拌合物的水灰比、稠度、均匀性、含气量及生产设备的调试与人员配备等。

(2)生产全过程各工序，如计量、搅拌、运输、浇注、养护等的检验与控制。

(3)混凝土成品合格性的控制与判定等。1混凝土强度的质量控制由于混凝土质量的波动将直接反映到其最终的强度上，而混凝土的抗压强度与其他性能有较好的相关性，因此，在混凝土生产质量管理中，常以混凝土的抗压强度作为评定和控制其贡量的主要指标。如必要时，也需进行其他力学性能及抗冻、抗渗等试验检定。(1)混凝土强度的波动规律在混凝土生产中，每一种组成材料性能的变异、工艺过程变动及试件制作和试验操作等误差，都会使混凝土强度产生波动，即使在完全相同的条件下做出的混凝土也不会完全一致。这说明混凝土的强度数据具有波动性。但这种波动是具有某种规律性的，我们可以利用这种规律性，对混凝土质量进行控制和判断。实践结果证明，同一等级的混凝土，在施工条件基本一致的情况下，其强度的波动是服从正态分布规律的。正态分布是一形状如钟形的曲线，以平均三变为对称轴，距离对称轴越远，强度概率值越小。2混凝土强度的评定

根据规定,混凝土强度评定可分为统计方法及非统计方法

1)统计方法.第八节普通混凝土的配合比设计一、混凝土配合比设计基本要求

混凝土配合比是指1m3混凝土中各组成材料的用量，或各组成材料之质量比。配合比设计的目的是满足四个基本要求：

1．满足施工要求的和易性

2．满足设计的强度等级，并具有95%的保证率

3．满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求

4．经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本第五章混凝土二、配合比设计中的三个基本参数

为了达到混凝土配合设计的四项基本要求，关键是要控制好水胶比、单位用水量和砂率三个基本参数。

1．水胶比水胶比根据设计要求的混凝土强度和耐久性确定。确定原则为：在满足混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水胶比，以节约水泥，降低混凝土成本。第五章混凝土

2．单位用水量

单位用水量主要根据坍落度要求和粗骨料品种、最大粒径确定。确定原则为：在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位用水量，以节约水泥。因当W/B一定时，用水量越大，所需水泥用量也越大。

3．砂率

合理砂率的确定原则为：砂子的用量填满石子的空隙略有富余。砂率对混凝土和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响水泥用量，故应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度要求等加以调整，有条件时宜通过试验确定。第五章混凝土三、混凝土配合比设计中方法和原理

混凝土