第5章混凝土教学内容

第5章--混凝土7.1.2混凝土分类1．混凝土按照表观密度分类(1重混凝土：表观密度大于2600kg／m3，采用重晶石、铁矿石配制而成，具有防御X等射线的性能。(2)普通混凝土简称混凝土。表观密度在1950一2600kg／m3之间。主要由砂、石子和水泥配制而成，主要用于建筑物承重结构材料。(3)轻混凝土容重小于1950kg／m3，可用作轻质结构材料和保温绝热材料。2.按用途分类结构、装饰、防水、道路、防辐射、耐热、大体积、膨胀混凝土等。3、按强度等级分类（1）普通混凝土抗压强度<C30低强度混凝土抗压强度30-C60中强度混凝土（2）高强混凝土>60MP（3）超高强混凝土>100MP4、按使用功能和特性分类结构混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、高性能混凝土等。优点:(1)占材料用量80％以上的砂、石集料资源丰富，易于就地取材。(2)混合料具有可塑性，可以按工程结构要求浇筑成不同形状和尺寸的整体结构或预制构件。(3)匹配性好。与钢筋、钢纤维等，与钢材有基本相同的线膨胀系数，相互粘结牢固，工作整体性强。(4)可调整性强。改变组分品种和数量时可以制得不同物理力学性质的混凝土。(5)节省钢材、木材。(6)强度高，耐久性较好，在一般环境中使用时维护费用低。缺点:自重大、比强度小、抗拉强度低、变形能力差、易开裂。7.1.3混凝土的特点7.1.5工程中对混凝土的基本要求（1）适应的施工和易性（2）设计的强度（3）适应的耐久性（4）经济合理，降低成本7.2普通混凝土的组成材料基本组成材料：水泥、水、天然砂和石子、外加剂和掺合料。水、水泥形成水泥浆包裹在砂粒表面，填充砂粒间的空隙再形成水泥砂浆包裹住石子，填充石子间空隙砂和石起骨架作用性质取决于原材料的性质和材料的相对含量普通混凝土结构示意图7.2.1水泥

水泥是混凝土中最重要的材料，起胶结作用，应合理正确地选择水泥品种和等级。1、水泥品种的选择根据工程性质特点，所处环境及施工条件合理选用，一般选择以下：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。2、水泥强度等级的选择高强度等级混凝土——采用高强度等级水泥水泥强度/混凝土强度=0.9~1.5低强度等级混凝土——采用低强度等级水泥水泥强度/混凝土强度=1.5~2.0低强度水泥配高强度混凝土，水泥用量多不经济。高强度水泥配低强度混凝土，少量就能满足要求，要保证施工的和易性及耐久性要增加水泥用量，也不经济。7.2.2细骨料

细骨料：粒径在150μm—4.75mm之间的岩石颗粒。技术性能要求：有害杂质含量少具有良好的颗粒形状适宜的颗粒级配和细度表面粗糙，与水泥粘结牢固性能稳定，坚固耐久

1.砂的种类及特性天然砂：自然风化、水流搬运形成。有海砂、山砂、河砂。人工砂：由岩石机械破碎而成。国标规定砂按细度分为粗、中、细按技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类2.混凝土用砂的质量技术要求（1）有害杂质含量目砂中有害杂质的含量（2）粗细程度和颗粒级配定义：指砂的粗细程度。不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体砂的粗细程度。分为粗砂、中砂、细砂等几种一般粗砂的比表面积小，其外包裹水泥浆少，用水泥量最省。颗粒级配：不同粒径砂颗粒的分布情况。 级配良好的砂，空隙率小，水泥用量少，可以提高混凝土的密实度和强度。二种就减小三种就更小同粒径的砂空隙最大颗粒级配：不同粒径砂颗粒的分布情况。

细度模数和颗粒级配的测定

常用筛分析的方法测定方法：用一套方孔孔径（净尺寸）为9.5，4.75，2.36，1.18，0.6，0.3，0.15mm的七个标准筛，将500克干砂试样由粗到细依次过筛，称筛余量进行计算。分计筛余百分率：各筛上筛余量占砂样总质量的百分率，用a1~a6表示。累计筛余百分率：各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和。用A1~A6表示。细度模数：Mx在3.7~1.6之间

粗砂3.7~3.1

中砂3.0~2.3

细砂2.2~1.6

特细砂1.5~0.7

水工混凝土用砂Mx在2.4~3.0为宜。

对细度模数3.7~1.6的普通混凝土用砂，根据600mm孔径筛（控制粒级）累计筛余百分率划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级配区。（见后图）4.75mm0~10Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区600μm85~71Ⅰ区70~41Ⅱ区40~16Ⅲ区砂子1、2、3级配区曲线判断砂级配合格和依据：4.75mm0~10600μm16~85

以上两项必须满足要求，允许其它档略有超出，但超出总量应小于5%。（按表6.5）砂有细度模数相同，颗粒级配可以不同如级配不满足要求，可通过下面方法改善：人工掺配过筛偏向右下方，表示砂较粗偏向左上方，表示砂较细砂样分析结果分计筛余百分率：各筛上筛余量占砂样总质量的百分率，用a1~a6表示。累计筛余百分率：各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和。用A1~A6表示。细度模数：属于中砂600μm累计百分率为52，属于Ⅱ区（70~41）（1）完全干燥状态（烘干状态）在100~110度温度下烘干，达到恒重状态；（2）气干状态（风干状态）在环境中达到平衡含水率时的状态；（3）饱和面干状态（表干状态）颗粒表面干燥，内部孔隙吸水饱和时的状态；（4）湿润状态（潮湿状态）颗粒内部吸水饱和，表面附有吸附水的状态。（3）砂的含水状态骨料的含水状态建筑工程中：普通混凝土配合比计算以干燥状态骨料为准。大型水利工程中：普通混凝土配合比计算以饱和面干状态骨料为基准。砂的坚固性定义：砂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。坚固性采用硫酸钠溶液浸泡——烘干——浸泡循环试验法检验。测定5个循环后的质量损失率。碱活性是指骨料中能与碱发生作用的活性成分的相对含量。在潮湿的环境下会发生化学反应导致混凝土开裂的膨胀反应。（4）坚固性和碱活性粒径大于5ｍｍ的骨料为粗骨料（卵石和碎石）。对用于配制普通混凝土的卵石和碎石两种。7.2.3粗骨料1.颗粒形状和表面特征卵石——天然岩石以自然风化，水流搬运与分选、堆积等自然作用而形成。碎石——天然岩石以机械破碎、筛分制成。都分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类别。2、有害物质含泥量、泥块含量、有机物、硫化物3.最大粒径、颗粒级配（1）石子最大粒径（Dmax）石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。石子的最大粒径越大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。然而石子最大粒径（Dmax）过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。同时，最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。根据我国钢筋混凝土施工规范规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面的短边长度的１／４；不得大于钢筋最小净距的３／４。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。（2）颗粒级配粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试验采用筛分法测定，即用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90ｍｍ等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的级配。间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石、卵石的颗粒级配规格见表4.粗骨料的强度及坚固性（1）粗骨料的强度粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒状石子的压碎指标来表示。岩石立方强度试验，是用母岩制成5×5×5㎝立方体，或直径与高度均为5㎝的圆柱体试样，浸泡水中４８ｈ，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5。压碎指标是将一定重量气干状态下10～20ｍｍ的石子装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到200ｋＮ，卸荷后称取试样质量（ｍ0），再用孔径为2.36ｍｍ的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1），用下式计算压碎指标：式中 δa---------压碎指标值，%； ｍ0--------试样质量，g；

m1--------压碎试验后试样的筛余量，g。压碎指标值越小，骨料的强度越高。（2）骨料的坚固性骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过规范的规定。

在拌制和养护混凝土用的水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。污水、PH值小于４的酸性水、含硫酸盐（按ＳＯ3计）超过水重１％的水均不得使用，在对水质有疑问时可将该水与洁净水分别制成混凝土试块，然后进行强度对比试验，如果用该水制成的试块强度不低于洁净水制成的试块强度，就可用此水来拌制混凝土。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，对水泥石有侵蚀作用，对钢筋也会造成锈蚀，因此一般不得用海水拌制混凝土。7.2.4混凝土拌合及养护用水7.3普通混凝土的技术性质7.3.1混凝土拌和物的和易性混凝土拌和物（新拌混凝土）：混凝土的各组成材料按一定的比例配合搅拌而成的尚未凝固的材料。提出和易性的概念主要是为了便于施工获得均匀而密实的混凝土以保证砼的强度和耐久性1、和易性的概念

定义：指混凝土拌合物在一定施工条件下，便于操作并能获得质量均匀而密实的混凝土的性能。和易性包括三个部分流动性：在自重、机械振捣下，能流动并能均匀密实地填满模板的性能。粘聚性：砼拌和物的组分之间有一定的凝聚力。不致产生分层和离析。保水性：保持水分的能力。不泌水。（保水性差会降低混凝土的强度和耐久性）三者之间相互关联又互相矛盾，粘聚性好，保水性一般也好，但流动性可能差。增大流动性，粘聚性、保水往往变差。三方面统一即和易性好。2、测定办法评定和易性方法：流动性的检测方法：坍落度（T）维勃稠度（s）粘聚性的检测方法：采用直观经验目测。保水性的检测方法：采用直观经验目测。

（1）、坍落度定义：见下图坍落度的测定方法测量坍落度值按坍落度值将混凝土流动性大小分为四个级别（1）大流动性混凝土：T≥160mm（2）流动性混凝土：T=100-150mm（3）塑性混凝土：T=50-90mm（4）低塑性混凝土：T=10-40mm

当T＜10mm时，为干硬性混凝土。用维勃稠度（s）来表示。选择坍落度，应根据a结构类型b构件截面大小c配筋疏密d输送方式e施工捣实方法等因素来确定。一般板、梁、柱，T=30—50mm泵送砼，T=80—180mm(2)、维勃稠度测定T＜10mm的干硬性砼的流动性。定义、方法见下图维勃稠度用时间秒（s）来表示，稠度值一般为5—30s，适用于石子最大粒径DM≤40mm的混凝土。按维勃稠度可分为四个等级半干硬性砼（10~5s）干硬性砼（20~11s）特干硬性砼（30~21s）超干硬性砼（≥31s）3.影响砼和易性的主要因素（1）水泥浆的数量（用水量及水灰比）在水灰比（W/C）不变的情况下，水泥浆越多，拌合物流动性越大。但太多会造成流浆、泌水、离析、分层（粘聚性差），影响砼的强度和耐久性。所以，水泥浆用量以满足砼流动性和强度为宜。不易过量。（2）水泥浆的稠度

a、水泥用量不变，减小水灰比水泥浆变稠，流动性变小，太稠会造成施工困难，影响砼的密实。

b、水泥用量不变，增大水灰比流动性增大，但过大会使粘聚性、保水性不良，产生流浆离析，影响砼的强度。

(3)砂率的影响砂率定义：混凝土中砂的质量占砂石总重量的百分比。砂率改变，由于改变了骨料的空隙率、骨料的总表面积较大，对和易性有显著影响。a、砂率过大空隙率、比表面积增大，水泥浆相对少了，降低了流动性。b、砂率过小一般,比表面积减小，水泥浆相对多了，增加了流动性在不能保证粗细骨料之间有足够的砂浆层时，也会降低流动性。

合理砂率：在水灰比和水泥用量一定的条件下，使混凝土拌和物保持良好的粘聚性和保水性并获得最大流动性的砂率。合理砂率有最大的流动性而水泥用量最小合理砂率具有最大的流动性且水泥用量最小砂率变化与坍落度（T）和水泥用量关系砂率过大流动性降低砂率过大水泥用量增加(4)组成材料的性质影响A、水泥对和易性的影响水泥品种不同，需水量不同。普通水泥——流动、保水性好矿渣水泥——流动性大，粘聚性差，易泌水火山灰水泥——流动性显著降低，粘聚性、保水性好。B、骨料对和易性的影响骨料性质对和易性影响较大

a、级配良好的骨料。空隙率小，和易性好。

b、表面越粗糙，和易性越差。（碎石比卵石和易性差。）

c、细度越细，比表面积越大，流动性变小。（细砂比粗砂流动性小。）

（5）外加剂

在不增加水泥用量的情况下，可改善砼拌和物和和易性。不仅可增加流动性，而且改善粘聚、保水性。（6）时间、温度

a、随时间延长——拌和物变得干稠——和易性差

b、温度升高——水分蒸发快——流动性降低总结：调整混凝土拌和物和易性的方法有：（1）采用合理砂率，尽可能用较低砂率。（2）改善砂、石级配（尤其石）（3）尽可能采用较粗大砂石。调整方法：坍落度（T）过小，保持水灰比（W/C）不变，增加水泥浆的用量。

——T每增加10mm。水和水泥约增加原用量的1~2%。

坍落度（T）过大，保持砂率（Sp）不变，增加砂和石的用量

——T每减少10mm。砂和石子约增加原用量的1~2%。7.3.2硬化混凝土的强度一般来说，混凝土的强度越高，其刚性、不透水性、抗风化和某些介质的能力越高。我们通常用混凝土的强度来评定和控制混凝土的质量。立方体抗压强度标准值（fcu·k）：按标准方法制作的标准立方体试件（尺寸150×150×150mm），在标准条件下养护至28天龄期，具有强度保证率为95%的混凝土立方体抗压强度。标准方法：温度20℃±3℃。相对湿度90%以上。混凝土按此分为：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75共十六个强度等级。C20即表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu·k=20MP。1、立方体抗压强度2.砼的轴心抗压强度（fcp）

在实际中，混凝土构件一般是棱柱体型和圆柱体型，此时接近构件实际受力情况。故采用轴心抗压强度fcp作为受力依据。轴心抗压强度：采用尺寸150×150×300mm棱柱体作为试件。高宽比（h/a）与强度关系：h/a越大，强度越小。所以：fcp≈（0.70~0.80）fcu·k一般取fcp=0.76fcu·k3.混凝土的抗拉强度（fts）抗拉强度一般为抗压强度的/10~1/20。在混凝土中不考虑混凝土的抗拉强度，只用于抗裂计算。采用混凝土的劈裂抗拉强度（fts）fts=2P/πA=0.637P/AP—破坏荷载(N)A—试件劈裂面积（mm2）劈裂强度与混凝土标准立方体抗压强度之间的关系

fts=0.35（fcu）3/4劈裂抗拉1、4、压力机上下压板2、垫条3、执层5、试件4、影响混凝土强度的主要因素在骨料与砂浆界面由于化学、物理收缩产生许多微细裂缝。混凝土成型后的泌水作用形成界面裂缝混凝土受力时，会在界面裂缝扩大，最后汇合连通而破坏。因此，混凝土的强度取决于水泥石的强度。即：水泥的强度等级水灰比骨料的性质有关其与骨料的粘结强度施工质量、养护方法、龄期影响

（1）水泥强度与水灰比决定混凝土强度最主要的因素水泥强度和水灰比水灰比不变时，水泥强度越高，则混凝土强度愈高。水泥强度等级相同，水灰比越小，则水泥强度愈高。（2）骨料的影响级配良好，砂率适当，有得于混凝土强度的提高。骨料的强度越高混凝土强度越高表面越粗糙，粘结力越高，强度越高。骨料中有害杂质多，会降低混凝土的强度。（3）养护温度及湿度的影响温度和湿度是影响水泥水化程度的速度和重要因素。湿度足够加上适当的的温度，水泥的水化速度加快，混凝土强度发展也快。当温度小于0度时，水分结冰，水化停止，强度也停止发展，同时体积膨胀造成砼破坏。养护方法：增加和保持湿度：浇完后，12小时内覆盖草袋和薄膜。夏季施工，混凝土在硬化后要及时浇水保湿。改变温度的方法：冬期施工，可提高材料和环境温度，以快速提高混凝土早期强度。大体积混凝土，用埋设水管用水流不降低温度，防止混凝土开裂。（4）龄期

定义：混凝土在正常养护条件下所经历的时间。7~14天强度发展较快。对于普通水泥，强度与龄期的常用对数成正比。其经验公式如下：fn/f28=lgn/lg28fn——n天龄期的抗压强度。f28——28天的龄期的抗压强度n——养护龄期（天数）n≥3（5）试验条件对混凝土强度测定值的影响a试件尺寸不同尺寸可用系数换算，体积越大，在压力机上压出的强度越低。b试件形状h/a高宽比越大，在压力机上压出的抗压强度越小。（失稳破坏）c表面状态越粗糙，在压力机上压出的强度越高.d加荷速度加荷速度越快，测得的强度值越大。一般加荷速度采用0.3~0.8mp/s7.3.3混凝土的抗裂性1.混凝土产生裂缝的原因(1).拉应力超过抗拉强度(2).干缩变形(3).温度应力2.提高抗裂性的主要措施（1）选择适当的水泥品种（2）适当的水灰比（3）采用流动性较少的骨料（4）加外加剂（5）加强养护混凝土的变形性能变形：非荷载作用下的变形：混凝土的化学收缩、干湿变形、温度变形荷载作用下的变形：短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形一、非荷载作用下的变形1、化学收缩：水泥水化生成的固体体积比反应前物质的总体积小。2、干湿变形：干缩湿胀3、温度变形：热胀冷缩二、荷载作用下的变形1、短期荷载作用下的变形（1）混凝土的弹塑性变形混凝土是弹塑性体（见右图）（2）混凝土的弹性模量弹性模量Ec（3）混凝土受压变形与破坏原生界面裂缝在受力作用下发生变化。2、长期荷载作用下的变形——徐变

徐变定义：在长期荷载作用下，除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外，还会随时间增长的非弹性变形。在荷载初期徐变增长较快，以后逐渐稳定。产生原因：水泥石中凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动。使凝胶孔水向毛细孔内迁移的结果。影响因素：W/C——小，则徐变小骨料——弹性模量大，则徐变大应力——越大，徐变越大作用：有利一面：减少应力集中，使应力重分布不利一面：会造成预应力损失。7.3.4混凝土的耐久性耐久性：混凝土抵抗环境介质作用并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。包括：抗渗、抗冻、抗磨、抗侵蚀性、抗碳化、抗碱骨料反应、混凝土中钢筋耐锈蚀的能力1、混凝土的抗渗性定义：砼抵抗有介质渗透作用的能力。砼的抗渗强度等级分为P2、P4、P6、P8、P10、P12（旧用S2~S12表示）等五个等级。影响因素：水灰比是影响抗渗性的主要因素。大,抗渗性越差。>0.6，抗渗性急剧下降。2、混凝土的抗冻性定义：混凝土在饱和水作用下，经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低所具有性能的能力。抗冻性以混凝土的强度损失≤25%，质量损失≤5%所能承受的最多冻融循环次数来表示。－15℃~20℃的空气中冻结、融化作为一次循环。混凝土抗冻强度等级用F（旧用D）表示。共分为九个等级：F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300。如F50表示材料能抵抗冻融循环50次。试验方法评定：慢冻法：循环周期8~12小时快冻法：循环周期2~4小时——用于强度较高的砼。3、混凝土的抗侵蚀性侵蚀的种类：软水、盐类、酸类、强碱的侵蚀。提高抗侵蚀性的措施：选择合适的水泥品种降低水灰比提高砼的密实度、改善砼的孔隙结构。4、抗碳化性定义：也叫中性化。空气中CO2的与水泥石中Ca(OH)2反应生成Ca(CO3)和水，使混凝土中性化，破坏了钢筋保护膜，造成钢筋锈蚀。作用：不利的方面：钝化膜破坏，钢筋锈蚀，产生体积膨胀破坏。有利的方面：生成填充孔隙。生成的水有助于水泥水化，提高混凝土密实度。5、碱骨料反应定义：水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应。在骨料表面生成复杂的碱—硅酸凝胶，吸水后体积膨胀3倍以上，导致混凝土开裂破坏。反应必具的条件（1）碱含量高（Na2O、K2O）（2）有活性二氧化硅成份。（3）有水采取的措施：（1）减小碱含量（2）用非活性混合材料。（3）减少水泥用量（4）掺火山灰混合材料，减少膨胀值（5）防止水分侵入。6、提高混凝土耐久性的措施主要措施：（1）合理选择水泥品种（2）选用好的砂石骨料（3）控制水灰比，保证水泥用量，以保证密实度。（4）加减水剂、引气剂。（5）保证施工质量。7.4混凝土外加剂一、外加剂的分类按主要功能分为四类：（1）改变混凝土拌和物的流变性能——减水剂、引气剂、泵送剂（2）调节砼的凝结时间、硬化性能——缓凝剂、早强剂、速凝剂（3）改善耐久性——引气剂、防水剂、阻锈剂（4）改善砼的其它性能——加气剂、膨胀剂、防冻剂、防水剂、着色剂7.4.1减水剂定义：在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌合用水量的外加剂。分为：普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂1、减水剂的作用机理表面活性物质：亲水基团、憎水基团。见下页图：表面活性物质亲水基团带负电，水泥颗粒间产生相互排斥力，而使水泥絮凝结构解体，释放出游离水，增加流动性。减水剂机理图2、经济效果（作用）（1）增加流动性（2）提高了混凝土强度（3）节约水泥（4）提高混凝土耐久性3、常用的减水剂木质素系减水剂——木钙、木钠、木镁（生产纸浆剩下的亚硫酸盐浆废液作原料）萘磺酸盐系减水剂——萘或萘的同系物经磺化与甲醛缩合水溶性树脂减水剂——以水溶性树脂为主要原料详见下表：减水剂表7.4.2早强剂

定义：早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂，常用于要求拆模早的工程、抢修工程及冬季施工。常用早强剂有：氯盐系：NaCl、KCl、AlCl3、FeCl3硫酸盐系：CaSO4、Na2SO4、Al2(SO4)3有机胺系、复合早强剂等

7.4.3引气剂

定义：引气剂是在搅拌混凝土过程中能引人大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂多属憎水性表面活性剂。主要品种有松香皂、松香热聚物、烷基苯磺酸盐等。作用：1．改善和易性2．提高耐久性3．混凝土的强度及耐磨性降低7.4.4防水剂定义：防水剂是一种能减少孔隙和堵塞毛细通道，用以降低混凝土在静水压力下透水性的外加剂。防水剂分为：无机防水剂，如三氯化铁、水玻璃等，有机防水剂如有机硅、沥青、橡胶液利树脂乳液等。7.4.5缓凝剂

定义：缓凝剂是延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝剂还具有减水、增强、降低水化热等功能，对钢筋无腐蚀作用，多用于高温季节施工、大体积混凝土施工、滑模施工、泵送混凝土及较长时间停放或远距离运送的商品混凝土等。缓凝剂的分类、品种及掺量见下表：7.4.6防冻剂

定义：防冻剂是在规定温度下，能显著降低冰点，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。防冻剂中能降低混凝土冰点的品种有：氯化钠、亚硝酸钠及尿素等；能直接参与水泥水化反应，加速混凝土凝结硬化，提高混凝土强度的品种有：碳酸钾、氯什钙、硝酸钙等。冬季使用的防冻剂通常由减水剂、引气剂、早强剂和防冻刑等复合而成，其效果要比单独使用好。7.5普通混凝土的配合比设计

混凝土的配合比是指混凝土中四种材料水泥、水、砂及石子用量之间的比例关系，有时还注明外加剂的用量。配合比表示方法：（1）以每M3混凝土所用水泥重量C、水重量W、砂子重量S、石子重量G表示（一般情况下多采用此法）如：C＝300kg、W＝180kg、S＝720kg、G＝1200kg（2）以水泥重量为1时，各种材料用量间相对关系来表示：如：水泥：砂，石子＝1:2.40:4.00，水灰比＝0.604.5.1混凝土配合比的基本要求：

（１）满足结构设计的强度等级要求；

（２）满足混凝土施工所要求的和易性；

（３）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；

（４）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。混凝土配合比的设计资料准备（1）确定配制强度（2）耐久性要求（3）构件断面、配筋——最大粒径DM（4）施工管理水平——用来选择T和DM（5）原材料性能——密度、DM、水、砂、石情况7.5.2配合比设计中的三个重要参数组成混凝土的四种材料，即水泥、水、砂、石子用量之间有三个对比关系，即：1水灰比（）：用水量与水泥用量之间的对比关系。水灰比是确定混凝土强度和耐久性的重要参数，也是影响混凝土和易性的重要因素。2砂率（βs）：砂的用量与石子用量之间的对比关系。通常以砂用量占砂、石总量的百分数表示(即砂率)。砂率是影响混凝土和易性的重要参数。3、单位用水量（W）

混凝土中水泥浆用量与骨料用量之间的对比关系，可用每立方米混凝土的用水量表示。用水量主要影响混凝土和易性，对混凝土的强度也有影响。确定的原则：（1）在满足强度、耐久性要求上，确定混凝土的。（2）在满足和易性的基础上，确定粗骨料、单位体积用水量、砂的用量。7.5.3混凝土配合比设计方法步骤先确定“初步配合比”

“基准配合比”（实验室试拌）强度、和易性检验“设计配合比”施工配合比1、初步计算配合比的确定（1）配制强度（fcu.o）的确定配制强度与设计强度的关系，要求配制强度＞设计强度fcu.o＝

fcu.k＋1.645σ（˂60）fcu.o——配制强度fcu.k——设计强度σ——砼强度的标准差fcu.o＝1.15fcu.k（≥60）A、标准差

C20

、

C25混凝土σ值最小取2.5MP

C30混凝土σ值最小取3.0MP

B、无统计资料

C、下列情况提高配制强度a、现场条件与试验室条件有差异。b、C30及以上等级砼，采用非统计方法评定时。(2)初步确定水灰比

满足强度要求的水灰比还要满足耐久性要求。(3)选取1M3混凝土的用水量（mwo）A、干硬性和塑性砼用水量确定a、为0.40~0.80，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的稠度查表4-23、4-24决定。b、<0.40的砼用水量应通过实验确定。B、流动性和大流动性砼的用水量计算a、以表4-24中T=90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm，用水量增加5kg。b、掺外加剂的砼用水量mwo＝mwo(1－β)目（4）计算混凝土的水泥用量

计算出来的水泥用量还要满足耐久性的最小水泥用量要求。（5）选择合理的砂率砂率按坍落度、骨料的规格、品种、水灰比（6）计算粗、细骨料的用量（mgo、

mso）1）质量法假定1M3混凝土拌合物的质量为一定值。

mcp——1M3砼拌和物的假定质量，一般取2400kg/M3由以上两式可解出砂和石的用量。2）体积法α——含气率，不掺引气剂时取1（即1%）

假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和所含空气体积之总和。

由上两式可解出砂和石的用量。最后得出初步配合比为：2、配合比试配、调整、确定（1）配合比试配、调整检验拌和量：DM≤31.5mm时，取15LDM为40mm时，取25L先检验和易性，不满足进行调整后得到基准配合比，供强度检验用。（2）设计配合比的确定a、由试验得出的各灰水比及其对应的混凝土强度关系，用作图法或计算法求出混凝土配制强度相对应的灰水比。b、按基准配合比制作试件满足和易性确定用水量，再确定水泥用量。c、粗细骨料取基准配合比的用量，按灰水比进行适当调整。3、施工配合比

考虑骨料的含水率，对单位用水量进行调整。假定砂含水率为a（%），石含水率为b（%）施工配合比为：（3）表观密度的校正当≤2%时，不调整。当＞2%时，各项材料×δ。其设计配合比：

某房屋为混凝土框架工程，混凝土不受风雪等作用，设计混凝土等级C25。施工要求坍落度为30~50mm，采用机械搅拌、机械振捣，施工单位历史统计资料σ=6MP

。采用的材料为：水泥P·O42.5MPa，实测密度3.10g/cm3粗骨料为卵石，DM=40mm，视密度为2.70g/cm3，含水率为3%细骨料为河砂，Mx=2.70，实测视密度2.65g/cm3，含水率为1%。试设计该混凝土配合比。例题解：1、初步计算配合比（1）确定配制强度（fcu.o）据统计资料，标准差σ=6MP，则

fcu.o

＝fcu.k＋1.645σ=25+1.645×6=34.87MP

（2）确定水灰比（）(3)确定用水量（mwo）

按流动性和大流动性砼的用水量计算，由T=35~50mm，卵石，DM=40mm，查表4-11

用水量为160kg。

mwo=160kg（4）计算混凝土的水泥用量（5）确定合理的砂率砂率按卵石，DM=40mm、中砂（Mx=2.70），水灰比0.54，查表4-25，βs=32%。（6）计算粗细骨料的用量（mgo

、mso）

采用体积法因为不掺引气剂时，含气率取1。水泥密度3.10g/cm3

卵石，视密度为2.70g/cm3，河砂，视密度2.65g/cm3。由两式可解得砂和石的用量：初步配合比为：

配合比经试验均满足和易性和强度要求，表观密度不须调整。2、配合比试配、调整、确定3、施工配合比考虑骨料的含水率，对单位用水量进行调整。砂含水率为3（%），石含水率为1（%）

施工配合比为：水泥砂石水例2．某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为Ｃ20，施工要求混凝土坍落度为50-70㎜，施工单位无历史统计资料，所用原材料情况如下：水泥：32.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为ρｃ=3.10ｇ/cm３，砂：中砂，Mx=2.70,级配合格，石：卵石，Dmax=40mm,级配合格，试设计Ｃ20混凝土配合比。

解:1.初步配合比计算：(1)确定混凝土配制强度（fcu,0），由表4-19，σ＝5MPafcu,0=fcu,k+1.645σ=20+1.645×5=28.2MPa(2)计算水灰比（W/C）因水泥无实测强度，也可取γc=1.0fce=γc×fce,k=1.0×32.5=32.5MPa（3）确定用水量（mw0）查表4-24，对于最大粒径为40㎜的卵石混凝土，当所需坍落度为50～70㎜时,1m3混凝土的用水量可选用170kg。(4)计算水泥用量（mc0）按表4-16对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260㎏，故可取mc0＝362㎏／ｍ3。（5）确定砂率（βs）查表4-25，对于采用最大粒径为40㎜的卵石配制的混凝土，当水灰比为0.47时，其砂率值可选取26.8%~32.1%，（采用插入法选定）现取βs=30％。（６）计算砂、石用量（ｍs0、ｍg0）假定表观密度法计算，将mc0=362㎏；mw0=170㎏代入方程组计算配合比：C:362kg,W:170kg,S:561kg,G:1307Kg,W/C=0.4715升用量：C:4.34kg,W:2.04kg,S:6.73kg,G:15.68kg第二组：W/C=0.47+0.05=0.52:W:170kgmc0=170/0.52=327kg

砂率：31%，mg0=2.23ms0

解得：S=589kg,G=1314kg,W=170kg,C=327kg第三组：W/C=0.47－0.05=0.42:W:170kgmc0=170/0.42=405kg

砂率：28%，mg0=2.57ms0

解得：S=511kg,G=1314kg,W=170kg,C=405kg每种配比制作两组强度试块，标准养护28d进行强度测定。7.6其他品种混凝土7.6.1抗渗混凝土

抗渗混凝土系指有较高抗渗能力的混凝土，通常其抗渗等级等于或大于Ｐ６级，又称抗渗混凝土。

抗渗混凝土的配制原理是：采取多种措施，使普通混凝土中原先存在的渗水毛细管通路尽量减少或被堵塞，从而大大降低混凝土的渗水。根据采取的防渗措施不同，防水混凝土可分为：普通防水混凝土；外加剂防水混凝土；膨胀水泥防水混凝土。膨胀水泥防水混凝土是采用膨胀水泥配制而成，由于这种水泥在水化过程中能形成大量的钙矾石，会产生一定的体积膨胀，在有约束的条件下，能改善混凝土的孔结构，使毛细孔径减小，总孔隙率降低，从而使混凝土密实度提高，抗渗性提高。7.6.2耐热混凝土

耐热混凝土是指能长期在高温（200～900℃）作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。耐热混凝土是由适当的胶凝材料、耐热粗、细骨料及水（或不加水），按一定比例配制而成。根据所用胶凝材料不同，通常可分为：硅酸盐水泥耐热混凝土；铝酸盐水泥耐热混凝土；水玻璃耐热混凝土和磷酸盐耐热混凝土。7.6.3耐酸混凝土

能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。耐酸混凝土由水玻璃作胶结料，氟硅酸钠作促硬剂，与耐酸粉料及耐酸粗、细骨料按一定比例配制而成，耐酸粉料由辉绿岩、耐酸陶瓷碎料、含石英高的材料磨细而成。耐酸粗细骨料常用石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。7.6.4纤维混凝土以普通混凝土为基材，外掺各种纤维材料而组成的复合材料，称为纤维混凝土。纤维材料的品种很多，通常使用的有钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、合成纤维、碳纤维等。其中钢、玻璃、石棉、碳等纤维为高弹性模量纤维，掺入混凝土中后，可使混凝土获得较高的韧性，并提高抗拉强度、刚度和承担动荷载的能力。而尼龙、聚乙烯、聚丙烯等低弹性模量的纤维，掺入混凝土只能增加韧性，不能提高强度。纤维的直径很细，通常为几十至几百微米。纤维的长径比一般为70～120。纤维的掺量按占混凝土体积的百分比计，其掺加体积率一般为0.3％～８％。常用钢纤维的直径为0.35～0.7㎜，长径比在50～80之间，适宜掺加体积率为１％～２％。7.6.5防辐射混凝土

能遮蔽Ｘ、γ射线及中子辐射等对人体危害的混凝土，称为防辐射混凝土，它由水泥、水及重骨料配制而成，其表观密度一般在3000kg／ｍ3以上。混凝土表观密度愈大，防护Ｘ、γ射线的性能越好，且防护结构的厚度可减小。但对中子流的防护，混凝土中还需要含有足够多的氢元素。配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水化热较低、水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水泥，最好使用硅酸钡、硅酸锶等重水泥。常用重骨料主要有重晶石（BaSO4）、褐铁矿（2Fe2Ｏ3·3H2O）、磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）等。另外，掺入硼化物及锂盐等，也可有效改善混凝土的防护性能。

防辐射混凝土用于原子能工业以及国民经济各部门应用放射性同位素的装置中，如反应堆、加速器、放射化学装置等的防护结构。7.6.6轻集料混凝土

以轻粗集料、轻细集料（或普通细集料）、水泥和水配制而成的，干表观密度不大于1950㎏/ｍ3的水泥混凝土为轻集料混凝土。

轻集料混凝土根据其抗压强度可分为：CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45和CL50共11个强度等级。不同强度等级的轻集料混凝土应满足相应抗压强度要求。影响轻集料混凝土强度的主要因素有集料性质、水泥浆强度及施工质量等。轻集料颗粒本身的强度（或筒压强度）、集料的颗料级配、水泥浆的用量等是决定轻集料混凝土强度的主要因素。

轻集料混凝土配合比设计应满足强度等级和密度等级的要求，满足施工和易性的要求，还应满足耐久性和经济性方面的要求，同时应考虑集料吸水率的影响。习题（四）例4-1.普通混凝土中使用卵石或碎石，对混凝土性能的影响有何差异？解碎石表面粗糙且多棱角，而卵石多为椭球形，表面光滑。碎石的内摩擦力大。在水泥用量和用水量相同的情况下，碎石拌制的混凝土由于自身的内摩擦力大，拌合物的流动性降低，但碎石与水泥石的粘结较好，因而混凝土的强度较高。在流动性和强度相同的情况下，采用碎石配制的混凝土水泥用量较大。而采用卵石拌制的混凝土的流动性较好，但强度较低。当水灰比大于0.65时，二者配制的混凝土的强度基本上没有什么差异，然而当水灰比较小时强度相差较大。[评注]碎石与水泥石的粘结性好，这对配制高强混凝土特别有利。Ｗ／Ｃ越小，碎石同卵石的界面粘结程度的差异越大，对混凝土强度的影响也越大。此外一般情况下，碎石的强度高于卵石的强度，这对提高混凝土的强度也是有利的。

例4-2．为什么不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土？为什么不宜用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土？解采用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，只需少量的水泥或较大的水灰比就可满足强度要求，但却满足不了施工要求的良好的和易性，使施工困难，并且硬化后的耐久性较差。因而不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土。用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土时，一是很难达到要求的强度，二是需采用很小的水灰比或者说水泥用量很大，因而硬化后混凝土的干缩变形和徐变变形大，对混凝土结构不利，易于干裂。同时由于水泥用量大，水化放热量也大，对大体积或较大体积的工程也极为不利。此外经济上也不合理。所以不宜用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土。[评注]若用低强度水泥来配制高强度混凝土，为满足强度要求必然使水泥用量过多。这不仅不经济，而且使混凝土收缩和水化热增大还将因必须采用很小的水灰比而造成混凝土太干，施工困难，不易捣实，使混凝土质量不能保证。如果用高强度水泥来配制低强度混凝土，单从强度考虑只须用少量水泥就可满足要求，但为了又要满足混凝土拌合物和易性及混凝土耐久性要求，就必须再增加一些水泥用量。这样往往产生超强现象，也不经济。当在实际工程中因受供应条件限制而发生这种情况时，可在高强度水泥中掺入一定量的掺合料（如粉煤灰）即能使问题得到较好解决。例4-3.为什么不宜用海水拌制混凝土？解：用海水拌制混凝土时，由于海水中含有较多硫酸盐（SO42－约2400ｍg／Ｌ），混凝土的凝结速度加快，早期强度提高，但２８天及后期强度下降（28ｄ强度约降低10％），同时抗渗性和抗冻性也下降。当硫酸盐的含量较高时，还可能对水泥石造成腐蚀。同时，海水中含有大量氯盐（CＩ－约15000ｍg／L），对混凝土中钢筋有加速锈蚀作用，因此对于钢筋混凝土和预应力混凝土结构，不得采用海水拌制混凝土。[评注]对有饰面要求的混凝土，也不得采用海水拌制，因为海水中含有大量的氯盐、镁盐和硫酸盐，混凝土表面会产生盐析而影响装饰效果。例4-4．什么是混凝土的和易性？它包括有几方面涵义？解和易性是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。和易性包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。

流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。粘聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象的性能。[评注]混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性，三者是互相关联又互相矛盾的，当流动性很大时，则往往粘聚性和保水性差，反之亦然。因此，所谓拌合物和易性良好，就是要使这三方面的性质在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使矛盾得到统一。例4-5．混凝土的流动性如何表示？工程上如何选择流动性的大小？解混凝土拌合物的流动性以坍落度或维勃调度作为指标。坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。工程中选择混凝土拌合物的坍落度，主要依据构件截面尺寸大小、配筋疏密和施工捣实方法等来确定。当截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大，钢筋较疏，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。[评注]正确选择混凝土拌合物的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥，有重要意义。在选择坍落度时，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高的混凝土。例4-6．影响混凝土拌合料和易性的因素有哪些？解影响混凝土拌合料和易性的因素主要有以下几个方面：（１）水泥浆的数量。水泥浆越多则流动性越大，但水泥浆过多时，拌合料易产生分层、离析，即粘聚性明显变差。水泥浆太少则流动性和粘聚性均较差。（２）水泥浆的稠度。稠度大则流动性差，但粘聚性和保水性则一般较好。稠度小则流动性大，但粘聚性和保水性较差。（3）砂率。砂率大则骨料的比表面积大，使流动性降低或需增加用水量，但粘聚性和保水性好。砂率小则流动性提高，但粘聚性和保水性降低。砂率过小时则流动性也降低。合理砂率（最佳砂率），有最大的流动性。（４）其他影响因素水泥品种，骨料种类，粒形和级配以及外加剂等，都对混凝土拌合物的和易性有一定影响。[评注]在工程实践中要改善混凝土和易性，一般可采取如下四条措施：（１）尽可能降低砂率，采用合理砂率，有利于提高混凝土质量和节约水泥。（２）改善砂、石级配，采用良好级配。（３）尽可能采用粒径较大的砂、石为好。（４）保持水灰比不变的情况下，增加水泥浆用量或加入外加剂（一般指的是减水剂）。例4-7．何谓砂率？何谓合理砂率？影响合理砂率的主要因素是什么？解砂率是混凝土中砂的质量与砂和石总质量之比。合理砂率是指用水量、水泥用量一定的情况下，能使拌合料具有最大流动性，且能保证拌合料具有良好的粘聚性和保水性的的砂率。或是在坍落度一定时，使拌合料具有最小水泥用量的砂率。影响合理砂率的主要因素有砂、石的粗细，砂、石的品种与级配，水灰比以及外加剂等。石子越大，砂子越细、级配越好、水灰比越小，则合理砂率越小。采用卵石和减水剂、引气剂时，合理砂率较小。[评注]砂率表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系，砂率的变动，会使骨料的总表面积和空隙率发生很大的变化，因此对混凝土拌合物的和易性有显著的影响。

当砂率过大时，骨料的总表面积和空隙率均增大，当混凝土中水泥浆量一定的情况下，拌合物就显得干稠，流动性就变小，如要保持流动性不变，则需增加水泥浆，就要多耗用水泥。反之，若砂率过小，则拌合物中显得石子过多而砂子过少，形成砂浆量不足以包裹石子表面，并不能填满石子间空隙。使混凝土产生粗骨料离析、水泥浆流失，甚至出现溃散等现象。

例4-8．现场浇灌混凝土时，严禁施工人员随意向混凝土拌合物中加水，试从理论上分析加水对混凝土质量的危害。解：现场浇灌混凝土时，施工人员向混凝土拌合物中加水，虽然增加了用水量，提高了流动性，但是将使混凝土拌合料的粘聚性和保水性降低。特别是因水灰比Ｗ／Ｃ的增大，增加了混凝土内部的毛细孔隙的含量，因而会降低混凝土的强度和耐久性，并增大混凝土的变形，造成质量事故。故现场浇灌混凝土时，必须严禁施工人员随意向混凝土拌合物中加水。[评注]不能采用仅增加用水量的方式来提高混凝土的流动性。施工现场万一必须提高混凝土的流动性时，必须在保证水灰比不变的情况下，既增加用水量，