建筑材料戴必輝ConstructionMaterials

第4章水泥混凝土4.2水泥混凝土的骨料及拌和、養護用水4.3混凝土的主要技術性質4.4混凝土外加劑＞＞＞4.1概述＞Concrete習題＞4.5混凝土的摻合料＞4.7混凝土的配合比設計＞4.6混凝土的質量控制＞4.8輕混凝土＞4.9其他品種水泥混凝土＞4.1概述

水泥混凝土（簡稱混凝土）是以水泥（或水泥加適量活性摻合料）為膠凝材料，與水和骨料等材料按適當比例配合拌制成拌合物，再經澆筑成型硬化后得到的人造石材。4.1.1混凝土的定義新拌制的未硬化的混凝土，通常稱為混凝土拌合物（或新鮮混凝土）；經硬化有一定強度的混凝土，稱硬化混凝土。4.1.2混凝土的分類（一）按表觀密度大小分類（2）普通砼：=2000~2800kg/m3，用普通天然砂石為骨料配制而成的，建筑工程中常用的砼，適用建筑物的各種承重構件。（1）重砼：＞2800kg/m3，采用重晶石、鐵礦石、鋼屑等重骨料和鋇水泥、鍶水泥等重水泥配制而成。適用于國防核能工程的屏蔽結構，防射線、防輻射。（3）輕砼：＜1950kg/m3，采用陶粒等輕質多孔的骨料，或用發泡劑、加氣劑形成多孔結構的砼。輕混凝土輕骨料混凝土：用輕骨料配制的輕混凝土。多孔混凝土：加入氣泡代替骨料的輕混凝土。（如泡沫混凝土、加氣混凝土等）大孔混凝土：不加細骨料的輕混凝土。關于輕混凝土輕混凝土多用于建筑工程的保溫、結構保溫或結構材料。（二）按膠結材料分類水泥砼、瀝青砼、石膏砼、水玻璃砼、聚合物砼。（三）按用途分類結構砼、防水砼、道路砼、防輻射砼、耐熱砼、耐酸砼、大體積砼、膨脹砼。（四）按生產工藝分類

泵送砼、噴射砼、碾壓砼、擠壓砼、離心砼、壓力灌漿砼、預拌砼（商品砼）、拌制砼。（五）按抗壓強度分類普通砼C60以下<C30低強度混凝土Ｃ30-C60中強度混凝土高強砼>60MP

超高強砼>100MP

。4.1.3混凝土的特點優點:(1)占材料用量80％以上的砂、石集料資源豐富，易于就地取材。(2)混合料具有可塑性，可以按工程結構要求澆筑成不同形狀和尺寸的整體結構或預制構件。(3)匹配性好。與鋼筋、鋼纖維等，與鋼材有基本相同的線膨脹系數，相互粘結牢固，工作整體性強。(4)可調整性強。改變組分品種和數量時可以制得不同物理力學性質的混凝土。(5)節省鋼材、木材。(6)強度高，耐久性較好，在一般環境中使用時維護費用低。缺點:自重大、抗拉強度低、變形能力差、易開裂、生產周期長。4.1.4混凝土的組成及組成材料的作用※混凝土由水泥、水、砂及石子四種基本材料組成。

※為節約水泥或改善砼的某些性能，常摻入外加劑和摻合料。外加劑和摻合料逐漸成為混凝土中必不可少的第五種成分。

※水泥和水構成水泥漿，砂和石子為砼的骨料，砂為細骨料，石子為粗骨料，水泥漿和砂構成砂漿。灰－水泥石

綠－石子藍－砂子

紅－氣孔混凝土結構示意圖a混凝土結構示意圖b水泥漿的作用：（1）填充砂的孔隙，并包裹砂粒；（2）拌制時在砂、石子之間起潤滑作用，便于施工；（3）填充石子的空隙并包裹石子；（4）水泥漿硬化后形成水泥石，將砂、石膠結成一個整體。砂漿的作用：砂漿包裹石子顆粒并填充石子的空隙。骨料的作用：（1）形成砼的骨架；（2）對水泥石的體積變形起一定的抑制作用。4.1.5對混凝土的基本要求滿足便于攪拌、運輸和澆搗密實的施工和易性。2.滿足設計要求的強度等級。3.滿足工程所處環境條件所必需的耐久性。4.滿足上述三項要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，節約成本，即經濟合理性。

4.1.6混凝土的應用與發展※水泥混凝土是隨著硅酸鹽水泥的出現而問世的。※水泥混凝土已成為各種工程建設中的一種主要的建筑材料。

自1824年發明了波特蘭水泥之后，1830年前后就有了混凝土問世，1867年又出現了鋼筋混凝上。混凝土和鋼筋混凝土的出現，特別是鋼筋混凝土的誕生，被譽為是對混凝土的第一次革命。上世紀30年代預應力鋼筋混凝土的出現，被稱為是混凝土的第二次革命。70年代出現的混凝土外加劑，認為是混凝土的第三次革命。

為了適應將來的建筑向高層，超高層，大跨度發展，以及向地下和海洋開發，混凝土今后的發展方向是：快硬，高強，輕質，高耐久性，多功能和節能。混凝土的發展：返回4.2水泥混凝土的骨料及拌和、養護用水4.2.1細骨料（砂）※細骨料是粒徑為0.15～4.75mm的骨料。※細骨料有天然砂（河砂、海砂、山谷砂等）和人工砂（含6%~12%粒徑小于0.15mm的石粉），其中以河砂的質量最好。砂的分類：砂天然砂人工砂——碎石經機械軋碎篩選而成，富棱角，雜質少，但細粉多。同時加工成本較高。海砂——含貝殼碎片、可溶性鹽類等；河砂——圓滑、堅固，雜質少，屬上等砂；山砂——多棱角，粘聚性比河砂好，含泥土和有機雜質較多。影響砂質量的因素：

※顆粒形狀及表面特征；

※有害雜質；

※砂的粗細程度及顆粒級配；

※砂的物理性質。（一）顆粒形狀及表面特征1、山谷砂和人工砂的顆粒多棱角，表面粗糙，與水泥粘結較好，砼強度較高，但拌和物的流動性較差。2、河砂和海砂的顆粒少棱角，表面光滑，與水泥粘結較差，砼強度較低，但拌和物的流動性較好。（二）有害雜質有害雜質：云母、粘土、淤泥、有機物、化合物、輕物質等。(1)粘土和云母：它們粘附于砂表面或夾雜其中，水泥與砂的粘結強度↓，混凝土強度、抗滲性和抗凍性↓，收縮↑。(2)有機質、硫化物、氯化物及硫酸鹽：它們對水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的性能。氯化物對鋼筋具有腐蝕作用。民用建筑用砂符合《普通砼用砂質量標準及檢驗方法》；水工砼用砂符合《水工砼施工規范》；水運工程砼用砂符合《水運工程混凝土施工規范》。砂石中有害物質含量限值（GB/T14684~14685-2001）細集料粗集料項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類云母(%)＜1.02.02.0－－－硫化物與硫酸鹽含量(按SO3質量計，%)＜0.50.50.50.51.01.0有機物含量(比色法)＜合格合格合格合格合格合格輕物質(％)＜1.01.01.0－－－氯化物(以Clˉ，%)＜0.010.020.06－－－泥(%)＜1.03.05.00.51.01.5泥塊(%)＜01.02.000.50.7堅固性質量損失(%)＜88105812針片狀含量(%)＜－－－51525壓碎指標(%)＜－－－12/1016/2016/30注：卵石/碎石（三）砂的粗細程度與顆粒級配1、砂的粗細程度砂的粗細程度是反映不同粒徑的砂粒，混合后的總體粗細程度。砂的粒徑↑，比表面積↓，包裹砂所需水泥漿↓。因此，在滿足條件下，盡量采用粗一些的砂，可節約水泥；但砂過粗，由于粗顆粒砂對石子的粘聚力較低，會引起拌合物產生離析、分層。

細度模數（）是指不同粒徑的砂粒混在一起后的平均粗細程度，用來表示砂的粗細程度。A1、A2、A3、A4、A5、A6—分別為用4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm各篩上累計篩余百分率。細度模數F.M粗砂=3.7~3.1；中砂

=3.0~2.3；細砂

=2.2~1.6；特細砂

=1.5~0.7；拌制砼以中砂為宜，普通砼用砂的細度模數為3.7~1.6。2、砂的顆粒級配砂的顆粒級配指砂不同大小顆粒的搭配情況。單一粒徑兩種粒徑多種粒徑顆粒級配示意圖※級配好的砂應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，節約水泥，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。※砂的級配常用各篩上累計篩余量百分率來表示，共分為I、II、III區級，級配較好的砂應處于同一區間。拌制砼應優先選擇Ⅱ區的砂。篩孔尺寸(mm)累計篩余(％)Ⅰ區Ⅱ區Ⅲ區9.54.752.361.180.600.300.15010~035~565~3585~7195~80100~90010~025~050~1070~4192~70100~90010~015~025~040~1685~55100~90砂的顆粒級配區注：各篩超出的總量不應大于5%。（四）砂的物理性質1、砂的視密度、堆積密度及空隙率（1）砂的視密度反映砂的密實程度一般砂：ρ視=2.5g/cm3石英砂：ρ視=2.6~2.7g/cm3（2）砂的堆積密度：自然狀態：=1400~1600kg/m3密實堆積：=1600~1700kg/m3（3）空隙率天然河砂的空隙率為40%~45%級配良好河砂的空隙率＜47%2、砂的含水狀態及飽和面干吸水率（1）含水狀態①干燥狀態：在不超過110℃的溫度下烘干至恒重，砂含水率為零。氣干狀態：砂含水率與大氣濕度相互平衡時的狀態。③飽和面干狀態：砂子表面干燥而內部孔隙含水達到飽和時的狀態。飽和面干砂既不從砼拌合物中吸取水分，也不放出水分，配制砼較好。④濕潤狀態：砂子不僅內部孔隙含水飽和，而且表面也吸附一層自由水。干燥狀態氣干狀態飽和面干狀態濕潤狀態砂的含水狀態（2）飽和面干吸水率飽和面干砂的含水率稱為飽和面干吸水率，簡稱吸水率。砂的顆粒越堅實，吸水率就越小，品質就越好。工民建按干燥狀態砂（含水率<0.5%）及石子（含水率<0.2%）來設計砼配合比。飽和面干砂既不從混凝土拌和物中吸取水分，也不往拌和物中帶入水分，我國水工混凝土工程多按飽和面干狀態的砂、石來設計混凝土配合比。3、砂的堅固性砂的堅固性是指砂在氣候、環境變化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。混凝土所處的環境條件循環后的質量損失（%）在嚴寒及寒冷地區室外使用并經常處于潮濕或干濕交替狀態下的混凝土≤8其它條件下使用的混凝土≤10砂的堅固性指標堅固性實驗：采用硫酸鈉溶液法，將砂料在硫酸鈉飽和溶液中浸泡，然后烘干，經5次循環后，以其質量損失百分率評定其堅固性。4.2.2粗骨料（卵石與碎石）※粗骨料是粒徑>5mm的骨料。※常用的粗骨料有卵石和碎石。（一）顆粒形狀及表面特征較理想的顆粒形狀：三維長度相等，相近的球形或立方體顆粒。較差的顆粒形狀：三維長度相差較大的針、片狀顆粒。1、碎石表面粗糙，與水泥石的粘結能力強，砼強度高，但和易性差。2、卵石表面光滑，棱角少，與水泥石的粘結能力差，但和易性好。3、針狀、片狀的顆粒使空隙率增大，內摩擦力大，受力時易折斷，降低混凝土拌合物的流動性及混凝土的強度與耐久性。對于高強和大流動性混凝土需嚴格限制其含量。針狀顆粒：顆粒長度大于該顆粒所屬粒級的平均粒徑的2.4陪；片狀顆粒：顆粒厚度小于平均粒徑的0.4陪。（二）有害雜質有害雜質：粘土、淤泥、細屑、有機物、硫化物、硫酸鹽等。民用建筑應符合《普通砼用碎石或卵石質量標準為檢驗辦法》；水工砼應符合《水工砼施工規范》；水運工程砼用砂符合《水運工程混凝土施工規范》（三）最大粒徑及顆粒級配1、最大粒徑（DM）（1）定義DM是粗骨料公稱粒徑級的上限值。DM愈大，骨料的空隙及表面積愈小，水泥用量愈小，砼愈密實，水化熱愈小，收縮愈小。

公稱粒徑：用以表示符合某種合理級配范圍的骨料尺寸大小。（2）砼最大粒徑選擇的影響因素①強度當DM<40，DM↑，砼強度↑；當DM>40，DM↑，低強度的砼強度上升，高強度的砼強度反而降低。大體積的砼結構：DM=80~150mm，普通砼：DM=20~40mm。②體積③耐久性骨料最大粒徑大者對混凝土的抗凍性、抗滲性也有不良的影響，尤其會顯著降低混凝土的抗氣蝕性能。③其它因素DM≯結構最小截面尺寸的l/4DM≯最小鋼筋凈距的3/4DM≯板厚的l/22、顆粒級配：指大小不同顆粒的搭配程度。※連續級配(連續粒級):顆粒由小到大，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)。連續級配的空隙率較小，適合配制各種混凝土，尤其適合配制流動性大的混凝土※間斷級配：粒徑不連續．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生離析、分層，造成施工困難。※單粒級：由≥一個粒級組成，空隙率最大，不宜單獨使用。（1）砼級配確定方法（2）超、遜徑石子的允許含量※超徑：某一級石子中混雜有超過這一級粒徑的石子。超徑石子含量不大于5%※遜徑：某一級石子中混雜有小于這一級粒徑的石子。遜徑石子含量不大于10%。（3）表示方法：篩分析法級配情況公稱

粒級

（mm）累計篩余（％）篩孔尺寸（方孔篩）（mm）2.551016202531.540506380100連續粒級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－－70～100－30～600～100碎石或卵石的顆粒級配范圍（四）物理力學性質1、視密度、堆積密度及空隙率我國石子的視密度平均為2.68g/cm3

，最大的達3.15g/cm3

，最小為2.50g/cm3

，一般要求粗骨料的視密度不小于2.55g/cm3

。球形或立方體形狀的顆粒且級配良好的粗骨料堆積密度較大，空隙較小。2、吸水率粗骨料的顆粒越堅實，空隙率越小，其吸水率越小，品質也越好。吸水率過大，將降低混凝土的軟化系數，也降低混凝土的抗凍性。粗骨料的吸水率＜2.5%3、強度粗骨料的強度可用巖石立方體強度或壓碎指標兩種方法進行檢驗。（1）將試件（50×50×50）mm3在水飽和狀態下測定其極限抗壓強度。極限抗壓強度/砼強度不小于1.5，且極限抗壓強度：巖漿巖不小于80MPa，變質巖不小于60MPa，沉積巖不小于30MPa。（2）壓碎指標將一定質量氣干狀態下粒徑10~20mm的石子裝入標準圓筒內，放在壓力機上，在3~5min內均勻加載達200KN，其壓碎的細粒（小于2.5mm）占試樣重量的百分率為壓碎指標。4、堅固性有抗凍、耐磨、抗沖擊性能要求的砼所用粗骨料，要求測定其堅固性。對嚴寒及寒冷地區室外且處于干濕變換的砼，粗骨料經五次循環的質量損失應不大于5%。其它條件下的砼骨料經五次循環后的質量損失應不大于12%。4.2.3混凝土拌和及養護用水凡可飲用的水均可拌制和養護砼，不可用海水、未經處理的工廢水、污水及沼澤水。不用含有油脂、糖類的水，污水、PH＜4、含硫酸鹽不用，海水一般不用。缺乏淡水時，可用海水拌制素砼，鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土不能用海水拌制。4.3混凝土的主要技術性質混凝土的主要技術性質包括：混凝土拌合物的和易性、凝結時間；硬化混凝土的強度、變形及耐久性。4.3.1混凝土拌合物的和易性1、定義

和易性是砼拌合物的施工操作（拌合、運輸、澆灌、搗實）的難易程度和抵抗離析作用程度并能獲得質量均勻，密實砼的性能。和易性包含流動性、（均勻穩定性）黏聚性、保水性。和易性良好的混凝土拌合物除具有一定的稠度，易于成型外，還應在攪拌后，直至成型結束，組成材料都能保持在混凝土中均勻分布，即粘聚性和保水性。對于均勻穩定性較差的混凝土拌合物在靜置、運輸、澆注和搗實的過程中都可能發生離析和泌水。

離析是指拌合物中大顆粒和細顆粒間產生分離的現象。對于流動性較大的混凝土拌合物，因各組分粒度及密度不同，易引起砂漿與石子間的分層離析現象。對于硬性或少砂的混凝土拌合物，若裝卸及澆注方法不當，也會發生離析現象。

泌水是指拌合水按不同方式從拌合物中分離出來的現象。固體材料在混凝土拌合物中下沉使水被排出并上升至表面，使表面形成浮漿；有些水達鋼筋及粗骨料下沿而停留；有些水通過模板接縫滲漏；都是泌水的表現。2、和易性的含義（1）流動性

流動性是砼拌和物在自重或施工振搗的作用下，產生流動，并均勻、密實地填滿模型的性能。流動性反映拌和物的稀稠，關系著施工振搗的難易和澆筑的質量。（2）黏聚性（抗離性）

粘聚性是砼拌合物在施工過程中互相之間有一定粘聚力，不發生分層、離析、泌水，保持整體均勻的性能。黏聚性不好的拌合物，砂漿與石子容易分離，振搗后會出現蜂窩、空洞等現象，嚴重影響工程質量。（3）保水性保水性是砼拌合物保持水分不易析出的能力。保水性差會降低砼的強度和耐久性。

砼拌合物中的水，一部分是保證水泥水化所需水量，另一部分是為使砼拌合物具有足夠流動性，便于澆搗所需的水量。三者之間相互關聯又互相矛盾：粘聚性好，保水性一般也好，但流動性可能差。增大流動性，粘聚性、保水往往變差。三方面統一即和易性好。流動性、黏聚性和保水性的關系：3、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。適用條件：

SL≥10mm

Dmax≤40mm

測定方法：流動性：坍落度。粘聚性：用搗棒輕擊錐體側面，如整體緩慢均勻下沉，則粘聚性良好，如突然崩塌或石子離析，則差。保水性：如錐體底部有較多稀水泥漿或水析出，或因失漿而使骨料外露，則保水性差。坍落度（T或SL）大于10mm的稱為塑性混凝土，其中，坍落度在10~30mm的常稱為流動性混凝土；坍落度小于10mm的稱為干硬性混凝土。(二)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。適用條件：

SL＜10mm

Dmax≤40mmVB=5～30s測定方法：測定當透明圓盤的底面剛剛被水泥漿所布滿時所經歷的時間(以s計)，稱為維勃稠度VB。透明有機玻璃板導桿混凝土錐振動臺(三)混凝土拌合物流動性的級別坍落度級別維勃稠度級別級別名稱SL（mm）級別名稱VB（s）T1低塑性砼10～40V0超干硬性砼≥31T2塑性砼50～90V1特干硬性砼30～21T3流動性砼100～150V2干硬性砼20～11T4大流動性砼≥160V3半干硬性砼10～54、影響混凝土拌合物和易性的因素（1）水泥漿含量的影響水泥漿稀稠不變（W/C不變）時，水泥漿愈多，流動性愈大。但水泥漿過多，將出現流漿現象，使粘聚性變差，影響強度和耐久性；過少，則不能填滿骨料空隙或不能很好包裹骨料表面，產生崩坍現象，粘聚性變差。

混凝土內水泥漿的含量，以使混凝土拌合物達到要求的流動性為準，不應任意加大。4、影響混凝土拌合物和易性的因素（2）含砂率的影響砂率是指砂的質量占砂、石總質量的百分數。※砂率過小，不能形成砂漿潤滑層，流動性差，影響粘聚性、保水性。※砂率過大，骨料孔隙率及總表面積大，當水灰比及水泥用量一定時，使拌合物干稠，流動性低；當流動性一定時，使水泥用量顯著增大。合理砂率：是在水灰比及水泥用量一定的條件下，能使砼拌合物在保持粘聚性和保水性良好的前提下，獲得最大流動性的含砂率。4、影響混凝土拌合物和易性的因素（3）水泥漿稀稠的影響水泥漿的稠度由水灰比W/C決定。W/C過小，水泥漿干稠，拌合物的黏聚性較好，泌水較少，但流動性過低，施工困難；W/C過大，使砼拌合物的粘聚性和保水性不良，產生流漿、離析，影響強度。普通混凝土的常用水灰比一般在0.40~0.75范圍內，常取0.63。“需水量定則”或“恒定用水量定則”用水量一定時，小范圍調整水泥用量對混凝土流動性影響不大。※當W/C稍減小時，水泥漿較稠，流動性減小，黏聚性好，可采用較小砂率值增大流動性以補償由于水泥漿較稠減少的流動性。※當W/C稍增大時，水泥漿較稀，流動性變好，黏聚性差，可采用較大砂率值減小流動性以抵消由于水泥漿較稀增加的流動性。4、影響混凝土拌合物和易性的因素（4）漿骨比水泥漿與骨料的數量比稱為漿骨比。在骨料量一定的情況下，漿骨比的大小可用水泥漿的數量表示，漿骨比愈大，表示水泥漿用量愈多。在混凝土拌合物中，水泥漿賦予拌合物以流動性，是影響拌合物稠度的主要因素。在水泥漿稠度（即水灰比）一定時，增加水泥漿數量，拌合物流動性隨之增大。但水泥漿過多，不僅不經濟，而且會使拌合物均勻穩定性變差，出現流漿現象。4、影響混凝土拌合物和易性的因素（5）其他因素的影響如：水泥品種、摻合料品種及摻量、骨料種類、骨料粒形及級配、混凝土外加劑品種及摻量以及混凝土攪拌工藝和環境溫度等。A、水泥對和易性的影響水泥品種不同，需水量不同。普通水泥——流動、保水性好礦渣水泥——流動性大，粘聚性差，易泌水火山灰水泥——流動性顯著降低，粘聚性、保水性好。B、骨料對和易性的影響

骨料性質對和易性影響較大a、級配良好的骨料。空隙率小，和易性好。b、表面越粗糙，和易性越差。（碎石比卵石和易性差。）c、細度越細，比表面積越大，流動性變小。（細砂比粗砂流動性小。）C、外加劑在拌制混凝土時，摻用外加劑（減水劑、引氣劑）能使混凝土拌合物在不增加水泥和水用量的條件下，顯著地提高流動性，且具有較好的均勻穩定性。此外，由于混凝土拌和后水泥立即開始水化，使水化產物不斷增多，游離水逐漸減少，因此拌合物的流動性將隨時間的增長不斷降低。而且，塌落度降低的速度隨溫度的提高而顯著加快。改善和易性的措施

(一)改善流動性的措施(1)盡可能選用較粗大的粗、細骨料；(2)采用雜質含量少，級配好的粗、細骨料；(3)盡量降低砂率；(4)在上述基礎上，如流動性小，保持W/C不變，增加水泥漿；如流動性大，則保持Sp不變，增加S、G。(5)摻加減水劑。

(二)改善粘聚性和保水性的措施(1)選用級配良好的粗、細骨料，并選用連續級配；(2)適當限制粗骨料Dmax，避免用過粗的細骨料；(3)適當增大砂率或摻加粉煤灰等摻合料；(4)摻加引氣劑。5、混凝土拌合物流動性指標的選擇流動性大，則易于施工，但水泥用量大，且混凝土拌合物易產生離析、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。工程中根據混凝土構件的截面最小尺寸、配筋疏密及成型搗實方法來選擇。構件種類坍落度基礎或地面、無筋或配筋稀疏的結構10～30梁、板、柱30～50配筋密列的結構50～70配筋特密的結構70～90工業與民用建筑工程普通混凝土澆筑時的坍落度建筑物性質標準圓錐坍落度水工素混凝土或少筋混凝土10～40配筋率不超過1%的鋼筋混凝土30～60配筋率超過1%的鋼筋混凝土50～90水工混凝土拌合物在澆筑地點的坍落度（mm）混凝土種類坍落度素混凝土10～30配筋率不超過1.5%的鋼筋混凝土、預應力混凝土30～50配筋率不超過1.5%的鋼筋混凝土、預應力混凝土50～70水運工程混凝土坍落度選用值（mm）4.3.2混凝土拌合物的凝結時間※初凝時間表示施工時間的極限；終凝時間表示力學強度開始快速發展。※砼拌合物的凝結時間與所采用的水泥的凝結時間并不相等。水泥品種，環境溫度、濕度、摻和料、外加劑、水泥的水化反應是影響砼凝結時間的主要因素。（1）在環境的溫度、濕度條件相同且摻合料、外加劑也相同的條件，砼所用水泥的凝結時間長，則砼拌合物凝結時間也相應較長。混凝土拌合物的凝結時間（2）砼的水灰比越大，拌和物的凝結時間越長。（3）摻粉煤灰、緩凝劑，凝結時間增長。（4）混凝土所處環境溫度高，拌和物凝結時間縮短。5.3.3混凝土的強度混凝土的強度包括抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等，其中抗壓強度最大，砼也主要用于承受壓力。一般來說，砼的強度越高，其剛性、不透水性、抗風化和某些介質的能力越高。我們通常用砼的強度來評定和控制砼的質量。混凝土抗壓強度分為軸心抗壓強度和立方體抗壓強度。一、混凝土的受力破壞形式及過程(一)破壞形式界面破壞水泥石破壞骨料破壞(二)破壞過程受力前：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。受力后：在微裂紋處產生應力集中，使這些微裂紋不斷擴展、增多、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，可分為四個階段：ⅣⅢⅡⅠ10070～90300σ/f(%)εⅢⅡⅠⅤⅥ0ⅣBACDⅠ-界面裂紋無明顯變化；Ⅱ-界面裂紋增長，無明顯砂漿裂紋Ⅲ-出現砂漿裂紋和連續裂紋；Ⅳ-連續裂紋迅速擴展,匯合,貫通；Ⅴ-裂紋緩慢增長；Ⅵ-裂紋迅速增長二、混凝土的立方體抗壓強度與強度等級(一)混凝土的立方體抗壓強度fcu150*150*150mm試件，標養(20±2℃，相對濕度≥95%)28d的抗壓強度值，稱立方體抗壓強度fcu，簡稱抗壓強度。100、200mm的非標試件的換算系數為0.95、1.05。(二)混凝土的強度等級fcu,k

混凝土的強度等級按立方體抗壓強度標準值劃分。混凝土的立方體抗壓強度標準值(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。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，如C30。三、混凝土的軸心抗壓強度fcp(棱柱體抗壓強度)150×150×300mm試件標養28d的抗壓強度值。混凝土結構設計中計算軸心受壓構件時，取fcp。

fcp=(0.7~0.8)fcu考慮到結構中混凝土強度與試件強度的差異，通常取0.67.原因:“環箍效應”，試件在上下兩塊壓板的摩擦力約束下，側向變形受到限制，其影響高度大約為試件邊長的0.866倍。立方體試件整體受到環箍效應的限制，測得強度相對較高；而棱柱體試件的中間區域未受到“環箍效應”的影響，屬純壓區，測得的強度相對較低。當鋼壓板與試件之間涂上潤滑劑后，摩擦阻力減小，環箍效應減弱，立方體抗壓強度與棱柱體抗壓強度趨于相等。式中P—破壞荷載，N；

A—試件受劈面的面積，mm2四、混凝土的抗拉強度ft試驗表明：ft＝（0.8～0.9）fts混凝土屬于脆性材料，ft=(1/10～1/20)fcu，在無試驗資料時，ft可通過fcu估算：

劈拉強度fts，150*150*150mm試件標養28d。混凝土的抗拉強度很低，一般約為抗壓強度的1/10~1/20。五、影響混凝土強度的因素：

①水泥強度與水灰比骨料種類及級配養護條件與齡期④施工因素⑤外加劑與摻合料等(一)水泥強度等級與水灰比（主要因素）一般塑性混凝土的水灰比在0.40~0.75之間，而水泥完全水化所需的化學結合水一般只占水泥質量的25%作用。水泥強度愈高，混凝土強度愈高；水灰比愈大，混凝土強度愈低。混凝土強度主要取決于水泥石強度和界面粘結強度。對普通混凝土，水泥強度是混凝土強度的1.5~2.0倍；對高強混凝土，水泥強度是混凝土強度的1.0~1.5倍。混凝土強度與水灰比及灰水比的關系（原料一定）式中f28(fcu)—混凝土28d的強度fce—水泥的實際強度。

fce＝Kcfce,g，Kc水泥強度富余系數1.0~1.13，

fce,g水泥強度等級。碎石:αa=0.46αb=0.07

卵石:αa=0.48αb=0.33保羅米公式：①當所采用的水泥強度等級或實際強度已知，欲配制某強度混凝土時，可以估計應采用的水灰比值；②當已知所采用的水泥強度等級及水灰比值時，可以估計出混凝土在標準養護條件下28d齡期可能達到的強度。(二)骨料的品種、規格、質量、級配※骨料中有害雜質過多或品質低劣時，將降低混凝土的強度；※表面粗糙并富有棱角的碎石骨料，與水泥石的黏結較好，且骨料顆粒間有嵌固作用，故所配制的混凝土強度較高；※骨料級配良好，砂率適當時，砂石骨料填充密實，混凝土強度也較高；砼強度取決于水泥的水化狀況，受養護條件及齡期影響。養護條件是混凝土成型后的養護溫度與濕度。齡期是砼在正常養護條件下所經歷的時間。※在干燥的環境中，砼強度的發展會隨水分的逐漸蒸發而減慢或停止。養護溫度高時，硬化速度較快，養護溫度低時，硬化比較緩慢，當溫度低至0℃以下時，砼停止硬化，且有冰凍破壞的危險。(三)溫度、濕度與齡期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臨界強度后，方可撤除保溫措施。環境濕度越高，水泥的水化程度越高，強度越高。溫度、濕度對混凝土強度的影響：砼澆筑后，應在12小時內進行覆蓋草袋，塑料薄膜等；使用硅酸鹽、普通水泥、礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，澆水養護時間應不小于7d；使用火山灰水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或摻緩凝型外加劑或有抗滲要求的混凝土，澆水養護應不小于14天。干燥條件下，澆水養護不得少于21d；平均溫度低于5℃時，不得澆水養護，可涂刷保護膜，防止水分蒸發。在正常養護條件下，砼的強度將隨齡期的增長而不斷發展。最初7~14d強度發展較快，28d可達到設計強度，強度發展可持續數十年之久。齡期7d28d3m6m1y2y4～5y20y強度0.6～0.7511.251.51.7522.253各齡期混凝土強度的增長值根據經驗，砼強度與齡期的對數成正比：fn/f28=lgn/lg28fn—砼nd齡期的抗壓強度，MPaf28—砼28d齡期的抗壓強度，Mpan—養護齡期，n>3dflgnfnf28lg28lgn(四)施工因素的影響攪拌愈均勻，振搗愈密實，砼強度愈高，反之砼強度愈低，機械振搗比人工振搗更充分、均勻，砼強度更高。(五)外加劑與摻合料摻入早強劑可提高砼的早期強度；摻入減水劑、硅粉可提高砼的各凝期的強度；摻入粉煤灰、礦渣可使砼的早期強度降低，但后期強度提高。六、提高砼強度和促進砼強度發展的措施1、采用高標號和快硬早強類水泥2、采用低水灰比的干硬性砼3、加強養護：蒸汽、蒸壓養護4、采用機械攪拌和振搗5、摻入砼外加劑、摻合料5.3.4混凝土的變形與抗裂性一、化學變形混凝土在凝結硬化過程中，由于水泥水化產物的體積小于反應物(水泥與水)的體積，導致混凝土收縮，稱化學收縮(不可恢復)。一般40d內趨向穩定。化學收縮一般對混凝土結構沒有破壞作用。二、塑性收縮混凝土未硬化前因表面水分蒸發而引起的收縮。在表面產生很大的濕度梯度，從而導致混凝土表面開裂。高強和高性能混凝土非常容易發生塑性開裂。若混凝土拌合料泌水嚴重則可引起混凝土產生整體沉降，稱塑性沉降。

三、自收縮由于水泥水化消耗水分，使混凝土內部的相對濕度降低，造成毛細孔、凝膠孔的液面彎曲，體積減小，產生所謂的自干縮現象。1d可以達到28d自收縮值的50%～60%。早期強度高、水化快、水膠比小、早強劑、促凝劑都會加劇混凝土的早期自收縮。四、濕脹干縮（由混凝土中水分變化所致）1.干縮水泥石內吸附水和毛細孔水蒸發時，會引起凝膠體緊縮和毛細孔負壓，從而使混凝土產生收縮。2.濕脹混凝土吸濕使毛細孔負壓減小或消失產生膨脹。3.干縮濕脹不可逆混凝土的濕脹很小，無害；干縮使混凝土表面產生較大的拉應力而引起開裂，使混凝土性能降低。

混凝土的干濕變形用100×100×515mm的試件，在規定條件下達到規定齡期后，測定干燥前后試件的長度，計算干縮率。其值可達(3~5)×10-4。實際構件的尺寸較大，干縮值遠小于試驗值，結構設計時取(1.5~2.0)×10-4，即lm混凝土收縮0.15~0.20mm。——試件基準長度；——干燥至規定齡期后的長度；——金屬側頭的長度；

4.影響混凝土干縮變形的因素：

(1)水泥用量、細度、品種(2)水灰比：—般用水量↑1%，干縮↑2%～3%。(3)骨料的規格與質量(4)養護條件(5)外加劑：許多早強劑和減水劑會增大收縮。五、溫度變形：（由溫度變化所致）1.大體積混凝土工程在凝結硬化初期，混凝土內外溫差很大，可達40～50℃以上，導致混凝土表面開裂。2.熱脹冷縮變形混凝土在正常使用條件下產生熱脹冷縮變形。其熱膨脹系數(0.6～1.3)×10-5/℃，即溫度每升降1℃，lm混凝土的脹縮約為0.01mm3.措施(1)低熱水泥，降低水泥用量，摻緩凝劑(2)人工降溫(3)設溫度鋼筋或伸縮縫——試件長度；——溫度變化；——溫度變化后試件長度的變化.（六）混凝土在荷載作用下的變形(彈塑性變形)分為四個階段：1.混凝土承受的壓應力低于30%極限應力，界面原生裂縫穩定，無擴展趨勢。2.混凝土承受的壓應力約為30~50%極限應力，界面原生裂縫在過渡區內穩定緩慢地伸展，但在砂漿基體中尚未開裂。3.混凝土承受的壓應力約為50~70%極限應力，界面裂縫逐漸延伸到砂漿基體中整個裂縫體系變得不穩定。4.混凝土承受的壓應力超過75%極限應力，基體和過渡區的裂縫處于不穩定狀態，迅速擴展成連續的裂縫體系，產生非常大的應變，直至破壞。砼的彈塑性變形與彈性模量C0塑彈初始切線應力應變fcpAB1.混凝土的彈性模量E混凝土以0.4fcp，經3次以上循環加、卸荷后，應力與應變的比值，為混凝土的彈性模量E=0.4fcp/ε，是一個條件彈性模量對C10～C60的混凝土，E=(1.75～3.60)×104MPa。

2.影響混凝土彈性模量的主要因素：

(1)

混凝土的強度(2)水泥用量與水灰比(3)骨料的彈性模量與骨料的質量(4)養護齡期(5)引氣劑(降低20%～30%)

混凝土的彈性模量在結構設計、變形和裂縫計算中是不可缺少的參數。40018016014012010080604020028100200300388應變，10－5徐變恢復加荷齡期卸荷持荷徐變應變瞬時應變齡期，d瞬時恢復一般砼的徐變量可達3~1510－4，即0.3~1.5mm/m七、徐變與松弛（1）徐變1.徐變原因：是水泥石中凝膠的粘性流動，并向毛細孔中移動，以及凝膠體內的吸附水在荷載作用下向毛細孔遷移。2.影響徐變的因素(1)水泥用量與水灰比(2)骨料的彈性模量、規格與質量。(3)養護濕度(4)齡期3.徐變作用(1)可降低混凝土、鋼筋混凝土中的應力集中程度。(2)對大體積混凝土可降低或消除溫度應力(3)在預應力混凝土中，使預應力損失。（2）松弛加荷使混凝土產生一定變形后，若維持此變形不變，隨著時間的延長，混凝土內的應力將逐漸降低，這種現象稱為應力松弛。產生應力松弛的原因與徐變相同。八、混凝土的抗裂性1、混凝土的裂縫混凝土的開裂主要是由于混凝土中拉應力超過了抗拉強度（或者說拉伸應變達到或超過了極限拉伸值）而引起的。裂縫的產生：①混凝土的收縮變形受到約束；②混凝土的膨脹變形不受外界約束；③大體積混凝土由溫差產生的溫度應力在混凝土表面產生拉應力；此外，結構物受荷過大、施工方法欠合理以及結構物基礎不均勻沉陷等都有可能導致混凝土開裂。防止混凝土裂縫的措施：①選擇合理的結構形式及施工方法，以減少或消除引起裂縫的應力或應變。②采用抗裂性較好的混凝土。③采用補償收縮混凝土，一抵消有害的收縮變形。2、混凝土抗裂性指標（1）混凝土極限拉伸混凝土軸心拉伸時，斷裂前最大伸長應變稱為極限拉伸。在其他條件相同時，混凝土極限拉伸值越大，抗裂性越強。※大壩內部混凝土，常要求：※大壩外部混凝土，一般要求：※進行鋼筋混凝土軸心受拉構件抗裂驗算時，常取：（2）抗裂度D抗裂度是極限拉伸與混凝土溫度變形系數之比（單位為℃），即以溫差量度的極限拉伸：抗裂度越大，混凝土抗裂性越強。（3）熱強比H/R某齡期單位體積混凝土發熱量與抗拉強度之比：混凝土熱強比越小，混凝土抗裂性越強。（4）抗裂系數CR以止裂作用極限拉伸與起裂作用的熱變形值之比作為抗裂系數CR：CR值越大，混凝土抗裂性越好。3、提高混凝土抗裂性的主要措施（1）選擇適當的水泥品種；（2）選擇適當的水灰比；（3）采用多棱角的石灰巖碎石及人工砂做混凝土骨料；（4）摻用適量優質粉煤灰或硅粉；（5）摻入減水劑及引氣劑；（6）加強質量控制，提高混凝土的均勻性；（7）加強養護；4.3.5混凝土的耐久性耐久性：抵抗環境介質作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持結構的安全，正常使用的能力。砼的耐久性包括：抗滲性、抗凍性、抗沖磨性、抗侵蝕、抗碳化等。（1）砼的抗滲性1、定義砼的抗滲性是砼抵抗有壓介質（水、油、溶液等）滲透作用的能力，它是決定砼耐久性的重要因素。2、抗滲性的表示方法①抗滲等級：按標準試驗方法標準試件所承受的最大水壓力來表示。W2、W4、W6、W8、W10、W12…能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa…的水壓力而不滲透。②滲透系數：越小，抗滲性越強。抗滲等級滲透系數K（cm/s）抗滲等級滲透系數K（cm/s）W20.196×10-7W100.177×10-8W40.783×10-8W120.129×10-8W60.419×10-8W160.767×10-9W80.261×10-8W300.236×10-9混凝土抗滲等級與滲透系數的關系3、影響砼抗滲性的主要因素

混凝土滲水的原因是由于內部孔隙形成連通滲水通道的緣故。這些滲水通道源于水泥石中的孔隙；水泥漿泌水形成的泌水通道；各種收縮形成的微裂紋以及骨料下部積水形成的水囊等。砼抗滲性主要與孔隙率（開口孔隙率）有關的因素有關：（1）水泥品種（2）水灰比（表5-4）水灰比0.5~0.550.55~0.60.6~0.650.65~0.75估計28d能達到的抗滲等級W8W6W4W2水灰比與混凝土抗滲等級的大致關系4、提高砼抗滲性的主要措施（1）選擇合理的水泥品種；（2）采用較小的水灰比；（3）選擇適宜的骨料粒徑，級配良好且干凈的骨料；（4）摻入適量的減水劑、引氣劑、防水劑和粉煤灰等混合材料；（5）適當增加砂率；（6）加強養護。（3）骨料級配和粒徑（4）砂率（5）養護條件與齡期（6）外加劑與混合材料（2）砼的抗凍性1、定義抗凍性是砼在水飽和狀態下能經受多次凍融作用而不破壞，同時不嚴重降低強度的性能。2、表示方法混凝土抗凍等級采用快速凍融法確定，取28d齡期100mm×100mm×400mm試件，在水飽和狀態下經N次標準條件下的快速凍融后，若其相對動彈性模量P下降至60%或質量損失達5%，則該混凝土抗凍等級為FN。混凝土抗凍等級分為：F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350等。3、砼抗凍等級的選用根據工程所處環境，年凍融循環次數按有關規范選用。

抗凍性好的砼，抗溫度變化，抗干濕變化、抗風化等性能也好，因此溫和地區的水工建筑、民用建筑也應提出抗滲要求。在寒冷地區，特別是在潮濕環境下受凍的混凝土工程，其抗凍性是評定該混凝土耐久性的重要指標。混凝土抗凍性主要取決于混凝土的結構特征。

4、影響抗凍性的因素：（1）水泥品種、等級；（2）水灰比；（3）外加劑、摻合料；（4）骨料品質。混凝土中摻入引氣劑時，可顯著提高其抗凍性。在原材料一定的條件下，水灰比的大小是影響抗凍性的主要因素。SL211-98《水工建筑物抗冰凍設計規范》：抗凍等級F50F100F150F200F300水灰比＜0.58＜0.55＜0.52＜0.50＜0.45小型工程抗凍混凝土水灰比要求（3）砼的抗磨及抗氣蝕性1、受磨損、磨耗作用的表層混凝土，（如受挾沙高速水流沖刷的混凝土及道路路面混凝土等），要求有較高的抗磨性。有抗磨性要求的砼，強度等級不應低于C30。2、高速水流經過凸凹不平、斷面突變或水道急驟轉彎的混凝土表面時，會使混凝土發生氣蝕破壞。氣蝕作用在材料表面產生高頻、局部、沖擊性的應力而剝蝕混凝土。有抗氣蝕性要求的應采用C50以上的細石砼，骨料最大粒徑應不大于20mm，并在砼中摻入硅粉及高效減水劑，嚴格控制施工質量，保證砼密實、均勻、表面平整。（4）砼的抗侵蝕性砼的抗侵蝕性主要取決于水泥的抗蝕性。＊軟水侵蝕（溶出性侵蝕）＊碳酸腐蝕＊一般酸腐蝕＊硫酸鹽類腐蝕＊鎂鹽腐蝕＊其他腐蝕水泥中的堿類與骨料發生化學反應，使砼發生不均勻膨脹，造成裂縫，強度和彈性模量下降等不良現象，這類堿與骨料發生的反應統稱堿骨料反應。包括：堿-硅酸反應；堿-硅酸鹽反應；堿-碳酸鹽反應。（5）砼的堿骨料反應發生堿骨料反應的必要條件：①骨料中含有一定量的活性成分（如活性氧化硅）②混凝土中含堿量（K2O及Na2O）較高③砼中有水分防止堿骨料反應措施：①選擇非活性骨料；②選用低堿水泥，控制砼總含堿量；③在砼中摻入活性摻合料，抑制堿骨料反應；④在砼中摻入引氣劑；⑤防止外界水分滲入砼內部。目前鑒定骨料是否會發生堿-硅酸反應或堿-硅酸鹽反應的常用方法是砂漿長度法；鑒定骨料是否會發生堿-碳酸鹽反應的方法是小巖石柱長度法。（6）砼的碳化（中性化）1、定義水泥石中的Ca(OH)2與空氣中的CO2，在有水分存在的條件下，發生反應生成CaCO3，并使砼中Ca(OH)2濃度下降，稱為砼的碳化。2、碳化對砼的不利影響（1）碳化引起砼收縮，使砼表層產生微細裂縫，嚴重影響砼結構的使用壽命。（2）碳化發展到鋼筋層時，使鋼筋表層的鈍化膜遭到破壞，發生生銹，最終導致鋼筋砼結構的破壞。4、影響碳化速度的主要因素：（1）環境中的CO2濃度；（2）水泥品種；（3）水灰比；（4）環境濕度。5、減少碳化作用不利影響的措施（1）采用適當的保護層；（2）合理選擇水泥品種；（3）采用水灰比小，單位水泥用量較大的砼配合比；（4）使用減水劑，改善砼的和易性，提高砼的密實度；（5）加強施工質量控制。（七）提高砼耐久性的主要措施1、合理選擇水泥品種；2、選用質量良好，合格的砂石骨料，合理選擇骨料級配；3、嚴格控制水灰比（下表），保證足夠的水泥用量，提高砼密實性；（P2954.1.6）4、摻入減水劑及引氣劑，改善砼內孔隙結構；5、改善施工操作，保證施工質量。雖然影響砼抗滲、抗凍、抗磨及抗蝕性等性能的因素不完全相同，但砼組成材料的品質及砼的密實性對上述各種耐久性均有重要影響。環境條件結構物類別最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）素混凝土鋼筋混凝土預應力混凝土素混凝土鋼筋混凝土預應力混凝土干燥環境正常的居住或辦公用房屋內部件不作規定0.650.60200260300潮濕環境無凍害高濕度的室內部件、室外部件、在非侵蝕性土和（或）水中的部位0.700.600.60225280300有凍害經受凍害的室外部件、在非侵蝕性土和（或）水中且經受凍害的部件、高濕度且經受凍害的室內部件0.550.550.55250280300有凍害和除冰劑的潮濕環境經受凍害和除冰劑作用的室內和室外部件0.500.500.503003003004.4混凝土外加劑※外加劑是指在砼拌和過程中摻入，用以改善砼性能的物質，摻入量一般不超過水泥質量的5%。※外加劑對砼性能的良好改善，它在工程中應用的比例越來越大，外加劑已逐漸成為混凝土中必不可少的第五種成分。混凝土外加劑分類：1.按化學成分：無機、有機。2.按外加劑功能：(1)改善混凝土拌合物流變性能的，包括減水劑、引氣劑和泵送劑等。(2)調節混凝土凝結時間的，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等(3)改善混凝土耐久性的，包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。(4)改善混凝土其它性能的，包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑和著色劑等。4.4.1減水劑※早在20世紀30年代初，美國就開始使用亞硫酸鹽紙漿廢液用于改善混凝土的和易性。※1937年，E.W斯克里徹獲此項美國專利。※上世紀40年代，木質素系的減水劑得以研究和開發，到60年代初，日本和前西德發明了三種高效減水劑，從此，混凝土發展史上的一個里程碑時期開始。（1）減水劑定義——在混凝土坍落度基本相同的條件下，能顯著減少其拌和水量的外加劑。（2）減水劑的主要作用※坍落度不變，水灰比降低，混凝土密實性和強度提高；※水灰比不變，和易性提高，混凝土易澆注、成型和密實；※不改變強度和和易性，減少用水量同時降低水泥用量；※改善混凝土拌合物的可泵性。（3）減水劑作用原理常用減水劑均屬表面活性劑，是由親水基團和憎水基團兩個部分組成。當水泥加水拌和后，由于水泥顆粒間分子凝聚力的作用，使水泥漿形成絮凝結構，包裹了一定的拌和水（游離水），從而降低了混凝土拌和物的和易性。如在水泥漿中加入適量的減水劑，由于減水劑的表面活性作用，致使憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團指向水溶液，使水泥顆粒表面帶有相同的電荷。在電斥力作用下，使水泥顆粒互相分開，絮凝結構解體，包裹的游離水被釋放出來，從而有效地增加了混凝土拌和物的流動性。當水泥顆粒表面吸附足夠的減水劑后，使水泥顆粒表面形成一層穩定的溶劑化膜層，它阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤滑作用，也改善了混凝土拌和物的和易性。此外，由于水泥顆粒被有效分散，顆粒表面被水分充分潤濕，增大了水泥顆粒的水化面積，使水化比較充分，從而也提高了混凝土的強度。減水劑作用：(1)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和分散；(2)水泥顆粒表面帶有同性電荷，產生斥力，破壞了絮凝結構，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減水劑分散減水機理基本上包括以下3個方面：①水化膜潤滑作用

②靜電斥力作用③起泡作用

摻減水劑時在機械攪拌作用下使漿體內引入部分氣泡，這些微細氣泡象滾珠一樣，也有利于水泥漿的流動，增加了新拌混凝土的流動性。（4）常用的減水劑(1)木質素磺酸鹽系減水劑根據其所帶陽離子的不同,有木質素磺酸鈣(木鈣)、木質素磺酸鈉（木鈉）、木質素磺酸鎂（木鎂）等。其中木鈣減水劑使用較多。木鈣減水劑是由生產紙漿或纖維漿的廢液，經生物發酵提取酒精后的殘渣，再用石灰乳中和、過濾、噴霧干燥而制得的棕黃色粉末。木鈣減水劑的摻量，一般為水泥質量的0.2%~0.3%。當保持水泥用量和混凝土坍落度不變時，其減水率為10%~15%，混凝土28d抗壓強度提高10%~20%；若保持混凝土的抗壓強度和坍落度不變，則可節省水泥用量10%左右；若保持混凝土的配合比不變，則可提高混凝土坍落度80~100mm。（2）多環芳香族磺酸鹽系減水劑主要成分為萘或萘的同系物的磺酸鹽與甲醛的縮和物，又稱萘系減水劑。萘系減水劑的減水、增強效果顯著，屬高效減水劑。（3）水溶性樹脂系減水劑以水溶性樹脂為主要原料，如三聚氰胺樹脂等。屬于高效減水劑，適用于早強、高強、及流態混凝土等。品種生產摻量(％)效果特性W↓%坍↑cmF↑%C↓%木質素磺酸鈣(M劑)木質廢液，經中和發酵、脫糖、濃縮、噴霧而成0.2~0.3105~1010~2010緩凝1~3h，引氣量1~3%，普通、陰離子型。對鋼筋無銹蝕萘系減水劑FDN、UNF、NF、NNO、MF等以萘及萘的同系物經磺化與甲醛縮合而成。0.5~1.212~25l0~1510~3012~20非引氣早強高效陰離子型對鋼筋無銹蝕樹脂系減水劑三聚氰胺甲醛樹脂磺酸鹽(SM)三聚氰胺、甲醛和亞硫酸鈉，經磺化、縮聚而成0.5~2.020~272030~6025非引氣早強高效陰離子型對鋼筋無銹蝕，價格高聚羧酸鹽系減水劑(含固18％～24％)0.5~2.018~35坍損失小,小摻量無緩凝,有一定引氣性，不增干縮，顯著提高f和耐久性，格貴糖蜜系減水劑(糖鈣)制糖下腳料經石灰中和處理而成0.1~0.36~10510~2010普通非離子型，緩凝＞3h對鋼筋無銹蝕常用減水劑（5）減水劑的使用方法1、先摻法2、同摻法

3、滯水法4、后摻法

(1)先摻法先摻法主要指將減水劑干粉與水泥混合，然后加入骨料與水一起拌合。該方法省去了減水劑的溶解和儲存、冬季施工時的防凍等工序和設施，使用方便，而且減水劑可在水泥生產中混入，有利于減水劑的推廣和使用。(2)同摻法減水劑預先溶解配制成一定濃度的溶液，然后在混凝土攪拌時同水一起摻入。當減水劑濃溶液與水分別同時加入拌合物中使用時，應適當延長攪拌時間。緩凝劑、緩凝減水劑及緩凝高效減水劑一般摻量較小，為膠凝材料質量的千分之幾，摻入此類減水劑時以配成溶液為好，以易于控制摻量的準確性，同時溶液中所含的水分須從拌合水中扣除。(3)滯水法滯水法，即在攪拌過程中減水劑滯后于水2～3分鐘加入。當以溶液加入時稱為溶液滯水法，當以干粉加入時稱為干粉滯水法。滯水法能顯著地提高減水劑的塑化作用效果，提高減水劑對水泥的適應性，但與先摻法及同摻法相比，攪拌時間較長。(4)后摻法即減水劑是在混凝土攪拌好后經過一定的時間，才將減水劑一次或分多次加入到具有一定含水量的混凝土拌合物中，再經二次或多次攪拌。后摻法不僅可克服拌合物在運輸途中的分層離析和坍落度損失，且減水劑的塑化作用效果及對水泥的適應性也較高。4.4.2緩凝劑延長混凝土凝結時間的外加劑，稱為緩凝劑。※緩凝劑能延長砼凝結時間，又不顯著影響砼后期強度。※適用：高溫季節混凝土、大體積混凝土、泵送混凝土施工以及遠距離運輸的商品混凝土。※不適用：日最低氣溫5℃以下施工的混凝土，以及有早強要求的混凝土。緩凝劑的作用機理：1、有機類緩凝劑：對水泥顆粒以及水化產物新相表面具有較強的活性作用，吸附于固體顆粒表面，延緩了水泥的水化和漿體結構的形成。2、無機類緩凝劑在水泥顆粒表面形成一層難溶的薄膜，對水泥顆粒的水化起屏障作用，阻礙了水泥的正常水化。常用緩凝劑（1）糖蜜緩凝劑由制糖下腳料經石灰處理而成，其主要成分為已糖鈣、蔗糖鈣等。一般摻量為水泥質量的0.1%~0.3%（粉劑），0.2%~0.5%（水劑），混凝土的凝結時間可延長2~4小時。（2）羥基羧酸及其鹽類緩凝劑一般摻量為水泥質量的0.03%~0.1%，混凝土的凝結時間可延長4~10小時。增加混凝土的泌水率，通常與引氣劑一起使用。（3）木質素磺酸鹽類緩凝劑一般摻量為水泥質量的0.2%~0.3%，混凝土凝結時間可延長2~3小時。4.4.3引氣劑在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布的、穩定而封閉的微小氣泡的外加劑，稱為引氣劑。引氣劑對混凝土性能的影響：（1）改善混凝土拌合物的和易性新拌混凝在摻入引氣劑后，產生大量穩定的微小封密氣泡，增加了水泥漿的體積，使新拌混凝土的流動性提高。一般含氣量每增加1%，混凝土坍落度約提高10mm，若保持流動性不變，則可減水約6%~10%。封密微小氣泡阻滯骨料的沉降和水分的上升，使混凝土的泌水性顯著降低。（2）提高混凝土的抗滲性、抗凍性由于氣泡能隔斷混凝土中毛細管通道、對水泥石內水分結冰時所產生的水壓力起緩沖作用，故能顯著提高混凝土抗凍性和抗滲性。一般摻入適量優質引氣劑的混凝土抗凍等級可達未摻引氣劑的3倍以上，抗滲性提高50%。因此，抗凍性要求高的混凝土，必須摻引氣劑或引氣減水劑。（3）降低混凝土強度混凝土摻入引氣劑的主要缺點是使混凝土強度及耐磨性有所降低。當保持水灰比不變，摻入引氣劑時，含氣量每增加1%，混凝土強度約下降3%～5%。因此，混凝土中含氣量的多少，對混凝土的和易性、強度及耐久性等有很大影響。若含氣量太少，不能獲得引氣劑的積極效果；若含氣量過多，又會過多地降低混凝土強度，故應使混凝土具有適宜的含氣量值。當引氣劑與減水劑復合摻用時，常可同時獲得增加強度和提高耐久性的雙重效果。因此引氣劑、引氣減水劑特別適用于抗滲、抗凍、抗腐蝕要求較高的混凝土。引氣劑不宜用于蒸養混凝土及預應力混凝土。4.4.4早強劑※能提高砼早期強度，并對后期強度無顯著影響的外加劑稱為早強劑。

※早強劑可加速水化和硬化，縮短養護周期，提前拆模，加快施工進度。

※適用于冬季施工或緊急搶修工程，以及要求加快砼強度發展的情況。常用早強劑：（1）氯鹽類早強劑主要有氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化鐵等。其中氯化鈣早強效果好而成本低，應用最廣。摻量為水泥質量的0.5%~1%，能使混凝土3d強度提高50%~100%，7d強度提高20%~40%。早強機理：氯鹽的摻入能增加水泥礦物的溶解度，加速水泥礦物的水化速度。但氯鹽易鋼筋銹蝕，在鋼筋混凝土結構中，不宜摻用。（2）硫酸鹽類早強劑主要有硫酸鈉，硫代硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁等。其中硫酸鈉應用較多。一般摻量為水泥質量的0.5%~2%，可使混凝土強度達到設計標準70%的時間縮短一半左右。早強機理：以硫酸鈉為例，硫酸鈉摻入后能發生以下反應：Na2SO4+Ca(OH)2+2H2OCaSO4.2H2O+2NaOH所生成的硫酸鈣具有高度分散性，且分布均勻，極易與C3A反應，迅速形成水化硫鋁酸鈣晶體。同時上述反應的發生也能加快C3S的水化。這就大大加快了混凝土的硬化速度。（3）有機胺類早強劑主要有三乙醇胺，三異丙醇胺、二乙醇胺等。其中早強效果以三乙醇胺為最佳。摻量為水泥質量的0.02%~0.05%，能使混凝土早期強度提高50%左右。早強機理：以三乙醇胺為例，三乙醇胺是一種較好的絡合劑，在水泥水化的堿性溶液中能與鐵離子和鋁離子形成比較穩定的絡離子，這種絡離子與水泥的水化物作用生成溶解度很小的絡鹽，因此三乙醇胺對水泥水化有較好的催化作用。4.4.5速凝劑能使砼迅速凝結硬化的外加劑，稱為速凝劑。機理：1、消除石膏的緩凝作用；2、能迅速生成鋁酸鈣類的化合物，使水泥漿速凝。適用于噴射砼和砂漿以及搶修堵漏工程。4.4.6其他外加劑（一）防凍劑

※防凍劑能使砼在一定負溫下正常水化硬化，并在規定時間內達到足夠防凍強度。

※防凍劑一般由減水劑、引氣劑、早強劑復合而成，分三類：氯鹽類、氯鹽阻銹類、無氯鹽類。※膨脹劑能使砼產生一定體積膨脹，適用于配制補償收縮砼、和自應力砼。※常用膨脹劑有五類：硫鋁酸類、氧化鈣類、氧化鈣—硫鋁酸類、氧化鎂類、金屬類。（二）膨脹劑（三）防水劑※防水劑是能夠減少混凝土空隙和填塞毛細管通道，以阻止滲水和吸水，在攪拌混凝土過程中摻入的外加劑。※常用的有機防水劑分為憎水性塑化劑、皂類防水劑、乳液防水劑等。※常用的無機防水劑有氯化鐵、硅粉、鋯化合物、水玻璃等。綜上所述，混凝土外加劑的品種很多，它們對混凝土性能各有不同的影響。應根據不同的使用目的，選擇適宜的品種和摻量，并應注意對混凝土其他性能的影響，使其充分發揮有益的效果，避免副作用。此外，同一種外加劑會因水泥品種不同而有不同的效果，稱為“外加劑對水泥的適應性”，選擇時應當充分注意。使用外加劑時，應預先進行試驗。4.5混凝土的摻合料在砼拌合物制備時，為了節約水泥，改善砼性能，調節砼強度等級，而加入的天然或者人造的礦物材料，統稱為砼摻合料。

有活性礦物摻合料和非活性礦物摻合料兩類。4.5.1粉煤灰粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑。粉煤灰的分類：收集：靜電收塵灰（粒細，質量好）、機械收塵灰再加工：磨細灰、風選灰、原狀灰按所燃燒煤的品種不同，粉煤灰分為F類和C類兩種：F類粉煤灰：燃燒無煙煤或煙煤的煙道中收集的灰，一般含氧化鈣較少；C類粉煤灰：燃燒褐煤或次煙煤的灰，其氧化鈣含量一般大于10%。粉煤灰的質量分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級。粉煤灰的質量要求：（一）粉煤灰物理性質

※粉煤灰中實心微珠含量較多，未燃盡碳及不規則的粗粒含量較少時，粉煤灰較細，品質較好。

※粉煤灰的細度越小，能夠參與二次水化反應的界面越多，二次水化反應越充分，強度越高。

※需水量比值越小，則混凝土拌制時需水量越少，水灰比降低，使混凝土強度也相應越高