第四章水泥混凝土及砂漿

第4章水泥混凝土及砂漿教學目的與要求：了解水泥混凝土的地位、基本組成材料及作用、混凝土的分類；掌握普通混凝土的組成材料：水泥的合理選用；對骨料的一般質量要求；砂、石顆粒特征及級配；混凝土用水要求；掌握混凝土拌和物和易性的概念及測定方法；掌握混凝土強度等級的評定及影響因素；了解混凝土變形性能及耐久性能；了解外加劑的種類、作用；熟練掌握混凝土配合比的設計；了解其他品種的混凝土性能及應用；掌握建筑砂漿的主要技術性質；掌握建筑砂漿配合比的設計；重點、難點：普通混凝土配合比的設計；砌筑砂漿配合比的設計！講授課時安排：混凝土6課時；

砂漿2課時；試驗課時安排：3課時概述

*當今世界上用量最大的人工建筑材料*混凝土的定義：凡由膠凝材料、骨料和水(或不加水)按適當的比例配合、拌合制成混合物，經一定時間后硬化而成的人造石材，稱為混凝土(簡寫為“砼”)。*在土木工程中，應用最廣泛的是水泥混凝土：以水泥為膠凝材料，以砂、石為骨料，加水拌制成的混合物，經過一定時間硬化而成的水泥混凝土。混凝土的特點原材料豐富，成本低；混凝土中80%以上的是砂、石子，資源十分豐富。良好的可塑性；利用模板可以制成任何形狀、尺寸的構件；高強度；混凝土的抗壓強度為C60以上.良好的耐久性；有抗凍、抗?jié)B、抗風化、抗腐蝕等性能，比鋼材、木材更耐久。可用鋼筋增強；混凝土按膠凝材料分類水泥混凝土:在土木工程中應用最廣泛；石膏混凝土瀝青混凝土：在公路工程中應用較多；聚合物混凝土等；混凝土按表觀密度分類特重混凝土（>2500kg/m3)普通混凝土（1900<<2500kg/m3)輕混凝土（600<<1900kg/m3)特輕混凝土(<600kg/m3)混凝土按用途分類結構用混凝土；道路混凝土；特種混凝土；耐熱混凝土耐酸混凝土等4.1普通混凝土的組成材料水泥水砂石子4.1.1混凝土中各組成材料的作用思考題：混凝土中四種組成材料的作用各是什么？“骨架作用”硬化前：“包裹、填充，潤滑作用”硬化后：“膠結作用，賦予砼強度”4.1.2砼組成材料的技術要求1水泥（1）水泥品種的選擇：

水泥的品種主要是根據工程的特點以及環(huán)境條件，按第3章P68表3-11選擇（2）水泥強度等級的選擇：水泥的強度等級一般為混凝土強度等級標準值的1.5~2倍。配制高強混凝土時，可降低為0.9-1.5倍。2.骨料

普通混凝土所用的骨料一般按照粒徑的大小分為兩種：粗骨料和細骨料粗骨料：顆粒粒徑大于5mm的顆粒；混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石兩種細骨料：顆粒粒徑小于5mm的顆粒。細骨料一般有河砂、海砂和山砂三類（1）有害物質骨料的各項性能指標將直接影響到混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技術性質包括：有害物質、顆粒級配及粗細程度、顆粒形態(tài)及表面特征、強度、堅固性等。砂中有害物質含量砂中含泥量和泥塊含量

卵石和碎石中不應混有草根、樹葉、樹枝、塑料、煤塊和爐渣等雜物。其有害物質應符合（2）顆粒形狀及表面特征分為兩類：表面粗糙的山砂、碎石；表面光滑的河砂、卵石。對于粗骨料：針狀（長度＞2.4倍粒徑）片狀（厚度＜0.4倍粒徑）（3）砂的顆粒級配和粗細程度骨料的級配：指骨料中不同粒徑顆粒的搭配分布情況。良好的級配，不但能減少水泥用量，而且提高混凝土的密實度、強度等性能。粗細程度：指不同粒徑的顆?；旌衔锏钠骄旨毘潭?/p>

砂的顆粒級配的評定和粗細程度一般用篩分析法來測定的。

具體操作方法：將500g干砂，依次通過一套孔徑為5、2.5、1.25、0.63、0.315和0.16的六個標準篩，測量各篩篩余量的質量mi，計算出各篩的分計篩余量和累計篩余量。砂篩分試驗**砂的篩分析法的幾個概念：分計篩余量mi：砂子通過六個標準篩時各篩上的篩余量，即mi(其中i=1,2,3,4,5,6)；分計篩余率：各篩上的分計篩余量占砂樣總質量（500g）的百分率，即=mi/500;累計篩余率

：各篩與比該篩粗的所有分計篩余率之和。即篩孔/mm分計篩余量/g分計篩余率%

累計篩余率%5m12.5m21.25m30.63m40.315m50.16m6**砂的顆粒級配評定標準：砂的顆粒級配評定：P79表4-2

標準規(guī)定，按0.63mm的篩孔的累計篩余百分率分為三個級配區(qū)：I級配區(qū)砂：=（85~71）%；II級配區(qū)砂：=（41~70）%；III級配區(qū)砂：=（16~40）%。砂的1、2、3級配區(qū)曲線砂的粗細程度判斷標準：砂的粗細程度用細度模數表示：普通混凝土優(yōu)先使用中砂MX=3.0~2.3；粗砂：=3.7~3.1；中砂：

=3.0~2.3；細砂：=2.2~1.6特細砂：

=1.5~0.7。（2）石子的最大粒徑Dmax

與顆粒級配評定

粗骨料的顆粒級配也是通過篩分析試驗來測定的，其一套標準篩的孔徑為2.5、5、10、16、20、25、31．5、40、50、63、80及100mm等共12個篩，試樣篩析時，可按需要選用篩號。粗骨料的級配有連續(xù)級配和間斷級配兩種。連續(xù)級配是石子由小到大各粒級相連的級配，如將5～20mm和20～40mm的兩個粒級石于按適當比例配合，即組成5～40mm的連續(xù)級配。通常建筑工程中多采用連續(xù)級配的石子。間斷級配是指石子用小顆粒的粒級直接和大顆粒的粒級相配，中間為不連續(xù)的級配。一般在混凝土配合比設計中，應優(yōu)先選用連續(xù)級配；一般不宜選用“單一”的單粒級來設計混凝土。

碎石或卵石的顆粒結配范圍圓孔篩mm2.55.010.016.020.025.031.540.050.063.080.0100最大粒徑Dmax：公稱粒結的上限。建筑工程中考慮最大粒徑Dmax的意義：（1）

在石子質量m相同時，當增大顆粒的最大粒徑Dmax時，其表面積減??；（2）用較大Dmax石子制做混凝土拌和物時，可以節(jié)約水泥的用量，因此比較經濟。（3）故在混凝土設計中，盡可能選用最大粒徑Dmax較大的石子。石子最大粒徑Dmax選用原則：（1）從結構上考慮：

石子的最大粒徑應該考慮建筑構件的尺寸以及配筋的疏密。最大粒徑Dmax不得超過結構截面最小尺寸的1/4，且不得大于鋼筋最小凈距的3/4對混凝土實心板，石子的最大粒徑Dmax不宜超過板厚的1/2，且最大不得超過50mm。（2）從施工上考慮：從施工上，對最大粒徑也有相應的限制。當最大粒徑過粗時，不利于混凝土拌合物的振搗、攪拌和運輸。（3）從經濟上考慮：

當Dmax增大時，水泥用量減少，但是從下面曲線可見，當Dmax>150mm時，

節(jié)約水泥的效果不明顯。所以最大粒徑不宜超過150mm。（3）強度A、立方體（圓柱體）強度

5cm×5cm×5cm（Φ5cm×5cm）B、壓碎指標（δa）

10mm、20mm、2.5mm篩加載至200kN巖石品種混凝土強度等級壓碎指標值（%）水成巖C55~C40≤C35≤10≤16變質巖或深成的火山巖C55~C40≤C35≤12≤20火成巖C55~C40≤C35≤13≤30混凝土強度等級C55~C40≤C35壓碎指標值（%）≤12≤16碎石的壓碎指標值卵石的壓碎指標值（4）堅固性有抗凍要求的混凝土用骨料，要求測定其堅固性，用硫酸鈉溶液法檢驗，經5次循環(huán)后符合下表規(guī)定。碎石或卵石的堅固性指標混凝土所處的環(huán)境條件循環(huán)后的質量損失（%）在嚴寒就寒冷地區(qū)室外使用，并經常處于潮濕或干濕交替狀態(tài)下的混凝土≤10在其他條件下使用的混凝土≤123、混凝土用水混凝土用水的基本質量要求是：不能含影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質；不得影響混凝土強度的發(fā)展和耐久性。不得加快混凝土用鋼筋的銹蝕和脆斷；保證混凝土的表面不受污染?，F實生活中，凡是可以飲用的自來水和清潔的天然水，都可以用來拌制和養(yǎng)護混凝土。？思考題：海水能否用來拌制鋼筋混凝土？為什么？4、骨料的含水狀態(tài)及飽和面干吸水率6、混凝土外加劑摻入外加劑的目的：在拌制混凝土的過程中，為改善混凝土的某些性能而特意摻入的物質，其摻量一般不大于水泥質量的5%。國外外加劑的發(fā)展狀況：面前國外60%~90%的混凝土和砂漿中使用了外加劑，因此，外加劑在當前已經成為混凝土中除四種基本組成材料（膠凝材料、粗骨料、細骨料和水）以外的第五種重要組成材料。外加劑按使用功能分四大類：第一類外加劑：改善混凝土拌合物流變性能的外加劑：減水劑：在混凝土拌合物坍落度基本相同的條件下，加入減水劑可以減少用水量，并提高混凝土強度。我國常用的減水劑：M型減水劑（木質磺酸鹽類減水劑）減水劑在混凝土中使用最普遍。減水劑作用機理引氣劑：定義：

指在混凝土攪拌過程中，能引入大量分布均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。歷史背景：引氣劑于本世紀30年代出現于美國，被認為是混凝土材料發(fā)展進程中的重大發(fā)現，現廣泛應用于工程中我國常用的引氣劑：松香樹脂類。引氣劑的作用：（1）改善混凝土拌和物的和易性；（2）能提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性；（3）但降低混凝土的強度；第二類外加劑：調節(jié)混凝土凝結時間和硬化性能的外加劑：緩凝劑：

我國應用較多的有木質素磺酸鈣和糖蜜；速凝劑：

我國應用較多的有紅星一型、國產711；早強劑：

我國應用較多的有Nacl等第三類外加劑：

改善混凝土耐久性能的外加劑：引氣劑：如；防水劑；阻銹劑：指能減少混凝土中鋼筋的銹蝕。第四類外加劑：

改善混凝土其他性能的外加劑：膨脹劑：能使混凝土產生補償收縮或微膨脹。防凍劑：能使混凝土在低溫下免受凍害。著色劑：7、混凝土摻合料（1）粉煤灰：常用摻合料（2）礦渣（3）硅粉：用于高強混凝土（大于100MPa）4.2普通混凝土的主要技術性質普通混凝土的主要技術要求是：（1）與施工條件相適應的和易性（工作性）；（2）符合設計要求的強度；（3）與使用環(huán)境相適應的耐久性。4.2.1新拌混凝土的和易性1和易性的概念：是指由水泥漿和骨料拌和而成的混凝土拌和物,在一定的施工條件下，便于各種施工工序（拌合、運輸、澆灌和振搗）的操作，以保證獲得均勻密實的混凝土的性能；和易性的內容：和易性包含流動性、粘聚性和保水性三方面的內容。流動性、粘聚性和保水性的定義：流動性：是指新拌混凝土在自重或機械振搗作用下，能產生流動，并均勻密實地填充到模板的各個角落的性能；粘聚性：是新拌混凝土在施工過程中其組成材料之間有一定的粘聚力，使得混凝土不致發(fā)生分層和離析的性能；保水性：新拌混凝土在施工過程中，保持水分不易析出的能力。外分層內分層2和易性測定方法：和易性的測定：一般以測定混凝土拌和物的流動性為主，輔以對粘聚性和保水性的觀察，以判斷新拌混凝土的和易性是否滿足工程的需要。流動性的測定方法：

主要有坍落度法和維勃稠度法兩種。（1）測定流動性的第一種方法：坍落度法坍落度法：將混凝土拌和物按規(guī)定的實驗方法裝入標準的圓錐形筒（坍落筒）內，均勻搗平后，再將筒垂直向上快速（5~10s）提起，測量筒高與坍落后的混凝土試件最高點之間的高度差，即為該混凝土拌和物的坍落度值（以mm為單位，精確到5mm),通常用T表示。粘聚性的觀察方法：將搗棒在已坍落的混凝土錐體側面輕輕敲打，如果混凝土錐體逐漸下降，表示粘聚性良好，如果錐體倒塌或崩裂，說明粘聚性不好；保水性觀察辦法：若提起坍落筒后發(fā)現較多漿體從筒底流出，或混凝土試體因失漿而骨料外露，說明保水性不好。干硬性砼：坍落度<10mm，須用維勃稠度（秒）表示其稠度塑性砼：坍落度10∽90mm流動性砼：坍落度100∽150mm大流動性砼：坍落度≥160mm

當混凝土坍落度≥220mm時，用坍落擴展度表示混凝土拌合物的稠度（和易性）。坍落擴展度的測定：用鋼尺測量混凝土擴展后最終的最大直徑和最小直徑，兩者之差小于50mm時，用其算術平均值作為坍落擴展度值；兩者之差大于50mm時，試驗無效。若粗骨料在中央聚集或邊緣有水泥漿析出，表示混凝土抗離析性能不好，應記錄備查。

混凝土拌合物坍落度與坍落擴展度值以mm為單位，測量精確至1mm，結果表達修約至5mm。3.混凝土坍落度的選擇

混凝土灌筑時的坍落度項次結構種類坍落度（mm）1234

基礎或地面等的墊層無配筋的大體積結構（擋土墻、基礎等）或配筋稀疏的結構板、梁和大型及中型截面的柱子等配筋密列的結構（薄壁、斗倉、筒倉、細柱等）配筋特密的結構10∽3030∽5050∽7070∽90

泵送砼：坍落度≥100mm，并用泵送施工不同泵送高度入泵時混凝土坍落度選用值泵送高度（m）30以下30~6060~100100以上坍落度（mm）100~140140~160160~180180~2002.維勃稠度法:（1）目的及適用范圍：本方法適用于維勃稠度在5~30s、骨料最大粒徑≤40mm的混凝土拌合物稠度測定。（2）儀器設備維勃稠度儀（見圖）秒表

4.影響和易性的主要因素（1）水泥漿的數量和水灰比的影響：在水灰比（W/C）一定的情況下，對同一體積的混凝土拌合物而言，水泥漿越多，流動性越好，但水泥漿數量過多時，會出現流漿現象，過少時，會導致粘性不良。在水泥漿數量一定的情況下，水灰比（W/C）越大，拌合物的流動性越好，但W/C過大時，混凝土的粘聚性與保水性降低?；炷劣盟窟x用表（kg/m3）（2）砂率的影響：混凝土的砂率選用表

注：1、本表數值系中砂的選用砂率，對細砂或粗砂，可相應地減少或增大砂率。

2、只用一個單粒級粗骨配制混凝土時，砂率應適當增大。

3、對薄壁構件砂率取偏大值。

4、本表中的砂率系指砂與骨料總量的重量比。影響合理砂率大小的因素很多，可概括為：石子最大粒徑較大、級配較好、表面較光滑時，由于粗骨料的空隙較小，可采用較小的砂率；砂的細度模數較小時，由于砂中細顆粒多，混凝土的粘聚性容易得到保證，而且砂在粗骨料中的撥開作用較小，故可采用較小的砂率；水灰比較小、水泥漿較稠時，由于混凝土的粘聚性較易得到保證，故可采用較小的砂率；施工要求的流動性較大時，粗骨料常易出現離析，所以為了保證混凝土的粘聚性，需采用較大的砂率；當摻用引氣劑或減水劑等外加劑時，可適當減小砂率。(3)組成材料的性質對和易性的影響水泥對混凝土拌合物和易性的影響：主要是水泥品種和水泥水泥細度的影響：使用硅酸鹽水泥以及普通水泥，流動性大，保水性好！水泥越細，流動性越小，但保水性和粘聚性越好；骨料的影響：級配越好的骨料，流動性越大；顆粒粒徑越大，流動性越大；碎石型骨料流動性大，卵石型骨料流動性小。（4）外加劑的影響：混凝土拌合物摻入減水劑或引氣劑，流動性明顯提高，引氣劑還可有效地改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，二者還分別對硬化混凝土的強度與耐久性起著十分有利的作用。（5）拌合物存放時間及環(huán)境溫度的影響：攪拌制備的混凝土拌合物，隨著時間的延長會變得越來越干稠，坍落度將逐漸減小，這是由于拌合物中的一些水分逐漸被骨料吸收，一部分水被蒸發(fā)、以及水泥的水化與凝聚結構的逐漸形成等作用所致。混凝土拌合物的和易性還受溫度的影響。工作性影響因素組成材料環(huán)境因素時間水泥水外加劑骨料溫度濕度風速最大粒徑砂率吸水性形狀級配表面紋理總結：影響和易性的主要因素5.改善新拌混凝土和易性的措施1）選用合適的水泥品種和水泥的強度等級；2）通過試驗，采用最佳砂率，以提高混凝土的質量及節(jié)約水泥；3）改善砂、石級配；在可能條件下盡量采用較粗的砂、石；4）當混凝土拌合物坍落度太小時，保持水灰比不變，增加適量的水泥漿；當坍落度太大時，保持砂率不變，增加適量的砂、石；5）有條件時盡量摻用外加劑——減水劑、引氣劑。采用機械振搗。

6.新拌混凝土的凝結時間試驗方法凝結時間是混凝土拌合物的一項重要指標，對混凝土工程中混凝土的攪拌、運輸及施工有重要的參考作用。1）目的及適用范圍

本方法適用于從混凝土拌合物中篩出的砂漿用貫入阻力法來確定坍落度值不為零的混凝土拌合物凝結時間的測定。2.儀器設備貫入阻力儀：由加荷裝置、測針、砂漿試樣筒和標準篩組成，有手動和電動兩種。應符合以下要求：加荷裝置：最大測量值應不小于1000N，精度為

±10N；測針：長為100mm、承壓面積有

100mm2、50mm2、20mm2三種，在距貫入端25mm處刻有標記；標準篩：篩孔為5mm圓孔篩；砂漿試樣筒

凝結時間可用繪圖法確定：以貫入阻力為縱坐標，經過的時間為橫坐標，繪制貫入阻力與時間的關系曲線，以3.5MPa和28MPa作兩條平行于橫坐標的直線，與曲線分別相交，交點的橫坐標即為初凝時間和終凝時間。4.2.2混凝土的強度（自學）1.混凝土的脆性斷裂（1）混凝土的強度理論與實際強度（2）混凝土受力裂縫擴展過程—混凝土的受力變形與破壞過程（3）混凝土的理論強度

2.混凝土立方體抗壓強度

國家標準GB/T50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規(guī)定，將混凝土拌合物制作邊長為150mm的立方體試件，在標準條件（溫度20℃±2℃，相對濕度95％以上）下，養(yǎng)護到28d齡期，測得的抗壓強度值為混凝土立方體試件抗壓強度（簡稱立方體抗壓強度），以fcu表示。

在實際施工中，根據混凝土所用粗骨料的最大粒徑，允許采用非標準尺寸的試體，但應將其抗壓強度折算成標準尺寸試件的抗壓強度值，其換算系數對邊長為100mm和200mm的分別為0.95和1.05，混凝土試件尺寸愈小，測得的抗壓強度值愈大，這包括兩方面的原因：一是“環(huán)箍效應”；二是由于大試件內存在的孔隙、裂縫和局部較差等缺陷的機率大，從而降低了材料的強度。

環(huán)箍效應：因為混凝土試件在壓力機上受壓時，在沿加荷方向發(fā)生縱向變形的同時，也按泊松比效應產生橫向膨脹。而鋼制壓板的橫向膨脹較混凝土小，因而在壓板與混凝土試件受壓面形成磨擦力，對試件的橫向膨脹起著約束作用，這種約束作用稱為“環(huán)箍效應”?！碍h(huán)箍效應”對混凝土抗壓強度有提高作用。離壓板越遠，“環(huán)箍效應”小，在距離試件受壓面約0.866α（α為試件邊長）范圍外這種效應消失。3.混凝土立方體抗壓標準強度與強度等級

按照國家標準GB50010－2002《混凝土結構設計規(guī)范》，混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。立方體抗壓強度標準值系指按標準方法制作和養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度，以fcu，k表示。普通混凝土劃分為十四個強度等級：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80?；炷翉姸鹊燃壥腔炷两Y構設計、施工質量控制和工程驗收的重要依據。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同強度等級的混凝土，一般有一定的選用范圍。

不同的建筑工程，不同的部位常采用不同強度等級的混凝土，在我國混凝土工程目前水平情況下，一般選用范圍如下：

①C10～C15——用于墊層、基礎、地坪及受力不大的結構。

②C20～C25——用于梁、板、柱、樓梯、屋架等普通鋼筋混凝土結構；

③C25～C30——用于大跨度結構、要求耐久性高的結構、預制構件等；

④C40～C45——用于預應力鋼筋混凝土構件、吊車梁及特種結構等，用于25～30層；

⑤C50～C60——用于30層至60層以上高層建筑；

⑥C60～C80——用于高層建筑，采用高性能混凝土；

⑦C80～C120——采用超高強混凝土于高層建筑。

將來可能推廣使用高達C130以上的混凝土。4.混凝土的軸心抗壓強度fcp混凝土的立方體抗壓強度只是評定強度等級的一個標志，它不能直接用來作為結構設計的依據。為了符合工程實際，在結構設計中混凝土受壓構件的計算采用混凝土的軸心抗壓強度。軸心抗壓強度設計值以fcp表示。

軸心抗壓強度的測定采用150mm×150mm×300mm棱柱體作為標準試件。試驗表明，軸心抗壓強度fcp比同截面的立方體強度值fcu小，棱柱體試件高寬比越大，軸心抗壓強度越小，但當h/a達到一定值后，強度就不再降低。但是過高的試件在破壞前由于失穩(wěn)產生較大的附加偏心，又會降低其抗壓的試驗強度值。試驗表明：在立方抗壓強度fcu=10～55(MPa)的范圍內，軸心抗壓強度fcp與fcu之比約為0.70～0.80。

5.混凝土的抗拉強度混凝土的抗拉強度只有抗壓強度的1/10～1/20，且隨著混凝土強度等級的提高，比值降低?；炷猎诠ぷ鲿r一般不依靠其抗拉強度。但抗拉強度對于抗開裂性有重要意義，在結構設計中抗拉強度是確定混凝土抗裂能力的重要指標。有時也用它來間接衡量混凝土與鋼筋的粘結強度等。

混凝土抗拉強度采用立方體劈裂抗拉試驗來測定，稱為劈裂抗拉強度fts。6.混凝土的抗彎強度

混凝土抗彎（抗折）強度試驗試件為150mm×150mm×550mm直角棱柱體小梁，采用三分點處雙點加荷。由于混凝土是一種非線性材料，因此，混凝土的彎曲抗拉強度大于軸心抗拉強度。路面水泥混凝土計算抗折強度道路水泥混凝土抗折強度與抗壓強度的關系交通量分級特重重中等輕砼計算抗折強度

fcf(MPa)5.04.54.54.0抗折強度fcf(MPa)4.04.55.05.5抗壓強度fcu(MPa)25.030.035.540.07.影響混凝土強度的因素（1）水泥強度等級和水灰比---主要因素A.水泥強度：水泥強度的大小直接影響混凝土強度的高低。在配合比相同的條件下，所用的水泥強度等級越高，制成的混凝土強度也越高。試驗證明，混凝土的強度與水泥的強度成正比關系。

B.水灰比：當用同一種水泥（品種及強度相同）時，混凝土的強度主要決定于水灰比。因為水泥水化時所需的結合水，一般只占水泥質量的23％左右，但在拌制混凝土拌合物時，為了獲得必要的流動性，實驗加水量約為水泥質量的40％～70％，即采用較大的水灰比。當混凝土硬化后，多余的水分或殘留在混凝土中形成水泡，或蒸發(fā)后形成氣孔，使得混凝土內部形成各種不同尺寸的孔隙，這些孔隙削弱了混凝土抵抗外力的能力。因此，滿足和易性要求的混凝土，在水泥強度等級相同的情況下，水灰比越小，水泥石的強度越高，與骨料粘結力也越大，混凝土的強度就越高。如果加水太少（水灰比太小），拌合物過于干硬，在一定的搗實成型條件下，無法保證澆灌質量，混凝土中將出現較多的蜂窩、孔洞，強度也將下降。試驗證明：混凝土強度，隨水灰比的增大而降低，呈曲線關系；而混凝土強度和灰水比呈直線關系。C.骨料的種類、質量和數量

水泥石與骨料的粘結力除了受水泥石強度的影響外，還與骨料（尤其是粗骨料）的表面狀況有關。碎石表面粗糙，粘結力比較大，卵石表面光滑，粘結力比較小。因而在水泥強度等級和水灰比相同的條件下，碎石混凝土的強度往往高于卵石混凝土。

當粗骨料級配良好，用量及砂率適當，能組成密集的骨架使水泥漿數量相對減小，骨料的骨架作用充分，也會使混凝土強度有所提高。大量實驗表明，混凝土強度與水灰比、水泥強度等級等因素之間保持近似恒定的關系。一般采用下面直線型的經驗公式來表示：

式中C/W——灰水比（水泥與水質量比）；

fcu——混凝土28d抗壓強度，MPa；

fce——水泥的28d抗壓強度實測值，MPa.

A、B——回歸系數，與骨料的品種、水泥品種等因素有關。碎石：A=0.53、B=0.20卵石：A=0.49、B=0.13

一般水泥廠為了保證水泥的出廠強度等級，其實際抗壓強度往往比其強度等級高。當無水泥28d抗壓強度實測值時，用水泥強度等級（fce,k）代入式中，并乘以水泥強度等級富余系數（γc）。即fce=γc×fce,k

γc值應按統(tǒng)計資料確定。最大取γc=1.13D.外加劑和摻合料

混凝土中加入外加劑可按要求改變混凝土的強度及強度發(fā)展規(guī)律，如摻入減水劑可減少拌合用水量，提高混凝土強度；如摻入早強劑可提高混凝土早期強度，但對其后期強度發(fā)展無明顯影響。超細的摻合料可配制高性能、超高強度的混凝土。E.施工條件——攪拌與振搗

在施工過程中，必須將混凝土拌合物攪拌均勻，澆注后必須搗固密實，才能使混凝土有達到預期強度的可能。機械攪拌和搗實的力度比人力要強，因而，采用機械攪拌比人工攪拌的拌合物更均勻，采用機械搗實比人工搗實的混凝土更密實。強力的機械搗實可適用于更低水灰比的混凝土拌合物，獲得更高的強度。改進施工工藝可提高混凝土強度，如采用分次投料攪拌工藝；采用高速攪拌工藝；采用高頻或多頻振搗器；采用二次振搗工藝等都會有效地提高混凝土強度。F.養(yǎng)護條件

養(yǎng)護環(huán)境溫度高，水泥水化速度加快，混凝土早期強度高；反之亦然。若溫度在冰點以下，不但水泥水化停止，而且有可能因冰凍導致混凝土結構疏松，強度嚴重降低，尤其是早期混凝土應特別加強防凍措施。為加快水泥的水化速度，可采用濕熱養(yǎng)護的方法，即蒸氣養(yǎng)護或蒸壓養(yǎng)護。濕度通常指的是空氣相對濕度。相對濕度低，混凝土中的水份揮發(fā)快，混凝土因缺水而停止水化，強度發(fā)展受阻。另一方面，混凝土在強度較低時失水過快，極易引起干縮，影響混凝土耐久性。一般在混凝土澆筑完畢后12h內應開始對混凝土加以覆蓋或澆水。對硅酸鹽水泥、普通水泥和礦渣水泥配制的混凝土澆水養(yǎng)護不得少于7天；使用粉煤灰水泥和火山灰水泥，或摻有緩凝劑、膨脹劑、或有防水抗?jié)B要求的混凝土澆水養(yǎng)護不得少于14天。養(yǎng)護溫度較低，早期強度較低；反之，溫度較高，早期強度較高，但對后期強度有不利影響。另外潮濕的環(huán)境有利于水泥水化，有利于強度，故混凝土需潮濕環(huán)境養(yǎng)護。

混凝土有四種養(yǎng)護方式：

A）標準養(yǎng)護——是指將混凝土制品在溫度為20±2℃，相當濕度大于95％的標準條件下進行的養(yǎng)護。評定強度等級時需采用該養(yǎng)護條件。

B）自然養(yǎng)護——是指對在自然條件（或氣候條件）下的混凝土制品適當的采取一定的保溫、保濕措施，并定時定量向混凝土澆水，保證混凝土材料強度能正常發(fā)展的一種養(yǎng)護方式?，F稱同條件養(yǎng)護（含義也不同）

C）蒸汽養(yǎng)護——是將混凝土材料在小于100℃的高溫水蒸汽中進行的一種養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護可提高混凝土的早期強度，縮短養(yǎng)護時間。

D）壓蒸養(yǎng)護——是將混凝土材料在8～16大氣壓下，175～203℃的水蒸汽中進行的一種養(yǎng)護。壓蒸養(yǎng)護可大大提高混凝土材料的早期強度。但壓蒸、養(yǎng)護需要的蒸壓釜設備比較龐大。僅在生產硅酸鹽混凝土制品時應用。

G.齡期

齡期是指混凝土在正常養(yǎng)護條件下所經歷的時間。在正常養(yǎng)護條件下，混凝土強度將隨著齡期的增長而增長。最初7～14d內，強度增長較快，以后逐漸緩慢。但在有水的情況下，齡期延續(xù)很久其強度仍有所增長。標準養(yǎng)護條件下，大致符合下列關系n≥3（d）混凝土的成熟度（N）：混凝土所經歷的時間和溫度的積水泥強度等級和水灰比的影響骨料的影響?zhàn)B護溫度及濕度的影響齡期的影響外加劑與摻合料施工方法的影響影響強度的因素采用高強度等級水泥或早強型水泥使用減水劑，降低水灰比采用級配良好的骨料，使用摻合料采用機械攪拌和振搗加強養(yǎng)護提高強度的措施4.2.3混凝土的變形性能混凝土在硬化和使用過程中，由于受物理、化學等因素的作用，會產生各種變形，這些變形是導致混凝土產生裂紋的主要原因之一，從而進一步影響混凝土的強度和耐久性。

(1)化學變形：混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產物的體積小于反應物（水泥與水）的體積，導致混凝土在硬化時產生收縮，稱為化學收縮。混凝土的化學收縮是不可恢復的，收縮量隨混凝土的硬化齡期的延長而增加，一般在40d內逐漸趨向穩(wěn)定。(2)干濕變形：混凝土在環(huán)境中會產生干縮濕脹變形。水泥石內吸附水和毛細孔水蒸發(fā)時，會引起凝膠體緊縮和毛細孔負壓，從而使混凝土產生收縮。當混凝土吸濕時，由于毛細孔負壓減小或消失而產生膨脹。干濕變形部分可恢復。(3)溫度變形：對大體積混凝土工程，在凝結硬化初期，由于水泥水化放出的水化熱不易散發(fā)而聚集在內部，造成混凝土內外溫差很大，有時可達40～50℃以上，從而導致混凝土表面開裂。

混凝土在正常使用條件下也會隨溫度的變化而產生熱脹冷縮變形。混凝土的熱膨脹系數與混凝土的組成材料及用量有關，但影響不大。混凝土的熱膨脹系數一般為（0.6～1.3）×10－5/℃。

(4)荷載作用下的變形

①混凝土在短期荷載作用下的變形

混凝土是一種非均質材料屬于彈塑性體。在外力作用下，既產生彈性變形，又產生塑性變形，即混凝土的應力與應變的關系不是直線而是曲線，如圖4－26所示?；炷恋乃苄宰冃问莾炔课⒘鸭y產生、增多、擴展與匯合等的結果。

混凝土的彈性模量圖4-27。C10~C60，Ec=1.75~3.60×104MPa

②混凝土在長期荷載作用下的變形——徐變：混凝土在長期不變荷載作用下，沿作用力方向隨時間而產生的塑性變形稱為混凝土的徐變圖4-28。4.2.4硬化混凝土的耐久性