混凝土基礎知識完整教程

混凝土基礎知識完整教程第一節(jié)

概述第二節(jié)

普通混凝土的組成材料第三節(jié)

道路與橋梁工程用石料的技術性質第四節(jié)

普通混凝土的技術性質第五節(jié)

混凝土外加劑第六節(jié)

混凝土的質量檢驗和評定第七節(jié)

普通混凝土的配合比設計第八節(jié)

高強高性能混凝土第九節(jié)

粉煤灰混凝土第十節(jié)

輕混凝土第十一節(jié)

特種混凝土附錄：習題與復習思考題第一節(jié)

概述

一、混凝土的分類

混凝土是指用膠凝材料將粗細骨料膠結成整體的復合固體材料的總稱?；炷恋姆N類很多，分類方法也很多。

（一）按表觀密度分類

1.重混凝土。表觀密度大于2600kg/m3的混凝土。常由重晶石和鐵礦石配制而成。

2.普通混凝土。表觀密度為1950～2500kg/m3的水泥混凝土。主要以砂、石子和水泥配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品種。

3.輕混凝土。表觀密度小于1950kg/m3的混凝土。包括輕骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。

（二）按膠凝材料的品種分類

通常根據(jù)主要膠凝材料的品種，并以其名稱命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸鹽混凝土、瀝青混凝土、聚合物混凝土等等。有時也以加入的特種改性材料命名，如水泥混凝土中摻入鋼纖維時，稱為鋼纖維混凝土；水泥混凝土中摻大量粉煤灰時則稱為粉煤灰混凝土等等。

（三）按使用功能和特性分類

按使用部位、功能和特性通?？煞譃椋航Y構混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、防輻射混凝土、補償收縮混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密實混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、高強混凝土、高性能混凝土等等。

二、普通混凝土

普通混凝土是指以水泥為膠凝材料，砂子和石子為骨料，經加水攪拌、澆筑成型、凝結固化成具有一定強度的“人工石材”，即水泥混凝土，是目前工程上最大量使用的混凝土品種?！盎炷痢币辉~通常可簡作“砼”。

（一）普通混凝土的主要優(yōu)點

1.原材料來源豐富。混凝土中約70%以上的材料是砂石料，屬地方性材料，可就地取材，避免遠距離運輸，因而價格低廉。

2.施工方便?；炷涟韬衔锞哂辛己玫牧鲃有院涂伤苄裕筛鶕?jù)工程需要澆筑成各種形狀尺寸的構件及構筑物。既可現(xiàn)場澆筑成型，也可預制。

3.性能可根據(jù)需要設計調整。通過調整各組成材料的品種和數(shù)量，特別是摻入不同外加劑和摻合料，可獲得不同施工和易性、強度、耐久性或具有特殊性能的混凝土，滿足工程上的不同要求。

4.抗壓強度高。混凝土的抗壓強度一般在7.5～60MPa之間。當摻入高效減水劑和摻合料時，強度可達100MPa以上。而且，混凝土與鋼筋具有良好的匹配性，澆筑成鋼筋混凝土后，可以有效地改善抗拉強度低的缺陷，使混凝土能夠應用于各種結構部位。

5.耐久性好。原材料選擇正確、配比合理、施工養(yǎng)護良好的混凝土具有優(yōu)異的抗?jié)B性、抗凍性和耐腐蝕性能，且對鋼筋有保護作用，可保持混凝土結構長期使用性能穩(wěn)定。

（二）普通混凝土存在的主要缺點

1.自重大。1m3混凝土重約2400kg，故結構物自重較大，導致地基處理費用增加。

2.抗拉強度低，抗裂性差?；炷恋目估瓘姸纫话阒挥锌箟簭姸鹊?/10～1/20，易開裂。

3.收縮變形大。水泥水化凝結硬化引起的自身收縮和干燥收縮達500×10－6第二節(jié)

普通混凝土的組成材料

混凝土的性能在很大程度上取決于組成材料的性能。因此必須根據(jù)工程性質、設計要求和施工現(xiàn)場條件合理選擇原料的品種、質量和用量。要做到合理選擇原材料，則首先必須了解組成材料的性質、作用原理和質量要求。

一、水泥

（一）水泥品種的選擇

水泥品種的選擇主要根據(jù)工程結構特點、工程所處環(huán)境及施工條件確定。如高溫車間結構混凝土有耐熱要求，一般宜選用耐熱性好的礦渣水泥等等。詳見第三章水泥。

（二）水泥強度等級的選擇

水泥強度等級的選擇原則為：混凝土設計強度等級越高，則水泥強度等級也宜越高；設計強度等級低，則水泥強度等級也相應低。例如：C40以下混凝土，一般選用強度等級32.5級；C45～C60混凝土一般選用42.5級，在采用高效減水劑等條件下也可選用32.5級；大于C60的高強混凝土，一般宜選用42.5級或更高強度等級的水泥；對于C15以下的混凝土，則宜選擇強度等級為32.5級的水泥，并外摻粉煤灰等混合材料。目標是保證混凝土中有足夠的水泥，既不過多，也不過少。因為水泥用量過多（低強水泥配制高強度混凝土），一方面成本增加。另一方面，混凝土收縮增大，對耐久性不利。水泥用量過少（高強水泥配制低強度混凝土），混凝土的粘聚性變差，不易獲得均勻密實的混凝土，嚴重影響混凝土的耐久性。

二、細骨料

公稱粒徑在0.15～5.0mm之間的骨料稱為細骨料，亦即砂。常用的細骨料有河砂、海砂、山砂和機制砂（有時也稱為人工砂、加工砂）等。通常根據(jù)技術要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。Ⅰ類用于強度等級大于C60的混凝土；Ⅱ類用于C30～C60的混凝土；Ⅲ類用于小于C30的混凝土。

海砂可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制鋼筋混凝土，主要是氯離子含量高，容易導致鋼筋銹蝕，如要使用，必須經過淡水沖洗，使有害成份含量減少到要求以下。山砂可以直接用于一般工程混凝土結構，當用于重要結構物時，必須通過堅固性試驗和堿活性試驗。機制砂是指將卵石或巖石用機械破碎的方法，通過沖洗、過篩制成。通常是在加工碎卵石或碎石時，將小于10mm的部分進一步加工而成。

細骨料的主要質量指標有：

1.有害雜質含量。細骨料中的有害雜質主要包括兩方面：①粘土和云母。它們粘附于砂表面或夾雜其中，嚴重降低水泥與砂的粘結強度，從而降低混凝土的強度、抗?jié)B性和抗凍性，增大混凝土的收縮。②有機質、硫化物及硫酸鹽。它們對水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的性能。因此對有害雜質含量必須加以限制?！督ㄖ蒙啊罚℅B/T14684-2001）對有害物質含量的限值見表4-1?！镀胀ɑ炷劣蒙百|量標準及檢驗方法》（JGJ52-1992）中對有害雜質含量也作了相應規(guī)定。其中云母含量不得大于2%，輕物質含量和硫化物及硫酸鹽含量分別不得大于1%，含泥量及泥塊含量的限值為：當小于C30時分別不大于5%和1%，當大于等于C30時，分別不大于3%和1%。表4-1砂中有害物質含量限值項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類云母含量（按質量計，%）＜1.02.02.0硫化物與硫酸鹽含量（按SO3質量計，%）＜0.50.50.5有機物含量（用比色法試驗）＜合格合格合格輕物質＜1.01.01.0氯化物含量（以NaCl質量計，%）＜0.010.020.06含泥量（按質量計，%）＜1.03.05.0粘土塊含量（按質重量計，%）＜01.02.此外，由于氯離子對鋼筋有嚴重的腐蝕作用，當采用海砂配制鋼筋混凝土時，海砂中氯離子含量要求小于0.06%（以干砂重計）；對預應力混凝土不宜采用海砂，若必須使用海砂時，需經淡水沖洗至氯離子含量小于0.02%。用海砂配制素混凝土，氯離子含量不予限制。

2.顆粒形狀及表面特征。河砂和海砂經水流沖刷，顆粒多為近似球狀，且表面少棱角、較光滑，配制的混凝土流動性往往比山砂或機制砂好，但與水泥的粘結性能相對較差；山砂和機制砂表面較粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流動性相對較差，但與水泥的粘結性能較好。水灰比相同時，山砂或機制砂配制的混凝土強度略高；而流動性相同時，因山砂和機制砂用水量較大，故混凝土強度相近。

3.堅固性。砂是由天然巖石經自然風化作用而成，機制砂也會含大量風化巖體，在凍融或干濕循環(huán)作用下有可能繼續(xù)風化，因此對某些重要工程或特殊環(huán)境下工作的混凝土用砂，應做堅固性檢驗。如嚴寒地區(qū)室外工程，并處于濕潮或干濕交替狀態(tài)下的混凝土，有腐蝕介質存在或處于水位升降區(qū)的混凝土等等。堅固性根據(jù)GB/T14684規(guī)定，采用硫酸鈉溶液浸泡→烘干→浸泡循環(huán)試驗法檢驗。測定5個循環(huán)后的重量損失率。指標應符合表4-2的要求。表4-2砂的堅固性指標項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類循環(huán)后質量損失（%）≤8≤8≤104.粗細程度與顆粒級配。砂的粗細程度是指不同粒徑的砂?；旌象w平均粒徑大小。通常用細度模數(shù)（Mx）表示，其值并不等于平均粒徑，但能較準確反映砂的粗細程度。細度模數(shù)Mx越大，表示砂越粗，單位重量總表面積（或比表面積）越小；Mx越小，則砂比表面積越大。

砂的顆粒級配是指不同粒徑的砂粒搭配比例。良好的級配指粗顆粒的空隙恰好由中顆粒填充，中顆粒的空隙恰好由細顆粒填充，如此逐級填充（如圖4-1所示）使砂形成最密致的堆積狀態(tài)，空隙率達到最小值，堆積密度達最大值。這樣可達到節(jié)約水泥，提高混凝土綜合性能的目標。因此，砂顆粒級配反映空隙率大小。圖4-1砂顆粒級配示意圖（1）細度模數(shù)和顆粒級配的測定。砂的粗細程度和顆粒級配用篩分析方法測定，用細度模數(shù)表示粗細，用級配區(qū)表示砂的級配。根據(jù)《建筑用砂》（GB/T14684－2001），篩分析是用一套孔徑為4.75，2.36，1.18，0.600，0.300，0.150mm的標準篩，將500克干砂由粗到細依次過篩（詳見試驗），稱量各篩上的篩余量（g），計算各篩上的分計篩余率（%），再計算累計篩余率（%）。和的計算關系見表4-3。（JGJ52采用的篩孔尺寸為5.00、2.50、1.25、0.630、0.315及0.160mm。其測試和計算方法均相同，目前混凝土行業(yè)普遍采用該標準。）表4-3累計篩余與分計篩余計算關系篩孔尺寸（mm）篩余量（g）分計篩余（%）累計篩余（%）4.75m12.36m21.18m30.600m40.300m50.150m6底盤m低細度模數(shù)根據(jù)下式計算（精確至0.01）：

（4-1）根據(jù)細度模數(shù)Mx大小將砂按下列分類：

Mx＞3.7特粗砂；Mx=3.1～3.7粗砂；Mx=3.0～2.3中砂；Mx=2.2～1.6細砂；Mx=1.5～0.7特細砂。

砂的顆粒級配根據(jù)0.600mm篩孔對應的累計篩余百分率A4，分成Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)三個級配區(qū)，見表4-4。級配良好的粗砂應落在Ⅰ區(qū)；級配良好的中砂應落在Ⅱ區(qū)；細砂則在Ⅲ區(qū)。實際使用的砂顆粒級配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.600mm對應的累計篩余率外，其余各檔允許有5%的超界，當某一篩檔累計篩余率超界5%以上時，說明砂級配很差，視作不合格。

以累計篩余百分率為縱坐標，篩孔尺寸為橫坐標，根據(jù)表4-4的級區(qū)可繪制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級配區(qū)的篩分曲線，如圖4-2所示。在篩分曲線上可以直觀地分析砂的顆粒級配優(yōu)劣。表4-4砂的顆粒級配區(qū)范圍篩孔尺寸（mm）累計篩余（％）Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)10.00004.7510～010～010～02.3635～525～015～01.1865～3550～1025～00.60085～7170～4140～160.30095～8092～7085～550.150100～90100～90100～90圖4-2砂級配曲線圖[例4-1]某工程用砂，經烘干、稱量、篩分析，測得各號篩上的篩余量列于表4-5。試評定該砂的粗細程度（Mx）和級配情況。表4-5篩分析試驗結果篩孔尺寸（mm）4.752.361.180.6000.3000.150底盤合計篩余量（g）28.557.673.1156.6118.555.59.7499.5[解]①分計篩余率和累計篩余率計算結果列于表4-6。表4-6分計篩余和累計篩余計算結果分計篩余率（%）a1a2a3a4a5a65.7111.5314.6331.3523.7211.11累計篩余率（%）A1A2A3A4A5A65.7117.2431.8763.2286.9498.05②計算細度模數(shù)：③確定級配區(qū)、繪制級配曲線：該砂樣在0.600mm篩上的累計篩余率A4=63.22落在Ⅱ級區(qū)，其他各篩上的累計篩余率也均落在Ⅱ級區(qū)規(guī)定的范圍內，因此可以判定該砂為Ⅱ級區(qū)砂。級配曲線圖見4-3。

④結果評定：該砂的細度模數(shù)Mx=2.85，屬中砂；Ⅱ級區(qū)砂，級配良好?？捎糜谂渲苹炷痢D4-3級配曲線（2）砂的摻配使用。

配制普通混凝土的砂宜為中砂（Mx=2.3～3.0），Ⅱ級區(qū)。但實際工程中往往出現(xiàn)砂偏細或偏粗的情況。通常有兩種處理方法：

①當只有一種砂源時，對偏細砂適當減少砂用量，即降低砂率；對偏粗砂則適當增加砂用量，即增加砂率。

②當粗砂和細砂可同時提供時，宜將細砂和粗砂按一定比例摻配使用，這樣既可調整Mx，也可改善砂的級配，有利于節(jié)約水泥，提高混凝土性能。摻配比例可根據(jù)砂資源狀況，粗細砂各自的細度模數(shù)及級配情況，通過試驗和計算確定。

5.砂的含水狀態(tài)。砂的含水狀態(tài)有如下4種，如圖4-4所示。圖4-4骨料含水狀態(tài)示意圖①絕干狀態(tài)：砂粒內外不含任何水，通常在105±5℃條件下烘干而得。

②氣干狀態(tài)：砂粒表面干燥，內部孔隙中部分含水。指室內或室外（天晴）空氣平衡的含水狀態(tài)，其含水量的大小與空氣相對濕度和溫度密切相關。

③飽和面干狀態(tài)：砂粒表面干燥，內部孔隙全部吸水飽和。水利工程上通常采用飽和面干狀態(tài)計量砂用量。

④

三、粗骨料

顆粒粒徑大于5mm的骨料為粗骨料?；炷凉こ讨谐Ｓ玫挠兴槭吐咽瘍纱箢?。碎石為巖石（有時采用大塊卵石，稱為碎卵石）經破碎、篩分而得；卵石多為自然形成的河卵石經篩分而得。通常根據(jù)卵石和碎石的技術要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。Ⅰ類用于強度等級大于C60的混凝土；Ⅱ類用于C30～C60的混凝土；Ⅲ類用于小于C30的混凝土。

粗骨料的主要技術指標有：

1.有害雜質。與細骨料中的有害雜質一樣，主要有粘土、硫化物及硫酸鹽、有機物等。根據(jù)《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2001），其含量應符合表4-7的要求。JGJ53《普通混凝土用碎石和卵石質量標準及檢驗方法》也作了相應規(guī)定。表4-7碎石或卵石中技術指標項目指標Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類含泥量（按質量計），%＜0.51.01.5粘土塊含量（按質重量計），%＜00.50.7硫化物與硫酸鹽含量（以SO3重量計），%＜0.51.01.0有機物含量（用比色法試驗）＜合格合格合格針片狀（按質量計），%＜51525堅固性質量損失，%＜5812碎石壓碎指標，＜102030卵石壓碎指標，＜1216162.顆粒形態(tài)及表面特征。粗骨料的顆粒形狀以近立方體或近球狀體為最佳，但在巖石破碎生產碎石的過程中往往產生一定量的針、片狀，使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的強度，特別是抗折強度。針狀是指長度大于該顆粒所屬粒級平均粒徑的2.4倍的顆粒；片狀是指厚度小于平均粒徑0.4倍的顆粒。各別類粗骨料針片狀含量要符合表4－7的要求。

粗骨料的表面特征指表面粗糙程度。碎石表面比卵石粗糙，且多棱角，因此，拌制的混凝土拌合物流動性較差，但與水泥粘結強度較高，配合比相同時，混凝土強度相對較高。卵石表面較光滑，少棱角，因此拌合物的流動性較好，但粘結性能較差，強度相對較低。但若保持流動性相同，由于卵石可比碎石少用適量水，因此卵石混凝土強度并不一定低。

3.粗骨料最大粒徑?；炷了么止橇系墓Q粒級上限稱為最大粒徑。骨料粒徑越大，其表面積越小，通?？障堵室蚕鄳獪p小，因此所需的水泥漿或砂漿數(shù)量也可相應減少，有利于節(jié)約水泥、降低成本，并改善混凝土性能。所以在條件許可的情況下，應盡量選得較大粒徑的骨料。但在實際工程上，骨料最大粒徑受到多種條件的限制：①最大粒徑不得大于構件最小截面尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋凈距的3/4。②對于混凝土實心板，最大粒徑不宜超過板厚的1/3，且不得大于40mm。③對于泵送混凝土，當泵送高度在50m以下時，最大粒徑與輸送管內徑之比，碎石不宜大于1:3；卵石不宜大于1:2.5。④對大體積混凝土（如混凝土壩或圍堤）或疏筋混凝土，往往受到攪拌設備和運輸、成型設備條件的限制。有時為了節(jié)省水泥，降低收縮，可在大體積混凝土中拋入大塊石（或稱毛石），常稱作拋石混凝土。

4.粗骨料的顆粒級配。石子的粒級分為連續(xù)粒級和單位級兩種。連續(xù)粒級指5mm以上至最大粒徑Dmmax，各粒級均占一定比例，且在一定范圍內。單粒級指從1/2最大粒徑開始至Dmax。單粒級用于組成具有要求級配的連續(xù)粒級，也可與連續(xù)粒級混合使用，以改善級配或配成較大密實度的連續(xù)粒級。單粒級一般不宜單獨用來配制混凝土，如必須單獨使用，則應作技術經濟分析，并通過試驗證明不發(fā)生離析或影響混凝土的質量。

石子的級配與砂的級配一樣，通過一套標準篩篩分試驗，計算累計篩余率確定。根據(jù)GB/T14685，碎石和卵石級配均應符合表4-8的要求。JGJ53的要求與此相似。表4-8碎石或卵石的顆粒級配范圍級配情況公稱

粒級

（mm）累計篩余（％）篩孔尺寸（方孔篩）（mm）2.364.759.5016.019.026.531.537.553.063.075.090連續(xù)粒級5～1095～10080～1000～150－－－－－－－－5～1695～10085～10030～600～100－－－－－－－5～2095～10090～10040～80－0～100－－－－－－5～2595～10090～100－30～70－0～50－－－－－5～31.595～10090～10070～90－15～45－0～50－－－－5～40－95～10075～90－30～65－－0～50－－－單粒級10～20－95～10085～100－0～150－－－－－－16～31.5－95～100－85～100－－0～100－－－－20～40－－95～100－80～100－－0～100－－－31.5～63－－－95～100－－75～10045～75－0～100－40～80－－－－95～100－－70～100－30～600～105.粗骨料的強度。根據(jù)GB/T14685和JGJ53規(guī)定，碎石和卵石的強度可用巖石的抗壓強度或壓碎值指標兩種方法表示。

巖石的抗壓強度采用50mm×50mm的圓柱體或邊長為50mm的立方體試樣測定。一般要求其抗壓強度大于配制混凝土強度的1.5倍，且不小于45MPa（飽水）。

根據(jù)GB/T14685，壓碎值指標是將9.5～19mm的石子m克，裝入專用試樣筒中，施加200KN的荷載，卸載后用孔徑2.36mm的篩子篩去被壓碎的細粒，稱量篩余，計作m1，則壓碎值指標Q按下式計算：

（4-2）壓碎值越小，表示石子強度越高，反之亦然。各類別骨料的壓碎值指標應符合表4－7的要求。

6．粗骨料的堅固性。粗骨料的堅固性指標與砂相似，各類別骨料的質量損失應符合表4－7的要求。

四、拌合用水

根據(jù)《混凝土拌合用水標準》（JGJ63—89）的規(guī)定，凡符合國家標準的生活飲用水，均可拌制各種混凝土。海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有飾面要求的素混凝土，更不得拌制鋼筋混凝土和預應力混凝土。

值得注意的是，在野外或山區(qū)施工采用天然水拌制混凝土時，均應對水的有機質、Cl-和含量等進行檢測，合格后方能使用。特別是某些污染嚴重的河道或池塘水，一般不得用于拌制混凝土。第三節(jié)

道路與橋梁工程用石料的技術性質

一、水泥混凝土路面用粗集料壓碎值

水泥混凝土路面用粗集料的壓碎值指標試驗方法（JTJ058T0315—1994）與前述普通混凝土相同。

二、瀝青路面用粗集料壓碎值

瀝青路面用粗集料壓碎值指標的測定，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T0316—2000）的規(guī)定，是將13.2～16mm的試樣m0克，裝入專用試樣筒中，逐級施加400KN的荷載，卸荷后用孔徑2.36mm的篩子過篩，稱取通過2.36mm篩孔的全部細料重量計作m1

（4-3）式中：——集料壓碎值（%）；m0——試驗前試樣重量（g）；

m1——試驗后通過2.36mm篩孔的細料重量（g）。三、道路用粗集料磨光值

高等級公路對路面的抗滑性能有一定的要求，作為路面用的集料，在車輛輪胎的作用下，不僅要求具有高的抗磨耗性能，而且要求具有高的抗磨光性。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T0321—94）的規(guī)定，集料的抗磨光性采用磨光值表示（簡稱PSV）。磨光值的測試方法是選取10～15mm的試樣，密排于試模中，用環(huán)氧樹脂砂漿固結成一整體，每組4個試件。加速磨光機的道路輪在試樣表面以640±10r/min的速度旋轉，先用30號金剛砂水磨3h，再用280號金剛砂水磨3h，用擺式摩擦系數(shù)儀測定摩擦系數(shù)值，經換算后得磨光值（詳見試驗部分）。

集料的磨光值越高，表示抗滑性能越好。高速公路和一級公路的集料磨光值要求不小于42，普通公路不小于35。玄武巖、安山巖、砂巖和花崗巖的磨光值一般較高。幾種常用集料的磨光值列于表4-9。表4-9常用巖石的磨光值巖石名稱石灰?guī)r角頁巖斑巖石英巖花崗巖玄武巖砂巖磨光值平均值43455658596272范圍30～7040～5043～7145～6745～7045～8160～82四、道路用粗集料沖擊值

集料抵抗多次連續(xù)重復沖擊荷載作用的性能，稱為抗沖擊韌性，常用集料沖擊值（LSV）表示。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T0322—2000）的規(guī)定，集料沖擊值的測試是采用方孔篩篩取9.5～13.2mm的試樣m克，裝入金屬盛樣器中，在沖擊值試驗儀中用沖擊錘自380±5mm的高度自由落錘沖擊15次，再用2.36mm的篩篩去被沖碎的細粒，稱量篩余，計作m1，則沖擊值指標LSV按下式計算：

（4-4）式中：

LSV——集料的沖擊值（%）；

m——原試樣重量（g）；

m1——試驗后通過2.36mm的試樣重量（g）。集料的沖擊值越大，表明集料的抗沖擊性能越差。高速公路和一級公路的值要求不大于28%，普通公路不大于30%。

五、道路用粗集料磨耗值

集料磨耗值用于評定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T0323—2000）的規(guī)定，集料磨耗值采用道瑞磨耗機測定。將10～15mm的石子單層緊排于兩個試模內（每個試模內不少于24粒），用環(huán)氧樹脂砂漿固結成一整體，用石英砂磨料在磨盤上磨500轉，稱取磨耗前后的試樣重量，按下式計算集料的磨耗值。

（4-5）式中：

AAV——集料道瑞磨耗值；

m0——磨耗前試件的重量（g）；

m1——磨耗后試件的重量（g）；

——集料飽和面干密度（g/cm3）。集料磨耗值越高，表示集料的耐磨性越差。高速公路和一級公路抗滑面層用集料的磨耗值不大于14，普通公路不大于16。

六、道路用集料磨耗性

磨耗性是石料抵抗撞擊、剪切和摩擦等綜合作用的性能。常用洛杉機法磨耗試驗（JTJ058T0317—2000）和狄法爾法磨耗試驗（礫石JTJ058T0318—1994，碎石JTJ058T0319—1994）兩種方法（詳見試驗部分），用磨耗損失大小評價石料的抗磨耗性。磨耗損失按下式計算：

（4-6）式中：

Q——石料的磨耗率（%）；

m0——試驗前石料的重量（g）；

m1——試驗后石料在1.7mm（方孔篩）或2.0mm（圓孔篩）上的重量（g）。石料的磨耗率越大，表示石料的耐磨性能越差。

七、道路用石料耐候性

用于道路與橋梁工程的石料抵抗大氣自然因素作用的能力稱為耐候性。道路與橋梁工程由于都是暴露于大自然中無遮蓋的建筑物，長期受到各種自然因素的作用。如溫度升降引起的溫度應力作用；干濕循環(huán)引起的風化作用；冰凍引起的膨脹破壞作用等等。其力學性能將逐漸下降。通常用抗凍性和堅固性兩項指標來衡量石料的耐候性優(yōu)劣。

對于用于橋梁工程的石料，當月平均氣溫低于－10℃時，抗凍性試驗必須合格，其中耐凍系數(shù)（凍融循環(huán)前后飽水抗壓強度比）必須大于0.75。

八、道路用石料的技術要求

道路工程用石料根據(jù)造巖礦物的成分、含量以及組織結構分為四大巖類：

Ⅰ.巖漿巖類：如花崗巖、正長巖、輝長巖、輝綠巖、閃長巖、橄欖巖、玄武巖、安山巖、流紋巖等。

Ⅱ.石灰?guī)r類：石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等。

Ⅲ.砂巖和片麻巖類：石英巖、砂巖、片麻巖、石英片麻巖等。

Ⅳ表4-10常用天然石料的主要技術指標巖石類別主要巖石名稱石料等級技術標準飽水強度

（MPa）磨耗率（%）洛杉機法狄法爾法Ⅰ巖漿巖類花崗巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖等1＞120＜25＜42100～12025～304～5380～10030～455～74

45～607～10Ⅱ石灰?guī)r類石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等1＞100＜30＜5280～10030～355～6360～8035～506～12430～6050～6012～20Ⅲ砂巖和片麻巖類石英巖、砂巖、片麻巖、石英片、麻巖等1＞100＜30＜5280～10030～355～7350～8035～457～10430～5045～6010～15Ⅳ礫石類

1

＜20＜52

20～305～73

30～507～124

50～6012～20第四節(jié)

普通混凝土的技術性質

一、新拌混凝土的性能

（一）混凝土的和易性

1．和易性的概念。

新拌混凝土的和易性，也稱工作性，是指拌合物易于攪拌、運輸、澆搗成型，并獲得質量均勻密實的混凝土的一項綜合技術性能。通常用流動性、粘聚性和保水性三項內容表示。流動性是指拌合物在自重或外力作用下產生流動的難易程度；粘聚性是指拌合物各組成材料之間不產生分層離析現(xiàn)象；保水性是指拌合物不產生嚴重的泌水現(xiàn)象。

通常情況下，混凝土拌合物的流動性越大，則保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之間存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有滿足施工要求的流動性，又具有良好的粘聚性和保水性。因此，不能簡單地將流動性大的混凝土稱之為和易性好，或者流動性減小說成和易性變差。良好的和易性既是施工的要求也是獲得質量均勻密實混凝土的基本保證。

2．和易性的測試和評定。

混凝土拌合物和易性是一項極其復雜的綜合指標，到目前為止全世界尚無能夠全面反映混凝土和易性的測定方法，通常通過測定流動性，再輔以其他直觀觀察或經驗綜合評定混凝土和易性。流動性的測定方法有坍落度法、維勃稠度法、探針法、斜槽法、流出時間法和凱利球法等十多種，對普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和維勃稠度法。

（1）坍落度法：將攪拌好的混凝土分三層裝入坍落度筒中（見圖4-5a），每層插搗25次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土則在自重作用下坍落，以坍落高度（單位mm）代表混凝土的流動性。坍落度越大，則流動性越好。

粘聚性通過觀察坍落度測試后混凝土所保持的形狀，或側面用搗棒敲擊后的形狀判定，如圖4-5所示。當坍落度筒一提起即出現(xiàn)圖中（c）或（d）形狀，表示粘聚性不良；敲擊后出現(xiàn)（b）狀，則粘聚性好；敲擊后出現(xiàn)（c）狀，則粘聚性欠佳；敲擊后出現(xiàn)（d）狀，則粘聚性不良。

保水性是以水或稀漿從底部析出的量大小評定（見圖4-5b）。析出量大，保水性差，嚴重時粗骨料表面稀漿流失而裸露。析出量小則保水性好。圖4-5混凝土拌合物和易性測定根據(jù)坍落度值大小將混凝土分為四類：

①大流動性混凝土：坍落度≥160mm；

②流動性混凝土：坍落度100～150mm；

③塑性混凝土：坍落度10～90mm；

④干硬性混凝土：坍落度<10mm

坍落度法測定混凝土和易性的適用條件為：

a.粗骨料最大粒徑≤40mm；

b.坍落度≥10mm。

對坍落度小于10mm的干硬性混凝土，坍落度值已不能準確反映其流動性大小。如當兩種混凝土坍落度均為零時，但在振搗器作用下的流動性可能完全不同。故一般采用維勃稠度法測定。

（2）維勃稠度法：坍落度法的測試原理是混凝土在自重作用下坍落，而維勃稠度法則是在坍落度筒提起后，施加一個振動外力，測試混凝土在外力作用下完全填滿面板所需時間（單位：秒）代表混凝土流動性。時間越短，流動性越好；時間越長，流動性越差。見示意圖4-6。圖4-6維勃稠度試驗儀

1.容器；2.坍落度筒；3.圓盤；4.滑棒；5.套筒；6.13.螺栓；7.漏斗；

8.支柱；9.定位螺絲；10.荷重；11.元寶螺絲；12.旋轉架（3）坍落度的選擇原則：實際施工時采用的坍落度大小根據(jù)下列條件選擇。

①構件截面尺寸大小：截面尺寸大，易于振搗成型，坍落度適當選小些，反之亦然。

②鋼筋疏密：鋼筋較密，則坍落度選大些。反之亦然。

③搗實方式：人工搗實，則坍落度選大些。機械振搗則選小些。

④運輸距離：從攪拌機出口至澆搗現(xiàn)場運輸距離較遠時，應考慮途中坍落度損失，坍落度宜適當選大些，特別是商品混凝土。

⑤氣候條件：氣溫高、空氣相對濕度小時，因水泥水化速度加快及水份揮發(fā)加速，坍落度損失大，坍落度宜選大些，反之亦然。

一般情況下，坍落度可按表4-11選用。表4-11混凝土澆筑時的坍落度（mm）構件種類坍落度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10～30板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50配筋密列的結構（薄壁、斗倉、簡倉、細柱等）50～70配筋特密的結構70～903．影響和易性的主要因素。

（1）單位用水量

單位用水量是混凝土流動性的決定因素。用水量增大，流動性隨之增大。但用水量大帶來的不利影響是保水性和粘聚性變差，易產生泌水分層離析，從而影響混凝土的勻質性、強度和耐久性。大量的實驗研究證明在原材料品質一定的條件下，單位用水量一旦選定，單位水泥用量增減50～100kg/m3，混凝土的流動性基本保持不變，這一規(guī)律稱為固定用水量定則。這一定則對普通混凝土的配合比設計帶來極大便利，即可通過固定用水量保證混凝土坍落度的同時，調整水泥用量，即調整水灰比，來滿足強度和耐久性要求。在進行混凝土配合比設計時，單位用水量可根據(jù)施工要求的坍落度和粗骨料的種類、規(guī)格，根據(jù)JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規(guī)程》按表4-12選用，再通過試配調整，最終確定單位用水量。表4-12混凝土單位用水量選用表項目指標卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）102031.540162031.540坍落度（mm）10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195維勃稠度（s）16～20175160-145180170-15511～15180165-150185175-1605～10185170-155190180-165注：

1.本表用水量系采用中砂時的平均取值，如采用細砂，每立方米混凝土用水量可增加5～10kg，采用粗砂時則可減少5～10kg。

2.摻用各種外加劑或摻合料時，可相應增減用水量。

3.本表不適用于水灰比小于0.4時的混凝土以及采用特殊成型工藝的混凝土。（2）漿骨比

漿骨比指水泥漿用量與砂石用量之比值。在混凝土凝結硬化之前，水泥漿主要賦予流動性；在混凝土凝結硬化以后，主要賦予粘結強度。在水灰比一定的前提下，漿骨比越大，即水泥漿量越大，混凝土流動性越大。通過調整漿骨比大小，既可以滿足流動性要求，又能保證良好的粘聚性和保水性。漿骨比不宜太大，否則易產生流漿現(xiàn)象，使粘聚性下降。漿骨比也不宜太小，否則因骨料間缺少粘結體，拌合物易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。因此，合理的漿骨比是混凝土拌合物和易性的良好保證。

（3）水灰比

水灰比即水用量與水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不變的情況下，水灰比增大，相當于單位用水量增大，水泥漿很稀，拌合物流動性也隨之增大，反之亦然。用水量增大帶來的負面影響是嚴重降低混凝土的保水性，增大泌水，同時使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小，否則因流動性過低影響混凝土振搗密實，易產生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流動性、保水性和粘聚性的良好保證。

（4）砂率

砂率是指砂子占砂石總重量的百分率，表達式為：

（4-7）式中：

——砂率；

S——砂子用量（kg）；

G——石子用量（kg）。

砂率對和易性的影響非常顯著。

①對流動性的影響。在水泥用量和水灰比一定的條件下，由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤滑和輥珠作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內，隨砂率增大，混凝土流動性增大。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，粗細骨料的總表積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低。所以砂率超過一定范圍，流動性隨砂率增加而下降，見圖4-7a。圖4-7砂率與混凝土流動性和水泥用量的關系②對粘聚性和保水性的影響。砂率減小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易產生泌水、離析和流漿現(xiàn)象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率過大，當水泥漿不足以包裹骨料表面時，則粘聚性反而下降。

③合理砂率的確定。合理砂率是指砂子填滿石子空隙并有一定的富余量，能在石子間形成一定厚度的砂漿層，以減少粗骨料間的摩擦阻力，使混凝土流動性達最大值?；蛘咴诒３至鲃有圆蛔兊那闆r下，使水泥漿用量達最小值。如圖4-7b。

合理砂率的確定可根據(jù)上述兩原則通過試驗確定。在大型混凝土工程中經常采用。對普通混凝土工程可根據(jù)經驗或根據(jù)JGJ55參照表4-13選用。表4-13混凝土砂率選用表水灰比（W/C）卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～32注：

①表中數(shù)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本砂率適用于坍落度為10～60mm的混凝土。坍落度如大于60mm或小于10mm時，

應相應增大或減小砂率；按每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以調整。

③只用一個單粒級粗骨料配制混凝土時，砂率值應適當增大；

④摻有各種外加劑或摻合料時，其合理砂率值應經試驗或參照其他有關規(guī)定選用；

⑤對薄壁構件砂率取偏大值。

（5）水泥品種及細度

水泥品種不同時，達到相同流動性的需水量往往不同，從而影響混凝土流動性。另一方面，不同水泥品種對水的吸附作用往往不等，從而影響混凝土的保水性和粘聚性。如火山灰水泥、礦渣水泥配制的混凝土流動性比普通水泥小。在流動性相同的情況下，礦渣水泥的保水性能較差，粘聚性也較差。同品種水泥越細，流動性越差，但粘聚性和保水性越好。

（6）骨料的品種和粗細程度

卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流動性較好，但粘聚性和保水性則相對較差。河砂與山砂的差異與上述相似。對級配符合要求的砂石料來說，粗骨料粒徑越大，砂子的細度模數(shù)越大，則流動性越大，但粘聚性和保水性有所下降，特別是砂的粗細，在砂率不變的情況下，影響更加顯著。

（7）外加劑

改善混凝土和易性的外加劑主要有減水劑和引氣劑。它們能使混凝土在不增加用水量的條件下增加流動性，并具有良好的粘聚性和保水性。詳見第五節(jié)。

（8）時間、氣候條件

隨著水泥水化和水分蒸發(fā)，混凝土的流動性將隨著時間的延長而下降。氣溫高、濕度小、風速大將加速流動性的損失。

4．混凝土和易性的調整和改善措施

（1）當混凝土流動性小于設計要求時，為了保證混凝土的強度和耐久性，不能單獨加水，必須保持水灰比不變，增加水泥漿用量。但水泥漿用量過多，則混凝土成本提高，且將增大混凝土的收縮和水化熱等。混凝土的粘聚性和保水性也可能下降。

（2）當坍落度大于設計要求時，可在保持砂率不變的前提下，增加砂石用量。實際上相當于減少水泥漿數(shù)量。

（3）改善骨料級配，既可增加混凝土流動性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，實際操作難度往往較大。

（4）摻減水劑或引氣劑，是改善混凝土和易性的最有效措施。

（5）盡可能選用最優(yōu)砂率。當粘聚性不足時可適當增大砂率。

（二）混凝土的凝結時間

混凝土的凝結時間與水泥的凝結時間有相似之處，但由于骨料的摻入，水灰比的變動及外加劑的應用，又存在一定的差異。水灰比增大，凝結時間延長；早強劑、速凝劑使凝結時間縮短；緩凝劑則使凝結時間大大延長。

混凝土的凝結時間分初凝和終凝。初凝指混凝土加水至失去塑性所經歷的時間，亦即表示施工操作的時間極限；終凝指混凝土加水到產生強度所經歷時間。初凝時間希望適當長，以便于施工操作；終凝與初凝的時間差則越短越好。

混凝土凝結時間的測定通常采用貫入阻力法。影響混凝土實際凝結時間的因素主要有水灰比、水泥品種、水泥細度、外加劑、摻合料和氣候條件等等。第五節(jié)

混凝土外加劑

外加劑是指能有效改善混凝土某項或多項性能的一類材料。其摻量一般只占水泥量的5%以下，卻能顯著改善混凝土的和易性、強度、耐久性或調節(jié)凝結時間及節(jié)約水泥。外加劑的應用促進了混凝土技術的飛速進步，技術經濟效益十分顯著，使得高強高性能混凝土的生產和應用成為現(xiàn)實，并解決了許多工程技術難題。如遠距離運輸和高聳建筑物的泵送問題；緊急搶修工程的早強速凝問題；大體積混凝土工程的水化熱問題；縱長結構的收縮補償問題；地下建筑物的防滲漏問題等等。目前，外加劑已成為除水泥、水、砂子、石子以外的第五組成材料，應用越來越廣泛。

一、外加劑的分類

混凝土外加劑一般根據(jù)其主要功能分類：

1．改善混凝土流變性能的外加劑。主要有減水劑、引氣劑、泵送劑等。

2．調節(jié)混凝土凝結硬化性能的外加劑。主要有緩凝劑、速凝劑、早強劑等。

3．調節(jié)混凝土含氣量的外加劑。主要有引氣劑、加氣劑、泡沫劑等。

4．改善混凝土耐久性的外加劑。主要有引氣劑、防水劑、阻銹劑等。

5．提供混凝土特殊性能的外加劑。主要有防凍劑、膨脹劑、著色劑、引氣劑和泵送劑等。

二、建筑工程中常用的混凝土外加劑品種

（一）減水劑

減水劑是指在混凝土坍落度相同的條件下，能減少拌合用水量；或者在混凝土配合比和用水量均不變的情況下，能增加混凝土坍落度的外加劑。根據(jù)減水率大小或坍落度增加幅度分為普通減水劑和高效減水劑兩大類。此外，尚有復合型減水劑，如引氣減水劑，既具有減水作用，同時具有引氣作用；早強減水劑，既具有減水作用，又具有提高早期強度作用；緩凝減水劑，同時具有延緩凝結時間的功能等等。

1．減水劑的主要功能。

（1）配合比不變時顯著提高流動性。

（2）流動性和水泥用量不變時，減少用水量，降低水灰比，提高強度。

（3）保持流動性和強度不變時，節(jié)約水泥用量，降低成本。

（4）配置高強高性能混凝土。

2．減水劑的作用機理。減水劑提高混凝土拌合物流動性的作用機理主要包括分散作用和潤滑作用兩方而。減水劑實際上為一種表面活性劑，長分子鏈的一端易溶于水——親水基，另一端難溶于水——憎水基，如圖4-17所示。圖4-17表面活性劑（減水劑）

圖4-18減水劑作用機理示意圖（1）分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥顆粒分子引力的作用，使水泥漿形成絮凝結構，使10%～30%的拌合水被包裹在水泥顆粒之中，不能參與自由流動和潤滑作用，從而影響了混凝土拌合物的流動性（如圖4-18a）。當加入減水劑后，由于減水劑分子能定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有同一種電荷（通常為負電荷），形成靜電排斥作用，促使水泥顆粒相互分散，絮凝結構破壞，釋放出被包裹部分水，參與流動，從而有效地增加混凝土拌合物的流動性（如圖4-18b）。

（2）潤滑作用：減水劑中的親水基極性很強，因此水泥顆粒表面的減水劑吸附膜能與水分子形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜（圖4-18c），這層水膜具有很好的潤滑作用，能有效降低水泥顆粒間的滑動阻力，從而使混凝土流動性進一步提高。

3.常用減水劑品種。

（1）木質素系減水劑：木素質系減水劑主要有木質素磺酸鈣（簡稱木鈣，代號MG），木質素磺酸鈉（木鈉）和木質素磺酸鎂（木鎂）三大類。工程上最常使用的為木鈣。

MG是由生產紙漿的木質廢液，經中和發(fā)酵、脫糖、濃縮、噴霧干燥而制成的棕黃色粉末。

MG屬緩凝引氣型減水劑，摻量擬控制在0.2%～0.3%之間，超摻有可能導致數(shù)天或數(shù)十天不凝結，并影響強度和施工進度，嚴重時導致工程質量事故。

MG的減水率約為10%，保持流動性不變，可提高混凝土強度8%～10%；若不減水則可增大混凝土坍落度約80～100mm；若保持和易性與強度不變時，可節(jié)約水泥5%～10%；

MG主要適用于夏季混凝土施工、滑模施工、大體積混凝土和泵送混凝土施工，也可用于一般混凝土工程。

MG不宜用于蒸汽養(yǎng)護混凝土制品和工程。

（2）萘磺酸鹽系減水劑：萘磺酸鹽系減水劑簡稱萘系減水劑，它是以工業(yè)萘或由煤焦油中分餾出含萘的同系物經分餾為原料，經磺化、縮合等一系列復雜的工藝而制成的棕黃色粉末或液體。其主要成分為β—萘磺酸鹽甲醛縮合物。品種很多，如FDN、NNO、NF、MF、UNF、XP、SN－Ⅱ、建1、NHJ等等。

萘系減水劑多數(shù)為非引氣型高效減水劑，適宜摻量為0.5%～1.2%，減水率可達15%～30%，相應地可提高28天強度10%以上，或節(jié)約水泥10%～20%。

萘系減水劑對鋼筋無銹蝕作用，具有早強功能。但混凝土的坍落度損失較大，故實際生產的萘系減水劑，極大多數(shù)為復合型的，通常與緩凝劑或引氣劑復合。

萘系減水劑主要適用于配制高強、早強、流態(tài)和蒸養(yǎng)混凝土制品和工程，也可用于一般工程。

（3）樹脂系減水劑：樹脂系減水劑為磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，通常稱為密胺樹脂系減水劑。主要以三聚氰胺、甲醛和亞硫酸鈉為原料，經磺化、縮聚等工藝生產而成的棕色液體。最常用的有SM樹脂減水劑。

SM為非引氣型早強高效減水劑，性能優(yōu)于萘系減水劑，但目前價格較高，適宜摻量0.5%～2.0%，減水率可達20%以上，1天強度提高一倍以上，7天強度可達基準28天強度，長期強度也能提高，且可顯著提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性和彈性模量。

摻SM減水劑的混凝土粘聚性較大，可泵性較差，且坍落度經時損失也較大。目前主要用于配制高強混凝土、早強混凝土、流態(tài)混凝土、蒸汽養(yǎng)護混凝土和鋁酸鹽水泥耐火混凝土等。

（4）糖蜜類減水劑：糖蜜類減水劑是以制糖業(yè)的糖渣和廢蜜為原料，經石灰中和處理而成的棕色粉末或液體。國產品種主要有3FG、TF、ST等。

糖蜜減水劑與MG減水劑性能基本相同，但緩凝作用比MG強，故通常作為緩凝劑使用。適宜摻量0.2%～0.3%，減水率10%左右。主要用于大體積混凝土、大壩混凝土和有緩凝要求的混凝土工程。

（5）復合減水劑：單一減水劑往往很難滿足不同工程性質和不同施工條件的要求，因此，減水劑研究和生產中往往復合各種其他外加劑，組成早強減水劑、緩凝減水劑、引氣減水劑、緩凝引氣減水劑等等。隨著工程建設和混凝土技術進步的需要，各種新型多功能復合減水劑正在不斷研制生產中，如2～3h內無坍落度損失的保塑高效減水劑等，這一類外加劑主要有：聚羧酸鹽與改性木質素的復合物、帶磺酸端基的聚羧酸多元聚合物、芳香族氨基磺酸系高分子化合物、改性羥基衍生物與烷基芳香磺酸鹽的復合物、萘磺酸甲醛縮合物與木鈣等的復合物、三聚氰胺甲醛縮合物與木鈣等的復合物。

其它減水劑新品種還有以甲基萘為原料的聚次甲基甲基萘磺酸鈉減水劑；以古馬隆為原料的氧茚樹脂磺酸鈉減水劑；胺基磺酸鹽系高效減水劑；丙烯酸酯或醋酸乙烯的接枝共聚物系高效減水劑；聚羧酸醚系與交聯(lián)聚合物的復合物系高效減水劑；順丁烯二酸衍生共聚物系高效減水劑；聚羧酸系高分子聚合物系減水劑等。

（二）早強劑

早強劑是指能加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑。主要作用機理是加速水泥水化速度，加速水化產物的早期結晶和沉淀。主要功能是縮短混凝土施工養(yǎng)護期，加快施工進度，提高模板的周轉率。主要適用于有早強要求的混凝土工程及低溫、負溫施工混凝土、有防凍要求的混凝土、預制構件、蒸汽養(yǎng)護等等。早強劑的主要品種有氯鹽、硫酸鹽和有機胺三大類，但更多使用的是它們的復合早強劑。

1．氯化鈣早強劑。氯鹽類早強劑主要有CaCl2、NaCl、KCl、AlCl3和FeCl3等。工程上最常用的是CaCl2，為白色粉末，適宜摻量0.5%～3%。由于Cl-對鋼筋有腐蝕作用，故鋼筋混凝土中摻量應控制在1%以內。CaCl2早強劑能使混凝土3天強度提高50%～100%，7天強度提高20%～40%，但后期強度不一定提高，甚至可能低于基準混凝土。此外，氯鹽類早強劑對混凝土耐久性有一定影響，因此CaCl2早強劑及氯鹽復合早強劑不得在下列工程中使用：

（1）環(huán)境相對濕度大于8%、水位升降區(qū)、露天結構或經常受水淋的結構。主要是防止泛鹵。

（2）鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位及有外露鋼筋埋件而無防護措施的結構。

（3）含有酸堿或硫酸鹽侵蝕介質中使用的結構。

（4）環(huán)境溫度高于60℃的結構。

（5）使用冷拉鋼筋或冷拔低碳鋼絲的結構。

（6）給排水構筑物、薄壁構件、中級和重級吊車、屋架、落錘或鍛錘基礎。

（7）預應力混凝土結構。

（8）含有活性骨料的混凝土結構。

（9）電力設施系統(tǒng)混凝土結構。

此外，為消除CaCl2對鋼筋的銹蝕作用，通常要求與阻銹劑亞硝酸鈉復合使用。

2．硫酸鹽類早強劑。硫酸鹽類早強劑主要有硫酸鈉（即元明粉，俗稱芒硝）、硫代硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁及硫酸鋁鉀（即明礬）等。建筑工程中最常用的為硫酸鈉早強劑。

硫酸鈉為白色粉末，適宜摻量為0.5%～2.0%；早強效果不及CaCl2。對礦渣水泥混凝土早強效果較顯著，但后期強度略有下降。硫酸鈉早強劑在預應力混凝土結構中的摻量不得大于1%；潮濕環(huán)境中的鋼筋混凝土結構中摻量不得大于1.5%；嚴格控制最大摻量，超摻可導致混凝土后期膨脹開裂，強度下降；混凝土表面起“白霜”，影響外觀和表面裝飾。此外，硫酸鈉早強劑不得用于下列工程：

（1）與鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位的結構及外露鋼筋預埋件而無防護措施的結構。

（2）使用直流電源的工廠及電氣化運輸設施的鋼筋混凝土結構。

（3）含有活性骨料的混凝土結構。

3．有機胺類早強劑。有機胺類早強劑主要有三乙醇胺、三異醇胺等。工程上最常用的為三乙醇胺。三乙醇胺為無色或淡黃色油狀液體，呈堿性，易溶于水。三乙醇胺的摻量極微，一般為水泥重的0.02%～0.05%，雖然早強效果不及CaCl2，但后期強度不下降并略有提高，且無其他影響混凝土耐久性的不利作用。但摻量不宜超過0.1%，否則可能導致混凝土后期強度下降。摻用時可將三乙醇胺先用水按一定比例稀釋，以便于準確計量。此外，為改善三乙醇胺的早強效果，通常與其他早強劑復合使用。

4．復合早強劑。為了克服單一早強劑存在的各種不足，發(fā)揮各自特點，通常將三乙醇胺、硫酸鈉、氯化鈣、氯化鈉、石膏及其他外加劑復配組成復合早強劑效果大大改善，有時可產生超疊加作用。常用配方有：

（1）三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.5%。

（2）三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.3～0.5%+亞硝酸鈉1%～2%。

（3）三乙醇胺0.02%～0.05%+生石膏2%+亞硝酸鈉1%。

（4）硫酸鈉+亞硝酸鈉+氯化鈣+氯化鈉＝（1%～1.5%）+（1%～3%）+（0.3%～0.5%）+（0.3%～0.5%）。

（5）硫酸鈉+NaCl=（0.5%～1.5%）+（0.3%～0.5%）。

（6）硫酸鈉+亞硝酸鈉＝（0.5%～1.5%）+1.0%。

（7）硫酸鈉+三乙醇胺＝（0.5%～1.5%）+0.05%。

（8）硫酸鈉+三乙醇胺+石膏＝（1%～1.5%）+2%+（0.03%～0.05%）。

（9）CaCl2第六節(jié)

混凝土的質量檢驗和評定

一、混凝土質量波動的原因

在混凝土施工過程中，原材料、施工養(yǎng)護、試驗條件、氣候因素的變化，均可能造成混凝土質量的波動，影響到混凝土的和易性、強度及耐久性。由于強度是混凝土的主要技術指標，其他性能可從強度得到間接反映，故以強度為例分析波動的因素。

（一）原材料的質量波動

原材料的質量波動主要有：砂細度模數(shù)和級配的波動；粗骨料最大粒徑和級配的波動；超遜徑含量的波動；骨料含泥量的波動；骨料含水量的波動；水泥強度（不同批或不同廠家的實際強度可能不同）的波動；外加劑質量的波動（如液體材料的含固量、減水劑的減水率等）等等。所有這些質量波動，均將影響混凝土的強度。在現(xiàn)場施工或預拌工廠生產混凝土時，必須對原材料的質量加以嚴格控制，及時檢測并加以調整，盡可能減少原材料質量波動對混凝土質量的影響。

（二）施工養(yǎng)護引起的混凝土質量波動

混凝土的質量波動與施工養(yǎng)護有著十分緊密的關系。如混凝土攪拌時間長短；計量時未根據(jù)砂石含水量變動及時調整配合比；運輸時間過長引起分層、析水；振搗時間過長或不足；澆水養(yǎng)護時間，或者未能根據(jù)氣溫和濕度變化及時調整保溫保濕措施等等。

（三）試驗條件變化引起的混凝土質量波動

試驗條件的變化主要指取樣代表性，成型質量（特別是不同人員操作時），試件的養(yǎng)護條件變化，試驗機自身誤差以及試驗人員操作的熟練程度等等。

二、混凝土質量（強度）波動的規(guī)律

在正常的原材料供應和施工條件下，混凝土的強度有時偏高，有時偏低，但總是在配制強度的附近波動，質量控制越嚴，施工管理水平越高，則波動的幅度越??；反之，則波動的幅度越大。通過大量的數(shù)理統(tǒng)計分析和工程實踐證明，混凝土的質量波動符合正態(tài)分布規(guī)律，正態(tài)分布曲線見圖4-19。圖4-19正態(tài)分布曲線正態(tài)分布的特點：

1．曲線形態(tài)呈鐘型，在對稱軸的兩側曲線上各有一個拐點。拐點至對稱軸的距離等于1個標準差。

2．曲線以平均強度為對稱軸兩邊對稱。即小于平均強度和大于平均強度出現(xiàn)的概率相等。平均強度值附近的概率（峰值）最高。離對稱軸越遠，出現(xiàn)的概率越小。

3．曲線與橫座標之間圍成的面積為總概率，即100%。

4．曲線越窄、越高，相應的標準差值（拐點離對稱距離）也越小，表明強度越集中于平均強度附近，混凝土勻質性好，質量波動小，施工管理水平高。若曲線寬且矮，相應的標準差越大，說明強度離散大、勻質性差、施工管理水平差。因此從概率分布曲線可以比較直觀地分析混凝土質量波動的情況。

三、混凝土強度的勻質性評定

混凝土強度的均勻性，通常采用數(shù)理統(tǒng)計方法加以評定，主要評定參數(shù)有：

（一）強度平均值

混凝土強度平均值按下式計算：

（4-17）式中，N為該批混凝土試件立方體抗壓強度的總組數(shù)；為第i組試件的強度值。理論上，平均強度與該批混凝土的配制強度相等，它只反映該批混凝土強度的總平均值，而不能反映混凝土強度的波動情況。例如平均強度20MPa，可以由15MPa、20MPa、25MPa求得，也可以由18MPa、20MPa、22MPa求得，雖然平均值相等，但它們的均勻性顯然后者優(yōu)于前者。

（二）標準差

混凝土強度標準差按下式計算：

（4-18）由正態(tài)分布曲線可知，標準差在數(shù)值上等于拐點至對稱軸的距離。其值越小，反映混凝土質量波動越小，均勻性越好。對平均強度相同的混凝土而言，標準差能確切反映混凝土質量的均勻性，但當平均強度不等時，并不確切。例如平均強度分別為20MPa和50MPa的混凝土，當均等于5MPa時，對前者來說波動已很大，而對后者來說波動并不算大。因此，對不同強度等級的混凝土單用標準差值尚難以評判其勻質性，宜采用變異系數(shù)加以評定。

（三）變異系數(shù)Cv

變異系數(shù)Cv根據(jù)下式計算：

（4-19）變異系數(shù)亦即為標準差與平均強度的比值，實際上反映相對于平均強度而言的變異程度。其值越小，說明混凝土質量越均勻，波動越小。如上例中，前者的Cv＝5/20＝0.25；后者的Cv＝5/50＝0.1。顯而易見，后者質量均勻性好，施工管理水平高。根據(jù)GBJ107—87中規(guī)定，混凝土的生產質量水平，可根據(jù)不同強度等級，在統(tǒng)計同期內混凝土強度的標準差和試件強度不低于設計等級的百分率來評定。并將混凝土生產單位質量管理水平劃分為“優(yōu)良”、“一般”及“差”三個等級。見表4-20。表4-20混凝土生產質量水平生產質量水平優(yōu)良一般差評定指標強度等級生產單位＜C20≥C20＜C20≥C20＜C20≥C20混凝土強度標準差σ（MPa）預拌混凝土和預制混凝土構件廠≤3.0≤3.5≤4.0≤5.0＞4.0＞5.0集中攪拌混凝土的施工現(xiàn)場≤3.5≤4.0≤4.5≤5.5＞4.5＞5.5強度等于或高于要求強度等級的百分率P（％）預拌混凝土廠和預制構件廠及集中攪拌的施工現(xiàn)場≥95≥85≤85（四）強度保證率（P%）

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的概念，強度保證率指混凝土強度總體中大于設計強度等級的概率，亦即混凝土強度大于設計等級的組數(shù)占總組數(shù)的百分率?？筛鶕?jù)正態(tài)分布的概率函數(shù)計算求得：

（4-20）式中：

P——強度保證率；

t——概率度，或稱為保證率系數(shù)，根據(jù)下式計算:

（4-21）式中：

——混凝土設計強度等級。

根據(jù)t值，可計算強度保證率P。由于計算比較復雜，一般可根據(jù)表4-21直接查取P值。表4-21不同t值的強度保證率P值t0.000.500.800.841.001.041.201.281.401.501.60P（%）50.069.278.880.084.185.188.590.091.993.594.5t1.6451.701.751.811.881.962.002.052.332.503.00P（%）95.095.596.096.597.097.597.798.099.099.499.87（五）混凝土的配制強度

從上述分析可知，如果混凝土的平均強度與設計強度等級相等，強度保證率系數(shù)t=0，此時保證率為50%，亦即只有50%的混凝土強度大于等于設計強度等級，工程質量難以保證。因此，必須適當提高混凝土的配制強度，以提高保證率。這里指的配制強度實際上等于混凝土的平均強度。根據(jù)我國JGJ55—2000的規(guī)定，混凝土強度保證率必須達到95%以上，此時對應的保證率系數(shù)t=1.645，由下式得：

（4-22）式中：

——混凝土的配制強度（MPa）；

——當生產單位或施工單位具有統(tǒng)計資料時，可根據(jù)實際情況自行控制取值，但強度等級小于等于C25時，不應小于2.5MPa；當強度等級≥C30時，不應小于3.0MPa；當無統(tǒng)計資料和經驗時，可參考下表4-22取值。表4-22標準差的取值表混凝土設計強度等級＜C20C20～C50＞C50（MPa）4.05.06.0四、混凝土強度檢驗評定標準

1．當混凝土的生產條件在較長時間內能保持一致，且同一品種混凝土的強度變異性能保持穩(wěn)定時，應由連續(xù)的三組試件代表一個驗收批，其強度應同時符合下列要求：

（4-23）

（4-24）當混凝土強度等級不高于C20時，尚應符合下式要求：

（4-25）

當混凝土強度等級高于C20時，尚應符合下式要求：

（4-26）

式中：

——同一驗收批混凝土強度的平均值（N/mm2）；

——設計的混凝土強度的標準值（N/mm2）；

——驗收批混凝土強度的標準差（N/mm2）；

——同一驗收批混凝土強度的最小值（N/mm2）。

驗收批混凝土強度的標準差，應根據(jù)前一檢驗期內同一品種混凝土試件的強度數(shù)據(jù)，按下式確定：

（4-27）

式中：

——前一檢驗期內第i驗收批混凝土試件中強度的最大值與最小值之差；

m——前一檢驗期內驗收批總批數(shù)。

2．當混凝土的生產條件不能滿足上述條件的規(guī)定時，或在前一檢驗期內的同一品種混凝土沒有足夠的強度數(shù)據(jù)用以確定驗收批混凝土強度標準差時，應由不少于10組的試件代表一個驗收批，其強度應同時符合下列要求：

（4-28）

（4-29）式中：

——驗收批混凝土強度的標準差（N/mm2），當?shù)挠嬎阒敌∮?.06時，取=0.06；

——合格判定系數(shù)。按下表取值。表4-23合格判定系數(shù)試件組數(shù)10～1415～24≥251.71.651.600.90.853．對零星生產的預制構件或現(xiàn)場攪拌批量不大的混凝土，可采用非統(tǒng)計方法評定，驗收批強度必須同時符合下列要求：

（4-30）

（4-31）

式中：

——驗收批混凝土強度的標準差（N/mm2），當?shù)挠嬎阒敌∮?.06時，取=0.06；

——合格判定系數(shù)。按下表取值。表4-23合格判定系數(shù)試件組數(shù)10～1415～24≥251.71.651.600.90.853．對零星生產的預制構件或現(xiàn)場攪拌批量不大的混凝土，可采用非統(tǒng)計方法評定，驗收批強度必須同時符合下列要求：

（4-30）

（4-31）

4．當對混凝土的試件強度代表性有懷疑時，可采用從結構、構件中鉆取芯樣或其他非破損檢驗方法，對結構、構件中的混凝土強度進行推定，作為是否應進行處理的依據(jù)。第七節(jié)

普通混凝土的配合比設計

一、混凝土配合比設計基本要求

混凝土配合比是指1m3混凝土中各組成材料的用量，或各組成材料之重量比。配合比設計的目的是為滿足以下四項基本要求：

1．滿足施工要求的和易性。

2．滿足設計的強度等級，并具有95%的保證率。

3．滿足工程所處環(huán)境對混凝土的耐久性要求。

4．經濟合理，最大限度節(jié)約水泥，降低混凝土成本。

二、混凝土配合比設計中的三個基本參數(shù)

為了達到混凝土配合設計的四項基本要求，關鍵是要控制好水灰比（W/C）、單位用量（W0）和砂率（Sp）三個基本參數(shù)。這三個基本參數(shù)的確定原則如下：

1．水灰比。

水灰比根據(jù)設計要求的混凝土強度和耐久性確定。確定原則為：在滿足混凝土設計強度和耐久性的基礎上，選用較大水灰比，以節(jié)約水泥，降低混凝土成本。

2．單位用水量。

單位用水量主要根據(jù)坍落度要求和粗骨料品種、最大粒徑確定。確定原則為：在滿足施工和易性的基礎上，盡量選用較小的單位用水量，以節(jié)約水泥。因為當W/C一定時，用水量越大，所需水泥用量也越大。

3．砂率。

合理砂率的確定原則為：砂子的用量填滿石子的空隙略有富余。砂率對混凝土和易性、強度和耐久性影響很大，也直接影響水泥用量，故應盡可能選用最優(yōu)砂率，并根據(jù)砂子細度模數(shù)、坍落度要求等加以調整，有條件時宜通過試驗確定。

三、混凝土配合比設計方法和原理

混凝土配合比設計的基本方法有兩種：一是體積法（又稱絕對體積法）；二是重量法（又稱假定表觀密度法），基本原理如下：

1.體積法基本原理。體積法的基本原理為混凝土的總體積等于砂子、石子、水、水泥體積及混凝土中所含的少量空氣體積之總和。若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk

（4-32）若以C0、W0、S0、G0分別表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量（kg），以、、、分別表示水、水泥的密度和砂、石子的表觀密度（g/cm3），10表示混凝土中空氣體積，則上式可改為：

（4-33）式中，為混凝土含氣量百分率（%），在不使用引氣型外加劑時，可取=1。

2.重量法基本原理。重量法基本原理為混凝土的總重量等于各組成材料重量之和。當混凝土所用原材料和三項基本參數(shù)確定后，混凝土的表觀密度（即1m3混凝土的重量）接近某一定值。若預先能假定出混凝土表觀密度，則有：

（4-34）式中為1m3為混凝土的重量（kg），即混凝土的表觀密度。可根據(jù)原材料、和易性、強度等級等信息在2350～2450kg/m3之間選用。

混凝土配合比設計中砂、石料用量指的是干燥狀態(tài)下的重量。水工、港工、交通系統(tǒng)常采用飽和面干狀態(tài)下的重量。

四、混凝土配合比設計步驟

混凝土配合比設計步驟為：首先根據(jù)原始技術資料計算“初步計算配合比”；然后經試配調整獲得滿足和易性要求的“基準配合比”；再經強度和耐久性檢驗定出滿足設計要求、施工要求和經濟合理的“試驗室配合比”；最后根據(jù)施工現(xiàn)場砂、石料的含水率換算成“施工配合比”。

（一）初步計算配合比計算步驟

1．計算混凝土配制強度（）。

（4-35）

2．根據(jù)配制強度和耐久性要求計算水灰比（W/C）。

（1）根據(jù)強度要求計算水灰比。

由式：，則有：（2）根據(jù)耐久性要求查表4-18，得最大水灰比限值。

（3）比較強度要求水灰比和耐久性要求水灰比，取兩者中的最小值。

3．根據(jù)施工要求的坍落度和骨料品種、粒徑、由表4-12選取每立方米混凝土的用水量（W0）。

4．計算每立方米混凝土的水泥用量（C0）。（1）計算水泥用量：

（2）查表4-18，復核是否滿足耐久性要求的最小水泥用量，取兩者中的較大值。

5．確定合理砂率（Sp）。

（1）可根據(jù)骨料品種、粒徑及W/C查表4-13選取。實際選用時可采用內插法，并根據(jù)附加說明進行修正。

（2）在有條件時，可通過試驗確定最優(yōu)砂率。

6．計算砂、石用量（S0、G0），并確定初步計算配合比。

（1）重量法：

（4-36）（2）體積法：

（4-37）

（3）配合比的表達方式：

①根據(jù)上述方法求得的C0、W0、S0、G0，直接以每立方米混凝土材料的用量（kg）表示。

②根據(jù)各材料用量間的比例關系表示：C0：S0：G0＝1：S0/C0：G0/C0，再加上W/C值。

（二）基準配合比和試驗室配合比的確定

初步計算配合比是根據(jù)經驗公式和經驗圖表估算而得，因此不一定符合實際情況，必經通過試拌驗證。當不符合設計要求時，需通過調整使和易性滿足施工要求，使W/C滿足強度和耐久性要求。

1．和易性調整——確定基準配合比。根據(jù)初步計算配合比配成混凝土拌合物，先測定混凝土坍落度，同時觀察粘聚性和保水性。如不符合要求，按下列原則進行調整：

（1）當坍落度小于設計要求時，可在保持水灰比不變的情況下，增加用水量和相應的水泥用量（水泥漿）。

（2）當坍落度大于設計要求時，可在保持砂率不變的情況下，增加砂、石用量（相當于減少水泥漿用量）。

（3）當粘聚性和保水性不良時（通常是砂率不足），可適當增加砂用量，即增大砂率。

（4）當拌合物顯得砂漿量過多時，可單獨加入適量石子，即降低砂率。

在混凝土和易性滿足要求后，測定拌合物的實際表觀密度（），并按下式計算每1m3混凝土的各材料用量——即基準配合比：

令：A＝C拌+W拌+S拌+G