习　题

云母是表面光滑的小薄片，会降低混凝土拌合物和易性，也会降低混凝土的强度和耐久性。硫化物及硫酸盐主要由硫铁矿（FeS2）和石膏（CaSO4）等杂物带入，它们与水泥石中固态水化铝酸钙反应生成钙矾石，反应产物的固相体积膨胀1.5倍，从而引起混凝土膨胀开裂。有机物主要来自于动植物的腐殖质、腐殖土、泥煤和废机油等，会延缓水泥的水化，降低混凝土的强度，尤其是早期强度。氯离子是强氧化剂，会导致钢筋混凝土中的钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀和受力面减小，从而引起混凝土开裂。贝壳对水泥石的和易性有一定影响，随着贝壳含量的增加，流动性减少；当贝壳含量较高时，还可能出现混凝土的保水性不足产生泌水现象。

（3）颗粒形状和表面特征

细骨料的颗粒形状和表面特征会影响其与水泥的黏结及混凝土拌合物的流动性。山砂的颗粒多具有棱角、表面粗糙，但含泥量和有机物杂质较多，与水泥的黏结较差，使用时应加以限制；河砂、湖砂因长期经受流水和波浪的冲刷，颗粒多呈圆形、比较洁净且分布较广，一般工程都采用这种砂；海砂因长期受到海流冲刷，颗粒圆滑、比较洁净且粒度一般比较整齐，但常混有贝壳及盐类等有害杂质，配制钢筋混凝土的海砂中氯离子含量不应大于0.06%。

（4）砂的颗粒级配及粗细程度

砂的颗粒级配表示不同大小颗粒和数量比例砂子的组合或搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆填充的，为达到节约水泥和提高混凝土强度的目的，应尽量减少砂粒之间的空隙。从图5.2可以看出，较好的颗粒级配是在粗颗粒砂的空隙中由中颗粒砂填充，中颗粒砂的空隙再由细颗粒砂填充，这样逐级填充，使砂形成最密集的堆积，空隙率达到最小值。

砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合后总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同砂用量的条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中砂子的表面需要被水泥包裹，赋予系统流动性和黏结强度，砂子的总表面积越大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就越多。一般用粗砂拌制的混凝土比用细砂所需的水泥浆省。

在拌制混凝土时，应同时考虑砂的颗粒级配和粗细程度。当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，则可达到空隙率及总表积均较小，这是比较理想的，不仅水泥用量少，而且还可以提高混凝土的密实性与强度。

砂的颗粒级配和粗细程度常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细程度。筛分析的方法，是用一套孔径（径尺寸）为9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm的标准筛（方孔筛）。将500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量留在各筛上的砂量（9.5mm筛除外），并计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率）及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和），即：

A1＝a1

A1＝a1＋a2

A1＝a1＋a2＋a3

A1＝a1＋a2＋a3＋a4

A1＝a1＋a2＋a3＋a4＋a5

A1＝a1＋a2＋a3＋a4＋a5＋a6

砂的粗细程度用度（Mx）表示，即：

Mx越大，表示砂越粗，普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7～1.6，其中Mx为3.1～3.7是粗砂，Mx为2.3～3.0是中砂，Mx为1.6～2.2是细砂。

对细度模数为1.6～3.7的普通混凝土用砂，根据0.6mm筛孔的累计筛余百分率分成1区、2区及3区共3个级配区（表5.7）。1区为粗砂区，2区为中砂区，3区为细砂区。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于表中的某一个级配区内才符合级配要求，除4.75mm和0.6mm筛号外，允许有部分超出分区界限，但其超出总量不应大于5%。

再生细骨料的颗粒级配应符合表5.8的规定。

配制混凝土时宜优先选用2区砂。当采用1区砂时，应适当提高砂率，并保证足够的水泥用量，以满足混凝土的工作性；当采用3区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土的强度。

在实际工程中，若砂的级配不符合级配区的要求，可采用人工掺配的方法来改善，即将粗、细砂按适当比例进行试配，掺和使用；或将砂过筛，筛除过粗或过细的颗粒。

【例题】砂筛分试验结果如表所示，试评定砂的级配与粗细程度。

【解】分别计算砂的分计筛余与累计筛余如下，查表5.7可知，该砂属于Ⅲ区。

细度模数Mx＝＝2.05，该砂为细砂。

（5）砂的坚固性

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。

天然砂的坚固性根据砂在硫酸钠溶液中经5次浸泡循环后质量损失的大小来判定。枟建设用砂枠（GB/T14684—2011）规定，Ⅰ类和Ⅱ类砂浸泡试验后的质量损失小于8%，Ⅲ类砂浸泡试验后的质量损失小于10%。

人工砂（包括再生细骨料）采用压碎指标法进行检验。将砂筛分成300～600μm、600μm～1.18mm、1.18～2.36mm和2.36～4.75mm4个单粒级，按规定方法对单粒级砂样施加压力后重新筛分，用单粒级下限筛的试样通过量除以该粒级试样的总量即为压碎指标。GB/T14684—2011规定，Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类砂的单级最大压碎指标分别小于20%、25%和30%。

（6）表观密度、堆积密度、空隙率

枟建设用砂枠（GB/T14684—2011）规定，砂表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1400kg/m3，空隙率小于47%。

再生细骨料的表观密度、堆积密度和空隙率应符合表5.11的规定。

5.2.3　粗集料

枟建筑用卵石、碎石枠（GB/T14685—2011）规定，粒径为4.75～90mm的骨料称为粗骨料。枟普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法枠（JGJ52—2006），将粒径为5～100mm的骨料称为粗骨料。

1）粗集料的种类及特性

普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石（砾石）。按粒径尺寸分为连续粒级和单粒级两种规格，也可以根据需要采用不同单粒级卵石、碎石混合成特殊粒级的卵石、碎石。枟建筑用卵石、碎石枠（GB/T14685—2011）按技术要求将粗骨料分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。

碎石主要由天然岩石破碎、筛分而成，也可将大卵石轧碎、筛分而得。碎石表面粗糙、棱角多且较洁净，与水泥石黏结比较牢固。

卵石由天然岩石经自然条件作用而形成。卵石表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石胶结力较差。

再生粗骨料由建（构）筑废物中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等加工而成，用于配制混凝土的粒径大于4.75mm的颗粒。

在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低；在单位用水量相同的条件下，卵石混凝土的流动性较碎石混凝土大。

Ⅰ类粗骨料宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类粗骨料宜用于强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类粗骨料宜用于强度等级小于C30的混凝土。

2）粗骨料的技术要求

粗骨料质量的优劣直接影响到混凝土质量的好坏。枟建筑用碎石、卵石枠（GB/T14685—2011）和枟混凝土用再生粗骨料枠（GB/T25177—2010）对卵石和碎石以及再生粗骨料的质量及技术要求主要有以下几个方面：

（1）含泥量和泥块含量

卵石、碎石的含泥量是指粒径小于75μm的颗粒含量。泥块含量是指粒径大于4.75mm经水洗及手捏小于2.36mm的颗粒含量。粗集料中含泥量及泥块含量应符合表5.12的规定。

再生粗骨料的微粉含量和泥块含量应符合表5.13的规定。

（2）有害物质含量

卵石和碎石中不应混有草根、树叶、塑料、煤块和炉渣等杂物，粗骨料中的有害物质主要有机物、硫化物及硫酸盐，有时有氯化物，它们对混凝土的危害与细骨料的相同。GB/T 14685—2011规定，粗骨料有害物质含量应符合表5.14的要求。

另外，粗骨料中严禁混入煅烧过的石灰石或白云石，以免过火生石灰引起混凝土的膨胀开裂。粗骨料中如发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，要进行专门试验，当确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。

再生骨料中有害物质含量应符合表5.15。

（3）颗粒形状和表面特征

为提高混凝土强度和减小骨料空隙，粗骨料比较理想的颗粒形状是三维长度相等或相近的球形或立方体形颗粒，而三维长度相差较大的针、片状颗粒粒形较差。粗骨料中针、片状颗粒不仅本身受力时容易折断，影响混凝土的强度，而且会增大骨料的空隙率，使混凝土拌合物的和易性变差。针状颗粒是指颗粒长度大于骨料平均粒径2.4倍的颗粒；片状颗粒是指颗粒厚度小于骨料平均粒径0.4倍的颗粒。平均粒径是指该粒级上、下限粒径的算术平均值。

针、片状颗粒含量的测定是分别采用标准规定的针状规准仪及片状规准仪来逐粒测定的，凡颗粒长度大于针状规准仪上相应间距者为针状颗粒；颗粒厚度小于片状规准仪上相应孔宽者为片状颗粒。针、片状颗粒不仅受力时易折断，而且会增加骨料间的空隙。根据标准规定，卵石和碎石的针、片状颗粒含量应符合表5.16的规定。

再生粗骨料的针片状颗粒含量应符合表5.17的规定。

骨料表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等，主要影响骨料与水泥石之间的黏结性能，进而影响混凝土的强度。碎石表面粗糙而且具有吸收水泥浆的孔隙特征，所以它与水泥石的黏结能力强；卵石表面光滑且少棱角，与水泥石的黏结能力较差，但混凝土拌合物的和易性较好。在相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土强度高10%左右。

（4）最大粒径及颗粒级配

粗骨料中公称粒级的上限称为该骨料的最大粒径。当骨料粒径增大时，其总表面积减小，包裹它表面所需的水泥浆或砂浆数量也相应减少，而且在一定和易性和水泥用量条件下，还能减少用水量，进而提高强度。所以在条件许可的情况下，粗骨料最大粒径应尽量用得大些。试验研究表明，最佳的最大粒径取决于混凝土的水泥用量。在水泥用量少的混凝土中（水泥用量＞170kg/m3）采用大骨料是有利的。但对于水泥用量较多的混凝土如高强混凝土，增大骨料粒径并没有什么好处，相反应限制和减少骨料最大粒径。这是因为当粗骨料的最大粒径超过40mm后，由于因减少用水量而获得的强度提高，会被较小的黏结面积及大粒径骨料造成不均匀性的不利影响所抵消，甚至可能造成混凝土强度下降。

骨料最大粒径还受结构形式和配筋疏密限制。根据枟混凝土结构工程施工质量验收规范枠（GB50204—2002）（2011版）的规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/2板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm；对于泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1∶3，卵石宜小于或等于1∶2.5。石子粒径过大对运输和搅拌都不方便。

【例题】现浇钢筋混凝土梁，混凝土强度等级为C20，梁截面最小尺寸为150mm，钢筋间最小净距为30mm，备有粒径为5～20mm的卵石，问卵石的粒级是否满足要求，并给出理由。

【解】根据规范规定，混凝土用粗骨料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得超过钢筋最小净距的3/4。

150mm ×

＝37.5mm＞20mm，30mm×

＝22.5mm＞20mm，因此卵石的粒级满足要求。

粗骨料的级配好坏对节约水泥、保证混凝土拌合物良好的和易性及混凝土强度有很大关系。特别是对于配制高强混凝土来说，粗骨料级配特别重要。

粗骨料的级配分为连续级配和间断级配两种。连续级配（也叫连续粒级），是按颗粒尺寸由小到大连续分级，每级骨料都占有一定比例。连续级配颗粒级差小，颗粒上、下限粒径之比接近2，配制的混凝土拌合物和易性好，不易发生离析。建筑工程中多利用连续级配的石子，如天然卵石。间断级配（也叫单粒级），是人为剔除某些中间粒级颗粒，大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充，颗粒级差大，颗粒上、下限粒径之比接近6，空隙率的降低比连续级配快得多，可最大限度地发挥骨料的骨架作用，减小水泥用量；但混凝土拌合物易产生离析现象，增加施工困难，工程应用较少。单粒级宜用于组合成具有所要求级配的连续粒级，也可与连续粒级配合使用，以改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。工程中不宜采用单一的单粒级粗骨料配制混凝土。

粗骨料的级配也是通过筛分试验确定，其方孔标准筛为孔径2.36mm、4.75mm、9.50mm、16mm、19mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm及90.0mm共12个筛。分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算与砂相同。碎石和卵石的级配范围要求是相同的，普通混凝土用碎石及卵石的颗粒级配应符合表5.18的规定。

再生粗骨料的颗粒级配应符合表5.19的规定。

（5）骨料的强度

为达到混凝土强度的要求，粗骨料都必须是质地坚实、具有足够的强度。碎石和卵石的强度可采用岩石立方体强度和压碎指标两种方法来检验。碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。

碎石的抗压强度测定是将其母岩制成边长为50mm的立方体（或直径与高均为50mm的圆柱体）试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。枟普通混凝土用碎石和卵石质量标准及检验方法枠（JGJ53—2006）规定，岩石的抗压强度应比所配制的混凝土强度至少高20%；当混凝土强度等级≥C60时，应进行岩石抗压强度检验，岩石强度首先应由生产单位提供。

实际工程中，为简化检测过程可采用压碎值指标进行质量控制。压碎指标检验是将一定质量气干状态下9.5～19.0mm的石子除去针、片状颗粒，装入一定规格的圆筒内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN，并稳定5s，卸荷后用孔径为2.36mm的筛筛去被压碎的细粒，称取试样的筛余量。压碎指标可按下式计算：压碎指标表示粗骨料抵抗受压破坏的能力，其值越小，表示抵抗压碎的能力越强。压碎指标应符合表5.20的规定。

再生粗骨料的压碎指标值应符合表5.21的规定。

由上表可知，再生粗骨料的压碎指标较天然集料有一定降低，原因是再生粗骨料的表面有水泥砂浆黏附，其强度相对较低、易被压碎。

（6）坚固性

当骨料由于干湿循环或冻融交替等风化作用引起体积变化而导致混凝土破坏时，即认为体积稳定性不良。具有某种特征孔结构的岩石会表现出不良的体积稳定性。曾经发现由某些页岩、砂岩等配制的混凝土较易遭受冰冻以及骨料内盐类结晶所导致的破坏。骨料的体积稳定性可用硫酸钠溶液浸渍法检验其坚固性来判定。骨料越密实、强度高、吸水率小时，其坚固越好；结构疏松、矿物成分越复杂不均匀，其坚固性越差。

采用硫酸钠溶液法检验，碎石和卵石经5次循环后，其质量损失应符合表5.22的规定。

（7）骨料的含水状态

骨料的含水状态可分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态等4种，如图5.3所示。

干燥状态下的骨料含水率等于或接近于零；气干状态的骨料含水率与大气湿度相平衡，但未达到饱和状态；饱和面干状态的骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥；湿润状态的骨料不仅内部孔隙含水达到饱和，而且表面还附着一部分自由水。在计算混凝土中各项材料的配合比时，如以饱和面干骨料为基准，则不会影响混凝土用水量和骨料用量，因为饱和面干骨料既不从混凝土中吸取水分，也不向混凝土中释放水分。因此，一些大型水利工程、道路工程常以饱和面干状态骨料为基准，这样混凝土的用水量和骨料用量的控制就较准确。而在一般工业与民用建筑工程中混凝土配合比设计常以干燥状态为基准，这是因为坚固的骨料其饱和面干吸水率一般不超过2%。在工程施工中，必须经常测定骨料的含水率，以及时调整混凝土组成材料实际用量的比例，从而保证混凝土的质量。当细骨料被水湿润，有表面水膜时，常会出现砂的堆积体积增大的现象。砂的这种性质在验收材料和配制混凝土按体积定量配料时具有重要意义。

（8）表观密度、连续级配松散堆积空隙率

卵石、碎石表观密度、连续级配松散堆积空隙率应符合如下规定：表观密度大于2600kg/m3，连续级配松散堆积空隙率应符合表5.23的规定。

再生粗骨料的表观密度和空隙率应符合表5.24的规定。

5.2.4　拌和用水

混凝土用水按水源可分为饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。符合国家标准的生活用水可拌制各种混凝土。地表水和地下水常溶有较多的有机质和矿物盐类，首次使用前应按枟混凝土用水标准枠（JGJ63—2006）的规定进行检验，合格后方可使用。海水中含有较多的硫酸盐和氯盐，影响混凝土的耐久性和加速混凝土中钢筋的锈蚀。因此，海水可用于拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土，不宜采用海水拌制有饰面要求的素混凝土，以免因表面产生盐析而影响装饰效果。工业废水经检验合格后方可用于拌制混凝土。生活污水的水质比较复杂，不能用于拌制混凝土。

对混凝土用水的质量要求是：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土的强度发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。

对水质有怀疑时，应将待检验水与蒸馏水分别做水泥凝结时间和砂浆或混凝土强度对比试验。对比试验测得的水泥初凝时间差和终凝时间差，均不得超过30min，且其初凝和终凝时间应符合水泥标准的规定。用待检验水配制的砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水配制的砂浆或混凝土强度的90%。混凝土用水中各种物质含量限值见表5.25。

【案例】某糖厂建宿舍，以自来水拌制混凝土，浇筑后用曾装食糖的麻袋覆盖于混凝土表面，再淋水养护。后发现该水泥混凝土2天仍未凝结，而水泥经检验无质量问题，请分析此异常现象的原因。

【原因分析】由于养护水淋于曾装食糖的麻袋，养护水已成糖水，而含糖份的水对水泥的凝结有抑制作用，故使混凝土凝结异常。

5.2.5　外加剂

1）混凝土外加剂的定义和分类

（1）混凝土外加剂的定义

混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的能使混凝土按需要改变性能的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%（特殊情况除外）。

外加剂的使用是混凝土技术的重大突破。混凝土中合理掺用一定量的外加剂，可达到提高强度、改善施工操作条件、降低水化热、调节凝结时间、节约水泥等目的。随着科学技术和混凝土工程技术的不断发展，对混凝土性能提出了新的更高的要求，如泵送混凝土要求较高的流动性；冬季施工要求较高的早期强度；高层建筑、海洋结构要求高强、高耐久性等，采用传统的工艺方法已经很难满足工程需要，由于外加剂能改善混凝土的技术性能，它在工程中应用的比例越来越大。

（2）混凝土外加剂的分类

混凝土外加剂种类繁多，目前有400余种，我国生产的外加剂有200多个牌号。枟混凝土外加剂定义、分类、命名与术语枠（GB/T8075—2005）规定，混凝土外加剂按其主要功能分为以下4类：

①改善混凝土拌合物流动性能的外加剂，包括各种减水剂和泵送剂等。

②调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、促凝剂和速凝剂等。

③改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等。

④改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂和着色剂等。

目前在工程中常用的外加剂主要有减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂等。

2）减水剂

减水剂是在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌和水量的外加剂。根据减水剂的作用效果及功能情况可分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂和引气减水剂等。

（1）减水剂的作用原理

常用减水剂均属表面活性物质，由亲水基团和憎水基团两个部分组成。当水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构（图5.4）。在这种絮凝结构中，包裹了一定的拌合水（游离水），从而降低了混凝土拌合物的流动性。如在水泥浆中加入适量的减水剂，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，在电斥力作用下，使水泥颗粒互相分开［图5.5（a）］，絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效地增加了混凝土拌合物的流动性。当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后，使水泥颗粒表面形成一层稳定的薄膜层，它阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用［图5.5（b）］，也改善了混凝土拌合物的和易性。此外，由于水泥颗粒被有效分散，颗粒表面被水分充分润湿，增大了水泥颗粒的水化面积，使水化比较充分，从而提高了混凝土的强度。

（2）减水剂的技术经济效果

在混凝土中加入减水剂后根据使用目的的不同，一般可取得以下效果：

①增加流动性。在用水量及水胶比不变时，混凝土坍落度可增大100～200mm，且不影响混凝土的强度。

②提高混凝土强度。在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌合水量10%～15%，从而降低了水胶比，使混凝土强度提高15%～20%，特别是早期强度提高更为显著。

③节约水泥。在保持流动性及水胶比不变的条件下，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%～15%。

④改善混凝土的耐久性。由于减水剂的掺入，显著改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低40%～80%，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及抗锈蚀等能力。

此外，掺用减水剂后还可以改善混凝土拌合物的泌水和离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度和配制特种混凝土。

（3）常用的减水剂

减水剂是使用最广泛、效果最显著的外加剂。其种类很多，传统的有木质系、萘系等，随着混凝土科学的发展，目前聚羧酸系成为主导产品。

3）早强剂

早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂可促进水泥的水化和硬化进程、加快施工进度、提高模板周转率，特别适用于冬季施工或紧急抢修工程。

目前，广泛使用的混凝土早强剂有3类，即氯盐类（如CaCl2、NaCl等）、硫酸盐类（如Na2SO4等）和有机胺类，但更多的是使用以它们为基材的复合早强剂。其中氯化物对钢筋有锈蚀作用，常与阻锈剂（NaNO2）复合使用。

4）引气剂

引气剂是指搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂属憎水性表面活性剂，由于能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径多为50～250μm，同时因引气剂定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不破裂。按混凝土含气量3%～5%计（不加引气剂的混凝土含气量为1%），1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡，由于大量微小、封闭并且均匀分布的气泡的存在，使混凝土的和易性、抗渗性、抗冻性受到影响，还能降低混凝土的强度。

5）缓凝剂

缓凝剂是指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。缓凝剂主要有4类：糖类，如糖蜜；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠；羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸；无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。

缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强混凝土强度作用，对钢筋也无锈蚀作用。主要适用于大体积混凝土、炎热气候下施工的混凝土以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂不宜用于在日最低气温5℃以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。

6）防冻剂

防冻剂是指在规定温度下能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定的时间内获得预期强度的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类（氯化钙、氯化钠）、氯盐阻锈类（以氯盐与亚硝酸钠阻锈剂复合而成）、无氯盐类（以硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合而成）。

7）速凝剂

速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要型号有红星Ⅰ型、7Ⅱ型、728型及8604型等。

速凝剂掺入混凝土后能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就可产生强度，1d强度提高2～3倍，但后期强度会下降，28d强度为不掺时的80%～90%。速凝剂的速凝早强作用机理是使水泥中的石膏变成Na2SO4而失去缓凝作用，从而促使C3A迅速水化，并在溶液中析出其水化产物晶体，导致水泥浆迅速凝固。

8）膨胀剂

膨胀剂能使混凝土在硬化过程中产生微量体积膨胀。膨胀剂的种类有硫铝酸盐类、氧化钙类、金属类等。各膨胀剂的成分不同，引起膨胀的原因也不相同。膨胀剂有以下几个作用：

①实现结构自防水：取消外防水措施，提高经济效益2/3。

②取消超长现浇结构后浇带：地下工程60m长不设后浇带，超过60m，以膨胀加强带取代后浇带，降低成本、缩短工期。

③大体积混凝土温差裂缝控制：采用ZY膨胀加强带，放宽温控指标，一般不必再采用冷却骨料、在混凝土中埋设冷却管等传统施工方法，节约施工费用。

④屋面现浇施工：采用ZY膨胀加强带现浇屋面具有结构简单、造价低廉、防水耐久性好等特点，已获广泛使用。

9）泵送剂

泵送剂指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。一般由减水剂、缓凝剂、引气剂等单独使用或复合使用而成。适用于工业与民用建筑及其他构筑物的泵送施工的混凝土、滑模施工、水下灌注桩混凝土等工程，特别适用于大体积混凝土、高层建筑和超高层建筑等工程。

泵送剂的品种、掺量应按供货单位提供的推荐掺量和环境温度、泵送高度、泵送距离、运输距离等要求经混凝土试配后确定。

10）外加剂的选择和使用

在混凝土中掺入外加剂可明显改善混凝土的技术性能，取得显著的技术经济效果。若选择和使用不当会造成事故。因此，在选择和使用外加剂时应注意以下几点：

（1）外加剂品种的选择

外加剂品种、品牌很多，效果各异，特别是对于不同品种的水泥效果不同。在选择外加剂时应根据工程需要、现场的材料条件，并参考有关资料，通过试验确定。

（2）外加剂掺量的确定

混凝土外加剂均有适宜掺量，掺量过小，往往达不到预期效果；掺量过大，则会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此应通过试验试配确定最佳掺量。

（3）外加剂的掺加方法

外加剂的掺量很少，必须保证其均匀分散，一般不能直接加入混凝土搅拌机内。对于可溶于水的外加剂应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。对不溶于水的外加剂，应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。另外，外加剂的掺入时间对其效果的发挥也有很大影响，如为保证减水剂的减水效果，减水剂有同掺法、后掺法及分次掺入3种方法。

5.2.6　混凝土掺合料

混凝土掺合料是指在混凝土搅拌前或在搅拌过程中，与混凝土其他组分一起直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废料，掺量一般不大于水泥质量的5%，其目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量等。

土木工程用作混凝土掺合料有粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉、磨细自燃煤矸石以及其他工业废渣。其中，粉煤灰是目前用量最大、使用范围最广的一种掺合料。

1）粉煤灰

粉煤灰是煤燃烧时从煤粉炉排出的烟气中收集的一种黏土类火山灰质微细粉末材料，由大部分直径以μm计的实心微珠和空心微珠以及少量的多孔玻璃体、玻璃体碎块、结晶体和未燃尽碳粒等矿物质组成。

（1）粉煤灰的种类及技术要求

根据现行规范规定，粉煤灰按煤种分为F类粉煤灰和C类粉煤灰两种。前者是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰；后者是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。

混凝土对粉煤灰的品质要求，除限制其有害组分含量和一定细度外，主要着重考虑其强度活性。枟用于水泥和混凝土中的粉煤灰枠（GB1596—2005）规定，将粉煤灰成品按细度、烧失量和需水量比（掺30%粉煤灰的水泥浆标准稠度用水量和纯水泥浆标准稠度用水量之比）分为3个等级，见表5.26。

（2）粉煤灰使用方法与效果

由于粉煤灰独特的火山灰效应、形态效应和微集料效应，混凝土中掺入粉煤灰可以达到节约水泥和改善混凝土性能的双重效果。掺入一定量粉煤灰的混凝土称为粉煤灰混凝土，可用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐侵蚀和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、水下混凝土、碾压混凝土等。

粉煤灰能够吸收Ca（OH）2生成硅酸钙凝胶，明显地提高混凝土强度。同时，粉煤灰代替了部分水泥有效地降低了水化热，可防止大体积混凝土开裂；粉煤灰颗粒为微珠球状，具有增大砂浆及混凝土流动性、减少泌水、改善混凝土和易性的作用，若保持混凝土流动性不变，则可减少混凝土用水量；粉煤灰的水化反应很慢，它在混凝土中相当长时间内以固体微粒形态存在，填充骨料的空隙，提高混凝土密度、土木工程材料实性，因而显著提高了混凝土防渗和抗化学侵蚀能力。

根据使用条件和方法不同，混凝土掺用粉煤灰后可产生以下3方面的效果：

①在等量掺入的条件下，可节约水泥并减少混凝土发热量。资料表明，粉煤灰替代20%水泥，可使7d水化热降低11%，替代30%水泥可降低25%。同时可以改善混凝土和易性，提高混凝土抗渗性，常用于大体积混凝土。由于粉煤灰活性较低，混凝土早期及28d龄期强度降低，但随着龄期的延长，掺粉煤灰混凝土强度可逐步赶上基准混凝土（不掺粉煤灰的混凝土）。

②在保持水泥用量不变的条件下掺入粉煤灰并减少混凝土中砂的用量，称为粉煤灰代砂。由于粉煤灰具有火山灰活性，混凝土强度将高于基准混凝土。同时，混凝土黏聚性及保水性将显著优于基准混凝土。

③在超量掺入的条件下可保持混凝土28d强度及和易性不变。粉煤灰的掺入量大于所取代的水泥量，多出的粉煤灰取代同体积的砂，混凝土内石子用量及用水量基本不变。

混凝土中掺入粉煤灰时常与减水剂或引气剂等外加剂同时掺用，称为双掺技术。减水剂使粉煤灰的潜在活性得到充分发挥，还可以克服某些粉煤灰增大混凝土需水量的缺点；引气剂的掺用可以解决粉煤灰混凝土抗冻性较低的问题。

目前，粉煤灰混凝土已被广泛应用于土木、水利建筑工程以及预制混凝土制品和构件等方面，如大坝、道路、隧道、港湾，工业和民用建筑的梁、板、柱、地面、基础、下水道，钢筋混凝土预制桩、管等。

粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征在混凝土中可产生下列效应，总称为“粉煤灰效应”。

①活性效应。粉煤从中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性，它们能与水泥水化产生的Ca（OH）2反应，生成类似水泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙，可作为胶凝材料的一部分而起到增强作用。

②颗粒形态效应。煤粉在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，掺入混凝土中可减小内摩擦力，从而减少混凝土的用水量，起减水作用。

③微骨料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大密实度。

由于上述效应的结果，粉煤灰可以改善混凝土拌合物的流动性、保水性、可泵性以及抹面性等，并能降低混凝土的水化热以及提高混凝土的抗化学侵蚀、抗渗及抑制碱唱骨料反应等耐久性能。

混凝土中掺入粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期强度将随掺入量增多而有所降低，但28d以后长期强度可以赶上甚至超过不掺粉煤灰的混凝土。

实践证明，当粉煤灰取代水泥量过多时，混凝土的抗碳化耐久性将变差，所以粉煤灰取代水泥的最大限量应符合表5.27的规定。粉煤灰掺加过多早期强度会降低，所以要在一个合适的范围。

2）粒化高炉矿渣粉（矿渣微粉）

粒化高炉矿渣粉是由高炉矿渣经干燥、粉磨达到相当细度的一种粉体。粉磨时也可添加适量的石膏和助磨剂，又称矿渣微粉（简称矿渣粉）。

枟用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉枠（GB/T18046—2008）规定，矿渣粉应符合表5.28的技术要求。矿渣粉按其活性指数和流动度比分为3个等级：S105、S95和S75。活性指数是指以矿渣粉取代50%水泥后的试验砂浆强度与对比的水泥砂浆强度之比值。流动度比则是这两种砂浆流动度的比值。

粒化高炉矿渣粉作为混凝土掺合料，不仅能取代水泥取得较好的经济效益（其生产成本低于水泥），而且能显著改善和提高混凝土的综合性能，如改善和易性、降低水化热、减小干缩率、提高抗冻、抗渗性能、提高抗腐蚀能力、提高后期强度和改善耐久性等。

由于矿渣微粉对混凝土性能具有良好的技术效果，所以不仅适用于配制高强、高性能混凝土，而且也十分适用于中强混凝土、大体积混凝土以及各类地下和水下混凝土工程。根据国内外经验，使用矿渣微粉配制高强或超高强混凝土是行之有效、比较经济实用的技术途径，是当今混凝土技术发展的趋势之一。

3）硅粉

硅粉又称硅灰，是从生产硅铁合金或硅钢等所排放的烟气中收集的颗粒较细的烟尘，呈浅灰色；其颗粒是微细的玻璃球体，粒径为0.1～1.0μm，是水泥颗粒的1/100～1/50，比表面积为18.5～20m2/g，密度为2.1～2.2g/cm3，堆积密度为250～300kg/m3。硅粉中无定形二氧化硅含量一般为85%～96%，具有很高的活性。但是硅粉价格相对比较贵。

由于硅粉具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为混凝土掺合料必须配以高效减水剂方可保证混凝土的和易性。

硅粉掺入混凝土中，可取得以下几方面效果：

（1）改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性

在混凝土中掺入硅粉的同时又掺入了高效减水剂，保证了混凝土拌合物必须具有的流动性，由于硅粉的掺入会显著改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性，故适宜配制高流态混凝土、泵送混凝土及水下灌注混凝土。

（2）提高混凝土强度

当硅粉与高效减水剂配合使用时，硅粉与水化产物Ca（OH）2反应生成水化硅酸钙凝胶，填充水泥颗粒间的空隙，改善界面结构及黏结力，形成密实结构，从而显著提高混凝土强度。一般硅粉掺量为5%～10%便可配出抗压强度达100MPa的超高混凝土。

（3）改善混凝土的孔结构，提高耐久性

掺入硅粉的混凝土，虽然其总空隙率与不掺时基本相同，但其大毛细孔减少、超细空隙增加，改善水泥石的孔结构。因此混凝土的抗渗性、抗冻性及抗硫酸盐腐蚀性等耐久性显著提高。此外，混凝土的抗冲磨性随硅粉掺量的增加而提高，故适用于水工建筑物的抗冲刷部位及高速公路路面。硅粉还同样有抑制碱唱骨料反应的作用。

5.3　普通水泥混凝土的技术性质

5.3.1　混凝土拌合物的和易性

1）和易性的概念

和易性是指混凝土拌合物在各个施工工序（搅拌、运输、浇筑、捣实）中易于操作，不发生分层、离析、泌水等现象，并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。混凝土拌合物的和易性是一项综合技术性质，包括流动性、黏聚性和保水性3方面的含义。

（1）流动性

流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能流动并均匀密实地填满模板的性能。流动性的大小反映混凝土拌合物的稀稠，直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。若新拌混凝土太干稠，则难以成型与捣实，且容易造成内部或表面孔洞等缺陷；若新拌混凝土过稀，经振捣后易出现水泥浆或水分上浮、而石子等大颗粒骨料下沉的分层离析现象，影响混凝土质量的均匀性、成型的密实性。

（2）黏聚性

黏聚性是指混凝土拌合物内组分之间具有一定的凝聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性差的新拌混凝土容易导致石子与砂浆分离，振捣后容易出现蜂窝、空洞等现象。黏聚性过强又容易导致混凝土流动性变差，振捣成型困难。

（3）保水性

保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。保水性差的混凝土拌合物在施工过程中，一部分水易从内部析出至表面，在混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的密实性变差，降低混凝土的强度和耐久性。

混凝土拌合物的流动性、黏聚性及保水性三者之间互相关联又互相矛盾。如黏聚性好则保水性往往也好，但当流动性增大时，黏聚性和保水性往往变差；反之亦然。因此，保持拌合物的和易性良好，就是要使这3方面的性能在某种具体条件下，均达到良好。

2）和易性的测定

由于混凝土拌合物和易性的内涵比较复杂，目前尚无全面反映和易性的测定方法。枟普通混凝土拌合物性能试验方法枠（GB/T50080—2002）规定，用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验来评定黏聚性和保水性。

（1）坍落度试验

①坍落度的测定（流动性的评定）

将拌好的混凝土拌合物按一定方法装入坍落度筒内，并按一定方式插捣，待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度筒，量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差（mm），即为该混凝土拌合物的坍落度值，如图5.6所示。坍落度越大，流动性越好。

随着高性能混凝土的不断发展，大流动性混凝土的使用越来越多，当混凝土坍落度大于220mm时，传统的坍落度已无法满足测试要求，此时需测坍落扩展度，如图5.7所示。

②黏聚性和保水性的观察及评定

黏聚性的检査方法是将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下沉，则表示黏聚性良好；若锥体倒塌，部分崩裂或出现离析现象，则表示黏聚性不好。

保水性以混凝土拌合物中稀浆析出的程度来评定。坍落度筒提起后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而骨料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性不好。若无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。

③混凝土拌合物的分级

混凝土拌合物根据坍落度不同，可分为4级：

a.大流动性混凝土，拌合物坍落度等于或大于160mm；

b.流动性混凝土，坍落度为100～150mm；

c.塑性混凝土，坍落度为50～90mm；

d.低塑性混凝土，坍落度为10～40mm。

必须注意，坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40mm，坍落度不小于10mm的混凝土拌合物。对于坍落度小于10mm的干硬性混凝土需采用维勃稠度仪测定其流动性。

④坍落度的选择

塑性混凝土施工时选择混凝土拌合物的坍落度，要根据结构类型、构件截面大小、配筋疏密输送方式和施工捣实方法等因素来确定。当构件截面较小或钢筋较密或采用人工插捣时，坍落度可选大些。反之，如构件截面尺寸较大、钢筋较疏、采用机械振捣时，坍落度选择可小些。枟混凝土结构工程施工质量验收规范枠（GB50204—2011）规定，混凝土浇筑的坍落度宜按表5.29选用。

表5.29是采用机械振捣的坍落度，采用人工捣实时可适当增大。当施工工艺采用混凝土泵输送混凝土拌合物时，则要求混凝土拌合物具有高流动性，其坍落度通常为80～180mm。

（2）维勃稠度试验

对坍落度小于10mm的干硬混凝土拌合物的流动性要用维勃稠度指标来表示。维勃稠度试验的主要仪器是维勃稠度仪，如图5.8所示。其测试方法是将混凝土拌合物按一定方法装入坍落度筒内，按一定方式捣实，待装满刮平后将坍落度筒垂直向上提起，把透明盘转到混凝土圆锥体顶面，开启振动台，并同时用秒表计时；当振动到透明圆盘的底面被水泥浆布满的瞬间停表计时，并关闭振动台，所读秒数即为该混凝土拌合物的维勃稠度值。此方法适用于骨料最大粒径不大于40mm、维勃稠度为5～30s的混凝土拌合物的稠度测定。

混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小可分为4级：超干硬性（≥31s）；特干硬性（30～21s）；干硬性（20～11s）；半干硬性（10～5s）。

3）影响和易性的主要因素

（1）水泥浆的用量

混凝土拌合物的流动性是水泥浆所赋予的。在水胶比不变的情况下单位体积拌合物内，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大，但若水泥浆过多，将会出现流浆现象，使拌合物的黏聚性变差，同时对混凝土的强度与耐久性也会产生一定的影响。水泥浆过少不能填满骨料间空隙或不能很好包裹骨料表面时，拌合物就会产生崩塌现象，黏聚性也变差。

（2）水胶比

在水泥用量、骨料用量均不变的情况下，水胶比越小，水泥浆就越稠，混凝土拌合物的流动性就越小。当水胶比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低会使施工困难，不能保证混凝土的密实性。水胶比增大，水泥浆自身流动性增加，故拌合物流动性增大；但如果水胶比过大又会造成混凝土拌合物的黏聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。所以，水胶比不能过大或过小，一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。

应当注意到，无论是水泥浆量还是水胶比影响，实际上都是用水量的影响。因此，影响新拌混凝土和易性的决定性因素是单位体积用水量多少。根据实验，在采用一定骨料的情况下，如果单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50～100kg，坍落度大体上保持不变，这一规律通常称为固定用水量定则。这个定则用于混凝土配合比设计时是相当方便的，即可以通过固定单位用水量、变化水胶比，得到既满足拌合物和易性要求又满足混凝土强度要求的设计。

（3）砂率

砂率是指细骨料（砂）的质量占骨料（砂石）总质量的百分率。试验证明，砂率大小对拌合物的和易性有很大影响，砂率对坍落度的影响关系见图5.9。

砂率对混凝土拌合物流动性的影响主要有两个方面：一是由砂形成的砂浆可减少粗骨料之间的摩擦力在拌合物中起润滑作用，所以在一定的砂率范围内随砂率增大，润滑作用越显著，流动性可以提高；二是在砂率增大的同时，骨料的总表面积必随之增大，需要润湿的水分增多，在一定用水量的条件下，拌合物流动性降低，所以当砂率增大超过一定范围后，流动性反而随砂率增加而降低。另外，砂率不宜过小，否则不仅会引起拌合物流动性降低，还会使拌合物黏聚性和保水性变差，产生离析、流浆等现象，这是因为砂率过小时不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层。因此，在用水量和水泥用量不变的情况下选取最优砂率，可使拌合物获得所要求的流动性及良好的黏聚性与保水性，且使水泥用量最少。

（4）组成材料性质的影响

①水泥

水泥对拌合物和易性的影响主要是水泥品种和水泥细度的影响。水泥的品种和细度都会影响需水量。由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，所以不同品种水泥配制成的混凝土拌合物具有不同的和易性。需水性大的水泥比需水性小的水泥配制的拌合物在其他条件相同的情况下流动性变小，但其黏聚性和保水性较好。通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰的和易性好。矿渣水泥拌合物的流动性虽大，但黏聚性差、易泌水离析；火山灰水泥流动性小，但黏聚性最好。此外，水泥细度对混凝土拌合物的和易性亦有影响，适当提高水泥的细度可改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性，减少泌水、离析现象。

②骨料

骨料对拌合物和易性的影响主要包括骨料级配、颗粒形状、表面特征及粒径。一般来说，级配好的骨料空隙率小，在水泥浆数量相同的情况下包裹骨料表面的水泥浆较厚，故其拌合物流动性较大、黏聚性与保水性较好；表面光滑的骨料如河砂、卵石，其拌合物流动性较大；骨料的粒径增大，总表面积减小，拌合物流动性就增大，如用中、粗砂配制的混凝土比用细砂配制的混凝土拌合物流动性大。

③外加剂

外加剂对拌合物的和易性有较大影响。加入减水剂或引气剂可明显提高拌合物的流动性，引气剂还可有效地改善拌合物的黏聚性和保水性。

④温度和时间的影响

混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低，这是由于温度升高，水分蒸发及水化反应加快，相应使流动性降低。因此，施工中为保证一定的和易性必须注意环境温度的变化，采取相应的措施。如夏季施工时，为了保持一定的流动性应当提高拌合物的用水量。

混凝土拌合物的流动性随时间的延长而变干稠，流动性降低。这是由于拌合物中一些水分被骨料吸收（对于再生混凝土尤为明显），一些水分蒸发，一些水分与水泥进行水化反应变成水化产物结合水，以及混凝土凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土拌合物的流动性变差。

4）改善和易性的主要措施

在实际工作中，可采用以下措施调整混凝土拌合物的和易性：

①改善砂、石（特别是石子）的级配。

②尽量采用较粗大的砂、石。

③尽可能降低砂率，通过试验采用合理砂率。

④混凝土拌合物坍落度太小时，保持水胶比不变，适当增加水泥浆用量，当坍落度太大，但黏聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石用量。

⑤掺用外加剂。

5.3.2　混凝土的强度

强度是混凝土最重要的力学性质，因为混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力。混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度及与钢筋的黏结强度等。其中混凝土的抗压强度最大、抗拉强度最小。因此，在结构工程中混凝土主要承受压力。混凝土强度与混凝土的其他性能关系密切，通常混凝土的强度越大，其刚度、不透水性、抗风化及耐蚀性也就越高，通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。

1）混凝土的抗压强度

混凝土结构常以抗压强度为主要参数进行设计，而且抗压强度与其他强度之间有一定的相关性，可以根据抗压强度的大小来估计其他强度。抗压强度常作为评定混凝土质量的指标，并作为确定强度等级的依据。习惯上泛指混凝土的强度，即它的极限抗压强度。枟普通混凝土力学性能试验方法标准枠（GB/T50081—2002）规定，制作150mm×150mm×150mm的标准立方体试件，在标准条件［温度（20±2）℃，相对湿度95%以上］下养护到28d龄期，所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度，以fcu表示，可按下式计算：

测定混凝土立方体抗压强度也可以采用非标准尺寸的试件，其尺寸应根据粗骨料的最大粒径而定。但在计算其抗压强度时应乘以如表5.30所示换算系数得到相当于标准试件的试验结果。

混凝土立方体抗压强度标准值是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%。根据混凝土立方体抗压强度标准值（以fcu，k表示），将混凝土分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80共14个强度等级。

强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值的依据，混凝土的强度等级必须达到结构设计时满足建筑物承载能力所要求的混凝土强度。此外，混凝土强度等级还是混凝土施工中控制工程质量和工程验收时的重要依据。

2）混凝土轴心抗压强度

混凝土强度等级是依据立方体试件抗压强度所确定的，但在实际结构中许多钢筋混凝土受压构件为棱柱体或圆柱体。为了使所测得混凝土的强度尽可能接近于工程结构的实际受力情况，在钢筋混凝土结构设计中计算轴心受压构件（如柱子、桁架的腹杆等）时，应以混凝土轴心抗压强度（以fcp表示）作为设计依据。

混凝土轴心抗压强度又称棱柱体抗压强度，它是采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件，按照标准养护方法与试验方法所测得轴向抗压强度的代表值。与标准立方体试件抗压强度（fcu）相比，相同混凝土的轴心抗压强度值的表现值较小。且随着棱柱体试件高宽比的增大，其轴心抗压强度减小；但当高宽比达到一定值后，强度就趋于稳定，这是因为试验中试件压板与试件表面间的摩阻力对棱柱体试件中部的影响已消失，该部分混凝土几乎处于无约束的纯压状态。通常混凝土的轴心抗压强度比立方体强度要低，当标准立方体抗压强度10～50MPa范围内时，轴心抗压强度fcp＝（0.7～0.8）fcu。

在工程实际中，也可以采用非标准尺寸的棱柱体试件来检测混凝土的轴心抗压强度，但其高宽比（h/a）应在2～3的范围内。

3）混凝土的抗折强度（ftf）

混凝土的抗折强度是指处于受弯状态下混凝土抵抗外力的能力，由于混凝土为典型的脆性材料，它在断裂前无明显的弯曲变形，故称为抗折强度。通常混凝土的抗折强度是利用150mm×150mm×550mm的试梁在三分点加荷状态下测得的，如图5.10所示，试件受弯状态下的抗折强度计算公式如下：

式中　ftf——混凝土的抗折强度，MPa；

F——所承受的最大垂直荷载，N；

L——试梁两支点间的间距，450mm；

b—试梁高度，150mm；

h—试梁宽度，150mm。对于采用100mm×100mm×450mm的试梁和中间集中单点加荷方法，所检测得的抗折强度应乘以折减系数0.85后再作为标准抗折强度。

枟公路水泥混凝土路面设计规范枠（JTGD40—2011）规定，道路、机场道面与广场道面用水泥混凝土的强度控制指标以抗折强度为准，抗压强度仅作为参考指标。上述用途的水泥混凝土必须满足规范和设计要求的抗折强度，其中用于不同道路的水泥混凝土抗折强度标准值应满足表5.31的规定。在进行抗折配比设计时，其配制抗折强度应取要求抗折标准值的1.5倍。

普通水泥混凝土的抗折强度与抗压强度之间也具有一定的相关性，通常抗压强度较高的混凝土，其抗折强度也较高，它们之间的参考关系见表5.32。

4）混凝土抗拉强度

混凝土是典型的脆性材料，其抗拉强度很低，只有抗压强度的1/20～1/10（通常取1/15）。因此，在钢筋混凝土结构设计中通常不考虑混凝土的承拉能力，而是依靠其中配置的钢筋来承担结构中的拉力。尽管如此，抗拉强度对于混凝土的抗裂性仍具有重要作用，它通常是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要依据，也是间接衡量混凝土抗冲击强度、与钢筋黏结强度、抵抗干湿变化或温度变化能力的参考指标。

由于混凝土的脆性特点，其抗拉强度难以直接测定，通常采用劈裂抗拉试验法间接得出混凝土的抗拉强度，并称之为劈裂抗拉强度（fts）。混凝土劈裂抗拉强度是采用边长为150mm的立方体试件，试验时先在立方体试件的2个相对的上下表面加上垫条，然后施加均匀分布的压力，使试件在竖向平面内产生均匀分布的拉应力（图5.11），该拉应力可以根据弹性理论计算求得，且劈裂抗拉强度计算公式为：

试验研究证明，在相同条件下混凝土的劈裂抗拉强度（fts）与标准立方体抗压强度（fcu）之间具有一定的相关性。对于强度等级为10～50MPa的混凝土，其相互关系可近似表示为：

通常，由于随着混凝土强度等级的提高而表现为更明显的脆性，其劈裂抗拉强度（fts）与标准立方体抗压强度（fcu）之间的差别可能更大。

5）混凝土与钢筋的黏结强度

在钢筋混凝土结构中，混凝土用钢筋来增加抗拉强度，为使钢筋混凝土这类复合材料能有效工作，混凝土与钢筋之间必须要有适当的黏结强度。这种黏结强度主要来源于混凝土与钢筋之间的摩擦力、钢筋与水泥之间的黏结力与钢筋表面的机械啮合力。黏结强度与混凝土质量有关，与混凝土抗压强度成正比。此外，黏结强度还受其他许多因素影响，如钢筋尺寸及钢筋种类、钢筋在混凝土中的位置（水平钢筋或垂直钢筋）、加载类型（受拉钢筋或受压钢筋）以及环境的干湿变化、温度变化等。

目前，美国材料试验学会（ASTMC234）提出了一种较标准的试验方法能准确测定混凝土与钢筋的黏结强度，该试验方法是：混凝土试件边长为150mm的立方体，其中埋入矱19mm的标准变形钢筋，试验时以不超过34MPa/min的加荷速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服，或混凝土裂开，或加荷端钢筋滑移超过2.5mm。记录出现上述3种情况中任一情况的荷载FP，用下式计算混凝土与钢筋的黏结强度：

6）影响混凝土强度的因素

在混凝土结构形成过程中，多余水分残留在水泥石中形成毛细孔；水分的析出在水泥石中形成泌水通道，或聚集在粗骨料下缘处形成水囊；水泥水化产生的化学收缩以及各种物理收缩等还会在水泥石和骨料的界面上形成细微裂缝。上述结构缺陷的存在，实际上都是混凝土在受外力作用时引起破坏的内在因素。当混凝土受力时，这些界面上的微细裂缝会随着外力的增大而逐渐扩大、延伸并汇合连通直至混凝土破坏。试验证明，普通混凝土受力破坏一般出现在骨料和水泥石的界面上，即常见的黏结面破坏的形式。另外，当水泥石强度较低时，水泥石本身破坏也是常见的破坏形式。所以，混凝土强度主要取决于水泥石强度和骨料与水泥石间的黏结强度。而水泥石强度和黏结面强度又取决于水泥的实际强度、水胶比及骨料性质，也受施工质量、养护条件及龄期的影响。

（1）水泥强度等级和水胶比的影响

水泥强度等级和水胶比是决定混凝土强度最主要的因素，也是决定性因素。水泥是混凝土中的活性组分在水胶比不变时，水泥强度等级越高，则硬化水泥石的强度越大，对骨料的胶结力就越强，配制成的混凝土强度也就越高。在水泥强度等级相同的条件下，混凝土的强度主要取决于水胶比。由于拌制混凝土拌合物时，为了获得施工所要求的流动性，常需要加入较多的水。当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中或蒸发后形成气孔或通道，使混凝土密实度降低、强度下降。因此，在水泥强度等级相同的情况下，水胶比越小，水泥石的强度越高，与骨料黏结力越大，混凝土强度也越高。但是如果水胶比过小，拌合物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，反而会导致混凝土强度下降，混凝土强度与水胶比关系如图5.12所示。

大量试验结果表明，在原材料一定的情况下混凝土28d龄期抗压强度（fcu）与水泥实际强度（fce）及水胶比（W/B）之间的关系符合下列经验公式：式中　fce，g——水泥强度等级值，MPa；

γc——水泥强度富余系数，可按实际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时也可按表5.34取值。

（2）骨料的影响

骨料本身的强度一般都比水泥石的强度高（轻骨料除外），所以不会直接影响混凝土的强度，但若骨料经风化等作用而强度降低时，则用其配制的混凝土强度也较低。骨料表面粗糙，则与水泥石的机械啮合力和黏结力较大，所以在水泥强度等级和水胶比相同的条件下，用碎石拌制的混凝土强度比用卵石的强度要高。但达到同样流动性时，碎石拌制的混凝土需水量大，随着水胶比变大，强度降低。因此，在水胶比小于0.4时，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度约高38%，但随着水胶比增大，两者差别就不显著了。当骨料品质高、含有害杂质少、级配良好、砂率适当时，砂石骨料填充密实也会使混凝土获得较高的强度，这一点在高强混凝土中表现得尤为明显。

（3）养护条件（湿度和温度）的影响

混凝土强度是一个渐进发展的过程，其发展的程度和速度取决于水泥的水化状况，而湿度和温度是影响水泥水化程度和速度的重要因素。

①养护湿度的影响

水泥的水化必须在有水的条件下进行，干燥环境中混凝土强度的发展会随水分逐渐蒸发而减慢或停止。图5.13为保湿养护对混凝土强度的影响。若因湿度不够造成水泥水化不充分，还会促使混凝土结构疏松，形成干缩裂缝，增大渗水性，从而影响混凝土的耐久性。施工规范规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖以防止水分蒸发。在夏季施工的混凝土要特别注意浇水保湿。使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥时，浇水保湿应不少于7d；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中掺用缓凝型外加剂或混凝土有抗渗要求时，保湿养护应不少于14d。

②养护温度的影响

养护温度对混凝土强度也有很大影响。在保证足够湿度的条件下，温度高、水泥凝结硬化速度快、早期强度高，所以混凝土制品厂常采用蒸汽养护的方法提高构件的早期强度，借以提高模板和场地周转率。低温时混凝土硬化缓慢，当温度低于0℃以下时，硬化不但停止且有被冰冻破坏的危险，特别是早期混凝土强度低，更容易冻坏。图5.14为混凝土在不同温度的水中养护时强度的发展规律。

③龄期与强度的关系

在正常养护条件下混凝土强度随龄期的增长而增大，最初7～14d发展较快，28d后强度发展趋于平缓，所以混凝土以28d龄期的强度作为质量评定依据。

在我国，工程技术人员常用下面的经验公式来估算混凝土28d强度。

【例题】某混凝土养护7d后，测得其150mm立方体抗压强度为15MPa，试计算其28d强度。

应注意的是，该公式仅适用于在标准条件下养护、中等强度（C20～C30）的混凝土。对较高强度混凝土（≥C35）和掺外加剂的混凝土，用该公式估算会产生很大误差。

实践证明，我国“一小时推定混凝土强度”的方法准确性较好，现场操作较简便。一小时推定混凝土强度的主要步骤如下：

①在新拌混凝土的湿筛砂浆中加入CAS促凝剂，制作砂浆试件；

②将砂浆试件带模放入安装有压力表的家用压力锅内压蒸1h；

③立即测定砂浆的抗压强度f1h；

④将f1h代入事先建立的f1h－f28（混凝土标准养护28d的抗压强度）关系式中计算出f28。

该方法的关键是建立f1h－f28的回归公式，回归公式通常为f28＝AfB1h。试验时，用有代表性、稳定的原材料配制100组以上不同强度的混凝土，分别测定每组混凝土的f1h和f28，然后进行回归计算求出A和B。以后在应用时只要测定出f1h，就可计算出f28。

5.3.3　混凝土的变形性能

混凝土在硬化和使用过程中，由于受到物理、化学和力学等因素的作用，常发生各种变形。由物理、化学因素引起的变形称为非荷载作用下的变形，包括化学收缩、干湿变形、碳化收缩及温度变形等；由荷载作用引起的变形称为在荷载作用下的变形，包括在短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形。

1）化学收缩

混凝土在硬化过程中，由于水泥水化生成物的固相体积小于水化前反应物的总体积，从而致使混凝土产生体积收缩，称为化学收缩。混凝土的化学收缩是不能恢复的，其收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在40d内渐趋稳定。混凝土的化学收缩值很小（小于1%），对混凝土结构物没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。

2）干湿变形

混凝土因周围环境的湿度变化会产生干缩湿胀变形，这种变形是由于混凝土中水分的变化所致。混凝土中的水分有自由水（即孔隙水）、毛细管水及凝胶粒子表面的吸附水3种。当后两种水发生变化时，混凝土就会产生干湿变形。

当混凝土在水中硬化时，由于凝胶体中胶体粒子表面的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大，这时混凝土会产生微小的膨胀，这种膨胀对混凝土无危害影响。

当混凝土在空气中硬化时，首先失去自由水，继续干燥时则毛细管水蒸发。这时将使毛细孔中负压增大而产生收缩力，再继续干燥则吸附水蒸发，从而引起胶体失水而紧缩。以上这些作用的结果就致使混凝土产生干缩变形。干缩后的混凝土若再吸水变湿时，其干缩变形大部分可恢复，但有30%～50%是不可逆的。混凝土的干缩变形对混凝土危害较大，它可使混凝土表面产生较大的拉应力而产生许多裂纹，从而降低混凝土的抗渗、抗冻及抗侵蚀等耐久性能。

混凝土的干缩变形是用100mm×100mm×515mm的标准试件，在规定试验条件下测得的干缩率来表示的，其值可达305×10－4。用此种小试件测得的混凝土干缩率只能反映混凝土的相对干缩性，而实际构件的尺寸要比试件大得多，构件内部的干燥过程较为缓慢，故实际混凝土构件的干缩率远较试验值小。结构设计中混凝土干缩率取值为（1.5～2.0）×10－4，即每米混凝土收缩0.15～0.20mm。

影响混凝土干缩变形的因素很多，主要有以下几个方面：

①水泥的用量、细度及品种的影响。由于混凝土的干缩变形主要由混凝土中水泥石的干缩所引起，而骨料对干缩具有制约作用，所以在水胶比不变的情况下，混凝土中水泥浆量越多，混凝土干缩率就越大。水泥颗粒越细，干缩也越大。采用掺混合材料的硅酸盐水泥配制的混凝土，比用普通水泥配制的混凝土干缩率大，其中火山灰水泥混凝土的干缩率最大，粉煤灰水泥混凝土的干缩率较小。

②水胶比的影响。当混凝土中的水泥用量不变时，混凝土的干缩率随水胶比的增大而增加，塑性混凝土的干缩率较干硬性混凝土大得多。混凝土单位用水量的多少是影响其干缩率的重要因素。一般用水量平均每增加1%，干缩率增大2%～3%。

③骨料质量的影响。混凝土所用骨科的弹性模量较大，则其干缩率较小。混凝土采用吸水率较大的骨料，其干缩较大。骨料的含泥量较多时会增大混凝土的干缩性。骨料最大粒径较大、级配良好时，由于能减少混凝土中水泥浆用量，故混凝土干缩率较小。

④混凝土施工质量的影响。混凝土浇筑成型密实并延长湿养护时间可推迟干缩变形的发生和发展，但对混凝土的最终干缩率无显著影响。采用湿热处理养护混凝土可减小混凝土的干缩率。

3）温度变形

混凝土和其他材料一样也会随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度膨胀系数为（0.6～1.3）×10－5/℃，一般取1.0×10－5/℃，即温度每改变1℃，1m长的混凝土将产生0.01mm的膨胀或收缩变形，混凝土的温度变形对大体积混凝土（指最小边尺寸在1m以上的混凝土结构）、纵长的混凝土结构及大面积混凝土工程等极为不利，易使这些混凝土产生温度裂缝。

混凝土是热的不良导体，传热很慢，因此在大体积混凝土硬化初期，由于内部水泥水化放热而积聚较多热量造成混凝土内外温差很大，有时可达40～50℃，从而导致混凝土内部热胀大大超过混凝土表面的膨胀变形，使混凝土表面产生较大拉应力而开裂破坏。为此，大体积混凝土施工常采用低热水泥，并掺加缓凝剂及采取人工降温等措施。

对纵长的混凝土结构和大面积混凝土工程，为防止其受大气温度影响而产生开裂，常采取每隔一段距离设置一道伸缩缝，以及在结构中设置温度钢筋等措施。

4）在荷载作用下的变形

（1）混凝土在短期荷载作用下的变形

混凝土是一种多相复合材料，它是一种弹塑性体，其应力与应变的关系不是直线，而是曲线，如图5.15所示。在应力—应变曲线上任一点的应力σ与应变ε的比值，称为混凝土在该应力下的弹性模量。它反映了混凝土所受应力与所产生应变之间的关系。在计算钢筋混凝土结构的变形、裂缝开展及大体积混凝土的温度应力时，均需知道混凝土的弹性模量。

影响混凝土弹性模量的因素如下：

①在匀质材料里，弹性模量和密度直接相关；而在多相材料如混凝土中，主要组分所占体积及其密度和弹性模量以及过渡区的特性决定弹性性质。

②混凝土的强度。混凝土的强度越高，弹性模量越大，当混凝土的强度等级由C10增加到C60时，其弹性模量大致由1.75×104MPa增加到3.60×104MPa。

③骨料的含量与弹性模量。骨料的含量越多，弹性模量越大，混凝土的弹性模量越高。

④混凝土的水胶比较小，养护较好及龄期较长时，混凝土的弹性模量就较大。

（2）混凝土在长期荷载作用下的变形

混凝土在长期荷载作用下会发生徐变现象，混凝土的徐变是指其在长期恒载作用下，随着时间的延长，沿着作用力的方向发生的变形一般要延续2～3年才逐渐趋向稳定。这种随时间而发展的变形性质称为混凝土徐变。混凝土不论是受压、受拉或受弯时，均会产生徐变现象。混凝土在长期荷载作用下，其变形与荷载作用时间的关系如图5.16所示。

由图5.16可知，当混凝土受荷后立即产生瞬时变形，这时主要为弹性变形，随后则随受荷时间的延长而产生徐变，此时以塑性变形为主。当作用应力不超过一定值时，这种徐变在加荷初期较快，以后逐渐减慢，最后渐行停止。混凝土的徐变为瞬时变形的2～3倍，徐变变形量可达（3～15）×10－4。混凝土在长期荷载下持续一定时间后，若卸除荷载，则部分变形可瞬时恢复，接着还有少部分变形将在若干天内逐渐恢复，称为徐变恢复，最后留下的是大部分不能恢复的残余变形。

混凝土产生徐变的原因，一般认为是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生黏性流功向毛细管内迁移，或者凝胶体中的吸附水或结晶水向内部毛细管迁移渗透所致。

混凝土的徐变与很多因素有关，但可认为，混凝土徐变是其水泥石中毛细孔相对数量的函数，即毛细孔数量越多，混凝土的徐变越大，反之则小。因此，对于硬化龄期越长、结构越密实、强度越高的混凝土，其徐变越小。当混凝土在较早龄期加载时产生的徐变较大；水胶比较大的混凝土徐变也较大；混凝土中骨料用量较多者徐变较小，混凝土所用骨料弹性模量较大、级配较好及最大粒径较大时，其徐变较小；经充分湿养护的混凝土徐变较小。此外，混凝土的徐变还与受荷应力种类、试件尺寸及试验时的温度等因素有关。

混凝土的徐变对结构物的影响有有利方面，也有不利方面。有利的是徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中使应力产生重分配，从而使结构物中局部集中应力得到缓和。对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。不利的是使预应力钢筋混凝土的预应力值受到损失。

5.3.4　混凝土的耐久性

混凝土除应具有设计要求的强度，以保证其能安全地承受设计荷载外，还应具有抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等各种特殊性能。混凝土在使用过程中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安全和正常使用的能力称为耐久性。提高耐久性对于延长结构寿命、减少修复工作量、提高经济效益具有重要意义。

混凝土耐久性主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀能力、碳化、碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等内容。

1）混凝土抗渗性

抗渗性是指混凝土抵抗有压液体（水、油、溶液等）渗透作用的能力。它是决定混凝土耐久性最基本的因素，若混凝土的抗渗性差，不仅周围水等液体物质易渗入内部，而且当遇有负温或环境水中含有侵蚀性介质时，混凝土就易遭受冰冻或侵蚀作用而破坏，对钢筋混凝土还将引起其内部钢筋锈蚀，并导致表面混凝土保护层开裂与剥落。因此，对地下建筑、水坝、水池、港工、海工等工程，必须要求混凝土具有一定的抗渗性。

混凝土的抗渗性在我国一般采用抗渗等级表示，也有采用相对渗透系数来表示的。抗渗等级是以28d龄期的标准试件，按标准试验方法进行试验，用每组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力来表示的，分为P4、P6、P8、P10、P12共5个等级，即相应表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压力而不渗水。抗渗等级大于P6级的混凝土称为抗渗混凝土。

混凝土的抗渗性主要与其密实度及内部孔隙的大小和构造特征有关。混凝土内部互相连通的孔隙和毛细管通路，以及由于在混凝土施工成型时，振捣不密实产生的蜂窝、孔洞都会造成混凝土渗水。

渗水通道的多少主要与水泥品种和水胶比大小有关。当水泥品种一定时，水胶比越大，抗渗性越差；反之，抗渗性越好。掺用引气剂等外加剂，由于改变了混凝土中的孔隙构造，截断了渗水通道，故可显著地提高混凝土抗渗性。

提高抗渗性的措施主要有降低水胶比，采用减水剂、渗入引气剂、加入掺合料防止离析和泌水的发生，加强养护及防止出现施工缺陷等。

2）混凝土抗冻性

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。在寒冷地区特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。

混凝土受冻融作用破坏的原因，是由于混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰后体积膨胀产生静水压力和因冰水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区迁移产生渗透压力。当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融会使裂缝不断扩展直至破坏。混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素。因此，当混凝土采用的原材料质量好、水胶比小、具有封闭细小孔隙（如掺入引气剂的混凝土）及掺入减水剂、防冻剂时其抗冻性都较高。

随着混凝土龄期增加，混凝土抗冻性能逐步得到提高。因水泥不断水化，可冻结水量逐渐减少；水中溶解盐浓度随水化深入而增加，冰点也随龄期而降低，抵抗冻融破坏的能力随之增强，所以延长冻结前的养护时间可以提高混凝土的抗冻性。一般在混凝土抗压强度尚未达到5.0MPa或抗折强度尚未达到1.0MPa时，不得遭受冰冻。

混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是采用慢冻法以龄期28d的试块在吸水饱和后承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25%，而且质量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数来确定的。混凝土的抗冻等级有：F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300共9个级別，分别表示混凝土能够承受反复冻融循环的最多次数不少于10、15、25、50、100、150、200、250和300次。抗冻等级大于F50的混凝土为抗冻混凝土。

抗冻性试验也可采用快冻法，以相对动弹性模量值不小于60%，而且质量损失率不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数来表示。

提高混凝土抗冻性的最有效方法是加入引气剂（如松香热聚物等）、减水剂和防冻剂，提高混凝土密实度。

3）混凝土的抗侵蚀性

混凝土的抗侵蚀性指混凝土在周围各种侵蚀介质作用下抵抗侵蚀破坏的能力。当混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时，混凝土便会遭受侵蚀，通常有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀与强碱侵蚀等。

混凝土的抗侵蚀性与所用水泥品种、混凝土的密实程度和孔隙特征有关。密实和孔隙封闭的混凝土，侵蚀介质不易侵入，故其抗侵蚀性较强。所以，提高混凝土抗侵蚀性的措施，主要是合理选择水泥品种，降低水胶比，提高混凝土的密实度和改善孔结构。

4）混凝土的碳化

混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中的Ca（OH）2与空气中的CO2，在湿度适宜时发生化学反应生成CaCO3和水，也称中性化。混凝土的碳化是CO2由表及里逐渐向混凝土内部扩散的过程。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，对混凝土的碱度、强度和收缩产生影响。

碳化对混凝土性能既有有利的影响，也有不利的影响。其不利影响首先是碱度降低减弱了对钢筋的保护作用。这是因为混凝土中水泥水化生成大量Ca（OH）2，使钢筋处在碱性环境中而在表面生成一层钝化膜，保护钢筋不易腐蚀。但当碳化深度穿透混凝土保护层而达到钢筋表面时，钢筋钝化膜被破坏而发生锈蚀，此时产生体积膨胀，致使混凝土保护层开裂，开裂后的混凝土更有利于CO2、水及氧等有害介质的进入，加剧了碳化的进行和钢筋的锈蚀，最后导致混凝土产生顺筋开裂而破坏。另外，碳化作用会导致混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。

碳化作用对混凝土也有一些有利影响，即碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，以及碳化时放出的水分有助于未水化水泥的水化，从而提高混凝土碳化层的密实度，对提高抗压强度有利。如混凝土预制桩往往利用碳化作用来提高桩的表面硬度。

影响碳化速度的主要因素有环境中CO2的浓度、水泥品种、水胶比及环境湿度等。CO2浓度高（如铸造车间），碳化速度快；当环境中的相对湿度为50%～75%时，碳化速度最快，当相对湿度小于25%或大于100%时，碳化将停止；水胶比越小，混凝土越密实，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就慢；掺混合材的水泥碱度较低，碳化速度随混合材料掺量的增多而加快。

在实际工程中为减少碳化作用对钢筋混凝土结构的不利影响，可采取以下措施：

①在混凝土结构中采用适当的保护层，使碳化深度在建筑物设计年限内达不到钢筋表面。

②根据工程所处环境的使用条件合理选择水泥品种。

③使用减水剂，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度。

④采用水胶比小、单位水泥用量较大的混凝土配合比。

⑤加强施工质量控制，加强养护，保证振捣质量，减少或避免混凝土出现蜂窝等质量事故。

⑥在混凝土表面涂刷保持层，防止CO2侵入等。

5）混凝土的碱唱骨料反应

碱唱骨料反应（Alkali唱AggregateReaction，AAR）是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料之间发生反应，反应产物吸水膨胀或反应导致骨料膨胀，造成混凝土开裂破坏的现象。根据骨料中活性成分的不同分为3种类型：碱唱硅酸反应、碱唱碳酸盐反应和碱唱硅酸盐反应。

碱唱硅酸反应是分布最广、研究最多的碱唱骨料反应，该反应是指混凝土内的碱与骨料中的活性SiO2反应，生成碱唱硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂破坏的现象。其化学反应试如下：

碱唱骨料反应必须同时具备以下3个条件：

①混凝土中含有过量的碱（Na2O＋K2O）。混凝土中的碱主要来自于水泥，也来自外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分。碱（Na2O＋0.658K2O）含量大于0.6%的水泥称为高碱水泥。我国许多水泥碱含量在1%左右，如果加上其他组分引入的碱，混凝土中的碱含量更高。枟混凝土碱含量限制标准枠（CECS53—93）根据工程环境条件，提出了防止碱唱硅酸反应的碱含量限值，见表5.35。

②碱活性骨料占骨料总量的比例大于1%。碱活性骨料包括含活性SiO2的骨料（引起碱唱硅反应ASR）、黏土质白云石质石灰石（引起碱唱碳酸盐反应ACR）和层状硅酸盐骨料（引起碱唱硅酸盐反应ASR）。含活性SiO2的碱活性骨料分布最广，目前已被确定的有安山石、蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英等。

③潮湿环境。只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境，碱唱骨料反应AAR破坏才会发生。

碱唱骨料反应很慢，引起的破坏往往经过若干年后才会出现。一旦出现，破坏性就很大，难以进行加固处理，应加强防范，可采取以下措施来预防：

①尽量采用非活性骨料。

②当确认为碱活性骨料又非用不可时，应严格控制混凝土中碱含量，如采用碱含量小于0.6%的水泥、降低水泥用量、选用含碱量低的外加剂等。

③在水泥中掺入火山灰质混合材料（如粉煤灰、硅灰和矿渣等）。因为它们能吸收溶液中的钠离子和钾离子，使反应产物早期能均匀分布在混凝土中，不致集中于骨料颗粒周围，从而减轻或消除膨胀破坏。

④在混凝土中掺入引气剂或引气减水剂。它们可以产生许多分散的气泡，当发生碱唱骨料反应时，反应生成的胶体可渗入或被挤入这些气泡内，降低了膨胀破坏应力。

骨料碱活性检验方法有岩相法、化学法、砂浆长度法、岩石柱法、混凝土棱柱法和压蒸法等。

枟普通混凝土用砂质量标准及检验方法枠（JGJ52—2006）规定对于长期处于潮湿环境的重要混凝土结构用砂，应采用砂浆棒（快速法）或砂浆长度法进行骨料的碱活性检验。经上述检验判断为有潜在危害时，应控制混凝土中的碱活性检验。经上述检验判断为有潜在危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3，或采用能抑制碱唱骨料反应的有效措施。

5.4　混凝土质量波动与配制强度

5.4.1　混凝土的质量波动

在实际工程中，由于原材料质量波动、施工配料称量误差、施工条件和试验条件的变异等许多复杂因素的影响，混凝土质量必然产生一定程度的波动。为了使所生产的混凝土能按规定的保证率满足设计要求，必须加强混凝土的质量控制，也就是要从原材料开始到混凝土施工的全过程进行必要的质量检验和控制。混凝土质量控制，包括以下3个方面：

（1）初步控制

初步控制指在混凝土生产之前，对混凝土的原材料、配合比和施工工艺进行的控制。主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验、配合比的确定与调整及施工工艺参数确定等项内容。

（2）生产控制

生产控制指在混凝土生产过程中，根据混凝土强度、原材料性能和工艺参数的试验数据，借助质量管理图等质量控制工具对生产过程加以控制，保证混凝土强度维持在稳定的正常状态。包括控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等多项内容。

（3）合格控制

合格控制指混凝土强度的验收评定，包括批量划分、确定批取样数、确定检测方法和验收界限等项内容。工程中通常以混凝土抗压强度作为评定和控制其质量的主要指标。因为混凝土抗压强度与其他性能之间有良好的相关性，混凝土抗压强度的波动，既反映了混凝土强度的变异，又能较好地反映混凝土质量的波动。

在以上过程的任一步骤中（如原材料质量、施工操作、试验条件等）都存在着质量的随机波动，故进行混凝土质量控制时，要用数理统计方法才能对其质量作出评定。

5.4.2　混凝土的配制强度

1）混凝土的取样及混凝土强度代表值的确定

混凝土试样应在混凝土浇筑地点随机抽取，取样频率应符合下列规定：每100盘，但不超过100m3的同配合比的混凝土，取样次数不得少于1次；每一工作班拌制的同配合比的混凝土不足100盘时其取样次数不得少于1次；每组3个试件，应在同一盘混凝土中取样制作。试样的制作、养护、试验应符合有关国家标准规定。

每组试样的强度代表值应符合下列规定：取3个试件强度的算术平均值作为每组试件的强度代表值；当一组试件中强度的最大值或最小值与中间值之差超过中间值的15%时，取中间值作为该组试件的强度代表值；当一组试件中强度的最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，该组试件的强度不应作为评定的依据。

2）混凝土强度的波动规律

在混凝土生产中，每一种组成材料性能的变异、工艺过程变动及试件制作和试验操作等误差，都会使混凝土强度产生波动。实践结果证明，同一等级的混凝土在施工条件基本一致的情况下，其强度的波动是服从正态分布规律的。正态分布是一形状如钟形的曲线，以平均强度为对称轴，距离对称轴越远，强度概率值越小。对称轴两侧曲线上各有一个拐点，见图5.17。拐点至对称轴的水平距离等于标准差，曲线与横坐标之间的面积为概率的总和，等于100%。在数理统计方法中，常用强度平均值、标准差、变异系数和强度保证率等统计参数来评定混凝土质量。

（1）强度平均值

它代表混凝土强度总体的平均水平，其值按下式计算：

式中　n——试件组数；

fcu，i——第i组试件强度值，MPa。

平均强度反映混凝土总体强度的平均值，但并不反映混凝土强度的波动情况。

（2）标准差（σ）

标准差又称均方差，反映混凝土强度的离散程度，即波动程度。σ越大，强度分布曲线就越宽而矮，离散程度越大，混凝土质量越不稳定。σ是评定混凝土质量均匀性的重要指标，可按下式计算：

（3）变异系数（Cv）

变异系数又称离差系数，也是说明混凝土质量均匀性的指标。在相同生产管理水平下，混凝土的强度标准差会随强度平均值的提高或降低而增大或减小，它反映绝对波动量的大小，有量纲。对平均强度水平不同的混凝土之间质量稳定性的比较，可考虑用相对波动的大小，即以标准差除以强度平均值的百分率表示的标准差，即变异系数Cv来表征，Cv越小，说明该混凝土强度质量越稳定。Cv可按下式计算：

3）混凝土强度保证率（P）

在混凝土强度质量控制中，除了要考虑到所生产的混凝土强度质量的稳定性之外，还必须考虑符合设计要求的强度等级的合格率，即强度保证率。它是指混凝土强度总体分布中，不小于设计要求的强度等级标准值（fcu，k）的概率P（%）。以正态分布曲线下的阴影部分来表示，如图5.17所示。强度保证率的计算方法如下：

首先，计算出概率度t，即：

再根据t，由表5.36查得保证率P。

工程中P可根据统计周期内，混凝土试件强度不低于要求强度等级标准值的组数N0与试件总数N（N≥25）之比求得，即：

4）混凝土配制强度

由于混凝土施工过程中原材料性能及生产的差异，会出现混凝土质量的不稳定，如果按设计的强度等级配制混凝土，则在施工中将有一半的混凝土达不到设计强度等级，即保证率只有50%。为使混凝土强度保证率满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须使配制强度高于混凝土设计要求的强度。令混凝土的配制强度等于平均强度，即fcu，o＝f—cu，则有：

其余符号意义同前。

由此可见，设计要求的保证率越大，配制强度就要越高；强度质量稳定性越差，配制强度就提高得越多。

根据枟普通混凝土配合比设计规程枠（JGJ55—2011）规定，工业与民用建筑及一般构筑物所采用的普通混凝土，设计要求的混凝土强度保证率P为95%，由表5.36可査得t＝1.645，由上式可得配制强度为：

式中σ可根据混凝土配制强度的历史统计资料得到。若无资料时，可参考如下数据取值：

a.混凝土设计强度等级低于C20时，σ＝4.0MPa；

b.混凝土设计强度等级为C20～C35时，σ＝5.0MPa；

c.混凝土设计强度等级高于C35时，σ＝6.0MPa。

5.5　普通水泥混凝土配合比设计

混凝土配合比设计是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件来确定混凝土各组成材料数量之间的比例关系。

5.5.1　混凝土配合比表示方法

配合比常用的表示方法有两种：一种是以1m3混凝土中各组成材料的质量来表示，如水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg；另一种表示方法是以各组成材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），将上例换算成质量比为水泥∶砂∶石子∶水＝1∶2.4∶4∶0.6。

5.5.2　混凝土配合比设计的基本要求

配合比设计的任务就是根据原材料的技术性能及施工条件，确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。具体地说，混凝土配合比设计的基本要求是：达到混凝土结构设计的强度等级；满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境和使用条件对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，节约水泥，降低成本。

5.5.3　混凝土配合比设计的3个参数

水胶比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的3个基本参数，它们与混凝土各项性质之间有着非常密切的关系。因此，混凝土配合比设计主要是正确地确定出这3个参数，才能保证配制出满足4项基本要求的混凝土。

混凝土配合比设计中确定3个参数的原则是：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水胶比；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据骨料的种类和规格确定混凝土的单位用水量；砂在骨料中的数量，应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

常用符号含义如下：B表示胶凝材料（Binder），C表示水泥（Cement），F表示矿物掺合料（MineralAdmixture），S表示砂（Sand），G表示石子（Gravel），W表示水（Water）；ρc表示水泥密度，ρ0，s表示砂的表观密度，ρ′0，g表示石子的堆积密度。

5.5.4　混凝土配合比设计的准备资料

在设计混凝土配合比之前，必须通过调查研究，预先掌握下列基本资料：

①了解工程设计要求的混凝土强度等级，以便确定混凝土配制强度。

②了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土的适宜水泥品种、最大水胶比和最小水泥用量。

③了解结构断面尺寸及钢筋配置情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。

④了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌合物坍落度及骨料的最大粒径。

⑤掌握原材料的性能指标，包括水泥的品种、等级、密度；砂、石骨料的种类及表观密度、级配、最大粒径；拌和用水的水质情况；外加剂的品种、性能和适宜掺量。

5.5.5　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。按选用的原材料性能及对混凝土的技术要求进行初步配合比的计算，以便得出供试配用的配合比。该配合比是借助于一些经验公式和数据计算出来的，或是利用经验资料查得的，因而不一定符合实际情况，在工程中，应采用工程中实际使用的原材料。混凝土的搅拌、运输方法也应与生产时使用的方法相同，通过试拌调整，直到混凝土拌合物的和易性符合要求为止，然后提出供检验混凝土强度用的基准配合比。按强度和湿表观密度检验结果再修正基准配合比，即得实验室配合比。实验室配合比是以干燥材料为基准的，而工地存放的砂、石都含有一定的水分。因此，现场材料的实际称量应按工地砂、石的含水情况进行修正，修正后的配合比称为施工配合比。

5.5.6　混凝土配合比设计方法

1）初步配合比计算

（1）确定混凝土配制强度

混凝土配制强度按式（5.17）计算：

混凝土强度标准差应按下列规定确定：

①当施工单位具有近期同类混凝土（指混凝土强度等级相同、配合比和生产工艺条件基本相同的混凝土）28d的抗压强度资料时，混凝土强度标准差σ应按相应公式计算。

当混凝土强度等级为C20～C25时，如计算得到的σ＜2.5N/mm，取σ＝3.0N/mm；当混凝土强度等级高于C25时，如计算得到的σ＜3.0N/mm，取σ＝3.0N/mm。

②当施工单位不具有近期同类混凝土强度统计资料时，其强度标准差可按表5.38规定取用。但最好应根据施工单位实际情况（指生产质量管理水平），加以适当调整确定。

对预制混凝土厂和预制混凝土构件厂，统计周期可取为1个月；对现场拌制混凝土的施工单位，统计周期可根据实际情况确定，但不宜超过3个月。

（2）初步确定水胶比（W/B）

根据已确定的混凝土配制强度fcu，o，按下式计算水胶比：

为了满足耐久性要求，计算所得混凝土水胶比比值应与表5.39的规定值进行复核。如果计算所得的水胶比大于表中的规定值，应按表中规定取值。

（3）选取每立方米混凝土的用水量（mwo）

设计混凝土配合比时，应力求采用最小单位用水量，应按骨料品种、粒径及施工要求的流动性指标等，根据本地区或本单位的经验数据选用。用水量也可参考表5.40选取。

掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：

（4）计算每立方米混凝土的胶凝材料用量（B0）

根据已确定的用水量、水胶比计算胶凝材料用量，即：

为保证混凝土耐久性，应进行复核，由上式计算所得的水泥用量若小于表5.41规定的最小水泥量时，应按表中规定的最小水泥用量选取。

结合表5.33与表5.41，可确定矿物掺合料用量F0和水泥用量C0：

（5）选取最优砂率（Sp）

应当根据混凝土拌合物的和易性，通过试验求出合理砂率。如无试验资料，可按集料品种、粒径及混凝土的水胶比，按表5.43规定的范围选用。

（6）计算砂、石用量

计算砂、石用量有两种方法：体积法和质量法。在已知混凝土用水量、水泥用量及砂率的情况下，采用其中任何一种方法均可求出砂、石用量。

①体积法（又称绝对体积法）

这种方法是假设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体积之总和，即：

联立以上两式，即可求出S0、G0。

②质量法

这种方法先假定一个混凝土拌合物湿表观密度值（又称湿表观密度计算值），根据各材料之间的质量关系，计算各材料的用量。

混凝土的湿表观密度计算值，可根据本单位累计的试验资料确定，在无资料时可按2350～2450kg/m3范围内选定。

按下列两个关系式求出砂石总用量及砂、石各自的用量：

（7）初步配合比

经上述计算，即可取得初步配合比，即1m3混凝土各组成材料用量C0、S0、G0、W0，也可求出以水泥用量为1的各材料的比值。

2）试配与调整

上述初步配合比是经验公式计算的结果，还无法用于实际工程施工，必须采用实际工程中使用的原材料进行试配，经过和易性调整和强度验证后，方可用于现场施工。

（1）和易性调整——确定基准配合比

按初步配合比试拌一定体积（符合表5.44的规定）的混凝土，测定混凝土拌合物和易性，若不符合设计要求则按如下方法调整：

①实测坍落度小于设计要求时，保持水胶比不变，增加胶凝材料浆体，每增大10mm坍落度，需增加胶凝材料浆体5%～8%；实测坍落度小于设计要求时，保持砂率不变，增加粗细骨料，每减小10mm坍落度，增加粗细骨料5%～10%；黏聚性、保水性不良时，单独加砂（增大砂率）。重复测试，直至符合要求为止。

②测出混凝土拌合物实测表观密度ρ0，c实测。

③按下式计算混凝土基准配合比（结果为1m3混凝土各材料用量，kg）。

（2）强度调整——确定实验室配合比

混凝土配合比除和易性满足要求外，还要进行强度复核。为了满足混凝土强度等级及耐久性要求，应进行水胶比调整。

①调整水胶比

复核检验混凝土强度时至少应采用3个不同水胶比的配合比，其中一个为基准配合比，另2个配合比是以基准配合比的水胶比为准，在此基础上水胶比分别增加和减少0.05，其用水量应与基准配合比相同，但砂率值可增加和减少1%。经试验、调整后的拌合物均应满足和易性要求，并测出各自的湿表观密度实测值，以供最后修正材料用。

②确定达到配制强度时各材料的用量

用3个不同配合比的混凝土拌合物分别制成试块，每种配合比至少应制作一组（3块）试块，标准养护28d，测其立方体抗压强度值。将3个胶水比（B/W）与对应的混凝土强度值作图，就可得到强度唱胶水比的线性关系，由该直线可求出与配制强度相对应的水胶比。最后按下列原则确定1m3混凝土中各材料的用量：

a.用水量Wq——基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度进行调整。

b.胶凝材料用量Bq——用Wq乘以作图法求得的胶水比确定。

c.矿物掺合料用量Fq——用Bq乘以掺合料掺量计算确定。

d.水泥用量Cq——由Bq－Fq计算确定。

e.粗细骨料用量Sq、Gq——取基准配合比中的砂、石用量，并按选定胶水比做适当调整。

③确定实验室配合比

根据上述配合比混凝土拌合物的实测表观密度ρ0，c实测和计算表观密度ρ0，c计算求校正系数δ，计算方法如下：

然后按下式计算实验室配合比（结果为1m3混凝土各材料量）：

（3）换算施工配合比

上述设计配合比中材料是以干燥状态为基准计算出来的，而施工现场砂石常含一定量水分，并且含水率经常变化，为保证混凝土质量，应根据现场砂石含水率对配合比设计值进行修正。修正后的配合比称为施工配合比。

若施工现场实测砂含水率为a%，石子含水率为b%，则将上述设计配合比换算为施工配合比为：

5.6　混凝土技术新进展

5.6.1　轻集料混凝土

枟轻骨料混凝土技术规程枠（JGJ51—2002）规定，用轻粗骨料、轻砂（或普通砂）、水泥和水配制而成的混凝土，其干表观密度不大于1950kg/m3，称为轻骨料混凝土。

轻骨料混凝土按细骨料不同，又分为全轻混凝土（粗、细骨料均为轻骨料）和轻砂混凝土（细骨料全部或部分为普通砂）。

1）轻骨料

轻骨料可分为轻粗骨料和轻细骨料。凡粒径大于5mm，堆积密度小于1000kg/m3的轻质骨料，称为轻粗骨料；凡粒径不大于4.75mm，堆集密度小于1000kg/m3的轻质骨料，称为轻细骨料（或轻砂）。

轻骨料按其来源不同可分为：工业废料轻骨料，如粉煤灰陶粒、自然煤矸石、膨胀矿渣珠、煤渣及轻砂；天然轻骨料，如浮石、火山渣及其轻砂；人造轻骨料，如页岩陶粒、黏土陶粒、膨胀珍珠岩轻砂。轻粗骨料按其粒形可分为圆球形、普通型和碎石型3种。

轻骨料的技术要求主要包括堆集密度、强度、颗粒级配和吸水率4项。此外，对耐久性、安定性及有害杂质含量等也提出了要求。

（1）堆积密度

轻骨料堆积密度的大小将影响轻骨料混凝土的表观密度和性能。轻粗骨料按其堆积密度（kg/m3）分为300、400、500、600、700、800、900、1000共8个密度等级；轻细骨料分为500、600、700、800、900、1000、1100、1200共8个密度等级。

（2）粗细程度与颗粒级配

保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于37.5mm；结构轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于19.0mm。

轻粗骨料的级配应符合表5.45的要求，其自然级配的空隙率不应大于50%。

轻砂的细度模数不宜大于4.0；其大于5mm的累计筛余不宜大于10%。

（3）强度

轻粗骨料的强度对轻骨料混凝土强度有很大影响。枟轻骨料混凝土技术规程枠（JGJ51—2002）规定，采用筒压法测定轻粗骨料的强度，称筒压强度。对不同密度等级的轻粗骨料，其筒压强度应符合表5.46中规定。

筒压强度不能直接反映骨料的真实强度，是一项间接反映粗骨料颗粒强度的指标。因此，规范还规定了采用强度等级来评定粗骨料的强度。轻粗骨料的强度越高，其强度等级也越高，适用于配制较高强度的轻骨料混凝土。所谓强度等级即某种轻粗骨料配制混凝土的合理强度值，所配制混凝土的强度不宜超过此值。

（4）吸水率

轻骨料的吸水率一般比普通砂石大，因此将导致施工中混凝土拌合物的坍落度损失较大，并且影响到混凝土的水胶比和强度发展。在设计轻骨料混凝土配合比时，如果采用干燥骨料，则必须根据骨料吸水率大小，再多加一部分被骨料吸收的附加水量。轻砂和天然轻粗骨料的吸水率不作规定；其他轻粗骨料的吸水率不应大于22%。

2）轻骨料混凝土的技术性质

（1）轻骨料的和易性

轻骨料具有颗粒表观密度小，表面多孔粗糙且吸水性强等特点，因此其拌合物的和易性与普通混凝土有明显不同。轻骨料混凝土拌合物的黏聚性和保水性好，但流动性差，若加大流动性则骨料上浮且易离析。同时，因骨料吸水率大，使得混凝土中的水被轻骨料吸收，一部分为使拌合物获得要求流动性的用水量，称为净用水量；另一部分为轻骨料1h吸水率，称为附加水量。

（2）轻骨料混凝土的强度

轻骨料混凝土按其立方体抗压强度标准值划分为，即CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45及CL50共11个强度等级。轻骨料混凝土按其用途可分为3大类，见表5.47。

轻骨料强度虽低于普通骨料，但轻骨料混凝土仍可达到较高强度。原因在于轻骨料表面粗糙而多孔，轻骨料的吸水作用使其表面呈低水胶比，提高了轻骨料与水泥石的界面黏结强度，使弱结合面变成了强结合面，混凝土受力时不是沿界面破坏，而是轻骨料本身先遭到破坏。对低强度的轻骨料混凝土，也可能是水泥石先开裂，然后裂缝向骨料延伸。因此，轻骨料混凝土的强度主要取决于轻骨料的强度和水泥石的强度。

（3）弹性模量与变形

轻骨料混凝土的弹性模量小，一般为同强度等级普通混凝土的50%～70%，这有利于改善建筑物的抗震性能和抵抗动荷载的作用。增加混凝土组分中普通砂的含量，可以提高轻骨料混凝土的弹性模量。

轻骨料混凝土的收缩和徐变比普通混凝土相应大20%～50%和30%～60%，热膨胀系数比普通混凝土小20%左右。

（4）热工性

轻骨料混凝土具有良好的保温性能。当其表观密度为1000kg/m3时，导热系数为0.28W/（m·K）；当表观应变为1400kg/m3和1800kg/m3时，导热系数相应为0.49W/（m·K）和0.87W/（m·K）。当含水率增大时，导热系数也将随之增大。

3）轻骨料混凝土的配合比设计及施工要点

①轻骨料混凝土的配合比设计除应满足强度、和易性、耐久性及经济等方面的要求外，还应满足表观密度的要求。

②轻骨料混凝土的水胶比以净水胶比表示，净水胶比是指不包括轻骨料1h吸水量在内的净用水量与水泥用量之比。配制全轻混凝土时，允许以总水胶比表示，总水胶比是指包括轻骨料1h吸水量在内的总用水量与水泥用量之比。

③轻骨料易上浮，不易搅拌均匀。因此，应采用强制式搅拌机，且搅拌时间要比普通混凝土略长一些。

④为减少混凝土拌合物坍落度损失和离析，应尽量缩短运距。拌合物从搅拌机卸料起到浇筑入模的延续时间不宜超过45min。

⑤为减少轻骨料上浮，施工或最好采用加压振捣，且振捣时间以捣实为准，不宜过长浇筑成型后应及时覆盖并洒水养护，以防止表面失水太快而产生网状裂缝。养护时间视水泥品种不同应不少于14d。

⑥浇筑成型后应及时覆盖并洒水养护，以防止表面失水太快而产生网状裂缝。养护时间视水泥品种不同应不少于14d。

⑦轻骨料混凝土在气温5℃以上的季节施工时，可根据工程需要对轻粗骨料进行预湿处理，这样拌出的拌合物的和易性和水胶比比较稳定。预湿时间可根据外界气温和骨料的自然含水状态确定，一般应提前半天或一天对骨料进行淋水预湿，然后滤干水分进行投料。

4）轻骨料混凝土的应用

虽然人工轻骨料的成本高于就地取材的天然骨料，但轻骨料混凝土的表观密度比普通混凝土减少1/4～1/3，隔热性能改善，可使结构尺寸减小，增加使用面积，降低基础工程费用和材料运输费用，其综合效益良好。因此，轻骨料混凝土主要适用于高层和多层建筑、软土地基、大跨度结构、抗震结构、要求节能的建筑和旧建筑的加层等。如南京长江大桥采用轻骨料桥面板，天津、北京采用轻骨料混凝土房屋墙体及屋面板，都取得了良好的经济效益。

5.6.2　高强混凝土

高强混凝土是指由常规材料和常规工艺配制的C60及以上强度等级的混凝土。应该指出的是，由于混凝土技术在不断发展，各个国家的混凝土技术水平也不尽相同，因此混凝土强度类别在不同时代和不同国家有不同的概念和划分。目前许多国家工程技术人员的习惯是把C10～C50强度等级的混凝土称为普通强度混凝土，C60～C90的称为高强混凝土，C100以上的称为超高强混凝土。

1）高强混凝土的特点

①高强混凝土的抗压强度高，可大幅度提高钢筋混凝土拱壳、柱等受压构件的承载能力。

②在相同的受力条件下能减小构件体积，降低钢筋用量。

③高强混凝土致密坚硬，其抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗冲击性等诸方面性能均优于普通混凝土。

④高强混凝土的不足之处是脆性比普通混凝土高。

⑤虽然高强混凝土的抗拉、抗剪强度随抗压强度的提高而有所增长，但拉压比和剪压比却随之降低。

2）高强混凝土的配合比设计原则

（1）对原材料的基本要求

①水泥

配制高强混凝土时，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。混凝土的水泥用量不应大于550km/m3。

②粗骨料

对强度等级为C60级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于31.5mm，对强度等级高于C60级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于25mm；其中，针、片状颗粒含量不宜大于5.0%；含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%；所用粗骨料除进行压碎指标试验外，对碎石还应进行立方体强度试验，因为高强混凝土破坏时骨料往往也被压裂，因此骨料的强度对混凝土的强度有相当大的影响。其他质量指标应符合枟建筑用碎石、卵石枠（GB/T 14685—2011）的规定。

③细骨料

细骨料宜采用中砂，其细度模数宜大于2.6，含泥量不应超过2%，泥块含量不应大于0.5%。其他质量指标也应符合现行标准的规定。

④混合材

配制超高强混凝土一般需掺入硅灰等活性掺合料或专用的特殊掺合料。由于硅灰资源少且价格昂贵，采用超细矿渣或超细粉煤灰作为超高强混凝土特殊掺合料。目前国内工程上多采用专用的特殊掺合料配制高强混凝土，专用特殊掺合料已作为独立的产品在市场上销售。

⑤外加剂

配制混凝土时，宜选用非引气、坍落度损失小的高效减水剂或缓凝高效减水剂。

（2）配合比设计要点

高强混凝土配合比计算方法、步骤与普通混凝土基本相同，可按枟普通混凝土配合比设计规程枠（JGJ55—2011）中的有关规定进行。但应注意以下几点：

①基准配合比的水胶比，不宜用普通混凝土水胶比公式计算。C60以上的混凝土一般按经验选取基准配合比的水胶比；试配时选用的水胶比宜为0.02～0.03。

②外加剂和掺合料的掺量及其对混凝土性能的影响，应通过试验确定。

③配合比中砂率可通过试验建立坍落度唱砂率关系曲线，以确定合理的砂率值。

④混凝土中胶凝材料用量不宜超过600kg/m3。

⑤配制C70以上等级的混凝土，须掺用硅灰或专用特殊掺合料。

3）高强混疑土的应用

高强混凝土由于其具有强度高、耐久性好、变形小特点，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，使用高强混凝土可获得明显的工程效益和经济效益。目前，我国应用较广的是C60～C80高强混凝土，主要用于桥梁、轨枕、高层建筑的基础和柱、输水管、预应力管桩等。

5.6.3　纤维混凝土

普通高强混凝土存在收缩变形大、抗裂性差且脆性大的缺点，掺加纤维是提高水泥混凝土抗裂性和韧性的有效方法。以普通混凝土组成材料为基材，加入各种纤维而形成的复合材料，称为纤维混凝土（FiberReinforcedConcrete，FRC）。近年来，纤维混凝土在国内外发展很快，在工业、交通、国防、水利和矿山等工程建设中广泛应用。

1）常用纤维及其作用

纤维的品种很多，通常使用的有钢纤维、玻璃纤维、有机合成纤维、碳纤维等。其中，钢、玻璃、石棉和碳等纤维为高弹性模量纤维，掺入混凝土中后可使混凝土获得较高的韧性，并显著提高抗拉强度、刚度和承受动荷载的能力。而掺入尼龙、聚乙烯和聚丙烯等低弹性模量的纤维，主要作用是提高混凝土早期的抗裂性、增加韧性和抗冲击性能，对强度的贡献则很小。表5.48所列是典型纤维的性能。

根据纤维的体积掺量，纤维增强水泥基复合材料可分为以下3种：

①低掺量（＜1%）纤维混凝土：纤维的作用是减少收缩裂缝，主要用于暴露表面大、易于产生收缩开裂的混凝土板和路面。

②中掺量（1%～2%）纤维混凝土：纤维的作用是使混凝土的断裂模量、韧性和抗冲击性能显著提高，多用于喷射混凝土以及要求能量吸收能力强、抗分层、剥落和耐疲劳的结构。

③高掺量（＞2%）纤维混凝土：该种纤维混凝土具有应变硬化行为和极强的承受动载的能力，通常又称为高性能或超高性能纤维增强复合材料。

根据纤维的分布形式，纤维增强水泥基复合材料又分为定向纤维连续增强基复合材料和乱向短纤维增强基复合材料。前者纤维增强效率高，复合材料呈各向异性，常用于生产纤维增强板材或结构物的加固。三维乱向短纤维在混凝土中均匀分布，能抑制和阻止裂缝的引发和扩展，提高混凝土的抗裂性。短的微细纤维可有效抑制微裂纹的发展，长纤维可抑制加载后期较大宏观裂缝的扩展。纤维抑制裂缝扩展的示意图如图5.18所示。

2）钢纤维混凝土

由于钢纤维的弹性模量比混凝土高10倍以上，是最有效的增强材料之一，目前应用最广。钢纤维按外形不同可分为长直型、压痕型、波浪型、弯钩型、哑铃型及扭曲型等。按生产工艺不同，钢纤维又分为切断型、剪切型、铣削型及熔抽型等。

通常，钢纤维的直径为0.3～1.2mm，长度为15～60mm。钢纤维的长径比是重要的几何参数，是其长度与直径或等效直径之比，一般为30～100。掺量按占混凝土体积的百分比计，一般为0.5%～2.0%。

钢纤维混凝土的配合比与普通混凝土所有不同，它具有如下特点：

①砂率大，一般为40%～50%。

②水泥用量较多，一般为360～450kg/m3，且纤维体积率越高，水泥用量越大。应尽量采用高强度等级的水泥，以提高钢纤维与混凝土基体的黏结强度。

③粗骨料最大粒径要有限制，一般不大于20mm，以10～15mm为宜。

④水胶比的确定必须考虑到纤维的含量、纤维形状及施工机械等因素。一般水胶比较低，为0.4～0.5，目的是增加基体混凝土的强度。

⑤为了减少水泥用量并提高混凝土拌合物和易性，常需掺入粉煤灰和高效减水剂等。

纤维加入混凝土中会降低新拌混凝土的工作性。纤维体积率越大，工作性下降越多。如将1.5%的钢纤维加入坍落度为200mm的混凝土拌合物中，坍落度将减小到25mm。因此，对于纤维混凝土而言，不宜用坍落度评价其工作性，而应用维勃稠度试验结果来评价，一般为15～30s。

对于低、中掺量钢纤维混凝土，其抗拉强度比普通混凝土提高25%～50%，抗弯强度提高40%～80%，而弯曲韧性比普通混凝土高1个数量级，钢纤维对混凝土的弹性模量、干燥收缩和受压徐变影响较小，但抗疲劳寿命显著提高，在各种物理因素作用下的耐久性（如耐冻融性、耐热性和抗气蚀性）也有显著提高。

钢纤维混凝土主要用于公路路面、桥面、机场跑道护面、水坝覆面、薄壁结构、柱头及桩帽等要求高耐磨、高抗冲击、结构受力复杂易于开裂的部位、构件及国防工程。喷射钢纤维混凝土还可以用于隧道内衬和护坡加固。

3）合成纤维混凝土

钢纤维对阻止硬化混凝土裂缝扩展有良好的效果，而合成纤维混凝土在解决混凝土早期塑性开裂、减少混凝土干燥收缩变形方面具有十分独特的作用。

合成纤维的品种较多，其中聚丙烯纤维（丙纶PP）、聚乙烯醇纤维（维纶PVA）、聚丙烯脂纤维（脂纶FAN）、聚酯纤维（涤纶PET）和聚酰胺纤维（锦纶PA）等合成纤维属于低模量纤维；芳族聚酰胺纤维（芳纶Kevlar、Nomex）、超高分子量聚乙烯纤维及碳纤维等属于高模量纤维。高模量合成纤维因生产工艺复杂、产量小且成本高，除用于加固等特殊工程外，在土木工程中使用较少。一般为了提高混凝土早期抗裂性，使用价廉物美的低模量合成纤维就能满足工程要求。

合成纤维按形状分为单丝与束状单丝和膜裂网状几种；按粗细分为细纤维（直径为10～99mm）和粗纤维（直径大于0.1mm）两种。

纤维的直径越细，则根数越多，阻裂效果越明显。如果纤维的间距超过某临界值，纤维的阻裂效果则显著下降。

单丝或束状聚丙烯纤维、聚丙烯脂纤维的掺量一般为0.5～1.5kg/m3，不宜超过2kg/m3，否则将影响纤维的分散性和混凝土抗压强度。

膜裂网状纤维在混凝土中不易结闭，便于在混凝土中分散。网状纤维经搅拌撕裂为单丝，其在混凝土中的掺量为0.7～3kg/m3。较高掺量的膜裂网状纤维对混凝土裂缝扩展有一定的阻裂能力，高掺量时能提高混凝土的韧性、增加混凝土抗变形能力，有效抵抗了温度应力。

混凝土用合成纤维的极限延伸率不宜过大，极限延伸率宜为8%～16%；否则，阻裂效果差。如果使用纤维的目的是解决混凝土早期抗裂、抑制混凝土塑性裂缝的扩展，则所用纤维的抗拉强度应不低于250MPa。如果纤维的用途是既希望解决早期开裂问题，又希望提高硬化混凝土的韧性和抗变形能力，则应选用抗拉强度不低于400MPa，同时弹性模量较高的合成纤维，或将低模量合成纤维与高模量钢纤维混杂使用。

5.6.4　抗渗混凝土

抗渗混凝土（也称防水混凝土）是指抗渗等级等于或大于P6级的混凝土，主要用于水工工程、地下基础工程、屋面防水工程等。

抗渗混凝土一般是通过改善混凝土组成材料的质量，合理选择混凝土配合比和骨料级配、掺加适量外加剂以及采用特殊水泥（如膨胀水泥）等措施，达到混凝土内部密实或是堵塞混凝土内部毛细管通路，使混凝土具有较高的抗渗性。目前，常用的抗渗混凝土有普通抗渗混凝土、外加剂抗渗混凝土和膨胀水泥抗渗混凝土。

1）普通抗渗混凝土

普通抗渗混凝土是以调整配合比的方法，提高混凝土自身密实性以满足抗渗要求的混凝土。其基本原理是在保证和易性要求的前提下减小水胶比，以减小毛细孔的数量和孔径，同时适当提高水泥用量和砂率，在粗骨料周围形成质量良好和数量足够的砂浆包裹层，使粗骨料彼此隔离，以阻隔沿粗骨料相互连通的渗水孔网。

枟普通混凝土配合比设计规程枠（JGJ55—2011）规定，普通抗渗混凝土的配合比设计应符合以下技术要求：

①水泥强度不应小于42.5MPa，其品种应按设计要求选用。

②粗骨料的最大粒径不宜大于40mm，其含泥量不得超过1.0%，泥块含量不得大于0.5%。

③1m3混凝土的水泥用量不宜过小，水泥和掺合料用量之和应不小于320kg。

④砂率不宜过小，为35%～45%，坍落度30～50mm。

⑤水胶比除应满足强度要求外，不同抗渗等级混凝土的最大水胶比还应符合表5.49的规定。

2）外加剂抗渗混凝土

外加剂抗渗混凝土是在混凝土中掺入适宜品种和数量的外加剂，改善混凝土内部结构，隔断或堵塞混凝土中的各种孔隙、裂缝及渗水通道，以达到改善抗渗性的一种混凝土。常用的外加剂有引气剂、防水剂、膨胀剂、减水剂或引气减水剂等。

掺用引气剂的抗渗混凝土，其含气量宜控制在3%～5%。进行抗渗混凝土配合比设计时，尚应增加抗渗性能试验，并应符合下列规定：

①试配要求的抗渗水压值应比设计值提高0.2MPa。

②试配时，宜采用水胶比最大的配合比作抗渗试验，其试验结果应符合下式要求：

③掺引气剂的混凝土还应进行含气量试验，试验结果含气量应符合3%～5%的要求。

3）膨胀水泥抗渗混凝土

膨胀水泥抗渗混凝土是采用膨胀水泥配制而成的混凝土。由于这种水泥在水化过程中能形成大量的钙矾石，会产生一定的体积膨胀，在有约束的条件下，能改善混凝土的孔结构，使毛细孔径减小、总孔隙率降低，从而使混凝土密实度、抗渗性提高。

5.6.5　碾压混凝土

碾压混凝土是一种含水率低，通过振动碾压施工工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。其特干硬性的材料特点和碾压成型的施工工艺特点，使碾压混凝土路面具有节约水泥、收缩小、施工速度快、强度高且开放交通早等技术经济上的优势。

碾压混凝土路面与普通水泥混凝土路面所用材料基本组成相同，均为水、水泥、砂、碎（砾）石及外掺剂；不同之处是碾压混凝土为用水量很少的特干硬性混凝土，比普通水泥混凝土节约水泥10%～30%。碾压混凝土配合比组成设计是按正交设计试验法和简捷设计试验法设计，以“半出浆改进VC值”稠度指标和小梁抗折强度标作为设计指标。小梁抗折强度试件按95%压实率计算试件质量，采用上振式振动成型机振动成型。

碾压混凝土路面施工由拌和、运输、摊铺、碾压、切缝及养生等工序组成。混凝土拌和可采用间歇式或连续式强制搅拌机拌和；碾压混凝土路面摊铺采用强夯高密实度摊铺机摊铺；路面碾压作业由初压、复压和终压3个阶段组成。碾压工序是碾压混凝土路面密实成型的关键工序，碾压后的路面表面应平整、均匀，压实度应符合有关规定；切缝工序应在混凝土路面“不啃边”的前提下尽早锯切，切缝时间与混凝土配合比和气候状况有关，应通过试锯确定；在碾压工序及切缝后应洒水覆盖养护，碾压混凝土路面的潮湿养护时间与水泥品种、配合比和气候状况有关，一般养护时间为5～7d；碾压混凝土路面板达到设计强度后方可开放交通。

碾压混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比，由于碾压混凝土的单位用水量显著减少（只需100kg/m3左右），拌合物非常干硬，可用高密实度沥青摊铺机、振动压路机或轮胎压路机施工，成为一种新型的道路结构形式。

5.6.6　聚合物混凝土

聚合物混凝土是由有机聚合物、无机胶凝材料和骨料结合而成的新型混凝土，按其制作的方法不同，可分为聚合物浸渍混凝土（PIC）、聚合物胶结混凝土（PC）和聚合物水泥混凝土（PCC）。

1）聚合物浸渍混凝土

以已硬化的混凝土为基材，经过干燥后浸入有机单体，用加热或辐射等方法使混凝土孔隙内的单体聚合，使混凝土与聚合物形成整体，称为聚合物浸渍混凝土。

由于聚合物填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，从而增加了混凝土的密实度，提高了水泥与骨料之间的黏结强度，减少了应力集中，因此具有高强、耐蚀、抗渗、耐磨、抗冲击等优良的物理力学性能。与基材（混凝土）相比，抗压强度可提高2～4倍，一般可达150MPa以上，抗拉强度可高达24.0MPa，为抗压强度的1/10，这与普通混凝土的拉压比相似。

浸渍所用的单体有：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）、丙烯腈（AN）、聚脂唱苯乙烯等。对于完全浸渍的混凝土应选用黏度尽可能低的单体，如MMA、S等，对于局部浸演的混凝土，可选用黏度较大的单体如聚脂唱苯乙烯、环氧唱苯乙烯等。

聚合物浸渍混凝土因造价高、工艺复杂，目前只是利用其高强和耐久性好的特性，应用于一些特殊场合，如隧道衬砌、海洋构筑物（如海上采油平台）、桥面板、输送液体的有筋管道、无筋管、坑道等的制作。

2）聚合物胶结混疑土

聚合物胶结混凝土是一种以合成树脂为胶结材料，以砂、石及粉料为骨料制成的混凝土，又称为树脂混凝土。它用聚合物（环氧树脂、聚酯、酚醛树脂等）有机胶凝材料完全取代水泥而引入混凝土。

树脂混凝土与普通混凝土相比，具有强度高和耐化学腐蚀性、耐磨性、耐水性、抗冻性好等优点。但由于成本高，所以应用不太广泛，仅限于要求高强、高耐蚀的特殊工程或修补工程用。另外，树脂混凝土外表美观，称为人造大理石，也被用于制成桌面、地面砖、浴缸等。

3）聚合物水泥混凝土

聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液（和水分散体）拌合水泥，并掺入砂或其他骨料而制成的混凝土。聚合物可用天然聚合物（如天然橡胶）和各种合成聚合物（如聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯等）。矿物胶凝材料可用普通水泥和高铝水泥。

一般认为：硬化过程中，聚合物与水泥之间没有发生化学作用，只是水泥水化吸收乳液中水分，使乳液脱水而逐渐凝固，水泥水化产物与聚合物相互包裹、填充形成致密的结构，从而改善了混凝土的物理力学性能。与普通混凝土相比，聚合物水泥混凝土具有较好的耐久性、耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击性等，但强度提高较少，且强度提高幅度不及浸渍混凝土显著。目前，主要用于地面、路面、桥面及修补工程中。

5.6.7　耐热混凝土

耐热混凝土是指能长期在高温（200～900℃）作用下保持所要求的物理和力学性能的特种混凝土。普通混凝土不耐高温，故不能在高温环境中使用。其不耐高温的原因是：水泥石中的氢氧化钙及石灰岩质的粗骨料在高温下均要产生分解，石英砂在高温下要发生晶型转化而产生体积膨胀，加之水泥石与骨料的热膨胀系数不同。所有这些均将导致普通混凝土在高温下产生裂缝，强度严重下降，甚至破坏。

耐热混凝土是由适当的胶凝材料、耐热粗细骨料及水（或不加水），按一定比例配制成的。根据所用胶凝材料不同，通常可分为以下几种。

1）硅酸盐水泥耐热混凝土

硅酸盐水泥耐热混凝土是以普通水泥或矿渣水泥为胶结材料，耐热粗细骨料采用安山岩、玄武岩、重矿渣及黏土碎砖等，并以烧黏土、砖粉和磨细石英砂等作磨细掺合料，再加入适量的水配制而成。耐热磨细掺合料中的二氧化硅和三氧化二铝在高温下均能与氧化钙作用，生成稳定的无水硅酸盐和铝酸盐，它们能提高水泥的耐热性。普通水泥和矿渣水泥配制的耐热混凝土的极限应用温度为700～800℃。

2）铝酸盐水泥耐热混凝土

铝酸盐水泥耐热混凝土是采用高铝水泥或低钙铝酸盐水泥、耐热粗、细骨料、高耐火度磨细掺合料及水配制而成的。这类水泥在300～400℃下其强度会发生急剧降低，但残留强度能保持不变。到1000℃时，其中结构水全部脱出而烧结成陶瓷材料，强度又将被提高。常用粗细骨料有碎镁砖、烧结镁砂、矾土、镁铁矿和烧结土等。铝酸盐水泥耐热混凝土的极限使用温度为1300℃。

3）水玻璃耐热混凝土

水玻璃耐热混凝土是以水玻璃作胶结材料，掺入氟硅酸钠作促硬剂，耐热粗、细骨料可采用碎铬铁矿、镁砖、铬镁砖、滑石和焦宝石等。磨细掺合料为烧黏土、镁砂粉和滑心粉等。水玻璃耐热混凝土的极限使用温度为1200℃。施工时应注意的是，混凝土搅拌不加水，养护混凝土时禁止浇水，应在干燥环境中养护硬化。

4）磷酸盐耐热混凝土

磷酸盐耐热混凝土是由磷酸铝和以高铝质耐火材料或锆英石等制备的粗、细骨料及磨细掺合料配制而成的，目前更多的是直接采用工业磷酸盐配制耐热混凝土。这种耐热混凝土具有高温韧性强、耐磨性好且耐火度高的特点，其极限使用温度为1600～1700℃。磷酸盐耐热混凝土的硬化须在150℃以上烘干，总干燥时间不少于24h，并且硬化过程中不允许浇水。

耐热混凝土多用于高炉基础、焦炉基础、热工设备基础及围护结构、炉衬、烟囱等。

5.6.8　防辐射混凝土

能遮蔽对人体有危害的χ射线、γ射线及中子辐射等的混凝土，称为防辐射混凝土。对有害辐射屏蔽的效果与辐射经过的物质的质量近似成正比，而与物质的种类无关。防辐射混凝土通常采用重骨料配制而成，混凝土的表观密度一般为3360～3810kg/m3，比普通混凝土高50%。混凝土越重，防护辐射性能越好，且防护结构的厚度可减小。对中子流的防护，混凝土中除了应含有重元素（如铁）或原子序数更高的元素外，还应含有足够多的轻素——氢和硼。

配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水化热较低且水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水泥，最好使用硅酸钡、硅酸锶水泥。采用高铝水泥施工时须采取冷却措施。常用重骨料主要有重晶石（BaSO4）、褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）、磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、碳酸钡矿及纤铁矿等。另外，掺入硼和硼化物及锂盐等，也可有效改善混凝土的防护性能。

防辐射混凝土用于原子能工业以及国民经济各部门应用放射性同位素的装置中，以及反应堆、加速器和放射化学装置等的防护结构。

5.6.9　再生混凝土

随着世界建筑业的高速发展，混凝土作为最大宗的人造材料对自然资源的占用及对环境造成的负面影响引发了可持续发展问题的讨论。再生混凝土技术是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术，它的出现很好地解决了废弃建筑材料的运输、堆放和处理问题，同时还具有巨大的社会和经济效益，符合人类的可持续发展要求，因而具有广阔的应用前景。

再生骨料系由废弃混凝土破碎得到，因此其中有许多废弃水泥砂浆存在，与天然骨料配制的混凝土相比，再生混凝土的强度、体积稳定性等均有一定程度的劣化。但随着混凝土科学的发展，再生混凝土的高性能化逐渐实现。目前，再生混凝土正逐渐向实用化的方向发展，我国已经出台了相关的技术规程，具体有：枟再生混凝土应用技术规程枠（DG/TJ 08唱2018—2007）、枟再生骨料应用技术规程枠（JGJ/T240—2011）、枟混凝土用再生粗骨料枠（GB/T25177—2010）、枟混凝土和砂浆用再生细骨料枠（GB/T 25176—2010）。

本章小结

混凝土是目前土木工程中用量最大的一种建筑材料，本章以普通混凝土为重点，讨论了混凝土的品种、组织结构、性能特点和影响性能的因素等。在普通混凝土组成材料中，主要包括水泥、砂、石子和水4个组分，将这4组分按适当比例配合搅拌，浇筑成型，再经过硬化而成。新拌混凝土要满足工作性（主要包括流动性、黏聚性和保水性）要求，以易于施工成型且保证成品混凝土的密实。硬化混凝土应满足力学性能、变形性能和耐久性的要求，因为组分比例的变化，对硬化后混凝土性能有决定性的影响，所以要根据使用性能要求，进行混凝土配合比设计，其中水胶比、砂率和用水量是影响硬化混凝土强度的重要因素，实际施工配合比必须通过试验和调整才能满足各项要求。

近年来，混凝土技术有新的进展，本章还介绍了轻集料混凝土、高强混凝土、纤维混凝土、防辐射混凝土、耐热混凝土、抗渗混凝土、聚合物混凝土、碾压混凝土和再生混凝土的特点和适用范围。

习　题

一、选择题

1.使用最多的普通水泥混凝土是由水泥、砂、石、水和（　　）等多种材料组成的水泥基复合材料。

A.添加剂B.外加剂C.凝固剂

2.高强混凝土的抗压强度≥（　　）。

A.50MPaB.60MPaC.70MPa

3.粗骨料中公称粒级的上限称为该骨料的（　　）。

A.公称粒径B.最大粒径C.极限粒径

二、填空题

1.水泥混凝土也存在一些缺点如抗拉强度低延性不高、＿＿＿、自重大、比强度低。

2.配制混凝土所用水泥的品种，应根据工程性质、部位、工程所处环境及＿＿＿，参考各种水泥的特性进行合理选择。

3.集料在混凝土中不仅起骨架作用和稳定作用，而且其用料所占比例也最大，通常粗、细集料的总体积占混凝土体积的＿＿＿，因此，骨料的性能对所配制的混凝土性能有很大影响。

4.＿＿＿因长期经受流水和波浪的冲刷，颗粒多呈圆形，比较洁净，且分布较广，一般工程都采用这种砂。

三、判断题

1.人工砂中加入适量的石粉对混凝土质量是有益的。（　　）

2.粗骨料中的有害物质主要有机物、硫化物及硫酸盐，有时有氯化物，它们对混凝土的危害与细骨料的不同。（　　）

3.海水中含有较多的硫酸盐和硝酸盐，影响混凝土的耐久性和加速混凝土中钢筋的锈蚀，因此，海水可用于拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土，不宜采用海水拌制有饰面要求的素混凝土，以免因表面产生盐析而影响装饰效果。（　　）

四、简答题

1.对普通混凝土有哪些基本要求？怎样才能获得质量优良的混凝土？

2.试述混凝土中的4种基本组成材料在混凝土中所起的作用。

3.对混凝土用骨料在技术上有哪些基本要求？为什么？

4.试说明骨料级配的含义，怎样评定级配是否合格？骨料级配良好有何技术经济意义？

5.某工地打算大量拌制C40混凝土，当地所产砂（甲砂）的取样筛分结果如下表所示，判定其颗粒级配不合格。外地产砂（乙砂），根据筛分结果，其颗粒级配也不合格。因此打算将两种砂掺配使用，请问是否可行？如果行，试确定其最合理的掺合比例。

6.现有2种砂子，若细度模数相同，其级配是否相同？若两者的级配相同，其细度模数是否相同？

7.试比较碎石和卵石拌制混凝土的优缺点。

8.什么是混凝土拌合物的和易性？影响和易性的主要因素有哪些？如何改善混凝土拌合物的和易性？

9.试述泌水对混凝土质量的影响。

10.和易性与流动性之间有何区别？混凝土试拌调整时，发现坍落度太小，如果单纯改变用水量去调整，混凝土拌合物会有什么变化？

11.影响混凝土强度的内在因素有哪些？试结合强度公式加以说明。

12.某工地施工人员采取下述几个方案提高混凝土拌合物的流动性，试问下面哪些方案可行，哪些方案不行？并说明理由。

（1）多加水；

（2）保持W/B不变，增加水泥浆用量；

（3）加入CaCl2；

（4）加入减水剂；

（5）加强振捣。

13.试简单分析下述不同的试验条件测得的强度有何不同和为何不同：

（1）试件形状不同；

（2）试件尺寸不同；

（3）加荷速率不同；

（4）试件与压板之间的摩擦力大小不同。

14.混凝土的弹性模量有几种表示方法？常用的是哪一种？怎样测定？

15.试结合混凝土的应力—应变曲线说明混凝土的受力破坏过程。

16.何谓混凝土的塑性收缩、干缩、自收缩和徐变？其影响因素有哪些？收缩与徐变对混凝土的抗裂性有何影响？

17.试从混凝土的组成材料、配合比、施工、养护等几个方面综合考虑提高混凝土强度的措施。

18.何谓减水剂？试述减水剂的作用机理。在混凝土中加减水剂有何技术经济意义？我国目前常用的减水剂有哪几种？

19.何谓引气剂？在混凝土中掺入引气剂有何技术经济意义？

20.混凝土的强度为什么会有波动？波动的大小如何评定？

21.当前土木工程用混凝土在耐久性方面主要存在哪些问题？如何提高混凝土的耐久性？

22.根据以往资料，甲、乙、丙3个施工队施工水平各不相同，若按混凝土的强度变异系数CV来衡量，甲队CV＝10%，乙队CV＝15%，丙队CV＝20%。今有某工程要求混凝土强度等级为C30，混凝土的强度保证率为95%（保证率系数t＝1.645），问这3家施工单位在保证质量的条件下，各家的混凝土配制强度是多少？指出哪家最节约水泥，并说明理由。

23.混凝土的W/B和相应28d强度数据列于下表，所用水泥为42.5级普通水泥，试求出强度经验公式中的αa、αb。

24.在标准条件下养护一定时间的混凝土试件，能否真正代表同龄期的相应结构物中的混凝土强度？在现场条件下养护的混凝土又如何呢？

25.为什么要在混凝土施工中进行质量控制，通常要进行哪些检验工作？

26.有下列混凝土工程及制品，一般选用哪一种外加剂较为合适？并说明理由。

（1）大体积混凝土；

（2）高强度混凝土；

（3）C35混凝土；

（4）混凝土预制构件；

（5）抢修及喷锚支护的混凝土；

（6）有抗冻要求的混凝土。

27.普通混凝土为何强度越高越易开裂，提高混凝土抗裂性的措施有哪些？

28.与普通混凝土相比，轻骨料混凝土在物理力学和变形性质上有何特点？

29.防水混凝土的配制原则是什么？

30.与普通混凝土相比，纤维混凝土和聚合物混凝土有何特点？

31.试比较水下混凝土与泵送混凝土的相同和不同之处。

32.配制耐热混凝土、耐酸混凝土的原理是什么？它们在选用材料上有何区别？

五、计算题

1.今欲配置一结构用轻骨料混凝土，混凝土的强度等级为CL25，坍落度要求30～50mm。原材料如下：32.5级矿渣水泥；黏土陶粒，堆积密度为760kg/m3，颗粒表观密度为1429kg/m3，1h吸水率为8.1%；普通中砂，堆积密度为1470kg/m3，视密度为2.50kg/m3，试设计该轻骨料混凝土的配合比。

2.已知混凝土实验室配合比为1∶2.5∶4，W/B＝0.60，表观密度ρ0＝2400kg/m3，工地采用800L搅拌机，当日实际测得卵石含水率为2.5%，砂含水率为4%。问每次投料量应为多少？

3.某实验室按初步配合比称取15L混凝土的原材料进行试拌，水泥5.2kg，砂8.9kg，石子18.1kg，W/B＝0.6。假如试拌后坍落度小于要求，于是保持W/B不变，增加10%的水泥浆后，坍落度合格，测得混凝土拌合物表观密度为2380kg/m3，试计算调整后的基准配合比。