混凝土的基本性质（建筑材料检测应用）

混凝土☛混凝土的概述☛普通混凝土的组成材料☛水泥混凝土的技术性质及检验☛混凝土的外加剂☛混凝土的质量控制与强度评定☛普通混凝土的配合比设计

第一节混凝土概述一、混凝土的定义混凝土简称“砼”，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。我们常说的水泥混凝土就是普通混凝土。

混凝土是目前世界上用量最大的一种工程材料，广泛应用于建筑、道路、桥梁、水利水电、国防工程等领域，目前全世界每年混凝土的产量已经超过30亿平方米，是当今社会实用量最大的土木工程材料。二、混凝土的分类1、按表观密度分重混凝土ρ`＞2600kg/m3

采用密度较大的重晶石和铁矿石配制而成的，，具有防射线的性能，又称防辐射混凝土，主要用作防辐射的屏蔽材料。普通混凝土ρ`＝2000～2600kg/m3

采用普通的天然砂、石为骨料配制而成的，是土木工程中最常用的混凝土。轻混凝土ρ0<2000kg/m3

采用轻质多孔的骨料，或者掺入加气剂等形成的多孔结构的混凝土，主要用作承重结构、保温结构和绝热材料等。2、按胶凝材料分

无机胶凝材料混凝土（水泥混凝土、水玻璃混凝土）、有机胶凝材料混凝土（沥青混凝土、聚合物混凝土等）。3、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。4、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、碾压混凝土等。5、按强度分普通混凝土＜C60。高强混凝土≥C60。超高强混凝土抗压强度≥100MPa。6、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。三、混凝土的特点优点：1、原材料丰富、成本低；混凝土中80%以上是砂、石料，资源丰富，可就地取材，符合经济原则。2、混凝土拌合物具有良好的可塑性；可以根据工程需要利用模板浇筑任意形状和尺寸的整体结构或预制构件。3、混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。4、抗压强度高、耐久性好。常用混凝土的抗压强度为20~55Mpa，高强混凝土的抗压强度可达100MPa以上，还具有较高的抗渗、抗冻、抗腐蚀、抗碳化性，其耐久性可达数百年以上。5、耐火性好；普通混凝土的耐火性远比木材、钢材、塑料好，可耐数小时的高温作用仍保持其力学性能，有利于火灾时扑救。6、有利环保；混凝土能充分利用工业废渣（粉煤渣、矿渣等），变废为宝，降低环境污染。缺点：自重大、养护周期长；抗拉强度低（约为抗压强度的1/10～1/20）、变形性能差；；体积密度大（约为2400kg/m3左右）、呈脆性、易出现裂纹；硬化较缓慢、生产周期长；视觉和触觉效果欠佳。第二节普通混凝土组成材料普通混凝土是由水泥、水、细骨料和粗骨料等为基本材料，或者掺加适量外加剂，混合材料等制成的复合材料。混凝土的结构：混凝土拌合物细骨料水泥+水粗骨料硬化混凝土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外加剂：改善混凝土拌合物性能

改善硬化混凝土性能各组成材料的作用：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，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倍左右。工程实例分析：使用受潮水泥某工厂车间单层砖房屋盖采用预制空心板12mm跨现浇钢筋混凝土大梁，10月份开工，使用进场已3个多月并存放潮湿地方的水泥。次年拆完大梁底模板和支撑，1月4日下午房屋全部倒塌。事故原因：是使用受潮水泥，且采用人工搅拌，无严格配合比。致使大梁混凝土在倒塌后用回弹仪测定平均抗压强度仅5MPa左右，有些地方竟测不出回弹值；此外，还有振捣不实，配筋不足等问题。二、细骨料——砂天然砂：河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；山砂：有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多；海砂：常混有贝壳碎片和含较多盐分等有害杂质。天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等砂粒径为0.15~5mm之间的骨料，称为细骨料人工砂：机制砂：是将天然岩石用机械轧碎、筛分后制成的颗粒，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及细粉含量较多，且成本较高。混合砂：是由机制砂和天然砂混合而成，其技术性能应满足人工砂的要求。依据GB/T14684-2001《建筑用砂》的规定，根据混凝土用砂的质量状态不同可分为：I类砂：适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土；Ⅱ类砂：适合配制强度在60MPa以下的混凝土以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土；Ⅲ类砂：通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土或建筑砂浆。二、砂的技术质量要求1、含泥量、泥块含量及石粉含量（有害物质）砂中含泥量通常是指天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量；主要是由40～75μm的微粒泥块含量是指砂中所含粒径大于1.18mm,经水浸洗、手捏后粒径小于600μm的颗粒含量。具体指标见表。

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人工砂石粉含量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝（快速法）试验MB值＜1.40或合格石粉含量（%）＜10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＜2.02、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轻物质（%)（质量计）＜1.0有机物（比色法）合格硫化物及硫酸盐（SO3质量计）＜0.5氯化物（氯离子质量计）＜0.01＜0.02＜0.063、砂的粗细程度和颗粒级配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。通常砂子按粗细程度分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。砂子的粗细对于混凝土材料的内部结构及性能具有明显的影响。用粗砂配制混凝土要比用细砂配制混凝土所需的水泥浆量要节省。但若砂子过粗，则颗粒间难以相互嵌固，使混凝土内部结构难以形成稳定的相互嵌固堆聚结构，从而造成许多不良现象。因此，配制混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。砂的颗粒级配是指不同粒径砂子的颗粒组配情况。也就是指砂中大小颗粒之间的搭配情况。要获得稳定的颗粒堆聚结构，并需要较少的水泥浆时，砂的颗粒级配应该为多种粒径的颗粒相互合理搭配（下图）筛分法——确定砂的级配砂筛分析法是用一套方孔孔径分别为9.50mm,4.75mm，2.36mm，1.18mm，600μm,300μcm和150μm的7个标准筛。将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得剩余在各筛上的砂质量：（见视频）计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率），分别以a1，a2，a3，a4，a5和a6表示；a1=m1/M……再算出各筛的累计筛余百分率（某一筛与孔径更大的各筛的所有分计筛余百分率之和），分别以A1，A2，A3，A4，A5和A6表示。砂的粗细程度用细度模数（Mx）来表示砂的细度模数(Mx)越大，表示砂越粗。当Mx＝3.7～3.1时为粗砂，当Mx＝3.0～2.3时为中砂，当Mx=2.2～1.6时为细砂，当Mx＝1.5～0.7时为特细砂。普通混凝土用砂的模数一般为1.6-3.7.中砂粗细适当，级配最好，拌制混凝土时最好选用中砂砂的级配范围（根据0.6mm筛孔的累计筛余，把Mx

为1.6-3.7的砂的级配分为三个区，如下）累计筛余％筛孔尺寸

级配区1239.50mm0004.75mm10～010～010～02.36mm35～525～015～01.18mm65～3550～1025～0600μm85～7170～4140～16300μm95～8092～7085～55150μm100～90100～90100～90筛分曲线：级配的选择配制混凝土时宜优先选用合格的中砂(2区砂）。如果采用粗砂时，应适当提高其砂率，并保证有足够的水泥用量以填满骨料间的空隙；如果采用细砂时，宜适当降低砂率以控制需要水泥浆包覆的细骨料总表面积。4、砂的坚固性坚固性是指骨料在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。自然因素包括：温度变化干湿变化冻融循环通常采用硫酸钠溶液法检验骨料的坚固性：将砂试样在饱和硫酸钠溶液中经5次循环浸渍后；依据其质量损失来评定其类别。人工砂则采用压碎指标试验法进行检测。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，％，＜8910压碎指标项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级最大压碎指标，％，＜202530砂的坚固性指标

5、砂的含水状态砂在实际使用时，一般是露天堆放，受到环境温湿度的影响，往往处于不同的含水状态。从干到湿分为：全干状态、气干状态、饱和面状态和湿润状态。骨料的几种含水状态示意三、粗骨料定义

粒径大于5mm的骨料称为粗骨料。分类按产源分：卵石和碎石依据有害杂质含量的多少及强度的高低不同，可分为I类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。其中：I类粗骨料适合配制各种混凝土，包括强度为60MPa以上的高强度混凝土；Ⅱ类粗骨料适合配制强度在30-60MPa的混凝土，以及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土；Ⅲ类粗骨料通常只适合配制强度低于30MPa的混凝土。三、粗骨料的技术质量要求.1、含泥量及泥块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。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（质量计，%）0＜0.5＜0.7碎石、卵石含泥量和泥块含量2、针片状颗粒含量骨料材料理想中应为长方体，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。碎石、卵石针片状颗粒含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒（%）（质量计）＜5＜15＜253、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（硫化物、硫酸盐及有机物等）。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＜1.04.骨料的碱活性当水泥或混凝土中含有较多的强碱（Na2O，K2O）物质时，在潮湿环境下可能与含有活性二氧化硅的骨料反应，在骨料表面生成一种复杂的碱-硅酸凝胶体，这种反应称为碱-骨料反应。这种碱-硅酸凝胶体吸水时体积将会膨胀3倍以上。若怀疑所用骨料有可能含有活性骨料时或用于重要工程的骨料，应根据混凝土结构的使用条件与要求，按规定方法进行骨料的碱活性试验。5、强度碎石的强度可用其母岩岩石的立方体抗压强度或压碎指标值来表示。卵石的强度则用压碎指标值表示。岩石立方体抗压强度检验是将碎石的母岩制成边长为50mm的立方体试件，在浸水饱和状态下测定其极限抗压强度值。混凝土用粗骨料要求其岩石立方体抗压强度应不小于混凝土抗压强度的1.5倍。。压碎指标是将一定质量风干状态下9.50～19.0mm的颗粒装入标准圆模内，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：Q

——压碎指标值；

G1——试样的质量，g；

G2——压碎后的筛余量，g粗骨料的压碎指标要求项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（％），＜102030卵石压碎指标（％），＜121416粗骨料的压碎指标值越小，表示其抵抗受压破坏的能力越强。6.粗骨料的坚固性采用硫酸钠溶液法进行检验，并要求其在硫酸钠饱和溶液中经5次循环浸渍后的质量损失不应超过下表的规定值。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，％，≤58127、粗骨料的最大粒径和颗粒级配（1）最大粒径是指构成其颗粒级配的公称粒径的上限值。粗骨料的最大粒径越大，其总表面积和空隙率则越小，包裹其表面和填充空隙所需的水泥浆量就越少，因而可以使水泥浆用量减少，有助于提高混凝土的密实度，减少发热量及混凝土的收缩，这对大体积混凝土十分有利。在一般条件许可下，粗骨料的最大粒径应尽量可能选得大一些。选择最大粒径主要考虑的因素：①从结构上考虑：结构混凝土中应适当限制粗骨料的最大粒径。最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土实心薄板，其最大粒径不允许超过1/2板厚。②从施工上考虑：当搅拌机的容量小于0.8m3时，石子的最大粒径不得超过80mm，若是大容量搅拌机，也不宜超过150mm。对泵送混凝土，最大粒径与输送管内径之比，碎石宜小于或等于1：3，卵石宜小于1：2.5。③从经济上考虑：最大粒径超过150mm时，节约水泥的效果却不明显。0305080120150180

160

140

120

100Dm（mm）水泥用量百分率％确定粗骨料的颗粒级配用筛分析试验。标准方孔筛的孔边长分别为：2.36mm,4.75mm,9.50mm，16.0mm，19.0mm,26.5mm，31.5mm，37.5mm，53.0mm,63.0mm，75.0mm及90.0mm共12个筛孔级别。试样筛析时，可按需要选用筛号，分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算与砂相同。（2）粗骨料的级配根据不同的颗粒粒径分布，可将粗骨料划分为连续粒级和单粒粒级两种。由连续粒级组成的颗粒级配是连续级配，它是指粗骨料按颗粒尺寸由小到大连续分级，每级粗骨料都占有一定比例。(适合配制普通塑性混凝土或大流动性的泵送混凝土）由单粒粒级组成的颗粒级配是间断级配，它是用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相搭配组成的粗骨料，由于缺少中间粒径而为不连续的级配。（容易产生分层或者离析，适合配制机械振捣流动性低的半干硬或干硬性混凝土）一般混凝土配合比中，应优选连续级配，不宜选用“单一”粒级。8、骨料的含水状态普通粗骨料的饱和面干吸水率在1％左右，气干状态密实骨料的含水率在1％以下。在设计混凝土配合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干的骨料为准。骨料的几种含水状态示意四、混凝土用水混凝土用水包括拌合用水和养护用水，水的选择直接影响混凝土拌合物的凝结和硬化，对后期强度的发展、耐久性等有着很大的影响。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—1989）的规定。混凝土用水中物质含量的限值项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值不溶物（mg/L）可溶物（mg/L）氯化物（以Cl－计）（mg/L）硫酸盐（以SO42-计）（mg/L）硫化物（以S2－计）（mg/L）＞4＜2000＜2000＜500＜600＜100＞4＜2000＜5000＜1200＜2700－＞4＜5000＜10000＜3500＜2700－若对水质有怀疑，应利用待检验水和蒸馏水分别进行水泥凝结时间、混凝土强度对比试验。对比试验所测得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不超过30min，且符合标准规定的凝结时间要求时才可以使用。用待检验水所配制水泥混凝土试件的28d抗压强度，不得低于用蒸馏水所配制对比试件抗压强度的90％。某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇注后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土两天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。

含糖份水使混凝土两天仍未凝结原因分析：由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。五、外加剂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%。（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。（详见P113）第三节水泥混凝土的技术性质☞和易性☞强度☞变形☞耐久性一、新拌混凝土（混凝土拌合物）的性质粗细骨料、水泥和水等按适当比例配合，并经搅拌均匀而成的塑性混凝土混合材料称为新拌混凝土（也称为混凝土拌合物）；凝结硬化后的混凝土混合料称为硬化混凝土（也简称混凝土）。混凝土拌合物的性能包括和易性、凝结时间、塑性等。1、新拌混凝土的和易性（工作性）概念和易性是指在搅拌、运输、浇筑、捣实等施工作业中易于流动变形，并能保持其组成均匀稳定的性能。和易性包括三方面性能：（1）流动性。它反映了混凝土拌合物的稀稠程度及充满模板的能力，直接影响施工的难易程度和混凝土的浇筑质量。

（2）粘聚性。粘聚性是指新拌混凝土内部组分间具有一定的粘聚力，它反映混凝土拌合物的稳定性。

。保水性是指新拌混凝土具有一定保持内部水分的能力，保水性差，会出现严重的泌水现象。它反映混凝土拌合物的稳定性。2、新拌混凝土和易性的检测根据GB/T50080-2002，土木工程建设中常用坍落度法或维勃稠度法来测定新拌混凝土的流动性，并辅以经验来目测评定其粘聚性和保水性，从而综合判定其和易性。其中：坍落度法：适用于较稀（自重作用下具有可塑性）的新拌混凝土；维勃稠度法：适用于较干硬的新拌混凝土。坍落度试验标准坍落度圆锥筒为钢皮制成，高度H＝300mm，上口直径d＝l00mm，下底直径D＝200mm。121、塌落度筒2、拌合物试体坍落度试验方法只适用于骨料最大粒径不大于40mm，且坍落度值为10～220mm的新拌混凝土。对于坍落度值大于220mm的新拌混凝土，应以坍落度扩展度检测，即：测量坍落后混凝土的扩展直径最大和最小两个方向的直径Dmax，Dmin，当二者的差值小于50mm时（当二者的差值大于50mm时则表示因实验操作失误而无效），则以其平均值作为坍落度扩展度。混凝土的坍落度扩展度值越大，则表明其流动性就越高。坍落度只对富水泥浆的新拌混凝土才比较敏感，而对贫水泥浆的新拌混凝土则误差较大。依据坍落度值对新拌混凝土流动性的分级级别名称坍落度T1低塑性混凝土10～40T2塑性混凝土50～90T3流动性混凝土100～150T4大流动性混凝土＞160维勃稠度试验将坍落度筒放在直径为240mm、高度为200mm圆筒中，圆筒安装在专用的振动台上。按坍落度试验的方法，将新拌混凝土装入坍落度筒内后再拔去坍落度筒，并在新拌混凝土顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止，所经历的时间，以s计(精确至1s)，即为新拌混凝土的维勃稠度值。该法适用于骨料最大粒径小于40mm，维勃稠度在5～30s之间的新拌混凝土。1、圆柱形容器2、塌落度筒3、漏斗4、侧杆5、透明圆盘6、振动台维勃稠度级别名称维勃稠度(s)V0超干硬性混凝土＞31V1特干硬性混凝土30～21V2干硬性混凝土20～11V3半干硬性混凝土10～5混凝土按维勃稠度的分级3、新拌混凝土和易性的选择根据GB50204-2001《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定，混凝土浇筑时的坍落度，宜参照下表选用。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好的混凝土。结构特点

坍落度(mm)

机械捣实

人工捣实

基础或地面等的垫层

0～3020～40

无配筋的厚大结构或配筋稀疏的结构

10～30

30～50

板、梁和大型及中型截面的柱子等

30～50

50～70

配筋较密的结构50～70

70～90

配筋特密的结构

70～90

90～120

混凝土中的蜂窝请观察图中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度为30mm。请分析混凝土不密实的原因。空洞位置局部放大混凝土横梁空洞1直接影响混凝土构件的承载力。混凝土不密实，就造成构件断面的削弱，承载力降低；

2影响结构的寿命。混凝土不密实，就有细微的孔洞和裂隙，外部的水分和气体就很容易地侵入内部，腐蚀钢筋，导致结构过早地破坏。4、影响新拌混凝土和易性的因素1）.水泥浆数量在水灰比不变的情况下，新拌混凝土中的水泥浆数量越多，包裹在骨料颗粒表面的浆层越厚，其润滑能力就越强，则会因骨料间摩擦阻力的减小而使新拌混凝土的流动性越大。反之则小。若水泥浆过多，不仅浪费了水泥，而且会出现流浆及泌水现象，导致新拌混凝土的粘聚性及保水性变差，甚至对混凝土的强度与耐久性也会产生一定的影响。若水泥浆数量过少，则不能填满骨料间的空隙或不能完全包裹骨料表面时，新拌混凝土的流动性与粘聚性就会变差，甚至产生崩坍现象。原则：新拌混凝土中水泥浆数量不能太少，但也不能过多，应以满足流动性要求为度。2）.水泥浆稠度在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越干稠，水泥浆的粘滞阻力或粘聚力增大，新拌混凝土的流动性就越小。当水灰比过小时，水泥浆就过于干稠，从而导致新拌混凝土的流动性很低，使其运输、浇注和振实施工操作困难，难以保证混凝土的成型密实质量。若水灰比过大时，水泥浆因过稀而几乎失去粘聚力，由于其粘聚性和保水性的严重下降而容易产生分层离析和泌水现象，这将严重影响混凝土的强度及耐久性。工程实际中绝不可以

用单纯加水的办法来增大流动性，而应在保持水灰比不变的条件下，以增加水泥浆量的办法来提高新拌混凝土的流动性。3）.砂率砂率(SP)是指混凝土中砂的质量(S)占砂、石(G)总质量的百分率，其表达公式为：选择砂率应该是在用水量及水泥的用量一定的条件下，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，或在保证其和易性良好的同时，水泥用量最少。此时的砂率我们成为合理砂率，如下图4).组成材料性质的影响（1）水泥性质。水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都会影响需水量。用普通水泥的拌和物比矿渣水泥和火山灰水泥的和易性好矿渣水泥拌和物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。适当提高水泥的细度可改善拌和物的粘聚性、保水性，减少泌水、离析现象。

（2）骨料性质。骨料性质多指混凝土所用骨料的品种、级配、粒形、颗粒粗细及表面状态等。采用卵石及河砂拌制的新拌混凝土流动性要比用碎石及山砂拌制的新拌混凝土流动性较好。骨料级配与粗细也会影响新拌混凝土的和易性。（3）外加剂。5).时间及环境温度新拌混凝土会随着存放时间的延长而逐渐变得越来越干稠，坍落度将逐渐减小，这种现象称为混凝土的坍落度损失。

随着环境温度的升高，混凝土坍落度损失将更快。5、改善和易性的主要措施：1.调节混凝土的材料组成①尽可能降低砂率。

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。③尽量采用较粗的骨料。④当混凝土拌合物坍落度太小时，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，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当加砂、石子。2、掺加各种外加剂

有效的改善工作性，增大流动性，改善粘聚性，降低泌水性，提高混凝土的耐久性。3、改进拌合物的施工工艺

获得较高的密实度。二、硬化混凝土的强度混凝土的强度包括：抗压强度抗拉强度与钢筋的粘结强度等混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切。混凝土的强度越高，其刚性、不透水性、抵抗风化和某些介质侵蚀的能力也越强。通常以混凝土的抗压强度为力学性能的总指标。常常简称为强度，是结构设计的主要参数，也是混凝土质量评定和控制的主要技术指标。（一）混凝土的抗压强度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fcu表示。fcu

=F/Afcu

——立方体抗压强度

F——破坏的荷载A——时间承压面积当采用非标准试件时，须乘以换算系数，见下表：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100×100×100300.95200×200×200601.052、立方体强度抗压标准值

按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体时间，在28d龄期，用标准试验方法测定的具有95%保证率的抗压强度。用fcu,k

表示3、强度等级根据立方体抗压强度标准值来确定混凝土的强度等级。强度等级用符号C+立方体抗压强度标准值来表示。C30“C”代表“混凝土”。“30”代表fcu,k＝30.0MPa；混凝土的强度等级有：C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十五个强度等级。混凝土强度等级的选用C10～C15——垫层、基础、地坪及受力不大的结构；C20～C25——梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；C25～C30——大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；C40～C45——预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于25～30层；C50～C60——30层至60层以上高层建筑；C60～C80——采用高性能混凝土的高层建筑；C80～C120——采用超高强混凝土的高层建筑。4、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0～55MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcu。在结构设计计算时，一般取fcp＝0.67fcu。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（二）影响抗压强度的因素（1）水泥的强度和水灰比水泥的强度等级和水灰比是决定混凝土强度的主要因素。在水泥品种和强度等级相同的条件下混凝土强度等级取决于水灰比。水灰比越小，水泥石的强度及水泥与骨料的粘结强度也越大，混凝土的强度也就越高。水灰比过小，拌合物和易性不能得到保证，硬化后强度反而会降低，具体如下图：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。根据实验结果和工程实践，混凝土强度与水泥强度、水灰比之间的关系可表示为：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；

m

c/mw——混凝土灰水比，即水灰比的倒数；

αa、αb——回归系数碎石卵石

αa0.530.49αb0.200.13

fce=kc*fcb水泥厂为了保证出厂的水泥的强度，其实际抗压强度要比商品强度等级高，在无法取得水泥实际强度数值时，可用下列公式求实测强度：fcb——水泥强度等级标准值

kc——水泥强度富余系数不同质量的水泥在

1.0—1.3之间波动，

计算式我们取全国平均水平1.13（2）粗骨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。（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比。（5）外加剂（三）提高混凝土强度的措施（1）采用高强度等级水泥或早强型水泥。（2）采用低水灰比的干硬性混凝土。（3）采用机械搅拌与振实等强化施工工艺。（4）采用湿热处理养护措施。湿热处理，就是提高水泥混凝土养护时的温度和湿度，以加快水泥的水化，提高早期强度。常用的湿热处理处理方法，可分为蒸汽养护及蒸压养护两类。蒸汽养护是将混凝土放在温度低于100℃的常压蒸汽中进行养护。混凝土经过16～20h蒸汽养护，其强度可达正常条件下养护28d强度的70%～80％。蒸汽养护时，是使浇筑好的混凝土构件经1～3h时预养后，再在90％以上的相对湿度、60℃以上温度的饱和水蒸汽中养护蒸汽养护最适于掺活性混合材料水泥：矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥制备的混凝土，最高养护温度一般可达90℃，恒温养护时间不超过12h。对普通水泥或硅酸盐水泥配制的混凝土进行蒸汽养护，其早期强度也能得到提高，但后期强度增长速度反而减缓，其28d强度比标准养护28d的强度低10％～15％。所以用普通水泥配制的混凝上养护温度不宜太高，时间不宜太长，一般养护温度为60～80℃，恒温养护时间5～8h为宜。蒸压养护蒸压养护是将浇筑完的混凝土构件静停8～10h后，放在高温高压（通常为175℃的温度及8个大气压）的压蒸釜中进行养护。在高温高压下，水泥水化时析出的Ca(OH)2与混合材料中的活性SiO2反应，生成结晶度较好的水化硅酸钙，可有效地提高混凝土的强度，并加速水泥的水化与硬化。这种方法对采用掺活性混合材料水泥及掺入磨细石英砂的混合硅酸盐水泥更为有效。（5）掺加增强型外加剂。混凝土中掺入早强剂，可提高其早期强度。掺入减水剂尤其是高效减水剂，可大幅度减少拌合用水量，使混凝土获得较高的强度。（6）掺入掺合料。对于某些高强混凝土，在掺入高效减水剂的同时，往往还必须掺入磨细的矿物混合材料，如优质粉煤灰、硅灰、沸石粉及超细矿渣粉等。（五）混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形与荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形又分为混凝土化学收缩、干湿变形及温度变形；荷载作用下的变形又分为短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形（即徐变）。（1）荷载作用下的变形①短期荷载作用下的变形——弹塑性变形②长期荷载作用的下的变形——徐变徐变是指混凝土在长期恒荷载作用下，随着时间的延长，沿着作用力的方向发生的变形。在早期增长快，然后逐渐缓慢，这种变形一般要延续2～3年才逐渐趋向稳定。混凝土产生徐变的原因1、由于水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下产生粘性流动，使凝胶孔水向毛细孔内迁移渗透所致（渗出假说）。2、当混凝土处于硬化初期时，水泥水化量很少，所含毛细孔较多，且凝胶体结构联结不够紧密，凝胶体易于在水泥石中流动，此时过早的加荷将会导致徐变发展较快且徐变量也较大；当混凝土经充分硬化后，水泥水化量较多，毛细孔相对较少，凝胶体结构联结已较紧密，毛细孔抗变形能力与凝胶体抗流变能力均较高，此时加荷时混凝土的徐变发展缓慢且徐变量也较小。徐变的影响有利方面：徐变可消除混凝土结构内部的应力集中，通过应力重新分布而使结构物的整体承载能力提高，也可避免因局部集中应力而造成的逐渐破坏；对大体积混凝土结构，徐变还能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。不利方面：由于徐变变形而使预应力钢筋混凝土中钢筋的预应力损失。（2）非荷载作用下的变形①化学收缩由于水泥水化反应所产生的的体积收缩，这种体积收缩变形不能恢复。②温度变形热胀冷缩大体积混凝土存在温度变形问题

为了减少大体积混凝土体积变形引起开裂，采取的措施有：

1、采用低水化热水泥，减少水泥用量2、减量减少用水量，提高混凝土强度3、选用膨胀系数低的骨料，减小热变形4、预冷原材料5、合理分缝、分块6、在混凝土表面埋冷却水管7、表面绝热③干缩湿胀

湿胀变形一般无破坏作用

干缩变形对混凝土危害较大，当干缩收到约束时，会使混凝土出现开裂，导致其抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性降低，严重影响混凝土的耐久性。（六）硬化混凝土的耐久性混凝土的耐久性是指混凝土抵抗环境条件的长期作用，并保持其稳定良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力。氯离子腐蚀酸雨腐蚀

被腐蚀的混凝土1、混凝土抗渗性混凝土抗渗性是指混凝土抵抗液体（水、油、溶液等）压力渗透作用的能力。

水灰比大小是影响混凝土中水泥石抗渗性的最主要因素。抗渗等级（P）抗渗等级是以28d龄期的标准试件，按标准试验方法进行试验时所能承受的最大水压力来确定。在工程设计时，应依据工程实际所承受的水压大小来选择抗渗等级。影响抗渗性的因素：水灰比：水灰比越大，其抗渗性越差。（决定作用）骨料的最大粒径：在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗诊性能越差。养护方法：蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差。水泥品种：水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好。外加剂：在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，提高混凝土的抗渗性能。掺合料：在混凝土中加入掺合料，可提高混凝土的密实度、细化孔隙，从而提高混凝土的抗渗性。2、混凝土抗冻性混凝土抗冻性是指混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土的抗冻性常用抗冻等级表示。混凝土的抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以其抗压强度损失不超过25％，质量损失不超过5％时，混凝土所能承受的最多的冻融循环次数来表示。常用混凝土的抗冻等级有F10,F15,F25,F50,F100,F150,F200,F250和F300等九个等级；例如其中F150表示混凝土在满足上述条件的情况下，能够承受冻融循环的次数不少于150次。对于有抗冻要求的混凝土，通常要求其水灰比较小，且应采用质量可靠的原材料及良好的配比，还可通过掺加引气剂或引气型减水剂等手段，使混凝土中含有适量封闭孔隙，以显著提高其抗冻性。3、抗氯离子渗透性氯离子对结构混凝土中钢筋造成严重的腐蚀作用。来源于混凝土的外加剂和环境中。4、混凝土的碱-骨料反应(简称AAR)碱骨料反应的条件：①水泥中含碱量＞0.6％；②砂、石骨料中夹杂有非晶质的活性二氧化硅矿物，如蛋白石、玉髓、鳞石英和燧石等，它们常存在于流纹岩、安山岩、凝灰岩等天然岩石中。③有水存在。预防碱-骨料反应的措施①慎选骨料②控制混凝土中的总碱量③掺加活性矿物掺合料④控制进入混凝土的水分5、提高混凝土耐久性的措施（1）选用适当品种的水泥。根据混凝土工程的特点和所处的环境条件，合理选用水泥品种。（2）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量。水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素，它不但影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。保证足够的水泥用量，同样可以起到提高混凝土密实性和耐久性的作用（3）加强振捣，提高混凝土的密实度。（4）选用较好的砂、石骨料。改善粗细骨料的颗粒级配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒径的粗骨料，可减少骨料的空隙率和比表面积，也有助于提高混凝土的耐久性。（5）掺入外加剂。掺用加气剂或减水剂对提高抗渗、抗冻等有良好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。（6）改善混凝土的施工操作方法。在混凝土施工中，应当搅拌均匀、浇灌和振捣密实及加强养护以保证混凝土的施工质量。6、混凝土的质量控制和强度评定评定混凝土强度的质量参数：在实际工程中，影响混凝土质量的因素有很多，如：原材料的质量、施工条件、实验条件的差异等。往往以强度作为评定和控制混凝土质量的主要指标。评定混凝土强度常用三个参数：（1）平均值代表强度总体的平均水平（2）标准差反映质量的均匀性，标准差越大，混凝土的质量越不稳定（3）变异系数为了进行平均强度不同的混凝土质量稳定性的比较，其值越小，混凝土强度越稳定，均匀性越好。强度保证率在混凝土质量控制中，要重点考虑两项指标：标准差和强度保证率（不小于设计要求的强度等级的概率）。第四节普通混凝土的配合比设计一、配合比及其表示方法混凝土的配合比是指混凝土各组成材料用量之比。有两种表示方法。（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。例如水泥mc＝295kg，砂ms＝648kg，石子mg＝1330kg，水mw＝165kg。(单位用量表示）（2）以各组成材料用量之比表示。例如上例也可表示为：mc：ms：mg：mw＝1：2.20：4.51：0.56。（相对用量表示）二、配合比设计的要求满足结构设计的强度等级要求；满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。三、配合比设计基本参数

水灰比（mw/mc

）、单位用水量（mw）和砂率（βs）是混凝土配合比设计的三个基本参数。水泥水砂石子水泥浆骨料混凝土单位用水量mw砂率βw水灰比mw/mc与强度、耐久性有关与流动性有关与粘聚性、保水性有关四、配合比设计的步骤与方法步骤：（一）确定混凝土基准配合比（二）试配、调整，确定设计配合比（三）计算施工配合比（一）确定混凝土基准配合比1.计算施工配制强度fcu,0式中:fcu,0——混凝土配制强度，MPa；

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值，MPa；

σ——混凝土强度标准差，MPa。强度等级＜C20C20～C35≥C35标准差σ，MPa4.05.06.0混凝土强度标准差2.确定水灰比mw/mc（1）按混凝土强度要求计算水灰比其中：αa、αb——回归系数；应根据工程所用的水泥、集料，通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；当不具备上述试验统计资料时，具体取值如下表;

fce——水泥28d抗压强度实测值，MPa。碎石卵石

αa0.530.49αb0.200.13（2）复核耐久性为了使混凝土耐久性符合要求，按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值（P130表5-25），否则混凝土耐久性不合格，此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值。3.确定单位用水量mw（1）水灰比在0.40～0.80范围内时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的坍落度，按下表选取。塑性混凝土的单位用水量，kg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，mm10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195干硬性混凝土的单位用水量，kg

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，s16～2017516014518017015511～151801651501851751605～10185170155190180165（2）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单位用水量应通过试验确定。（3）掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算：

mwa＝mw0（1－β）式中：mwa——掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg；

mw0——未掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg；

β——外加剂的减水率，应经试验确定。4.计算水泥用量mco（1）计算（2）复核耐久性将计算出的水泥用量与规定的最小水泥用量比较（参照表P130表5-25）：如计算水泥用量不低于规定的最小水泥用量，则耐久性合格；否则耐久性不合格，此时应取规定的最小水泥用量。5.确定砂率βs

（1）坍落度为10～60mm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。（2）坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定；也可在下表基础上，坍落度每增大20mm，砂率增大1％确定。（3）坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。混凝土砂率，％水灰比mw/mc卵石最大粒径，mm碎石最大粒径，mm1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～320.5030～3529～3428～3333～3832～3730～350.6033～3832～3731～3636～4135～4033～380.7036～4135～4034～3939～4438～4336～416.计算砂、石子用量ms0、mg0

（1）体积法又称绝对体积法。1m3混凝土中的组成材料——水泥、砂、石子、水经过拌合均匀、成型密实后，混凝土的体积为1m3，即：

Vc+Vs+Vg+Vw+Va

＝1（Va为外加剂）

解方程组，可得ms0、mg0

。式中：ρc、ρs、ρg、ρw——分别为水泥的密度、砂的表观密度、石子的表观密度、水的密度，kg/m3。水泥的密度可取2900～3100kg/m3；

α——混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取α＝1。（2）质量法

质量法又称为假定体积密度法。假定混凝土拌合物的质量为mcp，kg。

解方程组可得ms0、mg0。式中：mc0、ms0、mg0、mw0——分别为1m3混凝土中水泥、砂、石子、水的用量，kg；

mcp——1m3混凝土拌合物的假定质量，kg。可取2350～2450kg/m3。

βs——混凝土砂率。

7.计算基准配合比（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。（2）以组成材料用量之比表示：mc0：ms0：mg0:1（水泥：砂：石子：水的形式）（二）试配调整，确定设计配合比1.试配按基准配合比称取一定质量的组成材料，拌制15L或25L混凝土，分别测定其和易性、强度。2.调整（１）调整和易性，确定基准配合比

测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能：如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际体积密度（ρc,t）。（2）强度调整一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定体积密度。各种配比制作两组强度试块，标准养护28d进行强度测定。3.设计配合比的确定（1）根据试验得出的混凝土强度与其相应的灰水比（mc/mw）关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,0）相对应的灰水比，确定1m3混凝土中的组成材料用量：①单位用水量（mw）应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；②水泥用量（mc）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；③粗集料和细集料用量（ms、mg）应在基准配合比的用量基础上，按选定的灰水比进行调整后确定。（2）经试配确定配合比后，按下列步骤进行校正：①按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算混凝土的体积密度计算值ρc,c：

ρc,c＝mc+ms+mg+mw②应按下式计算混凝土配合比校正系数δ：式中：ρc,t——混凝土体积密度实测值，kg/m3；

ρc,c——混凝土体积密度计算值，kg/m3。③当体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的