《建筑材料与检测技术》-第4章

4.1.1混凝土使用历史混凝土材料的应用可追溯到古老年代。数千年前，我国劳动人民及埃及人就用石灰与砂配制成砂浆砌筑房屋。后来罗马人又使用石灰、砂及石子配制成混凝土，并在石灰中掺入火山灰配制成用于海岸工程的混凝土，这类混凝土强度不高，使用量少。现代意义上的混凝土，是在约瑟夫·阿斯帕丁1824年发明波特兰水泥以后才出现。1830年前后水泥混凝土问世；1850年出现了钢筋混凝土，使混凝土技术发生了第一次革命；1928年制成了预应力钢筋混凝土，产生了混凝土技术的第二次革命；1965年前后混凝土外加剂，特别是减水剂的应用，使轻易获得高强度混凝土成为可能，混凝土的工作性显著提高，导致了混凝土技术的第三次革命。目前，混凝土技术正朝着超高强、轻质、高耐久性、多功能和智能化方向发展。4.1概述下一页返回4.1.2混凝土的定义及分类混凝土是由胶凝材料、粗胃·料、细胃·料和水(或不加水)按适当的比例配合、拌和制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。混凝土常简写为“砼”。水泥混凝土经过170多年的发展，已演变成了有多个品种的土木工程材料，混凝土通常从以下几个方面分类：混凝土按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏混凝土和硅酸盐混凝土等几种。混凝土按表观密度可分为重混凝土、普通混凝土及轻混凝土三种。重混凝土是指表观密度大于2600kg/m3的混凝土，采用表观密度大的骨料(如重晶石、铁矿石、铁屑等)配制而成。具有良好的防射线性能，故称为防射线混凝土。主要用于核反应堆及其他防射线工程中。4.1概述上一页下一页返回普通混凝土是指表观密度为1950～2500kg/m3的混凝土，采用普通天然密实的骨料配制而成。广泛用于建筑、桥梁、道路、水利、码头、海洋等工程，是各种工程中用量最大的混凝土，故简称为混凝土。轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m3的混凝土，采用多孔轻质骨料配制而成，或采用特殊方法在混凝土内部造成大量孔隙，使混凝土具有多孔结构。保温性较好，主要用作保温、结构保温或结构材料。混凝土按用途分为结构混凝土、装饰混凝土、水工混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土、膨胀混凝土等。混凝土按生产和施工工艺分为现场搅拌混凝土、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、挤压混凝土、离心混凝土、灌浆混凝土等。4.1概述上一页下一页返回混凝土按抗压强度（fcu）大小分为低强混凝土(＜30MPa)、中强混凝土(30～60MPa)、高强混凝土(≥60MPa)、超高强混凝土(≥100MPa)。本章讲述的混凝土，如无特别说明，均指普通混凝土。4.1.3混凝土的优缺点普通混凝土的主要优点如下。(1)原材料来源丰富。混凝土中约70%以上的材料是砂石料，属地方性材料，可就地取材，避免远距离运输，因而价格低廉。(2)施工方便。混凝土拌和物具有良好的流动性和可塑性，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及构筑物。既可现场浇筑成型，也可预制。(3)性能可根据需要设计调整。4.1概述上一页下一页返回通过调整各组成材料的品种和数量，特别是掺入不同外加剂和掺和料，可获得不同施工和易性、强度、耐久性或具有特殊性能的混凝土，满足工程上的不同要求。(4)抗压强度高。混凝土的抗压强度一般在7.5～60MPa。当掺入高效减水剂和掺和料时，强度可达100MPa以上。而且，混凝土与钢筋具有良好的匹配性，浇筑成钢筋混凝土后，可以有效地改善抗拉强度低的缺陷，使混凝土能够应用于各种结构部位。(5)凝结前有良好的可塑性，可利用模板浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物。(6)与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后能很好地共同工作等。4.1概述上一页下一页返回(7）耐久性好。原材料选择正确、配比合理、施工养护良好的混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性能，且对钢筋有保护作用，可保持混凝土结构长期使用性能稳定。普通混凝土存在的主要缺点如下。(1)自重大。1m3混凝土重约2400kg，故结构物自重较大，不利于建筑物(构筑物)向高层、大跨度方向发展，同时导致地基处理费用增加。(2)抗拉强度低，抗裂性差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/20～1/10，易开裂。(3)收缩变形大。水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×10-6m/m以上，易产生混凝土收缩裂缝。4.1概述上一页返回混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。要做到合理选择原材料，则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。普通混凝土是由水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺入适量的外加剂和掺和料。砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故称为骨料(又叫集料)，砂子称为细骨料，石子称为粗骨料。水泥和水形成水泥浆包裹在骨料的表面并填充骨料之间的空隙，在混凝土硬化之前起润滑作用，赋予混凝土拌和物流动性，便于施工；硬化之后起胶结作用，将砂石骨料胶结成一个整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材。外加剂起改性作用。掺和料起降低成本和改性作用，混凝土的结构如图4-1所示。4.2普通混凝土组成材料下一页返回4.2.1水泥水泥是混凝土中最重要的组分，同时是混凝土组成材料中总价最高的材料。它关系到混凝土的和易性、强度、耐久性和经济性。合理选用水泥包括以下两方面内容。1.水泥品种的选择水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。如高温车间结构混凝土有耐热要求，一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等。详见第3章水泥。常用水泥的选择见表3-6。2.水泥强度等级的选择水泥强度等级应与混凝土的设计强度等级相适应。一般以水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0倍为宜，对于高强度混凝土(≥60MPa)宜为混凝土强度等级的0.9～1.5倍。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回水泥强度过高或过低，会导致混凝土内水泥用量过少或过多，对混凝土的技术性能及经济效果均产生不利影响。4.2.2细骨料——砂粒径为0.15～4.75mm的岩石颗粒称为细骨料，简称砂。常用的细骨料有河砂、海砂、山砂和机制砂(有时称为人工砂、加工砂)。通常根据技术要求分为I类、Ⅱ类和Ⅲ类。I类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的混凝土；Ⅲ类用于小于C30的混凝土和建筑砂浆。海砂可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制钢筋混凝土，主要是氯离子含量高，容易导致钢筋锈蚀，如要使用，必须经过淡水冲洗，使有害成分含量减少到要求以下。山砂可以直接用于一般工程混凝土结构，当用于重要结构物时，必须通过坚固性试验和碱活性试验。机制砂是指将卵石或岩石用机械破碎的方法，通过冲洗、过筛制成。通常是在加工碎卵石或碎石时，将小于l0mm：的部分进一步加工而成。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回《建筑用砂》(GB/T14684－2001)对砂的技术要求如下：1.表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度、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%。2.含泥量、石粉含量和泥块含量含泥量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；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。天然砂的含泥量和泥块含量见表4-1，人工砂的石粉含量和泥块含量见表4-2。3.有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物，其有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等。有害物质含量见表4-3。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回4.坚固性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4-4的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应小于表4-5的规定。5.粗细程度与颗粒级配砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合体平均粒径大小。通常用细度模数(MX)表示，其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度。细度模数MX从越大，表示砂越粗，单位重量总表面积(或比表面积)越小；MX越小，则砂的表面积越大。砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配比例。良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回这样可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。因此，砂颗粒级配反映空隙率大小。砂的粗细程度和颗粒级配采用筛分析法来测定与评定。即采用一套孔径为4.75mm，2.36mm、l.l8mm、600

m，300

m，150

m的标准筛，将抽样后经缩分所得500g干砂由粗到细依次筛分，然后称取每一个筛上的筛余质量，并计算出各号筛的分计筛余百分率(各号筛的筛余质量与试样总质量之比，计算精确至0.1%)和各号筛的累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6该号筛的分计筛余百分率与该号筛以上各筛分计筛余百分率之和)。分计筛余与累计筛余的关系见表4-6。砂按细度模数MX分为粗、中、细三种规格，细度模数描述的是砂的粗细程度亦即总表面积大小。细度模数按下式计算，精确至0.01：

4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回式中A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600

m、300

m、150

m筛的累计筛余百分率；

MX——砂的细度模数。细度模数越大，表示砂越粗。标准规定，细度模数在3.7～3.1为粗砂，细度模数在3.0～2.3为中砂，细度模数等在2.2～1.6为细砂，细度模数在1.5～0.7特细砂。砂的颗粒级配根据0.600mm筛孔对应的累计筛余百分率A4，分成I区、Ⅱ区和Ⅲ区三个级配区，见表4-7。级配良好的粗砂应落在I区；级配良好的中砂应落在Ⅱ区；细砂则在Ⅲ区。实际使用的砂颗粒级配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.6mm对应的累计筛余率外，其余各挡允许有5%的超界，当某一筛档累计筛余率超界5%以上时，说明砂级配很差，视作不合格。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回为方便使用，可将表4-7中的数值绘制成砂级配曲线图，即以累计筛余为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，画出砂的1、2、3三个区的级配曲线，如图4-3所示。混凝土用砂的颗粒级配曲线应处于图4-3三个级配区中的任意一个级配区围成的区域内。如砂的自然级配不符合级配区的要求，应进行调整。方法是将粗、细不同的两种砂按适当比例混合试配，直至合格。6.砂的含水状态砂的含水状态有如下4种，如图4-4所示。①绝干状态：砂粒内外不含任何水，通常在105±5℃条件下烘干而得。②气干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水。指与室内或室外(天晴)空气相对湿度平衡的含水状态，其含水量的大小与空气相对湿度和温度密切相关。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回③饱和面干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和。水利工程上通常采用饱和面干状态计量砂用量。④湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水。施工现场，特别是雨后常出现此种状况，搅拌混凝土中计量砂用量时，要扣除砂中的含水量；同样，计量水用量时，要扣除砂中带入的水量。4.2.3粗骨料——石子粒径大于4.75mm的岩石颗粒称粗骨料。《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685－2001)对碎石、卵石的技术要求如下：1.表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、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%。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回2.含泥量和泥块含量含泥量是指卵石、碎石中粒径小于75μm的颗粒含量。泥块含量是指卵石、碎石中原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。按标准要求，卵石、碎石中的泥和泥块含量见表4-11。3.针、片状颗粒含量针状颗粒是指卵石和碎石颗粒长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒则是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。针、片状颗粒含量见表4-12。4.有害物质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。其有害物质含量见表4-13。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回5.强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种方法检验。压碎指标是将一定质量风干状态下9.50～19.Omn：的颗粒装入标准圆模内，置于压力机上，开动压力试验机，按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳荷5s，然后卸荷。卸荷后称取试样质量G1(g)再用2.36mm：的筛筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样质量G2(g)，然后按下式计算，精确至0.1%：

式中Q——压碎指标值(%)；

G1——试样的质量(g)；

G2——压碎试验后筛余的试样质量(g)。压碎指标值越小，表示骨料抵抗受压碎裂的能力越强。压碎指标应符合表4-14的规定。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回6.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。混凝土用的粗骨料在实际工程上，其最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净距的3/4。对混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。对于泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比为：碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5。7.颗粒级配粗骨料的颗粒级配也是通过筛分析试验来测定的。其标准筛的孔径为2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm，63.0mm、75.0mm，90.0mm12个筛。试样筛析时，可按需要选用筛号。根据《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685－2001)，建筑用卵石和碎石的颗粒级配见表4-15。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回粗骨料颗粒级配分为连续级配和间断级配，连续级配也叫连续粒级，是骨料4.75mm以上至最大粒径Dmax，每一级都占适当比例。间断级配也叫单粒粒级，是指从1/2最大粒径开始至Dmax，使骨料粒径不连续。8.骨料验收与堆放骨料出厂时，供需双方在厂内验收产品，生产厂应提供产品质量合格证书，其内容包括：类别、规格、生产厂名；批量编号及供货数量；检验结果、日期及执行标准编号；合格证编号及发放日期；检验部门及检验人员签章。每批胃·料的检验项目主要是颗粒级配、细度模数、含泥量及泥块含量、石粉含量、针片状颗粒含量、坚固性等。骨料应按类别、规格分别运输和堆放，严防人为碾压及污染产品。骨料在运输过程中或在仓库保管过程中会有损耗，其损耗率一般为0.4%～4%，主要是根据骨料种类和运输工具而有所不同。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回4.2.4拌和及养护用水混凝土拌和和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水、海水和经适当处理或处置过的工业废水。原则上，凡是影响混凝土的和易性及凝结，有损于混凝土强度增长，降低混凝土的耐久性，加快腐蚀及导致预应力钢筋脆断，污染混凝土表面的水均不得采用。拌制和养护混凝土宜采用饮用水。当采用其他来源水时，必须符合《混凝土拌和用水标准》(JGJ63－2006)的规定。混凝土拌和用水的有害物质含量限值见表4-16。4.2.5掺和料混凝土掺和料是指在混凝土搅拌前或在搅拌过程中，与混凝土其他组分一起，直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废料，掺量一般大于水泥质量的5%。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回其目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量等。掺和料与水泥混合材料在种类上基本相同，主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉、磨细自燃煤研石以及其他工业废渣。粉煤灰是目前用量最大，使用范围最广的掺和料。1.粉煤灰当锅炉以磨细的煤粉作为燃料时，煤粉喷入炉膛中，以细颗粒火团的形式进行燃烧，释放出热量，煤中的有机物燃烧后挥发，而煤中的固体碳和矿物杂质燃烧后收缩成球状液，经迅速冷却而成为粉煤灰。粉煤灰主要从火力发电厂的烟气中收集而得到。粉煤灰按收集方法的不同分为静电收尘灰和机械收尘灰两种。按排放方式不同分为湿排灰和干排灰。按CaO的含量高低分为高钙灰(CaO含量大于10%)和低钙灰(CaO含量小于10%)两类。我国绝大多数电厂排放的粉煤灰为低钙灰，湿排灰活性不如干排灰。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回(1)粉煤灰的颗粒形貌和化学成分。煤粉燃烧时，其中较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融成水滴状，到了炉膛外面，受到骤冷，就将熔融时由于表面张力作用形成的圆珠的形态保持下来，成为玻璃微珠。因此粉煤灰的颗粒形貌主要是玻璃微珠，如图4-5(a)所示。玻璃微珠有空心和实心之分。空心微珠是因矿物杂质转变过程中产生的CO2，CO，SO2，SO3等气体，被截留于熔融的灰滴之中而形成。空心微珠有薄壁与厚壁之分，前者能漂浮在水面上，又叫做“漂珠”，其活性高；后者置于水中能下沉，又叫“空心沉珠”。另外粉煤灰中还有部分未燃尽的碳粒，未成珠的多孔玻璃体[一些来不及完全变成液态的粗灰变成的渣状物，如图4-5(b)所示]等。粉煤灰的化学成分主要有SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，SO3等，我国火力发电厂粉煤灰的化学成分范围如表4-17所示。(2)粉煤灰的利用。我国是粉煤灰产生大国，年排放量在1.6亿吨以上，粉煤灰资源化技术主要有以下七个方面。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回①作混凝土和砂浆的掺和料。②作水泥的混合材料或生产原料。③烧制普通砖和粉煤灰陶粒。④生产硅酸盐制品，如蒸养粉煤灰砖、粉煤灰加气混凝土、空心或实心粉煤灰砌块、粉煤灰板材等。⑤用于筑路和回填。⑥农田改造。⑦制作功能材料，如保温材料、耐火材料、塑料及橡胶填料、防水材料等。我国粉煤灰质量控制、应用技术有关的技术标准、规范有《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596－2005)，((硅酸盐建筑制品用粉煤灰》(JC409－2001)《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146－1990)和《粉煤灰在混凝土和砂浆应用技术规程》(JGJ28－86）等。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回GB/T1596－2005规定，粉煤灰按煤种分为F类(由无烟煤或烟煤锻烧收集的粉煤灰)和C类(由褐煤或次烟煤锻烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%)，分为I、Ⅱ、Ⅲ三个等级，相应的技术要求如表4-18所示。粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征，掺入混凝土中可产生以下三种效应，总称为“粉煤灰效应”。①活性效应。粉煤灰中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性，在水泥水化产生的Ca(OH)2和水泥中所掺石膏的激发下，能水化生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等产物，可作为胶凝材料一部分起增强作用。②形态效应。粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃微珠，在混凝土拌和物中起“滚珠轴承”的作用，能减小内摩阻力，使掺有粉煤灰的混凝土拌和物比基准混凝土流动性好，便于施工，具有减水作用。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回③微骨料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大了混凝土的密实度。粉煤灰掺入混凝土中，可以改善混凝土拌和物的和易性、可泵性和可塑性，能降低混凝土的水化热，使混凝土的弹性模量提高，提高混凝土抗化学浸蚀性、抗渗、抑制碱骨料反应等耐久性。粉煤灰取代混凝土中部分水泥后，混凝土的早期强度有所降低，但后期强度可以赶上甚至超过未掺粉煤灰的混凝土。(3)粉煤灰活性的激发。粉煤灰在常温常压下结构很稳定，表现出较高的化学稳定性，因此在自然环境下一般要经1个月或更长时间的激发，化学活性才能较显著地表现出来。加之我国大多数电厂粉煤灰的品质低，多为m级灰或等外灰，这使粉煤灰产品的早期强度低，阻碍了利用。为了提高粉煤灰综合利用技术水平，应将粉煤灰潜在活性激发出来。我国粉煤灰多为“贫钙”且颗粒表面致密的CaO－SiO2－Al2O3系统。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回粉煤灰活性激发的基本思路：一是破坏玻璃体表面光滑致密、牢固的Si－O－Si和Si－O－AI网络结构；二是“补钙”，提高体系中的CaO/SiO2比；三是激发生成具有增加作用的水化产物或促进水化反应。粉煤灰活性激发途径有物理活化、化学活化、水热活化和复合活化四种。①物理活化就是通过机械方法破坏粉煤灰表层玻璃体结构和改变其粒度分布，从而提高粉煤灰活性的一种方法，即通过磨细来提高粉煤灰活性的一种方法，也称为机械活化。②化学活化是指通过化学激发剂来激发粉煤灰活性的方法。常用激发剂有碱性激发剂[Ca(OH)2、NaOH、KOH和Na2SiO3等]、硫酸盐激发剂(CaSO4·2H2O、CaSO4·1/2H2O和Na2SO4等)和氯盐激发剂(CaCl2和NaCl等)。③水热活化分直接水热活化和预先水热活化两种。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回直接水热活化是指将成型后的制品(或试样)直接置于温度大于30℃湿热(常压或蒸压)条件下养护，以提高粉煤灰水化能力的一种方法；预先水热活化是指预先将粉煤灰在激发剂作用下，采用蒸汽养护或经过一定龄期的湿养护，使之水化至一定程度，再对水化产物进行热处理，制备出具有水硬特性胶凝材料的一种活化方法。④复合活化是将二种及二种以上活化方法进行复合的方法，包括化学物理活化和化学物理水热活化两种。这种方法活化效果好，尤其是化学物理水热活化已成为粉煤灰活性激发研究的热点和发展方向。(4)粉煤灰的环境特性。长期以来，人们一方面致力于粉煤灰资源化工作；另一方面对它的环境特性心存疑虑，粉煤灰曾被视为一种有毒、有害物质，我国20世纪70年代对粉煤灰毒性产生过恐慌。粉煤灰有害物质包括As、Se、Pb、B、Zn、Cd、Cr、Hg、Mo、Ni、S、Sb等20余种有潜在毒害性的微量元素，238U(铀)、226Ra(镭)、232Th(钍)、40K(钾)和222Rn(氡)等放射性元素和粉尘三类。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回它们通过三种形式对环境产生危害，即粉煤灰中有毒有害元素通过水的淋溶、浸渍进入周围环境，污染地表水、地下水及土壤，或被直接饮用，或被农作物吸收后为人食用而影响人们身体健康；粉煤灰的放射性物质通过辐射或释放有害气体危害人们身体健康；极细的粉煤灰颗粒在空气中飘浮，被人吸入而影响人们身体健康。粉煤灰的有毒有害物质来源于原煤，并经燃烧而富集在粉煤灰颗粒中，原煤的有毒有害成分越多，粉煤灰的环境危害性就越大。掺粉煤灰的建筑材料，其放射性应符合《建筑材料用工业废渣放射性物质限制标准》(GB6763－1986)和《掺工业废渣建筑材料产品放射性物质控制标准》(GB9196－1988)。有关粉煤灰环境特性的研究主要在粉煤灰建筑材料的放射性评价，施灰农田的土壤和农作物的微量元素富集程度及放射性水平研究，粉煤灰储灰场淋溶性研究三个方面。而有关粉煤灰对地下水放射性污染研究，粉煤灰污染空气与疾病关系研究较少。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回根据大量的研究，粉煤灰总体上对环境不会产生显著危害，包括我国在内的很多国家已将粉煤灰排除在有毒、有害废渣之外。2.硅灰硅灰是在生产硅铁、硅钢或其他硅金属时，高纯度石英和煤在电弧炉中还原所得到的以无定形SiO2为主要成分的球状玻璃体颗粒粉尘。硅灰中无定形SiO2的含量在90%以上，其化学成分随所生产的合金或金属的品种不同而异，一般其化学成分为SiO2：85%～92%；Fe2O3：2%～3%；MgO：l%～2%；Al2O3：0.5%～1.0%；CaO：0.2%～0.5%。硅灰颗粒极细，平均粒径为0.1～0.2μm，比表面积20000～25000m2/kg。密度2.2/cm3，堆积密度250～300kg/m3。由于硅灰单位质量很轻，包装、运输不很方便。硅灰活性极高，火山灰活性指标高达110%。。其中的SiO2在水化早期就可与Ca(OH)2发生反应，可配制出100MPa以上的高强混凝土。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回硅灰取代水泥后，其作用与粉煤灰类似，可改善混凝土拌和物的和易性，降低水化热，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗冻、抗渗，抑制碱骨料反应，且效果比粉煤灰好得多。另外，硅灰掺入混凝土中，可使混凝土的早期强度提高。硅灰需水量比为134%左右，若掺量过大，将会使水泥浆变得十分黏稠。在土建工程中，硅灰取代水泥量常为5%～15%，且必须同时掺入高效减水剂。3.磨细矿一渣粉磨细矿渣是将粒化高炉矿渣经磨细而成的粉状掺和料。其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3，三者的总量占90%以上，另外含有Fe2O3和MgO等氧化物及少量SO3。其活性较粉煤灰高，掺量也可比粉煤灰大。磨细矿渣粉可以等量取代水泥，使混凝土的多项性能得以显著改善，如大幅度提高混凝土强度、提高混凝土耐久性和降低水泥水化热。国外已将磨细矿渣粉大量应用于工程，我国尚处于研究开发阶段。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回根据《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046－2000)的规定，矿渣粉根据28d活性指数(%)分为S105，S95和S75三个级别，相应的技术要求如表4-19所示。4.沸石粉沸石粉是由沸石岩经粉磨加工制成的含水化硅铝酸盐为主的矿物火山灰质活性掺和材料。沸石岩系有30多个品种，用作混凝土掺和料的主要有斜发沸石或绦光沸石。沸石粉的主要化学成分为SiO2占60%一70%，Al2O3占10%～30%，可溶硅占5%～12%，可溶铝占6%～9%。沸石岩具有较大的内表面积和开放性结构，沸石粉本身没有水化能力，在水泥中碱性物质激发下其活性才表现出来。沸石粉的技术要求：细度为0.080mm方孔筛筛余≤7%；吸氨值≥100mg/100g；密度2.2～2.4g/cm3；堆积密度700～800kg/m3；火山灰试验合格；SO3≤3%；水泥胶砂28d强度比不得低于62%。4.2普通混凝土组成材料上一页下一页返回沸石粉掺入混凝土中，可取代10%～20%的水泥，可以改善混凝土拌和物的黏聚性，减少泌水，宜用于泵送混凝土，可减少混凝土离析及堵泵。沸石粉应用于轻骨料混凝土，可较大改善轻骨料混凝土拌和物的黏聚性，减少轻骨料的上浮。5.其他掺和料(1)扮磨细自燃煤研石粉。自燃煤研石粉是由煤矿洗煤过程中排出的研石，经自燃而成的。自燃煤研石具有一定的火山灰活性，磨细后可作为混凝土的掺和料。(2)浮石粉、火山渣粉。浮石粉和火山渣粉均是火山喷出的轻质多孔岩石经磨细而得的掺和料。《用于水泥中的火山灰质混合材料》(GB/T2847－1996)规定，浮石粉和火山渣粉的烧失量小于或等于切%；火山灰试验合格；SO3量小于或等于3%；水泥胶砂28d强度比不得低于62%。4.2普通混凝土组成材料上一页返回4.3.1和易性的概念新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌和物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、黏聚性和保水性三项内容表示。流动性是指拌和物在自重或外力作用下产生流动的难易程度，反映了混凝土拌和物的稀稠程度；黏聚性是指拌和物各组成材料之间不产生分层离析现象，反映了混凝土拌和物的均匀性；保水性是指拌和物不产生严重的灌水现象，反映了混凝土拌和物的稳定性。通常情况下，混凝土拌和物的流动性、黏聚性及保水性，三者互相联系，但又互相矛盾的。当流动性较大时，往往混凝土拌和物的黏聚性和保水性较差，反之亦然。因此，混凝土拌和物和易性是指三者相互协调，均为良好。良好的和易性既是施工的要求也是获得质量均匀密实混凝土的基本保证。4.3新拌混凝土的性质下一页返回4.3.2和易性的评定混凝土拌和物和易性是一项极其复杂的综合指标，到目前为止全世界尚无能够全面反映混凝土和易性的测定方法，通常通过测定流动性，再辅以其他直观观察或经验综合评定混凝土和易性。流动性的测定方法对普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和维勃稠度法。1.坍落度法将搅拌好的混凝土分三层装入坍落度简中[见图4-6(a)]，每层插捣25次抹平后垂直提起坍落度简，混凝土则在自重作用下坍落，以坍落高度(单位：mm)代表混凝土的流动性。坍落度越大，则流动性越好。黏聚性通过观察坍落度测试后混凝土所保持的形状，或侧面用捣棒敲击后的形状判定，如图4-6所示。当坍落度简一提起即出现图中(c)或(d)形状，表示黏聚性不良；敲击后出现(b)状则黏聚性好；敲击后出现(c)状，则黏聚性欠佳；敲击后出现(d)状，则黏聚性不良。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回保水性是以水或稀浆从底部析出的量大小评定[4-6(b)]。析出量大，保水性差，严重时粗骨料表面稀浆流失而裸露。析出量小则保水性好。根据坍落度值大小将混凝土分为四类：①大流动性混凝土：坍落度≥160mm；②流动性混凝土：坍落度100～150mm；③塑性混凝土：坍落度10～90mm；④干硬性混凝土：坍落度<l0mm图4-7所示的是混凝土拌和物坍落度的测定。坍落度法测定混凝土和易性的适用条件为：粗骨料最大粒径≤40mm；坍落度≥10mm。对坍落度小于l0mm的干硬性混凝土，坍落度值已不能准确反映其流动性大小。如当两种混凝土坍落度均为零时，在振捣器作用下的流动性可能完全不同。故一般采用维勃稠度法测定。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回2.维勃稠度法坍落度法的测试原理是混凝土在自重作用下坍落，而维勃稠度法则是在坍落度简提起后，施加一个振动外力，测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间(单位：s)代表混凝土流动性。时间越短，流动性越好；时间越长，流动性越差。见示意图4-8。4.3.3施工和易性的选择混凝土拌和物根据其坍落度和维勃稠度的大小各分为四个级别，各级别的要求见表4-20。混凝土拌和物流动性的选择见表4-21。4.3.4和易性的影响因素及改善措施1.影响和易性的主要因素(1)位用水量。单位用水量是影响混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回但用水量大带来的不利影响是保水性和黏聚性变差，易产生泌水分层离析，从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。在进行混凝土配合比设计时，单位用水量可根据施工要求的坍落度和粗骨料的种类、规格，根据JGJ55－2000《普通混凝土配合比设计规程》按表4-22选用，再通过试配调整，最终确定单位用水量。(2)浆骨比。浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性；在混凝土凝结硬化以后，主要赋予黏结强度。在水灰比一定的前提下，浆骨比越大，即水泥浆量越大，混凝土流动性越大。通过调整浆骨比大小，既可以满足流动性要求，又能保证良好的黏聚性和保水性。浆哥比不宜太大，否则易产生流浆现象，使黏聚性下降。浆骨比也不宜太小，否则因骨料间缺少黏结体，拌和物易发生崩塌现象。因此，合理的浆骨比是混凝土拌和物和易性的良好保证。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回(3)水灰比。水灰比即水用量与水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不变的情况下，水灰比增大，相当于单位用水量增大，水泥浆很稀，拌和物流动性也随之增大，反之亦然。用水量增大带来的负面影响是严重降低混凝土的保水性，增大灌水，同时使黏聚性也下降。但水灰比也不宜太小，否则因流动性过低影响混凝土振捣密实，易产生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌和物流动性、保水性和黏聚性的良好保证。一般将水灰比控制在0.40～0.75。(4)砂率。砂率是指砂子占砂石总质量的百分率，表达式为：

式中

Sp——砂率；

S——砂子用量(kg)；

G——石子用量(kg)。砂率对和易性的影响非常显著。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回①对流动性的影响。在水泥用量和水灰比一定的条件下，由于砂子与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间起到润滑和滚珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，随砂率增大，混凝土流动性增大。另一方面，由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加，粗细骨料的总表积增大，在水泥浆用量一定的条件下，骨料表面包裹的浆量减薄，润滑作用下降，使混凝土流动性降低。所以砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降，见图4-9(a)。②对黏聚性和保水性的影响。砂率减小，混凝土的黏聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大，黏聚性和保水性增加。但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，则黏聚性反而下降。③合理砂率的确定。合理砂率是指砂子填满石子空隙并有一定的富余量，能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减少粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土流动性达最大值。或者在保持流动性不变的情况下，使水泥浆用量达最小值。如图4-9(b)。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回合理砂率的确定可根据上述两原则通过试验确定。在大型混凝土工程中经常采用。对普通混凝土工程可根据经验或根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55－2000)参照表4-23选用。(5)水泥品种及细度。水泥品种不同时，达到相同流动性的需水量往往不同，从而影响混凝土流动性。另一方面，不同水泥品种对水的吸附作用往往不等，从而影响混凝土的保水性和黏聚性。如火山灰水泥、矿渣水泥配制的混凝土流动性比普通水泥小。在流动性相同的情况下，矿渣水泥的保水性能较差，黏聚性也较差。同品种水泥越细，流动性越差，但黏聚性和保水性越好。(6)骨料的品种和粗细程度。卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流动性较好，但黏聚性和保水性则相对较差。河砂与山砂的差异与上述相似。对级配符合要求的砂石料来说，粗骨料粒径越大，砂子的细度模数越大，则流动性越大，但黏聚性和保水性有所下降，特别是砂的粗细，在砂率不变的情况下，影响更加显著。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回(7)外加剂。改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂。它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，并具有良好的黏聚性和保水性。详见本章第一七节。(8)时间、气候条件。随着水泥水化和水分蒸发，混凝土的流动性将随时间的延长而下降。气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失。2.混凝土和易性的调整和改善措施(1)幼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。但水泥浆用量过多，则混凝土成本提高，且将增大混凝土的收缩和水化热等。混凝土的黏聚性和保水性也可能下降。(2)当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量。4.3新拌混凝土的性质上一页下一页返回(3)改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善黏聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大。(4)掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。(5)尽可能选用最优砂率。当黏聚性不足时可适当增大砂率。4.3新拌混凝土的性质上一页返回4.4.1抗压强度1.混凝土立方体抗压强度fcu根据国家标准的规定，混凝土立方体抗压强度，是指按标准方法制作的边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件(温度20℃±3℃，相对湿度大于90%)下，养护到28d，用标准试验方法测得的抗压强度值，用fcu表示，单位N/mm2。为了使混凝土抗压强度测试结果具有可比性，GB/T50081－2002规定，混凝土强度等级小于C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，来换算成标准试件强度值。200mm×200mm×200mm立方体试件换算系数为1.05，100mm×100mm×100mm立方体试件换算系数为0.95。当混凝土强度等级大于或等于C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。4.4硬化后混凝土的性质下一页返回2.混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150mm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，用符号fcu，k表示。3.混凝土的强度等级混凝土的强度等级按立方体抗压强度标准值划分。混凝土的强度等级分为C7.5、C10、Cl5、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60共12个等级。“C”代表混凝土，C后面的数字为立方体抗压强度标准值(MPa)如C30表示fcu，k=30MPa。混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值、混凝土施工质量控制和工程验收的依据。4.混凝土轴心抗压强度(fcp)确定混凝土强度等级是采用立方体试件，但在实际结构中，钢筋混凝土受压构件多为棱柱体或圆柱体。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回为了使测得的混凝土强度与实际情况接近，在进行钢筋混凝土受压构件(如柱子、衍架的腹杆等)计算时，都是采用混凝土的轴心抗压强度。GB/T50081－2002规定，混凝土轴心抗压强度是指按标准方法制作的，标准尺寸为150mm×50mm×00mm的棱柱体试件，在标准养护条件下养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值。轴心抗压强度比同截面面积的立方体抗压强度要小，当标准立方体抗压强度在10～50MPa范围内时，fcp=(0.7～0.8)fcu。4.4.2抗拉强度混凝土是脆性材料，抗拉强度很低，拉压比为1/20～1/l0，拉压比随着混凝土强度等级的提高而降低。因此在钢筋混凝土结构设计时，不考虑混凝土承受拉力(考虑钢筋承受拉力)，但抗拉强度对混凝土抗裂性具有重要作用，是结构设计时确定混凝土抗裂度的重要指标，有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的黏结强度。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回4.4.3影响混凝土强度的因素1.水泥强度与水灰比水泥强度等级和水灰比是影响混凝土强度决定性的因素。因为混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的黏结力，而水泥石的强度及其与骨料间的黏结力，又取决于水泥的强度等级和水灰比的大小。在相同配合比、相同成型工艺、相同养护条件的情况下，水泥强度等级越高，配制的混凝土强度越高。在水泥品种、水泥强度等级不变时，混凝土在振动密实的条件下，水灰比越小，强度越高，反之亦然(如图4-10所示)。大量试验结果表明，在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期抗压强度fcu，o与水泥实际强度fce及水灰比(W/C)之间的关系符合下列经验公式：4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回式中——混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)；——回归系数，碎石：=0.46，=0.07；卵石：=0.48，=0.33；C/W

——灰水比；

——水泥28d抗压强度实测值(MPa)，当无28d抗压强度实测值时，可按以下方法确定：式中——水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定一般取1.05～1.l5，如水泥已存放一段时间，则取1.0，如存放时间超过3个或已有结块现象，

可能小于1.0，必须通过试验实测；

——水泥强度等级值，MPa。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回2.骨料品种、规格与质量碎石表面粗糙、有棱角，与水泥石的胶结力较强，而且相互间有嵌固作用，所以在其他条件相同时，碎石混凝土强度高于卵石混凝土。当水灰比小于0.40时，碎石混凝土强度比卵石混凝土高约1/3。因此，当配制高强度混凝土时，往往选择碎石。3.养护条件温度及湿度对混凝土强度的影响，本质上是对水泥水化的影响。养护温度高，水泥早期水化越快，混凝土的早期强度越高。但混凝土早期养护温度过高(40℃以上)，因水泥水化产物来不及扩散而使混凝土后期强度反而降低。当温度在0℃以下时，水泥水化反应停止，混凝土强度停止发展。这时还会因为混凝土中的水结冰产生体积膨胀，对混凝土产生相当大的膨胀压力，使混凝土结构破坏，强度降低。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回湿度是决定水泥能否正常进行水化作用的必要条件。浇筑后的混凝土所处环境湿度相宜，水泥水化反应顺利进行，混凝土强度得以充分发展。若环境湿度较低，水泥不能正常进行水化作用，甚至停止水化，混凝土强度将严重降低或停止发展。为了保证混凝土强度正常发展和防止失水过快引起的收缩裂缝，混凝土浇筑完毕后，应及时覆盖和浇水养护。气候炎热和空气干燥时，不及时进行养护，混凝土中水分会蒸发过快，出现脱水现象，混凝土表面出现片状、粉状剥落和干缩裂纹等劣化现象，混凝土强度明显降低；在冬季应特别注意保持必要的温度，以保证水泥能正常水化和防止混凝土内水结冰引起的膨胀破坏。4.龄期在正常养护条件下，混凝土强度随龄期的增长而增大，最初7d～14d发展较快，28d后强度发展趋于平缓，所以混凝土以28d龄期的强度作为质量评定依据。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回在混凝土施工过程中，经常需要尽快知道已成型混凝土的强度，以便决策，所以快速评定混凝土强度一直受到人们的重视。经过多年的研究，国内外已有多种快速评定混凝土强度的方法，有些方法已被列入国家标准中。在我国，工程技术人员常用下面的经验公式来估算混凝土28d强度。式中——混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)o

——混凝土，0龄期的抗压强度(MPa)。——养护龄期(d)，应注意的是，该公式仅适用于在标准条件下养护，中等强度(C20～C30)的混凝土。对较高强度混凝土(≥C35)和掺外加剂的混凝土，用该公式估算会产生很大误差。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回5.施工方法、施工质量及其控制混凝土的搅拌、运输、浇注、振捣、现场养护是一项复杂的施工过程，受到各种不确定性随机因素的影响。配料的准确、振捣密实程度、拌和物的离析、现场养护条件的控制以及施工单位的技术和管理水平都会造成混凝土强度的变化。因此，必须采取严格有效的控制措施和手段，以保证混凝土的施工质量。4.4.4提高强度的措施(1)采用高强度等级水泥或早强型水泥。(2)采用干硬性混凝土或较小的水灰比。(3)采用级配好、质量高、粒径适宜的骨料选择合理砂率。(4)采用机械搅拌和机械振捣成型。(5)加强养护采用湿热方法养护硅。(6)掺入混凝土外加剂。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回(7)掺入混凝土掺和料。4.4.5非荷载作用下混凝土的变形混凝土在硬化和使用过程中，由于受到物理、化学和力学等因素的作用，常发生各种变形。由物理、化学因素引起的变形称为非荷载作用下的变形，包括化学收缩、干湿变形、碳化收缩及温度变形等；由荷载作用引起的变形称为在荷载作用下的变形，包括在短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形。1.化学收缩由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起混凝土的收缩称为化学收缩。收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40d内增长较快，以后逐渐趋于稳定。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回化学收缩值很小(小于1%)，对混凝土结构没有破坏作用。混凝土的化学收缩是不可恢复的。2.干湿变形混凝土因周围环境湿度变化，会产生干燥收缩和湿胀，统称为干湿变形。混凝土在水中硬化时，由于凝胶体中的胶体粒子表面的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大，引起混凝土产生微小的膨胀，即湿胀。湿胀对混凝土无危害。混凝土在空气中硬化时，首先失去自由水；继续干燥时，毛细孔水蒸发，使毛细孔中形成负压产生收缩；再继续受干燥则吸附水蒸发，引起凝胶体失水而紧缩。以上这些作用的结果导致混凝土产生干缩变形。混凝土的干缩变形在重新吸水后大部分可以恢复，但不能完全恢复。在一般条件下，混凝土极限收缩值可达5×10–4～9×10-4mm/mm，在结构设计中混凝土干缩率取值为1.5×10-4～2.0×10-4mm/mm，即每米混凝土收缩0.15～0.20mm。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回由于混凝土抗拉强度低，而干缩变形又如此之大，所以很容易产生干缩裂缝。混凝土中水泥石是引起干缩的主要组分，胃·料起限制收缩的作用，孔隙的存在会加大收缩。因此减少水泥用量，减小水灰比，加强振捣，保证骨料洁净和级配良好是减少混凝土干缩变形的关键。另外，混凝土的干缩主要发生在早期，前三个月的收缩量为20年收缩量的40%～80%。由于混凝土早期强度低，抵抗干缩应力的能力弱，因此加强混凝土的早期养护，延长湿养护时间，对减少混凝土干缩裂缝具有重要作用(但对混凝土的最终干缩率无显著影响)。水泥的细度及品种对混凝土的干缩也产生一定的影响。水泥颗粒越细干缩也越大；掺大量混合材料的硅酸盐水泥配制的混凝土，比用普通水泥配制的混凝土干缩率大，其中火山灰水泥混凝土的干缩率最大，粉煤灰水泥混凝土的干缩率较小。3.干缩湿胀4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回因硅内部水分蒸发引起的体积变形称为干燥收缩。4.温度变形混凝土同其他材料一样，也会随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度膨胀系数为0.7×10-5～1.4×10-5/℃，一般取1.0×10-5/℃，即温度每1℃改变，lm混凝土将产生0.0lmm膨胀或收缩变形。混凝土是热的不良导体，传热很慢，因此在大体积混凝土(截面最小尺寸大于1m2的混凝土，如大坝、桥墩和大型设备基础等)硬化初期，由于内部水泥水化热而积聚较多热量，造成混凝土内外层温差很大(可达50～80℃)。这将使内部混凝土的体积产生较大热膨胀，而外部混凝土与大气接触，温度相对较低，产生收缩。内部膨胀与外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。大体积混凝土施工时，须采取一些措施来减小混凝土内外层温差，以防止混凝土温度裂缝，目前常用的方法有以下几种。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回(1)采用低热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥、大坝水泥等)和尽量减少水泥用量，以减少水泥水化热。(2)在混凝土拌和物中掺入缓凝剂、减水剂和掺和料，降低水泥水化速度，使水泥水化热不至于在早期过分集中放出。(3)预先冷原材料，用冰块代替水，以抵消部分水化热。(4)在混凝土中预埋冷却水管，从管子的一端注入冷水，冷水流经埋在混凝土内部的管道后，从另一端排出，将混凝土内部的水化热带出。(5)在建筑结构安全许可的条件下，将大体积化整为零施工，减轻约束和扩大散热面积。(6)表面绝热，调节混凝土表面温度下降速率。对于纵长和大面积混凝土工程(如混凝土路面、广场、地面和屋面等)，常采用每隔一段距离设置一道伸缩缝或留设后浇带来防止混凝土温度缝。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回监测混凝土内部温度场是控制与防范混凝土温度裂缝的重要工作内容。过去多采用点式温度计来测试，这种方法布点有限，施工工艺复杂，温度信息量少；现在一些大型水利水电工程(如三峡大坝)，通过在混凝土内埋设光纤维，利用光纤传感技术来监测内部温度场，该方法具有测点连续，温度信息量大，定位准确，抗干扰性强，施工简便等优点。4.4.6荷载作用下混凝土的变形1.在短期荷载作用下的变形混凝土是一种弹塑性体，静力受压时，既产生弹性变形，又产生塑性变形，其应力(σ)与应变(ε)的关系是一条曲线。材料的弹性模量是指σ-ε曲线上任一点的应力与应变之比，混凝土σ-ε曲线是一条曲线，因此混凝土的弹性模量是一个变量。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回GB/T50081－2002规定，混凝土弹性模量的测定，采用标准尺寸为150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，试验控制应力荷载值为轴心抗压强度的1/3，经三次以上反复加荷和卸荷后，测定应力与应变的比值，得到混凝土的弹性模量。混凝土的弹性模量与混凝土的强度、骨料的弹性模量、骨料用量和早期养护温度等因素有关。混凝土强度越高、骨料弹性模量越大、骨料用量越多、早期养护温度较低，混凝土的弹性模量越大。C10～C60的混凝土其弹性模量为1.75X104～90×104MPa。2.混凝土在长期荷载作用下的变形混凝土在长期荷载作用下会发生徐变。所谓徐变是指混凝土在长期恒载作用下，随着时间的延长，沿作用力的方向发生的变形，即随时间而发展的变形。混凝土的徐变在加荷早期增长较快，然后逐渐减慢，2～3年才趋于稳定。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回当混凝土卸载后，一部分变形瞬时恢复，一部分要过一段时间才能恢复(称为徐变恢复)，剩余的变形是不可恢复部分，称作残余变形。混凝土产生徐变的原因，一般认为是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生黏性流动，向毛细孔中迁移，或者凝胶体中的吸附水或结晶水向内部毛细孔迁移渗透所致。因此，影响混凝土徐变的主要因素是水泥用量多少和水灰比大小。水泥用量越多，混凝土中凝胶体含量越大；水灰比越大，混凝土中的毛细孔越多，这两个方面均会使混凝土的徐变增大。混凝土的徐变对混凝土及钢筋混凝土结构物的影响有有利的一面，也有不利的一面。徐变有利于削弱由温度、干缩等引起的约束变形，从而防止裂缝的产生。但在预应力结构中，徐变将产生应力松弛，引起预应力损失。在钢筋混凝土结构设计中，要充分考虑徐变的影响。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回4.4.7混凝土的耐久性混凝土除应具有设计要求的强度，以保证其能安全地承受设计荷载外，还应根据周围的自然环境及使用条件，具有经久耐用的性能。耐久性是指混凝土抵抗环境介质作用并长久保持其良好的使用性能的能力。一、评价混凝土耐久性常用指标1.抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力液体(水、油和溶液等)渗透作用的能力。它是决定混凝土耐久性最主要的因素。因为外界环境中的侵蚀性介质只有通过渗透才能进入混凝土内部产生破坏作用。混凝土在压力液体作用下产生渗透的主要原因，是其内部存在连通的渗水孔道。这些孔道来源于水泥浆中多余水分蒸发留下的毛细管道、混凝土浇筑过程中滗水产生的通道、混凝土拌和物振捣不密实、混凝土干缩和热胀产生的裂缝等。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回由此可见，提高混凝土抗渗性的关键是提高混凝土的密实度或改变混凝土孔隙特征。在受压力液体作用的工程，如地下建筑、水池、水塔、压力水管、水坝、油罐以及港工、海工等，必须要求混凝土具有一定的抗渗性能。提高混凝土抗渗性的主要措施有降低水灰比，以减少泌水和毛细孔；掺引气型外加剂，将开口孔转变成闭口孔，割断渗水通道；减小骨料最大粒径，骨料干净、级配良好；加强振捣，充分养护等。工程上用抗渗等级来表示混凝土的抗渗性。根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82－1985)的规定，测定混凝土抗渗标号采用顶面直径为175mm、底面直径为185mm、高度为150mm的圆台体标准试件，在规定的试验条件下，以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力来表示混凝土的抗渗等级，试验时加水压至6个试件中有3个试件端面渗水时为止。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回混凝土抗渗标号分为P4、P6，P8，P10和P12五级，相应表示混凝土能抵抗0.4MPa，0.6MPa、0.8MPa、l.0MPa和1.2MPa的水压而不渗漏。2.抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，强度不严重降低，外观能保持完整的性能。水结冰时体积膨胀约9%，如果混凝土毛细孔充水程度超过某一临界值(91.7%)，则结冰产生很大的压力。此压力的大小取决于毛细孔的充水程度、冻结速度及尚未结冰的水向周围能容纳水的孔隙流动的阻力(包括凝胶体的渗透性及水通路的长短)。除了水的冻结膨胀引起的压力之外，当毛细孔水结冰时，凝胶孔水处于过冷的状态，过冷水的蒸气压比同温度下冰的蒸气压高，将发生凝胶水向毛细孔中冰的界面迁移渗透，并产生渗透压力。因此，混凝土受冻融破坏的原因是其内部的孔隙和毛细孔中的水结冰产生体积膨胀和过冷水迁移产生压力所致。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回当两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土发生微细裂缝。在反复冻融作用下，混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大，导致混凝土强度降低甚至破坏。以上讨论的是混凝土在纯水中的抗冻性，对于道路工程还存在盐冻破坏问题。为防止冰雪冻滑影响行驶和引发交通事故，常常在冰雪路面撒除冰盐(NaCl、CaCl2等)。因为盐能降低水的冰点，达到自动融化冰雪的目的。但除冰盐会使混凝土的饱水程度、膨胀压力、渗透压力提高，加大冰冻的破坏力；并且在干燥时盐会在孔中结晶，产生结晶压力。以上两个方面的共同作用，使混凝土路面剥蚀，并且氯离子能渗透到混凝土内部引起钢筋锈蚀。因此，盐冻比纯水结冰的破坏力大。盐冻破坏已成为北美、北欧等国家混凝土路桥破坏的最主要原因之一。混凝土的抗冻性与混凝土的密实度、孔隙充水程度、孔隙特征、孔隙间距、冰冻速度及反复冻融的次数等有关。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回对于寒冷地区经常与水接触的结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物、水池、发电站站冷却塔及与水接触的道路、建筑物勒脚等，以及寒冷环境的建筑物，如冷库等，要求混凝土必须有一定的抗冻性。提高混凝土抗冻性的主要措施有：降低水灰比，加强振捣，提高混凝土的密实度；掺引气型外加剂，将开口孔转变成闭口孔，使水不易进入孔隙内部，同时细小闭孔可减缓冰胀压力；保持骨料干净和级配良好；充分养护。混凝土的抗冻性用抗冻等级Fn来表示，分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300九个等级，其中数字表示混凝土能承受的最大冻融循环次数。按GBJ82－85的规定，混凝土抗冻等级的测定有两种方法：一是慢冻法，以标准养护28d龄期的立方体试件，在水饱和后，于-15～+20℃情况下进行冻融，最后以抗压强度下降率不超过25%、质量损失率不超过5%时，混凝土所能承受的最大冻融循环次数来表示。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回二是快冻法，采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试件，以混凝土快速冻融循环后，相对动弹性模量不小于60%、质量损失率不超过5%时的最大冻融循环次数表示。3.抗浸蚀性当混凝土所处的环境水有浸蚀时，会对混凝土提出抗腐蚀性的要求，混凝土的抗腐蚀性取决于水泥品种及混凝土的密实性。密实度越高、连通孔隙越少，外界的浸蚀性介质越不易侵入，故混凝土的抗腐蚀性好。4.碳化碳化是指空气中的CO2渗透到混凝土中，与混凝土内的碱性物质Ca(OH)2发生化学反应，生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程，也称混凝土中性化。混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2，在一定湿度条件下发生化学反应，生成CaCO3和H2O的过程。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回混凝土的碳化弊多利少。由于中性化，混凝土中的钢筋因失去碱性保护而锈蚀，并引起混凝土顺筋开裂；碳化收缩会引起微细裂纹，使混凝土强度降低。但是碳化时生成的碳酸钙填充在水泥石的孔隙中，使混凝土的密实度和抗压强度提高，对防止有害杂质的侵入有一定缓冲作用。影响混凝土碳化的因素有：(1)环境湿度。当环境的相对湿度在50%～75%时，混凝土碳化速度最快，当相对湿度小于25%或达100%时，碳化停止，这是在环境水分太少碳化不能发生，混凝土孔隙中充满水时，二氧化碳不能渗入扩散所致。(2)水灰比。水灰比越小，混凝土越密实，二氧化碳和水不易渗入，碳化速度慢。(3)水泥品种。普通水泥、硅酸盐水泥水化产物碱度高，其抗碳化能力优于矿渣水泥、火山灰质水泥和粉煤灰水泥，且水泥随混合材料掺量的增多而碳化速度加快。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回(4)环境中二氧化碳的浓度。二氧化碳浓度越大，混凝土碳化作用越快。(5)外加剂。混凝土中掺入减水剂、引气剂或引气型减水剂时，由于可降低水灰比或引入封闭小气泡，可使混凝土碳化速度明显减慢。提高混凝土密实度(如降低水灰比，采用减水剂，保证骨料级配良好，加强振捣和养护等)，是提高混凝土碳化能力的根本措施。5.碱一骨料反应碱骨料反应是指混凝土内水泥中的碱性氧化物（Na2O和K2O）与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，生成碱硅酸凝胶，这种凝胶吸水后会产生很大的体积膨胀(体积增大可达3倍以上)，从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏。碱骨料反应必须同时具备以下三个条件。(1)混凝土中含有过量的碱（Na2O＋K2O）。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回混凝土中的碱主要来自于水泥，也来自外加剂、掺和料、骨料、拌和水等组分。水泥中的碱(Na2O＋0.658K2O)大于0.6%的水泥称为高碱水泥，我国许多水泥碱含量在1%左右，如果加上其他组分引入的碱，混凝土中的碱含量较高。(2)碱活性骨料占骨料总量的比例大于1%。碱活性骨料包括含活性SiO2的骨料、黏土质白云石质石灰石和层状硅酸盐骨料。(3)潮湿环境或水中使用的混凝土工程。碱骨料反应很慢，引起的破坏往往经过若干年后才会出现。一旦出现，破坏性则很大，难以加固处理，应加强防范。可采取以下措施预防。(1)尽量采用非活性骨料。(2)当确认为碱活性骨料又非用不可时，则严格控制混凝土中碱含量，如采用碱含量小于0.6%的水泥，降低水泥用量，选用含碱量低的外加剂等。4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回(3)在水泥中掺入火山灰质混合材料(如粉煤灰、硅灰和矿渣等)。因为它们能吸收溶液中的钠离子和钾离子，使反应产物早期能均匀分布在混凝土中，不致集中于骨料颗粒周围，从而减轻或消除膨胀破坏。(4)在混凝土中掺入引气剂或引气减水剂。它们可以产生许多分散的气泡，当发生碱骨料反应时，反应生成的胶体可渗入或被挤入这些气泡内，降低了膨胀破坏应力。二、提高混凝土耐久性措施提高混凝土耐久性的措施主要有：(1)选用合理的水泥品种；(2)采用较小水灰比，并严格控制最大水灰比和最小水泥用量，见表4-24；(3)选用杂质少、级配良好、粒径较大或适中，针、片状颗粒含量少，坚固性好，合理砂率和品质良好、级配合格的骨料；4.4硬化后混凝土的性质上一页下一页返回(4)努力提高硅施工质量采用机械搅拌，机械振捣；(5)充分养护；(6)掺入减水剂或引气剂等适宜的外加剂，以提高混凝土密实度；(7)掺入掺和料。4.4硬化后混凝土的性质上一页返回4.5.1混凝土配合比设计的基本要求普通混凝土的配合比是指lm3混凝土的各组成材料之间的质量比例关系。普通混凝土的组成材料主要包括水泥、粗骨料、细骨料和水，随着混凝土技术的发展，外加剂和掺和料的应用口益普遍，因此如何确定混凝土单位体积内的各组成材料的用量，就称为混凝土的配合比设计。混凝土配合比的表示方法。混凝土配合比的表示方法主要有两种：一种是以lm3混凝土中各组成材料的用量(kg)来表示，如水泥320kg，砂690kg，石子1224kg，水180kg；另一种是以水泥质量为1，用各组成材料之间的质量比来表示，将上例换算成质量比，水泥∶砂∶石=1∶2.1