1、4 普通混凝土普通混凝土主要介绍了普通混凝土的组成材料，混凝土主要介绍了普通混凝土的组成材料，混凝土拌合物的和易性，硬化混凝土的强度、耐久性，拌合物的和易性，硬化混凝土的强度、耐久性，混凝土外加剂的作用原理和应用，普通混凝土配混凝土外加剂的作用原理和应用，普通混凝土配合比设计方法等，简要介绍了其他品种混凝土，合比设计方法等，简要介绍了其他品种混凝土，如体现混凝土发展动态的高强混凝土、高性能混如体现混凝土发展动态的高强混凝土、高性能混凝土等。凝土等。本章提要本章提要混凝土(Concrete,砼）砼）是由胶凝材料、骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化
2、而成的人造石材。按胶凝材料不同，分为水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表观密度不同，分为重混凝土(02600kg/m3)、普通混凝土(0=19502500kg/m3)、轻混凝土(01950kg/m3)；按使用功能不同，分为结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；按施工工艺不同，又分为喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。混凝土的特点：混凝土的特点：可塑性好、性能可调、可用钢筋增强、耐久性好、原材料来源丰富；但自重大、呈脆性、施工过程影响因素多。本本 章章 内内 容容4.1 普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料4.2 混凝土的主要
3、技术性质混凝土的主要技术性质4.3 混凝土外加剂混凝土外加剂4.4 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计4.5 其他品种混凝土其他品种混凝土4.1 普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌和，经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚固的整体。其结构如图4.1。图4.1 普通混凝土结构示意图 1石子；2砂子；3水泥浆；4气孔 1）水泥品种的选择水泥品种的
4、选择配制混凝土时，一般可采用六大品种水泥，必要时也可采用快硬水泥、铝酸盐水泥等。详见第3章内容。1 水泥水泥水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。一般以水泥强度(以MPa为单位)为混凝土强度等级的1.52.0倍较适宜，水泥强度等级过高或过低，会导致水泥用量过少或过多，对混凝土的技术性能及经济效果都不利。2）水泥强度等级的选择）水泥强度等级的选择普通混凝土的细骨料主要采用天然砂和人工砂。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。按产源不同，天然砂分为山砂、河砂和海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。2 细骨料砂子细骨料
5、砂子常用砂常用砂建筑用砂 GB/T 14684-2001砂按技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。为了节约水泥，并使混凝土结构达到较高密实度，选择骨料时，应尽可能选用总表面积较小、空隙率较小的骨料，而砂子的总表面积与粗细程度有关，空隙率则与颗粒级配有关。(1)粗细程度砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。1）砂的粗细程度及颗粒级配砂的粗细程度及颗粒级配(2)颗粒级配砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由
6、中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图4.2所示。图4.2 骨料颗粒级配示意图(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径(3)砂的粗细程度与颗粒级配的评定砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表4.1。砂子的筛分析试验砂子的筛分析试验总称量总称量500g表表4.1 累计筛余率与分计筛余率计算关系累计筛余率与分计筛余率计算关系 筛孔尺寸筛余
7、量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)100%A3=a1+a2+a3600m m4a4=(m4/500)100%A4=a1+a2+a3+a4300mm5a5=(m5/500)100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150mm6a6=(m6/500)100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6筛底m7a7=(m7/500)100%A7=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下：建筑用
8、砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂：3.73.1；中砂：3.02.3；细砂：2.21.6。2345611()5100 xAAAAAAMA砂的颗粒级配用级配区表示，以级配区或级配曲线判定砂级配的合格性。对细度模数为3.7 1.6的建筑用砂，根据600m筛的累计筛余百分率分成3个级配区，见表4.2。为了更直观地反映砂的颗粒级配，以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，根据表4.2的数值可以画出砂子3个级配区的级配曲线，如图4.3所示。表表4.2 建筑用砂的颗粒级配建筑用砂的颗粒级配(GB/T 146842001)筛孔尺寸1区2区3区累计筛余百分率(%)9.50mm000
9、4.75mm100 100 100 2.36mm3552501501.18mm65355010250600m 857170414016300m958092708555150m100901009010090图4.3 砂的级配曲线【例题】用500g烘干砂进行筛分试验，其结果如表4.3所求。试分析该砂的粗细程度与颗粒级配。【解】计算细度模数Mx 评定结果：将累计筛余百分率与表4.2作对照，或绘出级配曲线，此砂处于2区，级配良好；细度模数为2.66，属中砂。2345611()5100(13.923.361.682.198.5)5 5.52.661005.5xAAAAAAMA 筛孔尺寸筛余量(g)分计筛
10、余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mm27.55.55.52.36mm428.413.91.18mm479.423.3600m 191.538.361.6300m102.520.582.1150m8216.498.5 150m7.51.5100表表4.3 砂样筛分结果砂样筛分结果 含泥量是指天然砂中粒径小于75m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75m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600m的颗粒含量。天然砂的含泥量应符合表4.4的规定。人工砂的石粉含量应符合表4.5的规定。砂中泥块含量应符合表4.4和表4.5的规定。2）含泥量、石粉含量和
11、泥块含量含泥量、石粉含量和泥块含量表表4.4 天然砂的含泥量和泥块含量天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 146842001)项目 指标类类类 含泥量（按质量计）（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%）01.02.0表表4.5 人工砂的石粉含量和泥块含量人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T 146842001)项目 指标类类类 1亚甲蓝试验 MB值1.40或合格 石粉含量(按质量计)(%)3.05.07.02泥块含量(按质量计)(%)01.02.03MB值1.40或不合格 石粉含量(按质量计)(%)1.03.05.04泥块含量(按质量计)(%)01.02.0国家标准规定砂中不应混有草
12、根、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂物，砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表4.6的规定。3）有害物质含量有害物质含量项目 指标类类类 云母(按质量计)(%，小于）1.02.02.0轻物质(按质量计)(%，小于）1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.50.50.5氯化物(以氯离子质量计)(%，小于)0.010.020.06表表4.6 砂中有害物质含量（砂中有害物质含量（GB/T 146842001）砂的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
13、其质量损失应符合表4.7的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表4.8的规定。4）坚固性坚固性表表4.7 坚固性指标坚固性指标(GB/T 146842001)项目 指标类类类 质量损失（%，小于）8810表表4.8 压碎指标压碎指标(GB/T 146842001)项目 指标类类类 单级最大压碎指标(%，小于)202530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%。5）表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、堆积密度、空隙率普通混凝土常用的粗骨料分卵石和碎石两类。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、
14、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵石、海卵石、山卵石等。碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。3 粗骨料石子粗骨料石子建筑用卵石、碎石 GB/T 14685-2001卵石、碎石按技术要求分为、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30混凝土。(1)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。粗骨料的最大粒径增大，则其总表面积相应减小，包裹粗骨料所需的水泥浆量就减少，可节约水泥；或者在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高
15、混凝土强度。1）最大粒径和颗粒级配最大粒径和颗粒级配(2)颗粒级配良好的粗骨料，对提高混凝土强度、耐久性，节约水泥是极为有利的。粗骨料的颗粒级配分连续粒级和单粒粒级。粗骨料颗粒级配好坏的判定也是通过筛分析法进行的。据国家标准，建筑用卵石、碎石的颗粒级配应符合表4.9的规定。表表4.9建筑用卵石、碎石的颗粒级配建筑用卵石、碎石的颗粒级配(GB/T 146852001)粗骨料中含泥量是指粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。粗骨料中含泥量和泥块含量应符合表4.10的规定。2）含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量表表4.10 含泥量和泥
16、块含量含泥量和泥块含量(GB/T 146852001)项目 指标类类类 含泥量（按质量计）（%）0.51.01.5泥块含量（按质量计）（%）00.50.7卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。针片状颗粒易折断，且会增大骨料的空隙率和总表面积，使混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性降低。其含量应符合表4.11的规定。3）针片状颗粒含量针片状颗粒含量表表4.11 针片状颗粒含量针片状颗粒含量(GB/T 146852001)项目 指标类类类 针、片状颗粒(按质量计)(%，小于)51525卵
17、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。卵石和碎石中如含有有机物、硫化物及硫酸盐，其含量应符合表4.12的规定。4）有害物质有害物质项目 指标类类类 有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.51.01.0表表4.12 有害物质含量有害物质含量(GB/T 146852001)坚固性是指卵石、碎石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。采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表4.13的规定。5）坚固性坚固性表表4.13 坚固性指标坚固性指标(GB/T 146852001)项目 指标类类类 质量损失(%，小于)
18、5812(1)岩石抗压强度岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50mm的圆柱体试件，测得的其在饱和水状态下的抗压强度值。国家标准规定，岩石抗压强度：火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。6）强度强度(2)压碎指标 压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，将直径为10-20mm的碎石分三层装入标准圆筒内，按一定方法加压至200kN，再过2.36mm的筛。其值越小，说明强度越高。压碎指标碎石、卵石的压碎指标应符合表4.14的规定。010mmm 项目 指标类类类 碎石压碎指标（%，小于）102030卵石压碎指标（%，小于）121616
19、表表4.14 压碎指标压碎指标(GB/T 146852001)碎石和卵石的表观密度、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%。7）表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、堆积密度、空隙率经碱集料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10%。8）碱集料反应碱集料反应骨料的四种含水状态骨料的四种含水状态干燥状态干燥状态对混凝土用水的质量要求：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度的发展；不得降低混凝土的耐久性，加快钢筋锈蚀及导致预应力钢筋脆断；不得污染混凝
20、土表面。混凝土拌和用水标准(JGJ 632006)对混凝土用水提出了具体的质量要求。4 混凝土用水混凝土用水4.2 混凝土的主要技术性质混凝土的主要技术性质混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性，混凝土强度、变形及耐久性等。混凝土各组成材料按一定比例搅拌后尚未凝结硬化的材料称为混凝土拌合物。1）和易性概念和易性概念和易性又称工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标，包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。1 混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和易性(1)流动性是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生
21、流动并均匀密实地填充整个模型的性能。流动性好的混凝土拌合物操作方便、易于捣实和成型。(2)粘聚性是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。(3)保水性是指拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性三者既互相联系，又互相矛盾。施工时应兼顾三者，使拌合物既满足要求的流动性，又保证良好的粘聚性和保水性。普通混凝土拌合物性能试验方法(GB/T 500802002)规定采用坍落度试验和维勃稠度试验进行评定。(1)坍落度将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测
22、量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度(如图4.4)。2）和易性测定和易性测定根据坍落度大小，可将混凝土拌合物分成4级，见表4.15。混凝土拌合物的坍落度应在一个适宜的范围内。其值可根据工程结构种类、钢筋疏密程度及振捣方法按表4.16选用。对于干硬性混凝土，和易性测定常采用维勃稠度试验。(2)维勃稠度试验维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图4.5)。所用的时间(以秒计)称为该混凝土拌合物的维勃稠度。维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为4级，见表4.17。图4.4 坍落度测定 表表4.15 混凝土拌合物按坍落度分级混凝土拌合物按坍落度分级 级别名称坍落度(m
23、m)允许偏差(mm)T1T2T3T4 低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土 10405090100150160 10203030表表4.16 混凝土浇筑时的坍落度混凝土浇筑时的坍落度 项次结构种类坍落度(mm)1基础或地面等的垫层、无筋的厚大结构(挡土墙、基础或厚大的块体等)或配筋稀疏的结构 10302板、梁和大型及中型截面的柱子等30503配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)50704配筋特密的结构7090图4.5 维勃稠度仪 级别名称维勃稠度（s）V0V1V2V3 超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土 3130212011105 表表4.17 混凝土按维
24、勃稠度的分级混凝土按维勃稠度的分级(1)水泥浆的数量在水灰比不变的条件下，增加混凝土单位体积中的水泥浆数量，能使骨料周围有足够的水泥浆包裹，改善骨料之间的润滑性能，从而使混凝土拌合物的流动性提高。但水泥浆数量不宜过多，否则会出现流浆现象，粘聚性变差，浪费水泥，同时影响混凝土强度。3 影响混凝土和易性的主要因素影响混凝土和易性的主要因素(2)水泥浆的稠度水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.400.75之间，并尽量选用小的水灰比。(3)砂率(S或SP)砂率是指混凝土内砂的质
25、量占砂、石总量的百分比。选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，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；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率(如图4.6、图4.7)。合理砂率一般通过试验确定，在不具备试验的条件下，可参考表4.18选取。图4.6 砂率与坍落度关系(水及水泥用量不变)图5.7 砂率与水泥用量关系(坍落度不变)表表4.18 混凝土砂率混凝土砂率(%)水灰比(W/C)卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)1020401020400.400.500.600.70 2632303533383641 2531293432373540
26、2430283331363439 3035333836413944 2934323735403843 2732303533383641(4)原材料的性质水泥品种 在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。骨料 如其他条件相同，卵石混凝土比碎石混凝土流动性大，级配好的比级配差的流动性大。(5)其他因素外加剂拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性 温度混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低。时间随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小。1）混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 500812002)规定，制作15
27、0mm150mm150 mm的标准立方体试件(在特殊情况下，可采用150mm300mm的圆柱体标准试件)，在标准条件(温度202，相对湿度95%以上)下养护到28d，所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示。2 混凝土强度混凝土强度当采用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度。换算方法是将所测得的强度乘以相应的换算系数(见表4.19)。混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k是指具有95%强度保证率的立方体抗压强度。表表4.19 强度换算系数强度换算系数(GB/T 500812002)试件尺寸(mm)骨料最大粒径(mm)强度换算系数 10010010015015015020020
28、0200 31.54063 0.9511.05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。普通混凝土通常划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级(C60以上的混凝土称为高强混凝土)。混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为1055MPa的范围内，fcp=(0.70.8)fcu。2）混凝土其他强度混凝土其他强度 （1）轴心抗压强度 f cp以150150300mm的棱柱体为标准试件，其他条件与立方体抗压强度相同。（2）抗拉强度抗拉强度通过劈裂
29、抗拉强度进行测试。原理：在试件的两个相对的表面素线上作用着均匀分布的压应力，这样就能够在外力作用的竖向平面内产生均布拉伸应力。公式P破坏荷载,NA试件的劈裂面面积,mmAPApfts637.02 (3)抗折强度抗折强度通过三分点加荷试验测试。试件：150150550mm 梁型试件2tfPLfbh混凝土强度主要取决于水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度，而水泥石强度及其与骨料的粘结强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料的性质有密切关系。同时，龄期及养护条件等因素对混凝土强度也有较大影响。3）影响混凝土强度的主要因素影响混凝土强度的主要因素(1)水泥强度等级和水灰比 配合比相同时，水泥强度等级越高，混凝
30、土强度也越大；在一定范围内，水灰比越小，混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水灰比呈曲线关系，而与灰水比呈直线关系(见图4.8)。其强度计算公式是：()cuacebCffW A B 碎石 0.46 0.07 卵石 0.48 0.33图4.8 混凝土强度与水灰比及灰水比关系(a)强度与水灰比关系；(b)强度与灰水比关系(2)粗骨料的颗粒形状和表面特征粗骨料对混凝土强度的影响主要表现在颗粒形状和表面特征上。当粗骨料中含有大量针片状颗粒及风化的岩石时，会降低混凝土强度。碎石表面粗糙、多棱角，与水泥石粘结力较强，而卵石表面光滑，与水泥石粘结力较弱。因此，水泥强度等级和水灰比相同时，碎石混凝土强度比
31、卵石混凝土的高些。卵石碎石(3)养护条件 试验表明，保持足够湿度时，温度升高，水泥水化速度加快，强度增长也快。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB 502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。混凝土强度与保持潮湿日期的关系见图4.9，温度对混凝土强度的影响见图4.10。图4.9 混凝土强度与保持潮湿时间的关系 1长期保持潮湿；2保持潮湿14d；3保持潮湿7d；4保持潮湿3d；5保持潮湿1d 图4.10 温度、龄期对混凝土强度影响参考曲线(4)龄期 混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期增长而提高。在最初714d内，强度增长较快，28d后强度增长缓慢(见图4.10
32、)。混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系：28lglg28nfnf(5)试验条件 试件尺寸 相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。试件的形状当试件受压面积(aa)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。见图4.11 表面状态 加荷速度 图4.11 混凝土试件的破坏状态(a)立方体试件；(b)棱柱体试件；(c)试件破坏后的棱锥体；(d)不受承压板约束时试件的破坏情况(1)采用高强度等级水泥(2)采用干硬性混凝土(3)采用有害杂质少、级配良好的集料和合理的砂率(4)采用机械搅拌和振捣 图4.12(5)采用蒸汽或蒸压养护(6)掺入合适的外加剂和掺合料 4）提高混凝土强
33、度的措施提高混凝土强度的措施图4.12 捣实方法对混凝土强度的影响 1）非荷载作用下的变形非荷载作用下的变形非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。(1)化学收缩是指由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，致使混凝土产生收缩。水泥用量过多，在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。3 混凝土变形混凝土变形(2)干湿变形即混凝土干燥、潮湿引起的尺寸变化。其中湿胀变形量很小，一般无破坏性，但干缩对混凝土危害较大，应尽量减小。(3)温度变形即混凝土热胀冷缩的性能。由于水泥水化放出热量，因此，温度变形对大体积混凝土工程极为不利，容易引起内外膨胀不均而导致混凝土开裂。荷载作用下的变
34、形主要是徐变，所谓徐变是指在长期不变的荷载作用下，随时间而增长的变形。图4.13表示混凝土徐变的曲线。混凝土徐变大小与许多因素有关。如水灰比、养护条件、水泥用量等均对徐变有影响。徐变的产生，有利也有弊。2）载荷作用下的变形载荷作用下的变形图4.13 混凝土徐变曲线 1）混凝土耐久性概念混凝土耐久性概念 混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性及抗碳化性、碱集料反应等等。4 混凝土耐久性混凝土耐久性(1)抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能，是评定混凝土耐久性的主
35、要指标。抗冻等级根据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级。混凝土的密实度、孔隙的构造特征是影响抗冻性的重要因素(2)抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等5个等级。混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。(3)抗侵蚀性 腐蚀的类型通常有软水腐蚀、硫酸盐腐蚀、强碱腐蚀等，其腐蚀机理详见第3章。混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。
36、(4)抗碳化性碳化是指混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应。碳化引起混凝土的中性化，减弱对钢筋的保护增大混凝土的收缩，产生细微裂纹使抗压强度略增加CaCO3堵孔，碳化放出水分，有利水泥水化OHCaCOOHCOOHCa232222)(5)碱集料反应是指水泥中的碱性物质(氧化钠或氧化钾)过多，且集料中含有活性二氧化硅时，二者反应生成碱硅酸凝胶,不断吸水引起体积膨胀,使混凝土开裂、最终破坏的现象。(1)根据工程所处环境及要求，合理选择水泥品种。(2)控制水灰比及保证足够的水泥用量(表4.20)(3)改善粗细骨料的颗粒级配。(4)掺加外加剂，以改善抗冻、抗渗性能。(5)加强浇捣和养护，以提高混凝土
37、强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象。(6)采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层。2）提高混凝土耐久性措施提高混凝土耐久性措施表表4.20 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量混凝土的最大水灰比和最小水泥用量(JGJ 552000)4.3 混凝土外加剂混凝土外加剂国家标准GB 80761997混凝土外加剂按外加剂的主要功能将混凝土外加剂分为4类：(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，其中包括各种减水剂、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，其中包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。1 外加剂的分类外加剂的分类(3)改善混凝土耐久性的外加剂，其中包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)
38、改善混凝土其他性能的外加剂，其中包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。1）减水剂减水剂减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。(1)减水剂的减水作用水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物图4.14(a)。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来图4.14(b)。2 常用的外加剂常用的外加剂图4.14 水泥浆结构 1水泥颗粒；2游离水(a)未掺减水剂时的水泥浆体中絮状结构；(b)掺减水剂的水泥浆结构(2)使用减水剂的技术经济效果在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌和水量5%25%或更多。在保持原配合比不变
39、的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100200mm)。若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%20%。提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。(3)常用的减水剂 目前，减水剂主要有木质素系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐殖酸等几类，各类可按主要功能分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等几种。详细介绍见教材P77。加速混凝土早期强度发展的外加剂称为早强剂。这类外加剂能加速水泥的水化过程，提高混凝土的早期强度并对后期强度无显著影响。目前常用的早强剂有氯盐、硫酸盐、三乙醇胺三大类及以它们为基础的复合早强剂。2）早强剂早强剂在搅拌混凝土的过程中，能引入大量
40、均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.051.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸钠及烷基苯磺酸钠等。3）引气剂引气剂延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂。常用的缓凝剂有无机盐类，如硼砂(Na2B4O710H2O)，其掺量为水泥质量0.1%0.2%；磷酸三钠(Na3PO412H2O)，其掺量为水泥质量0.1%1.0%等。还有有机物羟基羟酸盐类，如酒石酸，掺量为0.2%0.3%；柠檬酸，其掺量为0.05%0.1%；以及使
41、用较多的糖蜜类缓凝剂，其掺量为0.1%0.5%。4）缓凝剂缓凝剂能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂称为防冻剂。在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。常用的复合防冻剂有NON-F型、NC-3型、MN-F型、FW2、FW3、AN-4等。5）防冻剂防冻剂(1)外加剂品种的选择选择外加剂时，应根据工程需要、现场条件及产品说明书进行全面考虑。(2)外加剂掺量的选择外加剂品种选定后，还要认真确定外加剂的掺量。(3)外加剂的掺入方法先掺法、后掺法、同掺法等。3 外加剂施工和保管注意事项外加剂施工和保
42、管注意事项4.4 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计【例题】某工程钢筋混凝土大梁，混凝土设计强度等级为C20，施工要求坍落度为3550mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。采用材料：普通水泥，32.5级，实测强度为34.8MPa，密度为3100kg/m3；中砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1450kg/m3；卵石，最大粒径20mm，表观密度为2.73g/cm3，堆积密度为1500kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比(按干燥材料计算)。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%，求施工配合比。【解】(1)确定配制强度。(2)确定水灰比(W/C)(3)确定用水量(m
43、W0)(4)计算水泥用量(mC0）(5)确定砂率 (6)计算砂、石用量mS0、mG0 (7)计算初步配合比 (8)配合比调整 (9)试验室配合比 (10)施工配合比4.5 其他品种混凝土其他品种混凝土(了解）了解）在混凝土中掺加一定量粉煤灰，可以改善混凝土性能、节约水泥、提高产品质量及降低产品成本。粉煤灰按其质量分为、三个等级。掺粉煤灰的混凝土早期强度会降低(但后期强度较普通混凝土高些)，因此，使用掺粉煤灰的混凝土时，最好同时掺加减水剂或早强剂。1 掺粉煤灰混凝土掺粉煤灰混凝土防水混凝土分为普通防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土和外加剂防水混凝土。普通防水混凝土是以调整配合比的方法来提高自身密实度
44、和抗渗性的一种混凝土。膨胀水泥防水混凝土主要是利用膨胀水泥在水化过程中，形成大量体积增大的水化硫铝酸钙，在有约束的条件下，能改善混凝土的孔结构，使总孔隙率减少，孔径减小，从而提高混凝土抗渗性。2 防水混凝土防水混凝土外加剂防水混凝土种类较多，常见的有引气剂防水混凝土、密实剂防水混凝土及三乙醇胺防水混凝土等。目前许多国家工程技术人员的习惯是把C10C50强度等级的混凝土称为普通强度混凝土，C60C90的混凝土称为高强混凝土，C100以上的混凝土称为超高强混凝土。高强、超高强混凝土的特点是强度高、耐久性好、变形小，能适应现代工程结构向大跨度、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要。3 高强、超高强
45、混凝土高强、超高强混凝土目前，国际上配制高强、超高强混凝土实用的技术路线是高品质通用水泥+高性能外加剂+特殊掺合料。配制高强、超高强混凝土时，应选用质量稳定、强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。应掺用活性较好的矿物掺合料，且宜复合使用矿物掺合料。应掺用高效减水剂。高强、超高强混凝土配合比的计算方法和步骤与普通混凝土基本相同。流态混凝土就是在预拌的坍落度为815cm的塑性混凝土拌合物中加入流化剂，经过搅拌得到的易于流动、不易离析、坍落度为1822cm的混凝土，其自身能像水一样地流动。流态混凝土的配制关键之一是选择合适的流化剂。流化剂以高减水性、低引气性、无缓凝性的高效减水剂为适
46、用。常用的流化剂主要有：萘磺酸盐甲醛缩合物系；改性木质素磺酸盐甲醛缩合物系；三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物系。4 流态混凝土流态混凝土1）水玻璃耐酸混凝土水玻璃耐酸混凝土水玻璃耐酸混凝土由水玻璃、耐酸粉料、耐酸粗细骨料和氟硅酸钠组成，是一种能抵抗绝大部分酸类(除氢氟酸、氟硅酸和热磷酸外)侵蚀作用的混凝土，特别是对具有强氧化性的浓硫酸、硝酸等有足够的耐酸稳定性。在技术规范中规定水玻璃的模数以2.62.8为佳，水玻璃密度应在1.361.42g/cm3范围内。5 耐腐蚀混凝土耐腐蚀混凝土碱性介质混凝土的腐蚀有3种情况：以物理腐蚀为主；以化学腐蚀为主；物理和化学两种腐蚀同时存在。耐碱混凝土最好采用硅酸盐水泥
47、。耐碱骨料常用的有石灰岩、白云岩和大理石，对于碱性不强的腐蚀介质，亦可采用密实的花岗岩、辉绿岩和石英岩。磨细粉料主要是用来填充混凝土的空隙，提高耐碱混凝土密实性的，磨细粉料也必须是耐碱的，一般采用磨细的石灰石粉。2）耐碱混凝土耐碱混凝土纤维混凝土是在混凝土中掺入纤维而形成的复合材料。它具有普通钢筋混凝土所没有的许多优良品质，在抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度和冲击韧性等方面较普通混凝土有明显的改善。常用的纤维材料有钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维和合成纤维等。纤维混凝土目前主要用于非承重结构、对抗冲击性要求高的工程，如机场跑道、高速公路、桥面面层、管道等。6 纤维混凝土纤维混凝土其定义的内涵主要包括以下几个方面：(1)高强度。(2)高耐久性。(3)高尺寸稳定性。(4)高抗裂性。(6)经济合理性。要获得高性能混凝土就必须从原材料品质、配合比优化、施工工艺与质量控制等综合考虑。7高性能混凝土高性能混凝土
