土木工程材料 教材：土木工程材料 编者：湖南大学、天津大学、 同济大学、东南大学合编 吉林大学建设工程学院

第四章 水泥混凝土及砂浆

混凝土空心砖 混凝土工程

大体积空心混凝土工程

大体积混凝土工程

大体积混凝土工程

桥基钢筋混凝土工程

结构用轻骨料混凝土拌合物

混凝土预制件

彩色混凝土市政工程

彩色混凝土铺设的甬道

围堰桥基混凝土工程

本章主要内容 1、普通混凝土的组成； 2、普通混凝土的主要技术性质； 3、普通混凝土的质量控制； 4、普通混凝土的配合比设计； 5、水泥混凝土技术发展； 6、砂浆。

1、定义 混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造材料。 2、混凝土的分类 按胶凝材料的不同，分为无机混凝土和有机混凝土两大类。 普通混凝土常按其表观密度的大小进行分类，一般可分为： ⑴重混凝土，表观密度大于2600kg/m3； ⑵普通混凝土，表观密度为1950～2500kg/m3；

⑶轻混凝土，表观密度小于1950kg/m3： ①轻骨料混凝土；②多孔混凝土； ③大孔混凝土；轻骨料大孔混凝土的表观密度范围是500～1500kg/m3； ⑷特种混凝土： 高强混凝土；流态及超流态混凝土；防水混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；纤维混凝土；聚合物混凝土和喷射混凝土等。

3、混凝土的特点 ⑴可根据不同的要求配制不同性质的混凝土； ⑵具有良好的可塑性，可以浇制各种形状和大小的构件或结构物； ⑶与钢筋有牢固的粘结力和相近的线膨胀系数，能制作钢筋混凝土结构和构件； ⑷抗压强度高，耐久性好； ⑸经济性好； ⑹抗拉强度低；受拉时变形能力小；容易开裂；自重大。

4、对混凝土质量的基本要求 ⑴具有符合设计要求的强度； ⑵具有与施工条件相适应的施工和易性； ⑶具有与工程环境相适应的耐久性。

第一节 普通混凝土的组成材料 一、混凝土中各组成材料的作用 第一节 普通混凝土的组成材料 　　　普通混凝土是由水泥、砂、石和水所组成的。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。 一、混凝土中各组成材料的作用 在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆。水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙；在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定和易性，便于施工；水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体。

图4-1 混凝土的结构

　　外加剂和掺合料的作用： 1、在硬化前可以改善拌合物的和易性； 2、硬化后，能改善混凝土的物理力学性能和耐久性等。 现代混凝土工程常将外加剂和掺合料分别叫做混凝土的第五和第六组分。

二、混凝土组成材料的技术要求 ㈠水泥 1、水泥品种选择 采用何种水泥，应根据混凝土工程的特点和所处的环境条件进行合理的选择。 2、水泥强度等级选择 水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。对于普通混凝土来说，水泥标号一般是混凝土标号的1.5～2倍。

㈡细骨料 粒径在0.16～5mm之间的骨料为细骨料。一般采用天然砂，经常使用的有河砂、海砂及山砂，但以使用河砂居多。 配制混凝土对细骨料的质量要求： 1、有害杂质 砂中常含有一些有害杂质，如云母、粘土、淤泥、粉砂等。此外，一些还一些有机杂质、硫化物及硫酸盐。这些杂质都对水泥的强度及耐久性有一定的作用。重要工程还应对砂进行碱活性检验；使用海砂时，其中的氯离子含量不应超过0.06%。

2、颗粒形状及表面特征 山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，用它拌制的混凝土强度较高，但拌合物的流动性较差； 河砂、海砂，其颗粒多呈圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，用来拌制混凝土，混凝土的强度则较低，但拌合物的流动性较好。

图4-2 骨料颗粒级配 3、砂的颗粒级配及粗细程度 ⑴颗粒级配 砂的颗粒级配表示了砂的大小颗粒之间的搭配情况。在混凝土中应尽量减小砂粒之间的空隙。 (a) (b) (c) 图4-2 骨料颗粒级配

⑵粗细程度 砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起后砂的总体粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分的方法进行测定（孔径为5、2.50、1.25、0.63、0.315和0.16mm的标准筛，500g的干砂试样）。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。

细度模数μf计算公式： 普通混凝土用砂的粗细程度按细度模数分为粗、中、细三级。 细度模数范围： 　　细度模数范围： 　　μf在3.7～3.1为粗砂；μf在3.0～2.3为中砂；μf在2.2～1.6为细砂。 根据0.63mm筛孔累计筛余量，将砂分成三个级配区。

图4—3 砂的1、2、3级配区曲线

泵送混凝土，细骨料宜采用中砂、细度模数为2.5～3.2、通过0.315mm筛孔的砂不应少于5%。 图4—4 泵送混凝土细骨料 最佳级配图

4、砂的坚固性 砂的坚固性是指砂在气候、环境条件或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，以试样经5次循环后的重量损失百分数表示其坚固性。

㈢粗骨料 普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石。由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的，粒径大于5mm的岩石颗粒，称为碎石或碎卵石。岩石由于自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的颗粒，称为卵石。 1、有害杂质 重要工程的混凝土所使用的碎石或卵石应进行碱活性检验，含碱量应小于水泥或采用能抑制碱-骨料反应的掺合量的0.6%。

2、颗粒形状及表面特征 粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。 碎石具有棱角，表面粗糙，碎石拌制的混凝土流动性较差，但与水泥粘结较好，强度较高。 卵石多为圆形，表面光滑，在水泥用量和水用量相同的情况下，卵石拌制的混凝土比碎石拌制的混凝土流动性要好，但与水泥的粘结较差，强度较低。

3、最大粒径及颗粒级配 ⑴最大粒径 粗骨料中公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。在普通配合比的结构混凝土中，骨料粒径大于40mm并没有好处。骨料最大粒径还受结构型式和配筋疏密的限制。 对于泵送混凝土，为防止混凝土泵送时管道堵塞，保证泵送顺利进行，其粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比。

碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示。 ⑵颗粒级配 石子的级配也通过筛分试验来确定。 4、强度 碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示。 5、坚固性 有抗冻要求的混凝土所用粗骨料，要求测定其坚固性，其测试方法与细骨料相同。

(a)全干状态;(b)气干状态;(c)饱和面干状态;(d)湿润状态 ㈣骨料的含水状态及饱和面干吸水率 图4-6 骨料的含水状态 (a)全干状态;(b)气干状态;(c)饱和面干状态;(d)湿润状态 骨料含水率等于或接近零时称干燥状态； 含水率与大气湿度平衡时称气干状态； 骨料表面干燥而内部孔隙含水达饱和时称饱和面干状态；此时的含水率叫作饱和面干含水率； 骨料内部孔隙水饱和且表面还附有一层水时称湿润状态。

㈤混凝土拌合及养护用水 对混凝土拌合及养护用水的质量要求是： 不得影响混凝土的和易性及凝结； 不得有损于混凝土的强度发展； 不得降低混凝土的耐久性、加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋的脆断； 不得污染混凝土结构或构件的表面。

㈥混凝土外加剂 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，其掺量一般不大于水泥质量的5%。 1、混凝土外加剂的分类 按化学成分可分为三类： ⑴无机化合物，多为电解质盐类； ⑵有机化合物，多为具有表面活性的有机高分子处理剂； ⑶有机和无机的复合物。

按功能分为五类： ⑴改善拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、泵送剂等； ⑵调节凝结时间和硬化性能的外加剂，如早强剂、缓凝剂、速凝剂等； ⑶调节气体含量的外加剂，如引气剂、加气剂、泡沫剂等； ⑷改善耐久性的外加剂，如引气剂、防冻剂、阻锈剂、防水剂等 ⑸改善其他性能的外加剂，如引气剂、膨胀剂、防水剂、碱骨料反应抑制剂等。

2、常用的混凝土外加剂 ⑴减水剂 减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂，按功能分为：普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂和引气减水剂等。

⑵减水剂的主要作用 ①维持用水量和水灰比不变的条件下，可增大混凝土拌合物的流动性； ②在维持拌合物流动性和水泥用量不变的条件下，可减少用水量，从而降低了水灰比，可提高混凝土强度； ③显著改善了混凝土的孔结构，提高了密实度，从而可提高混凝土的耐久性；

④保持流动性及水灰比不变的条件下，在减少用水量的同时，相应减少了水泥用量，即节约了水泥。 ⑤减水剂的加入还有减少混凝土拌合物泌水、离析现象； ⑥延缓拌合物的凝结时间和降低水化放热速度等效果。

⑶减水剂的掺入方法 ①先掺法； ②同掺法； ③后掺法； ④滞水法。 ⑷常用的减水剂

⑵早强剂 早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂主要有氯盐类、硫酸盐、有机胺三类以及它们组成的复合早强剂。 ⑶引气剂 在搅拌混凝土的过程中引入大量均匀分布的、稳定而封闭的微小气泡的外加剂，称为引气剂。松香热聚物是最常使用的引气剂。

引气剂掺入混凝土中对混凝土性能的影响 1）改善混凝土拌合物的和易性； 2）提高混凝土的耐久性； 3）降低混凝土强度、耐磨性和弹性模量，有利于提高混凝土的抗裂性。 ⑷缓凝剂 能延长混凝土凝结时间而不显著降低混凝土后期强度的外加剂，称为缓凝剂。主要种类有羟基羧酸及其盐类；含糖碳水化合物；无机盐类和木质素磺酸盐类等。最常用的是糖蜜和木质素磺酸钙，糖蜜的效果最好。

⑸速凝剂 能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，称速凝剂。主要种类有无机盐类和有机物类。常用的是无机盐类。 ⑹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。

⑺膨胀剂 膨胀剂是能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。在实际工程中常用的膨胀剂种类有硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类、氧化钙类等。 ⑻泵送剂 泵送剂是指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。

3、外加剂的质量要求与检验 为了检验外加剂质量，应对基准混凝土与所用外加剂配制的混凝土拌合物进行坍落度、含气量、泌水率及凝结时间试验；对硬化混凝土检验其抗压强度、耐久性、收缩性。

㈦混凝土掺合料 为了节约水泥、改善混凝土性能，在拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料，称为掺合料。常用的有粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、烧粘土、天然火山灰质材料及磨细自燃煤矸石。

粉煤灰水泥纤维复合板

粉煤灰砖

粉煤灰砖

硅　灰

沸石粉

第二节 普通混凝土的主要技术性质 混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇灌质量；混凝土拌合物凝结硬化以后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计荷载；并具有必要的耐久性。

一、混凝土拌合物的和易性 ㈠ 和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性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。 1、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，能产生流动并均匀密实地填满模板的性能。

2、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有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。 3、保水性 保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。 泵送混凝土施工时，混凝土拌合物的和易性常称为可泵性，可泵性包括流动性、稳定性及管道摩阻力三方面内容。

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。 ㈡、和易性测定方法及指标 1、坍落度测定 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。 图4-9 混凝土拌合物坍落度的测定

根据坍落度的不同，可将混凝土拌合物分为4级。坍落度试验只适用于骨料最大粒径不大于40mm，坍落度值小于10mm的混凝土拌合物。 混凝土按坍落度的分级 表4-18 级别 名称 坍落度(mm) T1 低塑性混凝土 10～40 T2 塑性混凝土 50～90 T3 流动性混凝土 100～150 T4 大流动性混凝土 ≥160

对于干硬性的混凝土拌合物（坍落度值小于10 mm）通常采用维勃稠度仪测定其稠度。 2、维勃稠度测定 对于干硬性的混凝土拌合物（坍落度值小于10 mm）通常采用维勃稠度仪测定其稠度。 图4-10 维勃稠度仪

3、泵送混凝土的稳定性测定 稳定性常用相对压力泌水率（S10）来评定。试验仪器采用普通混凝土压力泌水仪。 泵送混凝土拌合物的可泵性一般可用坍落度值和相对压力泌水率两个指标来评定。

㈢流动性的选择 选择混凝土拌合物的坍落度，要根据构件截面大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件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，或钢筋较疏，或采用振动器时，坍落度可选择小些。

混凝土灌注时的坍落度 表4-19 项次 结构种类 坍落度 (mm) 1 2 3 4 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 板、梁和大型及中型截面的柱子等 配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等） 配筋特密的结构 10～30 30～50 50～70 70～90 不同泵送高度入泵时混凝土坍落度选用值 表4-20 泵送高度（m） 30以下 30～60 60～100 100以上 坍落度（mm） 100～140 140～160 160～180 180～200

㈣影响和易性的主要因素 1、水泥浆的数量； 2、水泥浆的稠度； 3、砂率； ⑴定义 砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。

⑵合理砂率 当采用合理砂率时，在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性；或采用合理砂率时，能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性，对泵送混凝土则为获得良好的可泵性，而水泥用量为最少。

图4-11 含砂率与坍落度的关系 (水与水泥用量为一定) 图4-12 含砂率与水泥用量的关系 (达到相同的坍落度)

⑶影响合理砂率大小的因素 石子最大粒径大小、级配、表面形状特征、空隙率的大小；砂的细度模数大小；水灰比大小；施工要求的流动性大小；外加剂（引气剂或减水剂）等。 一般在保证拌合物不离析，又能很好地浇灌、捣实的条件下，应尽量选用较小的砂率。对于大工地或混凝土量大的工程应通过试验找出合理砂率，如无使用经验可按骨料的品种、规格及混凝土的水会比值参照表4-22选用合理的数值。

4、水泥品种和骨料的性质； 5、外加剂； 6、时间和温度。 图4-14 温度对拌合物坍落度的影响 图4-13 坍落度和拌合后时间之间的关系 图4-14 温度对拌合物坍落度的影响 （曲线上的数字为骨料最大粒径） 图4-13 坍落度和拌合后时间之间的关系 （拌合物配比1：2：4，W/C=0.775）

㈤改善和易性的措施 　1、尽可能降低砂率或采用合理砂率； 　　2、改善砂、石的级配； 　　3、尽量采用较粗的砂石； 　　4、当坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或加入外加剂等；当坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石。

㈥新拌混凝土的凝结时间 　　混凝土拌合物的凝结时间通常是用贯入阻力法进行测定的。先用5mm筛孔的筛从拌合物中筛取砂浆，按一定方法装入规定的容器中，然后每隔一定时间测定砂浆贯入到一定深度时的贯入阻力，绘制贯入阻力与时间的关系曲线，以贯入阻力3.5MPa及280MPa划两条平行于时间坐标的直线，直线与曲线的交点的时间即为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。

二、混凝土的强度 ㈠混凝土的脆性断裂 1、混凝土的理论强度与实际强度 　混凝土的理论强度远比其实际强度大，产生这种差异的主要原因是混凝土中存在着许多细小的界面裂缝。在一定的应力状态下，混凝土中的裂缝宽度达到一定数值后，便处于一种不稳定状态，且会自发的扩展以至最后断裂。

Ⅰ-界面裂缝无明显变化；Ⅱ-界面裂缝增长；Ⅲ-出现砂浆裂缝和连续裂缝；Ⅳ-连续裂缝迅速发展；Ⅴ-裂缝缓慢增长；Ⅵ-裂缝迅速增长 2、混凝土受力裂缝扩展过程---混凝土受力变形与破坏的过程 图4-15 混凝土受压变形曲线 Ⅰ-界面裂缝无明显变化；Ⅱ-界面裂缝增长；Ⅲ-出现砂浆裂缝和连续裂缝；Ⅳ-连续裂缝迅速发展；Ⅴ-裂缝缓慢增长；Ⅵ-裂缝迅速增长

图4-16 不同受力阶段裂缝示意

㈡混凝土立方体抗压强度 1、定义 　按照国家标准，制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20±3℃，相对湿度90%以上），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，以fcu表示。

2、试块尺寸和强度的关系 选用边长为10cm的立方体试件，换算系数为0.95；选用边长为20cm的立方体试件，换算系数为1.05。 3、环箍效应及消除方法 　　如在压板和试件表面间加润滑剂可基本消除环箍效应；当立方体试件尺寸较大时，环箍效应的相对作用较小，测得的立方抗压强度因而偏低。

㈢混凝土立方体抗压标准强度与强度等级 混凝土立方体抗压标准强度系指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于95%保证率的抗压强度值，以fcu,k表示。 　　混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值表示。普通混凝土划分为下列强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等十四个等级。

㈣混凝土的轴心抗压强度fcp 　　在立方抗压强度fcu =10～55MPa的范围内，轴心抗压强度fcp与fcu之比约为0.70～0.80。 ㈤混凝土的抗拉强度ft 　混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～ 1/20。混凝土抗拉强度对于开裂现象有重要意义，在结构设计中抗拉强度是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粘结强度等。

　　混凝土抗拉试验，在我国多采用立方体的劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度，称为劈裂抗拉强度fts。 　　 混凝土的劈裂抗拉强度应按下式计算： 　　 混凝土按劈裂试验所得的抗拉强度fts换算成轴拉试验所得的抗拉强度ft，应乘以换算系数，该系数可由试验确定。

在进行路面结构设计以及混凝土配合比设计时是以抗折强度作为主要强度指标。 ㈥混凝土的抗折强度 　在进行路面结构设计以及混凝土配合比设计时是以抗折强度作为主要强度指标。 ㈦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 A、B经验系数值按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）取用： 采用碎石：A=0.46、B=0.07；采用卵石；A=0.48、B=0.33

2、养护的温度与湿度 3、龄期 混凝土的成熟度（N）是指混凝土所经历的时间和温度的乘积的总和，单位为小时·度（h·℃）或天·度（d·℃）。 三、混凝土的变形性能 ㈠化学收缩； ㈡干湿变形 ㈢温度变形 混凝土的温度膨胀系数约为1.0～1.5×10-5mm/℃.

㈣在荷载作用下的变形 1、在短期荷载作用下的变形 ⑴混凝土的弹塑性变形 图4-26 混凝土在压力作用下的应力-应变曲线

图4-27 低应力下重复荷载的应力-应变曲线

⑵混凝土的变形模量 在应力—应变曲线上任一点的应力σ与其应变ξ的比值，叫做混凝土在该应力下的变形模量。它反映混凝土所受应力与所产生应变之间的关系。 混凝土的强度越高，弹性模量越高，两者存在一定的相关性。当混凝土的强度等级由C10增高到C60时，其弹性模量大致是由1.75×104 MPa增至3.60×104 MPa。

2、徐变 混凝土在长期荷载作用下，沿着作用力方向的变形会随时间不断增长，一般要延续2～3年才逐渐趋于稳定。这种在长期荷载作用下产生的变形，通常称为徐变。 混凝土的徐变对钢筋混凝土构件来说，能消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力较均匀地重新分布；对大体积混凝土，能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。但在预应力钢筋混凝土结构中，将使钢筋的预加应力受到损失。

四、混凝土的耐久性 ㈠耐久性的概念 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其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、正常使用的能力称为耐久性。 混凝土的耐久性能主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。

1、抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体压力作用下渗透的性能。 影响混凝土抗渗性的因素有： 1）水灰比； 2）骨料的最大粒径； 3）养护方法； 4）水泥品种； 5）外加剂； 6）掺合料； 7）龄期。

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，能保持强度和外观完整性的能力。混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示，并将混凝土划分为以下几级抗冻等级：F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300等9个等级，分别表示混凝土能承受反复冻融循环次数为10、15、25、50、100、150、200、250和300。

3、抗侵蚀性 当混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时，混凝土便会有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀与强碱侵蚀等。 4、混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。

5、碱骨料反应 抑制碱骨料反应的措施： 1）条件许可时选择非活性骨料； 2）当不可能采用完全没有活性的骨料时，则应严格控制混凝土中总的碱量； 3）掺用活性混合料，对碱骨料反应有明显的抑制效果； 4）碱骨料反应要有水分，如果没有水分，反应就会大为减少乃至完全停止。

㈡提高混凝土耐久性措施 1、合理选择水泥品种； 2、适当控制混凝土的水灰比及水泥用量； 3、选用较好的砂、石骨料； 4、掺用引气剂或减水剂； 5、加强混凝土质量的生产控制。

普通混凝土的质量控制包括初步控制、生产控制和合格控制。 第三节 普通混凝土的质量控制 普通混凝土的质量控制包括初步控制、生产控制和合格控制。 初步控制：初步控制包括混凝土各组成材料的质量检验与控制和混凝土配合比的合理确定。 生产控制：生产控制包括混凝土组成材料的计量，混凝土拌合物的搅拌、运输、浇筑和养护等工序的控制。 合格控制：合格控制是指混凝土质量的验收，即对混凝土强度或其他技术指标进行检验评定。

一、强度概率分布—正态分布 图4-29 正态分布曲线

二、强度平均值、标准差、变异系数 强度平均值 ： 标准差： 变异系数：

强度保证率是指混凝土强度总体中大于设计强度的等级值（fcu,k）的概率，以正态分布曲线上的阴影部分来表示。 三、强度保证率 强度保证率是指混凝土强度总体中大于设计强度的等级值（fcu,k）的概率，以正态分布曲线上的阴影部分来表示。 图4-30 标准正态分布曲线

混凝土强度保证率P（%）的计算方法如下：先根据混凝土的设计强度等级值fcu,k、强度平均值 、变异系数CV或标准差σ计算出概率度t，由概率度t，再根据标准正态分布曲线方程即可求得强度保证率P（%），或利用表4-27即可查出，表中t值即为概率度，P（t）即为强度保证率。

四、混凝土强度的检验评定 五、水泥混凝土路面合格强度的检验评定 六、泵送混凝土的质量控制 不同t值的P（t）值（%） 表4-27 t 0.00 -0.524 -0.842 -1.00 -1.04 -1.28 -1.40 -1.60 P（t） 0.50 0.70 0.80 0.841 0.85 0.90 0.919 0.945 -1.645 -1.80 -2.00 -2.06 -2.33 -2.58 -2.88 -3.00 0.950 0.964 0.977 0.980 0.990 0.995 0.998 0.999 四、混凝土强度的检验评定 五、水泥混凝土路面合格强度的检验评定 六、泵送混凝土的质量控制

第四节 普通混凝土的配合比设计 混凝土配合比是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法有两种：一种是以每1m3混凝土中各项材料的质量表示；另一种表示方法是以各项材料相互间的质量比来表示。

一、混凝土配合比设计基本要求 混凝土配合比设计的基本要求是： 1、满足混凝土结构设计的强度等级； 2、满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性； 3、节约水泥和降低混凝土成本。

二、混凝土配合比设计中的三个参数 混凝土配合比设计，就是确定水泥、水、砂与石子这四项基本组成材料用量之间的三个比例关系。即：水与水泥之间的比例关系，常用水灰比表示；砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量来反映。

三、混凝土配合比设计的步骤 混凝土配合比设计包括初步配合比计算、试配和调整等步骤。 ㈠初步配合比的计算 1、配制强度（fcu,0）的确定

当设计要求的混凝土强度等级已知，混凝土的配制则可按下式确定： fcu,0=fcu,k-tσ 根据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GN50204-92）和《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的规定： fcu,0≥fcu,k＋1.645σ

即混凝土强度的保证率为95%，对应t=-1.645。混凝土强度标准差σ应根据施工单位统计资料，按下列规定确定： 当施工单位具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差σ应按下列公式计算：

当混凝土强度等级为C20、C25，其强度标准差计算值低于2. 5MPa时，计算配制强度用的标准差应取不小于2 当混凝土强度等级为C20、C25，其强度标准差计算值低于2.5MPa时，计算配制强度用的标准差应取不小于2.5MPa；当强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值低于3.0MPa时，计算配制强度用的标准差应不小于3.0MPa。

当施工单位不具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差σ可按表4-30取用。 σ值（MPa） 表4-30 混凝土强度等级 低于C20 C20～C35 高于C35 σ 4.0 5.0 6.0

遇有下列情况时应适当提高混凝土配制强度： 1）现场条件与试验条件有显著差异时； 2）重要工程和对混凝土有特殊要求时； 3）C30级及其以上强度等级的混凝土，工程验收可能采用非统计方法评定时。

2、初步确定水灰比值（W/C） 根据已测定的水泥实际强度fce、粗骨料种类及所要求的混凝土配制强度（ fcu，0），按混凝土强度公式计算出所要求的水灰比值（适用于混凝土强度等级小于C60）： 为了保证混凝土必要的耐久性，水灰比还不得大于表4-25中规定的最大水灰比值，如计算所得的水灰比大于规定的最大水灰比值时，应取规定的最大水灰比值。

3、选取每1m3混凝土的用水量（W0） 用水量的多少，主要根据所要求的混凝土坍落度值及所用骨料的种类、规格来选择。所以应先考虑工程种类与施工条件，按表4-19确定适宜的坍落度值，再参考表4-21定出每1m3混凝土的用水量。 单位用水量可用下式大致估算：

混凝土单位用水量计算公式中的K值 表4-31 系数 碎石 卵石 最大粒径（mm） 10 20 40 80 K 57.5 53.0 48.5 44.0 54.5 50.0 45.5 41.0

4、计算混凝土的单位水泥用量（C0） 根据已选定的每1m3混凝土用水量（W0）和得出的灰水比（C/W）值，可求出水泥用量（C0）： C0=（C/W）× W0 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4-25中规定的最小水泥用量的要求。如果计算的水泥用量少于规定的最小水泥用量，则应取规定的最小水泥用量值。

5、选取合理的砂率值（S0） 合理的砂率值主要根据混凝土拌合物的坍落度、粘聚性及保水性等特征来确定。一般应通过试验找出合理砂率。 另外砂率也可根据以砂填充石子空隙并稍有富余，以拨开石子的原则来确定。根据此原则可列出砂率计算公式如下：

β--砂浆剩余系数，又称拨开系数，一般取1.1～1.4。

6、计算粗、细骨料的用量（G0）及（S0） 粗、细骨料的用量可用体积法或假定表观密度法求得。 ⑴体积法 假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气的体积之总和。因此在计算1m3混凝土拌合物的各材料用量时，可列出下式：

又根据已知的砂率可列出下式：

⑵假定表观密度法 根据经验，如果原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固定值，这就可先假设一个混凝土拌合物表观密度ρoh（kg/ m3），因此可列出下列： C0+G0+S0+W0= ρoh 同样根据已知砂率可列出下式：

由以上两个关系式可求出粗、细骨料的用量。 在上述关系中，ρc取2.9～3.1，ρw=1.0；ρag及ρas应由试验测得，ρoh可根据累积的试验资料确定，在无资料时可根据骨料的近似密度、粒径以及混凝土强度等级，在2400～2450kg/m3的范围内选取。

㈡配合比的试配、调整与确定 1、配合比的试配、调整 配合比的调整主要是对和易性的调整。 按初步配合比称取材料进行试拌。混凝土拌合物搅拌均匀后应测定坍落度，并检查其粘聚性和保水性能的好坏，可适当增大砂率；反之应减小砂率。每次调整后再试拌，直到符合要求为止。当试拌调整工作完成后，应测出混凝土拌合物的表观密度。

经过和易性调整试验得出的混凝土基准配合比，后还应检验混凝土的强度。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，砂率值可分别增加或减少1%。每种配合比制作一组试块，标准养护28d试压（检验混凝土的和易性和表观密度）。

2、配合比的确定 按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量： 用水量（W）--取基准配合比中的用水量值，并根据制作强度试块时测得的坍落度值，加以适当调整； 水泥用量（C）---取用水量乘以经试验定出的、为达到fcu,0所必需的灰水比值； 粗、细骨料用量（G）及（S）--取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按定出的水灰比值作适当调整。

3、混凝土表观密度的校正 配合比经试配、调整确定后，还需根据实测的混凝土表观密度（ρoh实）作必要的校正。 当ρoh实与ρoh计之差的绝对值不超过ρoh计的2%时，由以上定出的配合比，即为确定的设计配合比；若二者之差超过2%时，则须将已定出的混凝土配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ，即为最终定出的设计配合比。

㈢施工配合比 设计配合比，是以干燥材料为基础的，而工地存放的砂、石材料都含有一定的水分。所以现场材料的实际称量应按工地砂、石的含水情况进行修正，修正后的配合比，叫做施工配合比。

现假定工地测出的砂的含水率为Ws、石子的含水率为Wg，则将上述设计配合比换算为施工配合比，其材料的称量为：

四、掺减水剂混凝土配合比设计 在混凝土中掺入减水剂，一般有以下几个方面考虑： 1、改善混凝土拌合物的和易性； 2、提高混凝土的强度； 3、节省水泥。 无论何种考虑，掺减水剂混凝土配合比的设计均是以基准混凝土配合比为基础，进行必要的计算调整。

　　⑴当掺入减水剂只为了改善混凝土拌合物的和易性时，混凝土中各材料的用量与基准混凝土配合比相同，为保证拌合物的粘聚性和保水性，应适当增大砂率，根据改变后的砂率，重新计算出粗、细骨料的用量，再经过试配调整确定出混凝土的设计配合比。

⑵当掺入减水剂是为了提高混凝土强度时，设基准配合比中各材料的用量分别为：水泥（C0)、水（W0)、砂（S0)、石（G0）。其中砂率为Sp，混凝土计算表观密度(ρoh计)。且减水剂的减水率为α%，掺量b%，则

　　⑵当掺入减水剂主要是为了节省水泥时：设基准配合比中各材料的用量分别为：水泥（C0)、水（W0)、砂（S0)、石（G0）。其中砂率为Sp，混凝土计算表观密度(ρoh计)。

五、掺粉煤灰混凝土配合比设计 混凝土中掺用粉煤灰配合比设计，一般可采用等量取代法配合比设计、超量取代法配合比设计、外加法配合比设计。三种设计方法均是以普通配合比设计确定的配合比为基准，并进行必要的计算调整。

㈠等量取代法配合比计算方法 1、根据基准配合比各材料的用量选定与基准混凝土相同或稍低的水灰比； 2、根据确定的粉煤灰等量取代水泥量（f%）和基准混凝土水泥用量，分别计算出粉煤灰和水泥的用量； 3、粉煤灰混凝土的用水量（W）： 4、水泥和粉煤灰的浆体积：

5、砂和石子的总体积（VA）： 6、选用与基准混凝土相同或稍低的砂率Sp，计算砂石的用量： 7、单位体积粉煤灰混凝土中各材料的用量为： C、F、W、S、G 。

超量取代法配合比计算原则：等和易性、等强度。 ㈡超量取代法配合比计算方法 超量取代法配合比计算原则：等和易性、等强度。 1、根据基准配合比各材料的用量，选取粉煤灰取代水泥率（f%）和超量系数（K），对各材料进行计算调整。 2、粉煤灰取代水泥量（F）、总掺量（Ft）及超量部分的质量（Fe）

3、水泥的质量（C）： 4、调整后砂的质量（Se）： 5、单位粉煤灰混凝土中各材料的用量为： C、Ft、W0、Se、G0

㈢外加法粉煤灰混凝土配合比计算方法 2、外加粉煤灰的质量（Fm）: 4、单位粉煤灰混凝土中各材料用量: C0、Fm、Sm、W0、G0

六、泵送混凝土配合比设计 ㈠泵送混凝土配合比设计要求 泵送混凝土配合比，除必须满足混凝土设计强度和耐久性要求外，尚应使混凝土满足可泵性要求。 ㈡ 泵送混凝土配合比计算和试配 除按普通混凝土配合比设计的计算与试配规定进行外，应符合相关的规定。

七、水泥混凝土路面配合比设计 《水泥混凝土路面施工及验收规范》（GBJ97-94）及《公路水泥混凝土路面滑模施工技术工程》（JTJ /T 037.1-2000）中规定采用抗折强度作为路面水泥混凝土配合比设计的强度指标及配合比设计方法。

第五节 水泥混凝土技术发展 随着混凝土在土木工程各个领域应用的不断增加，传统的混凝土向高性能、多功能、智能化混凝土发展是必然的趋势，其发展的高级阶段是以结构和功能一体化为标志。而混凝土第五组分与第六组分的研究与应用，则是现代混凝土技术进展的核心。

一、混凝土第五组分---化学外加剂 化学外加剂掺量虽然很小，但能显著改善混凝土的某些性能，如提高强度，改善和易性，提高耐久性及节约水泥等。 二、混凝土第六组分 混凝土第六组分是指除水泥、水、砂、石及化学外加剂之外的，用于改善混凝土性能或增加其功能或赋予其智能的成分。按其特性可分为改性型、功能型和智能型三大类。

耐热钢纤维 ㈠改性型的第六组分 1、矿物外加剂； 2、聚合物； 3、纤维。 碳纤维棒 短切碳纤维

㈡功能型第六组分 功能型第六组分可赋予混凝土特殊功能，如防辐射、防静电、补偿收缩、防水、耐磨、保温隔热等功能。 1、导电混凝土 2、屏蔽电磁辐射混凝土 3、屏蔽磁场混凝土

㈢智能型第六组分 智能型组分是用于配制新型智能化混凝土的特殊组分，它将赋予混凝土调温、调湿、自动变色、损伤报警等功能。 1、交通导航混凝土 2、损伤自诊断混凝土 3、调湿混凝土 4、温度自监控混凝土 5、仿生自愈合混凝土

三、高性能混凝土概论 1、定义 各国对高性能混凝土提出的要求和涵义不完全相同，综合各国对高性能混凝土的要求，可以认为，高性能混凝土具有高抗渗性（高耐久性的关键性能）；高体积稳定性（低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量）；适当的高抗压强度；良好的施工性（高流动性、高粘聚性、自密实性）。

2、高性能混凝土的技术路线 高性能混凝土的发展一般可分为三个阶段： 1）振动加压成型的高强混凝土---工艺创新； 2）掺高效减水剂配制高强混凝土—第五组分创新； 3）采用矿物外加剂配制高性能混凝土—第六组分创新。

3、高性能混凝土的特性 ①自密实性强； ②体积稳定性好； ③高强度（抗压强度已超过200MPa）； ④水化热低； ⑤低收缩和低徐变； ⑥高耐久性； ⑦高耐火性。

第六节 砂浆 1、定义 砂浆是由胶凝材料、细集料、掺加料和水按适当比例配合、拌制并经硬化而成的土木工程材料。 2、分类 第六节 砂浆 1、定义 砂浆是由胶凝材料、细集料、掺加料和水按适当比例配合、拌制并经硬化而成的土木工程材料。 2、分类 按所用的胶凝材料，砂浆可分为水泥砂浆、混合砂浆、石灰砂浆、聚合物砂浆等； 按功能和用途，可分为砌筑砂浆、抹面砂浆、修补砂浆、绝热砂浆和防水砂浆等。

砂浆用料 砂浆 保温砂浆用料

防水砂浆铺筑的路面 憎水砂浆

一、砂浆的组成材料 1、胶凝材料 胶凝材料在砂浆中起着胶结作用，它是影响砂浆流动性、粘聚性和强度等技术性质的主要成分。常用的有水泥、石灰等。 2、细集料 细集料在砂浆中起着骨架和填充作用，对砂浆的流动性、粘聚性和强度等技术性能影响很大。性能良好的细集料可提高砂浆的工作性和强度，尤其对砂浆的收缩开裂，有较好的抑制作用。

3、掺合料和外加剂 在砂浆中，掺合料是为了改善砂浆和易性而加入的无机材料；为改善砂浆的和易性及其他性能，还可在砂浆中掺入外加剂。 4、拌和水 砂浆拌和用水的技术要求与混凝土拌和用水相同。

二、砌筑砂浆 将砖、石及砌块粘结成为砌体的砂浆，称为砌筑砂浆。它起着粘结砖、石及砌块构成砌体，传递荷载，协调变形的作用。 土木工程中，要求砌筑砂浆具有如下性质： 1）新拌砂浆应具有良好的和易性； 2）硬化砂浆应具有一定的强度、良好的粘结力等力学性质； 3）硬化砂浆应具有良好的耐久性。

㈠和易性 新拌砂浆的和易性包括两个方面：流动性和保水性。 1、流动性 ⑴定义 流动性是指砂浆在自重或外力作用下产生流动的性质。砂浆的流动性可用稠度表示。 ⑵测定方法 工程中砂浆的流动性可根据经验来评价和控制。实验室中可用砂浆稠度仪来测定其稠度值，进而评价控制其流动性。

2、保水性 ⑴定义 保水性是指新拌砂浆保持水分的能力。 ⑵测定评价方法 砂浆的保水性可用分层度来检验和评定。 砌筑砂浆的分层度一般应在10～20mm之间。

㈡砂浆的强度等级 砂浆的强度等级是以70.7mm×70.7mm ×70.7mm的立方体试块，按标准养护条件养护至28d的抗压强度平均值而确定的。 砂浆的强度等级分为M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20等六个等级。对于特别重要的砌体和有较高耐久性要求的工程，宜用强度等级高于M10的砂浆。

用于不吸水底面的砂浆抗压强度，与混凝土相似，主要取决于水泥强度和水灰比，关系式如下： A，B---系数，可根据试验资料统计确定，A=0.29，B=0.40。

用于吸水底面的砂浆，砂浆抗压强度主要取决于水泥强度及水泥用量，而与砌筑前砂浆中的水灰比基本无关。 其关系式如下： A，B---系数，可根据试验资料统计确定，A=3.03，B==15.09。

㈢砂浆的耐久性 砂浆应有良好的耐久性，砂浆应与基底材料有良好的粘结力、较小的收缩变形。当受冻融作用影响时，对砂浆还应有抗冻性要求。具有冻融循环次数要求的砌筑砂浆，经冻融试验后，质量损失不得大于5%，抗压强度损失不得大于25%。

四、抹面砂浆 凡粉刷在土木工程的建筑物或构件表面的砂浆，统称为抹面砂浆。根据抹面砂浆的功能的不同，抹面砂浆分为普通抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆和具有某些特殊功能的抹面砂浆。 抹面砂浆的组成材料与砌筑砂浆基本相同，但为了防止砂浆的开裂，有时需加入一些纤维材料；为了加强某些功能，还需加入特殊集料。

普通抹面砂浆具有保护建筑物及装饰建筑物及建筑环境的效果。 1、普通抹面砂浆 普通抹面砂浆具有保护建筑物及装饰建筑物及建筑环境的效果。 普通抹面砂浆参考配合比　　　　　　　　　表4-44 材料 体积配合比 水泥：砂 １：２～１：３ 石灰：石膏：砂 １：０.４：２～１：２：４ 石灰：砂 1：2～1：４ 石灰：粘土：砂 １：１：４～１：１：８ 水泥：石灰：砂 1：1：6～1：2：9 石灰膏：麻刀 １００：１.３～１００：２.５

2、装饰砂浆 粉刷在建筑物内外表面，具有美化装饰、改善功能、保护建筑物的抹面砂浆称为装饰砂浆。 外墙面的装饰砂浆有如下工艺做法： 拉毛，水刷石，干粘石，斩假石，假面砖，水磨石等。

3、防水砂浆 制作砂浆防水层所采用的砂浆，称作防水砂浆。 防水砂浆的配合比一般采用水泥：砂=1：2.5 ～3，水灰比在0.5～0.55之间。水泥应采用42.5级的普通硅酸盐水泥，砂子应采用级配良好的中砂。

四、干拌砂浆 干拌砂浆是由水泥、钙质消石灰粉或有机胶凝材料、砂、掺和料和外加剂按一定比例混合干拌而成的混合物。 干拌砂浆的特点是集中生产，质量稳定，施工方便，现场只需加水搅拌，即可使用。 五、其他特种砂浆 除了上述介绍的几种砂浆外，经常用到的还有绝热砂浆、耐酸砂浆、防辐射砂浆、膨胀砂浆、自流平砂浆、吸声砂浆等。

六、砌筑砂浆的配合比设计 1、砂浆强度等级的选择 　砌筑砂浆的强度等级应根据规范规定或设计要求确定。一般的砖混多层住宅多采用M5或M10的砂浆；特别重要的砌体，可采用M15～M20砂浆。高层混凝土空心砌块建筑，应采用M20及以上强度等级的砂浆。

2、砂浆配合比的确定 ⑴混合砂浆的配合比计算： 1）砂浆试配强度的确定： 　为保证砂浆具有95%的强度保证率，试配强度可由以下公式计算： 　　

砂浆现场强度标准差应通过有关资料统计得出，如无资料，可按表4-45取用。 　　砂浆现场强度标准差应通过有关资料统计得出，如无资料，可按表4-45取用。 不同施工水平的砂浆强度标准差（MPa）　　　表４－45　　　 施工水平 砂浆强度等级 Ｍ２.５ Ｍ５.０ Ｍ７.５ Ｍ１０ Ｍ１５ Ｍ２０ 优良 ０.５０ １.００ １.５０ ２.００ ３.００ ４.００ 一般 ０.６２ １.２５ １.８８ ２.５０ ３.７５ ５.００ 较差 ０.７５ ２.２５ ４.５０ ６.００

2）水泥用量的计算 　砂浆中的水泥用量按下式计算确定： A、B---砂浆的特征系数，A=3.03，B=-15.09。 　　在无水泥的实测强度时，可按下式计算 ： 　　 ---水泥强度等级值的富余系数，该值应按实际资料统计确定，可取1.0。

3）掺加量的确定 　砂浆中的掺加料可按下式计算 式中 　　　QD---每立方米砂浆的掺加料用量，kg； QC--- 每立方米砂浆的水泥用量，kg； QA---每立方米砂浆中胶凝材料的总量，kg，一般在300～350之间。

4）砂用量和用水量的确定 砂浆中的砂用量取干燥状态的堆积密度值（kg)。砂浆用水量，根据砂浆稠度等要求可选用240～310kg。 ⑵水泥砂浆配合比的选用 水泥砂浆的各材料用量可按表4-46选取。

每立方米水泥砂浆中各材料用量　　　　　表4－46　 强度等级 水泥用量（kg） 砂子用量（kg） 用水量（kg） M2.5～M5 200～230 １m３砂子的堆积密度值 270～330 M7.5～M10 220～280 M15 280～340 M20 340～400

⑶砂浆配合比的试配、调整与确定 砂浆在经计算或选取初步配合比后，应对和易性进行调整至符合要求，将其确定为试配时砂浆的基准配合比。并测定稠度和分层度且符合要求。水泥用量比基准配合比增加及减少10%的另两个配合比，按规定拌合物和成型试件，养护至规定的龄期，测定砂浆的强度；从中选定符合试配强度要求，且水泥用量较小的配合比作为砂浆配合比。