《建筑材料》課件第4章

項目四混凝土任務一概述任務二普通混凝土的組成材料任務三混凝土拌和物的和易性任務四硬化后混凝土的強度任務五混凝土的耐久性任務六普通混凝土配合比設計任務七混凝土的質量控制與評定任務八其他種類混凝土簡介

教學要求

了解：普通混凝土的組成材料、性能和影響性能的因素，了解其他種類混凝土的特點和使用情況，了解混凝土技術的新進展及其發(fā)展趨勢。

掌握：普通混凝土各組成原材料的技術要求及選用。

重點：影響混凝土質量的各種因素及提高其質量的措施。

難點：混凝土配合比的基本設計方法。

【走進歷史】

歐洲工業(yè)革命給建筑材料的發(fā)展帶來質的飛躍

建筑材料是隨著人類的進化而發(fā)展的，它和人類文明有著十分密切的關系，人類歷史發(fā)展的各個階段，建筑材料都是顯示它的文化的主要標志之一。建筑材料的發(fā)展是一個悠久而又緩慢的過程。每當出現(xiàn)新的建筑材料時，土木工程就有飛躍式的發(fā)展。土木工程的三次飛躍發(fā)展是磚瓦的出現(xiàn)、鋼材的大量運用、混凝土的興起。至18世紀，雖然人類經過了漫長的發(fā)展過程，但生產力停滯不前，建筑材料的發(fā)展也極為緩慢，建筑材料無論在質上還是量上，都沒有出現(xiàn)很大的飛躍，仍長期限于磚、石、木材作為結構材料。

1760年開始的歐洲工業(yè)革命改變了這一切。城市的出現(xiàn)與擴大，工業(yè)的迅速發(fā)展，交通的日益發(fā)達需要建造大規(guī)模的建筑物、構筑物和建筑設施，這推動了土木工程材料的前進。19世紀后，工業(yè)生產的建筑材料有了長足的進步，而這種巨變的集中標志就是鋼材、水泥、混凝土、鋼筋混凝土的發(fā)明與應用。

水泥剛發(fā)明時，人們用水泥、砂子和水配制成砂漿，凝固后成為人造石塊，這種石塊抗壓強度很高，但抗拉強度只有抗壓強度的十分之一，應用范圍有限。法國有一個叫約瑟夫?莫厄埃的園藝師，他在工作中需要經常搬動花盆，稍不留神就會打破泥瓦花盆。

1867年的某一天，蒙尼亞突發(fā)奇想，他在花盆外箍上幾道鐵絲作保護，然后在鐵絲外抹上一層水泥砂漿，這樣即可掩蓋鐵絲，又可防止鐵絲生銹。蒙尼亞制造的花盆結實耐用、不易破碎，其外觀也不錯，很受人們的歡迎，為此他申報了專利，自己也由一個園藝師變?yōu)榛ㄅ柚圃焐?。到?9世紀末，俄國建筑師別列柳布斯基研究高層建筑時，迫切需要重量小、強度高的新結構材料。他對莫厄埃的發(fā)明作了仔細的考察，發(fā)現(xiàn)要應用于建筑領域，有兩個問題必須解決，其一是水泥和砂子都太細小，耗材太多；其二是鐵絲太細，容易被拉長斷裂，受力不能太大。于是，別列柳布斯基采取了兩個措施：一是在水泥漿料中加入相當數(shù)量石塊；二是用鋼筋代替鐵絲。他隨即進行了試驗，結果令人相當滿意，這意味著鋼筋混凝土正式誕生了。

1904年，俄國用鋼筋混凝土結構建造了一個高數(shù)十米的燈塔，具有自重輕、建造成本低、抗氣候變化能力強的優(yōu)點，引起了世界建筑界的廣泛贊譽，從此以后，世界建筑史進入了鋼筋混凝土的新紀元。1928年，制成了預應力鋼筋混凝土，產生了混凝土技術的第二次革命；1965年前后，混凝土外加劑，特別是減水劑的應用，使得混凝土的工作性能顯著提高，導致了混凝土技術的第三次革命。

目前，混凝土技術正朝著超高強、輕質、高耐久性、多功能和智能化方向發(fā)展。

4.1.1混凝土的概念

混凝土也稱砼，是目前最主要的土木工程材料之一。它是由膠凝材料、粗骨料、細骨料和水按一定比例配制，經攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護而成的人造石材。混凝土具有原料豐富、價格低廉，生產工藝簡單的特點；同時混凝土還具有抗壓強度高、耐久性好、強度等級范圍寬等特點，使其使用范圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，而且在機械工業(yè)，造船業(yè)，海洋開發(fā)，地熱工程等領域，混凝土也是重要的材料。任務一概述4.1.2混凝土的分類

混凝土的種類很多，分類方法也很多。

1.按所用膠凝材料分

混凝土通常根據(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。

2.按表觀密度分(主要是骨料不同)

(1)重混凝土：是指干表觀密度大于2800kg/m3的混凝土，常由高密度骨料重晶石和鐵礦石等配制而成，主要用于輻射屏蔽方面。

(2)普通混凝土：是指干表觀密度為2000kg/m3～2800kg/m3的水泥混凝土，主要以天然砂、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：是指干表觀密度小于1950kg/m3的混凝土，包括輕骨料混凝土、多孔混凝土和無砂大孔混凝土等，主要用于保溫和輕質材料。

3.按使用功能(或用途)分

按使用功能，混凝土可分為結構混凝土、防水混凝土、防輻射混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土、熱混凝土、大體積混凝土、膨脹混凝土、道路混凝土和水下不分散混凝土等多種。

4.按施工工藝分

按施工工藝，混凝土可分為泵送混凝土、噴射混凝土、真空脫水混凝土、造殼混凝土(裹砂混凝土)、碾壓混凝土、壓力灌漿混凝土(預填骨料混凝土)、熱拌混凝土、太陽能養(yǎng)護混凝土等多種。

5.按摻和料分

按摻和料，混凝土可分為粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、磨細高爐礦渣混凝土、纖維混凝土等多種。

6.按抗壓強度分

按抗壓強度，混凝土可分為低強混凝土(抗壓強度小于30MPa)、中強混凝土(抗壓強度30MPa～60MPa)和高強混凝土(抗壓強度大于等于60MPa)；超高強混凝土(抗壓強度大于等于100MPa)等。4.1.3混凝土的特點

1.普通混凝土的主要優(yōu)點

(1)原材料來源豐富?；炷林屑s70%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涟韬臀锞哂辛己玫牧鲃有院涂伤苄?，可根據(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)可根據(jù)需要設計調整性能。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和料，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15MPa～60MPa之間。當摻入高效減水劑和摻和料時，強度可達100MPa以上。而且，混凝土與鋼筋具有良好的粘結力，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，大大擴展了混凝土的應用范圍。

(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。

(6)環(huán)境保護?？梢猿浞掷霉I(yè)廢料作骨料和摻和料，有利于環(huán)境保護。

2.混凝土的主要缺點

(1)自重大、比強度小。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，不利于建筑物(構筑物)向高層、大跨度方向發(fā)展。

(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)硬化較慢，生產周期長，在自然環(huán)境、使用環(huán)境及內部因素作用下，混凝土的工作性能易發(fā)生劣化。

(4)大量生產、使用常規(guī)的水泥產品，會造成環(huán)境污染及溫室效應。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，施工方法的不斷完善，混凝土的不足之處在不斷地被克服。如摻入纖維或聚合物，可提高抗拉強度，大大降低混凝土的脆性；摻入減水劑、早強劑等外加劑，可顯著縮短硬化周期等。

普通混凝土是由水泥、水、砂子和石子組成的，另外，常還摻入適量的摻和料和外加劑。砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故稱為骨料(又叫集料)。砂子稱為細骨料，石子稱為粗骨料。水泥和水形成水泥漿包裹在骨料的表面并填充骨料之間的空隙，在混凝土硬化之前起潤滑作用，使混凝土拌和物具有施工所要求的流動性；硬化之后起膠結作用，將砂石骨料膠結成一個整體，使混凝土產生強度，成為堅硬的人造石材?；炷林械墓橇?，任務二普通混凝土的組成材料圖4-1普通混凝土結構示意圖一般不與水泥漿起化學反應，其作用是構成混凝土的骨架，降低水化熱，減少水泥硬化所產生的收縮并可降低造價。混凝土中的拌和水有兩個作用：供水泥的水化反應保證混凝土的和易性，剩余水留在混凝土的孔(空)隙中使混凝土中產生孔隙，對防止塑性收縮裂縫與和易性有利，對滲透性、強度和耐久性不利，外加劑起改性作用。摻和料起降低成本和改性作用，混凝土的結構如圖4-1所示。

混凝土的性能在很大程度上取決于組成材料的性能及其相對含量，因此必須根據(jù)工程性質、設計要求和施工現(xiàn)場的條件合理地選擇原料的品種、質量和用量。要做到合理選擇原材料，首先必須了解組成材料的性質、作用原理和質量要求，這樣才能保證混凝土的質量。4.2.1水泥

水泥是混凝土中最重要的組分，同時是混凝土組成材料中總價最高的材料。配制混凝土時，應正確選擇水泥品種和水泥強度等級，以配制出性能滿足要求、經濟性好的混凝土。

1.水泥品種的選擇

配制混凝土時，應根據(jù)工程性質、部位、施工條件和環(huán)境狀況等選擇水泥的品種。常用水泥的選擇見項目三的表3-5。

2.水泥強度等級的選擇

水泥強度等級的選擇應與混凝土的設計強度等級相適應。原則上是配制高強度等級的混凝土，選用高強度等級的水泥；配制低強度等級的混凝土，選用低強度等級的水泥。若用低強度等級的水泥配制高強度等級混凝土時，要想滿足強度要求，必然會增大水泥用量，不經濟；還會引起混凝土的收縮導致出現(xiàn)干縮開裂和溫度裂縫等劣化現(xiàn)象。反之，用高強度等級的水泥配制低強度等級的混凝土時，若只考慮滿足混凝土強度要求，水泥用量將較少，難以滿足混凝土拌和物的和易性和密實度，導致混凝土強度及耐久性降低；若水泥用量兼顧了耐久性等性能，又會導致混凝土超強和不經濟。因此，根據(jù)經驗，水泥的強度等級宜為混凝土強度等級的1.5～2倍，對于高強度的混凝土可取0.9～1.5倍。4.2.2細骨料

普通混凝土所用骨料按粒徑大小分為兩種：粒徑大于4.75mm的稱為粗骨料，粒徑在0.15mm～4.75mm之間的骨料稱為細骨料，簡稱砂。常用的細骨料有河砂、海砂、山砂和機制砂。

河砂：因長期經受流水和波浪的沖洗，顆粒較圓，比較潔凈，且分布較廣，一般工程都采用這種砂。

海砂：長期受到海流沖刷，顆粒圓滑，比較潔凈且粒度一般比較整齊，可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制鋼筋混凝土，這主要是因為氯離子含量高，容易導致鋼筋銹蝕，如要使用，必須經過淡水沖洗，使有害成分含量降低到要求以下。對于預應力鋼筋混凝土，則不宜采用海砂。

山砂：是從山谷或舊河床中采運而得到的，其顆粒多帶棱角，表面粗糙，但含泥量和有機物雜質較多，使用時應加以限制。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：由天然巖石軋碎而成，其顆粒富有棱角，比較潔凈，但砂中片狀顆粒及細粉含量較大，且成本較高，只有在缺乏天然砂時才常采用。

細骨料質量的優(yōu)劣，直接影響到混凝土質量的好壞。國家標準《建設用砂》(GB/T14684—2010)對砂的技術要求如下。

1.砂的粗細程度及顆粒級配

砂的粗細程度，是指不同粒徑的砂粒，混合在一起后的總體的粗細程度。通常有粗砂、中砂與細砂之分。在相同用量條件下，細砂的總表面積較大，而粗砂的總表面積較小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥漿包裹，砂子的總表面積愈大，則需要包裹砂粒表面的水泥漿就愈多。因此，一般說用粗砂拌制混凝土比用細砂所需的水泥漿為省。

砂的顆粒級配是指粒徑大小不同的砂粒的搭配情況。粒徑相同的砂粒堆積在一起，會產生很大的空隙率，如圖4-2(a)所示；當用兩種粒徑的砂搭配起來，空隙率就減少了，如圖4-2(b)所示；而用三種粒徑的砂搭配，空隙率就更小了，如圖4-2(c)所示。由此可見，要想減小砂粒間的空隙，就必須將大小不同的顆粒搭配起來使用。

圖4-2骨料的顆粒級配

(a)相同粒徑；(b)兩種粒徑；(c)三種粒徑

因此，在拌制混凝土時，砂的顆粒級配和粗細程度應同時考慮。當砂中含有較多的粗粒徑砂，并以適當?shù)闹辛缴凹吧倭考毩缴疤畛淦淇障?，則可達到空隙及總表面積均較小。這樣的砂比較理想，不僅水泥漿用量較少，而且還可提高混凝土的密實度與強度。

砂的粗細程度和顆粒級配通常用篩分析的方法進行測定，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??；Mx越小，砂比表面積越大。砂的顆粒級配和粗細程度。一般用級配區(qū)表示砂的顆粒級配。篩分析法是用一套孔徑(凈尺寸)為9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm、0.15mm的標準篩，將500g的干砂試樣由粗到細依次過篩，然后稱得各篩余留在各個篩上的砂的重量，并計算出各篩上的分計篩余百分率ai及累計篩余百分率Ai(各個篩和比該篩粗的所有分計篩余百分率之和)

ai和Ai的計算關系見表4-1。

表4-1累計篩余與分計篩余計算關系細度模數(shù)的計算公式為

(4-1)

細度模數(shù)越大，表示砂越粗。按細度模數(shù)可將砂分為粗、中、細三種規(guī)格：粗砂Mx=3.7～3.1；中砂Mx

=3.0～2.3；細砂Mx

=2.2～1.6。

砂的細度模數(shù)不能反映砂的級配優(yōu)劣。細度模數(shù)相同的砂，其級配可以不相同。因此，在配制混凝土時，必須同時考慮砂的級配和砂的細度模數(shù)。GB/T14684—2010規(guī)定，根據(jù)0.60mm篩孔的累計篩余，把Mx在3.7～1.6之間的常用砂的顆粒級配分為三個級配區(qū)，如表4-2所示。

表4-2砂的顆粒級配區(qū)范圍將篩分析試驗的結果與表4-2進行對照，來判斷砂的級配是否符合要求。但用表4-2來判斷砂的級配不直觀，為了方便應用，常用篩分曲線來判斷。所謂篩分曲線，是指以累計篩余百分率為縱坐標，以篩孔尺寸為橫坐標所畫的曲線。用表4-2的規(guī)定值畫出1、2、3三個級配區(qū)上下限值的篩分曲線得到圖4-3。試驗時，將砂樣篩分析試驗得到的各篩累計篩余百分率標注在圖4-3中，并連線，就可觀察此篩分曲線落在哪個級配區(qū)。

圖4-3砂的級配區(qū)曲線級配良好的粗砂應落在1區(qū)；級配良好的中砂應落在2區(qū)；細砂則在3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0.6mm對應的累計篩余率外，其余各擋允許有5%

的超界，當某一篩擋累計篩余率超界5%

以上時，說明砂級配很差，視作不合格。

配制混凝土時宜優(yōu)先選用2區(qū)砂。當采用1區(qū)砂時，應提高砂率，并保持足夠的水泥用量，以滿足混凝土的和易性。當采用3區(qū)砂時，宜適當降低砂率，以保證混凝土強度。如果某地區(qū)的砂子自然級配不符合要求，可采用人工級配砂。配制方法是當有粗、細兩種砂時，將兩種砂按合適的比例摻配在一起。當僅有一種砂時，篩分分級后，再按一定比例配制。

2.有害物質含量

普通混凝土用粗、細骨料中不應混有草根、樹葉、樹枝、塑料、爐渣、煤塊等雜物，并且骨料中所含硫化物、硫酸鹽和有機物等，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，其含量要符合表4-3的規(guī)定。對于砂，除了上面兩項外，云母、輕物質(指密度小于2000kg/m3的物質)的含量也需符合表4-3的規(guī)定，它們粘附于砂表面或夾雜其中，嚴重降低了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。

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?！督ㄔO用砂》(GB/T14684—2010)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：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4-3砂中有害物質含量限值3.堅固性

砂的堅固性是指砂在氣候、環(huán)境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。骨料是由天然巖石經自然風化作用而成的，機制骨料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骨料，應做堅固性檢驗。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4-4的要求。

表4-4骨料的堅固性指標4.砂的含水狀態(tài)

砂的含水狀態(tài)有以下四種，如圖4-4所示。

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。

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。

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。

圖4-4砂的含水狀態(tài)示意圖

(a)絕干狀態(tài)；(b)氣干狀態(tài)；(c)飽和回干狀態(tài)；(d)濕潤狀態(tài)濕潤狀態(tài)。砂粒內部吸水飽和，表面還含有部分表面水。施工現(xiàn)場，特別是雨后常出現(xiàn)此種狀況，攪拌混凝土中計量砂用量時，要扣除砂中的含水量；同樣，計量水用量時，要扣除砂中帶入的水量。

當砂處于潮濕狀態(tài)時，因含水率不同，砂的堆積體積會不同，其堆積密度也隨之改變。在采用體積法驗收、堆放及配料時，都應該注意濕砂的體積變化問題。在配制混凝土時，砂含水狀態(tài)不同會影響混凝土拌和水量及砂的用量，在配制混凝土時規(guī)定，以干燥狀態(tài)的砂為計算基準，在含水狀態(tài)時應進行換算。

5.表觀密度、松散堆積密度、空隙率

砂的表觀密度、松散堆積密度應符合如下規(guī)定：表觀密度不小于2500kg/m3；松散堆積密度不小于1400kg/m3；空隙率不大于44%。4.2.3粗骨料(卵石、碎石)

根據(jù)國家標準《建設用卵石、碎石》(GB/T14685—2010)的規(guī)定，粒徑在4.75mm～90mm之間的骨料稱為粗骨料。

1.粗骨料的種類及其特性

粗骨料有卵石(又稱為礫石)和碎石兩類。按粒徑尺寸分為連續(xù)粒級和單粒級兩種規(guī)格。

卵石：由自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的，粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。

碎石：天然巖石、卵石或礦山廢石經機械破碎、篩分制成的，粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。

碎石表面粗糙、棱角多，且較潔凈，與水泥石粘結比較牢固。卵石表面光滑，有機雜質含量較多，與水泥石膠結力較差。在相同條件下，卵石混凝土的強度較碎石混凝土低，在單位用水量相同的條件下，卵石混凝土的流動性較碎石混凝土大。

[工程實例分析4-1]

現(xiàn)象請觀察圖4-5(a)、(b)、(c)三種石子的形狀有何差別，分析其對拌制混凝土性能會有哪些影響。

(a)(b)(c)

圖4-5石子的形狀

(a)碎石1；(b)碎石2；(c)卵石原因分析

(a)為碎石1，針片狀顆粒含量較多。此針片狀的碎石過多，表面積大，不僅會影響混凝土和易性，還會影響強度。

(b)為碎石2，表面較粗糙，多棱角，比表面積較碎石1小，拌制混凝土時的性能優(yōu)于碎石1。

(c)為卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及表面積較小。故拌制混凝土時所需水泥量較小?；炷涟韬臀锖鸵仔暂^好。但卵石與水泥石粘結力會較差。在相同條件下，混凝土強度較低。

2.粗骨料的技術要求

粗骨料質量的優(yōu)劣，直接影響到混凝土質量的好壞。國家標準《建設用卵石、碎石》GB/T14685—2010對混凝土用卵石和碎石的質量均提出了要求。

1)最大粒徑和顆粒級配

與細骨料一樣，為了節(jié)約混凝土的水泥用量，提高混凝土密實度和強度，混凝土粗骨料的總表面積應盡可能減少，其空隙率應盡可能降低。粗骨料最大粒徑與其總表面大小緊密相關。所謂粗骨料的最大粒徑，是指粗骨料公稱粒級的上限。當骨料粒徑增大時，其總表面積減小，因此包裹它表面所需的水泥漿數(shù)量也相應會減少，從而可節(jié)約水泥，所以在條件許可的情況下，粗骨料最大粒徑應盡量用得大些。在普通混凝土中，骨料粒徑大于40mm并沒有好處，有可能造成混凝土強度下降。根據(jù)《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定，混凝土粗骨料的最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋間最小凈距的3/4；對于混凝土實心板，骨料的最大粒徑不宜超過板厚的1/3，且不得超過40mm；對于泵送混凝土，骨料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。石子粒徑過大，對運輸和攪拌都會造成很大不便。

粗骨料顆粒級配的含義和目的與細骨料相同，級配也是通過篩分析試驗來測定的。所用標準篩一套12個，均為方孔，孔徑依次為2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、

19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、75.0mm、90.0mm。試樣篩分析時，按表4-5選用部分篩號進行篩分，將試樣的累計篩余百分率結果與表4-5對照，來判斷該試樣級配是否合格。JGJ53—1992規(guī)定的標準篩均為圓孔，相應的篩孔尺寸為2.5mm、5mm、10mm、16mm、20mm、25mm、31.5mm、40mm、50mm、63mm、80mm及100mm。

表4-5

卵石和碎石的顆粒級配(GB/T14685—2010)粗骨料的顆粒級配分連續(xù)級配和間斷級配兩種。連續(xù)級配是石子由小到大各粒級相連的級配；間斷級配是指用小顆粒的粒級石子直接與大顆粒的粒級石子相配，中間缺了一段粒級的級配。土木工程中多采用連續(xù)級配，間斷級配雖然可獲得比連續(xù)級配更小的空隙率，但混凝土拌和物易產生離析現(xiàn)象，不便于施工，因此較少使用。

單粒級不宜單獨配制混凝土，主要用于組合連續(xù)級配或間斷級配。

2)強度

為了保證混凝土的強度，粗骨料必須致密并具有足夠的強度。粗骨料的強度采用巖石立方體強度或粒狀石子的壓碎指標來表示。

碎石的抗壓強度測定，是將其母巖制成邊長為50mm的立方體(或直徑與高均為50mm的圓柱體)試件，在水飽和狀態(tài)下測定其極限抗壓強度值。碎石抗壓強度一般在混凝土強度等級大于或等于C60時才檢驗，其他如有懷疑或必要的情況也可進行抗壓強度檢驗?；鸪蓭r的抗壓強度應不小于80MPa，變質巖的應不小于60MPa，水成巖的應不小于30MPa。

壓碎指標法是指將一定重量氣干狀態(tài)的9.5mm～19.0mm石子裝入標準筒內，放在壓力機上均勻加荷至200kN。卸荷后稱取試樣重量G0，再用2.36mm孔徑的篩篩除被壓碎的細粒。稱出留在篩上的試樣重量G1，按下式計算壓碎指標值Qe。

(4-2)

壓碎指標值可間接反映粗骨料的強度大小。壓碎指標值越小，說明粗骨料抵抗受壓破碎能力越強，其強度越大。

GB/T14685—2010規(guī)定，粗骨料壓碎指標符合表4-6的規(guī)定。表4-6碎石或卵石中壓碎指標碎石的強度可用抗壓強度和壓碎指標值表示，卵石的強度只用壓碎指標值表示。

3)堅固性

粗骨料在混凝土中起骨架作用，必須有足夠的堅固性。粗骨料的堅固性指在氣候、環(huán)境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。

骨料的堅固性用試樣在硫酸鈉溶液中經五次浸泡循環(huán)后質量損失的大小來判定。GB/T14685—2010規(guī)定，Ⅰ類、Ⅱ

類和

Ⅲ類粗骨料浸泡試驗后的質量損失分別不大于5%、8%和12%。

4)顆粒形狀及表面特征

卵石多為球形或橢球形，表面光滑無棱角。碎石多棱角、表面粗糙，與水泥石粘結力比卵石好，有利于配制高強混凝土。因此，當用水量和水泥用量相同時，卵石混凝土拌和物比碎石混凝土拌和物有較大的流動性，卵石混凝土的強度要比碎石混凝土低。

在石子中，常含有針、片狀顆粒，會使骨料空隙增大，降低拌和物流動性，增加水泥用量，而且在混凝土硬化后會降低混凝土強度及耐久性，因此應控制其含量。為此，GB/T14685—2010規(guī)定，Ⅰ類、Ⅱ類和

Ⅲ

類粗骨料的針片狀顆粒含量按質量計，應分別不大于5%、15%和25%。骨料平均粒徑指一個粒級的骨料其上、下限粒徑的算術平均值。

5)泥和泥塊及有害物質含量

砂、石中的黏土、淤泥會增加混凝土的用水量，導致混凝土干縮增加，同時還會粘附在骨料表面，降低骨料與水泥石的粘結力，導致混凝土強度和耐久性降低。骨料中的有機物、硫化物和硫酸鹽會引起水泥石腐蝕，降低混凝土耐久性。因此，GB/T14685—2010規(guī)定，碎石和卵石中的黏土、淤泥、云母、輕物質、硫化物、硫酸鹽及有機物質均為有害物質，其含量應該控制在規(guī)定的范圍內，其要求見表4-7。

表4-7碎石或卵石中的有害物質及針、片狀顆粒含量

6)表觀密度、堆積密度、空隙率

GB/T14685—2010規(guī)定，粗骨料的表觀密度不小于2600kg/m3，松散堆積密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。

[工程實例分析4-2]

集料雜質多危害混凝土強度

現(xiàn)象某學校一棟磚混結構教學樓，在結構完工、進行屋面施工時，屋面局部倒塌。對設計方面審查，未發(fā)現(xiàn)任何問題。對施工方面審查，發(fā)現(xiàn)所設計為C20的混凝土，施工時未留試塊，事后鑒定其強度僅C7.5左右，在斷口處可清楚看出砂石未洗凈，集料中混有鴿蛋大小的黏土塊和樹葉等雜質。此外，梁主筋偏于一側，梁的受拉區(qū)1/3寬度內幾乎無鋼筋。

原因分析集料的雜質對混凝土強度有重大的影響，必須嚴格控制雜質含量。樹葉等雜質固然會影響混凝土的強度，而泥粘附在集料的表面，妨礙水泥石與集料的粘結，降低了混凝土的強度，同時還會增加拌和水量，加大混凝土的干縮，降低抗?jié)B性和抗凍性。泥塊對混凝土性能的影響嚴重。4.2.4混凝土拌和及養(yǎng)護用水

混凝土拌和及養(yǎng)護用水基本要求：不影響混凝土的凝結硬化，不影響混凝土的強度發(fā)展及耐久性，不加快鋼筋銹蝕，不引起預應力筋脆斷，不污染混凝土表面。

在拌制和養(yǎng)護混凝土用的水中，不能含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質，如油脂、糖類等。凡是能飲用的自來水和清潔的天然水，都能用來拌制和養(yǎng)護混凝土。污水、PH值小于4的酸性水、含硫酸鹽(按SO3計)超過水重1%的水均不得使用，在對水質有疑問時可將該水與潔凈水分別制成混凝土試塊，然后進行強度對比試驗，如果用該水制成的試塊強度不低于潔凈水制成的試塊強度，就可用此水來拌制混凝土。海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，對水泥石有侵蝕作用，對鋼筋也會造成銹蝕，因此一般不得用海水拌制混凝。

[工程實例分析4-3]

現(xiàn)象某糖廠建宿舍，以自來水拌制混凝土，澆注后用曾經裝過食糖的麻袋覆蓋于混凝土表面，再淋水養(yǎng)護。后發(fā)現(xiàn)該水泥混凝土兩天仍未凝結，而水泥經檢驗無質量問題，請分析此異?，F(xiàn)象的原因。

原因分析由于養(yǎng)護水淋于曾經裝過食糖的麻袋，養(yǎng)護水已成糖水，而含糖份的水對水泥的凝結有抑制作用，故使混凝土凝結異常。4.2.5混凝土外加劑

1.概述

混凝土外加劑是指在拌制混凝土過程中摻入的、用以改善混凝土性能的物質。一般情況下，摻入量不超過水泥質量的5%。

混凝土外加劑不包括生產水泥時所加入的混合材料、石膏和助磨劑，也不同于在混凝土拌制時摻入的摻和料。外加劑在混凝土中的摻量不多，但可顯著改善混凝土拌和物的和易性，明顯提高混凝土的物理力學性能和耐久性。外加劑的研究和應用促進了混凝土生產和施工工藝，以及新型混凝土的發(fā)展，外加劑的出現(xiàn)導致了混凝土技術的第三次革命。目前，外加劑在混凝土中的應用非常普遍，成為制備優(yōu)良性能混凝土的必備條件，被稱為混凝土第五組分。

外加劑按主要功能可分為以下四類：

(1)改善混凝土拌和物流變性能的外加劑，如減水劑、引氣劑和泵送劑等。

(2)調節(jié)混凝土凝結時間和硬化性能的外加劑，如緩凝劑、早強劑和速凝劑等。

(3)改善混凝土耐久性的外加劑，如引氣劑、防水劑、防凍劑和阻銹劑等。

(4)改善混凝土其他性能的外加劑，如加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、泵送劑、堿―骨料反應抑制劑和道路抗折劑等。

本節(jié)著重介紹工程中常用的幾種混凝土外加劑。

2.減水劑

在混凝土組成材料種類和用量不變的情況下，若往混凝土中摻入減水劑，混凝土拌和物的流動性將顯著提高。若要維持混凝土拌和物的流動性不變，則可減少混凝土的加水量。減水劑是指在混凝土拌和物坍落度基本相同的條件下，能減少拌和用水量的外加劑，是工程中應用最廣泛的一種外加劑。

減水劑之所以能減水，是由于它是一種表面活性劑，其分子是由親水基團和憎水基團兩部分組成的，與其他物質接觸時會定向排列。水泥加水拌和后，由于顆粒之間分子凝聚力的作用，會形成絮凝結構，如圖4-6(a)所示，將一部分拌和用水包裹在絮凝結構內，從而使混凝土拌和物的流動性降低。當水泥中加入減水劑后，減水劑的憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有相同的電荷，產生靜電斥力，使水泥顆粒相互分開，絮凝結構解體，如圖4-6(b)所示，釋放出游離水，從而增大了混凝土拌和物的流動性。另外，減水劑還能在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，如圖4-6(c)所示，這層水膜是很好的潤滑劑，有利于水泥顆粒的滑動，從而使混凝土拌和物的流動性進一步提高。

圖4-6減水劑作用示意圖

(a)水泥漿絮凝結構；(b)水泥顆粒表面產生電力斥力；(c)水泥漿絮凝結構破壞而釋放出來

1)減水劑的作用

混凝土中加入減水劑后，可起到以下作用：

(1)提高混凝土流動性。在混凝土原配比保持不變的情況下，摻加減水劑后可改變其新拌混凝土的稠度(增大坍落度或減小維勃稠度)，從而提高其流動性，且不影響混凝土的強度。

(2)提高混凝土強度。在保持新拌混凝土流動性和水泥用量不變的條件下，摻加減水劑后可減少部分拌合用水量，降低混凝土的實際水灰比，從而提高其強度和耐久性。

(3)節(jié)約水泥。在保持新拌混凝土流動性及硬化混凝土強度不變的條件下，可以在減少拌合用水量的同時，相應減少水泥用量(維持水灰比不變)，從而節(jié)省水泥并改善某些性能。

(4)改善硬化混凝土的孔隙結構，增大密實度，從而提高其耐久性；有些減水劑還可以延緩新拌混凝土的凝結時間，降低其水化放熱速度，滿足大體積混凝土的要求。

另外，緩凝型減水劑可使水泥水化放熱速度減慢，熱峰出現(xiàn)推遲；引氣型減水劑可提高混凝土抗?jié)B性和抗凍性。

減水劑摻入混凝土的主要作用是減水，不同系列的減水劑的減水率差異較大，部分減水劑兼有早強、緩凝和引氣等效果。減水劑品種繁多，根據(jù)化學成分可分為木質素系、萘系、樹脂系、糖蜜系和腐植酸系；根據(jù)減水效果可將其分為普通減水劑和高效減水劑；根據(jù)對混凝土凝結時間的影響可將其分為標準型、早強型和緩凝型；根據(jù)是否在混凝土中引入空氣可將其分為引氣型和非引氣型；根據(jù)外形可將其分為粉體型和液體型。

2)減水劑的常用品種

(1)木質素系減水劑。木質素系減水劑主要有木質素磺酸鈣(木鈣)、木質素磺酸鈉(木鈉)和木質素磺酸鎂(木鎂)之分，其中以木鈣使用最多，并簡稱M劑。

M是以生產紙漿或纖維漿的亞硫酸木漿廢液為原料，采用石灰乳中和，經生物發(fā)酵除糖、蒸發(fā)濃縮、噴霧干燥而制成的棕黃色粉狀物。

M劑為普通減水劑，其適宜的摻量為0.2%～0.3%，減水率10%左右。M劑對混凝土有緩凝作用，一般緩凝(1～3)h。

(2)萘系減水劑。萘系減水劑為高效減水劑，它是以工業(yè)萘或由煤焦油中分熘出的含萘及萘的同系物熘分為原料，經磺化、水解、縮合、中和、過濾、干燥而制成，為棕色粉末。

這類減水劑品種很多，目前我國生產的主要有NNO、NF、FDN、UNF、MF、建Ｉ型、SN—2、AF等。

萘系減水劑的適宜摻量為0.5%～1.0%，其減水率較大，為10%～25%，增強效果顯著，緩凝性很小，大多為非引氣型。適用于日最低氣溫0℃以上的所有混凝土工程，尤其適用于配制高強、早強、流態(tài)等混凝土。

(3)樹脂類減水劑。此類減水劑為水溶性樹脂，主要為磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，簡稱密胺樹脂減水劑。

我國產品有SM樹脂減水劑，為非引氣型早強高效減水劑，其各項功能與效果均比萘系減水劑還好。SM適宜摻量為0.5%～2.0%，減水率達20%～27%。對混凝土早強與增強效果顯著，能使混凝土1d強度提高一倍以上，7d強度即可達空白混凝土28d的強度，長期強度亦明顯提高，并可提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性能。

(4)糖蜜類減水劑。糖蜜類減水劑為普通減水劑，它是以制糖工業(yè)的糖渣、廢蜜為原料，采用石灰中和而成，為棕色粉狀物或糊狀物，其中，國內產品粉狀有TF、ST、3FG等，糊狀有糖蜜。

糖蜜減水劑含糖較多，屬非離子表面活性劑適宜摻量為0.2%～0.3%，減水率10%左右，故屬緩凝減水劑。

3.早強劑

1)早強劑概述

早強劑是指能加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑。早強劑的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，其他的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。早強劑的主要用途為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。

2)早強劑的常用品種

早強劑主要有氯鹽、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，其適宜摻量為0.5%～3%。由于氯對鋼筋有腐蝕作用，故鋼筋混凝土中其摻量應控制在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。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，其在建筑工程中最常用的為硫酸鈉早強劑，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，摻入過量會導致混凝土后期膨脹開裂，強度下降；混凝土表面會起“白霜”，影響外觀和表面裝飾。

(3)有機胺類早強劑，其工程上最常用的為三乙醇胺。三乙醇胺的摻量極微，一般為水泥的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，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。

4.引氣劑

引氣劑是指混凝土在攪拌過程中能引入大量均勻、穩(wěn)定且封閉的微小氣泡的外加劑。它的作用機理是：為引氣劑作用于氣－液界面，使表面張力下降，從而形成穩(wěn)定的微細封閉氣孔。

引氣劑的主要類型有松香樹脂、烷基苯磺堿鹽、脂肪醇磺酸鹽，等等。最常用的為松香熱聚樹脂和松香皂兩種，摻量一般為0.005%～0.01%。嚴防超量摻用，否則將嚴重降低混土強度。當采用高頻振搗時，引氣劑摻量可適當提高。引氣劑的主要功能如下：

(1)改善混凝土拌和物的和易性。在拌和物中，相互封閉的微小氣泡能起到滾珠作用，減小骨料間的摩阻力，從而提高混凝土的流動性。若保持流動性不變，則可減少用水量，一般每增加1%

的含氣量可減少6%～10%

的用水量。由于大量微細氣泡能吸附一層穩(wěn)定的水膜，從而減弱了混凝土的泌水性，故能改善混凝土的保水性和黏聚性。

(2)提高混凝土耐久性。由于大量的微細氣泡堵塞和隔斷了混凝土中的毛細孔通道，同時由于泌水少，泌水造成的孔縫也減少。因而引氣劑能大大提高混凝土的抗?jié)B性能，提高抗腐蝕性能和抗風化性能。另一方面，由于連通毛細孔減少，吸水率相應減小，且能緩沖水結冰時引起的內部水壓力，從而使抗凍性大大提高。

引氣劑主要應用于具有較高抗?jié)B和抗凍要求的混凝土工程或貧混凝土，可提高混凝土耐久性，也可用來改善泵送性。工程上，引氣劑常與減水劑復合使用，或采用復合引氣減水劑。由于引氣劑導致混凝土含氣量提高，混凝土有效受力面積減小，故混凝土強度將下降，一般每增加1%含氣量，抗壓強度下降5%左右，抗折強度下降2%～3%，故引氣劑的摻量必須通過含氣量試驗嚴格加以控制。

5.緩凝劑

緩凝劑是指能延長混凝土的初凝和終凝時間的外加劑，其常用類型為木鈣和糖蜜。糖蜜的緩凝效果優(yōu)于木鈣，一般能緩凝3h以上。

緩凝劑的主要功能如下：

(1)降低大體積混凝土的水化熱和推遲溫峰出現(xiàn)時間，有利于減小混凝土內外溫差引起的應力開裂。

(2)便于夏季施工和連續(xù)澆搗的混凝土，防止出現(xiàn)混凝土施工縫。

(3)便于泵送施工、滑模施工和遠距離運輸。

(4)通常具有減水作用，故亦能提高混凝土后期強度或增加流動性或節(jié)約水泥用量。

6.速凝劑

速凝劑是指能使混凝土迅速硬化的外加劑。

一般初凝時間小于5min，終凝時間小于10h，1h內即產生強度，3天強度可達基準混凝土3倍以上，但后期強度一般低于基準混凝土。常用的速凝劑品種有紅星Ⅰ型、711型、782型和8604型等。

速凝劑主要用于噴射混凝土和緊急搶修工程、軍事工程、防洪堵水工程等，如礦井、隧道、引水涵洞、地下工程巖壁襯砌、邊坡和基坑支護，等等。

7.防凍劑

防凍劑指能使混凝土中水的冰點下降，保證混凝土在負溫下凝結硬化并產生足夠強度的外加劑，主要適用于冬季負溫條件下的施工。值得說明的一點是，防凍組分本身并不一定能提高硬化混凝土抗凍性。

防凍劑的常用種類：氯鹽類防凍劑、氯鹽類阻銹防凍劑、氯鹽類防凍劑、無氯低堿/無堿類防凍劑。

8.膨脹劑

膨脹劑指能使混凝土產生一定體積膨脹的外加劑?；炷林胁捎玫呐蛎泟┯辛蜾X酸鈣類、氧化鈣類和硫鋁酸鈣―氧化鈣類三類。常用的膨脹劑有：明礬石膨脹劑(明礬石+無水石膏或二水石膏)、CSA(蘭方石3CaO·3Al2O3·CaSO4+生石灰+無水石膏)、UEA(無水硫鋁酸鈣+明礬石+石膏)、M型膨脹劑(鋁酸鹽水泥+二水石膏)；此外，還有AEA(鋁酸鈣膨脹劑)、SAEA(硅鋁酸鹽膨脹劑)、CEA(復合膨脹劑)等。

硫鋁酸類膨脹劑的作用機理是，自身的無水硫鋁酸鈣水化或參與水泥礦物的水化或與水泥水化產物水化，生成大量鈣礬石，反應后固相體積增大，導致混凝土體積膨脹。石灰類膨脹劑的作用機理是，在水化早期，CaO水化生成Ca(OH)2，反應后固相體積增大；隨后Ca(OH)2發(fā)生重結晶，固相體積再次增大，從而導致混凝土體積膨脹。

為了保證摻有膨脹劑的混凝土的質量，混凝土的膠凝材料(水泥和摻和料)用量不能過少，膨脹劑的摻量也應適量。補償收縮混凝土、填充用膨脹混凝土和自應力混凝土的膠凝材料的最少用量(kg/m3混凝土)分別為300(有抗?jié)B要求時為320)、350和500，膨脹劑的合適摻量分別為6%～12%、10%～15%和15%～25%。

9.泵送劑

泵送劑指能改善混凝土拌和物泵送性能的外加劑，一般由減水劑、緩凝劑、引氣劑等單獨使用或復合使用而成。它適用于工業(yè)與民用建筑及其他構筑物的泵送施工的混凝土、滑模施工、水下灌注樁混凝土等工程，特別適用于大體積混凝土、高層建筑和超高層建筑等工程。

泵送劑的品種、摻量應按供貨單位提供的推薦摻量和環(huán)境溫度、泵送高度、泵送距離、運輸距離等要求經混凝土試配后確定。

10.外加劑的選擇和使用

在混凝土中摻用外加劑，若選擇和使用不當，會造成質量事故。因此，應注意以下幾點：

(1)外加劑品種的選擇。外加劑品種、品牌很多，效果各異，特別是對不同品種水泥效果不同。在選擇外加劑時，應根據(jù)工程需要，現(xiàn)場的材料條件，參考有關資料，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，往往達不到預期效果；摻量過大，則會影響混凝土質量，甚至造成質量事故。因此，應通過試驗試配，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。摻入方法會因外加劑不同而異，其效果也會因摻入方法的不同而存在差異，故應嚴格按產品技術說明操作。減水劑有同摻法、后滲法、分摻法等三種方法，具體操作如下：

①同摻法，是減水劑在混凝土攪拌時一起摻入。

②后摻法，是攪拌好混凝土后間隔一定時間，然后再摻入。

③分摻法，是一部分減水劑在混凝土攪拌時摻入，另一部分在間隔一段時間后再摻入。實踐證明，后摻法最好，能充分發(fā)揮減水劑的功能。

(4)外加劑的儲運保管。混凝土外加劑大多為表面活性物質或電解質鹽類，具有較強的反應能力，敏感性較高，對混凝土性能影響很大，所以在儲存和運輸中應加強管理。失效的、不合格的、長期存放、質量未經明確的外加劑禁止使用；不同品種類別的外加劑應分別儲存運輸；應注意防潮、防水，避免受潮后影響功效；毒的外加劑必須單獨存放，專人管理；有強氧化性外加劑必須進行密封儲存；同時還必須注意儲存期不得超過外加劑的有效期。4.2.6摻和料

混凝土摻和料是指在混凝土攪拌前或在攪拌過程中，與混凝土其他組分一起，直接加入人造的或天然的礦物材料以及工業(yè)廢料，其摻量一般大于水泥重量的5%。摻和料的目的是為了改善混凝土性能、調節(jié)混凝土強度等級和節(jié)約水泥用量等。

摻和料與水泥混合材料在種類上基本相同，主要有粉煤灰、硅灰、磨細礦渣粉、磨細自燃煤矸石以及其他工業(yè)廢渣。粉煤灰是目前用量最大，使用范圍最廣的摻和料。摻和料分為活性摻和料和非活性摻和料兩大類。非活性摻和料一般不與水泥組分起化學作用，或化學作用很微弱，主要有磨細石英砂、石灰石、慢冷礦渣等。非活性摻和料的主要作用是取代一部分水泥，降低混凝土成本；降低混凝土水化熱；改善混凝土和易性(在水泥用量較少時)，但會降低混凝土早、后期強度?；钚該胶土掀浔旧硭钚院苄。痪吣z凝性質，但能與水泥水化生成的氫氧化鈣反應，(二次水化反應)生成水硬性膠凝材料，又稱為輔助性膠凝材料。常用的活性摻料有?；郀t礦渣、火山灰質材料、粉煤灰、硅灰等，其主要活性成分是活性SiO2和活性Al2O3?；钚該胶土系闹饕饔檬侨〈糠炙?，提高混凝土后期強度，降低水化熱，提高混凝土耐久性，但一般會降低混凝土的早期強度。

[工程實例分析4-4]

摻和料攪拌不均致使混凝土強度低

現(xiàn)象某工程使用等量的42.5普通硅酸鹽水泥和粉煤灰配制C25混凝土，工地現(xiàn)場攪拌，為趕進度，攪拌時間較短。拆模后檢測，發(fā)覺所澆筑的混凝土強度波動大，部分低于所要求的混凝土強度指標，請分析原因。

原因分析該混凝土強度等級較低，而選用的水泥強度等級較高，故使用了較多的粉煤灰作摻和劑。由于攪拌時間較短，粉煤灰與水泥攪拌不夠均勻，導致混凝土強度波動大，以致部分混凝土強度未達要求。

混凝土拌和物又稱新拌混凝土，是指將水泥、砂、石和水按一定比例拌和但尚未凝結硬化時的拌和物。它必須具有良好的和易性，便于施工，混凝土拌和物凝結硬化以后，應具有足夠的硬度，以保證建筑物能安全地承受設計荷載，并具有必要的耐久性。

混凝土的性能包括兩部分：一是混凝土硬化之前的性能，即和易性；二是混凝土硬化之后的性能，包括強度、變形性能和耐久性等。任務三混凝土拌和物的和易性4.3.1和易性的概念

和易性是指混凝土拌和物易于各種施工操作(攪拌、運輸、澆筑和振搗等)，不發(fā)生分層、離析、泌水等現(xiàn)象，以獲得質量均勻、密實的混凝土的性能。和易性是一項綜合技術性能，包括流動性、黏聚性和保水性。

(1)流動性，是指混凝土拌和物在自重或施工機械振搗的作用下，能產生流動，并均勻密實地充滿模板的性能。

(2)黏聚性，是指混凝土拌和物在施工過程中其組成材料之間具有一定的黏聚力，在運輸和澆筑過程中不致產生分層離析現(xiàn)象的性能。

(3)保水性，是指混凝土拌和物在施工過程中具有保持內部水分不流失，不致產生嚴重泌水現(xiàn)象。發(fā)生泌水現(xiàn)象的混凝土拌和物會形成容易透水的孔隙，從而影響混凝土的密實性，降低質量。

和易性良好的拌和物除具有一定的流動性、易于成型外，還應在攪拌后，直至密實成型結束，組成材料都能在拌和物中保持均勻分布，即黏聚性和保水性良好。均勻性、穩(wěn)定性較差的混凝土拌和物在靜置、運輸、澆注和搗實的過程中都可能發(fā)生離析和泌水。離析是指拌和物中各組分間相互分離的現(xiàn)象。對于流動性較大的混凝土拌和物，因各組分粒度及密度不同，易產生砂漿與石子間的離析現(xiàn)象，進而產生分層現(xiàn)象，使混凝土的孔隙率增大，強度和耐久性降低。

泌水是指拌和用水從拌和物中分離出來的現(xiàn)象。一部分水上升至混凝土表面，在混凝土表面形成水層；一部分水到達鋼筋及粗骨料下沿而停留形成水囊，干燥后便形成孔隙。

由此可見，混凝土拌和物的流動性、黏聚性和保水性既互相聯(lián)系，又互相矛盾。施工時應兼顧三者，使拌和物既滿足要求的流動性，又保證良好的黏聚性和保水性。4.3.2和易性的測定

混凝土拌和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。通常是測定混凝土拌和物的流動性，觀察評定黏聚性和保水性。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，最常用的是坍落度筒法和維勃稠度法。

1.坍落度筒法

坍落度筒法是將混凝土拌和物分三層(每層裝料約1/3筒高)裝入坍落度筒內(如圖4-7所示)，每層用φ16的光圓鐵棒插搗25次。待裝滿刮平后，垂直平穩(wěn)地向上提起坍落度筒。用尺量測筒高與坍落后混凝土拌和物最高點之間的高度差(mm)，即為該混凝土拌和物的坍落度值。坍落度越大，表明混凝土拌和物的流動性越好。

測定混凝土拌和物坍落度后，觀察拌和物的黏聚性和保水性。黏聚性的檢查方法是，用搗棒在已坍落的拌和物錐體側面輕輕擊打。如果錐體逐漸下沉，表示黏聚性良好；如果突然倒坍，部分崩裂或石子離析，即為黏聚性不良。保水性的檢查方法是查看提起坍落度筒后，地面上是否有較多的稀漿流淌，骨料是否因失漿而大量裸露，存在上述現(xiàn)象表明保水性不好；反之，則表明保水性良好。

圖4-7混凝土拌和物坍落度測定

圖4-8維勃稠度儀

坍落度試驗只適用于骨料最大粒徑不大于40mm的非干硬性混凝土(指混凝土拌和物的坍落度值大于10mm的混凝土)。根據(jù)坍落度大小，將混凝土拌和物分為四級：大流動性混凝土，即坍落度大于等于160mm；流動性混凝土，坍落度為100mm～150mm；塑性混凝土，坍落度為50mm～90mm；干硬性混凝土，坍落度為10mm～40mm。

2.維勃稠度法

對于干硬性混凝土，通常采用維勃稠度儀(如圖4-8所示)來測定混凝土拌和物的流動性。試驗時，先將混凝土拌和物按規(guī)定的方法裝入存放在圓桶內的坍落度筒內，裝滿后垂直提起坍落度筒，在拌和物試體頂面放一透明圓盤，開啟振動臺，同時用秒表計時，到透明圓盤的下表面完全布滿水泥漿時停止秒表，關閉振動臺。所讀秒數(shù)即為維勃稠度。維勃稠度試驗適用于骨料最大粒徑不大于40mm，維勃稠度在5s～30s之間的混凝土。根據(jù)維勃稠度，可將混凝土拌和物分為四級：超干硬性混凝土，維勃稠度大于等于31s；特干硬性混凝土，維勃稠度為30s～21s；干硬性混凝土，維勃稠度為20s～11s；半干硬性混凝土，維勃稠度為10s～5s。

3.流動性(坍落度)的選擇

混凝土拌和物的坍落度應根據(jù)結構構件截面尺寸的大小、配筋的疏密、施工搗實方法和環(huán)境溫度來確定。當構件截面尺寸較小、鋼筋較密或采用人工插搗時，坍落度可選得大些；反之，若構件截面尺寸較大或鋼筋較疏，或者采用振動器振搗時，坍落度可選得小些。當環(huán)境溫度在30℃以下時，可按表4-8確定混凝土拌和物坍落度值；當環(huán)境溫度在30℃以上時，由于水泥水化和水分蒸發(fā)的加快，混凝土拌和物流動性下降加快，在混凝土配合比設計時，應將混凝土拌和物坍落度提高15mm～25mm。

表4-8混凝土澆筑時的坍落度4.3.3影響和易性的主要因素

和易性的影響因素有水泥漿的數(shù)量、水泥漿的稠度、水灰比、砂率、骨料的品種、規(guī)格和質量、外加劑、溫度和時間及其他影響因素。

1.水泥漿的數(shù)量

在水灰比不變的條件下，增加混凝土單位體積中的水泥漿數(shù)量，能使骨料周圍有足夠的水泥漿包裹，改善骨料之間的潤滑性能，從而使混凝土拌和物的流動性提高。但水泥漿數(shù)量不宜過多，否則會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，黏聚性變差，浪費水泥，同時影響混凝土強度。

2.水泥漿的稠度

水泥漿的稠度是由水灰比所決定的。

在水泥用量不變的情況下，水灰比愈小，水泥漿愈稠，混凝土拌和物的流動性便愈小。當水灰比過小時，水泥漿干稠，混凝土拌和物的流動性過低，會使施工困難，不能保證混凝土的密實性。增加水灰比會使流動性加大。

如果水灰比過大，又會造成混凝土拌和物的黏聚性和保水性不良，而產生流漿、離析現(xiàn)象，并嚴重影響混凝土的強度，所以水灰比不能過大或過小。一般應根據(jù)混凝土強度和耐久性要求合理地選用。但應指出，在試拌混凝土時，卻不能用單純改變用水量的辦法來調整混凝土拌和物的流動性。因單純加大用水量會降低混凝土的強度和耐久性，所以應該在保持水灰比不變的條件下用調整水泥漿量的辦法來調整混凝土拌和物的流動性。

3.砂率的影響

拌和物中砂的質量占砂石總質量的百分率。砂在拌和物中填充石子的空隙，砂率的改變會使骨料(包括砂、石)的總表面積和空隙率有顯著的變化，從而對拌和物的和易性有顯著影響。砂率對混凝土和易性影響較大。

砂率過小，不能保證石子間有足夠的砂漿層，石子間摩擦力增大，會降低拌和物的流動性。砂率過大(砂過多、石子過少)，水泥漿的數(shù)量顯少，不足以填充砂的空隙，骨料的總表面積及空隙率都會增大，水泥漿量一定時，骨料表面的水泥漿層厚度減小，水泥漿的潤滑作用減弱，使拌和物的流動性變差。砂率適宜時，砂漿不但填滿石子的空隙，而且還能保證石子間有一定厚度的砂漿層以減小石子間的摩擦力，使拌和物有較好的流動性。

由此可見，在配制混凝土時，砂率不能過大，也不能過小，應有合理砂率。合理砂率的技術經濟效果可從圖4-9中反映出來。圖4-9(a)表明，在用水量及水泥用量一定的情況下，合理砂率能使混凝土拌和物獲得最大的流動性(且能保持粘聚性及保水性能良好)；圖4-9(b)表明，在保持混凝土拌和物坍落度基本相同的情況下(且能保持粘聚性及保水性能良好)，合理砂率能使水泥漿的數(shù)量減少，從而節(jié)約水泥用量。

圖4-9合理砂率的選擇

(a)砂率與坍落度的關系(水與水泥用量一定)；(b)砂率與水泥用量的關系(達到相同的坍落度)

4.組成材料性質的影響

1)水泥

水泥對拌和物和易性的影響主要是水泥品種和水泥細度的影響。在其他條件相同的情況下，需水量大的水泥比需水量小的水泥配制的拌和物流動性要小，如礦渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌和物，其流動性比用普通水泥時為小。另外，礦渣水泥易泌水。水泥顆粒越細，總表面積越大，潤濕顆粒表面及吸附在顆粒表面的水越多，在其他條件相同的情況下，拌和物的流動性變小。

2)骨料

骨料對拌和物和易性的影響主要是骨料總表面積、骨料的空隙率和骨料間摩擦力大小的影響，具體地說，就是骨料級配、顆粒形狀、表面特征及粒徑的影響。一般說來，級配好的骨料，其拌和物流動性較大，黏聚性與保水性較好；表面光滑的骨料，如河砂、卵石，其拌和物流動性較大；骨料的粒徑增大，總表面積減小，拌和物流動性就增大。

3)外加劑

在拌制混凝土時，加入很少量的減水劑能使混凝土拌和物在不增加水泥用量的條件下，獲得很好的和易性，從而增大流動性、改善黏聚性、降低泌水性。并且由于改變了混凝土結構，尚能提高混凝土的耐久性。因此這種方法也是常用的。通常，配制坍落度很大的流態(tài)混凝土主要依靠摻入流化劑(高效減水劑)，這樣，單位用水量較少，可保證混凝土硬化后具有良好的性能。

5.溫度和時間的影響

隨著環(huán)境溫度的升高，混凝土拌和物的坍落度損失加快(即流動性降低速度加快)。據(jù)測定，溫度每增高10℃，拌和物的坍落度約減小20mm～40mm。這是由于溫度升高，水泥水化加速，水分蒸發(fā)加快。

混凝土拌和物隨時間的延長而變干稠，流動性降低，這是由于拌和物中一部分水分被骨料吸收，一部分水分蒸發(fā)，而另一部分水分與水泥水化反應變成水化產物結合水。4.3.4改善和易性的措施

以上討論混凝土拌和物和易性的變化規(guī)律，目的是為了能運用這些規(guī)律去能動地調整混凝土的和易性，以適應具體的結構與施工條件。當決定采取某項措施來調整和易性時，還必須同時考慮對混凝土其他性質(如強度、耐久性)的影響。在實際工作中，可采取如下措施調整拌和物的和易性：

(1)選擇適宜品種的水泥。

(2)采用最佳砂率，以提高混凝土質量及節(jié)約水泥。

(3)改善砂、石的級配。

(4)在可能的條件下盡量采用較粗的砂、石。

(5)當混凝土拌和物坍落度太小時，維持水灰比不變，增加適量的水泥漿；當坍落度太大，保持砂率不變，增加適量的砂、石。

(6)有條件時盡量摻用外加劑。

(7)充分攪拌。4.3.5混凝土拌和物的凝結時間

混凝土拌和物的凝結時間與其所用水泥的凝結時間是不相同的。水泥的凝結時間是水泥凈漿在規(guī)定的溫度和稠度條件下測得的，混凝土拌和物的存在條件與水泥凝結時間測定條件不一定相同?；炷恋乃冶?、環(huán)境溫度和外加劑的性能等均對混凝土的凝結快慢產生很大影響。水灰比增大，水泥水化產物間的間距增大，水化產物粘連及填充顆粒間隙的時間延長，凝結時間越長。環(huán)境溫度升高，水泥水化和水分蒸發(fā)加快，凝結時間縮短；緩凝劑會明顯延長凝結時間，速凝劑會顯著縮短凝結時間。

普通混凝土一般均用作結構材料，故其強度是最主要的技術性質?；炷猎诳估?、抗壓、抗彎、抗剪強度中，抗壓強度最大，故混凝土主要用來承受壓力作用。混凝土的抗壓強度是一項最重要的性能指標，它是結構設計的主要參數(shù)，也常用作評定混凝土質量的指標。任務四硬化后混凝土的強度4.4.1混凝土的強度

在土木工程結構和施工驗收中，常用的強度有立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、抗拉強度和抗折強度等幾種。

1.混凝土立方體抗壓強度(fcu)

根據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081—2002)規(guī)定，混凝土立方體抗壓強度是指按標準方法制作的、標準尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件，在標準養(yǎng)護條件下((20±2)℃)、相對濕度為95%以上的標準養(yǎng)護室，將其養(yǎng)護到28d齡期，以標準試驗方法測得的抗壓強度值，以fcu表示，單位為MPa。

為了使混凝土抗壓強度測試結果具有可比性，《混凝土強度檢驗評定標準》GB/T50107—2010規(guī)定，混凝土強度等級小于C60時，用非標準試件測得的強度值均應乘以尺寸換算系數(shù)，來換算成標準試件強度值。200mm×200mm×200mm試件的換算系數(shù)為1.05，100mm×100mm×100mm試件的換算系數(shù)為0.95。

當混凝土強度等級大于或等于C60時，宜采用標準試件；使用非標準試件時，尺寸換算系數(shù)應由試驗確定。

需要說明的是，混凝土各種強度的測定值，均與試件尺寸、試件表面狀況、試驗加荷速度、環(huán)境(或試件)的濕度和溫度等因素有關。在進行混凝土各種強度測定時，應按GB/T50081—2002等標準規(guī)定的條件和方法進行檢測，以保證檢測結果的可比性。

2.混凝土強度等級

按《混凝土強度檢驗評定標