第六章 混 凝 土 混凝土是由胶凝材料将骨料(又称集料)胶结而成的固体复合材料。

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1 第六章 混 凝 土 混凝土是由胶凝材料将骨料(又称集料)胶结而成的固体复合材料。 根据所用胶凝材料的不同分为：水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、树脂混凝土、沥青混凝土等。土木工程中用量最大的为水泥混凝土。 水泥混凝土又按其体积密度的大小分为以下三种。 重混凝土，ρ0＞2800kg/m3 普通混凝土，2300＜ρ0≤2800kg/m3 次轻混凝土，1950＜ ρ0 ≤2300kg/m3 轻混凝土， ρ0≤ 1950kg/m3 按其主要功能或结构特征、施工特点来分类，如防水混凝土、耐热混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、流态混凝土、喷射混凝土、纤维混凝土等

2 第一节 普通混凝土的组成、结构与混凝土的基本要求
第一节 普通混凝土的组成、结构与混凝土的基本要求 一、普通混凝土的组成及其作用 混凝土是由水泥、砂、石和水组成。硬化前的混凝土称为混凝土拌合物，或新拌混凝土。 水和水泥→水泥浆 包裹在砂的表面，并填充于砂的空隙中成为砂浆；砂浆包裹在石子的表面，并填充石子的空隙。水泥浆和砂浆在混凝土拌合物中分别起到润滑砂、石的作用，使混凝土具有施工要求的流动性，并使混凝土成型密实。 砂、石 通常砂、石的强度高于水泥石的强度， 在混凝土中起骨架的作用，故称为骨料，主要起到提高混凝土强度，限制干缩、减少水泥用量和水化热、降低成本的作用，并可起到提高耐久性的作用。

3 混凝土是一种非均质多相复合材料。从亚微观上来看，混凝土是由砂、石、水泥的水化产物、毛细孔、气
二、混凝土的结构与性质 混凝土是一种非均质多相复合材料。从亚微观上来看，混凝土是由砂、石、水泥的水化产物、毛细孔、气 孔、微裂纹(因水化热、干缩等致使水泥石开裂)、界面微裂纹(因干缩、泌水等所致)及界面过渡层等组成。即混凝土在受力以前，内部就存在有许多微裂纹。 局部放大 混凝土分层示意图 分层开始 石子 砂子 水泥浆 ↓－石子趋势 ↑－水趋势 水或稀水泥浆 分层、离析结束

4 从宏观上看，混凝土是由骨料和水泥石组成的二相复合材料。普通混凝土的强度主要取决于水泥石的强度和界面粘结强度(或界面过渡层的强度)。
混凝土结构示意图 石子 砂子 水泥石 气孔 改善界面是提高混凝土性质的重要途径。

5 三、混凝土的基本要求 工程上使用的混凝土，一般须满足以下四项基本要求。 (一)混凝土拌合物的和易性 混凝土拌合物的和易性也称工作性或工作度，是指混凝土拌合物易于施工，并能获得均匀密实结构的性质。混凝土拌合物的和易性包括以下三项含义： 1. 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、易于运输、易于充满混凝土模板的性质。

6 2.粘聚性 指混凝土拌合物各组成材料具有一定的粘聚力，在施工过程中保持整体均匀一致的能力。
3.保水性 指混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。 (二)强度 混凝土在28d时的强度或规定龄期时的强度应满足结构设计的要求。 (三)耐久性 混凝上应具有与环境相适应的耐久性，以保证混凝土结构的使用寿命。 (四)经济性 在满足上述三项要求的前提下，混凝土中的各组成材料应经济合理，即应节约水泥用量，以降低成本。

7 第二节 普通混凝土的组成材料 一、水泥 品水泥种应根据混凝上工程的性质和所处的环境条件来确定。水泥强度等级按下表选取。 ≤C30 C35~C45 C50~C75 ≥C80 32.5 32.5、42.5 42.5、52.5 52.5、62.5

8 二、细骨料 粒径为0.15～4.75mm的骨料称为细骨料，简称砂，分为天然砂和人工破碎。 天然砂是土木工程中的主要用砂，分为河砂（江砂)、山砂、海砂等。山砂表面粗糙、棱角多，含泥量和有机质含量较多。海砂长期受海水的冲刷，表面圆滑，较为清洁，但海砂中常混有贝壳和较多的盐分。河 砂（江砂)的表面圆滑，较为清洁，且分布广，为混凝土主要用砂。 人工破碎砂是由天然岩石破碎而成，一般仅在缺乏天然砂时才使用。

9 (一)砂的粗细与颗粒级配 砂的粗细指砂粒混合后的平均粗细程度。砂的粒径越大，则砂的比表面积越小，包裹砂表面所需的水和水泥浆用量就越少。 砂的颗粒级配是指大小不同颗粒的搭配程度。级配好的砂应是大颗粒砂的空隙被中等颗粒砂所填充．而中等颗粒砂的空隙被小颗粒砂所填充，依次填充使骨料的空隙率最小。

10 砂的粗细与颗粒级配，通常采用筛分析法测定与评定，即采用一套孔径为4. 75、2. 36、1. 18、0. 60、0. 30、0
砂的粗细与颗粒级配，通常采用筛分析法测定与评定，即采用一套孔径为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm的标准筛，将500g干砂由粗到细依次筛分，然后称量筛余量，计算分计筛余、累计筛余、细度模数。 筛孔尺寸 (mm) 筛余量（kg） 分计筛余(％) 累计筛余 (％) 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 m1 m2 m3 m4 m5 m6 α1 α2 α3 α4 α5 α6 β1= α1 β2= α1 +α2 β3= α1 +α2+α3 β4= α1 +α2+α3+α4 β5= α1 +α2+α3+α4+α5 β5= α1 +α2+α3+α4+α5+α6 细度模数：

11 砂的级配用级配区来表示。其主要以0.60mm筛的累计筛余百分率来划分，并分为三个级配区。
μf＝3.7～3.1为粗砂，μf=3.0～2.3为中砂，μf=2.2～1.6为细砂，μf＝1.5~0.7为特细砂。应优先选用粗砂或中砂。粗砂特别适合用于配制流动性小的混凝土或干硬性混凝土，中砂则适合各种混凝土。 砂的级配用级配区来表示。其主要以0.60mm筛的累计筛余百分率来划分，并分为三个级配区。 筛孔尺寸 (mm) 累计筛余(％) Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 9.75 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 10~0 35~5 65~35 85~71 95~80 100~90 25~0 50~10 70~41 92~70 15~0 40~16 85~55

12 (二)泥、泥块及有害物质 1.泥及泥块 粒径小于0.08mm的粘土、淤泥、石屑等粉状物统称为泥。 泥常包覆在砂粒的表面，会大大降低砂与水泥石间的界面粘结力，f↓、流动性↓，或W↑、C ↑，干缩与徐变↑，并使耐久性↓ 。泥块颗粒较大，在混凝土中成为较大的缺陷，对混凝土的强度影响更大。 2.有害物质 砂中有害物质包括硫酸盐、硫化物、有机质、云母、轻物质、氯盐等。 3.活性氧化硅 砂中含有活性氧化硅时，它会与水泥中的碱发生反应，称为碱-骨料反应。碱-骨料反应会使混凝土的耐久性下降。

13 (三)坚固性 骨料在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破坏的能力称为坚固性。 坚固性用硫酸钠饱和溶液法测定。 三、粗骨料 粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，简称为石子。粗骨料分为碎石和卵石。 卵石分为河卵石、海卵石、山卵石等。 碎石为天然岩石或卵石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，较为清洁。

14 (一)粗骨料的最大粒径与颗粒级配 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。 粗骨料的粒径与级配对混凝土性质的影响与细骨料相同，但影响程度更大。用最大粒径大的粗骨料配制混凝土，W ↓ ，C ↓ ，混凝土的水化热↓及干缩与徐变↓ ，对中低强度的混凝土还可 f ↑。

15 间断级配是指粒径不连续．即中间缺少1～2级的颗粒，且相邻两级粒径相差较大(比值约为5～6)。 粗骨料的级配对高强混凝土尤为重要。
单粒级是主要由一个粒级组成，空隙率最大，一般不宜单独使用。单粒级主要用来配制具有所要求级配的连续级配和间断级配。 粗骨料的级配也采用筛分析试验来测定，并按各筛上的累计筛余百分率划分级配。 粗骨料的级配分为连续级配和间断级配两种。连续级配(连续粒级)是指颗粒由小列大，每一级粗骨料都占有一定的比例，且相邻两级粒径相差较小(比值小于2)。

16 (二)针、片状颗粒 颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者称为针状骨料，颗粒厚度小于该颗粒所属粒级的平均粒径的0.4倍者称为片状骨料。 针、片状骨料的比表面积与空隙率较大，且内摩擦力大，受力时易折断，含量高时会使W↑、C↑及混凝土的干缩↑ 、徐变↑，流动性↓、f ↓、耐久性↓ 。 高强、高耐久性和大流动性混凝土需严格限制其含量。 (三)泥、泥块及有害物质 粗骨料中泥、泥块及有害物质对混凝土性质的影响与细骨料相同，但由于粗骨料的粒径大，因而造成的缺陷或危害更大。 C30以上有抗冻、抗渗或其它特殊要求的混凝土需加以限制。

17 硫酸盐、硫化物及活性氧化硅、活性碳酸盐的作用同细骨料。
(四)强度 碎石的强度用岩石的抗压强度和碎石的压碎指标值来表示，卵石的强度用压碎指标值来表示。工程上可采用压碎指标值来进行质量控制。 岩石的抗压强度是用50×50×50mm的立方体试件或φ50×50mm的圆柱体试件，在吸水饱和状态下测定的抗压强度值。压碎指标值的测定，是将一定质量(m)气干状态下的9.75～19mm的粗骨料装入压碎指标测定仪(钢制的圆筒)内，放好压头，在试验机上经3～5min均匀加荷至200kN，卸荷后用2.5mm筛筛除被压碎的细粒，之后称量筛上的筛余量m1，则压碎指标为：

18 压碎指标值越大，则粗骨料的强度越小。 (五)坚固性 对粗骨料坚固性要求的目的及检验方法与细骨料基本相同。 四、混凝土拌合与养护用水 混凝土拌合及养护用水应是清洁的水。混凝土拌合及养护用水分为饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置过的工业废水。水中不得含有有损于混凝土拌合物和易性、凝结、强度、耐久性，或不得含有促进钢筋锈蚀及污染混凝土表面的酸类、盐类及其它有害物质。

19 第三节 混凝土外加剂 在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的化学物质，称为混凝土化学外加剂，简称混凝土外加剂或外加剂。其掺量一般不大于水泥（胶凝材料）质量的5%。 外加剂以成为混凝土的第五种组成材料。 按外化学成分分为无机化合物和有机化合物。无机化合物多为电解质盐类；有机化合物多为表面活性剂。

20 按外加剂主要功能分为四类： 1. 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括减水剂、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、防冻剂和着色剂等。 一、减水剂 在不影响混凝土拌合物和易性的条件下，具有减水及增强作用的外加剂，称为减水剂或塑化剂。 混凝土用减水剂大都是表面活性剂。 (一)表面活性剂的基本知识

21 表面活性剂分子由憎水团基和亲水基基团组成，溶于水后可定向排列于液体表面或两相界面上，从而显著降低表面张力或界面张力；或能起到湿润、分散、乳化、润滑、起泡等作用。
亲水基团 憎水基团 水泥颗粒或油 水 空气 定向单分子层吸附膜

22 (二)减水剂的作用机理与主要经济技术效果 1.减水剂的作用机理
水膜 电斥力、吸附水膜 水 水泥浆中的絮状结构 水 水泥 絮状结构破坏

23 减水剂的作用：(1)降低了水泥颗粒的表面能，使之易于分散；(2)水泥颗粒表面带有同性电荷，产生静电斥力，破坏了水泥浆中的絮凝结构，释放出被包裹着的水；(3)减水剂的亲水基又吸附了大量极性水分子，增加了水泥颗粒表面溶剂化水膜的厚度，润滑作用增强，使水泥颗粒间易于滑动；(4)表面活性剂降低了水的表面张力和水与水泥颗粒间的界面张力，水泥颗粒更易于润湿。 2.减水剂的主要经济技术效果 根据不同使用条件，混凝土中掺入减水剂后，可获得以下效果： (1) W不变时，流动性SL↑，如SL↑50～150mm。

24 (2)在保持混凝土拌合物流动性及水泥用量不变的条件下，可W↓l0%～20%，f↑l0%～30%， f早↑↑，且耐久性↑ 。
(3)在保持混凝土拌合物流动性和混凝土强度不变的条件下，可W↓ 10%～20%，C↓ 10%～20%。 (4)减少混凝土拌合物的分层、离析和泌水。 (5)减缓水泥水化放热速度和减小最高放热温度。 (6)改善混凝土的耐久性。 (7)可配制特殊混凝土或高强混凝土。 (8)可降低混凝土成本。

25 (三)常用品种与效果 1.木质素磺酸钙 木质素磺酸钙，又称M型减水剂，简称木钙或M剂。
木钙属缓凝引气减水剂，掺量0.2%～0.3%。在混凝土拌合物流动性和水泥用量不变的情况下，可W↓10%，f28↑10%～20%，并可以使混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性有明显提高；W不变时，SL↑50～100mm；流动性、强度不变时，C↓10 %；可延缓凝结时间1～3h；可使混凝土含气量增加1%～3%；对钢筋无锈蚀作用。 广泛用于一般混凝土工程，特别是有缓凝要求的混

26 混凝土(大体积混凝土、夏季施工混凝土、滑模施工混凝土等)；不宜用于低温季节(低于5℃)施工或蒸汽养护。
2.萘系减水剂 属阴离子型表面活性剂。对水泥的分散、减水、早强、增强作用均优于木钙，属高效减水剂。 适宜掺量为0.2%～1.0%，常用掺量为0.5%～0.75%，可W↓ 12%～25%， f1和f3↑50%左右， f28↑10%～30%， f折和f后有所提高，抗冻性、抗渗性等耐久性也有明显的改善, C↓12%～20%，坍落度提高100～150mm，且对钢筋无锈蚀作用。 主要适用于配制高强混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、早强混凝土、冬季施工混凝土、蒸汽养护混凝土及防水混凝土等。

27 3.水溶性树脂系减水剂 主要为三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐，属非引气型早强高效减水剂。我国生产的产品主要有SM剂，是阴离子型表面活性剂。其分散、减水、早强、增强效果比萘系减水剂好。 SM剂适宜掺量为0.5%～2.0%，可减水20%～27%，f1提高30%～100%，f7提高30%～70%(可达基准 f28)，f28提高30%～60%，可节省水泥25%左右，f折、E、抗冻、抗渗等性能均有显著提高，对钢筋无锈蚀作用。 SM剂的价格高，适用于特殊工程，如高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土及耐火混凝土等。

28 4．聚羧酸盐系减水剂 聚羧酸盐系减水剂多以液体供应（含固量18％～24％）。适宜掺量为0.5%～2.0％，可减水18％～40％，流动性（坍落度）经时损失很小，掺量不大时无缓凝作用，有一定的引气性，不增加混凝土的干缩，可显著提高混凝土的强度和耐久性。特别适合泵送混凝土、高性能混凝土等。缺点是价格高。 4.糖蜜系减水剂 主要为糖钙，属于非离子型表面活性剂。 糖蜜系减水剂与M剂相似，属缓凝型减水剂，适宜掺量为0.1%～0.3%，减水6%～10%，提高坍落度50mm，28d强度提高10%～20%，抗冻性、抗渗性等耐久性有所提高，节省水泥10%，凝结时间延缓3h以上，对钢筋无锈蚀作用。

29 糖蜜系减水剂主要用于大体积混凝土、夏季施工混凝土、水工混凝土。当用于一般混凝土时，常与早强剂复合作用。
二、早强剂 早强剂是指能提高混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。 1.氯盐 氯盐系早强剂主要有氯化钙(CaCl2)和氯化钠(NaCl)，其中氯化钙是应用最为广泛的一种早强剂。 主要适宜于冬季施工混凝土、早强混凝土，不适宜于蒸汽养护混凝土。 氯化钠的掺量、作用及应用同氯化钙的基本相似，但作用效果稍差。

30 2.硫酸钠 硫酸钠Na2SO4，又称元明粉，具有缓凝、早强作用。硫酸钠掺入混凝土中，能与水泥的水化产物Ca(OH)2发生反应：
硫酸钠是硫酸盐系早强剂之一，是应用较多的一种早强剂。 硫酸钠Na2SO4，又称元明粉，具有缓凝、早强作用。硫酸钠掺入混凝土中，能与水泥的水化产物Ca(OH)2发生反应： Na2SO4+ Ca(OH)2+2H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH 硫酸钠的掺量一般为0.5%～2.0%, 可使f3提高20%～40%，28d后的强度基本无差别或略有降低。对钢筋无锈蚀作用。掺量应严格控制，掺量较大时，易产生碱-骨料反应。掺量过多时，会引起硫酸盐腐蚀。 硫酸钠的应用范围较氯盐系早强剂更广。

31 3.三乙醇胺 三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体，无毒，呈碱性，属非离子型表面活性剂。三乙醇胺掺量一般为0.02%～0.05%，f3提高20%～40%，对后期强度影响较小，抗冻、抗渗等性能有所提高，对钢筋无锈蚀作用，但会增大干缩。 上述三种早强剂在使用时，通常复合使用效果更佳，特别是与减水剂复合使用时，效果更佳。

32 三、引气剂 在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡（0.05～1.0）mm ，以减少混凝土拌合物泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂，属憎水性表面活性剂。 常用引气剂品种为松香热聚物、三萜皂甙 ，此外还使用烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠和松香皂等。 引气剂掺量很少，通常为0.5/万～1.5/万，可使含气量达到3%～6%，改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，减水8%～10%，提高抗冻性1～6倍，提高抗渗性1倍。 引气剂适宜于配制抗冻混凝土、泵送混凝土、港口混凝土、防水混凝土、轻骨料混凝土以及骨料质量差、泌水严重的混凝土。

33 四、缓凝剂 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。 缓凝剂的品种繁多，常采用木钙、糖钙、柠檬酸等表面活性剂以及糖、葡萄酸钠。这些表面活性剂吸附在水泥颗粒表面，并在水泥颗粒表面形成一层较厚的溶剂化水膜，起到缓凝作用。 掺量一般为0.1%～0.3%，可缓凝1h～5h，可降低水泥水化初期的水化放热。此外，还具有增强作用。 缓凝剂适宜于配制大体积混凝土、水工混凝土、夏季施工混凝土、远距离运输的混凝土拌合物及夏季滑模施工混凝土。

34 五、速凝剂 速凝剂是一种使砂浆或混凝土迅速凝结硬化的化学外加剂。 常用速凝剂有：711型和红星I型，以及8604型和8604-2型。 适宜掺量为2.5%～4.0%，可在5min内初凝，10min内终凝，1h产生强度，但 f28较不掺时下降20%～25%，对钢筋无锈蚀作用。其中8604型 f28 基本上不降低，且为中性，无腐蚀作用，可用于配制高强喷射混凝土。 速凝剂主要用于喷射混凝土、堵漏等。 六、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。

35 常用防冻剂有亚硝酸钠、亚硝酸钙、氯化钙、氯化钠、氯化铵、碳酸钾等。亚硝酸钠和亚硝酸钙的适宜掺量为1. 0%～8
常用防冻剂有亚硝酸钠、亚硝酸钙、氯化钙、氯化钠、氯化铵、碳酸钾等。亚硝酸钠和亚硝酸钙的适宜掺量为1.0%～8.0%，具有降低冰点、阻锈、早强作用。氯化钙和氯化钠的适宜掺量为0.5%～1.0%，具有早强、降低冰点的作用，但对钢筋有锈蚀作用。 主要用于冬季施工(5℃以下)。为提高防冻剂的防冻效果，多与减水剂、早强剂及引气剂等复合，使其具有更好的防冻性。目前，工程上使用的都是复合防冻剂。 七、阻锈剂 阻锈剂是指能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂。

36 阻锈剂属含氧化性离子的盐类，常用亚硝酸钠、硫代硫酸钠及铁盐等。工程上主要使用亚硝酸钠。
亚硝酸钠的掺量为1.0%～8.0%，效果同上。当外加剂中含有氯盐时，常掺入阻锈剂，以保护钢筋。 八、膨胀剂 指其在混凝土拌制过程中与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石或氢氧化钙等，使混凝土产生膨胀的外加剂。常用品种为硫铝酸钙型膨胀剂。 掺量(内掺，即等量替代水泥)为10%～15%，可使混凝土膨胀率达0.05%～0.10%，f28提高10%～30%，抗渗性提高2～3倍，或自应力值达0.2～0.6MPa，且对钢筋无锈蚀作用，并使抗裂性大幅度提高。 主要用于防水混凝土、补偿收缩混凝土、接缝、地脚螺丝灌浆料、自应力混凝土等。

37 九、防水剂 指能降低砂浆或混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。混凝土是一种非均质材料，体内分布着大小不同的孔隙(凝胶孔、毛细孔和大孔)。防水剂的主要作用是要减少混凝土内部的孔隙，提高密实度或改变孔隙特征以及堵塞渗水通路，以提高混凝土的抗渗性。 常采用引气剂、引气减水剂、减水剂、膨胀剂、氯化铁、氯化铝、三乙醇胺等复配而成。 防水剂主要用于抗渗性要求较高的混凝土。 十、泵送剂 指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。泵送剂的主要成分为高效减水剂，为保证混凝土拌合物的保水性，也含有适量的引气剂，此外还有缓凝剂、保塑剂等。泵送剂可保证混凝土拌合物在管道内输送时不发生严重的离析、泌水，从而保证畅通无阻。

38 第四节 混凝土掺合料 配制混凝土时，掺加到混凝土中的磨细矿物材料称为混凝土掺合料，简称掺合料。通常使用的为具有活性的掺合料，如粉煤灰、硅灰、磨细粒化高炉矿渣、磨细自燃煤矸石及其它工业废渣，有时也使用磨细沸石粉、磨细硅质页岩粉等天然矿物材料。 一、粉煤灰 (一)粉煤灰的技术要求 由无烟煤和烟煤燃烧获得的为F类，褐煤或次烟煤燃烧获得的为C类，C类灰的一般高于10%，并按CaO是否高于10％分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰。

39 高钙粉煤灰的活性优于低钙粉煤灰。我国绝大多数电厂的粉煤灰均属于低钙粉煤灰。按粉煤灰的排放方式分类为干排灰和湿排灰，湿排灰的质量低于干排灰。
粉煤灰的质量要求 等级 细度（45μm方孔筛筛余，％） 烧失量 （％） 需水量比 三氧化硫（％） Ⅰ ≤12 ≤5 ≤95 ≤3 Ⅱ ≤25 ≤8 ≤105 Ⅲ ≤ 45 ≤15 ≤115 (二)粉煤灰在混凝土中的作用及粉煤灰的掺量与掺用方法 粉煤灰属于活性矿物材料，因而对混凝土的强度有增进作用，特别是对后期强度有较大的增进作用。

40 混凝土中掺用粉煤灰可采用以下三种方法： (1)等量取代法 以粉煤灰取代混凝土中的等量(以质量计)水泥。当配制超强较大混凝土或大体积混凝土时，可采用此法。 (2)超量取代法 粉煤灰掺量超过取代的水泥量，超量的粉煤灰取代部分细骨料。 (3)外加法 在水泥用量不变的情况下，掺入一定数量的粉煤灰，主要用于改善混凝土拌合物的和易性。

41 (三)粉煤灰应用范围 粉煤灰适合用于各类结构用的混凝土，尤其适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐与抗软水侵蚀的混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下与水下工程混凝土、压浆混凝土及碾压混凝土。 二、硅灰 硅灰又称硅粉，SiO2的含量达80%以上，主要是非晶态的SiO2。硅灰颗粒的平均粒径为0.1～0.2μm，比表面积为20000～25000m2/kg，因而具有极高的活性。 硅灰取代水泥的效果远远高于粉煤灰，它可大幅度提高混凝土的强度、抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性，并可明显抑制碱-骨料反应，降低水化热。

42 硅灰的取代水泥量一般为5%～15%，当超过20%时混凝土拌合物的流动性明显降低，使用时必须同时掺加减水剂。
（三）磨细粒化高炉矿渣 由粒化高炉矿渣磨细而得（磨细时可添加少量的石膏），简称磨细矿渣或矿渣粉，代号S。矿渣的活性与其碱性系数（M>1为碱性矿渣，M=1为中性矿渣，M<1为酸性矿渣）和质量系数（有着密切的关系。通常采用碱性系数M>1，质量系数K≥1.2的粒化高炉矿渣来磨制。

43 磨细矿渣除含有活性SiO2和Al2O3外，还含有部分β-C2S，因而磨细矿渣具有较高的活性，其掺量与效果均高于粉煤灰。
磨细矿渣的掺量为10％～70％。对拌合料的流动性影响不大，可明显降低混凝土的温升。细度较低时，随掺量的增大泌水量增大。对混凝土的干缩影响不大，但超细矿渣会加大混凝土的塑性开裂。 四、其它掺合料 目前我国使用的掺合料还有： 磨细沸石粉，其效果优于粉煤灰，掺量一般为10%～20%，掺量大时流动性显著降低。 磨细硅质页岩，其效果优于粉煤灰，掺量一般为10%～20%，掺量大时将显著降低流动性。 磨细自燃煤矸石，效果与掺量均低于粉煤灰。

44 坍落度法是用来测定混凝土拌合物在自重力作用下的流动性，适用于流动性较大的混凝土拌合物。
第五节 混凝土拌合物的和易性 一、和易性的测定与选择 (一)和易性的测定 1.坍落度法 坍落度法是用来测定混凝土拌合物在自重力作用下的流动性，适用于流动性较大的混凝土拌合物。 SL坍落度

45 维勃稠度法用来测定混凝土拌合物在机械振动力作用下的流动性，适用于流动性较小的混凝土拌合物。
2.维勃稠度法 维勃稠度法用来测定混凝土拌合物在机械振动力作用下的流动性，适用于流动性较小的混凝土拌合物。 透明有机玻璃板 导杆 混凝土锥 振动台

46 在满足施工条件及保证密实成型的前提下，尽可能选择较小的流动性。工程中根据混凝土构件的截面最小尺寸、配筋的疏密及成型捣实方法来选择。
(二)混凝土拌合物流动性的级别 坍落度级别 维勃稠度级别 级别 名称 SL（mm） VB（s） T1 低塑性砼 10～40 V0 超干硬性砼 ≥31 T2 塑性砼 50～90 V1 特干硬性砼 30～21 T3 流动性砼 100～150 V2 干硬性砼 20～11 T4 大流动性砼 ≥160 V3 半干硬性砼 10～5 (三)混凝土拌合物流动性的选择 在满足施工条件及保证密实成型的前提下，尽可能选择较小的流动性。工程中根据混凝土构件的截面最小尺寸、配筋的疏密及成型捣实方法来选择。

47 二、影响和易性的因素 (一)用水量W与水灰比W/C (二)骨料的品种、规格与质量 (三)砂率 (四)外加剂 (五)其它影响因素
砂率(βs)是指砂用量(ms)与砂、石(mg)总用量的质量百分比，即 (四)外加剂 (五)其它影响因素

48 三、改善和易性的措施 调整混凝土拌合物的和易性时，一般应先调整粘聚性和保水性，然后调整流动性，且调整流动性时，须保证粘聚性和保水性不受大的损害，并不得损害混凝土的强度和耐久性。 (一)改善粘聚性和保水性的措施 (1)选用级配良好的粗、细骨料，并选用连续级配； (2)适当限制粗骨料的最大粒径，避免选用过粗的细骨料； (3)适当增大砂率或掺加粉煤灰等掺合料； (4)掺加引气剂。 (二)改善流动性的措施 (1)尽可能选用较粗大的粗、细骨料； (2)采用泥及泥块等杂质含量少，级配好的粗、细骨料；

49 (3)尽量降低砂率； (4)在上述基础上，保持水灰比不变，适当增加水泥用量和用水量；如流动性太大，则保持砂率不变，适当增加砂、石用量； (5)掺加减水剂。 第六节 混凝土的强度 一、混凝土的受力破坏特点 如前所述，由于水化热、干燥收缩及泌水等原因，混凝土在受力前就在水泥石中存在有微裂纹，特别是在骨料的表面处存在有部分界面微裂纹。当混凝土受力后，在微裂纹处产生应力集中，使这些微裂纹不断扩展、数量不断增多，并逐渐汇合连通，最终形成若干条可见的裂缝而使混凝土破坏。 通过显微镜观测混凝土的受力破坏过程，表明混凝

50 土的破坏过程是内部裂纹产生、发生与汇合的过程，可分为四个阶段。混凝土单轴静力受压时的变形与荷载关系如右图所示。
100 70～90 30 σ/f (%) ε Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅴ Ⅵ Ⅳ B A C D Ⅰ-界面裂纹无明显变化；Ⅱ-界面裂纹增长；Ⅲ-出现砂浆裂纹和连续裂纹；Ⅳ-连续裂纹迅速扩展；Ⅴ-裂纹缓慢增长；Ⅵ-裂纹迅速增长 Ⅰ Ⅱ 达到极限荷载后，裂纹急剧扩展、汇合，并贯通成若干条宽度很大的裂纹，同时混凝土的承载力下降，变形急剧增大，直至破坏。 Ⅲ Ⅳ

51 二、混凝土的抗压强度与强度等级 (一)混凝土的立方体抗压强度 边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件(温度为20±2℃，相对湿度为95%以上)下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值称为立方体抗压强度fcu，简称抗压强度。采用非标准尺寸的试件，其结果应乘以换算系数以换算成标准尺寸试件的强度值。边长为100、200mm的非标准立方体试件的换算系数分别为0.95、1.05。

52 (二)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。混凝土的立方体抗压强度标准值(简称抗压强度标准值)是测得的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%，或具有95%强度保证率的抗压强度值fcu,k。混凝土的强度等级用符号C和立方体抗压强度标准值来表示，分为C7.5、C10、C15、C20、C100等。 三、混凝土的轴心抗压强度 混凝土的轴心抗压强度又称棱柱体抗压强度，是以

53 150×150×300mm的试件在标准养护条件下，养护至28d龄期，测得的抗压强度值。
混凝土结构设计中计算轴心受压构件时，以混凝土的轴心抗压强度为设计取值。实验结果表明，轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值为0.7～0.8。 四、混凝土的抗拉强度 混凝土属于脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，且比值随混凝土抗压强度的提高而减少。 通常采用劈拉法测定，即采用边长为150mm的立方体试件进行试验，劈拉强度，按下式计算： 应力分布 － ＋ 式中 P—破坏荷载，N； A—试件受劈面的面积，mm2

54 实验结果表明，混凝土的轴心抗拉强度与劈拉强度的比值约为0.9。
五、影响混凝土强度的因素 (一)水泥强度等级与水灰比 混凝土的强度主要取决于水泥石的强度和界面粘结强度。因此，普通混凝土的强度主要取决于水泥强度等级与水灰比。水泥强度等级越高，水泥石的强度越高，对骨料的粘结作用也越强。水灰比越大，在水泥石内造成的孔隙越多，混凝土的强度越小。大量试验表明，在原材料相同的条件下，混凝土的强度随水灰比的增加而有规律降低，并近似呈双曲线关系，而与灰水比(C/W)的关系近似呈直线关系。

55 fce—水泥的实际强度。 fce＝γc fce,g,γc水泥的强度富余系数，fce,g水泥的强度等级值。
成型密实 成型不密实 W/C fcu C/W fcu 上述直线关系可表示为： 式中 f28（即fcu ）—混凝土28d的强度 fce—水泥的实际强度。 fce＝γc fce,g,γc水泥的强度富余系数，fce,g水泥的强度等级值。 αa、αb—经验系数。无统计资料时，对于碎石 αa＝0.46、αb＝0.07； 对于卵石αa＝0.48、αb＝0.33

56 在水泥强度等级与水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土。
(二)骨料的品种、规格与质量 在水泥强度等级与水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土。 (三)养护温度、湿度 1.温度 28 龄期（d） 抗压强度 一直处于常温 1d后受冻 一直处于潮湿 保湿3d 保湿1d

57 2.湿度 环境湿度越高，水泥的水化程度越高，强度越高。 如环境湿度低，则由于水分大量蒸发，使混凝土不能正常水化，严重影响混凝土的强度。受干燥作用的时间越早，造成的干缩开裂越严重，结构越疏松，混凝土的强度损失越大。 (四)龄期 在正常养护条件下，混凝土强度随龄期的增加而增大，最初7～14d内强度增长较快， 28d以后增长缓慢。

58 用中等强度普通硅酸盐水泥(非R型)配制混凝土，在标准养护条件下，其强度与龄期的对数成正比，其关系为：
对使用普通硅酸盐水泥的中低强度混凝土和高强度混凝土也可分别按 f7＝（0.55～0.75）f28、 f7＝（0.85～0.95）f28估算强度，混凝土强度高时取上限。中低强度混凝土在3、6、12个月龄期时的强度分别约为28d龄期时的1.2、1.4、1.5倍。 (五)施工方法、施工质量及其控制

59 六、提高混凝土强度的措施 (一)采用高强水泥或快硬早强型水泥 (二)采用干硬性混凝土或较小的水灰比 (三)采用级配好、质量高、粒径适宜的骨料 (四)采用机械搅拌和机械振动成型 (五)加强养护 (六)掺加外加剂 (七)掺加混凝土掺合料

60 第七节 混凝土的变形性能 一、化学变形 二、干湿变形
第七节 混凝土的变形性能 一、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。 二、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。 龄期 水中养护 空气中养护 膨胀 收缩

61 影响混凝土干缩变形的因素主要有： (1)水泥用量、细度、品种 (2)水灰比 (3)骨料的规格与质量 (4)养护条件 (5)外加剂

62 三、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。为降低混凝土内部的温度，应采用水化热较低的水泥和最大粒径较大的粗骨料，并应尽量降低水泥用量，也可掺加缓凝剂或采取人工降温等措施。 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。温度变形对大体积混凝土工程、大面积混凝土及纵长的混凝土结构等极为不利，易使混凝土产生温度裂纹。对纵长的混凝土结构及大面积的混凝土工程，应每隔一段长度设置一温度伸缩缝。

63 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。
四、荷载作用下的变形 (一)混凝土在短期荷载作用下的变形 1.混凝土的弹塑性变形 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。 σ ε ε塑 (0.3～0.5)fck

64 2.混凝土的弹性模量 对于C10～C60的混凝土，其弹性模量为(1.75～3.60)×104MPa。 影响混凝土弹性模量的主要因素有： (1) 混凝土的强度 (2)混凝土水泥用量与水灰比　 (3)骨料的弹性模量与骨料的质量 (4)养护和测试时的湿度 (5)引气

65 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。
三、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。 徐变变形 弹性变形 瞬时恢复 徐变恢复 残余变形 龄期（d） 应变 产生徐变的原因是水泥石中凝胶的粘性流动，并向 毛细孔中移动的结果，以及凝胶体内的吸附水在荷 载作用下向毛细孔迁移的结果。

66 影响混凝土徐变的因素主要有： (1)水泥用量与水灰比 水泥用量越多，水灰比越大，混凝土的徐变越大。 (2)骨料的弹性模量与骨料的规格与质量 骨料的弹性模量越大，混凝土的徐变越小。骨料的级配越好，粒径越大，泥及泥块的含量越少，则混凝土的徐变越小。 (3)养护湿度 养护湿度越高，混凝土的徐变越小。 (4)养护龄期 混凝土受荷载作用时间越早，徐变越大。

67 第八节 混凝土的耐久性 一、混凝土的耐久性 (一)抗渗性 抗渗性是混凝土的一项重要性质，它还直接影响混凝土的抗冻性及抗侵蚀性等。 高性能混凝土的抗渗性采用电量法（C）和氯离子扩散系数表征（m2/s）。 混凝土的抗渗性主要与水泥品种和混凝土的孔隙率，特别是开口孔隙率Pa以及成型时造成的蜂窝、孔洞、水隙等有关。 为提高混凝土的抗渗性应采用级配好、泥及泥块等杂质含量少的骨料，并应加强振捣成型和养护。掺加引气剂、减水剂、防水剂、膨胀剂等可大幅度提高混凝土的抗渗性。

68 (二)抗冻性 目前主要采用快冻法进行，以经快速冻融循环后，混凝土的相对动弹性模量≮60%，且质量损失≯5%时，混凝土所能承受的最多冻融循环次数来表示，如F50。 混凝土的抗冻性主要与水泥品种、骨料的坚固性和混凝土内部的孔隙率有关，特别是封闭孔隙的含量。提高混凝土的抗渗性可提高其抗冻性。采用较低的水灰比，级配好、泥及泥块含量少的骨料，可提高混凝土的抗冻性。加强振捣成型和养护，掺加减水剂，特别是掺加引气剂可显著提高混凝土的抗冻性。 抗冻性 引气混凝土 非引气混凝土 高抗渗区 抗渗性 混凝土抗渗性与抗冻性关系示意图

69 (三)抗侵蚀性 混凝土所处的环境含有侵蚀介质时，则对混凝土必须有抗侵蚀性要求。混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥的品种与混凝土的密实度。 (四)碳化 空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水的过程称为碳化，又称中性化。 碳化的最大危害是对钢筋的保护作用降低，使钢筋容易锈蚀。

70 混凝土的碳化过程是由表及里地逐渐进行的过程。混凝土的碳化深度D(mm)随时间t(d)的延长而增大，在正常大气中，二者的关系为：
式中 a—碳化速度系数，与混凝土的组成材料及混凝土的密实程度等有关。 影响混凝土碳化速度的因素有： (1)二氧化碳的浓度 二氧化碳的浓度高，则混凝土的碳化速度快。如室内较室外快，翻砂及铸造车间混凝土的碳化则更快。

71 (2)湿度 湿度为50%～70%时，混凝土的碳化速度最快。
(3)水泥品种 掺混合材料数量多的硅酸盐水泥，由于碱度低，因而抗碳化能力。 (4)水灰比 水灰比越大，毛细孔越多，碳化速度越快。 (5)骨料的质量 骨料的级配越好，泥及泥块含量越少，混凝土的水灰比越小，抗碳化能力越高。 (6)养护 混凝土的养护越充分，抗碳化能力越好。采用湿热处理的混凝土，其碳化速度较标准养护时的碳化速度快。 (7)外加剂 掺加减水剂时，可明显降低混凝土的碳化速度。

72 (五)碱-集料反应 碱-集料反应是指混凝土内水泥石中的碱(Na2O、K2O)与集料中活性氧化硅间的反应，该反应的产物为碱-硅酸凝胶，吸水后会产生巨大的体积膨胀而使混凝土开裂。 当集料中含有活性碳酸盐岩(微晶或隐晶的碳酸岩)时，也会与水泥中的碱发生反应，生成水镁石Mg(OH)2，使混凝土被胀裂，该反应也称为碱-集料反应。 碱-集料反应破坏的特点是，混凝土表面产生网状 裂纹，活性骨料周围出现反应环，裂纹及附近孔隙中常含有碱-硅酸凝胶等。

73 碱-集料反应只有在水泥中的碱含量大于0.60%(以Na2O计)的情况下，集料中含有活性氧化硅时，并且在有水存在或潮湿环境中才能进行。
当集料中含有活性氧化硅、活性碳酸盐岩，而又必须使用时，应采取以下措施： (1)使用碱含量小于0.60%的水泥。 (2)掺加磨细的活性掺合料。 (3)掺加引气剂。

74 二、提高混凝土耐久性的措施 (1)选择适宜的水泥品种和水泥强度等级。也可根据使用环境条件，掺加适量的活性掺合料。 (2)采用较小的水灰比，并限制最大水灰比和最小水泥用量，以保证混凝土的孔隙率较小。 (3)采用杂质少、级配好、粒径较大或适中的粗骨料，并采用坚固性好的粗、细骨料。 (4)掺加减水剂和引气剂及碱-集料反应抑制剂。 (5)加强养护，特别是早期养护。 (6)采用机械搅拌和机械振动成型。 (7)必要时，可适当增大砂率，以减小离析、分层。

75 第十节 普通混凝土配合比设计 一、混凝土配合比的表示方法
第十节 普通混凝土配合比设计 一、混凝土配合比的表示方法 混凝上配合比的表示方法主要有两种。一种是以1m3混凝土中各材料的用量(kg)来表示，如水泥300kg、水190kg、砂690kg、石子1270kg；另一种是以水泥的质量为l，用各材料间的质量比来表示，如mc∶ms∶mg＝1∶2.3∶4.1，W/C＝0.58。 二、混凝土配合比设计的基本要求 (1)满足施工要求的和易性； (2)满足设设要求的强度等级； (3)满足与使用条件相适应的耐久性； (4)满足经济上合理，即水泥用量要少。

76 三、混凝土配合比设计的基本资料 (一)工程要求与施工水平方面 为确定混凝土的和易性、强度标准差、骨料的最大粒径、配制强度、最大水灰比与最小水泥用量等，必须首先掌握设计要求的强度等级、混凝土工程所处的使用环境条件与所要求的耐久性；掌握混凝土构件或混凝土结构的断面尺寸和配筋情况；掌握混凝土的施工方法与施工质量水平。 (二)原材料方面 必须掌握水泥的品种和强度等级、密度等性能；掌握粗、细骨料的规格(粗细或最大粒径)、品种、视密度、级配、含水率及杂质与有害物的含量等；掌握水质情况；掌握外加剂与掺合料的品种、性能等。

77 四、混凝土配合比设计基本参数的确定 (一)确定水灰比 为保证混凝土的耐久性，计算出的水灰比须小于规定的最大水灰比（表6-26）。 (二)确定用水量 可凭经验直接选取，或根据骨料的品种与规格及要求的流动性查表6-20确定。

78 (三)确定砂率 工程量较大或工程质量要求较高时，应通过试验来确定砂率(参见第五节)。砂率也可根据骨料的品种、规格与所采用的水灰比W0/C0查表6-21确定。 四、混凝土配合比设计步骤 混凝土配合比设计时，骨料以干燥状态为基准。干燥状态是指细骨料的含水率小于0.5%、粗骨料的含水率小于0.2%。用于水利工程的混凝土，需要以饱和面干状态为基准进行计算，此时应作相应的修改。设计步骤如下。

79 (一)确定初步配合比 1.确定配制强度fcu,0 fcu, 0 = fcu, k －tσ＝ fcu, k σ 强度标准差σ 可由本单位的统计值获得，如没有则可查表6-38确定。 2.确定水灰比W0/C0 3确定用水量W0 4.确定水泥用量C0 由已经获得的用水量Wo和水灰比W0/C0，即可得到水泥用量： 为保证混凝土的耐久性，计算得的水泥用量须大于表6-26规定的最小水泥用量。

80 5.确定砂率βs 6.计算砂用量ms0、石用量mg0 (1)体积法 该法假定混凝土各组成材料的体积与拌合物所含的少量空气的体积之和等于混凝土拌合物的体积，即1m3，或1000L。 式中 ρc、 ρw—分别为水泥、水的密度，kg/L； ρsa、 ρga —分别为砂、石的视密度，kg/L； 解此方程组即得ms0、mg0。 α—混凝土的含气量百分数（％），在不使用引气型外加剂时，可取为1。

81 (2)体积密度法(质量法) 当混凝土所用原材料的性能相对稳定时，即使各组成材料的用量有所波动，但混凝土拌合物的体积密度基本上不变，接近于一恒定数值。可在2370～2450kg/m3之间选取，由此假定和砂率，即有下述方程组： 解此方程组即得ms0、mg0。

82 (二)试拌检验与调整和易性及确定基准配合比
试拌时，若流动性大于要求值，可保持砂率不变，适当增加砂用量和石用量；若流动性小于要求值，可保持水灰比不变，适当增加水泥用量和水用量。和易性合格后，测定混凝土拌合物的体积密度ρ0t ，并计算出各组成材料的拌合用量: 水泥mc0b、砂ms0b 、石mg0b 、水mw0b以及拌合物的总量mtb。 mtb= mc0b + ms0b + mg0b + mw0b

83 (三)检验强度与确定实验室配合比 检验强度时应采用不少于三组的配合比。 三组配合比分别成型、养护、测定28d龄期的抗压强度fⅠ、fⅡ、fⅢ。由三组配合比的灰水比C/W和抗压强度，绘制抗压强度-灰水比关系图。

84 因四者的体积之和不等于1m3，须根据混凝土的实测体积密度和计算体积密度折算为1m3。计算体积密度ρ0c按下式计算：
fⅢ Fcu,0 fⅡ fⅠ f28 C/W 由图可得满足配制强度的灰水比C/W，称为实验室灰水比，该灰水比既满足了强度要求，又满足了水泥用量最少的要求。此时，满足配制强度要求的四种材料的用量为： 因四者的体积之和不等于1m3，须根据混凝土的实测体积密度和计算体积密度折算为1m3。计算体积密度ρ0c按下式计算：

85 则校正系数k为： 混凝土的实验室配合比为：

86 (四)确定施工配合比 工地的砂、石均含有一定数量的水分，应根据实测的砂含水率ω´s%、石子含水率ω´g%，将实验室配合比换算为施工配合比(又称工地配合比)，即：

87 五、混凝土配合比设计实例 严寒地区非受冻部位的某钢筋混凝土构件，其设计强度等级为C25，施工要求的坍落度为35~50mm，采用机械搅拌和机械振动成型。施工单位无历史统计资料。试确定混凝土的配合比。原材料条件为：强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，强度富余系数为1.13，密度为3.1g/cm3；级配合格的中砂（细度模数为2.3），表观密度为2.65g/cm3，含水率为3%；级配合格的碎石，最大粒径为31.5mm，表观密度为2.70g/cm3，含水率为1%，饮用水。 解：（一）确定初步配合比 查表6-22，＝5.0MPa。因而配制强度为：

88 2.确定水灰比W0/C0 查表6-26小于的最大水灰比，即取W0/C0＝0.49。 3. 确定水用量mw0 由坍落度35～50mm，最大粒径31.5mm的碎石，中砂，查表6-20得： mw0 ＝190kg。 4. 确定水泥用量mc0 查表6-26大于的最小水泥用量，即取mc0 ＝388kg。 5. 确定砂率βs 由W0/C0＝0.49 ，最大粒径31.5mm的碎石，中砂偏细，查表6-21得：βs＝33％。

89 6. 计算砂石用量ms0、mg0 以体积法计算 因未掺引气型外加剂，含气量α取1％。 解此方程组得ms0＝597kg ，mg0＝1213kg。

90 (二)试拌检验、调整及确定实验室配合比 按初步配合比试拌15L混凝土拌合物，其各材料用量为：水泥5.82kg、水2.85kg、砂8.96kg、石18.20kg。搅拌均匀后，检验和易性，测得坍落度为20mm，粘聚性和保水性合格。 水泥用量和水用量增加5%后(水灰比不变)，测得坍落度为35mm，且粘聚性和保水性均合格。此时，拌合物的各材料用量：水泥m0b＝5.82(1+5%)＝6.11kg、水m0b＝2.85(1+5%)＝2.99kg、砂m0b＝8.98kg、石m0b=18.20kg。 以0.54、0.49、0.44的水灰比分别拌制三组混凝土，水灰比、水泥用量、水用量、砂用量及石用量分别为： Ⅰ ，5.54kg，2.99kg，8.98kg，18.20kg Ⅱ ，6.11kg，2.99kg，8.96kg，18.20kg Ⅲ ，6.80kg，2.99kg，8.96kg，18.20kg

91 测得拌合物的体积密度ρ0t ＝2390kg/m3，因而混凝土的实验室配合比为：
41 39 37 35 33 31 29 f28 C/W 养护至28d，测得的抗压强度分别为：fⅠ=29.9MPa、fⅡ=34.4MPa、fⅢ=39.2MPa。绘制灰水比与抗压强度线性关系图。由图可得配制强度fcu,0＝33.2MPa所对应的灰水比 C/W ＝1.98。此时混凝土的各材料用量： 水泥mc0b＝ 2.99×1.98＝5.92kg、水mw0b＝ 2.99kg、砂ms0b＝ 8.96kg，石mg0b＝ 18.20kg，拌合物的总用量为： mtb＝ ＝36.07kg 测得拌合物的体积密度ρ0t ＝2390kg/m3，因而混凝土的实验室配合比为：

92 （三）确定施工配合比

93 第十一节 轻混凝土 一、轻集料混凝土 凡是用轻粗集料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的混凝土，其干体积密度不大1950kg/m3者，称为轻集料混凝土。 按细集料种类，轻集料混凝土分为全轻混凝土（细集料为轻砂）和砂轻混凝土（细集料全部或部分为普通砂)。 轻集料混凝土常以轻粗集料的名称来命名。有时也将轻细集料的名称写在轻粗集料后，如浮石混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、陶粒珍珠岩混凝土等等。

94 轻集料混凝土的按用途分类（JGJ51-2002） 类别名称 混凝土强度等级的合理范围 混凝土密度等级的合理范围 用途 保温轻集料 混凝土
CL5.0 ≤800 主要用于保温的维护结构或若工构筑物 结构保温轻 集料混凝土 CL5.0、CL7.5 CL10、CL15 800~1400 主要用于既承重又保温的维护结构 结构轻集料 CL15~CL60 1400~1900 主要用于承重构件或构筑物

95 （一）轻集料 1.轻集料的分类与品种 轻集料可分为轻粗集料和轻细集料。凡粒径大于5mm、堆积密度小于1000kg/m3的轻质集料，称为轻粗集料；凡粒径不大于5mm、堆积密度小于1200kg/m3的轻质集料，称为轻细集料(或轻砂)。轻集料内部含有大量孔隙，属于多孔结构。 按轻集料来源分为三类： (1)天然轻集料 (2)工业废料轻集料 (3)人造轻集料

96 按轻集料粒型可分为三类： (1)圆球型 (2)普通型 (3)碎石型 2.轻集料技术要求 (1)最大粒径与级配 轻集料粒径愈大，强度愈低。轻砂的细度模数不宜大于4.0；其大于5mm的累计 筛余量不宜大于10%。 (2)堆积密度 根据轻集料的绝于堆积密度，轻粗集料划分为300、400、500、600、700、800、900、1000等八个密度等级，将轻细集料划分为500、600、700、800、900、1000、1100、1200等八个密度等级。

97 (3)筒压强度与强度标号 轻粗集料的强度采用“筒压法”来测定。
(3)筒压强度与强度标号 轻粗集料的强度采用“筒压法”来测定。 它是将粒径为10～20mm烘干的轻集料装入φ115×100mm的带底圆筒内，上面加上φ113×70mm的冲压模，见左图，取冲压模被压入深度为20mm时的压力值，除以承压面积(100mm2)，即为轻集料的筒压强度值。 115 113 100 70 (4)吸水率 轻集料的吸水率较普通集料大。吸水速度快，1h吸水率可达24h吸水率的62%～94%，同时，由于毛细管的吸附作用，释放水的速度却很慢。

98 (二)轻集料混凝土的性质 1.和易性 影响轻集料混凝土和易性的因素同普通混凝土的相似，但轻集料对和易性有很大的影响。 轻集料混凝土的流动性主要取决于净用水量。 和易性也受砂率的影响，轻集料混凝土的砂率用体积砂率表示，分为密实体积砂率(即细集料的自然状态体积占粗、细集料自然状态体积之和的百分率)、松散体积砂率(即细集料的堆积体积占粗、细集料堆积体积之和的百分率)。轻集料混凝土的砂率一般高于普通混凝土。

99 2.强度 主要为水泥强度等级、净水灰比和轻粗集料的强度以及细集料的强度。 3.轻集料混凝土的其它性质 轻集料混凝土的弹性模量较低，即轻集料混凝土的刚度小，变形较大，这一特征使轻集料混凝土具有较高的抗震性或抵抗动荷载的能力。 轻集料混凝土的导热系数较小，具有较好的保温能力，适合用作围护材料或结构保温材料。

100 (三)轻集料混凝土的配合比设计（自学） (四)轻集料混凝土施工中应注意的问题 轻集料混凝土宜采用强制式搅拌机搅拌。由于轻集料轻质、表面粗糙，故轻集料混凝土拌台料在外观上较为干稠，且坍落度也较小。但在振动条件下，流动性较好，施工时应防止因外观判断错误而随意增加净用水量。轻集料混凝土的坍落度损失较大，拌合料应在搅拌后的45min内成型完毕。成型时为防止轻集科上浮造成分层、离析，宜采用加压振捣，且振动时间下宜过长，否则会引起拌合物产生分层、离析。

101 二、多孔混凝土 多孔混凝土是内部均匀分布着大量细小的气孔、不含集料的轻混凝土。孔隙率可高达85%。 根据气孔产生的方法不同，多孔混凝土分为加气混凝土和泡沫混凝土。目前，加气混凝土应用较多。 (一)加气混凝土 加气混凝上是由磨细的硅质材料(石英砂、粉煤灰、矿渣、尾矿粉、页岩等)、钙质材料(水泥、石灰等)、发气剂(铝粉)和水等经搅拌、浇注、发泡、静停、切 切割和压蒸养护而得的多孔混凝土，属硅酸盐混凝土。

102 加气混凝土的体积密度—般为300～1200kg/m3，抗压强度为0. 5～15MPa．导热系数为0. 081～0
加气混凝土的体积密度—般为300～1200kg/m3，抗压强度为0.5～15MPa．导热系数为0.081～0.29W/(m·K)。用量最大的为500级(即ρ0＝500kg/m3)，其抗压强度为2.5～3.5MPa，导热系数为0.12W/(m·K)。加气混凝土可钉、刨，施工方便。 加气混凝土可制成砌块和条板，条板中配有经防腐处理的钢筋或钢丝网，用于承重或非承重的外墙、内墙或保温屋面等。板条可作用墙板或屋面板，兼有承重和保温作用，采用加气混凝上和普通混凝土可制成复合外墙板。

103 (二)泡沫混凝土 泡沫混凝土是将水泥浆和泡沫拌合后，经硬化而得的多孔混凝土。泡沫由泡沫剂通过机械方式(搅拌或喷吹)而得。 常用泡沫剂有松香皂泡沫剂和水解血泡沫剂。上述泡沫剂使用时用水稀释，经机械方式处理即成稳定泡沫。 泡沫混凝上可采用自然养护，但常采用蒸汽或压蒸养护。自然养护的泡沫混凝土采用水泥；泡沫混凝土的性能及应用，基本上与加气混凝土相同。常用泡沫混凝土的干体积密度为400～600kg/m3。

104 三、大孔混凝土 大孔混凝土是以粒径相近的粗集料、水泥和水等配制而成的混凝土。包括不用砂的无砂大孔混凝土和为提高强度而加入少量砂的少砂大孔混凝土。 采用轻粗集料配制时，体积密度一般为500～500kg/m3，抗压强度为1.5～7.5MPa：采用普通粗集料配制时，体积密度一般为1500～1900kg/m3，抗压强度为3.5～10MPa：采用单一粒级粗集料配制的大孔混凝土较混合粒级的大孔混凝土的体积密度小、强度低，但均质性好，保温性好。大孔混凝土导热系数较小，吸湿性较小，收缩较普通混凝土小30%～50%，抗冻性可达F15～F25，水泥用量仅150～200kg/m3。 大孔混凝土常预制成小型空心砌块和板材，用于承重或非承重墙，大孔混凝土也用于现浇墙体等。

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106 第十二节 其它混凝土 一、防水混凝土 防水混凝土又称抗渗性混凝土，是指具有较高抗渗 性的混凝土，其抗渗性等级不小于P6。 防水混凝土的配制原则为减少混凝土的孔隙率，特别是开口孔隙率；堵塞连通的毛细孔隙或切断连通的毛细孔，并减少混凝土的开裂：使毛细孔隙表面具有憎水性。 二、耐火混凝土与耐热混土 能长期经受高温(高于1300℃)作用，并能保持所要求的物理力学性质的混凝土称为耐火混凝土。通常将在900℃以下使用的混凝土称为耐热混凝土。

107 耐火混凝土和耐热混凝上是由耐火胶凝材料（普通水泥、矿渣水泥、铝酸盐水泥、水玻璃、磷酸盐）、耐火粗、细骨料（安山岩、玄武岩、重矿渣、粘上砖、铝矾土熟料、铬铁矿、烧结镁砂等）、耐火粉料、水等组成。按胶凝材料的不同，分为以下几种。 硅酸盐水泥耐火混凝土与耐热混凝土：极限使用温度为900～1200℃。 铝酸盐水泥耐火混凝土与耐热混凝土：极限使用温度为1300℃。 水玻璃耐火混凝土与耐热混凝土：极限使用温度为1200℃。 磷酸盐耐火混凝土与磷酸盐耐热混凝土：极限使用温度为1500～1700℃。

108 三、耐酸混凝土 常用的耐酸混凝土为水玻璃耐酸混凝土。水玻璃耐酸混凝土是由水玻璃、氟硅酸钠促硬剂、耐酸粉料、耐酸粗、细骨料等配制而成。常用的耐酸粉料为石英粉、安山岩粉、辉绿岩粉、铸石粉、耐酸陶瓷粉等；常用的耐酸粗、细骨料为石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。

109 四、硅酸盐混凝土 硅酸盐混凝土是由磨细硅质材料、石灰、石膏、水等材料，有时还加入适量的细骨料，经蒸汽养护或压蒸养护而得的人造石材。 硅酸盐混凝土制品一般以所用的硅质材料来命名，如粉煤灰硅酸盐混凝土砖(简称粉煤灰砖)、矿渣硅酸盐混凝土砖(简称矿渣砖、灰砂硅酸盐混凝土砖(简称灰砂砖)等。 硅酸盐混凝土砖及砌块的用途与烧结普通砖基本相同，但不宜用于有化学侵蚀或有流水作用的环境，也不宜用于受高温作用的环境。硅酸盐混凝土制品与砂浆的粘结力较低，只有烧结普通砖的l/4～1/2。

110 五、泵送混凝土与自密实混凝上 泵送混凝土是指坍落度一般为100mm以上高度在30m以下为100～140mm，100m以上为180～200mm） ，可用混凝土泵输送的混凝土。泵送混凝土除具有良好的流动性外，还具有良好的黏聚性和保水性的混凝土。 自密实混凝土（SCC）是指坍落度为240mm以上，坍落扩展度为550mm～750mm的混凝土，通常也采用泵送方式施工。它与泵送混凝土的区别是具有更高的流动性、黏聚性、保水性，并具有良好的钢筋间隙通过性。 泵送混凝土与自密实混凝土可大大改善施工条件，减少劳动量，且施工效率高、工期短，主要用于高层建筑、大型建筑等的基础、楼板、墙板及地下工程。SCC特别适合用于配筋密列、浇注或振捣困难的部位。

111 六、高强混凝土(HSC) C60以上的混凝土为高强混凝土。 配制高强混凝土时，应用质地坚实的粗、细骨料。 使用不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，同时应掺加高效减水剂，且水泥用量不宜超过550kg/m3。高于C70以上的高强混凝土或大流动性的高强混凝土，须掺加硅灰或其它掺合料。高强混凝土的水灰比须小于0.35，砂率应为30%～35%，但泵送高强混凝土的砂率应适当增大。 高强混凝土主要用于高层、大跨、桥梁等建筑的混凝土结构以及薄壁混凝土结构、预制构件等。

112 七、高性能混凝土(HPC) 高性能混凝土目前还没有统一的定义，但高性能混凝土必须具有优良的尺寸稳定性（即混凝土在凝结硬化过程中的沉降与塑性开裂要小，硬化后的干缩裂缝要少)、抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、气密性。高性能混凝土还应具有优良的和易性。 高性能混凝土适合用于大型基础建设，如高速公路、桥梁、隧道、核电站以及诲洋工程与军事工程等。

113 八、喷射混凝土 喷射混凝土是利用压缩空气，将配制好的混凝土拌合物通过管道高速喷射到受喷面(模板、旧建筑物等)上凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土一般须掺加速凝剂。 喷射混凝土按喷射方式分为干喷法和湿喷法。 喷射混凝土宜选用普通硅酸盐水泥，并选用级配好的粗、细骨料，粗骨料的最大粒径不应超过19mm(且应与喷射机管道内径相匹配)，细骨料应为中砂。为改善工程、地下工程混凝土的性能还可掺加减水剂、引气剂等。 喷射混凝土主要用于隧道等的支护，坡边、坝堤等岩体工程的护面，薄壁与薄壳工程，修补与加固工程等。

114 九、纤维混混凝土(FRC) 纤维混凝土是指掺有纤维材料的混凝土，也称水泥基纤维复合材料。纤维均匀分布于混凝土中或按一定方式分布于混凝土中，从而起到提高混凝土的抗拉强度或冲击韧性的作用。 主要用于薄板与薄壁结构、公路路面、机场跑道、桩头等有耐磨、抗冲击、抗裂性等要求的部位或构件，也可用于坝体、坡体等的护面。 十、聚合物混凝土 普通混凝土的最大缺陷是抗拉强度、抗裂性、耐酸碱腐蚀性以及其它耐久性较差，聚合物混凝土则在很大程度上克服了上述缺陷。 (一)聚合物水泥混凝土(PCC) (二)聚合物浸渍混凝土(PIC) (三)聚合物胶结混凝土(REC)