《建筑材料》課件-第6章

第6章混凝土6.1概述6.2混凝土的組成材料6.3混凝土拌和物的和易性6.4硬化混凝土的強(qiáng)度6.5混凝土性能及耐久性

6.6混凝土的外加劑6.7混凝土的質(zhì)量控制6.8普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)6.9輕混凝土6.10其他新品種混凝土

6.1概述

6.1.1混凝土的分類

實(shí)質(zhì)上，混凝土是由多種性能不同的材料組合而成的復(fù)合材料，其品種多，如瀝青混凝土、聚合物混凝土就是有機(jī)材料的復(fù)合材料；鋼筋混凝土、鋼纖混凝土就是金屬材料與無機(jī)非金屬材料的復(fù)合材料；使用最多的普通水泥混凝土也是由水泥、砂、石、水及外添加劑等多種材料組成的水泥基復(fù)合材料。混凝土的品種和分類方法很多，通常有以下幾種。

1.按所用膠凝材料分類

按所用膠凝材料的不同，混凝土可分為水泥混凝土、聚合物浸漬混凝土、聚合物膠結(jié)混凝土、瀝青混凝土、硅酸鹽混凝土、石膏混凝土及水玻璃混凝土等。

2.按表觀密度分類

(1)重混凝土：其表觀密度大于2800kg／m3，是采用密度很大的重晶石、鐵礦石、鋼屑等重骨料和鋇水泥、鋁水泥等重水泥配制而成。重混凝土具有防射線的性能，也稱防輻射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽結(jié)構(gòu)材料。

(2)普通混凝土：其表觀密度為（2000~2800）kg／m3，是用普通的天然砂石為骨料配制而成，為建筑工程中常用的混凝土。主要用作各種建筑的承重結(jié)構(gòu)材料。

（3）輕混凝土：其表觀密度小于1950kg／m3，是采用陶粒等輕質(zhì)多孔骨料配制的混凝土以及無砂的大孔混凝土，或者不采用骨料而摻入加氣劑或泡沫劑，形成多孔結(jié)構(gòu)的混凝土。主要用作輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和隔熱保溫材料。

3.按用途分類

按用途混凝上可分為結(jié)構(gòu)混凝土、裝飾混凝土、防水混凝土、道路混凝土、防輻射混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、大體積混凝土、膨脹混凝土等。

4.按強(qiáng)度等級(jí)分類

(1)普通混凝土：其強(qiáng)度等級(jí)一般在C60以下。其中抗壓強(qiáng)度小于30MPa的混凝土為低強(qiáng)度混凝土，抗壓強(qiáng)度為(30~60)MPa(C30~C60)為中強(qiáng)度混凝土。

(2)高強(qiáng)混凝土：其抗壓強(qiáng)度等于或大于60MPa。

(3)超高強(qiáng)混凝土：其抗壓強(qiáng)度在100MPa以上。

5.生產(chǎn)和施工方式分類

混凝土按生產(chǎn)和施工方式可分為泵送混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、真空脫水混凝土、離心混凝土、壓力灌漿混凝土、預(yù)拌混凝土(商品混凝土)等。6.1.2混凝土的特點(diǎn)

混凝土是當(dāng)代最重要的建筑材料。我國混凝土年使用量已超過5億m3，其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)意義是其他建筑材料所無法比擬的。而其根本原因是混凝土材料具備下列諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）組成材料中砂、石等地方材料占80％以上，符合就地取材和經(jīng)濟(jì)原則。

（2）易于加工成型。新拌混凝土有良好的可塑性和流動(dòng)性，易滿足設(shè)計(jì)要求的形狀和尺寸。

（3）匹配性好。各組成材料之間有良好的匹配性，如混凝土與鋼筋、鋼纖維或其他增強(qiáng)材料，可組成共同的具有互補(bǔ)性的受力整體。（4）可調(diào)整性強(qiáng)。因?yàn)榛炷恋男阅軟Q定于其組成材料的質(zhì)量和組合情況，因此可通過調(diào)整其組成材料的品種、質(zhì)量和組合比例，達(dá)到所要求的性能，即可根據(jù)使用性能的要求與設(shè)計(jì)來配制相應(yīng)的混凝土。

（5）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可代替鋼、木結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省大量的鋼材和木材。

（6）耐久性好，維修費(fèi)用少。

混凝土也有一些缺點(diǎn)，如自重大、比強(qiáng)度小、抗拉強(qiáng)度低、變形能力差、絕熱性差和易開裂等，這些方面有待于進(jìn)一步研究改進(jìn)。

由于混凝土有上述的優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、水利、地下、公路、鐵路、橋梁及國防等工程中。

6.2混凝土的組成材料

混凝土主要由水泥、砂、石子和水四種基本材料組成，除了以上四種材料外，現(xiàn)代化施工中還要添加一些常用的外加劑（主要是為了改善混凝土的某些性能）。當(dāng)這些材料按照一定的比例配制，經(jīng)過攪拌形成均勻的漿體稱為混凝土拌和物，這些拌和物硬化后就稱為硬化混凝土。圖6.1硬化混凝土結(jié)構(gòu)6.2.1水泥

水泥在混凝土中起膠結(jié)作用，也是混凝土中重要的材料，是影響混凝土強(qiáng)度、耐久性及經(jīng)濟(jì)性的重要因素；因此正確、合理地選擇水泥的品種和強(qiáng)度等級(jí)，是配制混凝土材料的關(guān)鍵。

配制混凝土用的水泥應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。采用何種水泥，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)和所處的環(huán)境條件選用。水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇應(yīng)與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)。原則上配制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，選用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥；配制低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，選用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥。一般以水泥強(qiáng)度等級(jí)為混凝土強(qiáng)度等級(jí)的1.5~2.0倍為宜，對(duì)于高強(qiáng)度混凝土可?。?.9~1.5）倍為宜。

若用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r，少量水泥即能滿足強(qiáng)度要求，但為了滿足混凝土拌和物的和易性和密實(shí)性，需增加水泥用量，這會(huì)造成水泥的浪費(fèi)。若用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，會(huì)使水泥用量過多，不經(jīng)濟(jì)，而且會(huì)影響混凝土的其他技術(shù)性質(zhì)。6.2.2骨料

1.細(xì)骨料

凡粒徑在（0.16～5.0）mm之間的骨料稱為細(xì)骨料。細(xì)骨料主要有來自天然的砂，還有人工砂和工業(yè)灰清砂三類。

而普通混凝土常用的則是天然砂，是巖石風(fēng)化形成的細(xì)砂粒。按產(chǎn)源，天然砂可分為：河砂、湖砂、山砂和海砂。由于受水流的長期沖刷作用，河砂、湖砂顆粒比較圓滑、質(zhì)地堅(jiān)硬，也比較潔凈，故配制普通混凝土采用河砂、湖砂最好。山砂多存在于山坡，顆粒多棱角，表面粗糙，含較多黏土及有機(jī)物等雜質(zhì)，質(zhì)地差。海砂內(nèi)含有貝殼碎片及可溶性氯鹽、硫酸鹽等有害物質(zhì)，一般情況下不直接使用。人工砂是巖石破碎后篩選而成的，棱角多，片狀顆粒多，含石粉多，成本也高。在缺乏天然砂時(shí)，可考慮使用人工砂。細(xì)石屑、石英砂以及陶砂、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、聚苯乙烯膨珠等，都是人工砂或人工細(xì)骨料。

某些工業(yè)廢砂或灰渣，在試驗(yàn)合格后，也可代替砂來使用，化害為利。

根據(jù)我國GB／T14684—2001《建筑用砂》的規(guī)定，砂按細(xì)度模數(shù)(從)大小分為粗、中、細(xì)3種規(guī)格；按技術(shù)要求分為I類、Ⅱ類、Ⅲ類3種類別。I類宜用于強(qiáng)度等級(jí)大于C60的混凝土；Ⅱ類宜用于強(qiáng)度等級(jí)C30~C60及抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；Ⅲ類宜用于強(qiáng)度等級(jí)小于C30的混凝土和建筑砂漿。

(1)含泥量、石粉含量和泥塊含量。含泥量是指天然砂中粒徑小于0.075mm的顆粒含量；石粉含量，是指人工砂中粒徑小于0.075mm的顆粒含量；泥塊含量，則指砂中粒徑大于1.180mm，經(jīng)水浸洗、手捏后小于0.600mm的顆粒含量。人工砂在生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的石粉，這是人工砂與天然砂最明顯的區(qū)別之—。石粉的粒徑雖小于0.075mm，但與天然砂中的泥成分不同，粒徑分布不同，在使用中所起的作用也不同。天然砂中的泥附在砂粒表面妨礙水泥與砂的黏結(jié)，增大混凝土用水量，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性，增大干縮。泥塊本身強(qiáng)度很低，浸水后潰散，干燥后收縮。所以，泥塊對(duì)混凝土是有害的，必須嚴(yán)格控制其含量。多年的研究和實(shí)踐的結(jié)論認(rèn)為，人工砂中適量的石粉對(duì)混凝土質(zhì)量是有益的。因人工砂顆粒尖銳、多棱角，對(duì)混凝土的和易性不利，特別是低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土和易性很差，所以適量的石粉存在，可以彌補(bǔ)這一缺陷，提高混凝土密實(shí)性。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，天然砂的含泥量和泥塊含量，人工砂的石粉含量和泥塊含量應(yīng)分別符合表6－1和表6－2的規(guī)定。表6－1天然砂含泥量和泥塊含量

表6－2人工砂石粉含量和泥塊含量

(2)有害物質(zhì)含量。砂中不應(yīng)混有草根、樹葉、樹枝、塑料、煤塊、爐渣等雜物。砂中還不應(yīng)含有如云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽、氯鹽等。云母是層狀構(gòu)造，層片斷面是光滑平面。云母主要含于砂中，其顆粒直徑在（0.16～5)mm之間。云母的有害作用主要是使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)大量未能膠結(jié)的軟弱面，呈不連通的“裂縫”面，降低混凝土膠結(jié)能力，尤其是抗拉強(qiáng)度的減小更顯著。砂中云母含量超過1％時(shí)，混凝土的需水量幾乎是直線增加，致使其抗凍性、抗?jié)B性和耐磨性明顯降低。如有抗凍、抗?jié)B要求的，混凝土用砂的云母含量要從嚴(yán)控制。我國砂礦床中，云母含量的地理分布大致是西部高于東部，北部高于南部。砂中輕物質(zhì)，一般指表觀密度小于20g/cm3的物體，如煤粒、貝殼、軟巖粒等，它們會(huì)引起鋼筋腐蝕或使混凝土表面因膨脹而剝離破壞。對(duì)于有抗凍、抗?jié)B或其他特殊要求的小于或等于C25的混凝土用砂，其貝殼含量不應(yīng)大于5％。砂中氯鹽含量有專門規(guī)定，限值為水泥質(zhì)量的2％。位于水下或水位變動(dòng)區(qū)、潮濕、露天條件下使用的鋼筋混凝土，其氯含量一般不大于0.06％，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制氯含量不大于0.02％。我國東南沿海地區(qū)，有多年使用海砂的經(jīng)驗(yàn)。海砂中氯鹽含量因砂場(chǎng)不同而異。海濱砂距陸地越近，含氯鹽越少；挖取深度越大，氯鹽含量越高。砂中硫酸鹽含量大，易產(chǎn)生對(duì)混凝土中水泥石的膨脹性腐蝕。以上各物質(zhì)其含量應(yīng)符合表6－3的規(guī)定。表6－3砂中有害物質(zhì)含量

(3)砂的顆粒級(jí)配及粗細(xì)程度。

砂的顆粒級(jí)配，即砂中不同大小顆粒的組合搭配情況。在混凝土中砂粒之間的空隙是由水泥漿所填充，為達(dá)到節(jié)約水泥和提高混凝土強(qiáng)度的目的，就應(yīng)盡量減少砂粒之間的空隙。從圖6.2中可以看出，較好的顆粒級(jí)配是在粗顆粒砂的空隙中由中顆粒砂填充，中顆粒砂的縫隙再由細(xì)顆粒砂填充，這樣逐級(jí)的填充，使砂形成最密集的體積，空隙率達(dá)到最小程度。圖6.2骨料的顆粒級(jí)配砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂?；旌象w平均粒徑大小，通常用細(xì)度模數(shù)反映，有粗砂、中砂與細(xì)砂之分。在用砂量相同的條件下，細(xì)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水泥漿包裹，砂子的總表面積越大，則需要包裹砂粒表面的水泥漿就越多。一般用粗砂拌制的混凝土比用細(xì)砂拌制混凝土所需的水泥漿要少。

在拌制混凝土?xí)r，砂的顆粒級(jí)配和粗細(xì)程度應(yīng)同時(shí)考慮。當(dāng)砂中含有較多的粗顆粒并以適量的中顆粒及少量的細(xì)顆粒填充其空隙，則可達(dá)到空隙率及總表面積均較小，這是比較理想的，不僅水泥用量少，而且還可以提高混凝土的密實(shí)度與強(qiáng)度。砂的顆粒級(jí)配和粗細(xì)程度常用篩分析的方法進(jìn)行測(cè)定。用級(jí)配區(qū)表示砂的顆粒級(jí)配，用細(xì)度模數(shù)表示砂的粗細(xì)程度。篩分析的方法，是用一套孔徑(秤尺寸)為9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm和0.15mm的標(biāo)準(zhǔn)篩(方孔篩)，將500g的干砂試樣(已篩除大于9.50mm的顆粒)由粗到細(xì)依次過篩，然后稱量留在各篩上的砂量(9.50mm篩除外)，并計(jì)算出各篩上的分計(jì)篩余百分率a1a2a3a4a5和a6(各篩上的篩余量占砂樣總質(zhì)量的百分率)及累計(jì)篩余百分率A1A2A3A4A5和A6(各篩和比該篩粗的所有分計(jì)篩余百分率之和)。即

A1=a1

A2=a1+a2

A3=a1+a2+a3

A4=a1+a2+a3+a4

A5=a1+a2+a3+a4+a5

A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6

砂的粗細(xì)程度用細(xì)度模數(shù)（Mx）表示，即（6－1）

Mx越大，表示砂越粗，普通混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)范圍一般在3.7～1.6之間，其中Mx在3.7～3.1為粗砂，Mx在3.0～2.3為中砂，Mx在2.2～1.6為細(xì)砂。對(duì)Mx為3.7～1.6的普通混凝土用砂，根據(jù)0.6mm篩孔的累計(jì)篩余百分率分成1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)三個(gè)級(jí)配區(qū)見表6－4。普通混凝土用砂的顆粒級(jí)配，應(yīng)處于表6－4中的任何一個(gè)級(jí)配區(qū)內(nèi)，才符合級(jí)配要求，除4.75mm和0.6mm篩號(hào)外，允許有部分超出分區(qū)界限，但其超出總量不應(yīng)大于5%。圖6.3砂的級(jí)配區(qū)曲線為了更直觀地反映砂的級(jí)配情況，可按表6－4的規(guī)定畫出級(jí)配區(qū)曲線圖見圖6.3。當(dāng)篩分曲線偏向右下方時(shí)，表示砂較粗，配制的混凝土拌和物和易性不易控制，且內(nèi)摩擦大，不易澆搗成型；篩分曲線偏向左上方時(shí)，表示砂較細(xì)，配制的混凝土既要增加較多的水泥用量，而且強(qiáng)度會(huì)顯著降低。

因此，配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用2區(qū)砂。當(dāng)采用1區(qū)砂時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高砂率，并保證足夠的水泥用量，以滿足混凝土的工作性；當(dāng)采用3區(qū)砂時(shí)，宜適當(dāng)降低砂率，以保證混凝土的強(qiáng)度。

在實(shí)際工程中，若砂的級(jí)配不符合級(jí)配區(qū)的要求，可采用人工摻配的方法來改善，即將粗、細(xì)砂按適當(dāng)比例進(jìn)行試配，摻和使用；或?qū)⑸斑^篩，篩除過粗或過細(xì)的顆粒。表6－4砂的級(jí)配范圍

(4)砂的堅(jiān)固性。

砂的堅(jiān)固性是指砂在自然風(fēng)化和其他外界物理化學(xué)因素作用下抵抗破裂的能力。砂的堅(jiān)固性與原巖的解理、空隙率、孔分布、孔結(jié)構(gòu)及其吸水能力等因素有關(guān)。當(dāng)水進(jìn)入這些巖石的孔隙和縫隙中，水受凍后結(jié)冰膨脹結(jié)晶，膨脹壓力導(dǎo)致集料崩裂。故集料堅(jiān)固性一般也可理解為抗凍性。

砂的堅(jiān)固性(抗凍性)有兩種檢測(cè)方法：一是直接凍融法，用凍融循環(huán)次數(shù)和質(zhì)量損失率作衡量指標(biāo)；二是飽和硫酸鈉溶液浸泡法，也是用循環(huán)次數(shù)與質(zhì)量損失率來衡量。此二法同等有效。硫酸鈉法簡(jiǎn)易，快捷?！镀胀ɑ炷劣蒙?、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52—2006)規(guī)定，用硫酸鈉法檢驗(yàn)砂的堅(jiān)固性，經(jīng)5次浸漬烘干循環(huán)后質(zhì)量損失應(yīng)符合表6－5的規(guī)定。表6－5砂的堅(jiān)固性指標(biāo)

2.粗骨料

粒徑大于5mm的骨料為粗骨料。粗骨料有天然形成、人工制造與利用工業(yè)灰渣之分。其中應(yīng)用最廣泛的仍屬天然粗石骨料。天然巖石骨料中使用最普遍的是卵石與碎石，用于配制普通的水泥混凝土。

卵石即礫石，是巖石經(jīng)多年的風(fēng)化、冰川活動(dòng)、巖石破碎，被水流沖刷、搬運(yùn)，在湖、河、海等水域或特定地域沉積的，外形渾圓、光潔、大小不等的石粒。碎石是將堅(jiān)硬的天然大塊巖體(原巖)經(jīng)爆破、機(jī)械破碎、過篩而得的表面粗糙、多棱角的粒徑為（5～80）mm的石粒。卵石與碎石統(tǒng)稱為“石子”。石子的質(zhì)量對(duì)所配制的混凝土拌和物與硬化體的性質(zhì)影響很大。而石子的質(zhì)量?jī)?yōu)劣與原巖的成分、組織和自身的級(jí)配、形狀等關(guān)系密切。大部分火成巖(如花崗巖)及致密變質(zhì)巖(如石灰?guī)r)都是優(yōu)良的骨料，而沉積巖中的頁巖、砂巖等屬較差的巖種。

(1)含泥量和泥塊含量。卵石、碎石的含泥量是指粒徑小于0.075mm的顆粒含量。泥塊含量是指粒徑大于4.75mm經(jīng)水洗、手捏后小于2.36mm的顆粒含量。粗集料的含泥量及泥塊含量應(yīng)符合表6－6的規(guī)定。表6－6碎石、卵石中含泥量和泥塊的含量

(2)有害雜質(zhì)含量。粗骨料中常含有一些有害雜質(zhì)，如硫化物、硫酸鹽、氯化物和有機(jī)物。它們的含量應(yīng)符合表6－7的規(guī)定。

為提高混凝土的強(qiáng)度和減小骨料縫隙，粗骨料比較理想的形狀是三維長度基本相等或相近的規(guī)則的顆粒，而對(duì)于三維長度相差較大的針、片狀顆粒外形較差。粗骨料中針、片狀顆粒不僅本身受力時(shí)容易折斷，影響混凝土的強(qiáng)度，而且會(huì)增大骨料的空隙率，使混凝土拌和物的和易性較差。針狀顆粒是指顆粒長度大于骨料平均粒徑2.4倍者；片狀顆粒是指顆粒厚度小于骨料平均粒徑0.4倍者。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，卵石和碎石的針、片狀顆粒應(yīng)符合表6－8的規(guī)定。表6－7碎石、卵石中含泥量和泥塊含量表6－8碎石、卵石的針、片狀顆粒含量骨料表面特征主要指材料表面的粗糙程度及孔隙特征等，主要影響骨料與水泥石之間的黏結(jié)性能，從而影響混凝土的強(qiáng)度。總體上來說碎石表面相對(duì)粗糙，所以它與水泥石的黏結(jié)能力強(qiáng)；由于卵石表面相對(duì)光滑很少棱角，與水泥石的黏結(jié)能力較差，但其混凝土拌和物的和易性較好。在相同條件下，碎石混凝土比卵石混凝土強(qiáng)度高10％左右。

(3)最大粒徑及顆粒級(jí)配。粗骨料公稱粒級(jí)的上限稱為該粒級(jí)的最大粒徑。當(dāng)骨料用量一定時(shí)，其比表面積隨著粒徑的增大而減小，因而包裹其表面所需的水泥漿也減少，可節(jié)約水泥；在一定和易性條件下，減少用水量會(huì)提高混凝土強(qiáng)度。因此，粗骨料的最大粒徑應(yīng)在條件許可的情況下，盡量選大粒徑，但對(duì)于普通配合比的結(jié)構(gòu)混凝土，尤其是高強(qiáng)混凝土，其粗骨料粒徑大于40mm后，由于減少用水量獲得的強(qiáng)度提高，被較少的黏結(jié)面積及大粒徑骨料造成不均勻性的不利影響所抵消，因而并無多少好處。粗骨料的最大粒徑還受結(jié)構(gòu)形式、配筋疏密及施工條件的限制，根據(jù)國標(biāo)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204—2002)的規(guī)定，混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)截面最小邊長尺寸的1／4，同時(shí)不得大于鋼筋間最小凈距的3／4。對(duì)于混凝土實(shí)心板，骨料的最大粒徑不超過板厚的1／3，且不得超過40mm。用于泵送混凝土，其最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，當(dāng)輸送高度在50m以下時(shí)，碎石不宜大于1∶3，卵石不宜大于1∶2.5;泵送高度在（50~100）m時(shí)，碎石不宜大于1∶4，卵石不宜大于1∶3;當(dāng)泵送高度在100m以上時(shí)，粒徑不宜大于1∶5，卵石不宜大于1∶4。同時(shí)粗骨料的級(jí)配好壞對(duì)節(jié)約水泥、保證混凝土拌和物良好的和易性及混凝土強(qiáng)度有很大關(guān)系。特別是配制高強(qiáng)混凝土，粗骨料級(jí)配更為重要。

粗骨料的級(jí)配也是通過篩分析試驗(yàn)來確定，根據(jù)國標(biāo)《建筑用卵石、碎石》(GB／T14685—2001)的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑為2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.00mm、19.00mm、26.50mm、31.50mm、37.50mm、53.00mm、63.00mm、75.00mm和90.00mm12個(gè)方孔篩。分計(jì)篩余百分率及累計(jì)篩余百分率的計(jì)算與砂相同。普通混凝土用碎石和卵石的顆粒級(jí)配應(yīng)符合表6－9的規(guī)定。表6－9碎石、卵石的顆粒級(jí)配范圍（4）骨料的強(qiáng)度。為了保證混凝土的強(qiáng)度要求，石子必須具有足夠的強(qiáng)度。檢驗(yàn)石子的強(qiáng)度的方法有兩種，分別是巖石立方體強(qiáng)度和粒狀壓碎指標(biāo)。

用巖石立方體強(qiáng)度表示石子強(qiáng)度，是將原巖制成50mm×50mm×50mm的立方體(或直徑與高度均為50mm的圓柱體)試件，在飽水狀態(tài)下進(jìn)行試壓。石子抗壓強(qiáng)度與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)之比應(yīng)不小于1.5。一般情況下，火成巖的抗壓強(qiáng)度不宜小于80MPa，變質(zhì)巖的不宜小于60MPa，水成巖的不宜小于30MPa。壓碎指標(biāo)檢驗(yàn)是將一定質(zhì)量氣干狀態(tài)下（9.5~19.0）mm的石子除去針、片狀顆粒，]裝入一定規(guī)格的圓筒內(nèi)，在壓力機(jī)上按1kN／s速度均勻加荷至200kN，并穩(wěn)荷5kN／s，卸荷后用孔徑為2.36mm的篩篩去被壓碎的顆粒，稱取試樣的篩余量。壓碎指標(biāo)可按下式計(jì)算式中：Qc——壓碎指標(biāo)值(%)；

G1——試樣的質(zhì)量（g);

G2——壓碎試驗(yàn)后篩余的試樣質(zhì)量(g)。表6－10普通混凝土用碎石和卵石的壓碎指標(biāo)在選擇采石場(chǎng)或?qū)κ訌?qiáng)度有嚴(yán)格要求以及對(duì)石子質(zhì)量有爭(zhēng)議時(shí)，采用巖石抗壓強(qiáng)度作評(píng)定指標(biāo)是適宜的。

對(duì)巖石的強(qiáng)度、耐久性、化學(xué)穩(wěn)定性、表面特征、破碎后形狀、雜質(zhì)存在可能性等進(jìn)行比較后認(rèn)為：花崗巖、正長巖、閃長巖、石灰?guī)r、石英巖、片麻巖、玄武巖、輝綠巖、輝長巖等質(zhì)地比較好。

(5)骨料的堅(jiān)固性。骨料的堅(jiān)固性是指骨料在氣候、環(huán)境變化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。骨料的堅(jiān)固性，內(nèi)因方面與原巖內(nèi)部的解理、孔隙率、孔分布、孔結(jié)構(gòu)及吸水能力等有關(guān)；外在因素中，影響最顯著的是孔隙水的凍融膨脹力破壞。在檢測(cè)骨料的堅(jiān)固性時(shí)，一般采用硫酸鈉溶液法檢驗(yàn)，碎石和卵石經(jīng)5次循環(huán)后，其質(zhì)量損失應(yīng)符合表6－11的規(guī)定。表6－11碎石、卵石的堅(jiān)固性指標(biāo)表一般而言，石子越密實(shí)、強(qiáng)度越高、吸水率越小時(shí)，其堅(jiān)固性越好；反之，石子的礦物結(jié)晶粒粗大、結(jié)構(gòu)疏松、礦物成分復(fù)雜不均勻，其堅(jiān)固性越差。質(zhì)量損失率>12％的石子，會(huì)造成混凝土強(qiáng)度明顯下降。一般的碎石、卵石都能滿足堅(jiān)固性要求。所以，僅在有懷疑時(shí)或選擇采石場(chǎng)時(shí)才做堅(jiān)固性檢驗(yàn)。

(6)骨料的含水狀態(tài)。骨料的含水狀態(tài)可分為干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)和濕潤狀態(tài)4種,如圖6.4所示。干燥狀態(tài)下的骨料含水率等于或接近于零，氣干狀態(tài)的骨料含水率與大氣濕度相平衡，但未達(dá)到飽和狀態(tài)；飽和面干狀態(tài)的骨料其內(nèi)部孔隙含水達(dá)到飽和而其表面干燥，濕潤狀態(tài)的骨料不僅內(nèi)部孔隙含水達(dá)到飽和，而且表面還附著一部分自由水。計(jì)算普通混凝土配合比時(shí)，一般以干燥狀態(tài)的骨料為基準(zhǔn)。在實(shí)際工程中，使用骨料之前必須測(cè)定骨料的實(shí)際含水率，并進(jìn)行換算，求出施工配合比。圖6.4骨料的含水狀態(tài)（7）粗骨料的表觀密度、堆積密度、吸水率。石子的密度一般≥2.55g/cm3。表觀密度（2500~2900）kg/m3，吸水率<3％。石子的表觀密度大，表明其結(jié)構(gòu)致密、孔隙率小、吸水率也小、耐久性好。而表觀密度<2500kg/m3的石子往往質(zhì)地差，孔隙大、層理較明顯。石子的表觀密度與吸水率有一定的相關(guān)性。卵石的堆積密度為（1500~1800）kg/m3。

3.混凝土拌和用水及養(yǎng)護(hù)用水

混凝土用水的質(zhì)量要求是不影響混凝土的凝結(jié)和硬化，無損混凝土的強(qiáng)度發(fā)展及耐久性，不加快鋼筋銹蝕，不引起預(yù)應(yīng)力鋼筋脆斷，不污染混凝土表面。

拌制各種混凝土的用水有飲用水、地表水、地下水、海水以及經(jīng)適當(dāng)處理或處置后的工業(yè)廢水。地表水和地下水常溶有較多的有機(jī)質(zhì)和礦物鹽類，首次使用前，應(yīng)按《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63—1989)的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可使用。海水中含有較多的硫酸鹽和氯鹽，會(huì)影響混凝土的耐久性和加速混凝土中鋼筋的銹蝕，因此，海水可用于拌制素混凝土，但不得用于拌制鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，不宜采用海水拌制有飾面要求的素混凝土，以免因表面產(chǎn)生鹽析而影響裝飾效果。工業(yè)廢水經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可用于拌制混凝土。生活污水的水質(zhì)比較復(fù)雜，不能用于拌制混凝土。對(duì)水質(zhì)有懷疑時(shí)，應(yīng)將待檢驗(yàn)水與蒸餾水分別做水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿或混凝土強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)測(cè)得的水泥初凝時(shí)間差和終凝時(shí)間差均不得超過30min，且其初凝和終凝時(shí)間應(yīng)符合水泥標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。用待檢驗(yàn)水配制的砂漿或混凝土的28d抗壓強(qiáng)度不得低于用蒸餾水配制的砂漿或混凝土強(qiáng)度的90％?；炷劣盟懈鞣N物質(zhì)含量限值見表6－12。表6－12水中物質(zhì)含量限值

6.3混凝土拌和物的和易性

6.3.1和易性的概念

和易性是指混凝土拌和物易于各工序(攪拌、運(yùn)輸、澆注、搗實(shí))施工操作，并獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的混凝土性能。和易性是一項(xiàng)綜合性技術(shù)指標(biāo)，包括流動(dòng)性、黏聚性和保水性三方面的含義。

流動(dòng)性是指混凝土拌和物在自重或機(jī)械振搗作用下，能產(chǎn)生流動(dòng)，并均勻密實(shí)地填滿模板的性能。流動(dòng)性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠程度，直接影響澆搗施工的難易及混凝土的質(zhì)量。流動(dòng)性的大小主要取決于單位用水量或水泥漿量的多少。單位用水量或水泥漿量多，混凝土拌和物的流動(dòng)性就大，澆注時(shí)容易填滿模板。黏聚性也叫抗離析性，是指混凝土各組成材料間具有一定的黏聚力，在運(yùn)輸和澆注過程中不致產(chǎn)生分層和離析的現(xiàn)象，使混凝土保持整體均勻的性能。所謂分層，是指混凝土拌和物粗骨料下沉、砂漿或水泥凈漿上浮，從而導(dǎo)致混凝土沿垂直方向不均勻的現(xiàn)象；而離析是指混凝土拌和物在運(yùn)動(dòng)過程中，由于粗骨料、細(xì)骨料和水泥漿運(yùn)動(dòng)速度不同，從而導(dǎo)致它們相互分離的現(xiàn)象。分層與離析會(huì)使硬化后的混凝土成分不均勻，甚至產(chǎn)生“蜂窩”、“麻面”等質(zhì)量事故。保水性是指混凝土拌和物具有一定的保持內(nèi)部水分的能力，在施工過程中不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。保水性差的混凝土拌和物，在施工過程中，一部分水易從內(nèi)部析出至表面，在混凝土內(nèi)部形成泌水通道，使混凝土的密實(shí)性變差，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

混凝土拌和物的流動(dòng)性、黏聚性和保水性，三者之間既相互關(guān)聯(lián)又互相矛盾。如黏聚性好則保水性往往也好，但當(dāng)流動(dòng)性增大時(shí)，黏聚性和保水性往往變差，反之亦然。因此，所謂拌和物的和易性良好，就是要將這三方面的性能在某種具體條件下均達(dá)到良好的狀態(tài)。6.3.2流動(dòng)性(坍落度)的選擇

據(jù)坍落度的不同，可將混凝土拌和物分為低塑性混凝土(坍落度值為10mm~40mm)、塑性混凝土(坍落度值為50mm~90mm)、流動(dòng)性混凝土(坍落度值為100mm~150mm)及大流動(dòng)性混凝土(坍落度值大于160mm)。坍落度試驗(yàn)適用于骨料最大粒徑不大于40mm，坍落度值不小于10mm的塑性混凝土拌和物；坍落度值小于10mm的干硬性混凝土拌和物應(yīng)采用維勃稠度法測(cè)定。選擇混凝土拌和物的坍落度，要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件截面大小、配筋疏密、輸送方式和施工搗實(shí)方法等因素來確定。當(dāng)構(gòu)件截面較小或鋼筋較密，或采用人工插搗時(shí)，坍落度可選大些；反之，如構(gòu)件截面尺寸較大，或鋼筋較疏，或采用機(jī)械振搗時(shí)，坍落度可選擇小些。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204—2002)規(guī)定，混凝土澆注時(shí)的坍落度宜按表6－13選用。表6－13混凝土澆注時(shí)的坍落度

6.3.3影響和易性的主要因素

1.水泥漿的用量

混凝土拌和物中的水泥漿，賦予混凝土拌和物以一定的流動(dòng)性。在水灰比一定的情況下，增加水泥漿的用量，拌和物的流動(dòng)性隨之增大，但水泥漿量過多不僅浪費(fèi)水泥，而且會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使混凝土拌和物的黏聚性和保水性變差，對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響；水泥漿量過少，則其不能填滿骨料空隙或很好地包裹骨料表面時(shí)，拌和物就會(huì)產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象，黏聚性也變差。因此，混凝土拌和物中的水泥漿量應(yīng)以滿足流動(dòng)性要求為準(zhǔn)，不宜過量或少量。

2.水泥漿的稠度

水泥漿的稠度是由水灰比決定的。在水泥用量一定的情況下，水灰比越小，水泥漿就越稠，混凝土拌和物的流動(dòng)性便越小。當(dāng)水灰比過小時(shí)，水泥漿變得干稠，混凝土拌和物流動(dòng)性太低會(huì)使施工困難，不能保證混凝土的密實(shí)性，增大水灰比會(huì)使流動(dòng)性增大；但水灰比太大，又會(huì)造成拌和物的黏聚性和保水性不良，產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象，并嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度，降低混凝土的質(zhì)量。所以，水灰比不宜過大或過小。一般應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度和耐久性要求合理地選擇水灰比。無論是水泥漿的多少或是水泥漿的稀稠，實(shí)際上都反映了用水量是對(duì)混凝土拌和物流動(dòng)性起決定性作用的因素。因?yàn)樵谝欢l件下，要使混凝土拌和物獲得一定的流動(dòng)性，所需的單位用水量基本上是一個(gè)定值。單方面加大用水量會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性，因此，對(duì)混凝土拌和物流動(dòng)性的調(diào)整，應(yīng)在保持水灰比不變的條件下，以改變水泥漿量的方法來調(diào)整，使其滿足施工要求。1m3混凝土拌和物的用水量，一般應(yīng)根據(jù)選定的坍落度參照表6－14選用。表6－14塑性和干硬性混凝土的用水量

3.砂率

砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂石總質(zhì)量的百分率。砂的作用是填充石子間的空隙，并以水泥砂漿包裹在石子的外表面，減少石子間的摩擦阻力，賦予混凝土拌和物一定的流動(dòng)性。砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的空隙率和總表面積有顯著改變，因而對(duì)混凝土拌和物的和易性產(chǎn)生顯著影響。砂率過大時(shí)，骨料的空隙率和總表面積都會(huì)增大，包裹粗骨料表面和填充粗骨料空隙所需的水泥漿量就會(huì)增大；砂率過小，則不能保證粗骨料間有足夠的水泥砂漿，也會(huì)降低拌和物的流動(dòng)性，并嚴(yán)重影響其黏聚性和保水性，從而造成離析和流漿等現(xiàn)象。因此，砂率應(yīng)有一個(gè)合理值(即最佳砂率)。如圖6.5和圖6.6所示，當(dāng)采用合理砂率時(shí)，在用水量和水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌和物獲得最大的流動(dòng)性并能保持良好的黏聚性和保水性，合理的砂率可通過試驗(yàn)求得。圖6.5砂率與坍落度的關(guān)系（水與水泥用量一定）圖6.6砂率與水泥用量的關(guān)系

（達(dá)到相同的坍落度）

4.組成材料的品種及性質(zhì)

不同品種的水泥需要水量不同，因此在相同配合比時(shí)，拌和物的坍落度也將有所不同。在常用水泥中，以普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土拌和物的流動(dòng)性和保水性較好；當(dāng)使用礦渣水泥和某些火山灰水泥時(shí)，礦渣、火山灰質(zhì)混合材料對(duì)水泥的需水量都有影響，礦渣水泥所配制的混凝土拌和物的流動(dòng)性較大，黏聚性差易泌水；火山灰水泥用水量大，在相同加水條件下，流動(dòng)性顯著降低，但黏聚性、保水性較好。采用級(jí)配良好、較粗大的骨料，因?yàn)楣橇系目障堵屎涂偙砻娣e小，所以包裹骨料表面和填充空隙的水泥漿用量少，在相同配合比時(shí)，拌和物的流動(dòng)性好些，但砂、石過粗大也會(huì)使拌和物的黏聚性和保水性下降。河砂及卵石多呈圓形，表面光滑無棱角，拌制的混凝土拌和物比山砂、碎石拌制的拌和物的流動(dòng)性好。

5.時(shí)間及溫度

拌和后的混凝土拌和物，隨著時(shí)間的延長而逐漸變得干稠，流動(dòng)性減小，原因是一部分水供水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸發(fā)以及混凝土凝聚結(jié)構(gòu)的逐漸形成，致使混凝土拌和物的流動(dòng)性變差。

拌和物的和易性也受溫度的影響，環(huán)境溫度升高，水分蒸發(fā)及水化反應(yīng)加快，坍落度損失也變快。因此施工中為保證一定的和易性，必須注意環(huán)境溫度的變化，并采取相應(yīng)的措施。

6.外加劑

在拌制混凝土?xí)r，加入少量的外加劑能使混凝土拌和物在不增加水泥用量的條件下，獲得良好的和易性，并且提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。

實(shí)際工作中，可采用以下措施調(diào)整混凝土拌和物的和易性：

(1)改善砂、石(特別是石子)的級(jí)配。

(2)盡量采用較粗大的砂、石。

(3)通過試驗(yàn)選用合理的砂率。

(4)混凝土拌和物坍落度太小時(shí)，保持水灰比不變，適當(dāng)增加水泥漿用量；當(dāng)坍落度太大，黏聚性良好時(shí)，可保持砂率不變，適當(dāng)增加砂、石用量。

（5)摻用外加劑。

6.4硬化混凝土的強(qiáng)度

6.4.1硬化混凝土的結(jié)構(gòu)

1.水泥石的組成

硬化后水泥石組成中的主要固相包括：水泥水化產(chǎn)物及未水化的水泥顆粒。水泥水化產(chǎn)物，以水化硅酸鈣凝膠為主，其中分布著氫氧化鈣等晶體。水泥石強(qiáng)度取決于水泥硬化過程中生成的水化生成物的數(shù)量和性質(zhì)。水化產(chǎn)物的數(shù)量與水化程度成正比。水化程度是指與水作用的水泥質(zhì)量同水泥總質(zhì)量之比，可根據(jù)化學(xué)結(jié)合水量來確定。水泥完全水化的最大用水量，一般為水泥質(zhì)量的25％～30％，水化程度愈高，水化生成物相對(duì)體積愈大，水泥石孔隙率愈小，混凝土的強(qiáng)度及耐久性也愈高。

水泥石中的凝膠產(chǎn)物也會(huì)影響混凝土的某些變形性質(zhì)，如在空氣中收縮、在水中膨脹、長期荷載下發(fā)生徐變等。

未水化的水泥顆?？梢宰鳛槲⒂^上的骨料，一方面起著承受力的載體，另一方面在合適的濕度下還可以轉(zhuǎn)化為水化產(chǎn)物，進(jìn)一步增加水泥石的固相體積，從而增強(qiáng)水泥石的作用。

2.水泥石中的孔隙

水泥石中的孔隙分為凝膠孔(包括凝膠微晶內(nèi)孔、凝膠微晶間孔、凝膠粒子間孔)和毛細(xì)孔，它們對(duì)混凝土的密實(shí)度以及耐久性有著不同的影響。凝膠孔主要是填充吸附水，而吸附水有很高的結(jié)合力，其凍結(jié)溫度可達(dá)-78℃，因此，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無害。毛細(xì)孔的孔徑大約為（1～10）μm，易被水飽和充滿，又容易蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土中孔隙增加，強(qiáng)度下降，同時(shí)極大地影響混凝土的抗凍性。毛細(xì)孔的體積隨著水泥水化程度的增加而減少。

3.水泥砂漿與骨料形成的界面區(qū)

混凝土攪拌硬化過程中，在粗、細(xì)集料表面形成了三類界面區(qū)：水泥漿包裹砂粒而形成的水泥石與細(xì)骨料的界面；水泥漿包裹石粒而形成的水泥砂漿與粗骨料界面；部分水泥漿直接包裹石粒形成的界面。由于這些界面區(qū)的水泥石組成和構(gòu)造與非界面區(qū)水泥石有所區(qū)別，因此顯著地影響著混凝土的受力過程。因此，要提高混凝土強(qiáng)度，可從加強(qiáng)界面區(qū)入手。6.4.2混凝土的抗壓強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)

混凝土強(qiáng)度包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎(折)強(qiáng)度及與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度等。其中，混凝土的抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的（10～20）倍，且工程上常以混凝土抗壓強(qiáng)度評(píng)定和控制混凝土質(zhì)量。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB／T50081—2002)，制作邊長150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20℃±3℃，相對(duì)濕度90％以上)下，養(yǎng)護(hù)至28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值稱為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，以fcu表示，單位MPa?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是指具有95%保證率的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，以fcu，k表示，并以此為依據(jù),按照我國現(xiàn)行規(guī)范劃分混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C6012個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

測(cè)定混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，也可以用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件，其尺寸應(yīng)根據(jù)粗骨料的最大粒徑而定，但在計(jì)算其抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)乘以換算系數(shù)得到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)試塊的試驗(yàn)結(jié)果。6.4.3混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度

確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用立方體試件，但在實(shí)際工程中鋼筋混凝土受壓構(gòu)件多為棱柱體或圓柱體。為了使測(cè)得的混凝土強(qiáng)度與實(shí)際情況接近，在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件(如梁、柱、桁架的腹桿等)計(jì)算時(shí)，都采用混凝土軸心抗壓強(qiáng)度fcp。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T50081—2002的規(guī)定，軸心抗壓強(qiáng)度采用150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下到28d齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值。軸心抗壓強(qiáng)度fcp比同截面積的立方體抗壓強(qiáng)度要小，當(dāng)立方體抗壓強(qiáng)度fcp＝（10~50）MPa時(shí)，軸心抗壓強(qiáng)度fcp≈(0.70~0.80)fcu。6.4.4混凝土的抗拉強(qiáng)度

混凝土的抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1／10~1／20，且隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高這個(gè)比值有所降低。因此在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮混凝土承受拉力，但抗拉強(qiáng)度對(duì)混凝土抗裂性具有重要作用，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中抗拉強(qiáng)度是確定混凝土抗裂度的重要指標(biāo)，有時(shí)也用來間接衡量混凝土與鋼筋間的黏結(jié)強(qiáng)度。6.4.5混凝土與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土用鋼筋增強(qiáng)，為使鋼筋混凝土這類復(fù)合材料能有效地工作，混凝土與鋼筋之間必須要有適當(dāng)?shù)酿そY(jié)強(qiáng)度。這種黏結(jié)強(qiáng)度主要來源于混凝土與鋼筋之間的摩擦力、水泥與鋼筋之間的黏結(jié)力及與鋼筋表面的機(jī)械嚙合力。黏結(jié)強(qiáng)度與混凝土質(zhì)量有關(guān)，與混凝土抗壓強(qiáng)度成正比。此外，黏結(jié)強(qiáng)度還受其他許多因素影響，如鋼筋尺寸及鋼筋種類，鋼筋在混凝土中的位置(水平鋼筋或垂直鋼筋)，加載類型(受拉鋼筋或受壓鋼筋)以及環(huán)境的干濕變化、溫度變化等。目前美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTMC234)提出了一種比較標(biāo)淮的試驗(yàn)方法來測(cè)定混凝土與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度，該試驗(yàn)方法是：混凝土試件邊長為150mm的立方體，其中埋入19的標(biāo)準(zhǔn)變形鋼筋，試驗(yàn)時(shí)以不超過34MPa／min的加荷速度對(duì)鋼筋施加拉力直到鋼筋屈服，或混凝土裂開，或加荷端鋼筋滑移超2.5mm。記錄出現(xiàn)上述3種情況中任一情況的荷載值，用下式計(jì)算混凝土與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度(6－3)

式中：fN——黏結(jié)強(qiáng)度（MPa）；

d——鋼筋直徑（mm）；

l——鋼筋埋入混凝土中的長度（mm）；

Fp——測(cè)定的荷載值（N）。6.4.6影響混凝土強(qiáng)度的因素

1.水泥實(shí)際強(qiáng)度與水灰比

水泥的實(shí)際強(qiáng)度和水灰比是決定混凝土強(qiáng)度的主要因素，也是決定性因素。水泥是混凝土中的活性組分，在配合比相同的條件下，水泥實(shí)際強(qiáng)度越高，水泥石強(qiáng)度與骨料的黏結(jié)強(qiáng)度越大，制成的混凝土強(qiáng)度也越高。在水泥實(shí)際強(qiáng)度相同的條件下，混凝土強(qiáng)度主要取決于水灰比。水泥水化時(shí)所需的理論結(jié)合水，一般只占水泥質(zhì)量的23％左右，但在拌制混凝土拌和物時(shí)，常需多加一些水(水灰比均在0.4~0.7之間)，以滿足施工所需求的流動(dòng)性。當(dāng)混凝土硬化后，多余的水分或殘留在混凝土中，或蒸發(fā)，使得混凝土內(nèi)部形成各種不同尺寸的孔隙，這些孔隙的存在會(huì)大大減少混凝土抵抗荷載的有效截面，而且會(huì)在孔隙周圍形成應(yīng)力集中，降低了混凝土的強(qiáng)度。但若水灰比過小，拌和物過于干稠，施工困難大，會(huì)出現(xiàn)蜂窩、孔洞，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重下降。因此，在滿足施工要求并保證混凝土均勻密實(shí)的條件下，水灰比越小，水泥石強(qiáng)度越高，與骨料黏結(jié)力越大，混凝土強(qiáng)度越高。試驗(yàn)證明，混凝土強(qiáng)度隨水灰比的增大而降低，其規(guī)律呈曲線關(guān)系，而與灰水比呈直線關(guān)系(見圖6.7)。圖6.7混凝土強(qiáng)度與水灰比及灰水比的關(guān)系根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可建立混凝土強(qiáng)度與水泥實(shí)際強(qiáng)度及灰水比等因素之間的線性經(jīng)驗(yàn)公式(又稱鮑羅米公式)(6-4)式中：fcu——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）；

αa、αb——粗骨料回歸系數(shù)，《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T55—2000）規(guī)定對(duì)于碎石混凝土，αa=0.46、αb=0.07；對(duì)于卵石混凝土，αa=0.48、αb=0.33；

——灰水比；

fce——水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值（MPa）。在無法取得水泥抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值時(shí)，可用下式計(jì)算(6-5)式中：fce，g——水泥強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；

γc——水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)，該值可按水泥的品種、產(chǎn)地、等級(jí)統(tǒng)計(jì)得出。鮑羅米公式僅適用于C60以下的混凝土。

2.骨料

當(dāng)骨料級(jí)配良好、砂率適當(dāng)時(shí)，由于組成了堅(jiān)強(qiáng)密實(shí)的骨架，有利于混凝土強(qiáng)度的提高。如果混凝土骨料中有害雜質(zhì)較多、品質(zhì)低、級(jí)配不好時(shí)，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。由于碎石表面粗糙有棱角，提高了骨料與水泥砂漿之間的機(jī)械嚙合力和黏結(jié)力，所以在坍落度相同的條件下，用碎石拌制的混凝土比用卵石的強(qiáng)度要高。骨料的強(qiáng)度影響混凝土的強(qiáng)度，一般骨料強(qiáng)度越高所配制的混凝土強(qiáng)度越高，這在低水灰比和配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r，特別明顯。骨料粒形以三維長度相等或相近的球形或立方體為好，若含有較多扁平顆粒或細(xì)長顆粒，會(huì)增加混凝土的孔隙率，擴(kuò)大混凝土中骨料的表面積，增加混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降。

3.養(yǎng)護(hù)溫度及濕度

混凝土強(qiáng)度是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過程，發(fā)展的程度和速度取決于水泥的水化狀況，而溫度和濕度是影響水泥水化速度和程度的重要因素。因此，混凝土澆搗成型后，必須在一定時(shí)間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻臐穸纫源偈顾喑浞炙?，這就是混凝土的養(yǎng)護(hù)。

養(yǎng)護(hù)溫度高，水泥早期水化速度加快，混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展也快。但早期的快速水化將導(dǎo)致水化物分布不均勺，在水泥石中形成密實(shí)度低的薄弱區(qū)，影響混凝土的后期強(qiáng)度。反之，在低溫下混凝土強(qiáng)度發(fā)展遲緩。當(dāng)溫度降于冰點(diǎn)以下時(shí)，由于混凝土中的水分大部分結(jié)冰，不但水泥停止水化，混凝土強(qiáng)度停止發(fā)展，而且由于混凝土孔隙中的水結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹(約9％)而對(duì)孔壁產(chǎn)生相當(dāng)大的壓應(yīng)力(高達(dá)100MPa)，從而使硬化中的混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致混凝土已獲得的強(qiáng)度受損?；炷猎缙趶?qiáng)度低，更容易破壞。所以，冬季施工時(shí)，要特別注意保溫養(yǎng)護(hù)，以免混凝土早期受凍破壞。水是水泥水化反應(yīng)的必要成分，所以濕度對(duì)水泥的水化作用有著顯著的影響。濕度適當(dāng)，水泥水化反應(yīng)順利進(jìn)行，使混凝土強(qiáng)度得到充分發(fā)展。濕度不夠，水泥水化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，甚至停止水化，嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度，而且使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，形成干縮裂縫，增大了滲水性，從而影響混凝土的耐久性。因此，施工規(guī)范規(guī)定在混凝土澆筑完畢后，應(yīng)在12h內(nèi)進(jìn)行覆蓋以防止水分蒸發(fā)。夏季施工對(duì)混凝土進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，要特別注意澆水保濕，使用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥時(shí)澆水保濕應(yīng)不少于7d，使用火山灰水泥和粉煤灰水泥、或在施工中摻緩凝型外加劑、或混凝土有抗?jié)B要求時(shí)應(yīng)不少于14d。

4.齡期

在正常養(yǎng)護(hù)的條件下,混凝土強(qiáng)度將隨齡期的增長而不斷發(fā)展，最初（7~14）d內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展較快，以后逐漸緩慢，28d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。28d后強(qiáng)度仍在發(fā)展，其增長過程可延續(xù)數(shù)十年之久，混凝土強(qiáng)度與齡期的關(guān)系如圖6.8所示。

普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展大致與其齡期的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系(齡期不小于3d)，其計(jì)算公式為:式中：fn——nd齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度(MPa)；

f28——28d齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度(MPa)；

n——養(yǎng)護(hù)齡期（d），n≥3。圖6.8混凝土強(qiáng)度與保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系

5.試驗(yàn)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度測(cè)定值的影響

試驗(yàn)條件是指試件的尺寸、形狀、表面狀態(tài)及加荷速度等。試驗(yàn)條件不同，會(huì)影響混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)值。

(1)試件尺寸。相同配合比的混凝土,試件的尺寸越小，測(cè)得的強(qiáng)度越高。試件尺寸影響強(qiáng)度的主要原因是試件尺寸大時(shí)，內(nèi)部孔隙、缺陷等出現(xiàn)的幾率也大，導(dǎo)致有效受力面積的減小及應(yīng)力集中，從而引起強(qiáng)度的降低。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用150mm×150mm×150mm的立方體試件作為標(biāo)準(zhǔn)試件，當(dāng)采用非標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度應(yīng)乘以表6－15中的換算系數(shù)。表6－15混凝土試件不同尺寸的強(qiáng)度換算系數(shù)

(2)試件的形狀。當(dāng)試件受壓面積(a×a)相同，而高度(h)不同時(shí)，高寬比(h／a)越大，抗壓強(qiáng)度越小。這是由于試件受壓時(shí)，試件受壓面與試件承壓板之間的摩擦力，對(duì)試件橫向變形起著約束作用，該約束有利于試件強(qiáng)度的提高(見圖6.9(a))。愈接近試件的端面，這種約束作用就越大。在距端面大約范圍以外約束作用才消失。試件破壞后，其上下部分各呈現(xiàn)一個(gè)較完整的棱錐體（見圖6.9(b))，這種現(xiàn)象稱為環(huán)箍效應(yīng)。

(3)表面狀態(tài)?；炷猎嚰袎好娴臓顟B(tài)也是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素。當(dāng)試件受壓面上有油脂類潤滑劑時(shí)，試件受壓時(shí)的環(huán)箍效應(yīng)大大減小，試件將出現(xiàn)直裂破壞(見圖6.9(c))，測(cè)出的強(qiáng)度值也較低。

試件的承壓面必須平整且與試件的軸線垂直。一般試件承壓面總凹凸不平，則易形成局部受壓，引起應(yīng)力集中，使強(qiáng)度降低。圖6.9混凝土受壓試驗(yàn)(4)加荷速度。加荷速度越快，測(cè)得的混凝土強(qiáng)度值也越大，當(dāng)加荷速度超過1.0MPa／s時(shí)，這種趨勢(shì)更加顯著。因此，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)混凝土試件強(qiáng)度時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，加荷速度為（0.3~0.8）MPa／s。6.4.7提高混凝土強(qiáng)度的技術(shù)措施

1.采用高強(qiáng)度等級(jí)水泥或早強(qiáng)類水泥

水泥是混凝土中的活性組分，在相同的配合比情況下，所用水泥的強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土的強(qiáng)度越高。在用相同強(qiáng)度等級(jí)的水泥時(shí)，由于硅酸鹽水泥和普通水泥早期強(qiáng)度比其他水泥的早期強(qiáng)度高，因此采用此類水泥的混凝土早期強(qiáng)度較高。實(shí)際工程中，為加快工程進(jìn)度，常需要提高混凝土的早期強(qiáng)度，除采用硅酸鹽水泥和普通水泥外，也可采用快硬早強(qiáng)水泥。

2.降低水灰比

水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素，試驗(yàn)證明，水灰比增加1％，混凝土強(qiáng)度將下降5％，所以應(yīng)盡量降低混凝土中的水灰比（一般情況下水灰比可小于0.4，甚至可降至0.3以下）。然而降低水灰比可能會(huì)引起流動(dòng)性下降，難以滿足現(xiàn)代泵送混凝土施工工藝的要求。但通過在混凝土中加入高效減水劑，可使混凝土在保持所需流動(dòng)性的同時(shí)，其用水量也大幅減少，與此同時(shí)也減少了混凝土內(nèi)部的孔隙，增加了混凝土密實(shí)度，進(jìn)而提高了混凝土強(qiáng)度。

3.采用機(jī)械攪拌和振搗

機(jī)械攪拌和振搗比人工拌和和搗實(shí)更能使混凝土拌和物均勻，流動(dòng)性增大，很好地充滿模型，提高混凝土拌和物的密實(shí)度和強(qiáng)度。對(duì)于干硬性混凝土或低流動(dòng)性混凝土采用機(jī)械攪拌和振搗施工效果更顯著。

4.采用濕熱養(yǎng)護(hù)處理

濕熱處理最常用的是蒸汽養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)就是將成型后的混凝土制品放在100％以下的常壓蒸汽中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，目的是加快混凝土強(qiáng)度發(fā)展的速度。混凝土經(jīng)(16～20)h的蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28d強(qiáng)度的70％～80％。蒸汽養(yǎng)護(hù)的制度為靜置—升溫—恒溫—降溫。蒸汽養(yǎng)護(hù)的溫度即恒溫溫度，視水泥品種而異。用普通硅酸鹽水泥時(shí)，最適宜溫度為80℃左右；用礦渣或火山灰硅酸鹽水泥時(shí)，適宜的溫度為90℃左右。值得指出的是普通硅酸鹽水泥配制的混凝土經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)后，再在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d的抗壓強(qiáng)度，要比一直在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28d的抗壓強(qiáng)度低10％～15％。其原因是，高溫養(yǎng)護(hù)使水泥水化速度加快，但同時(shí)過早在水泥顆粒表面形成水化產(chǎn)物凝膠膜層，阻礙了水泥進(jìn)一步水化，所以經(jīng)過一段時(shí)間后，強(qiáng)度增長速度反而下降。而礦渣或火山灰硅酸鹽水泥配制的混凝土經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)后的28d強(qiáng)度，能提高10％或20％～40％。其原因是，高溫養(yǎng)護(hù)加速了活性混合材料與氫氧化鈣的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)由于溶液中氫氧化鈣逐漸減少，又促使水泥顆粒進(jìn)一步水化，水化生成物較多，強(qiáng)度增長較快，所以能提高混凝土強(qiáng)度。

5.摻入外加劑

在混凝土中摻入化學(xué)外加劑，可以改善混凝土性能、節(jié)約水泥、提高施工效率，具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。 6.5混凝土性能及耐久性

6.5.1在非荷載作用下的變形

1.化學(xué)收縮

所謂的化學(xué)收縮是由于水泥水化生成物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積小，從而引起混凝土的收縮。其收縮量是隨混凝土硬化齡期的延長而增加的，大致與時(shí)間的對(duì)數(shù)成正比，一般在混凝土成型后約40d內(nèi)增長較快,以后就漸趨穩(wěn)定?；瘜W(xué)收縮是不能恢復(fù)的。

2.干濕變形

干濕變形取決于周圍環(huán)境的濕度變化?；炷猎诟稍镞^程中，首先發(fā)生氣孔水和毛細(xì)孔水的蒸發(fā)。氣孔水的蒸發(fā)并不引起混凝土的收縮，毛細(xì)孔水的蒸發(fā)使毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，隨著空氣濕度的降低負(fù)壓逐漸增大，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土收縮。當(dāng)毛細(xì)孔中的水蒸發(fā)完后，如繼續(xù)干燥，則凝膠體顆粒的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)，由于分子引力的作用，粒子間距離變小，使凝膠體緊縮?；炷吝@種收縮在重新吸水以后大部分可以恢復(fù)。當(dāng)混凝土在水中硬化時(shí)，體積不變，甚至輕微膨脹，這是由于凝膠體中膠體粒子的吸附水膜增厚，膠體粒子間的距離增大所致。膨脹值遠(yuǎn)比收縮值小，一般沒有破壞作用。在一般條件下混凝土的極限收縮值為(50~90)×10-2mm/m。收縮受到約束時(shí)往往引起混凝土開裂，故施工時(shí)應(yīng)予以注意。通過試驗(yàn)得知：圖6.10混凝土的脹縮

(1)混凝土的干燥收縮是不能完全恢復(fù)的?；炷粮稍锸湛s后，既使長期再放在水中也仍然有殘余變形保留下來(見圖6.10)。通常情況，殘余收縮為收縮量的30％~60％。

(2)混凝土的干燥收縮與水泥品種、水泥用量和用水量有關(guān)。采用礦渣水泥比采用普通水泥的收縮大；采用高強(qiáng)度等級(jí)水泥，由于顆粒較細(xì)混凝土收縮也較大；水泥用量多或水灰比大者，收縮量也較大。

(3)砂石在混凝土中形成骨架對(duì)收縮有一定的抵抗作用，故混凝土的收縮量比水泥砂漿小得多，而水泥砂漿的收縮量又比水泥凈漿小得多。在一般條件下水泥漿的收縮值高達(dá)285×10-2mm/m，3種收縮量之比約為1∶2∶5。骨料的彈性模量越高，混凝土的收縮越小，故輕骨料混凝土的收縮一般來說比普通混凝土大得多。另外，砂、石越干凈，混凝土搗固的越密實(shí)，收縮量也越小。

(4)在水中養(yǎng)護(hù)或在潮濕條件下養(yǎng)護(hù)可大大減少混凝土的收縮，采用普通蒸養(yǎng)可減少混凝土收縮，壓蒸養(yǎng)護(hù)效果更顯著。因而為減少混凝土的收縮量，應(yīng)該盡量減少水泥用量，砂、石骨料要洗干凈，盡可能采用振搗器搗實(shí)和加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等。

在一般工程設(shè)計(jì)中，通常采用混凝土的線收縮值為(15~20)×10-2mm/m，即每米收縮(0.15~0.2)mm。

3.溫度變形

混凝土與其他材料—樣，也具有熱脹冷縮的性質(zhì)?；炷恋臏囟扰蛎浵禂?shù)約為10×10-5mm/mm，即溫度升高1℃，每米膨脹0.01mm。溫度變形對(duì)大體積混凝土及大面積混凝土工程極為不利。

在混凝土硬化初期，水泥水化放出較多的熱量，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體散熱較慢，因此在大體積混凝土內(nèi)部的溫度較高，有時(shí)可達(dá)50℃~70℃，這將使內(nèi)部混凝土的體積產(chǎn)生較大的膨脹，而外部混凝土卻隨氣溫降低而收縮。內(nèi)部膨脹和外部收縮互相制約，在外表混凝土中將產(chǎn)生很大拉應(yīng)力,嚴(yán)重時(shí)使混凝土產(chǎn)生裂縫。因此，對(duì)大體積混凝土工程，必須盡量設(shè)法減少混凝土發(fā)熱量，如采用低熱水泥，減少水泥用量，采取人工降溫等措施。一般縱長的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，采取每隔一段長度設(shè)置伸縮縫以及在結(jié)構(gòu)物中設(shè)置溫度鋼筋等措施。6.5.2在荷載作用下的變形

1.短期荷載作用下的變形

(1)混凝土的彈塑性變形?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)中含有砂石骨料、水泥石(水泥石中又存在著凝膠、晶體和未水化的水泥顆粒)、游離水分和氣泡，這就決定了混凝土本身的不勻質(zhì)性。它是一種完全的彈性體，而是一種彈塑性體。在受力時(shí)，既會(huì)產(chǎn)生可以恢復(fù)的彈性變形，又會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形，其應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系如圖6.11所示。

在靜力試驗(yàn)的加荷過程中，若加荷至應(yīng)力為σ應(yīng)變?yōu)棣诺腁點(diǎn)，然后將荷載逐漸卸去，得到卸載曲線AC。卸載后能恢復(fù)的應(yīng)變?chǔ)艔椃Q為彈性應(yīng)變，不能恢復(fù)的應(yīng)變?chǔ)潘芊Q為塑性應(yīng)變。圖6.11混凝土在壓力作用下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線在重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，因作用力的大小而有不同的形式。當(dāng)應(yīng)力小于(0.3~0.5)fcp時(shí)，每次卸載都?xì)埩粢徊糠炙苄宰冃桅潘?，但隨著重復(fù)次數(shù)的增加，ε塑的增量逐漸減小，最后曲線穩(wěn)定于A′C′線,與初始切線大致平行，如圖6.12所示。若所加應(yīng)力在(0.5~0.7)fcp以上重復(fù)時(shí)，隨著重復(fù)次數(shù)的增加，塑性應(yīng)變逐漸增加，將導(dǎo)致混凝土疲勞破壞。圖6.12低應(yīng)力下重復(fù)荷載的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(2)混凝土的變形模量。應(yīng)力—應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為混凝土在該應(yīng)力下的變形模量，反映混凝土所受應(yīng)力與所產(chǎn)生應(yīng)變之間的關(guān)系。在計(jì)算鋼筋混凝土的變形、裂縫開展及大體積混凝土的溫度應(yīng)力時(shí)，均需知道瞬時(shí)混凝土的變形模量。在混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常采用一種按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得的靜力受壓彈性模量Ec。在靜力受壓彈性模量試驗(yàn)中，使混凝土的應(yīng)力在0.4fcp水平下經(jīng)過多次反復(fù)加載和卸載，最后所得應(yīng)力—應(yīng)變曲線與初始切線大致平行，這樣測(cè)出的變形模量稱為彈性模量Ec，故Ec在數(shù)值上與tanα相近(見圖6.12)?；炷恋膹?qiáng)度越高，彈性模量也越高，兩者存在一定的相關(guān)性。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)由C10增高到C60時(shí)，其彈性模量大致由1.75×10-4MPa增至3.60×10-4MPa。

混凝土的彈性模量隨其骨料與水泥石的彈性模量不同而異。由于水泥石的彈性模量一般低于骨料的彈性模量，所以混凝土的彈性模量一般略低于其骨料的彈性模量。在材料質(zhì)量不變的條件下，混凝土的骨料含量較多、水灰比較小、養(yǎng)護(hù)較好及齡期較長時(shí)，混凝土的彈性模量就較大。蒸汽養(yǎng)護(hù)的彈性模量比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的低。

混凝土的彈性模量與鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度有關(guān)，一般建筑物須有足夠的剛度，在受力下保持較小的變形，才能發(fā)揮其正常使用功能，因此所用混凝土須有足夠大的彈性模量。

2.長期荷載作用下的變形

1)徐變的概念

混凝土在長期荷載作用下，沿著作用力方向的變形會(huì)隨時(shí)間延長而不斷增加，即荷載不變而變形隨時(shí)間不斷增大，變形發(fā)生后，一般要延續(xù)2～3年才趨于穩(wěn)定。這種現(xiàn)象稱為徐變。圖6.13所示為混凝土徐變過程，從圖中可以看出，在加荷瞬間，混凝土產(chǎn)生瞬時(shí)變形，隨著時(shí)間的延長，荷載不變但變形卻緩慢增加，即產(chǎn)生徐變變形；在荷載作用初期，徐變變形增長較快，以后逐漸變慢，且穩(wěn)定下來；當(dāng)變形穩(wěn)定以后卸載，一部分變形瞬時(shí)恢復(fù)，其值小于在加荷瞬間產(chǎn)生的瞬時(shí)變形。在卸荷后一段時(shí)間內(nèi)，變形還會(huì)繼續(xù)恢復(fù)，稱為徐變恢復(fù)。最后殘留下來的不能恢復(fù)的變形稱為殘余變形。混凝土的最終徐變可達(dá)(3～15)×10-4mm/mm，即（0.3～1.5）mm/m。可見，混凝土的徐變變形往往超過彈性變形的2~3倍，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是不能忽略的。圖6.13混凝土的徐變與恢復(fù)2)徐變的原因

一般認(rèn)為，混凝土徐變是由混凝土中水泥石的徐變所引起的。水泥石的徐變是由于水泥石中的凝膠體在長期荷載作用下產(chǎn)生黏性流動(dòng)，并向毛細(xì)孔中移動(dòng)，同時(shí)吸附在凝膠粒子上的吸附水因荷載應(yīng)力而向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果。從水泥凝結(jié)硬化過程可知，隨著水泥的逐漸水化，新的凝膠體逐漸填充毛細(xì)孔，使毛細(xì)孔的相對(duì)體積逐漸減少。荷載初期，由于未填滿的毛細(xì)孔較多，凝膠體較易流動(dòng)，故徐變?cè)鲩L較快。以后由于內(nèi)部穩(wěn)定和水化的進(jìn)展，毛細(xì)孔逐漸減小，徐變發(fā)展因而變慢。

3)影響混凝土徐變的因素

混凝土在水灰比較大時(shí)，徐變較大；水灰比相同時(shí)，水泥用量較多的混凝土徐變較大。混凝土所用骨料彈性模量較大時(shí)，徐變較小。充分養(yǎng)護(hù)，特別是在水中養(yǎng)護(hù)的混凝土徐變較小?；炷恋膽?yīng)力越大，徐變?cè)酱蟆?/p>

混凝土的徐變對(duì)混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響有有利的一面，也有不利的一面。徐變有利于削弱由干縮、溫變等引起的約束變形，從而防止裂縫的產(chǎn)生。但在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，徐變將產(chǎn)生應(yīng)力松弛，引起結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的徐變會(huì)降低混凝土所承受的應(yīng)力，而增大鋼筋的應(yīng)力，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮徐變的影響。6.5.3混凝土的耐久性

所謂混凝土材料的耐久性，是指混凝土材料應(yīng)具有長期抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并保持其良好的使用性能的能力?；炷脸龖?yīng)具有設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，以保證其能安全地承受設(shè)計(jì)荷載外，還應(yīng)具有經(jīng)久耐用的性能，混凝土耐久性主要包括以下內(nèi)容:

1.混凝土的抗?jié)B性

抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水、油等液體滲透的能力。環(huán)境中各種侵蝕介質(zhì)均要通過滲透才能進(jìn)入混凝土內(nèi)部，所以抗?jié)B性對(duì)混凝土的耐久性起著重要作用。抗?jié)B透性主要與混凝土的密實(shí)度及內(nèi)部孔隙特征(大小、構(gòu)造)有關(guān)?；炷林邢嗷ミB通的孔隙越多、孔徑越大，其抗?jié)B透性就越差。工程上用抗?jié)B等級(jí)來表示混凝土的抗?jié)B性，依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GB/T50082—2009），采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的標(biāo)準(zhǔn)試件，按規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)。抗?jié)B等級(jí)分為P4、P6、P8、P10和P12五級(jí)，相應(yīng)表示混凝土能低抗0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa及1.2MPa的水壓力而不漏水。

提高混凝土抗?jié)B性的主要措施有降低水灰比，摻引氣劑，采用減水劑，防止離析、泌水的發(fā)生，加強(qiáng)施工過程振搗及充分養(yǎng)護(hù)等。

2.混凝土的抗凍性

混凝土的抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)強(qiáng)度不嚴(yán)重降低、外觀能保持完整的性能。

混凝土的抗凍性主要取決于混凝土中孔隙的數(shù)量、特征、充水程度、環(huán)境溫濕度與經(jīng)歷凍融的次數(shù)等。由于充水介質(zhì)成分復(fù)雜，混凝土凍融破壞機(jī)理略有差別，應(yīng)分別對(duì)待。

混凝土凍融破壞的原因是混凝土內(nèi)孔隙水結(jié)冰后體積膨脹造成的靜水壓力以及因凍水蒸汽壓的差別推動(dòng)未凍水向凍結(jié)區(qū)的遷移造成的滲透壓力。當(dāng)這兩種壓力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，反復(fù)凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。另外，因滲透壓增大導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙飽和吸水度提高，鹽的結(jié)晶壓力增大，鹽的濃度梯度使?jié)B透壓力因分層結(jié)冰產(chǎn)生應(yīng)力差，使混凝土表面產(chǎn)生剝蝕破壞。

混凝土的抗凍性以抗凍等級(jí)來表示，分為D10，D15，D25，D50，D100，D150，D200，D250和D300九個(gè)等級(jí)，其中數(shù)字表示混凝土能承受的最大凍融次數(shù)?；炷量箖龅燃?jí)按（GB/T50082—2009）的規(guī)定方法測(cè)定?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T55-2009）中規(guī)定，抗凍等級(jí)≥D50的混凝土稱為抗凍混凝土。

3.混凝土的抗侵蝕性

混凝土抵抗周圍環(huán)境介質(zhì)侵蝕的能力稱為抗侵蝕性。環(huán)境介質(zhì)對(duì)混凝土的侵蝕主要有淡水侵蝕、硫酸鹽侵蝕、海水侵蝕等。當(dāng)所處環(huán)境的介質(zhì)對(duì)混凝土有侵蝕性時(shí)，會(huì)對(duì)混凝土提出抗侵蝕性要求?；炷量骨治g性取決于水泥的品種和混凝土的密實(shí)度。密實(shí)度高、連通孔隙少，混凝土的抗侵蝕性就好。合理地選擇水泥品種亦可提高混凝土的抗侵蝕性，水泥品種的選擇可參看上一章內(nèi)容。

4.混凝土的抗碳化性

混凝土長期在空氣中時(shí)，水泥石中的水化產(chǎn)物與空氣中的二氧化碳在有水的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣和水，此反應(yīng)過程稱為碳化過程。碳化對(duì)混凝土的影響主要表現(xiàn)在混凝土的堿度降低，未經(jīng)碳化的混凝土pH值為12～13，碳化后pH值為8.5～10，接近中性。堿度降低將導(dǎo)致混凝土中鋼筋銹蝕。另外，由于碳化后水化產(chǎn)物生成碳酸鈣，導(dǎo)致混凝土表面收縮增加，引起混凝土開裂。

碳化過程是二氧化碳由表及里向混凝土內(nèi)部逐漸擴(kuò)散的過程。影響混凝土碳化的主要因素有：

1)外部環(huán)境

包括二氧化碳的濃度和環(huán)境濕度。一般地說，二氧化碳濃度越高，碳化速度進(jìn)行的就越快。近年來，工業(yè)排放二氧化碳量持續(xù)上升，城市混凝土建筑的碳化速度有加快趨勢(shì)。另外，水分是碳化反應(yīng)進(jìn)行的必要條件，所以環(huán)境濕度的影響是關(guān)鍵。試驗(yàn)表明，相對(duì)濕度在25％以下或混凝土處于完全干燥條件下，由于缺乏使二氧化碳與氫氧化鈣反應(yīng)所需的水分，碳化停止；相對(duì)濕度在80％以上或處于水中的混凝土，由于水阻止了二氧化碳與混凝土接觸，混凝土也不能被碳化(水中溶有二氧化碳除外)；當(dāng)相對(duì)濕度在50％～75％之間，二氧化碳濃度較高時(shí)，碳化速度最快。

2）內(nèi)部因素

(1)水泥品種。摻有混合材料的水泥碳化比不摻混合材料的普通水泥快，這是因?yàn)樵诨炷林校S著膠凝材料體系中硅酸鹽水泥熟料成分的減少，本身堿度較低，在同樣的外部環(huán)境條件下，堿度降低幅度較大，抗碳化能力低于不摻混合材料的水泥。

(2)水灰比。水灰比大的混凝土碳化快，因其孔隙較多，所以二氧化碳易于進(jìn)入混凝土內(nèi)部，降低抗碳化能力。

(3)施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)措施、骨料質(zhì)量及混凝土表面是否有涂層等都對(duì)混凝土抗碳化性有一定影響。摻入外加劑可改善混凝土結(jié)構(gòu)，防止二氧化碳進(jìn)入或降低擴(kuò)散速率。

5.混凝土抗鋼筋銹蝕性

混凝土孔隙中的孔溶液通常含有大量的Na+、K+、OH-及少量Ca+等離子，一般情況下，為保持離子電中性，OH-濃度較高，即pH值較大，在這樣的堿性環(huán)境中，鋼筋表面生成一層厚（2~6）mm的致密鈍化膜，使鋼材難以進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，即電化學(xué)腐蝕難以進(jìn)行。然而，一旦這層鈍化膜遭到破壞，鋼筋的周圍又有水分和氧時(shí)，混凝土中的鋼筋就會(huì)銹蝕。鋼筋銹蝕會(huì)減小受力鋼筋面積，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的承載能力。由于鋼筋銹蝕過程隨著時(shí)間延長而加劇，故嚴(yán)重影響混凝土耐久性。

6.混凝土抗堿－骨料反應(yīng)

堿－骨料反應(yīng)是指混凝土中所含的堿性氧化物(Na2O或K2O)與骨料中的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)生成物（堿－硅酸凝膠）在骨料界面處吸水膨脹，從而導(dǎo)致混凝土開裂而破壞。

堿－骨料反應(yīng)是影響混凝土耐久性的一個(gè)重要方面，由于其反應(yīng)速度慢且發(fā)生于混凝土內(nèi)部，由此引起的膨脹破壞往往幾年后才能發(fā)現(xiàn)，因此對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)采取阻止堿－骨料反應(yīng)發(fā)生的預(yù)防措施，避免或減少該反應(yīng)的發(fā)生。預(yù)防并抑制堿－骨料反應(yīng)的主要措施：

（1)控制水泥含堿量和控制混凝土總堿量。

（2)控制使用活性骨集料。

（3)摻用摻和料。在含有硅酸質(zhì)活性集料的混凝土中摻入摻和料可對(duì)堿－骨料反應(yīng)起到有效的抑制作用，常用的摻和料有粉煤灰、水淬礦渣和硅粉。

（4)摻用引氣劑。摻用引氣劑使混凝土保持4%～5％的含氣量，可容納一定數(shù)量的反應(yīng)產(chǎn)物，從而緩解堿－骨料反應(yīng)的膨脹壓力。

（5)盡量隔絕水,使混凝土處于干燥狀態(tài)。

7.提高混凝土耐久性的措施

1)嚴(yán)格控制水灰比與水泥用量

水灰比是決定混凝土密實(shí)度的主要因素，也是影響集料與水泥界面的關(guān)鍵，不但影響混凝土的強(qiáng)度，而且也嚴(yán)重影響其耐久性，因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中必須適當(dāng)控制水灰比。保證足夠的水泥用量，也是保證混凝土密實(shí)性、提高耐久性的一個(gè)重要方面?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55—2000)對(duì)工業(yè)與民用建筑工程所用混凝土的最大水灰比及最小用水量作了規(guī)定。

2)選擇適當(dāng)品種的水泥

根據(jù)混凝土工程的特點(diǎn)和環(huán)境條件，參照有關(guān)水泥在工程中應(yīng)用的原則選用。

3)選用質(zhì)量好的骨料

級(jí)配、粒形、質(zhì)量良好的砂、石骨料，是保證混凝土密實(shí)度和適宜水泥膠凝材料用量的必備前提，同時(shí)也是保證混凝土耐久性的重要條件。

4)摻用引氣劑或減水劑

摻用引氣劑，引入微小封閉氣泡，對(duì)提高抗?jié)B、抗凍性等有良好的作用。摻用減水劑，可明顯提高混凝土強(qiáng)度和抗化學(xué)侵蝕能力。

5)加強(qiáng)混凝土質(zhì)量的生產(chǎn)控制

在混凝土施工中，做好每一個(gè)環(huán)節(jié)(計(jì)量、攪拌、運(yùn)輸、澆灌、振搗、養(yǎng)護(hù))的質(zhì)量管理和質(zhì)量控制是防患于未然的關(guān)鍵，也是使混凝土有良好耐久性的必要基礎(chǔ)。 6.6混凝土的外加劑

6.6.1混凝土化學(xué)外加劑

所謂混凝土化學(xué)外加劑，是在拌和混凝土過程中摻入(可與拌和水同時(shí)摻入，也可比水滯后摻入)用以改善混凝土性能的物質(zhì)。摻入量一般不大于水泥質(zhì)量的5％。

我國使用最早的混凝土化學(xué)外加劑為亞硫酸鹽紙漿廢液等，是造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)稱之為“塑化劑”。紙漿廢液可以顯著改善混凝土拌和物的和易性，提高其強(qiáng)度和耐久性。20世紀(jì)90年代以后，我國化學(xué)外加劑有了飛速發(fā)展，年產(chǎn)量達(dá)到280萬噸，產(chǎn)品已有上百個(gè)商品品種。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)混凝土性能提出了許多新的要求，如泵送新工藝要求高流動(dòng)性混凝土，大跨度建筑要求高強(qiáng)、高耐久性混凝土，冬期施工則要求早強(qiáng)混凝土等，通過摻用適當(dāng)品種的外加劑，均可滿足這些要求。因此高質(zhì)量、多品種混凝土化學(xué)外加劑的成功開發(fā)，是混凝土技術(shù)發(fā)展史上的一次重大變革和創(chuàng)新。混凝土化學(xué)外加劑被世界各國公認(rèn)為是混凝土中必不可少的組分之一。

摻用混凝土化學(xué)外加劑的目的主要是為了改善混凝土拌和物或硬化混凝土的某些方面的性能，不包括生產(chǎn)水泥過程中為提高水泥產(chǎn)量或調(diào)節(jié)水泥某些性能而加入的助磨劑、調(diào)凝劑(如石膏)等。6.6.2混凝土化學(xué)外加劑的分類

1.按主要功能分

(1)改善混凝土拌和物流動(dòng)性能的化學(xué)外加劑。包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。

(2)調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的化學(xué)外加劑。包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑。