建筑材料（第二版）課件：混凝土材料

混凝土材料

3.1普通混凝土原材料的性能指標要求3.2混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)3.3混凝土的配合比設(shè)計3.4骨料的表觀密度檢測3.5骨料的堆積密度檢測3.6混凝土的配制和性能檢測3.7其他品種混凝土3.8混凝土見證取樣送檢本章小結(jié)3.1普通混凝土原材料的性能指標要求

3.1.1水泥

水泥是混凝土中最主要的組成材料。合理選擇水泥，對于保證混凝土的質(zhì)量、降低成本是非常重要的。水泥品種的選擇，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物所處的環(huán)境條件及水泥的特性等因素綜合考慮，可參照表2-13進行選用。水泥的強度應(yīng)與要求配制的混凝土強度等級相適應(yīng)。若用低強度等級的水泥配制高強度等級的混凝土，不僅會使水泥用量過多而不經(jīng)濟，還會降低混凝土的某些技術(shù)品質(zhì)(如收縮率增大等)；反之，用高強度等級的水泥配制低強度等級的混凝土，若只考慮強度要求，會使水泥用量偏小，從而影響耐久性；若兼顧耐久性等要求，又會導(dǎo)致超強而不經(jīng)濟。通常，配制一般混凝土?xí)r，水泥強度為混凝土設(shè)計強度等級的1.5～2.0倍；配制高強度混凝土?xí)r，水泥強度為混凝土設(shè)計強度等級的0.9～1.5倍。

但是，隨著混凝土強度等級不斷提高，以及采用了新的工藝和外加劑，高強度和高性能混凝土不受此比例約束。表3-1是建筑工程中水泥強度等級對應(yīng)宜配制的混凝土強度等級的參考表。3.1.2骨料

1.普通砂

普通砂系指河砂、海砂和山砂，是在自然條件作用下形成的、粒徑在5mm以下的顆粒。河砂、海砂由于受水流的沖刷作用，顆粒多呈圓形，表面較光滑，拌制混凝土?xí)r需水量較少，但砂粒與水泥間的膠結(jié)力較弱，而且海砂中常含有貝殼碎片及可溶性鹽類等有害雜質(zhì)；山砂顆粒多具棱角、表面粗糙，需水量較大，和易性差，但砂粒與水泥間的膠結(jié)力強，有時含較多的黏土等有害雜質(zhì)。選用砂時，應(yīng)按就地取材的原則。當無砂源時，也可考慮采用人工砂，即將巖石經(jīng)軋碎篩選而成的砂。

1)有害雜質(zhì)含量

砂中常含有黏土、淤泥、有機物、云母、硫化物及硫酸鹽等雜質(zhì)。黏土、淤泥黏附在砂粒表面，妨礙水泥與砂粒的黏結(jié)，降低混凝土強度、抗凍性和抗磨性，并增大混凝土的干縮。砂中含泥量和泥塊含量規(guī)定見表3-2。云母呈薄片狀，表面光滑，與水泥黏結(jié)不牢，會降低混凝土的強度。有機物、硫化物和硫酸鹽等對水泥均有腐蝕作用。砂中有害物含量的一般規(guī)定見表3-3。注：Ⅰ類宜用于強度等級大于C60的混凝土；Ⅱ類宜用于強度等級C30～C60及抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；Ⅲ類宜用于強度等級小于C30的混凝土和建筑砂漿。

2)粗細程度及顆粒級配

砂的粗細程度是指不同粒徑的砂混合在一起時的平均粗細程度。在砂用量相同的情況下，若砂子過粗，則拌制的混凝土黏聚性較差，容易產(chǎn)生離析、泌水現(xiàn)象；若砂子過細，砂子的總表面積增大，雖然拌制的混凝土黏聚性較好，不易產(chǎn)生離析、泌水現(xiàn)象，但需要包裹砂子表面的水泥漿較多，水泥用量增大。所以，用于拌制混凝土的砂，不宜過粗，也不宜過細。

砂的顆粒級配是指砂中大小顆粒的搭配情況。砂中大小顆粒含量搭配適當，則其空隙率和總表面積都較小，即具有良好的顆粒級配。用這種級配良好的砂配制混凝土，不僅所用水泥漿量少，節(jié)約水泥，而且還可提高混凝土的和易性、密實度和強度。

圖3-1中分別為單一粒徑、兩種粒徑、三種粒徑的砂搭配起來的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-1不同粒徑的砂搭配的結(jié)構(gòu)示意圖篩分析法是用一套孔徑為4.75?mm、2.36?mm、1.18?mm、0.60?mm、0.30?mm和0.15?mm的標準方孔篩，按照篩孔的大小順序，將用9.50?mm方孔篩篩出的500g干砂，由粗到細過篩，稱得各號篩上的篩余量，并計算出各篩上的分計篩余百分率a1、a2、a3、a4、a5和a6(各篩上的篩余量占砂樣總重的百分率)及累計篩余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6(各號篩的分計篩余百分率加上大于該篩的分計篩余百分率之和)。其關(guān)系見表3-4。砂的粗細程度用細度模數(shù)Mx表示。Mx的計算公式為(3-1)砂按細度模數(shù)Mx分為粗、中、細三種規(guī)格：

Mx?=?3.7～3.1時為粗砂；

Mx?=?3.0～2.3時為中砂；

Mx?=?2.2～1.6時為細砂。普通混凝土用砂以中砂較為適宜。砂的顆粒級配用級配區(qū)表示，根據(jù)《建筑用砂》(GB/T14684—2001)的規(guī)定，對細度模數(shù)為3.7～1.6的砂，按累計篩余百分率劃分為三個級配區(qū)，見表3-5?；炷劣蒙暗念w粒級配，應(yīng)處于表3-5中的任何一個級配區(qū)內(nèi)。表中所列的累計篩余百分率，除4.75?mm和0.60?mm篩號外，允許稍有超出分界線，但其總量不大于5%。

砂顆粒級配區(qū)中，1區(qū)砂顆粒較粗，宜用來配制水泥用量多(富混凝土)或低流動性普通混凝土；2區(qū)為中砂，粗細適宜，配制混凝土宜優(yōu)先選用2區(qū)砂；3區(qū)顆粒偏細，所配混凝土拌和物黏聚性較大，保水性好，但硬化后干縮較大，表面易產(chǎn)生微裂縫，使用時宜適當降低砂率。例3-1

某砂樣篩分結(jié)果列于表3-6中，試評定該砂的粗細程度和顆粒級配。

解：計算細度模數(shù)：該砂屬于中砂。查表3-5知，該批砂顆粒級配區(qū)為2區(qū)。結(jié)果評定：該砂樣為2區(qū)中砂。如果砂子自然級配不合適，如表3-7所列甲砂比第3級配區(qū)的要求偏粗，而比第2級配區(qū)的要求偏細，乙砂比第1級配區(qū)的要求偏粗，這時就要采用人工級配的方法來改善。最簡單的措施是將粗、細砂按適當比例摻和使用，進行試配。甲、乙兩種不符合級配要求的砂，按甲砂20%?+?乙砂80%配合調(diào)整后的混合砂級配符合第1級配區(qū)要求；按甲砂50%?+乙砂50%配合調(diào)整后的混合砂，其級配符合第2級配區(qū)要求。

3)砂的物理性質(zhì)

(1)表觀密度：一般為2550kg/m3～2750kg/m3。

(2)堆積密度：干砂一般為1450kg/m3～1700kg/m3。

(3)空隙率：一般為35%～45%，配制混凝土用砂，要求空隙率小，一般不宜超過40%。

(4)含水率：砂中含水量的變化將引起砂的體積變化。

以干砂的體積為標準，當含水率為5%～7%時，體積增大25%～30%，這是由于砂在此種含水狀態(tài)時，顆粒表面包有一層水膜，使砂?；ハ囵じ剑鲃有韵нM而形成更疏松的結(jié)構(gòu)之故。若含水率再增大，包裹砂粒表面的水膜增厚至破裂，砂粒相互間就不能黏附，重又恢復(fù)流動性，故體積反而縮小。所以在拌制混凝土?xí)r，砂子的用量以質(zhì)量控制較為準確可靠。

砂中所含水分可分為四種狀態(tài)：

(1)完全干燥(烘干狀態(tài))：在不超過110℃的溫度下烘干，達到恒重的狀態(tài)。

(2)風(fēng)干(氣干)狀態(tài)：不但砂顆粒的表面是干燥的，而且內(nèi)部也有一部分呈干燥狀態(tài)。

(3)飽和面干(表干)狀態(tài)：顆粒表面是干燥的而砂內(nèi)部孔隙為含水飽和狀態(tài)。該狀態(tài)下砂的含水率稱為飽和面干吸水率。

(4)潮濕狀態(tài)：砂顆粒的內(nèi)部吸水飽和，而且表面也吸附水的狀態(tài)。

砂中含水量的不同，將會影響混凝土的拌和水量和砂的用量。在混凝土配合比設(shè)計中，為了有可比性，規(guī)定砂的用量應(yīng)按完全干燥狀態(tài)為準計算，對于其他狀態(tài)含水率應(yīng)進行換算。

2.普通石子

普通石子包括碎石和卵石。碎石是由天然巖石或卵石經(jīng)破碎、篩分而得到的粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。卵石是天然巖石由自然條件作用而形成的粒徑大于4.75mm的顆粒。

碎石表面粗糙，顆粒多棱角，與水泥漿黏結(jié)力強，配制的混凝土強度高，但其總表面積和空隙率較大，拌和物水泥用量較多，和易性較差；卵石表面光滑，少棱角，空隙率及表面積小，拌制混凝土需用水泥漿量少，拌和物和易性好，便于施工，但所含雜質(zhì)常較碎石多，與水泥漿黏結(jié)力較差，故用其配制的混凝土強度較低。

1)有害雜質(zhì)含量

石子中含有黏土、淤泥、有機物、硫化物及硫酸鹽和其他活性氧化硅等雜質(zhì)。有的雜質(zhì)影響?zhàn)そY(jié)力，有的能和水泥產(chǎn)生化學(xué)作用而破壞混凝土結(jié)構(gòu)。此外，針片狀顆粒的含量也不宜過多。碎石和卵石中各種雜質(zhì)的控制含量見表3-8和表3-9。

2)最大粒徑與顆粒級配

(1)最大粒徑。石子中公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑，如5～20粒級的石子，其最大粒徑為20?mm。在石子用量一定的情況下，隨著粒徑的增大，總表面積減小。由于結(jié)構(gòu)尺寸和鋼筋疏密的限制，在便于施工和保證工程質(zhì)量的前提下，按有關(guān)規(guī)定，石子的最大粒徑不得超過結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的l/4，同時不得大于鋼筋間最小凈距的3/4。對于厚度為100?mm或小于100?mm的混凝土板，允許采用一部分最大粒徑達1/2板厚的骨料，但其數(shù)量不得超過25%。若采用泵送混凝土，還要根據(jù)泵管直徑加以選擇。

(2)顆粒級配。石子和砂子一樣，也應(yīng)具有良好的顆粒級配，以達到空隙率與總表面積最小的目的。顆粒級配良好的石子，既能節(jié)約水泥用量，又能改善混凝土的技術(shù)性能。石子級配的原理與砂基本相同，不同之處是，其級配分為連續(xù)級配與間斷級配兩種。

連續(xù)級配是指顆粒的尺寸由大到小連續(xù)分級，其中每一級骨料都占適當?shù)谋壤Ｈ缃魄蛐蔚墓橇?，當其粒徑均勻時，則顆粒之間空隙的體積大(見圖3-1(a))；當粒徑分布在一定范圍時，大顆粒之間的空隙由小顆粒填充(見圖3-1(c))并占適當比例，減少了空隙，相應(yīng)地水泥漿的需用量也減少。間斷級配是省去一級或幾級中間粒級的集料級配，大顆粒之間的空隙由比它很多的小顆粒來填充，能降低空隙率，節(jié)約水泥。但由于顆粒相差較大，混凝土拌和物易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。因此間斷級配只適用于機械振搗流動性低的干硬性拌和物。

測定石子的最大粒徑與顆粒級配的方法仍采用篩分法。所用標準篩的孔徑尺寸為2.36?mm、4.75?mm、9.50?mm、16.0?mm、19.0?mm、26.5?mm、31.5?mm、37.5?mm、53.0?mm、63.0?mm、75.0?mm、90?mm。將石子篩分后，計算出各篩分計篩余百分率和累計篩余百分率。以公稱粒級的上限為該粒級的最大粒徑。其顆粒級配應(yīng)符合表3-10的規(guī)定。

3)強度與堅固性

(1)強度。配制混凝土的碎石或卵石，必須具有足夠的強度才能保證混凝土的強度和其他性能達到規(guī)定的要求。

粗骨料的強度用巖石立方體抗壓強度和壓碎指標表示。在選擇采石場或?qū)Υ止橇蠌姸扔袊栏褚蠡驅(qū)|(zhì)量有爭議時，宜用巖石立方體檢驗；對于經(jīng)常性的生產(chǎn)質(zhì)量控制，則用壓碎指標值檢驗較為方便。采用立方體強度檢驗時，將碎石或卵石制成50?mm×50?mm×50?mm的立方體(或直徑與高均為50?mm的圓柱體)試件，在水飽和狀態(tài)下，測得其抗壓強度與所采用的混凝土設(shè)計強度等級之比應(yīng)不小于1.5。C30以上混凝土應(yīng)不小于2.0。一般情況下，火成巖試件的強度不宜低于80?MPa，變質(zhì)巖不宜低于60?MPa，水成巖不宜低于30?MPa。

用壓碎指標表示粗骨料強度是通過測定集料抵抗壓碎的能力，來間接地推測其相應(yīng)強度的。將一定量9.5?mm～19.5?mm的顆粒，在氣干狀態(tài)下裝入一定規(guī)格的圓筒內(nèi)，在壓力機上施加一定的荷載，卸荷后稱得試樣重(G1)，用孔徑為2.36?mm的篩篩分試祥，稱取試樣的篩余量(G2)，則

壓碎指標應(yīng)按表3-11的規(guī)定采用。

(2)堅固性。骨料抵抗自然界各種物理及化學(xué)作用的性能稱為堅固性。為保證混凝土的耐久性，混凝土用碎石或卵石除應(yīng)具有足夠的強度外，還必須具有足夠的堅固性。

堅固性試驗一般采用硫酸鈉溶液浸泡法，即將一定量的骨料浸泡在一定濃度的硫酸鈉溶液中，使溶液滲入骨料中，形成結(jié)晶膨脹力對骨料的破壞，按破壞程度間接判斷其堅固性，其指標應(yīng)符合表3-12中的規(guī)定。

4)物理性質(zhì)

(1)表觀密度：隨巖石的種類而異，一般為2550kg/m3～2850kg/m3。

(2)堆積密度：干石子一般為1400kg/m3～1700kg/m3。

(3)空隙率：一般應(yīng)小于45%。3.1.3拌和及養(yǎng)護用水

1.對水的基本要求

拌制和養(yǎng)護各種混凝土所用的水應(yīng)采用符合國家標準的生活飲用水。地表水和地下水情況很復(fù)雜，若其總含鹽量及有害離子的含量超過規(guī)定值，必須進行適用性檢驗，合格后方能使用。當水質(zhì)不能確定時，也可將該水與潔凈水同時分別制作混凝土試塊，進行強度對比試驗，當該水制成的試塊強度不低于潔凈水制成的試塊強度時，方可使用。

允許用海水拌制素混凝土，但不得拌制鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土；有飾面要求的混凝土不能用海水拌制，因海水有引起表面潮濕和鹽霜的趨向；海水也不應(yīng)用于高鋁水泥拌制的混凝土中。

2.拌和水質(zhì)量標準

混凝土拌和水中各物質(zhì)含量應(yīng)滿足《混凝土拌和用水標準》(JGJ63—2006)的要求，規(guī)定見表3-13。3.1.4外加劑

1.外加劑的作用

(1)改善混凝土拌和物的和易性，利于機械化施工，保證混凝土的澆筑質(zhì)量。

(2)減少養(yǎng)護時間，加快模板周轉(zhuǎn)，提早對預(yù)應(yīng)力混凝土放張，加快施工進度。

(3)提高混凝土的強度，增加混凝土的密實度、耐久性、抗?jié)B性等，提高混凝土的質(zhì)量。

(4)節(jié)約水泥，降低混凝土的成本。

2.外加劑的分類

混凝土外加劑的種類繁多，功能多樣，通常分為以下幾種：

(1)改變混凝土拌和物流動性的外加劑，包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等；

(2)調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等；

(3)改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等；

(4)改善混凝土其他性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑、防水劑和泵送劑等。

3.常用的混凝土外加劑

1)減水劑

減水劑是在保持混凝土坍落度基本不變的條件下，能減少拌和用水量的外加劑；或在保持混凝土拌和物用水量不變的情況下，能增大混凝土坍落度的外加劑。

(1)減水劑的分子結(jié)構(gòu)和特性。減水劑多屬于表面活性劑，其分子由親水(憎油)基團和憎水(親油)基團兩部分組成，如圖3-2所示。減水劑的分子能溶解于水中，并且其分子中的親水基團指向溶液，憎水基團指向空氣、固體或非極性液體并做定向排列，如圖3-3所示。圖3-2減水劑的分子結(jié)構(gòu)圖3-3減水劑分子在水溶液中的行為

(2)減水劑的減水機理。水泥加水拌和后，由于水泥顆粒間分子引力的作用，產(chǎn)生許多絮狀物，形成絮凝結(jié)構(gòu)(見圖3-4)，其中包裹了許多拌和水，從而降低了混凝土拌和物的流動性。圖3-4水泥漿的絮凝結(jié)構(gòu)若向水泥漿體中加入減水劑，則減水劑的憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團指向水溶液。這樣一方面使水泥顆粒表面帶上了相同的電荷，加大了水泥顆粒間的靜電斥力，導(dǎo)致了水泥顆粒相互分散(見圖3-5(a))，絮凝狀結(jié)構(gòu)中包裹的游離水被釋放出來，從而有效地增加了混凝土拌和物的流動性；另一方面，由于親水基對水的親和力較大，因此在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，包裹在水泥顆粒周圍，增加了水泥顆粒間的滑動能力，使拌和物流動性增大，同時水膜又將水泥顆粒隔開，使水泥顆粒的分散程度增大(見圖3-5(b))。綜合以上兩種作用，混凝土拌和物在不增加用水量的情況下增大了拌和物的流動性。圖3-5減水劑作用示意圖

(3)減水劑的技術(shù)經(jīng)濟效果。

①在原配合比不變的條件下，即用水量和水灰比不變時，可以增大混凝土拌和物的坍落度(約100mm～200mm)，且不影響混凝土的強度。

②在保持流動性和水泥用量不變時，可顯著減少拌和用水量(約10%～20%)，從而降低水灰比，使混凝土的強度得到提高(約提高15%～20%)，早期強度提高約30%～50%。

③保持混凝土強度和流動性不變，可節(jié)約水泥用量10%～15%。④提高了混凝土的耐久性。減水劑的摻入顯著地改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的密實度提高，透水性可降低40%～80%，從而提高了混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗化學(xué)腐蝕等能力。

⑤摻入減水劑后，還可以改善混凝土拌和物的泌水、離析現(xiàn)象，減慢水泥水化放熱速度，延緩混凝土拌和物的凝結(jié)時間。

2)引氣劑

引氣劑是指在攪拌過程中能引入大量分布均勻的、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。引氣劑在每1m3混凝土中可生成500～3000個直徑為(50～1250)μm(大多在200μm以下)的獨立氣泡。

(1)引氣劑的分子結(jié)構(gòu)特性。引氣劑為憎水性表面活性物質(zhì)，它能在水泥—水—空氣的界面定向排列，形成單分子吸附膜，提高泡膜的強度，并使氣泡排開水分而吸附于固相粒子表面，因而能使攪拌過程混進的空氣形成微小而穩(wěn)定的氣泡，均勻分布于混凝土中。

(2)引氣劑對混凝土的作用。

①改善混凝土拌和物的和易性。大量微小封閉的球狀氣泡在混凝土拌和物內(nèi)形成，如同滾珠一樣，減少了顆粒間的摩擦阻力，減少泌水和離析，改善了混凝土拌和物的保水性、黏聚性。

②顯著提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性。大量均勻分布的封閉氣泡切斷了混凝土中的毛細管滲水通道，改變了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的抗?jié)B性顯著提高。

③降低混凝土強度。大量氣泡的存在減少了混凝土的有效受力面積，使混凝土強度有所降低。一般混凝土的含氣量每增加1%，其抗壓強度將降低4%～5%，抗折強度降低2%～3%。引氣劑可用于抗?jié)B混凝土、抗凍混凝土、抗硫酸侵蝕混凝土和泌水嚴重的混凝土等，但引氣劑不宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。

近年來，引氣劑逐漸被引氣型減水劑所代替，因為它不但能減水且有引氣作用，提高了混凝土的強度，節(jié)約水泥。

3)緩凝劑

緩凝劑是指能延緩混凝土凝結(jié)時間，并對混凝土后期強度發(fā)展無不利影響的外加劑。

緩凝劑的緩凝作用是由于在水泥顆粒表面形成了不溶性物質(zhì)，使水泥懸浮體的穩(wěn)定程度提高并抑制水泥顆粒凝聚，因而延緩水泥的水化和凝聚。

緩凝劑具有緩凝、減水、降低水化熱的作用，對鋼筋也無銹蝕作用，主要適用于大體積混凝土、炎熱氣候下施工的混凝土、需長時間停放或長距離運輸?shù)幕炷?。緩凝劑不宜用于在日最低氣?℃以下施工的混凝土，也不宜單獨用于有早強要求的混凝土及蒸養(yǎng)混凝土。常用的緩凝劑有酒石酸鈉、檸檬酸、糖蜜、含氧有機酸和多元醇等，其摻量一般為水泥質(zhì)量的0.01%～0.20%。摻量過大會使混凝土長期不硬，強度嚴重下降。

4)早強劑

能提高混凝土早期強度，并對后期強度無顯著影響的外加劑，稱為早強劑。

早強劑能加速水泥的水化和硬化，縮短養(yǎng)護周期，使混凝土在短期內(nèi)即能達到拆模強度，從而提高模板和場地的周轉(zhuǎn)率，加快施工進度，常用于混凝土的快速低溫施工，特別適用于冬季施工或緊急搶修工程。

常用的早強劑有氯化物系(如CaCl2、NaCl)、硫酸鹽系(如Na2SO4)等。但摻加了氯化鈣早強劑，會加速鋼筋的銹蝕，為此對氯化鈣的摻加量應(yīng)加以限制，通常對于配筋混凝土不得超過1%，無筋混凝土摻量亦不宜超過3%。為了防止氯化鈣對鋼筋的銹蝕，氯化鈣早強劑一般與阻銹劑(NaNO2)復(fù)合使用。

5)防凍劑

防凍劑是指在規(guī)定溫度下，能顯著降低混凝土冰點，使混凝土液相不凍結(jié)或僅部分凍結(jié)，以保證水泥的水化作用，并在一定時間內(nèi)獲得預(yù)期強度的外加劑。

常用的防凍劑有氯鹽類(氯化鈣、氯化鈉)、氯鹽阻銹類(以氯鹽與亞硝酸鈉阻銹劑復(fù)合而成)、無氯鹽類(以硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽、乙酸鈉或尿素復(fù)合而成)。

氯鹽類防凍劑適用于無筋混凝土；氯鹽阻銹類防凍劑適用于鋼筋混凝土；無氯鹽類防凍劑可用于鋼筋混凝土工程和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土工程。硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽易引起鋼筋的腐蝕，故不適用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土以及與鍍鋅鋼材或與鋁鐵相接觸部位的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防凍劑用于負溫條件下施工的混凝土。目前國產(chǎn)防凍劑適于在(0～－15)℃的氣溫下使用。當在更低氣溫下施工時，應(yīng)增加相應(yīng)的混凝土冬季施工措施，如暖棚法、原料(砂、石、水)預(yù)熱法等。

6)速凝劑

能使混凝土迅速凝結(jié)、硬化的外加劑稱為速凝劑。

目前采用的速凝劑以鋁酸鹽為主要成分，其作用能改變水泥石內(nèi)的微結(jié)構(gòu)。在混凝土摻入速凝劑后，水泥中含有的石膏在水化初期就與速凝劑反應(yīng)生成硫酸鈉，使水泥漿中的硫酸鈣濃度明顯降低，此時水泥中的C3A就迅速進入溶液，析出六角板狀的水化產(chǎn)物C3AH16，石膏所起的緩凝作用喪失，導(dǎo)致水泥速凝。由于水化初期形成不太堅固的鋁酸鹽結(jié)構(gòu)，C3A的水化受到阻礙，同時由于水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷等原因，水泥石的后期強度難以發(fā)展。速凝劑的用途一是用于噴射混凝土，二是用于早強要求高的混凝土，目前以用于噴射混凝土為主。速凝劑的主要品種有：

(1)紅星一型速凝劑。

(2)?711型速凝劑。

(3)?782型速凝劑。

7)泵送劑

能改善混凝土泵送性能的外加劑稱為泵送劑。

混凝土的可泵性主要體現(xiàn)為混凝土拌和物的流動性和穩(wěn)定性，即有足夠的黏聚性，不離析、不泌水，以及混凝土拌和物與管壁及自身的摩擦力三個方面。

普通混凝土最容易泵送，泵送劑主要用于提高混凝土保水性及改善混凝土泵送性。

可作為泵送劑的材料有高效減水劑、普通減水劑、緩凝劑、引氣劑、增稠劑等，主要適用于商品混凝土攪拌站拌制泵送混凝土。高效減水劑有多環(huán)芳香族磺酸鹽類、水溶性樹脂磺酸鹽類；普通減水劑有木質(zhì)素磺酸鹽類。有機緩凝劑有糖鈣、蔗糖、葡萄糖酸鈣、酒石酸、檸檬酸等；無機緩凝劑有氧化鋅、硼砂等。引氣劑有松香皂、烷基苯磺酸鹽、脂肪醇磺酸鹽等。增稠劑有聚乙烯氧化物、纖維素衍生物、海藻酸鹽等。

在使用泵送劑時，應(yīng)注意以下幾點：

①根據(jù)不同水泥用量選用不同類型的泵送劑。貧、富混凝土泵送劑反用會使效果適得其反。

②注意外加劑與水泥是否適應(yīng)，使用前應(yīng)做適應(yīng)性試驗。

③應(yīng)嚴格控制用水量，在施工中不得隨意加水。盡量減少新拌混凝土的運輸距離和出料到澆注的時間，以減少坍落度損失。如損失過大，不得加水以增大坍落度，可采用二次摻減水劑。

④高強泵送混凝土水泥用量大，水灰比小，應(yīng)注意澆水養(yǎng)護、特別應(yīng)注意早期養(yǎng)護。

4.外加劑的選擇和使用

在混凝土中摻入外加劑，可明顯改善混凝土的技術(shù)性能，取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果。但若選擇和使用不當，會造成事故。因此，在選擇和使用外加劑時，應(yīng)注意以下幾點：

(1)外加劑品種的選擇。外加劑品種、品牌很多，效果各異，特別是對于不同品種的水泥效果不同。在選擇外加劑時，應(yīng)根據(jù)工程需要、現(xiàn)場的材料條件，并參考有關(guān)資料，通過試驗確定。

(2)外加劑摻量的確定。混凝土外加劑均有適宜摻量，摻量過小，往往達不到預(yù)期效果；摻量過大，則會影響混凝土質(zhì)量，甚至造成質(zhì)量事故。因此，應(yīng)通過試驗試配確定最佳摻量。

(3)外加劑的摻加方法。外加劑的摻量很少，必須保證其均勻分散，一般不能直接加入混凝土攪拌機內(nèi)。對于可溶于水的外加劑，應(yīng)先配成一定濃度的溶液，隨水加入攪拌機。對不溶于水的外加劑，應(yīng)與適量水泥或砂混合均勻后再加入攪拌機內(nèi)。另外，外加劑的摻入時間對其效果的發(fā)揮也有很大影響，為保證減水劑的減水效果，施工中可視工程的具體要求，選擇同摻、后摻、分次摻入等摻加方法。

3.2混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)

3.2.1混凝土拌和物的和易性

1.和易性

和易性是指在一定施工條件下，便于施工操作并能獲得質(zhì)量均勻、密實的混凝土的性能。它包括流動性、黏聚性及保水性三個方面。和易性的好壞不僅影響施工質(zhì)量，即澆灌、搗實、成型的難易程度，同時還影響混凝土硬化以后的性能，如密實度、強度和耐久性等。

(1)流動性。流動性是指混凝土拌和物在自重或施工振搗的作用下，產(chǎn)生流動并均勻密實地填滿模板的性能，是拌和物和易性的最主要方面。流動性的大小反映了拌和物的稀稠。流動性好，操作方便，易于搗實、成型，但流動性過大，容易使拌和物分層離析，影響均勻性。

(2)黏聚性。黏聚性是指混凝土拌和物具有一定的黏聚力，在運輸及澆灌過程中不致出現(xiàn)分層離析，使混凝土保持整體均勻的性能。黏聚性不好的混凝土拌和物，砂漿與石子容易分離，硬化后會出現(xiàn)蜂窩、空洞等現(xiàn)象，嚴重影響混凝土質(zhì)量。

(3)保水性。保水性是指混凝土拌和物具有一定的保水能力，在施工過程中不致產(chǎn)生較嚴重泌水現(xiàn)象的性質(zhì)。如果保水性差，混凝土經(jīng)振實后，一部分水分就會析出，形成毛細管孔道，成為以后混凝土內(nèi)部的透水通路，而且泌水還會在上下兩澆筑層之間形成薄弱夾層。在水分上升的同時，一部分水還會停留在石子及鋼筋的下面形成水隙，減弱水泥漿與石子及鋼筋的膠結(jié)力。這些都將影響混凝土的密實性，并降低混凝土的強度及耐久性。

2.和易性的測定

和易性是一項綜合性能，難以用一種簡單的方法全面測定。通常采用測定混凝土拌和物的流動性，并以坍落度和工作度(維勃稠度)表示。黏聚性與保水性常根據(jù)經(jīng)驗，通過試驗或施工現(xiàn)場的觀察來判斷。

(1)坍落度。將混凝土拌和物按規(guī)定方法裝入標準截頭圓錐筒內(nèi)，裝滿刮平后將筒垂直提起，截錐形拌和物便產(chǎn)生一定程度的坍落(見圖3-6)，坍落的毫米數(shù)稱為坍落度。坍落度越大，表明流動性越大。坍落度大于10mm的混凝土為塑性混凝土，其中10mm～50mm的稱為低塑性混凝土，50mm～150mm的稱為塑性混凝土，150?mm～200?mm的稱為流動性混凝土。坍落度?<10?mm的稱為干硬性或半干硬性混凝土。圖3-6混凝土拌和物坍落度試驗進行坍落度試驗時，還須同時觀察下列現(xiàn)象：搗棒插搗是否困難；表面是否容易抹平；輕擊拌和物錐體側(cè)面時，錐體能否保持整體而漸漸下坍，抑或突然倒坍、部分崩裂或發(fā)生石子離析現(xiàn)象以及水分從混凝土拌和物中析出的情況等。從有無這些現(xiàn)象，可以綜合評定混凝土拌和物的黏聚性和保水性。

坍落度值小，說明混凝土拌和物的流動性小，流動性過小會給施工帶來不便，影響工程質(zhì)量，甚至造成工程事故。坍落度過大又會使混凝土分層，造成上下不勻。所以，混凝土拌和物的坍落度值應(yīng)在一個適宜范圍內(nèi)。表3-14可供選用時參考。

(2)工作度(維勃稠度)。當混凝土拌和物比較干硬，坍落度值小于10mm時，可用維勃稠度法測定混凝土和易性。

維勃稠度試驗裝置如圖3-7所示。將混凝土拌和物按照測量坍落度量時的要求裝入振動臺上的坍落度截頭圓錐筒內(nèi)，然后提去坍落度筒，再將透明圓盤蓋在混凝土頂面，同時開啟振動臺和秒表；振至透明圓盤底面被水泥漿布滿時關(guān)閉振動臺，由秒表讀出此時所用的時間即為維勃稠度，以時間s表示。干硬性混凝土的維勃稠度為60s～200s，半干硬性混凝土的維勃稠度為30s～60s。圖3-7混凝土維勃稠度試驗裝置

3.影響和易性的因素

影響混凝土拌和物和易性的因素很多，主要有材料的性質(zhì)、水泥漿量與水灰比、砂率和外加劑等。

(1)水泥品種和細度。在混凝土配合比相同的情況下，如采用不同品種的水泥，則拌和物的和易性也不相同。普通水泥比礦渣水泥和火山灰水泥的和易性好。

水泥細度較細，可以提高拌和物的黏聚性和保水性，減少分層離析現(xiàn)象。

(2)水泥漿量與水灰比。水泥漿量是指單位體積混凝土內(nèi)水泥漿的用量。在單位體積混凝土內(nèi)，如保持水灰比不變，水泥漿越多，流動性就愈大。若水泥漿過多，骨料則相對減少，至一定限度時就會出現(xiàn)流漿泌水現(xiàn)象，以致影響混凝土強度及耐久性并浪費水泥。

(3)砂率。砂率是指砂的質(zhì)量占砂石總質(zhì)量的百分率。當水泥漿用量和集料總量一定時，砂率大，集料總表面積增大，包裹集料表面的水泥漿量不足，拌和物顯得干稠，坍落度降低。而砂率過小時，雖然集料總表面積小，但砂漿量不足以在石子周圍形成砂漿層起潤滑作用，故也會降低拌和物的流動性、黏聚性和保水性。因此，砂率有一個最佳值，即能使混凝土拌和物在一定坍落度的前提下，水泥用量最小；或者在水泥漿量一定的條件下，使坍落度達到最大。這個砂率叫最佳砂率，可通過試驗確定，見圖3-8。圖3-8合理砂率

(4)骨料性質(zhì)、外加劑的摻加、環(huán)境的影響。砂石級配好，空隙率小，在水泥漿數(shù)量一定時，填充用水泥漿量減少，且潤滑層較厚，和易性好；砂石顆粒表面光滑，相互間摩擦阻力較小時能增加流動性。相反，砂、石多棱角，表面粗糙，則流動性小。所以卵石混凝土拌和物比碎石的流動性大；河砂混凝土拌和物比山砂的流動性大。

在混凝土中摻外加劑，可使混凝土拌和物在不增加水泥漿量的情況下，獲得較好的流動性，改善黏聚性及保水性。

環(huán)境溫度高，坍落度小。長距離運輸會使坍落度減小。3.2.2混凝土硬化后的性質(zhì)

1.混凝土強度

混凝土的強度有抗壓、抗拉、抗彎及抗剪等強度，其中以抗壓強度為最大，故混凝土主要用于承受壓力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也常用到抗拉強度等。

1)混凝土的抗壓強度及強度等級

我國采用立方體抗壓強度作為混凝土的強度特征值。

我國現(xiàn)行規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)規(guī)定：普通混凝土按立方體抗壓強度標準值劃分為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80共14個等級。

混凝土的立方體抗壓強度標準值系按標準方法制作和養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在齡期為28d時，用標準試驗方法測得的抗壓強度總體分布中的一個值，強度低于該值的百分率不超過5%。測定混凝土立方體試塊的抗壓強度，可根據(jù)粗骨料最大粒徑，按表3-15選取試塊尺寸。其中：邊長為150mm的立方體試塊為標準試塊，邊長為100mm、200mm的立方體試塊為非標準試塊。當采用非標準尺寸試塊確定強度時，應(yīng)將其抗壓強度乘以相應(yīng)的系數(shù)，折算成標準試塊強度值，以此確定其強度等級。折算系數(shù)見表3-15。影響混凝土抗壓強度的因素很多，除施工方法及施工質(zhì)量外，主要受下列因素的影響：

(1)水泥強度等級與水灰比。

(2)骨料的種類及級配。

(3)養(yǎng)護條件與齡期。

在正常養(yǎng)護條件下，混凝土的強度在最初7d～14d內(nèi)發(fā)展較快，以后便逐漸減慢，28d以后更加緩慢。如果能長期保持適當?shù)臏囟扰c濕度，強度的增長可延續(xù)數(shù)十年之久。不同齡期混凝土強度的增長情況見表3-16。

2)混凝土的抗拉強度

混凝土的抗拉強度很低，一般只有抗壓強度的l/10～l/20，且隨著混凝土強度等級的提高，比值有所降低，即當混凝土強度等級提高時，抗拉強度不及抗壓強度提高得快。

混凝土在直接受拉時，變形很小就要開裂，它在斷裂前沒有明顯變形。因此，混凝土在工作時一般不依靠其抗拉強度，但抗拉強度對于開裂現(xiàn)象有重要意義。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗拉強度是確定混凝土抗裂度的重要指標?？估瓘姸冗€可用來間接衡量混凝土與鋼筋的黏結(jié)強度?；炷恋目估瓘姸?fL)與其抗壓強度(f)之間的關(guān)系，可近似地用下列經(jīng)驗公式表示：測定混凝土抗拉強度的方法，有軸心抗拉試驗法及劈裂試驗法兩種。由于軸心抗拉試驗結(jié)果的離散性很大，故一般多采用劈裂法。

影響混凝土抗拉強度的因素，基本上與影響抗壓強度的因素相同。

3)提高混凝土強度和促進強度發(fā)展的措施

(1)采用高強度等級水泥配制高強混凝土，這是常用措施之一。在配制C30或C30以上混凝土?xí)r，應(yīng)采用42.5或42.5以上的高強度等級硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

(2)采用干硬性混凝土。干硬性混凝土水灰比小、砂率低，并配以強力振搗，混凝土密實度大、強度高。在水泥用量相同的情況下，干硬性混凝土較塑性混凝土可提高強度40%～80%。

(3)采用外加劑和外摻料。在混凝土拌和物中加入有機或無機化學(xué)物質(zhì)(外加劑)或摻入部分磨細外摻料，如減水劑、粉煤灰、礦渣等，可改善混凝土性質(zhì)，降低水灰比，促進水泥水化和硬化。

(4)采用蒸汽養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護是將混凝土構(gòu)件放在溫度低于100℃的常壓蒸汽中養(yǎng)護。經(jīng)16h～20h養(yǎng)護，出池強度可達正常養(yǎng)護28d強度的70%～80%，但對后期強度增長有影響。一般養(yǎng)護溫度為60℃～80℃，恒溫養(yǎng)護5h～8h為宜。蒸壓養(yǎng)護是將澆筑完的混凝土構(gòu)件靜停8h～10h，放入溫度175℃以上、壓力0.8MPa以上的蒸壓釜內(nèi)，進行高溫、高壓飽和蒸汽養(yǎng)護。蒸壓養(yǎng)護可提高混凝土的早期強度，經(jīng)蒸壓養(yǎng)護的混凝土的質(zhì)量比經(jīng)蒸汽養(yǎng)護的好。

2.混凝土的耐久性

1)抗凍性

混凝土在寒冷地區(qū)，特別是在接觸水又受凍的環(huán)境下，由于內(nèi)部的孔隙和毛細管充分結(jié)冰膨脹(水結(jié)冰體積可膨脹約9%)時產(chǎn)生相當大的壓力，作用于孔隙、毛細管內(nèi)壁，使混凝土被破壞。當氣溫升高時，冰又開始融化。如此反復(fù)凍融，混凝土內(nèi)部的微細裂隙逐漸增加，混凝土強度逐漸降低，甚至遭到破壞。因此要求混凝土具有一定的抗凍性，以提高其耐久性，延長建筑物的使用壽命?；炷恋目箖鲂允侵钙湓谒柡蜖顟B(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而保持強度和外觀完整性的能力。一般以齡期28d的試塊在吸水飽和后，經(jīng)標準養(yǎng)護或同條件養(yǎng)護后，所能承受的反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)表示，這時混凝土試塊抗壓強度下降不得超過25%，質(zhì)量損失不超過5%?；炷恋目箖龅燃壏譃镕10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250及F300共9個等級，分別表示混凝土所能承受凍融循環(huán)的最大次數(shù)不小于10、15、25、50、100、150、200、250、300次。JGJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》中規(guī)定，抗凍等級等于或大于F50級的混凝土稱為抗凍混凝土。影響混凝土抗凍性能的因素主要有孔隙的數(shù)量和構(gòu)造、孔隙的充水程度、環(huán)境溫度降低程度等。密實的混凝土和具有封閉孔隙的混凝土(如加氣混凝土)，其抗凍性都很高。選擇適宜的水灰比，也是保證混凝土抗凍性的重要因素?？箖龌炷恋淖畲笏冶纫姳?-17。

2)抗?jié)B性

混凝土抵抗壓力水滲透的性能稱為抗?jié)B性。它直接影響混凝土的抗凍性和抗侵蝕性。

混凝土滲水的主要原因是開口的孔隙與裂縫的存在，這些孔道除產(chǎn)生于施工振搗不密實及裂縫外，主要來源于水泥漿中多余水分蒸發(fā)而留下的氣孔、水泥漿泌水所形成的毛細管孔道及集料下界面的水隙。這些滲水孔道的多少主要與水灰比有關(guān)。因此，水灰比是影響抗?jié)B性的一個主要因素，水灰比小時抗?jié)B性高，反之則抗?jié)B性低?；炷恋目?jié)B性可用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級來表示。我國目前多采用抗?jié)B等級來表示，即將28d齡期的標準試件在標準試驗方法下，以每組六個試件中四個未出現(xiàn)滲水時的最大水壓表示，分為P4、P6、P8、P10、P12五個等級，分別表示最大滲水壓力為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa。

提高混凝土抗?jié)B性的根本措施是控制水灰比，增強其密實度?？?jié)B混凝土的最大水灰比見表3-18。

3)抗侵蝕性

混凝土的抗侵蝕性是指混凝土抵抗外界侵蝕性介質(zhì)侵入硬化水泥漿內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土腐蝕破壞的性能?；炷恋目骨治g性與水泥品種、混凝土的密實度和孔隙特征等有關(guān)。

4)混凝土的碳化

混凝土的碳化是CO2與水泥石中的Ca(OH)2作用生成CaCO3和H2O，使混凝土堿度降低的過程?；炷恋奶蓟址Q為中性化。

碳化對混凝土性能既有有利的影響，又有不利的影響。碳化放出的水分有助于水泥的水化作用，而且碳化后生成的CaCO3減少了水泥石內(nèi)部的孔隙，可使混凝土的抗壓強度增大；但是由于混凝土的碳化層產(chǎn)生碳化收縮，對其核心產(chǎn)生壓力，而表面碳化層產(chǎn)生拉應(yīng)力，可能產(chǎn)生微細裂縫，使混凝土抗拉、抗折強度降低。硬化后的混凝土由于水泥水化生成氫氧化鈣而呈堿性。堿性物質(zhì)使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為鈍化膜，對鋼筋有良好的保護作用。碳化使混凝土堿度降低，減弱了對鋼筋的保護作用，可能導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

5)堿—骨料反應(yīng)

堿活性骨料是指能與水泥中的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土膨脹、開裂、甚至破壞的骨料。這種化學(xué)反應(yīng)稱為堿—骨料反應(yīng)。堿—骨料反應(yīng)有三種類型：

(1)堿—氧化硅反應(yīng)。堿與骨料中活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成硅酸鹽凝膠，吸水膨脹，引起混凝土膨脹、開裂?；钚怨橇嫌械鞍资?、玉髓、方石英、安山巖、凝灰?guī)r等。

(2)堿—硅酸鹽反應(yīng)。堿與某些層狀硅酸鹽骨料，如千枚巖、粉砂巖和含蛭石的黏土巖類等加工成的骨料反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹性物質(zhì)。其作用比上述堿—氧化硅反應(yīng)緩慢，但是后果更為嚴重，造成混凝土膨脹、開裂。

(3)堿—碳酸鹽反應(yīng)。水泥中的堿(Na2O、K2O)與白云巖或白云巖質(zhì)石灰?guī)r加工成的骨料作用，生成膨脹物質(zhì)而使混凝土開裂破壞。

堿—骨料反應(yīng)首先決定于兩種反應(yīng)物的存在和含量：水泥中的堿含量高，骨料中含有一定的活性成分。當水泥中堿含量大于0.6%時(折算成Na20含量)，就會與活性骨料發(fā)生堿—骨科反應(yīng)，這種反應(yīng)很緩慢，由此引起的膨脹破壞往往幾年后才會發(fā)現(xiàn)，所以應(yīng)給予足夠的重視。其預(yù)防措施如下：

①當水泥含堿量大于0.6%時，需檢查骨料中活性物質(zhì)的有害作用。

②必須采用活性骨料時，應(yīng)采用堿含量小于0.6%的水泥。③當無低堿水泥時，應(yīng)摻入足夠的活性混合材料，如粉煤灰不小于30%、礦渣不小于30%或硅灰不小于7%，以緩解破壞作用。

④在混凝土中摻加某些能產(chǎn)生氣體的外加劑，如鋁粉、引氣劑、塑化劑等，能降低膨脹。

⑤保證混凝土的密實性，重視建筑物排水，以避免混凝土表面積水和接縫存水，達到阻止或減弱堿—骨料反應(yīng)的目的。

6)提高混凝土耐久性的主要措施

(1)嚴格控制水灰比。

(2)控制混凝土中最小水泥用量(見表3-19)。

(3)摻外加劑，改善混凝土性能。

(4)合理選取骨料級配，加強澆搗及養(yǎng)護，提高混凝土的強度和密實度。

(5)用涂料和水泥砂漿等措施進行表面處理，防止混凝土的碳化。

3.3混凝土的配合比設(shè)計

3.3.1配合比設(shè)計的要求

配合比設(shè)計的要求主要包括：

(1)滿足強度要求，即滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計或施工進度所要求的強度。

(2)滿足施工和易性要求。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物截面尺寸、形狀、配筋的疏密程度以及施工方法、設(shè)備等因素來確定和易性大小。

(3)滿足耐久性要求。查明構(gòu)件使用環(huán)境，確定技術(shù)要求以選定水泥品種、最大水灰比和最小水泥用量。

(4)滿足經(jīng)濟要求。水泥強度等級與混凝土強度等級要相適應(yīng)，在保證混凝土質(zhì)量的前提下，盡量節(jié)約水泥，合理利用地方材料和工業(yè)廢料。3.3.2配合比設(shè)計方法及步驟

1．配制強度計算

混凝土配制強度按下式計算：

fcu,o≥fcu,k?+?1.645σ

(3-3)

式中：fcu,o——混凝土配制強度，MPa；

fcu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa；

σ——混凝土強度標準差，MPa。

混凝土強度標準差采用無偏估計值，確定該值的強度試件組數(shù)不應(yīng)少于30組。當混凝土強度等級不大于C30級，其強度標準差計算值小于3.0MPa時，計算配制強度時的標準差應(yīng)取3.0MPa；當混凝土強度等級大于C30且小于C60級，其強度標準差計算值小于4.0MPa時，計算配制強度用的標準差應(yīng)取用4.0MPa。

當施工單位不具有近期的同一品種混凝土強度資料時，其混凝土強度標準差可參考表3-20取用。

當施工單位不具有近期的同一品種混凝土強度資料時，其混凝土強度標準差可參考表3-20取用。

2.計算水灰比(W/C)

(3-4)

fce——水泥的實際強度，MPa。無水泥實際強度數(shù)據(jù)時，fce值可按下式計算：

fce=γc×fce,k

(3-5)式中：fce,k——水泥強度等級值；

γc——水泥強度等級值的富余系數(shù)，該值可按實際統(tǒng)計資料確定。

3.確定每立方米混凝土用水量(mwo)

1)干硬性和塑性混凝土用水量的確定

(1)當水灰比在0.4～0.8范圍時，根據(jù)粗骨料品種、粒徑及施工要求的混凝土拌和物稠度，可按表3-21、3-22選取。

(2)水灰比小于0.4的混凝土以及采用特殊成型工藝的混凝土用水量應(yīng)通過試驗確定。

2)流動性、大流動性混凝土[1]用水量的確定

(1)以表3-22中坍落度90mm的用水量為基礎(chǔ)，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，計算出未摻外加劑時的混凝土的用水量。

(2)摻外加劑時的混凝土用水量可按下式計算：

mwa=mwo(1－β)

(3-6)

式中：mwa——摻外加劑混凝土每立方米混凝土中的用水量，kg；

mwo——未摻外加劑混凝土每立方米混凝土中的用水量，kg；

β——外加劑的減水率，經(jīng)試驗確定。

4.計算每立方米混凝土水泥用量(mco)

1m3混凝土水泥用量可用下式計算：(3-7)

5.確定砂率

(1)坍落度小于或等于60mm，且等于或大于10mm的混凝土砂率，可根據(jù)粗骨料品種、粒徑及水灰比按表3-23選取。

(2)坍落度大于60?mm的混凝土砂率，可經(jīng)試驗確定，也可在表3-23的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以調(diào)整。

(3)坍落度小于10mm的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗確定。

6.確定粗細骨料用量

(1)當采用質(zhì)量法時，應(yīng)按下式計算：

mco+mgo+mso+mwo=mcp

(3-8)(3-9)(2)當采用體積法時，應(yīng)按下式計算：

(3-10)(3-11)

7.初步配合比

經(jīng)過上述計算，即可求出初步配合比。

常用的表示方法有：

(1)以lm3混凝土中各項材料的質(zhì)量來表示，即1m3混凝土中水泥、粗骨料、細骨料及水的質(zhì)量分別為mco、mgo、mso及mwo。

(2)以水泥用量為1的各材料比值來表示：

《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55—2000)中還規(guī)定了其他一些混凝土配合比設(shè)計中基本參數(shù)的選取原則。外加劑和摻和料的摻量應(yīng)通過試驗確定，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ119)和《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ28)的規(guī)定。長期處于潮濕和嚴寒環(huán)境中的混凝土，應(yīng)摻用引氣劑或引氣減水劑。引氣劑的摻入量應(yīng)根據(jù)混凝土的含氣量并經(jīng)試驗確定，最小含氣量應(yīng)符合表3-24的規(guī)定，但不宜超過7%?；炷林械拇帧⒓毠橇蠎?yīng)作堅固性試驗，并且其表觀密度ρg及ρs應(yīng)按國家現(xiàn)行標準《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685—2001)和《建筑用砂》(GB/T14684—2001)所規(guī)定的方法測定。

8.試配與調(diào)整

1)試配

借助經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)計算出來的材料用量能否滿足設(shè)計要求，還需通過試驗檢驗與調(diào)整來完成?；炷猎嚺鋾r應(yīng)采用工程實際使用的原材料，應(yīng)按生產(chǎn)時使用的方法攪拌?；炷猎嚺鋾r，每盤混凝土的最小攪拌量應(yīng)符合表3-25的規(guī)定。

2)調(diào)整

(1)和易性調(diào)整。按計算量稱取各材料進行試拌，攪拌均勻以檢查拌和物的性能。當拌和物坍落度或維勃稠度不能滿足要求，或黏聚性和保水性能不好時，應(yīng)在保證水灰比不變的條件下相應(yīng)調(diào)整用水量或砂率，直到符合要求為止。然后提出供混凝土強度試驗用的基準配合比。

(2)強度校核。校核混凝土強度時至少應(yīng)采用三個不同的配合比，其中一個應(yīng)是前面算出的基準配合比，另外兩個配合比的水灰比宜較基準配合比分別增加或減少0.05，其用水量與基準配合比基本相同，砂率可分別增加或減少1%。

當不同水灰比的混凝土拌和物坍落度與要求值相差超過允許偏差時，可以增減用水量進行調(diào)整。

制作混凝土強度試件時，應(yīng)檢驗混凝土的坍落度或維勃稠度、黏聚性、保水性及拌和物表觀密度，并以此結(jié)果作為代表相應(yīng)配合比的混凝土拌和物的性能。

混凝土強度試驗時，每種配合比應(yīng)至少制作一組(三塊)試件，并按標準養(yǎng)護到28d試壓。

9.配合比的確定

根據(jù)試驗得出的各灰水比及其相對應(yīng)的混凝土強度關(guān)系，用作圖法或計算法求出與混凝土配制強度(fcu,o)相對應(yīng)的灰水比，并應(yīng)按下列原則確定每lm3混凝土的材料用量：

(1)用水量(mw)應(yīng)取基準配合比中的用水量，并根據(jù)制作強度試件時測得的坍落度或維勃稠度進行調(diào)整；

(2)水泥用量(mc)應(yīng)以用水量乘以選定的灰水比計算確定；

(3)粗骨料和細骨料用量(mg和ms)應(yīng)取基準配合比中的粗、細骨料用量，并按選定的灰水比進行調(diào)整。當配合比經(jīng)試配確定后，尚應(yīng)按下列步驟校正：

(1)根據(jù)以上確定的材料用量按下式計算混凝土的體積密度計算值：(3-12)(2)應(yīng)按下式計算混凝土配合比校正系數(shù)δ：(3-13)

(3)當混凝土表觀密度實測值與計算值之差的絕對值不超過計算值的2%時，以上確定的配合比應(yīng)為確定的設(shè)計配合比；當二者之差超過2%時，應(yīng)將配合比中每項材料用量乘以校正系數(shù)δ值，即為確定的混凝土設(shè)計配合比。

混凝土配合比的設(shè)計值為

10.施工配合比

試驗室得出的配合比設(shè)計值中，骨料是以干燥狀態(tài)為準計算出來的。而施工現(xiàn)場砂、石常含一定量水分，并且含水率經(jīng)常變化。為保證混凝土質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場砂、石含水率對配合比設(shè)計值進行修正，修正后的配合比稱為施工配合比。

若現(xiàn)場實測砂含水率為a%，石子含水率為b%，換算材料用量及確定施工配合比的公式如下：[設(shè)計要求]

(1)按題所給資料計算初步配合比；

(2)按初步配合比在實驗室進行材料調(diào)整，得出實驗室配合比。

[設(shè)計步驟]

1.計算初步配合比

1)確定混凝土配制強度(fcu,o)

按題意：設(shè)計要求混凝土強度為fcu,o為30MPa，無歷史統(tǒng)計資料，按表3-20，取標準差σ=?5.0?MPa。

按下式計算混凝土配制強度：

2)計算水灰比(W/C)

(1)按強度要求計算水灰比。

①計算水泥實際強度。已知采用強度等級為42.5級的硅酸鹽水泥，=?42.5MPa，水泥強度富裕系數(shù)為1.1，則水泥實際強度為②計算水灰比。水泥的實際強度取46.8MPa。由于沒有混凝土強度回歸系數(shù)統(tǒng)計資料，取碎石αa=0.46，αb=0.07，按下式計算水灰比：

(2)按耐久性校核水灰比。

根據(jù)混凝土所處環(huán)境條件屬于寒冷地區(qū)，查表3-19，允許最大水灰比為0.55。按強度計算的水灰比小于要求的最大值，符合耐久性要求，故采用計算水灰比0.54繼續(xù)下面的計算。

3)確定單位用水量(mwo)

由題意已知，要求混凝土拌和物坍落度為35mm～

50mm，碎石最大粒徑為31.5mm。查表3-22，選用混凝土用水量mwo=185kg/m3。

4)計算單位水泥用量(mco)

(1)按強度計算單位用灰量。

已知混凝土單位用水量為185kg/m3，水灰比W/C=0.54，單位用灰量為kg/m3

(2)按耐久性校核單位用灰量。

根據(jù)混凝土所處環(huán)境條件屬寒冷地區(qū)配鋼筋混凝土，查表3-19，可知最小水泥用量不低于280kg/m3。按強度計算單位用灰量336kg/m3，符合耐久性要求，故采用單位用灰量為336kg/m3。

5)選定砂率()

按前已知骨料采用碎石、最大粒徑31.5mm，水灰比W/C?=?0.55，查表3-23，混凝土的砂率取35%。

6)計算砂石用量(、)

(1)采用質(zhì)量法。

已知：單位用灰量為336kg/m3，單位用水量為185kg/m3，混凝土拌和物假定密度為2400kg/m3，砂率為35%。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入下列方程組中：

解得

按質(zhì)量法計算，得初步配合比(以質(zhì)量法表示)為按比例法表示為水泥∶砂∶石∶水=1∶1.96∶3.64∶0.55

(2)按體積法計算。計算公式為將已知數(shù)據(jù)代入上述方程組計算如下：

解得：以比例法表示為水泥∶砂∶石∶水?=?1∶1.95∶3.62∶0.55

2．調(diào)整工作性，提出基準配合比

(1)計算試拌材料用量。

考慮粗骨料的最大粒徑為31.5mm，混凝土拌和物的最少攪拌量為15L。按體積法計算的初步配合比計算試拌15L拌和物時各種材料的用量：

水泥：336?×?0.020?=?6.72?kg；

水：185?×?0.020?=?3.70?kg；

砂：654?×?0.020?=?13.08?kg；

碎石：1216?×?0.020?=?24.32?kg。

(2)調(diào)整工作性。

按計算材料用量拌制混凝土拌和物，測定其坍落度為10?mm，未滿足題所給的施工和易性要求。為此，保持水灰比不變，增加5%的水泥漿。再經(jīng)拌和測定坍落度為40?mm，黏聚性和保水性均良好，滿足施工和易性要求。此時混凝土拌和物各組成材料實際用量為：

水泥：6.72(1?+?5%)?=?7.06?kg；

水：3.70(1?+?5%)?=?3.89?kg；

砂：13.08?kg；

碎石：24.32?kg。

(3)提出基準配合比。

調(diào)整工作性后，混凝土拌和物的基準配合比為W/C?=?0.5５

3.檢驗強度，確定實驗室配合比

(1)檢驗強度。

采用水灰比分別為0.49、0.54、0.59的三組配合比，分別拌制三組混凝土拌和物。砂、碎石、水用量保持不變，則三組拌和物的水泥用量分別為A組7.94?kg，B組7.20?kg，C

組6.59?kg。除基準配合比一組外，其他兩組所測定的坍落度、黏聚性和保水性均合格。

按三組配合比拌制混凝土并成型標準試件，在標準條件下養(yǎng)護28?d后，按規(guī)定方法測定其立方體抗壓強度值，列于表3-26。

根據(jù)表3-26的試驗結(jié)果，繪制混凝土28d立方體抗壓強度()與灰水比(C/W)關(guān)系圖，如圖3-9所示。圖3-9混凝土28天強度與灰水比的關(guān)系

(2)確定實驗室配合比。

按強度試驗結(jié)果修正配合比，各材料用量為：

用水量：

水泥用量：

砂、石用量按體積法計算：

3.4骨料的表觀密度檢測

1.試驗?zāi)康?/p>

表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位表觀體積(包括材料的固體物質(zhì)體積與內(nèi)部封閉孔隙體積)的質(zhì)量。測定表觀密度可為近似計算絕對密實的散粒材料的空隙率提供依據(jù)。

常用的試驗方法有容量瓶法和廣口瓶法，其中容量瓶法常用來測定砂的表觀密度，廣口瓶法常用來測定石子的表觀密度。下面以砂和石子為例分別介紹這兩種試驗方法。

3.4骨料的表觀密度檢測

【學(xué)習(xí)目標】

掌握骨料表觀密度的概念；

掌握骨料表觀密度檢測的步驟和方法；

掌握骨料表觀密度數(shù)據(jù)的計算方法。

【關(guān)鍵概念】

表觀密度；

試樣的體積和排出的水的質(zhì)量之間的關(guān)系。

1.試驗?zāi)康?/p>

表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位表觀體積(包括材料的固體物質(zhì)體積與內(nèi)部封閉孔隙體積)的質(zhì)量。測定表觀密度可為近似計算絕對密實的散粒材料的空隙率提供依據(jù)。

常用的試驗方法有容量瓶法和廣口瓶法，其中容量瓶法常用來測定砂的表觀密度，廣口瓶法常用來測定石子的表觀密度。下面以砂和石子為例分別介紹這兩種試驗方法。

2.主要儀器設(shè)備

容量瓶(500mL)、廣口瓶、天平(感量為0.1g)、臺秤(稱量為10kg，感量為10g)、干燥器、帶蓋容器、淺盤、鋁制料勺、溫度計、烘箱、燒杯、毛巾、刷子、玻璃片、滴管等。

3.試樣準備

(1)將砂子試樣用取樣方法縮分成2.6?kg，篩去4.75?mm以上的顆粒，在溫度為105℃5℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器內(nèi)冷卻至室溫備用。

(2)將石子試樣用取樣方法縮分至表3-27規(guī)定的數(shù)量，篩去4.75?mm以下的顆粒，洗刷干凈后，在溫度為1055℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器內(nèi)冷卻至室溫，分成大致相等的兩份備用。

4.試驗方法與步驟

1)砂的表觀密度試驗(容量瓶法)

(1)稱取烘干的砂試樣300g(m0)，精確至1?g，將約200?mL冷開水先注入容量瓶，再將砂試樣裝入容量瓶，注入冷開水至接近500?mL的刻度處，搖轉(zhuǎn)容量瓶，使試樣在水中充分攪動，排除氣泡，塞緊瓶塞。靜置30?min(標準為24?h)。

(2)靜置后用滴管添水，使水面與瓶頸500?mL刻度線平齊，再塞緊瓶塞，擦干瓶外水分，稱取其質(zhì)量(m1)，精確至1?g。

(3)倒出瓶中的水和試樣，將瓶的內(nèi)外表面洗凈。再向瓶內(nèi)注入與前面水溫相差不超過2℃，并在15℃～25℃范圍內(nèi)的冷開水至瓶頸500?mL刻度線，塞緊瓶塞，擦干瓶外水分，稱取其質(zhì)量m2，精確至1?g。

2)石子表觀密度試驗(廣口瓶法)

(1)將試樣浸水飽和后，裝入廣口瓶中，裝試樣時廣口瓶應(yīng)傾斜放置，然后注滿飲用水，用玻璃片覆蓋瓶口，以上下左右搖晃的方法排除氣泡。

(2)氣泡排盡后，向瓶內(nèi)添加飲用水，直至水面凸出到瓶口邊緣，然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其緊貼瓶口水面。擦干瓶外水分后，稱取試樣、水、瓶和玻璃片的質(zhì)量m1，精確至1?g。

(3)將瓶中的試樣倒入淺盤中，置于(1055)℃的烘箱中烘干至恒重，取出放在帶蓋的容器中冷卻至室溫后稱出試樣的質(zhì)量m0，精確至1?g。

(4)將瓶洗凈，重新注入飲用水，用玻璃片緊貼瓶口水面，擦干瓶外水分后稱出質(zhì)量m2，精確至1?g。

5.結(jié)果計算與數(shù)據(jù)處理

1)砂的表觀密度結(jié)果計算

(1)按下式計算砂的表觀密度(精確至0.01g/cm3)：(3-14)

(2)表觀密度應(yīng)用兩份試樣分別測定，并以兩次結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定結(jié)果，精確至10kg/m3。如兩次測定結(jié)果的差值大于20?kg/m3，應(yīng)重新取樣測定。

2)石子的表觀密度結(jié)果計算

(1)按下式計算石子的表觀密度(精確至0.01?g/cm3)：(3-15)

(2)表觀密度應(yīng)用兩份試樣分別測定，并以兩次結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定結(jié)果。如兩次結(jié)果之差大于0.2?g/cm3，應(yīng)重新取樣試驗；對顆粒材質(zhì)不均勻的試樣，如兩次試驗結(jié)果之差超過0.2?g/cm3，可取四次測定結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定值。

(3)將試驗方法、檢測數(shù)據(jù)及試驗計算結(jié)果填入試驗報告冊的相應(yīng)欄目中。

3.5骨料的堆積密度檢測

【學(xué)習(xí)目標】

掌握骨料堆積密度的概念；

掌握骨料堆積密度檢測的步驟和方法；

掌握骨料堆積密度數(shù)據(jù)的計算方法。

【關(guān)鍵概念】

堆積密度；

試樣的堆積體積的組成。

1.試驗?zāi)康?/p>

堆積密度是指散粒材料(如水泥、砂、卵石、碎石等)在堆積狀態(tài)下(包含顆粒內(nèi)部的孔隙及顆粒之間的空隙)單位體積的質(zhì)量。它可以用來估算散粒材料的堆積體積及質(zhì)量，考慮運輸工具、估計材料級配情況等。

2.主要儀器設(shè)備

天平(稱量為10?kg，感量為1?g)、4.75?mm方孔篩、搪瓷淺盤、烘箱、干燥器、容積筒(容積為1?L)、標準漏斗(見圖3-10)、鋼尺、小鏟、10?mm墊棒等。圖3-10標準漏斗與容積筒

3.試樣準備

同表觀密度試驗，將約5?kg試樣(砂子)放入搪瓷淺盤中，再放入105℃～110℃的烘箱中，烘至恒重，再放入干燥器中冷卻至室溫，篩除大于4.75?mm的顆粒，分為大致相等的兩份備用。

4.試驗方法與步驟

(1)松散堆積密度的測定。稱量容積筒的質(zhì)量m1(精確至1?g)，取試樣一份置于標準漏斗中，將漏斗下口置于容積筒中心上方50?mm處(見圖3-10)，讓試樣自由落下徐徐裝入容積筒，當容積筒裝滿，上部試樣呈錐體，且容積筒四周溢滿時，即停止加料。然后用直尺沿筒口中心線向兩邊刮平(試驗過程應(yīng)防止觸動容積筒)，稱出試樣和容積筒總質(zhì)量m2，精確至1?g。將試驗方法、測試數(shù)據(jù)填入試驗報告冊相應(yīng)欄目中。

(2)緊密堆積密度。稱量容積筒的質(zhì)量m1(精確至1?g)，取另一份試樣，用小鏟將試樣分兩層裝入容積筒內(nèi)。第一層約裝1/2后，在容積筒底墊放φ10?mm墊棒一根，在墊有橡膠板的臺面上左右交替顛擊各25下，再裝第二層，把墊著的鋼筋轉(zhuǎn)90°同法顛擊。加料至試樣超出瓶口，用鋼尺沿瓶口中心線向兩邊刮平，稱出其總質(zhì)量m2(精確至1?g)。將試驗方法、測試數(shù)據(jù)填入試驗報告冊。

(3)稱量玻璃板與容器的總質(zhì)量，將的飲用水裝入容積筒，用玻璃板沿瓶口滑移，使其緊貼筒口。擦干容器外壁上的水分，稱其質(zhì)量，單位以g計。計算容積筒的容積：(3-16)

5.結(jié)果計算與數(shù)據(jù)處理

堆積密度按下式計算：(3-17)

分別以兩次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為堆積密度測定的結(jié)果，將其填入試驗報告冊相應(yīng)欄目中(精確至10kg/m3)。3.6混凝土的配制和性能檢測【學(xué)習(xí)目標】掌握水泥混凝土配合比設(shè)計的具體實施；掌握混凝土拌和物的性能檢測方法；掌握硬化混凝土強度的測定方法。【關(guān)鍵概念】試驗量；混凝土成型、養(yǎng)護；混凝土抗壓強度測定。3.6.1混凝土拌和物試驗

要求：了解影響混凝土工作性的主要因素，并根據(jù)給定的配合比進行各組成材料的稱量和試拌，測定其流動性，評定黏聚性和保水性。若工作性不能滿足給定的要求，則能分析原因，提出改善措施。

本節(jié)試驗采用的標準及規(guī)范：

(1)?JGJ/T55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》。

(2)?GB50164—1992《混凝土質(zhì)量控制標準》。

(3)?GB/T50080—2002《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》。

1.用坍落度法檢驗混凝土拌和物的和易性

坍落度法適用于粗骨料最大粒徑不大于40?mm、坍落度值不小于10?mm的混凝土拌和物的和易性測定。

1)試驗?zāi)康?/p>

測定塑性混凝土拌和物的和易性，以評定混凝土拌和物的質(zhì)量，供調(diào)整混凝土試驗室配合比用。

2)主要儀器設(shè)備

(1)混凝土攪拌機。

(2)坍落度筒(見圖3-11)，筒內(nèi)必須光滑，無凹凸部位。底面和頂面應(yīng)互相平行并與錐體的軸線垂直。在坍落筒外2/3高度處安兩個把手，下端應(yīng)焊腳踏板。筒的內(nèi)部尺寸為：底部直徑為(200±2)mm；頂部直徑為(100±02)mm；高度為(300±2)mm；筒壁厚度不小于1.5?mm。

(3)鐵制搗棒(見圖3-11)，直徑為16?mm、長為650?mm，一端為彈頭形。

(4)鋼尺和直尺(500?mm，最小刻度為1?mm)。

(5)?40?mm方孔篩、小方鏟、抹刀、平頭鐵锨、2000?mm×1000?mm×3?mm鐵板(拌和板)等。圖3-11坍落度筒及搗棒(單位：mm)

3)試樣準備

(1)根據(jù)本章中的有關(guān)知識和試驗室現(xiàn)有水泥、砂、石的情況確定配合比。

(2)按拌和15L混凝土計算試配拌和物的各材料用量，并將所得結(jié)果記錄在試驗報告中。

(3)按上述計算稱量各組成材料，另外還需備好兩份為坍落度調(diào)整用的水泥、水、砂和石子，其數(shù)量可各為原來用量的5%與10%，水泥與水的比例應(yīng)符合原定的水灰比及砂率。用試驗室拌制的混凝土制作試件時，其材料用量以質(zhì)量計，稱量的精度為：水泥、水和外加劑均為±0.5%，骨料為±1%。拌和用的骨料應(yīng)提前送入室內(nèi)，拌和時試驗室的溫度應(yīng)保持在(20±5)℃。

(4)拌和混凝土。

人工拌和：將拌和板和小方鏟用濕布潤濕后，將稱好的砂子、水泥倒在鐵板上，用平頭鐵锨翻至顏色均勻，再放入稱好的石子與之拌和，至少翻拌三次，然后堆成錐形。將中間扒一凹坑，將稱量好的拌和用水的一半倒入凹坑中，小心拌和，勿使水溢出或流出，