混凝土基本知識

第4章混凝土

混凝土是由膠凝材料將骨料(又稱集料)膠結(jié)而成的固體復(fù)合材料。

根據(jù)所用膠凝材料的不同分為：水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、樹脂混凝土、瀝青混凝土等。土木工程中用量最大的為水泥混凝土。水泥混凝土又按其體積密度的大小分為以下三種：

重混凝土：體積密度大于2600kg/m3的混凝土，采用體積密度大的骨料(如重晶石、鐵礦石、鐵屑等)配制而成。具有良好的防射線性能，故稱為防射線混凝土。主要用于核反應(yīng)堆及其它防射線工程中。

普通混凝土：體積密度為2000～2500kg/m3的混凝土，采用普通天然密實的骨料配制而成。廣泛用于建筑、橋梁、道路、水利、碼頭、海洋等工程，是各種工程中用量最大的混凝土，故簡稱為混凝土。4.1普通混凝土的組成、結(jié)構(gòu)與混凝土的基本要求

輕混凝土，體積密度小于1950kg/m3的混凝土，采用多孔輕質(zhì)骨料配制而成，或采用特殊方法在混凝土內(nèi)部造成大量孔隙，使混凝土具有多孔結(jié)構(gòu)。保溫性較好，主要用于保溫、結(jié)構(gòu)保溫或結(jié)構(gòu)材料?；炷吝€可按其主要功能或結(jié)構(gòu)特征、施工特點來分類，如防水混凝土、耐熱混凝土、高強混凝土、泵送混凝土、流態(tài)混凝土、噴射混凝土、纖維混凝土等。一、普通混凝土的組成及其作用混凝土是由水泥、砂、石和水組成。硬化前的混凝土稱為混凝土拌合物，或新拌混凝土。

水和水泥→水泥漿包裹在砂的表面，并填充于砂的空隙中成為砂漿；砂漿包裹在石子的表面，并填充石子的空隙。水泥漿和砂漿在混凝土拌合物中分別起到潤滑砂、石的作用，使混凝土具有施工要求的流動性，并使混凝土成型密實。硬化后，水泥石將砂、石牢固地膠結(jié)為一整體，使混凝土具有所需的強度、耐久性等性能。水泥石占20%~30%。

砂、石通常砂、石的強度高于水泥石的強度，因而它們在混凝土中起骨架的作用，故稱為骨料，主要起到提高混凝土強度，限制混凝土的干縮，減少水泥用量和水化熱、降低成本的作用，并可起到提高耐久性的作用。骨料一般占混凝土總體積的65%~75%。二、混凝土的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)混凝土是一種多相非均質(zhì)復(fù)合材料。從亞微觀上來看，混凝土是由粗、細骨料，水泥的水化產(chǎn)物，毛細孔，氣孔；微裂紋(因水化熱、干縮等致使水泥石開裂)；界面微裂紋(因干縮、泌水等所致)及界面過渡層等組成?；炷猎谑芰σ郧埃瑑?nèi)部就存在有許多微裂紋。界面過渡層是由于泌水等原因，而在粗骨料表面處形成寬度約為30~60μm，結(jié)構(gòu)相對疏松的水泥石薄層，且界面過渡層中常含有微裂紋。從宏觀上看，混凝土是由骨料和水泥石組成的二相復(fù)合材料。因此，混凝土的性質(zhì)主要取決于混凝土中骨料與水泥石的性質(zhì)、它們的相對含量以及骨料與水泥石間的界面粘結(jié)強度(或界面過渡層的強度)?；炷两Y(jié)構(gòu)示意圖石子砂子水泥石氣孔由于骨料的強度一般均高于水泥石的強度，因而普通混凝土的強度主要取決于水泥石的強度和界面粘結(jié)強度(或界面過渡層的強度)，而界面粘結(jié)強度又取決于水泥石的強度和骨料的表面狀況(粗糙程度、棱角的多少、粘附的泥等雜質(zhì)的多少、吸水性的大小等)及混凝土拌合物的泌水性等。水或稀水泥漿分層、離析結(jié)束局部放大混凝土分層示意圖分層開始石子砂子水泥漿↓－石子趨勢↑－水趨勢三、混凝土的基本要求

(一)混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和易性也稱工作性或工作度，是指混凝土拌合物易于施工，并能獲得均勻密實結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。和易性包括以下三項含義：

1.流動性指混凝土拌合物在自重力或機械振動力作用下，易于產(chǎn)生流動、易于運輸、易于充滿混凝土模板的性質(zhì)。一定的流動性可保證混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的形狀與尺寸以及混凝土結(jié)構(gòu)的密實性。流動性過小，不利于施工，并難以達到密實成型，易在混凝土內(nèi)部造成孔隙或孔洞；流動性過大，雖然成型方便，但水泥漿用量大，不經(jīng)濟，且可能會造成混凝土拌合物產(chǎn)生離析和分層，影響混凝土的均質(zhì)性。流動性是和易性中最重要的性質(zhì)，對混凝土的強度及其它性質(zhì)有較大的影響。2.粘聚性指混凝土拌合物各組成材料具有一定的粘聚力，在施工過程中保持整體均勻一致的能力。粘聚性差的混凝土拌合物在運輸、澆注、成型等過程中，石子容易與砂漿產(chǎn)生分離，即易產(chǎn)生離析、分層現(xiàn)象，造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻。粘聚性對混凝土的強度及耐久性有較大的影響。

3.保水性指混凝土拌合物在施工過程中保持水分的能力。保水性好可保證混凝土拌合物在運輸、成型和凝結(jié)硬化過程中，不發(fā)生大的或嚴重的泌水。泌水會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的連通毛細孔隙，成為混凝土中的滲水通道。上浮的水會在石子和鋼筋的下部形成水隙或水囊，即孔隙或裂紋，從而嚴重影響它們與水泥石之間的界面粘結(jié)力。上浮到混凝土表面的水，會大大增加表面層混凝土的水灰比，造成混凝土表面疏松，若繼續(xù)澆注混凝土，則會在混凝土內(nèi)形成薄弱的夾層。保水性對混凝土的強度和耐久性有較大的影響?；炷涟韬衔锏牧鲃有?、粘聚性及保水性，三者相互聯(lián)系，但又相互矛盾。當流動性較大時，往往混凝土拌合物的粘聚性和保水性較差，反之亦然。因此，混凝土拌合物和易性良好是指三者相互協(xié)調(diào)，均為良好。(二)強度混凝土在28d時的強度或規(guī)定齡期時的強度應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。(三)耐久性混凝土應(yīng)具有與環(huán)境相適應(yīng)的耐久性，以保證混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

(四)經(jīng)濟性在滿足上述三項要求的前提下，混凝土中的各組成材料應(yīng)經(jīng)濟合理，即應(yīng)節(jié)約水泥用量，以降低成本。第2節(jié)普通混凝土的組成材料

一、水泥水泥的品種應(yīng)根據(jù)混凝土工程的性質(zhì)和混凝土工程所處的環(huán)境條件來確定。水泥強度等級按下表選取。用高強水泥配制低強度等級的混凝土?xí)r，較少的水泥用量即可滿足混凝土的強度，但水泥用量過少會嚴重影響和易性、耐久性；用低強水泥配制高強混凝土?xí)r，會因水灰比太小及水泥用量過大而影響流動性，并顯著增加混凝土的水化、干縮與徐變，同時混凝土的強度也不易得到保證，經(jīng)濟上也不合理。故水泥強度應(yīng)與混凝土的強度等級相適應(yīng)。二、細骨料粒徑為0.15～4.75mm的骨料稱為細骨料，簡稱砂，分為天然砂和人工破碎。天然砂是土木工程中的主要用砂，分為河砂(江砂)、山砂、海砂等。山砂表面粗糙、棱角多，含泥量和有機質(zhì)含量較多。海砂長期受海水的沖刷，表面圓滑，較為清潔，但海砂中?；煊胸悮ず洼^多的鹽分。河砂（江砂)的表面圓滑，較為清潔，且分布廣，為混凝土主要用砂。人工破碎砂是由天然巖石破碎而成，一般僅在缺乏天然砂時才使用。(一)砂的粗細與顆粒級配砂的粗細指砂?；旌虾蟮钠骄旨毘潭?。砂的粒徑越大，則砂的比表面積越小，包裹砂表面所需的水和水泥漿用量就越少。

采用粗砂配制混凝土，可減少用水量，節(jié)約水泥用量，并可降低水化熱，減少混凝土的溫升、干縮與徐變；若保證用水量不變，則可提高混凝土拌合物的流動性；若保證混凝土拌合物的流動性和水泥用量不變，則可減少用水量，從而可提高混凝土的強度。但砂過粗時，由于粗顆粒砂對石子的粘聚力較低，會引起拌合物產(chǎn)生離析、分層。砂的顆粒級配是指大小不同顆粒的搭配程度。級配好的砂應(yīng)是大顆粒砂的空隙被中等顆粒砂所填充，而中等顆粒砂的空隙被小顆粒砂所填充，依次填充使骨料的空隙率最小。級配良好的砂可減少水泥漿用量，節(jié)約水泥，提高混凝土拌合物的流動性和粘聚性，提高混凝土的密實度及混凝土的強度和耐久性，減少徐變和收縮。砂的粗細與顆粒級配通常采用篩分法測定與評定，即采用一套孔徑為4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm的標準篩，將500g干砂由粗到細依次篩分，然后稱量篩余量，計算分計篩余、累計篩余、細度模數(shù)。細度模數(shù)：μf＝3.7～3.1為粗砂，μf=3.0～2.3為中砂，μf=2.2～1.6為細砂，μf＝1.5~0.7為特細砂。應(yīng)優(yōu)先選用粗砂或中砂。粗砂特別適合用于配制流動性小的混凝土或干硬性混凝土，中砂則適合各種混凝土。砂的級配用級配區(qū)來表示。其主要以0.60mm篩的累計篩余百分率來劃分，并分為三個級配區(qū)?；炷劣蒙暗念w粒級配應(yīng)處于三個級配區(qū)的任何一個級配區(qū)內(nèi)。除0.60和4.75mm篩的累計篩余外，其它篩的累計篩余允許稍有超出分界限，但其總量百分率超出不得大于5%，否則為級配不合格。如砂的自然級配不符合級配區(qū)的要求，應(yīng)進行調(diào)整。即將粗、細不同的兩種砂按適當比例混合。

(二)泥、泥塊及有害物質(zhì)

1.泥及泥塊粒徑小于0.08mm的粘土、淤泥、石屑等粉狀物統(tǒng)稱為泥。塊狀的粘土、淤泥統(tǒng)稱為泥塊或粘土塊(對于細骨料指粒徑大于1.18mm，經(jīng)水洗手捏后成為小于0.60mm的顆粒；對于粗骨料指粒徑大于4.75mm，經(jīng)水洗手捏后成為小于2.36mm的顆粒)。

泥常包覆在砂粒的表面，會大大降低砂與水泥石間的界面粘結(jié)力，f↓、流動性↓，或W↑、C↑，干縮與徐變↑，并使耐久性↓。泥塊顆粒較大，在混凝土中成為較大的缺陷，對混凝土的強度影響更大。

2.有害物質(zhì)砂中有害物質(zhì)包括硫酸鹽、硫化物、有機質(zhì)、云母、輕物質(zhì)、氯鹽等。硫酸鹽、硫化物及有機質(zhì)對水泥石有腐蝕作用。云母表面光滑，與水泥石的粘結(jié)力差，且本身強度低，會降低混凝土的強度和耐久性。輕物質(zhì)(密度小于2.0g/cm3的物質(zhì))的強度低，會降低混凝土的強度和耐久性。氯鹽對鋼筋有銹蝕作用。

3.活性氧化硅砂中含有活性氧化硅時，它會與水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)，稱為堿-骨料反應(yīng)。堿-骨料反應(yīng)會使混凝土的耐久性下降。

(三)堅固性骨料在氣候、環(huán)境變化或其它物理因素作用下抵抗破壞的能力稱為堅固性。堅固性用Na2SO4飽和溶液法測定，即將細骨料在Na2SO4飽和溶液中浸泡至飽和，然后取出試樣烘干，經(jīng)5次循環(huán)后，測定因Na2SO4結(jié)晶膨脹引起的質(zhì)量損失。嚴寒及寒冷地區(qū)室外處于潮濕或干濕交替狀態(tài)下的混凝土，以及有抗疲勞、耐磨、抗沖擊要求的混凝土，或有腐蝕介質(zhì)作用的混凝土需考慮堅固性。三、粗骨料粒徑大于4.75mm的骨料稱為粗骨料，簡稱為石子。粗骨料分為碎石和卵石。卵石分為河卵石、海卵石、山卵石等，其中河卵石分布最廣，應(yīng)用較多。卵石的表面光滑，有機雜質(zhì)含量較多。碎石為天然巖石或卵石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，較為清潔。與卵石比較，用碎石配制混凝土?xí)r，需水量及水泥用量較大，或混凝土拌合物的流動性較小，但由于碎石與水泥石間的界面粘結(jié)力強，故碎石混凝土的強度高于卵石混凝土。特別是在水灰比較小(<0.40)的情況下，強度相差尤為明顯。

(一)粗骨料的最大粒徑與顆粒級配粗骨料公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑。粗骨料的粒徑與級配對混凝土性質(zhì)的影響與細骨料相同，但影響程度更大。用最大粒徑大的粗骨料配制混凝土，可減少用水量，節(jié)約水泥用量，降低混凝土的水化熱及混凝土的干縮與徐變，對中低強度的混凝土還可提高混凝土的強度與耐久性。因此，應(yīng)盡量選擇最大粒徑較大的粗骨料，但一般也不宜超過37.5mm(混凝土強度較低時可適當放寬)。因這時由于減少用水量獲得的強度提高，被大粒徑骨料造成的界面粘結(jié)減少和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻性所抵消。同時，最大粒徑還受到混凝土結(jié)構(gòu)截面尺寸和鋼筋凈距等的限制，最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)最小截面尺寸的l/4，且不得大于鋼筋凈距的3/4。對混凝土實心板，粗骨料的最大粒徑不宜超過板厚的l/2，且不得超過53mm。對高強混凝土，粗骨料的最大粒徑不宜超過19mm或16mm。粗骨料的級配也采用篩分析試驗來測定，并按各篩上的累計篩余百分率劃分級配。粗骨料的級配分為連續(xù)級配和間斷級配兩種。連續(xù)級配(連續(xù)粒級)是指顆粒由小列大，每一級粗骨料都占有一定的比例，且相鄰兩級粒徑相差較小(比值小于2)。連續(xù)級配的空隙率較小，適合配制各種混凝土，尤其適合配制大流動性砼,工程中應(yīng)用最多。間斷級配是指粒徑不連續(xù)。即中間缺少1～2級的顆粒，且相鄰兩級粒徑相差較大(比值約為5～6)。間斷級配的空隙率最小，有利于節(jié)約水泥用量，但由于骨料粒徑相差較大，使混凝土拌合物易產(chǎn)生離析、分層，造成施工困難。故僅適合配制流動性小的混凝土?；虬敫捎残约案捎残曰炷粒蚋换炷?即水泥用量多的混凝土)，且宜在預(yù)制廠使用，而不宜在工地現(xiàn)場使用。粗骨料的級配對高強混凝土尤為重要。單粒級是主要由一個粒級組成，空隙率最大，一般不宜單獨使用。單粒級主要用來配制具有所要求級配的連續(xù)級配和間斷級配。級配或最大粒徑不符合要求時，應(yīng)進行調(diào)整。方法是將兩種或兩種以上最大粒徑與級配不同的粗骨料按適當比例混合試配，直至符合要求。表4-6碎石和卵石的顆粒級配范圍(GB/T14685-2001)

級配情況公稱粒級mm累計篩余（％）方孔篩孔徑（mm）2.364.759.5016.019.026.531.5連續(xù)級配5~1095~10080~1000~150

5~1695~10085~10030~600~100

5~2095~10090~10040~80－0~100

5~26.595~10090~100－30~70－0~505~31.595~10090~10070~90－15~45－0~55~40－95~10070~90－30~65－－單粒粒級10~20

－95~10085~100－0~150

16~31.5

－95~100－85~100－－0~1020~40

－

－95~100－80~100－－31.5~63

－

－

－95~100－－75~10040~80

－

－

－

－95~100－－(二)針、片狀顆粒顆粒長度大于該顆粒所屬粒級的平均粒徑2.4倍者稱為針狀骨料，顆粒厚度小于該顆粒所屬粒級的0.4倍平均粒徑的稱為片狀骨料。針片狀骨料的比表面積與空隙率較大，且內(nèi)摩擦力大，受力時易折斷，含量高時會使W↑、C↑及混凝土的干縮↑、徐變↑，流動性↓、f↓、耐久性↓。對于高強和大流動性混凝土需嚴格限制其含量。(三)泥、泥塊及有害物質(zhì)粗骨料中泥、泥塊及有害物質(zhì)對混凝土性質(zhì)的影響與細骨料相同，但由于粗骨料的粒徑大，因而造成的缺陷或危害更大。C30以上、有抗凍、抗?jié)B或其它特殊要求的混凝土需加以限制。(四)強度為保證混凝土的強度，粗骨料必須具有足夠的強度。碎石的強度用巖石的抗壓強度和碎石的壓碎指標值來表示，卵石的強度用壓碎指標值來表示。工程上可采用壓碎指標值來進行質(zhì)量控制。

巖石的抗壓強度是用50×50×50mm的立方體試件或φ50×50mm的圓柱體試件，在吸水飽和狀態(tài)下測定的抗壓強度值。壓碎指標的測定，是將一定質(zhì)量氣干狀態(tài)下9.75～19mm的粗骨料(m)裝入壓碎指標測定儀(鋼制的圓筒)內(nèi)，放好壓頭，在試驗機上經(jīng)3～5min均勻加荷至200kN，卸荷后用2.5mm篩篩除被壓碎的細粒，之后稱量篩上的篩余量m1，則壓碎指標為：壓碎指標值越大，則粗骨料的強度越小。巖石的抗壓強度與混凝土強度等級之比不應(yīng)小于1.5，且火成巖的強度不應(yīng)低于80MPa、變質(zhì)巖的強度不宜小于60MPa、沉積巖的強度不應(yīng)小于30MPa。配制高強混凝土?xí)r應(yīng)考慮骨料的壓碎指標值。

(五)堅固性粗骨料堅固性的要求及檢驗方法與細骨料基本相同。

四、混凝土拌合與養(yǎng)護用水混凝土拌合及養(yǎng)護用水應(yīng)是清潔的水?；炷涟韬霞梆B(yǎng)護用水分為飲用水、地表水、地下水、海水以及經(jīng)適當處理或處置過的工業(yè)廢水。水中不得含有有損于混凝土拌合物和易性、凝結(jié)、強度、耐久性，或不得含有促進鋼筋銹蝕及污染混凝土表面的酸類、鹽類及其它有害物質(zhì)，即主要限制pH值、Cl-、SO42-、S2-。4.3混凝土外加劑

在拌制混凝土過程中摻入的，用以改善混凝土性能的化學(xué)物質(zhì)，稱為混凝土化學(xué)外加劑，簡稱混凝土外加劑或外加劑。其摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5%?；炷量茖W(xué)技術(shù)的主要發(fā)展方向是高強、耐久、輕質(zhì)、多功能、節(jié)能、快硬和流態(tài)，這些都離不開外加劑，不少國家使用的混凝土幾乎全部摻入外加劑，已將外加劑視為混凝土的第五種組成材料。每種外加劑按其具有的一種或多種功能給出定義，并根據(jù)其摻入到混凝土中的主要功能命名。例如減水劑、早強劑、引氣劑、防凍劑、阻銹劑等等。外加劑品種很多，為了便于科學(xué)研究和工程應(yīng)用，我國通常按以下兩種方法將外加劑進行分類：按化學(xué)成分分為無機化合物和有機化合物。無機化合物多為電解質(zhì)鹽類；有機化合物多為表面活性劑。按外加劑主要功能分為四類：1.改善混凝土拌合物流變性能的外加劑，包括減水劑、引氣劑和泵送劑等。2.調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等。3.改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。4.改善混凝土其它性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑和著色劑等。一、減水劑

在不影響混凝土拌合物和易性的條件下，具有減水及增強作用的外加劑，稱為減水劑或塑化劑?；炷劣脺p水劑大都是表面活性劑。

(一)表面活性劑的基本知識

表面活性劑分子由憎水團基和親水基基團組成，溶于水后可定向排列于液體表面或兩相界面上，從而顯著降低表面張力或界面張力；或能起到濕潤、分散、乳化、潤滑、起泡等作用。親水基團憎水基團水泥顆?；蛴退諝舛ㄏ騿畏肿訉游侥ぴ诒砻婊钚詣皖?或水泥)—水的體系中，表面活性劑分子多吸附在水—氣界面上，親水基指向水，憎水基指向空氣，呈定向單分子層排列；或吸附在水—油類(或水泥)顆粒界面上，親水基指向水，憎水基指向油類(或水泥)顆粒，呈定向單分子層排列，使水—氣界面或水—油類(或水泥)顆粒界面的表面能或界面能降低。表面活性劑分為憎水性和親水性；后者又按親水基團能否在水中電離分為離子型(按親水集團的電性分陰離子型、陽離子型和兩性型)和非離子型。(二)減水劑的作用機理與主要經(jīng)濟技術(shù)效果

1.減水劑的作用機理

水膜電斥力、吸附水膜水水泥絮狀結(jié)構(gòu)破壞水水水水泥漿中的絮狀結(jié)構(gòu)減水劑起到如下作用：(1)降低了水泥顆粒的表面能，使之易于分散；(2)水泥顆粒表面帶有同性電荷，產(chǎn)生靜電斥力，破壞了水泥漿中的絮凝結(jié)構(gòu)，釋放出被包裹著的水；(3)減水劑的親水基又吸附了大量極性水分子，增加了水泥顆粒表面溶劑化水膜的厚度，潤滑作用增強，使水泥顆粒間易于滑動；(4)表面活性劑降低了水的表面張力和水與水泥顆粒間的界面張力，水泥顆粒更易于潤濕。上述綜合作用起到了在不增加用水量的情況下，提高混凝土拌合物流動性的作用；或在不影響混凝土拌合物流動性的情況下，起到減水作用。

2.減水劑的主要經(jīng)濟技術(shù)效果根據(jù)不同使用條件，混凝土中摻入減水劑后，可獲得以下效果：(1)W不變時，流動性SL↑，如SL↑50～150mm。(2)在保持混凝土拌合物流動性及水泥用量不變的條件下，可W↓l0~20%，f↑l0~30%，f早↑↑，且耐久性↑。(3)在保持混凝土拌合物流動性和混凝土強度不變的條件下，可W↓10~20%，C↓10~20%。(4)減少混凝土拌合物的分層、離析和泌水。(5)減緩水泥水化放熱速度和減小最高放熱溫度。(6)改善混凝土的耐久性。(7)可配制特殊混凝土或高強混凝土。(8)可降低混凝土成本。(三)常用品種與效果混凝土用減水劑品種很多。按其減水效果及對混凝土性質(zhì)的作用分為普通減水劑、高效減水劑、早強減水劑、緩凝減水劑和引氣減水劑。按化學(xué)成分分為木質(zhì)素磺酸鹽系、聚烷基芳基磺酸鹽系、三聚氰胺甲醛樹脂磺酸鹽系、羧酸鹽系、糖蜜系、腐植酸系等減水劑。

1.木質(zhì)素磺酸鈣木質(zhì)素磺酸鈣，又稱M型減水劑，簡稱木鈣或M劑，屬陰離子型表面活性劑，使用普遍。木鈣屬緩凝引氣減水劑，摻量一般為0.2～0.3%。在混凝土拌合物流動性和水泥用量不變的情況下，可W↓10%，f28↑10～20%，并可以使混凝土的抗凍性、抗?jié)B性等耐久性有明顯提高；W不變時，SL↑50～100mm；流動性、強度不變時，C↓10%；可延緩凝結(jié)時間1～3h；可使混凝土含氣量增加1～3%；對鋼筋無銹蝕作用。廣泛用于一般混凝土工程，特別是有緩凝要求的混凝土(大體積混凝土、夏季施工混凝土、滑模施工混凝土等)；不宜用于低溫季節(jié)(低于5℃)施工或蒸汽養(yǎng)護。

2.萘系減水劑萘系減水劑是以萘及萘的同系物經(jīng)磺化與甲醛縮合而成。主要成分為聚烷基芳基磺酸鹽，屬陰離子型表面活性劑。對水泥的分散、減水、早強、增強作用均優(yōu)于木鈣，屬高效減水劑。這類減水劑多為非引氣型，且對混凝土凝結(jié)時間基本無影響。目前，國內(nèi)品種已達幾十種，常用牌號有FDN、UNF、NF、NNO、MF、建I、JN、AF、HN等。適宜摻量為0.2~1.8%，常用摻量為0.5~0.75%，可減水12~25%，明顯減少泌水；或增大坍落度提高l00~150mm，但坍損較快；f1和f3↑50%左右，f28↑20~40%，f折和f后有所提高，抗凍性、抗?jié)B性等耐久性也有明顯的改善，C↓12~20%，且對鋼筋無銹蝕作用。主要適用于配制高強混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土、早強混凝土、冬季施工混凝土、蒸汽養(yǎng)護混凝土及防水混凝土等。

3.水溶性樹脂系減水劑主要為三聚氰胺甲醛樹脂磺酸鹽，屬非引氣型早強高效減水劑。我國生產(chǎn)的產(chǎn)品主要有SM劑，是陰離子型表面活性劑。其分散、減水、早強、增強效果比萘系減水劑好。SM劑適宜摻量為0.5~2.0%，可減水20~27%，f1↑30~100%，f7↑30~70%(可達基準砼28d強度)，f28↑30~60%，可節(jié)省水泥25%左右，f折、f拉、E、抗凍性、抗?jié)B性等性能均有顯著提高，對鋼筋無銹蝕作用。SM劑的價格高，適用于特殊工程，如高強混凝土、早強混凝土、流態(tài)混凝土及耐火混凝土等。4.聚羧酸鹽系減水劑聚羧酸鹽系減水劑多以液體供應(yīng)，坍損小，摻量不大時不緩凝，有一定的引氣性，不增加混凝土的干縮，可顯著提高混凝土的強度和耐久性，特別適合泵送混凝土、高性能混凝土等。缺點是價格昂貴。常用的合成單體有：不飽和酸—馬來酸(酐)、丙烯酸、甲基丙烯酸；聚鏈烯基物質(zhì)—聚鏈烯基烴、醚、醇及磺酸；聚苯乙烯磺酸鹽或酯；(甲基)丙烯酸鹽或酯、丙烯酰胺。分子結(jié)構(gòu)大多呈梳形，特點是在主鏈上帶多個活性基團，并且極性很強，側(cè)鏈帶有親水性的聚醚鏈段，并且鏈較長、數(shù)量多，憎水基的分子鏈段較短，數(shù)量也少?？傮w上可將聚羧酸類減水劑分為兩大類，一類是以馬來酸為主鏈接枝不同的聚氧乙烯基(EO)或聚氧丙烯基(PO)支鏈；另一類以甲基丙烯酸為主鏈接枝EO或PO支鏈。此外，也有丙烯醇類為主鏈接枝EO或PO支鏈。

如圖所示，聚羧酸減水劑成梳狀吸附在水泥層上，一方面由于其空間作用使得水泥顆粒分散，減少凝聚。另一方面，其長的EO側(cè)鏈在有機礦物相形成時仍然可以伸展開，因此受水泥的水化反應(yīng)影響就小，可以長時間地保持優(yōu)異的減水分散效果，使坍落度損失減小。

產(chǎn)品的含固量一般為18%~25%，適宜摻量為0.5%~2.0%，特點是：1)減水率高，一般為18%~35%，最高可達40%，增強效果顯著，有效提高抗?jié)B、抗凍性；

2)良好的保塑性，坍落度經(jīng)時損失很??；3)具有一定的減縮功能；4)具有一定的緩凝性和引氣性，但氣孔尺寸較大，須加消泡劑。

5.糖蜜系減水劑主要為糖鈣，屬于非離子型表面活性劑。與M劑相似，屬緩凝型減水劑，適宜摻量0.1%~0.3%，減水6%~10%，坍落度↑50mm，28d強度↑10%~20%，抗凍性、抗?jié)B性等耐久性有所提高，節(jié)省水泥10%，凝結(jié)時間延緩3h以上，對鋼筋無銹蝕作用。糖蜜減水劑主要用于大體積砼、夏季施工砼及水工砼。當用于一般砼時，常與早強劑、高效減水劑復(fù)合作用。

6.氨基磺酸鹽系減水劑氨基磺酸鹽甲醛縮合物，一般由帶氨基、羥基、羧基、磺酸鹽等活性基團與甲醛在水溶液中溫?zé)峄蚣訜峥s合而成，以芳香族氨基磺酸鹽甲醛縮合物為主。含固量為25%~55%的液體產(chǎn)品，特點是Cl－含量低(0.01%~0.1%)、Na2SO4含量低(約為0.9%~4.2%)。一般摻量為0.2%~1.0%(最佳摻量0.5%~0.75%)，減水率為17%~23%(塑性砼)、28%~32%(流動性砼)，有顯著的早強和增強作用，早期強度增長較快，坍損明顯小于萘系、三聚氰胺系，但摻量過大時，易泌水。

7.脂肪族羥基磺酸鹽減水劑以羥基化合物為主體，通過磺化打開羥基，引入親水性磺酸基團，在堿性條件下與甲醛縮合形成一定分子量大小的脂肪族高分子鏈，使該分子形成具有表面活性分子特征的高分子減水劑。主要原料為丙酮、亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉。常用摻量為0.5%~1.0%，減水率15%~20%，屬早強型非引氣減水劑，有一定的坍損，適于混凝土管樁的生產(chǎn)。

8.復(fù)合減水劑早強+減水、緩凝+減水、引氣+減水+緩凝等如2~3h無坍損的保塑高效減水劑：聚羧酸鹽+改性木質(zhì)素磺酸鹽、帶磺酸端基的聚羧酸多元聚合物、磺酸鹽甲醛縮合物+M劑、三聚+M劑、脂肪族+糖鈣等。

(四)常用品種與效果

1.減水劑與水泥的適應(yīng)性

2.摻加方法先摻法后摻法二、早強劑早強劑是指能提高混凝土早期強度，并對后期強度無顯著影響的外加劑。一般，高效減水劑都能在不同程度上提高混凝土的早期強度，但混凝土用早強劑，尤其指能顯著提高混凝土早期強度的外加劑。

1.氯鹽氯鹽系早強劑主要有氯化鈣(CaCl2)和氯化鈉(NaCl)，其中氯化鈣是應(yīng)用最為廣泛的一種早強劑。

CaCl2除具有促凝、早強作用外，還具有降低冰點的作用。因含有Cl－，能促進鋼筋銹蝕，故摻量必須嚴格控制。一般摻量為1%~2%，在鋼筋混凝土中，CaCl2摻量≯1%，在無筋混凝土中，摻量≯3%；在使用冷拉或冷拔低碳鋼絲t砼結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)中，不允許摻入氯鹽早強劑。為防止CaCl2對鋼筋的銹蝕作用，常與阻銹劑復(fù)合使用。在砼中摻入適量的CaCl2，可使f1↑70%~140%，f3↑40%~70%，對后期強度影響較小，且可提高防凍性。主要適宜于冬季施工混凝土、早強混凝土，不適宜于蒸汽養(yǎng)護混凝土。氯化鈉的摻量、作用及應(yīng)用同氯化鈣的基本相似，但作用效果稍差。

2.硫酸鈉Na2SO4是硫酸鹽系早強劑之一，是應(yīng)用較多的一種早強劑。硫酸鈉Na2SO4，又稱元明粉，具有緩凝、早強作用。硫酸鈉摻入混凝土中，能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)：Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH生成的CaSO4·2H2O晶粒細小，比直接摻入石膏粉分散度大、活性大，因而與C3A的水化反應(yīng)速度加快；同時，能使水化硫鋁酸鈣迅速生成，大大加快了硬化速度；而且Ca(OH)2被消耗后，又促進C3S的水化，使水化產(chǎn)物增多，因而提高了水泥石的密實度，起到早強作用。但生成的水化硫鋁酸鈣覆蓋在C3A表面，阻止了C3A進一步水化，起到一定的緩凝作用。摻量一般為0.5~2.0%,可使f3↑20~40%，28d后的強度基本無差別，抗凍性及抗?jié)B性有所提高，對鋼筋無銹蝕作用。摻量應(yīng)嚴格控制，摻量較大時，易產(chǎn)生堿-骨料反應(yīng)。當骨料中含有活性SiO2時(如蛋白石、磷石英及玉髓等骨料)，不能摻加Na2SO4，以防止堿-骨料反應(yīng)。

摻量過多時，會引起硫酸鹽腐蝕。硫酸鈉的應(yīng)用范圍較氯鹽系早強劑更廣泛。

3.三乙醇胺三乙醇胺為無色或淡黃色油狀液體，無毒，呈堿性，屬非離子型表面活性劑。三乙醇胺的早強作用機理與前兩種早強劑的不同，它不參與水化反應(yīng)，不改變水泥的水化產(chǎn)物。它是一種表面活性劑，能降低水溶液的表面張力，使水泥顆粒更易于潤濕，且可增加水泥的分散程度，因而加快了水泥的水化速度，對水泥的水化起到催化作用。水化產(chǎn)物增多，使水泥石的早期強度提高。摻量一般為0.02~0.05%，f3↑20~40%，對后期強度影響較小，抗凍、抗?jié)B等性能有所提高，對鋼筋無銹蝕作用，但會增大干縮。上述三種早強劑在使用時，通常復(fù)合使用效果更佳。氯化鈣(或氯化鈉)、硫酸鈉、二水石膏、亞硝酸鈉、三乙醇胺、重鉻酸鈉等復(fù)合制成二元、三元或四元的復(fù)合早強劑，以提高早強劑的效果。三、引氣劑在混凝土攪拌過程中，能引入大量分布均勻的微小氣泡0.05～1.0mm，以減少混凝土拌合物的泌水、離析，改善和易性，并能顯著提高硬化混凝土抗凍融耐久性的外加劑，屬憎水性表面活性劑。常用引氣劑品種為松香熱聚物、三萜皂甙，此外還使用烷基苯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉和松香皂等?；炷涟韬衔镏?，氣泡的存在增加了水泥漿的體積，相當于增加了水泥漿量；同時，形成的封閉、球型氣泡有“滾珠軸承”的潤滑作用，可提高混凝土拌合物的流動性，或可減水。而且在混凝土硬化后，這些微小氣泡具有緩解水分結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹壓力的作用，以及阻塞混凝土中毛細管滲水通路的作用，即可提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。由于氣泡的彈性變形，使混凝土彈性模量降低。氣泡的存在減少了混凝土承載面積，使強度下降。但如保持混凝土拌合物流動性不變，由于減水，可補償一部分由于承載面積減少而產(chǎn)生的強度損失。引氣劑摻量很少，通常為(0.5~1.5)/萬，可使混凝土的含氣量達到3~6%，并可顯著改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，減水8~10%，提高抗凍性1~6倍，提高抗?jié)B性1倍。含氣量每增加1%，混凝土強度下降約3~5%(不減水時)。引氣劑適于用于配制抗凍混凝土、泵送混凝土、港工混凝土、防水混凝土、輕骨料混凝土以及骨料質(zhì)量差、泌水嚴重的混凝土。

四、緩凝劑能延緩混凝土凝結(jié)時間，并對混凝土后期強度發(fā)展無不利影響的外加劑。緩凝劑的品種繁多，常采用木鈣、糖鈣及檸檬酸等表面活性劑。這些表面活性劑吸附在水泥顆粒表面，并在水泥顆粒表面形成一層較厚的溶劑化水膜，起到緩凝作用。特別是含糖分較多的緩凝劑，糖分的親水性很強，溶劑化水膜厚，緩凝性更強，故糖鈣緩凝效果更好。摻量一般為0.1～0.3%，可緩凝1～5h，可降低水泥水化初期的水化放熱。此外，還具有增強作用。緩凝劑適宜于配制大體積混凝土、水工混凝土、夏季施工混凝土、遠距離運輸?shù)幕炷涟韬衔锛跋募净Ｊ┕せ炷痢Ｎ?、速凝劑速凝劑是一種使砂漿或砼迅速凝結(jié)硬化的化學(xué)外加劑。常用速凝劑有711型和紅星I型，以及8604型和8604-2型。適宜摻量為2.5~4.0%，可在5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝，1h產(chǎn)生強度，但f28較不摻時下降20~25%，對鋼筋無銹蝕作用。其中8604型f28基本上不降低，且為中性，無腐蝕作用，可用于配制高強噴射混凝土。速凝劑主要用于噴射混凝土、堵漏等。六、防凍劑防凍劑是能使混凝土在負溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護條件下達到預(yù)期性能的外加劑。在我國北方，冬季施工混凝土為防止早期受凍，常摻加防凍劑。防凍劑能降低水的冰點，避免結(jié)冰帶來的破壞，同時使水泥在負溫下仍能繼續(xù)水化，提高混凝土早期強度，以抵抗水結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹壓力，起到防凍作用。常用防凍劑有NaNO2、Ca(NO2)2、CaCl2、NaCl、NH4Cl、K2CO3等。NaNO2和Ca(NO2)2的適宜摻量為1.0~8.0%，具有降低冰點、阻銹、早強作用。氯化鈣和氯化鈉的適宜摻量為0.5~1.0%，具有早強、降低冰點的作用，但對鋼筋有銹蝕作用。主要用于冬季施工(5℃以下)砼。為提高防凍劑的防凍效果，多與減水劑、早強劑及引氣劑等復(fù)合，使其具有更好的防凍性。目前，工程上使用的都是復(fù)合防凍劑。

七、阻銹劑阻銹劑是指能抑制或減輕混凝土中鋼筋或其它預(yù)埋金屬銹蝕的外加劑。

阻銹劑屬含氧化性離子的鹽類，常用NaNO2、硫代硫酸鈉及鐵鹽等。工程上主要使用亞硝酸鈉。

NaNO2摻量為1.0～8.0%，效果同上。當外加劑中含有氯鹽時，常摻入阻銹劑，以保護鋼筋。

八、膨脹劑指其在混凝土拌制過程中與水泥、水拌合后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石或氫氧化鈣等，使混凝土產(chǎn)生膨脹的外加劑。常用品種為硫鋁酸鈣型膨脹劑。摻量為10~15%(內(nèi)摻，即等量替代水泥)，可使混凝土膨脹率達0.05~0.10%，f28提高10~30%，抗?jié)B性提高2~3倍，或自應(yīng)力值達0.2~0.6MPa，且對鋼筋無銹蝕作用，并使抗裂性大幅度提高。主要用于防水混凝土、補償收縮混凝土、接縫、地腳螺絲灌漿料、自應(yīng)力混凝土等。九、防水劑指能降低砂漿或混凝土在靜水壓力下透水性的外加劑?；炷潦且环N非均質(zhì)材料，體內(nèi)分布著大小不同的孔隙(凝膠孔、毛細孔和大孔)。防水劑的主要作用是要減少混凝土內(nèi)部的孔隙，提高密實度或改變孔隙特征以及堵塞滲水通路，以提高混凝土的抗?jié)B性。常采用引氣劑、引氣減水劑、膨脹劑、FeCl3、AlCl3、三乙醇胺、甲基硅酸鈉等復(fù)配而成。防水劑主要用于抗?jié)B性要求較高的混凝土。十、泵送劑指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加劑。主要成分為高效減水劑，為保證混凝土拌合物的保水性，也含有適量的引氣劑、緩凝劑等。泵送劑可保證混凝土拌合物在管道內(nèi)輸送時不發(fā)生嚴重的離析、泌水，從而保證暢通無阻。4.4混凝土摻合料

配制混凝土?xí)r，摻加到混凝土中的磨細礦物材料稱為混凝土摻合料，簡稱摻合料。通常使用的為具有活性的摻合料，如粉煤灰、硅灰、磨細?；郀t礦渣、磨細自燃煤矸石及其它工業(yè)廢渣，有時也使用磨細沸石粉、磨細硅質(zhì)頁巖粉等天然礦物材料。摻合料可取代部分水泥、減少水泥用量、降低水化熱與混凝土成本，并可改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的強度與耐久性等，其經(jīng)濟、技術(shù)及社會效益十分顯著。

一、粉煤灰

(一)粉煤灰的技術(shù)要求

氧化鈣含量小于15%的粉煤灰稱為低鈣粉煤灰，大于15%的稱為高鈣粉煤灰或增鈣粉煤灰。增鈣粉煤灰的活性大于低鈣粉煤灰。我國絕大多數(shù)電廠的粉煤灰均屬于低鈣粉煤灰。按粉煤灰的排放方式分類為干排灰和濕排灰，濕排灰的質(zhì)量低于干排灰。粉煤灰的質(zhì)量要求

(二)粉煤灰在混凝土中的作用及粉煤灰的摻量與摻用方法

粉煤灰屬于活性礦物材料，因而對混凝土的強度有增進作用，特別是對后期強度有較大的增進作用。粉煤灰為球狀玻璃體微珠，摻入到混凝土中可減少用水量，或可提高混凝土拌合物的的流動性。粉煤灰微珠還可填充水泥石中的孔隙與毛細孔，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)和增大混凝土的密實度，提高混凝土的耐久性。摻粉煤灰的混凝土簡稱粉煤灰混凝土。粉煤灰摻量過大時，混凝土的抗碳化性變差，對鋼筋的保護力降低，所以粉煤灰取代水泥的最大限量須滿足規(guī)定。混凝土中摻用粉煤灰可采用以下三種方法：

(1)等量取代法以粉煤灰取代混凝土中的等量(以質(zhì)量計)水泥。當配制超強較大混凝土或大體積混凝土?xí)r，可采用此法。

(2)超量取代法粉煤灰摻量超過取代的水泥量，超量的粉煤灰取代部分細骨料。超量取代的目的是增加混凝土中膠凝材料的數(shù)量，以補償由于粉煤灰取代水泥而造成的混凝土強度降低。

(3)外加法在水泥用量不變的情況下，摻入一定數(shù)量的粉煤灰，主要用于改善混凝土拌合物的和易性。

(三)粉煤灰應(yīng)用范圍粉煤灰適合用于各類結(jié)構(gòu)用的混凝土，尤其適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽與抗軟水侵蝕的混凝土、蒸養(yǎng)混凝土、輕骨料混凝土、地下與水下工程混凝土、壓漿混凝土及碾壓混凝土。

二、硅灰硅灰又稱硅粉，SiO2的含量達80%以上，主要是非晶態(tài)的SiO2。硅灰顆粒的平均粒徑為0.1~0.2μm，比表面積為20000~25000m2/kg，因而具有極高的活性。硅灰取代水泥的效果遠遠高于粉煤灰，它可大幅度提高混凝土的強度、抗凍性、抗?jié)B性、抗侵蝕性，并可明顯抑制堿-骨料反應(yīng)，降低水化熱。由于硅灰的活性極高，即使在早期也會與氫氧化鈣發(fā)生水化反應(yīng)，所以利用硅灰取代水泥后還可提高混凝土的早期強度。硅灰的取代水泥量一般為5~15%，當超過20%時混凝土拌合物的流動性明顯降低。由于硅灰的比表面積巨大，為降低用水量，取得良好的效果，必須同時摻加減水劑。同時摻用硅灰和高效減水劑可配制出100MPa的高強混凝土。但由于硅灰的價格很高，故一般只用于高強或超高強混凝土、高耐久性的混凝土以及其它高性能的混凝土。（三）磨細?；郀t礦渣由?；郀t礦渣磨細而得(磨細時可添加少量的石膏)，簡稱磨細礦渣或礦渣粉，代號S。礦渣的活性與其堿性系數(shù)(M>1為堿性礦渣，M=1為中性礦渣，M<1為酸性礦渣)和質(zhì)量系數(shù)有著密切的關(guān)系。通常采用堿性系數(shù)M>1，質(zhì)量系數(shù)K≥1.2的?；郀t礦渣來磨制。磨細礦渣除含有活性SiO2和Al2O3外，還含有部分β-C2S，因而磨細礦渣具有較高的活性，其摻量與效果均高于粉煤灰。磨細礦渣的摻量為10~70%。對拌合料的流動性影響不大，可明顯降低混凝土的溫升。細度較低時，隨摻量的增大泌水量增大。對混凝土的干縮影響不大，但超細礦渣會加大混凝土的塑性開裂。磨細礦渣的適用范圍與粉煤灰基本相同，但摻量更高。

四、其它摻合料目前我國使用的摻合料還有：磨細沸石粉，其效果優(yōu)于粉煤灰，摻量一般為10~20%，摻量大時流動性顯著降低。磨細硅質(zhì)頁巖，其效果優(yōu)于粉煤灰，摻量一般為10~20%，摻量大時將顯著降低流動性。磨細自燃煤矸石，效果與摻量均低于粉煤灰。4.5混凝土拌合物的和易性

一、和易性的測定與選擇(一)和易性的測定

1.坍落度法坍落度法是用來測定混凝土拌合物在自重力作用下的流動性，適用于流動性較大的混凝土拌合物。坍落的高度(以mm計)稱為坍落度。坍落度越大，則混凝土拌合物的流動性越大。該法在工程中應(yīng)用最多，適用于坍落度≥10mm，且最大粒徑≤40mm的混凝土拌合物。SL坍落度用插搗棒輕輕敲擊已坍落的混凝土拌合物錐體的側(cè)面，如混凝土拌合物錐體保持整體緩慢、均勻下沉，則表明粘聚性良好，如混凝土拌合物錐體突然發(fā)生崩塌或出現(xiàn)石子離析,則表明粘聚性差。混凝土拌合物錐體的底部，如有較多的稀水泥漿或水析出，或因失漿而使骨料外露，則說明保水性差；如混凝土拌合物錐體的底部沒有或僅有少量的水泥漿析出，則說明保水性良好。2.維勃稠度法維勃稠度法用來測定混凝土拌合物在機械振動力作用下的流動性，適用于流動性較小的混凝土拌合物。測定當透明圓盤的底面剛剛被水泥漿所布滿時所經(jīng)歷的時間(以s計)，稱為維勃稠度VB。VB值越大，則混凝土拌合物的流動性越小。該法適用于維勃稠度在5～30s，且最大粒徑小于40mm的混凝土拌合物。透明有機玻璃板導(dǎo)桿混凝土錐振動臺(二)混凝土拌合物流動性的級別

(三)混凝土拌合物流動性的選擇混凝土拌合物的流動性大，易于施工，但水泥用量大，且易產(chǎn)生離析、分層。因此，選擇流動性的原則是：在滿足施工條件及保證密實成型的前提下，盡可能選擇較小的流動性。工程中根據(jù)混凝土構(gòu)件的截面最小尺寸、配筋的疏密及成型搗實方法來選擇。

二、影響和易性的因素(一)用水量與水灰比

在W/C不變的情況下，混凝土拌合物的W越多，則水泥漿的數(shù)量越多，混凝土拌合物的流動性越大。但W過多(即水泥漿的數(shù)量過多)，會產(chǎn)生流漿、泌水、離析和分層等現(xiàn)象，使混凝土拌合物的粘聚性和保水性降低，并使混凝土的強度和耐久性降低，而使混凝土的干縮與徐變增加，同時也增加了C和水化熱。W過少(即水泥漿數(shù)量過少)，則不能填滿砂、石骨料的空隙，也不能很好地潤滑砂、石的表面，因而混凝土拌合物的流動性、粘聚性降低，易產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象，且使混凝土的強度、耐久性降低。故混凝土拌合物的用水量W(或水泥漿數(shù)量)不能過多，也不宜過少，應(yīng)以滿足流動性為準。W/C越大，則水泥漿的稠度越小，拌合物的流動性越大,黏聚性與保水性越差，混凝土的強度與耐久性降低，干縮與徐變增加。

W/C過大時，則水泥漿過稀，會使混凝土拌合物的粘聚性與保水性顯著降低，并產(chǎn)生流漿、泌水、離析和分層等現(xiàn)象，從而使混凝土的強度和耐久性大大降低，干縮和徐變顯著增加。

W/C過小時，則水泥漿的稠度過大，使混凝土拌合物的流動性顯著降低。故混凝土拌合物的W/C應(yīng)以滿足混凝土的強度和耐久性為宜，在滿足強度和耐久性的前提下，應(yīng)選擇較大的W/C，以節(jié)約水泥用量C。實踐證明，當砂、石品種和用量一定時，混凝土拌合物的流動性主要取決于混凝土拌合物用水量的多少。用水量一定時，即使水泥用量有所變動(增減50~100kg/m3)，混凝土拌合物的流動性也基本上保持不變。這種關(guān)系稱為混凝土的恒定用水量法則?；炷恋挠盟縒可通過試驗來確定或根據(jù)施工要求的流動性及骨料的品種與規(guī)格來選擇。缺乏經(jīng)驗時，可按下表選擇。拌合物稠度卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項目指標102031.540162031.540坍落度/mm10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195混凝土的用水量選擇表拌合物稠度卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項目指標102040162040維勃稠度（s）16~2017516014518017015511~151801651501851751605~10185170155190180165混凝土的用水量選擇表

(二)骨料的品種、規(guī)格與質(zhì)量

骨料的品種、規(guī)格與質(zhì)量對混凝土拌合物的和易性有較大的影響。卵石和河砂的表面光滑，因而采用卵石、河砂配制混凝土?xí)r，混凝土拌合物的流動性大于用碎石、山砂和破碎砂配制的混凝土。采用粒徑粗大、級配良好的粗、細骨料時，由于骨料的比表面積和空隙率較小，因而混凝土拌合物的流動性大，粘聚性及保水性好，但細骨料過粗時，會引起粘聚性和保水性下降。采用含泥量、泥塊含量、云母含量及針、片狀顆粒含量較少的粗、細骨料時，混凝土拌合物的流動性較大。(三)砂率Sp砂率是指砂用量與砂S、石G總用量的質(zhì)量百分比，即砂率表示混凝土中砂、石的組合或配合程度。砂率對粗、細骨料總的比表面積和空隙有很大的影響。砂率大，則粗、細骨料總的比表面積和空隙率大，在水泥漿數(shù)量一定的前提下，減薄了起到潤滑骨料作用的水泥漿層的厚度，使混凝土拌合物的流動性減小。若SP過小，則則粗、細骨料的總空隙率大，混凝土拌合物中砂漿量不足，包裹在粗骨料表面的砂漿層厚度過薄，對粗骨料的潤滑程度和粘聚力不夠，甚至不能填滿粗骨料的空隙。因而SP過小會降低拌合物的流動性，特別是使混凝土拌合物的粘聚性及保水性大大降低，產(chǎn)生離析、分層、流漿及泌水等現(xiàn)象，并對混凝土的其它性能也產(chǎn)生不利的影響。砂率Sp合理砂率水泥用量坍落度一定砂率SP合理砂率坍落度水和水泥用量一定若要保持混凝土拌合物的流動性不變，則須增加水泥漿的數(shù)量，即必須增加水泥用量及用水量，同時對混凝土的其它性質(zhì)也造成不利的影響?？傊琒P既不能過大，又不能過小，中間存在一個合理砂率值。合理砂率應(yīng)是砂子體積填滿石子的空隙后略有富余，以起到較好的填充、潤滑、保水及粘聚石子的作用。因此，合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情況下，使混凝土拌合物獲得最大的流動性及良好的粘聚性與保水性時的砂率值；或合理砂率是指在保證混凝土拌合物具有所要求的流動性及良好的粘聚性與保水性條件下，使水泥用量最少的砂率值。合理SP與許多因素有關(guān)。粗骨料的Dmax較大，級配較好(即空隙率P′較小)，故合理砂率SP較小；細骨料細度模數(shù)μf較大時，由于細骨料對粗骨料的粘聚力較低，且其保水性也較差，故合理SP需較大；碎石的表面粗糙、棱角多，因而合理SP較大；W/C較小時，水泥漿較為粘稠，混凝土拌合物的粘聚性及保水性易得到保證，故合理砂率SP較小；混凝土拌合物的流動性較大時，為保證粘聚性及保水性，合理砂率SP需較大；使用減水劑，特別是引氣劑時，粘聚性及保水性易得到保證，故合理SP較小。確定或選擇砂率的原則是：在保證混凝土拌合物的粘聚性及保水性的前提下，應(yīng)盡量使用較小的SP，以節(jié)約水泥用量，提高混凝土拌合物的流動性。對于混凝土量大的工程，應(yīng)通過試驗確定合理SP。當混凝土量較小，或缺乏經(jīng)驗或缺乏試驗條件時，可根據(jù)骨料的品種(碎石、卵石)、骨料的規(guī)格(最大粒徑Dmax與細度模數(shù)μf)及所采用的水灰比W/C,參考下表確定?；炷恋纳奥蔬x用表（%）水灰比（W/C）卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～320.5030～3529～3428～3333～3832～3730～350.6033～3832～3731～3636～4135～4033～380.7036～4135～4034～3939～4438～4336～41

(四)外加劑

混凝土拌合物中摻入減水劑時，可明顯提高其流動性。摻入引氣劑，可顯著提高混凝土拌合物的粘聚性和保水性，且流動性也有一定的改善。(五)其它影響因素

在條件相同的情況下，用火山灰質(zhì)水泥拌制的混凝土拌合物的流動性較小，而用礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土拌合物的保水性較差。摻加高質(zhì)量的粉煤灰等摻合料，可提高混凝土拌合物的粘聚性和保水性，特別是在W/C和流動性較大時，同時對流動性也有一定的改善?；炷涟韬衔锏牧鲃有噪S時間的延長，由于水分的蒸發(fā)、骨料的吸水及水泥的水化與凝結(jié)，而變得干稠，流動性逐漸降低。這種減少稱為坍落度經(jīng)時損失。溫度越高，流動性損失越大，且溫度每升高10℃，坍落度下降20～40mm。0306090分坍落度摻加減水劑時，流動性的損失較大。施工時應(yīng)考慮到流動性損失這一因素。拌制好的混凝土拌合物一般應(yīng)在45min內(nèi)成型完畢。

三、改善和易性的措施

調(diào)整拌合物的和易性時，一般應(yīng)先調(diào)整粘聚性和保水性，然后調(diào)整流動性，且調(diào)整流動性時，須保證粘聚性和保水性不受大的損害，并不得損害混凝土的強度和耐久性。

(一)改善粘聚性和保水性的措施

(1)選用級配良好的粗、細骨料，并選用連續(xù)級配；(2)適當限制粗骨料的最大粒徑，避免選用過粗的細骨料；(3)適當增大砂率或摻加粉煤灰等摻合料；(4)摻加引氣劑。

(二)改善流動性的措施

(1)盡可能選用較粗大的粗、細骨料；(2)采用泥及泥塊等雜質(zhì)含量少，級配好的粗、細骨料；4.6混凝土的強度(3)盡量降低砂率；(4)在上述基礎(chǔ)上，保持水灰比不變，適當增加水泥用量和用水量；如流動性太大，則保持砂率不變，適當增加砂、石用量；(5)摻加減水劑。一、混凝土的受力破壞特點

如前所述，由于水化熱、干燥收縮及泌水等原因，混凝土在受力前就在水泥石中存在有微裂紋，特別是在骨料的表面處存在有部分界面微裂紋。當混凝土受力后，在微裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使這些微裂紋不斷擴展、數(shù)量不斷增多，并逐漸匯合連通，最終形成若干條可見的裂縫而使混凝土破壞。通過顯微鏡觀測混凝土的受力破壞過程，表明混凝土的破壞過程是內(nèi)部裂紋產(chǎn)生、發(fā)生與匯合的過程，可分為四個階段?；炷羻屋S靜力受壓時的變形與荷載關(guān)系如右圖所示。10070～90300σ/f(%)εⅢⅡⅠⅤⅥ0ⅣBACDⅠ-界面裂紋無明顯變化；Ⅱ-界面裂紋增長；Ⅲ-出現(xiàn)砂漿裂紋和連續(xù)裂紋；Ⅳ-連續(xù)裂紋迅速擴展；Ⅴ-裂紋緩慢增長；Ⅵ-裂紋迅速增長ⅣⅢⅡⅠ達到極限荷載后，裂紋急劇擴展、匯合，并貫通成若干條寬度很大的裂紋，同時混凝土的承載力下降，變形急劇增大，直至破壞。二、混凝土的抗壓強度與強度等級(一)混凝土的立方體抗壓強度邊長為150mm的立方體試件，在標準養(yǎng)護條件(溫度為20±2℃，相對濕度為95%以上)下，養(yǎng)護到28d齡期，測得的抗壓強度值稱為立方體抗壓強度fcu，簡稱抗壓強度。采用非標準尺寸的試件，其結(jié)果應(yīng)乘以換算系數(shù)以換算成標準尺寸試件的強度值。邊長為100、200mm的非標準立方體試件的換算系數(shù)分別為0.95、1.05。工程中常將混凝土立方體試件放在與工程中混凝土構(gòu)件相同的養(yǎng)護條件下進行養(yǎng)護，如常用的自然養(yǎng)護(須采取一定的保溫與保濕措施)、蒸汽養(yǎng)護等。自然養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護條件下測得抗壓強度，分別稱為自然養(yǎng)護抗壓強度和蒸汽養(yǎng)護抗壓強度，二者用以檢驗和控制混凝土的質(zhì)量，但不能用以確定混凝土的強度等級。(二)混凝土的強度等級混凝土的強度等級按立方體抗壓強度標準值劃分?；炷恋牧⒎襟w抗壓強度標準值(簡稱抗壓強度標準值)是測得的抗壓強度總體分布中的一個值，強度低于該值的百分率不超過5%，或具有95%強度保證率的抗壓強度值fcu,k。混凝土的強度等級用符號C和立方體抗壓強度標準值來表示，分為C7.5、C10、C15、C20、C100等。C7.5~C15砼主要用于墊層、基礎(chǔ)、地坪及受力不大的結(jié)構(gòu)；C15~C30砼主要用于普通砼結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、屋架、樓梯等；C25~C30砼主要用于大跨度結(jié)構(gòu)、耐久性較高的結(jié)構(gòu)及預(yù)制構(gòu)件；C30~C50砼主要用于預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)、吊車梁及特種結(jié)構(gòu)；C40以上砼主要用于高層建筑的梁、柱等。三、軸心抗壓強度軸心抗壓強度又稱棱柱體抗壓強度，是以150×150×300mm的試件在標準養(yǎng)護條件下，養(yǎng)護至28d齡期，測得的抗壓強度值。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中計算軸心受壓構(gòu)件時，以混凝土的軸心抗壓強度為設(shè)計取值。實驗結(jié)果表明，軸壓強度與立方體抗壓強度的比值為0.7～0.8。四、抗拉強度混凝土屬于脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的1/10～1/20，且比值隨混凝土抗壓強度的提高而減少。通常采用劈拉法測定，即采用邊長為150mm的立方體試件進行試驗，劈拉強度按下式計算：應(yīng)力分布－－＋式中P—破壞荷載，N；

A—試件受劈面的面積，mm2試驗結(jié)果表明：混凝土的軸心抗拉強度與劈拉強度的比值約為0.9。五、影響混凝土強度的因素

(一)水泥強度等級與水灰比水泥強度等級越高，水泥石的強度越高，對骨料的粘結(jié)作用也越強。W/C越大，在水泥石內(nèi)造成的孔隙越多，混凝土的強度越小。在能保證混凝土密實成型的前提下，混凝土的W/C越小，混凝土的強度越高。當W/C過小時，水泥漿稠度過大，混凝土拌合物的流動性過小，在一定的施工成型工藝條件下，混凝土不能密實成型，反而導(dǎo)致強度嚴重降低。大量試驗表明：在原材料相同的條件下，混凝土的強度隨水灰比的增加而有規(guī)律降低，并近似呈雙曲線關(guān)系，而與灰水比(C/W)的關(guān)系近似呈直線關(guān)系。成型密實成型不密實W/CfcuC/Wfcu上述直線關(guān)系可表示為：式中f28(即fcu)—混凝土28d的強度fce—水泥的實際強度。Fce=γc

fce,g，γc－水泥的強度富余系數(shù)，fce,g－水泥的強度等級值。

αa、αb—經(jīng)驗系數(shù)。無統(tǒng)計資料時，碎石αa=0.46、αb=0.07；卵石αa=0.48、αb=0.33

用途：可根據(jù)所用水泥的強度等級和水灰比來估計混凝土的強度，或根據(jù)要求的混凝土強度和所用水泥的強度等級來計算配制混凝土?xí)r應(yīng)采用的水灰比。

(二)骨料的品種、規(guī)格與質(zhì)量

在水泥強度等級與水灰比相同條件下，碎石混凝土的強度往往高于卵石混凝土，特別是在低水灰比時。如W/C為0.40時，碎石混凝土較卵石混凝土的強度高20~35%，而當W/C為0.65時，二者的強度基本上相同。泥及泥塊等雜質(zhì)含量少、級配好的骨料，有利于骨料與水泥石間的粘結(jié)，充分發(fā)揮骨料的骨架作用，并可降低用水量及W/C，因而有利于強度。二者對高強混凝土尤為重要。粒徑粗大的骨料，可降低用水量及W/C，有利于提高混凝土的強度。對高強混凝土，較小粒徑的粗骨料可明顯改善粗骨料與水泥石的界面粘結(jié)強度，提高混凝土的強度。(三)養(yǎng)護溫度、濕度

1.溫度28齡期（d）抗壓強度一直處于常溫1d后受凍一直處于潮濕保濕3d保濕1d28齡期（d）抗壓強度混凝土在達到具有抗凍能力的臨界強度后，方可撤除保溫措施。

2.濕度

環(huán)境濕度越高，水泥水化程度越高，強度就越高。如環(huán)境濕度低，則由于水分大量蒸發(fā)，使混凝土不能正常水化，嚴重影響混凝土的強度。受干燥作用的時間越早，造成的干縮開裂越嚴重，結(jié)構(gòu)越疏松，混凝土的強度損失越大?；炷翍?yīng)在澆注后12h內(nèi)進行覆蓋草袋、塑料薄膜等，以防水分蒸發(fā)過快，并應(yīng)按規(guī)定進行澆水養(yǎng)護。使用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥時，保濕時間應(yīng)不小于7d；使用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥時，或摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B性要求時，應(yīng)不小于14d。粉煤灰混凝土的保濕時間不得少于14d，干燥或炎熱氣候條件下不得少于21d。高強混凝土則在成型后須立即覆蓋或采取保濕措施。(四)齡期在正常養(yǎng)護條件下，混凝土強度隨齡期的增加而增大，最初7～14d內(nèi)強度增長較快，28d以后增長緩慢。用中等強度非R型普通硅酸鹽水泥配制的混凝土，在標準養(yǎng)護條件下，其強度與齡期的對數(shù)成正比，其關(guān)系為：對使用普通硅酸鹽水泥的中低強度混凝土和高強度混凝土也可分別按f7＝(0.55~0.75)f28、f7＝(0.85~0.95)f28估算強度，混凝土強度高時取上限。中低強度混凝土在3、6、12個月齡期時的強度分別約為28d齡期時的1.2、1.4、1.5倍。

(五)施工方法、施工質(zhì)量及其控制

采用機械攪拌、機械振動成型時，有利于獲得致密結(jié)構(gòu)，這對水灰比小的混凝土或流動性小的混凝土尤為顯著。此外，計量的準確性、攪拌時的投料次序與攪拌制度、混凝土拌合物的運輸與澆灌方式(不正確的運輸與澆灌方式會造成離析、分層)對混凝土的強度也有一定的影響。六、提高混凝土強度的措施

(一)采用高強水泥或快硬早強型水泥采用高強水泥可提高砼28d齡期的強度；采用快硬早強水泥可提高砼的早期強度，即3d或7d齡期的強度。(二)采用干硬性混凝土或較小的水灰比干硬性砼的用水量小，即水灰比小，因而硬化后砼的密實度高，故可顯著提高砼的強度。(三)采用級配好、質(zhì)量高、粒徑適宜的骨料級配好，泥、泥塊等有害雜質(zhì)少以及針、片狀顆粒含量較少的粗、細骨料，有利于降低水灰比，可提高砼的強度。對中低強度砼，應(yīng)采用最大粒徑較大的粗骨料；對HSC，則應(yīng)采用最大粒徑較小的的粗骨料，同時應(yīng)采用較粗的細骨料。

(四)采用機械攪拌和機械振動成型

采用機械攪拌和機械振動成型可進一步降低水灰比，并能保證混凝土密實成型。在低水灰比情況下，效果尤為顯著。

(五)加強養(yǎng)護

混凝土在成型后，應(yīng)及時進行養(yǎng)護以保證水泥能正常水化與凝結(jié)硬化。應(yīng)特別注意混凝土的早期養(yǎng)護，早期受凍。

(六)摻加外加劑

摻加減水劑，特別是高效減水劑，可大幅度降低用水量和水灰比，使混凝土的28d強度顯著提高，高效減水劑還能提高混凝土的早期強度。摻加高效減水劑是配制高強混凝土的主要措施之一。摻加早強劑可顯著提高混凝土的早期強度。4.7混凝土的變形性能

(七)摻加混凝土摻合料摻加細度大的活性摻合料，如硅灰、磨細粉煤灰、沸石粉、硅質(zhì)頁巖粉等可提高混凝土的強度。特別是硅灰可大幅度提高混凝土的強度。特殊情況下，可摻加合成樹脂或合成樹脂乳液，這對提高混凝土的強度及其它性能十分有利。

一、化學(xué)變形

混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物(水泥與水)的體積，導(dǎo)致混凝土在硬化時產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮?；炷恋幕瘜W(xué)收縮是不可恢復(fù)的，收縮量隨混凝土的硬化齡期的延長而增加，一般在40d內(nèi)逐漸趨向穩(wěn)定?；瘜W(xué)收縮值很小，一般對混凝土的結(jié)構(gòu)沒有破壞作用。

二、塑性收縮指混凝土在澆注后尚未硬化前因混凝土表面水分蒸發(fā)而引起的收縮。當混凝土表面的水分蒸發(fā)速率大于內(nèi)部向表面泌水的速度，且水分得不到補充時，混凝土表面就會失水干燥，在表面產(chǎn)生較大的濕度梯度，從而導(dǎo)致混凝土表面開裂。HSC和HPC的用水量較小，基本不泌水，尤其是摻較多摻合料時保水性更好，故非常容易發(fā)生塑性開裂。塑性收縮裂縫寬度一般為0.1~2mm，深度25~50mm，且很多相互平行，間距25~75mm。若泌水嚴重，則會產(chǎn)生塑性沉降，出現(xiàn)塑性沉降裂縫，長度一般為0.1~2mm，寬度0.2~2mm，外觀為不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀、稍有規(guī)則的斜紋狀或反映布筋和截面變化的規(guī)則形狀。三、干濕變形混凝土在環(huán)境中會產(chǎn)生干縮濕脹變形。水泥石內(nèi)吸附水和毛細孔水蒸發(fā)時，會引起凝膠體緊縮和毛細孔負壓，從而使混凝土產(chǎn)生收縮。當混凝土吸濕時，由于毛細孔負壓減小或消失而產(chǎn)生膨脹?；炷恋臐衩涀冃魏苄。话銦o破壞作用。干縮變形對有混凝土較大的危害。因為干縮可使混凝土的表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而引起開裂，從而使混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等降低。齡期水中養(yǎng)護空氣中養(yǎng)護膨脹收縮混凝土的干濕變形采用100×100×515mm的試件，在規(guī)定的條件下進行測試，其值可達(3~5)×10-4。實際構(gòu)件的尺寸較大，干縮值遠大于試驗值，結(jié)構(gòu)設(shè)計時取(1.5~2.0)×10-4，即收縮為0.15~0.20mm/m。影響混凝土干縮變形的因素主要有：

(1)水泥用量、細度、品種水泥用量越多，水泥石含量越多，干縮越大。水泥的細度越大，混凝土的用水量越多，干縮越大。高強水泥的細度往往較大。故使用高強水泥的混凝土干縮較大。

(2)水灰比水灰比越大，混凝土內(nèi)的毛細孔隙數(shù)量越多，混凝土的干縮越大。一般用水量每增加1%，混凝土的干縮率增加2%~3%。

(3)骨料的規(guī)格與質(zhì)量骨料的粒徑越大，級配越好，水與水泥用量越少，混凝土的干縮越小。骨料的含泥量及泥塊含量越少，水與水泥用量越少，混凝土