1第4章水泥混凝土

§4.1概述

§4.2

普通混凝土的組成材料

§4.3外加劑和礦物摻和料▲§4.4

新拌早期混凝土的性能▲§4.5硬化混凝土的主要技術性質▲§4.6普通混凝土的配合比設計

§4.7

混凝土的質量控制與強度評定

§4.8

水泥混凝土技術進展2§4.1

概述1、混凝土（砼）定義：由膠凝材料和粗、細集料按適當比例配合、拌制成拌合物，經成型硬化而成的人造石材。2、混凝土分類：按膠凝材料分：水泥混凝土、瀝青混凝土、聚合物混凝土、水玻璃混凝土等。重混凝土：＞2600kg/m3按表觀密度分普通混凝土：1950~2500kg/m3

輕混凝土：＜1950kg/m33低強混凝土：＜30MPa

中強混凝土：30～60MPa

高強混凝土：60～100MPa超高強混凝土：＞100MPa

按抗壓強度分按流動性分：干硬性混凝土、塑性混凝土、流動性混凝土、大流動性混凝土和自流平混凝土。按生產方式分：預拌混凝土和現澆混凝土。按施工方法分：泵送混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、擠壓混凝土、壓力灌漿混凝土等。按使用功能和特性分：防水混凝土、道路混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、水工混凝土等

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優點：（1）性能易于調整；（2）可塑性好；（3）抗壓強度高、耐久性好；（4）耐水性好；（5）可用鋼筋增強；（6）能源消耗較低、利廢程度高。缺點：（1）自重大；

（2）抗拉強度低，抗裂性差；（3）收縮變形大；

（4）抗沖擊能力差。

3、水泥混凝土的優缺點

5

4.2

普通水泥混凝土的組成材料

普通水泥混凝土（簡稱混凝土）：以水泥為膠凝材料，普通砂、石為集料，加水拌成拌合物，經凝結硬化而成的人造石材。為改善混凝土的某些性能還常加入適量的外加劑和摻合料。混凝土的結構6一、水泥

1、水泥品種：應根據混凝土工程特點、所處的環境條件和施工條件等進行選擇。一般采用六大品種水泥。

2、水泥強度等級：應與混凝土的設計強度等級相適應。原則：高對高，低對低（如：32.5-<C30；42.5-≥C30）一般混凝土：水泥強度等級為砼強度等級的1.1～1.6倍；高強混凝土：水泥強度等級為砼強度等級的0.7～1.2倍。7二、細集料

公稱粒徑小于4.75mm的集料，包括天然砂和人工砂（經除土處理的機制砂、混合砂）。

技術要求：

1、顆粒級配和細度模數

2、有害物質含量

3、含泥量、泥塊含量和石粉含量

4、堅固性

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1、顆粒級配和細度模數

砂的顆粒級配區顆粒級配：指不同粒徑砂相互間搭配情況。良好的級配能使集料的空隙率和總表面積均較小。9

配制混凝土時宜優先選用Ⅱ區的砂。當采用Ⅰ區的砂時，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Ⅲ區的砂時，應適當降低砂率，以保證混凝土強度。10細度模數：不同粒徑砂混合在一起后的總體平均粗細程度。μf＞3.7時，和易性不易控制，且不易振搗成型；

μf＜0.7時，將增加較多的水泥用量，而且強度顯著降低。粗砂：μf=3.7～3.1中砂：μf=3.0～2.3細砂：μf=2.2～1.6特細砂：μf=1.5～0.7112、有害物質含量

砂中有害物質含量項目質量指標云母（按質量計）/%≤2.0輕物質（按質量計）/%≤1.0有機物（比色法試驗）顏色不應深于標準色。當顏色深于標準色時，應進行水泥膠砂強度對比試驗，抗壓強度比不應低于0.95。硫化物及硫酸鹽（按SO3質量計）/%≤1.0

海砂：只可用于配制素混凝土；若用于鋼筋混凝土，Cl－含量<0.06%；預應力混凝土不宜用海砂，若用則Cl－含量<0.02%；堿活性：重要工程砼用砂，必須進行堿活性檢驗，以防止堿集料反應發生。12

3、含泥量、泥塊含量和石粉含量

含泥量：粒徑<75μm的塵屑、淤泥等顆粒的質量占砂子質量的百分率。泥塊含量：原粒徑>1.18mm，經水浸洗、手捏后<0.6mm的顆粒含量。

泥土包裹在砂粒表面，阻礙水泥漿與砂粒之間的粘結，降低混凝土強度，并增加混凝土的干縮，易產生開裂，影響混凝土耐久性。

混凝土強度等級≥C60C55～C30≤C25含泥量（按質量計）/%泥塊含量（按質量計）/%≤2.0≤0.5≤3.0≤1.0≤5.0≤2.0天然砂的含泥量和泥塊含量

13

石粉含量：在人工砂生產過程中，加工前經過除土處理，加工后形成粒徑<75μm的顆粒含量。

人工砂中石粉含量

混凝土強度等級≥C60C55～C30≤C25石粉含量（%）MB＜1.4（合格）≤5.0≤7.0≤10.0MB≥1.4（不合格）≤2.0≤3.0≤5.0適量石粉可提高混凝土密實性、增強保水性，進而提高混凝土的強度、改善混凝土的耐久性，但干縮量增大。14

4、堅固性

天然砂采用硫酸鈉溶液法檢驗，試樣經5次循環后，其質量損失應符合下表的規定。

人工砂采用壓碎指標法進行試驗，壓碎指標值應<30％。

砂的堅固性指標混凝土所處的環境條件及其性能要求5次循環后的質量損失（%）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對有抗疲勞、耐磨和抗沖擊要求的混凝土有腐蝕介質作用或經常處于水位變化區的地下結構混凝土<8其它條件下使用的混凝土<1015三、粗集料

粗集料：粒徑大于4.75mm的集料(俗稱石)常用碎石和卵石。

技術要求：

1、有害雜質含量

2、顆粒形狀和表面特征

3、最大粒徑和顆粒級配

4、強度和堅固性5、堿活性16石子中有害雜質含量1、有害雜質含量項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類有機物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸鹽（按SO3質量計）/%＜0.5＜1.0＜1.0含泥量（按質量計）/%＜0.5＜1.0＜1.5泥塊含量（按質量計）/%0＜0.5＜0.7針片狀顆粒（按質量計）/%＜5＜15＜25Ⅰ類適用于C60以上的混凝土；Ⅱ類適用于C30～C60的混凝土及抗滲、抗凍或其它要求混凝土；Ⅲ類適用于C30以下的混凝土。172、顆粒形狀和表面特征

顆粒形狀：渾圓狀、多棱角狀、針狀和片狀。針、片狀顆粒含量過多既降低混凝土的和易性，又顯著影響混凝土的強度。

表面特征：光滑的、平整的和粗糙的。卵石表面光滑，拌制的混凝土和易性較好，與水泥漿的粘結力較差；碎石表面粗糙，拌制的混凝土和易性較差，但與水泥漿的粘結力較高。

18粗集料的最大粒徑應在滿足技術要求的條件下，盡量選得大些，以節省水泥。另外還受結構形式和配筋疏密等限制。

一般混凝土dmax

≤1/4最小截面尺寸鋼筋混凝土

≤3/4鋼筋最小凈距混凝土實心板≤1/3板厚

≤40mm

高強混凝土dmax≤25mm

泵送混凝土dmax≤

1/3管徑（碎石）

≤1/2.5管徑（卵石）

3、最大粒徑和顆粒級配19

粗集料的級配應符合表4-8的規定，分為連續粒級（6種）和單粒級（5種）兩種。采用連續粒級拌制的混凝土和易性較好，不易發生分層、離析現象，易于保證混凝土的質量。是工程常用的級配方式。采用單粒級拌制的混凝土容易產生分層離析，施工困難，一般在工程中較少使用。它可與連續粒級混合使用，以改善其級配或配成較大粒度的連續粒級。20

4、強度和堅固性

粗集料的強度可用巖石抗壓強度和壓碎值表示。

①當混凝土強度等級≥C60或在選擇采石場時，應進行巖石抗壓強度檢驗。RY≥1.5RH

（低強砼）；

RY≥2.0RH（中高強砼）。

②對經常性的生產質量控制則可用壓碎值檢驗。項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類碎石壓碎指標/%＜10＜20＜30卵石壓碎指標/%＜12＜16＜16循環后質量損失/%＜5＜8＜12

粗集料的堅固性采用硫酸鈉溶液法檢驗，試樣經5次循環后，其質量損失應符合上表的規定。

21

5、堿活性當用于重要工程或對集料堿活性有懷疑時，須按標準進行檢驗。經堿-集料反應試驗后，由粗集料制備的試件無裂縫、酥裂、膠體外溢等現象，在規定的試驗齡期的膨脹率應小于0.10%。22

凡符合國家標準的生活飲用水，均可采用。海水可拌制素混凝土，但不可用于鋼筋混凝土、預應力鋼筋混凝土、有飾面要求的混凝土。

工業廢水必須經適當處理后才能使用。

四、拌合及養護用水23

定義：在混凝土拌和前或拌和時摻入，一般摻量不大于水泥質量的5％，并能按要求改善混凝土性能的物質。

分類:

（1）改善流變性能（減水劑、引氣劑、泵送劑等）

（2）調節凝結時間、硬化性能（緩凝劑、早強劑、速凝劑等）

（3）改善耐久性（引氣劑、阻銹劑、防水劑等）

（4）改善其他性能（膨脹劑、防凍劑、防潮劑等）

4.3

外加劑與摻和料4.3.1

外加劑（第五組分）

241、減水劑

①定義：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。

②分類：

按作用效果：普通減水劑（減水率5％～10％）和高效減水劑（減水率≥10％）兩類；按主要化學成分：木質素磺酸鹽系、多環芳香族磺酸鹽系、水溶性樹脂磺酸鹽系以及腐殖酸鹽等。

25

③作用機理

當水泥加水拌合后，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，使10％～30％的水包裹其中。

當水泥漿體中加入減水劑后

：吸附—分散作用、潤滑作用。

26

④功能：

不改變用水量，大幅度提高新拌混凝土流動性；保持和易性一定，降低用水量，提高強度；保持強度一定，降低水泥用量，節約水泥；改善新拌混凝土可泵性及其他性能。27第2、3章作業答案P51頁：10.P38頁表2-10。19.（1）硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；（2）礦渣、粉煤灰、火山灰水泥；（3）快硬硅酸鹽水泥；（4）中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣水泥；（5）抗硫酸鹽水泥；（6）礦渣水泥或鋁酸鹽水泥；（7）硅酸鹽水泥。

P68頁：6.Mx=2.6，屬中砂。7.碎石:石屑:砂:礦粉＝37%:38％:18％:7％。

篩孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成級配10098.272.655.440.130.021.013.510.05.628思考題1、當采用Ⅰ區的砂時，應（），并保持足夠的水泥用量，以滿足混凝土的和易性。

A：增加砂率；B：減小砂率；C：砂率不變2、砂中所含云母和有機物對混凝土有何不利影響？3、判斷題：保持水泥混凝土和易性一定，摻入減水劑，降低用水量，可提高強度。（）2、早強劑

①定義：能加速混凝土早期強度發展并對后期強度無明顯影響的外加劑。對水泥中的C3S和C2S等礦物的水化有催化作用，能加速水泥的水化和硬化。

②分類：無機鹽類、有機物類和礦物類。

常用的早強劑：氯鹽類、硫酸鹽類、碳酸鹽系、硝酸鹽系、有機胺類、復合早強劑。

③功能：可加速混凝土的硬化，縮短養護周期；加快施工進度，提高模板周轉率。

④應用：多用于冬季施工或緊急搶修工程。3、緩凝劑

①定義：能延長混凝土凝結時間，而不影響混凝土后期物理力學性能的外加劑。吸附在水泥及其水化物表面，或與水泥反應生成不溶層，達到緩凝的效果。

②分類：無機緩凝劑（磷酸鹽和偏磷酸鹽類、硼砂、氟硅酸鈉）；有機緩凝劑（羥基羧酸、氨基羧酸及其鹽類、多元醇及其衍生物和糖類）。

③應用：可用于商品混凝土、泵送混凝土、夏季高溫施工混凝土、大體積混凝土，不宜用于氣溫低于5℃施工的混凝土、有早強要求的混凝土、蒸養混凝土。4、引氣劑

①定義：在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩定而封閉的微小氣泡的外加劑。引氣劑是表面活性劑，能顯著降低水的表面張力，使水溶液在攪拌過程中產生許多微小的封閉氣泡，引氣劑分子定向吸附在氣泡表面，形成較為牢固的吸附膜，使氣泡穩定而不容易破裂。②常用引氣劑：松香類、木質素磺酸鹽類引氣劑等。

③功能：改善混凝土拌合物的和易性；提高混凝土抗滲性和抗凍性；降低強度及彈性模量，提高混凝土的抗裂性。④應用：適用于抗凍、防滲、抗硫酸鹽、泌水嚴重的混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土等。4.3.2

礦物摻和料（第六組分）

1、定義：為了改善混凝土性能，節約水泥加入的具有一定細度的天然或人造的礦物粉體材料。

2、功能：填充膠凝材料的孔隙，參與膠凝材料的水化，改變混凝土的界面結構，提高混凝土的致密性、強度和耐久性。3、常用的礦物摻合料：粉煤灰、硅灰、?；郀t礦渣粉、沸石粉、燃燒煤矸石等。33思考題1、混凝土和易性包括哪幾方面的內容？采用什么方法測定？2、新拌混凝土的坍落度太大或太小時，應如何調整？34▲§4.4

新拌早期混凝土的性能

新拌早期混凝土：指由混凝土的組成材料拌和而成的未凝結硬化的混合物，簡稱新拌混凝土，或稱混凝土拌和物。一、新拌混凝土的和易性二、泌水、塑性收縮和塑性沉降三、含氣量四、凝結時間35▲一、新拌混凝土的和易性

1、定義：新拌混凝土易于施工操作（攪拌、運輸、澆筑、振搗等）并能獲得質量均勻、成型密實混凝土的性能。包括流動性、粘聚性和保水性三方面的含義。

流動性：新拌混凝土在自重或機械振搗的作用下，能產生流動，并均勻密實地填滿模板的性能。

粘聚性：新拌混凝土的組成材料之間有一定的粘聚力，在施工過程中，不致發生分層和離析現象的性能。

保水性：新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工過程中，不致產生嚴重泌水現象的性能。

36目前，還沒有一種能夠全面反映混凝土拌合物和易性的測定方法。通常通過測定拌合物的流動性，并輔以直觀經驗觀測粘聚性和保水性來綜合評定和易性。

主要的試驗方法有：

（1）坍落度試驗

（2）維勃稠度試驗2、和易性的測定及指標37坍落度：筒高與坍落后錐體最高點之間的高差。單位：mm(精確至5mm)。評定：坍落度愈大表示流動性愈大。

混凝土拌和物分三層裝入坍落度筒，裝滿刮平后，將筒垂直提起，混凝土錐體在自重作用下產生一定程度的坍落，坍落的高度就是坍落度。（1）坍落度試驗38觀察：粘聚性、保水性。

a.用搗棒輕輕擊打混凝土錐體一側，如果錐體逐漸下沉，表示粘聚性良好；如果錐體倒塌、部分崩裂或出現離析，即粘聚性不好。

b.如有較多稀漿從混凝土錐體底部析出，錐體部分因失漿而使集料外露，則表明保水性不好。如無這種現象，則表明保水性良好。當坍落度大于220mm時，坍落度不能準確地反映混凝土的流動性，用混凝土擴展后的平均直徑即坍落擴展度作為流動性指標。

39將新拌混凝土裝入坍落度筒內后再提起坍落度筒，并在新拌混凝土頂上置一透明圓盤。開動振動臺并記錄時間。維勃稠度值：從開始振動到透明圓盤底面被混凝土布滿所經歷的時間。單位：以s計(精確至1s)。（2）維勃稠度試驗

對于坍落度小于10mm的干硬性混凝土，采用維勃稠度法測定稠度。

40

注意：

①維勃稠度試驗適用于維勃稠度在5～30s之間的新拌混凝土的測定。

②坍落度試驗和維勃稠度試驗只適用集料最大粒徑≤31.5mm的新拌混凝土。對于集料最大粒徑>31.5mm的新拌混凝土，通常篩除31.5mm以上顆粒后，采用以上方法測定。

41坍落度的選擇，應根據施工工藝、構件截面尺寸、鋼筋疏密和搗實方法等確定。

原則：當構件截面尺寸較大，或鋼筋較疏，或采用機械振搗時，可選擇較小的坍落度；反之，如截面尺寸較小或鋼筋較密的結構，采用人工振搗時，則應選擇較大的坍落度。3、坍落度的選擇

結構種類坍落度/mm基礎或地面等的墊層、無配筋的大體積結構（擋土墻、基礎等）或配筋稀疏的結構10～30板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50配筋密列的結構（薄壁、斗倉、筒倉、細柱等）50～70配筋特密的結構70～90高層建筑、大流動性、流態、泵送混凝土80～20042思考題1、新拌混凝土的和易性通常采用什么方法測定？它們各適用于什么混凝土？2、選擇題：混凝土拌和物發生分層、離析，說明其（）。

A：粘聚性差B：保水性差C：流動性差D：A+B+C434、影響和易性的主要因素

（1）新拌混凝土的單位用水量

（2）砂率

（3）組成材料的性質

（4）時間和溫度

（5）攪拌作用的影響

44

（1）新拌混凝土單位用水量

新拌砼的單位用水量對和易性的影響實際上是通過水泥漿的數量和稠度體現出來的。

水泥漿數量增多，流動性增大。但若水泥漿過多，將會出現流漿現象，容易發生離析。若水泥漿過少，則集料間缺乏粘結物質，粘聚性變差，易出現崩塌。

水泥漿較稠時，流動性較小。若水泥漿干稠，新拌砼的流動性過低，會使施工困難。若水泥漿過稀，又會造成粘聚性和保水性不良，產生流漿和離析現象。單純加大用水量會降低砼的強度和耐久性。45（2）砂率

在水泥漿量一定時，砂率過大，集料總表面積增大，需較多水泥漿量包裹集料，減弱了水泥漿的潤滑作用，新拌砼的流動性減小。砂率過小，集料的空隙率顯著增加，水泥砂漿數量減少，不能保證在粗集料周圍形成足夠的砂漿層，不但降低新拌砼的流動性，而且會嚴重影響粘聚性和保水性，容易產生離析、流漿等現象。

定義：混凝土中砂的質量占砂、石總質量的百分率。合理砂率：在用水量和水泥用量一定的情況下，能使新拌混凝土獲得最大流動性，且能保持粘聚性和保水性良好的砂率。46

（3）組成材料的性質

①水泥：水泥對新拌砼和易性的影響主要是水泥的需水量和泌水性。②集料：集料對新拌砼和易性的影響主要是集料的級配、顆粒形狀、表面特征及最大粒徑。③外加劑和摻合料：加入適量減水劑，使砼的流動性大幅度增加。摻入礦物摻合料能增加砼的粘聚性和保水性，減少離析和泌水。47

（4）時間和溫度

時間：流動性隨時間延長而減小，主要由于水泥水化、骨料吸收、水分蒸發以及水泥漿凝聚結構的形成，使自由水減少，流動性變差。

溫度：隨環境溫度的升高，水分蒸發及水化反應加快，新拌砼初始流動性減小，坍落度損失加快。48

（5）攪拌作用的影響

機械攪拌強于人工攪拌；強制式攪拌機攪拌效果好于自落式攪拌機。如果攪拌機使用維護不當，葉片被硬化的新拌砼逐漸包裹，就會減弱攪拌效果，使拌和物越來越不均勻，和易性差。49調整和易性的措施1、坍落度太小時，保持水灰比不變，適當增加水泥漿用量；坍落度太大時，保持砂率不變，適當增加砂石用量；2、適當采用較粗大的、級配良好的砂石材料；3、采用合理砂率；4、摻外加劑和摻和料。5、采用機械攪拌。50思考題1、選擇題：混凝土拌和物發生分層、離析，說明其（）。

A：粘聚性差B：保水性差C：流動性差D：A+B+C2、判斷題：當新拌混凝土的坍落度太小時，可直接加水增加混凝土的水灰比來調整。（）3、判斷題：砂率過大或過小，新拌混凝土的流動性都減小。（）51二、泌水、塑性收縮和塑性沉降

泌水：新拌砼呈塑性和半流體狀態，各組分由于密度不同，在重力作用下，集料與水泥下沉、水上浮。

危害：1、頂部砼形成疏松的浮漿，對路面的耐磨性和分層連續澆注的樁、柱等產生不利影響；2、在粗集料下方形成水囊，削弱水泥漿與集料間的粘結力，降低砼的強度；3、泌水形成的通道降低砼抗滲性、抗凍性。

52

塑性收縮：當新拌砼的泌水速度低于水分的蒸發速度時，砼的表面會由于干燥產生塑性收縮，極易形成塑性收縮裂縫。塑性沉降：新拌砼由于泌水會產生沉降，當砼的澆注深度較大時，頂部的砼會產生較大的塑性沉降。塑性沉降受到阻礙時，例如鋼筋，則會產生塑性沉降裂縫。

53三、含氣量

含氣量：在攪拌過程中帶進混凝土的空氣體積占總體積的百分率（0.5%～2%）。

影響因素：水泥品種、水灰比、和易性、砂子級配與砂率、外加劑、氣溫、攪拌方式和攪拌機大小等。含氣量對硬化后混凝土的強度和耐久性等有重要影響，所以在試驗室與施工現場要對它進行測定與控制。54四、凝結時間

1、新拌砼的凝結時間與水泥的凝結時間不同的原因：（1）水灰比不同；（2）受溫度、外加劑等其它各種因素的影響。2、測定方法：貫入阻力法（測針在10s內插入25mm)初凝：貫入阻力3.5MPa終凝：貫入阻力28.0MPa55▲§4.5

硬化混凝土的主要技術性質

§4.5.1強度§4.5.2變形性能§4.5.3耐久性56§4.5.1

混凝土的強度

1、立方體抗壓強度

2、立方體抗壓標準強度

3、強度等級

4、棱柱體抗壓強度

5、劈裂抗拉強度

6、抗折強度

57

1、立方體抗壓強度（fcu）：按照標準的制作方法制成邊長為150ｍｍ的立方體試件，在標準養護條件（溫度20士2℃，相對濕度95％以上）下，養護至28ｄ齡期，按照標準的測定方法測得的抗壓強度值。58

2、立方體抗壓標準強度（fcu，k）

：按標準方法制作和養護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標準試驗方法測得的抗壓強度總體分布中，具有不低于95％保證率的抗壓強度值。

59立方體抗壓強度和立方體抗壓標準強度區別

立方體抗壓強度只是一組混凝土試件抗壓強度的算術平均值，并未涉及數理統計和保證率的概念。而立方體抗壓標準強度是通過測定多組（n≥25)試件的抗壓強度值，按數理統計方法確定，具有不低于95％保證率的立方體抗壓強度。60

3、混凝土強度等級：按混凝土立方體抗壓標準強度來劃分的。采用符號C與立方體抗壓強度標準值（MPa）表示。普通混凝土劃分為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14個等級。混凝土強度等級是混凝土結構設計、施工質量控制和工程驗收的重要依據。

61

4、軸心抗壓強度（fcp）

：采用150mm×150mm×300mm的棱柱體試件測得的抗壓強度。

棱柱體抗壓強度比同截面的立方體抗壓強度小，在立方體抗壓強度為10～55MPa時，混凝土的棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的關系近似為fcp=（0.7~0.8）fcu。62

5、劈裂抗拉強度（fts）：采用150mm×l50mm×l50mm的立方體作為標準試件，按規定的劈裂抗拉試驗裝置測得的強度。

F——破壞荷載(N)；

A—試件劈裂面面積(mm2)。

63

6、抗彎拉強度（fcf

）：以標準操作方法制備150mm×150mm×550mm的梁形試件，在標準條件下養護28d后，按三分點加荷方式加載測得的強度。

F——破壞荷載(N)；

L——支座間距(mm)；

b——試件寬度(mm)；

h——試件高度(mm)。

647、影響混凝土強度的因素

（1）水泥的強度和水灰比（2）集料的影響（3）外加劑和摻和料（4）溫度和濕度的影響（5）齡期的影響65

（1）水泥的強度和水灰比水泥的強度和水灰比是決定混凝土強度的最主要因素。

水泥強度等級越高，硬化后混凝土的強度也就越高。

混凝土強度隨水灰比的增大而降低，呈曲線關系；隨灰水比的增大而增加，呈直線關系。

66

碎石：αa=0.46、αb=0.07；卵石：αa=0.48、αb=0.33。

水泥的實際強度應通過實驗確定，也可采用下式估計：

fce,g——水泥強度等級值，MPa。

γc——水泥強度等級富余系數，可按實際統計資料確定。

fce=γc·fce，g

C——每立方米混凝土的水泥用量，kg；

W——每立方米混凝土的用水量，kg；

fcu——混凝土28天抗壓強度，MPa；

fce——水泥的實際強度，MPa；

αa、αb——經驗系數，與集料品種等有關，通常取值如下：

鮑羅米公式：67

（2）集料的影響

集料的表面狀況：影響水泥石與集料的粘結，碎石混凝土強度高于卵石混凝土。

集料的最大粒徑：

集料最大粒徑越大，混凝土強度越小。

有害雜質、含泥量等：如有機物延緩水泥的正常水化，含泥量等影響水泥漿與集料的粘結，均降低混凝土強度。

68

（3）外加劑和摻合料

摻入外加劑，可影響混凝土強度的發展。

如：早強劑可增加混凝土早期強度，減水劑可減少混凝土用水量，降低水灰比，增加強度。

摻入摻合料，可提高混凝土密實度，改善水泥漿－集料界面性能，提高強度。69（4）養護的溫度和濕度

養護溫度高，水泥初期水化速度快，混凝土早期強度高；但早期快速水化會導致水化物分布不均，在水泥石中形成薄弱區，影響混凝土的后期強度。養護溫度降到冰點以下時，水泥水化停止，強度停止發展，并容易凍壞。

濕度適當時，水化進行順利，混凝土強度能充分發展。若濕度不夠，會失水干燥，影響水化正常進行，甚至使水化停止，降低混凝土的強度和耐久性。70（5）齡期

混凝土在標準養護條件下，其強度將隨著齡期的增加而增長。最初的7~14d內，強度增長較快，28d以后增長緩慢?；炷恋膹姸扰c其齡期的對數大致成正比例關系：

fn——nd齡期混凝土的抗壓強度，MPa；

f28——28d齡期混凝土的抗壓強度，MPa；

n——養護齡期（n≥3），d。

71

8、提高混凝土強度的主要措施（1）選用高強度等級的水泥；（2）采用較小的水灰比；（3）摻入外加劑和摻合料；（4）優選集料；（5）采用濕熱處理；（6）采用機械攪拌和機械振搗。72思考題1、影響混凝土強度最主要的因素是什么？怎樣影響？2、判斷題：集料的最大粒徑越大，溫度越高，混凝土硬化后的強度就越高。（）§4.5.2

混凝土的變形性能

一、非荷載作用下的變形二、荷載作用下的變形1、自身收縮2、干濕變形3、溫度變形1、短期荷載作用下的變形2、徐變一、非荷載作用下的變形

1、自身收縮

（1）定義：在沒有外界因素影響下，由于水泥水化產物的總體積小于反應物的總體積而產生的收縮，又稱為化學收縮，是不可恢復的變形。

（2）影響因素：①水灰比：W/C>0.4時，收縮量很??；W/C<0.4時，收縮量較大，嚴重時導致開裂。

②齡期：收縮量隨齡期的延長而增加，在混凝土成型后的40天內收縮增加較快，以后逐漸趨向穩定。

2、干濕變形

（1）干縮：混凝土處于干燥環境中時，會引起體積收縮。由于毛細孔水蒸發產生的收縮和凝膠體吸附水蒸發引起的凝膠體緊縮。干縮是混凝土最主要的體積變形，會引起混凝土開裂。

（2）濕脹：當混凝土在水中硬化時，體積不變，甚至輕微膨脹。由于凝膠體吸水使膠體粒子吸附水膜增厚，粒子間的距離增大所造成的。濕脹變形量很小，一般無損壞作用。

（3）特點：混凝土在干縮后，即使長期浸入水中，濕脹值也遠比干縮值小，干縮不能完全恢復，總有殘余變形保留下來。通常，殘余收縮約為收縮量的30％~60％。

（4）影響因素：水泥品種和水泥用量、水灰比、集料彈性模量、養護條件。

（1）定義：混凝土隨溫度的變化產生熱脹冷縮的變形。

（2）危害：外界溫度降低或硬化初期混凝土內部與外部的溫差，會使混凝土產生裂縫。3、溫度變形

（3）預防措施：

①采用低熱水泥、減少水泥用量；

②選用熱膨脹系數低的集料；③預冷原材料，在混凝土中埋冷卻水管，表面絕熱；

④對混凝土合理分縫、分塊、減輕約束等。二、荷載作用下的變形

①單軸受壓的應力-應變關系1、短期荷載作用下的變形Ⅰ.彈性階段Ⅱ.彈塑性階段Ⅲ.裂縫擴展階段Ⅳ.破壞階段

②重復荷載作用下的應力-應變關系

當應力在(0.3~0.5)fcp重復時，每次卸荷都殘留一部分塑性變形，但隨著重復次數的增加，塑性變形的增量逐漸減小，最后曲線穩定，它與初始切線大致平行。

當應力在(0.5~0.75)fcp以上重復時，隨著重復次數的增加，塑性應變逐漸增加，最后導致混凝土疲勞破壞。

變形模量：在混凝土應力-應變曲線上任一點的應力與應變的比值。它反映混凝土所受應力與產生的應變之間的關系。在砼結構設計中，采用按標準方法測得的靜力受壓彈性模量Ec作為設計參數。

Ec測定方法：將混凝土棱柱體試件1/3fcp水平下經過多次反復加荷和卸荷，最后得到的應力-應變曲線的變形模量。

Ec影響因素：集料、水泥石的彈性模量及體積比。主要取決于集料的體積和彈性模量。

Ec與混凝土強度存在一定的相關性：在原材料相同的條件下，混凝土的強度越高，彈性模量越高。

2、徐變

(1)定義：混凝土在恒定荷載的長期作用下，沿著作用力方向隨時間的延長而增加的變形。徐變一般要延續2～3年才逐漸趨于穩定，卸載后，部分變形將立即恢復，稱為瞬時恢復；在卸載后的一段時間內，變形還會繼續恢復，稱徐變恢復；最后殘留下的不可恢復的變形稱為殘余變形。

（2）原因：水泥石中凝膠體在荷載作用下產生粘性流動，并向毛細孔中移動；同時吸附在凝膠粒子上的吸附水因荷載應力而向毛細孔遷移。

（3）影響因素：荷載的大小和開始加載的時間、混凝土的水灰比、水泥用量、集料的彈性模量及養護條件等。荷載較小、加載時間較晚、水灰比較小、水泥用量較少、骨料的彈性模量較大及養護較好時，混凝土的徐變均較小。

（4）效果：消除鋼筋混凝土內的應力集中、對大體積混凝土能消除一部分溫度應力；但在預應力混凝土結構中使鋼筋的預應力受到損失。83長沙理工大學第五屆建材試驗技能大賽通知一、參賽對象：全校本科生（不限年齡、專業、年級）。二、比賽時間：12月4日上午9:00初賽；12月5日上午9:00決賽。比賽地點：工科二號樓。三、報名時間：2010年11月22日～11月30日報名地點：長沙理工大學工科二樓B313（建筑材料實驗室辦公室）以小組為單位（每組四人）報名參賽，每組設隊長一名；請參賽隊按報名時間，到報名地點填寫選手登記表。比賽設一等獎1名、二等獎2名、三等獎3名、優勝獎若干名(以組為單位)；頒發獎勵證書和獎金。84建材B考試安排時間：18周一第三場（12月27日13:50～15:50）地點：金4-310考試方式：閉卷題型：一、單項選擇題（15×2＝30分）二、判斷題（10×1＝10分）三、填空題（每空1分，共15分）四、簡答題（3×7＝21分）五、計算題（1×10＋1×14＝24分）內容：第1～4章、第8～9章85定義：混凝土暴露在使用環境下抵抗各種物理和化學作用破壞，并保持其形狀、質量和使用性能的能力。

內容：1、抗滲性；2、抗凍性；3、抗侵蝕性；4、抗碳化性；5、堿-集料反應。

§4.5.3混凝土的耐久性

861、抗滲性

a.定義：混凝土抵抗壓力液體（水、油或溶液等）滲透的能力。決定混凝土耐久性最基本的因素。

b.評價指標：抗滲等級。按標準試驗方法進行試驗，以所能承受的最大水壓力（MPa）表示，如P4、P6

P8、P10、P12。

c.影響因素：孔隙率和孔隙特征。

d.改善措施：降低水灰比、選擇好的集料級配、充分振搗和養護、摻入引氣劑和優質粉煤灰摻合料等。

872、抗凍性

a.定義：混凝土在吸水飽和狀態下，經受多次凍融循環作用，能保持強度和外觀完整性的能力。

b.評價指標：抗凍等級。試驗方法：慢凍法（如D50、D100、D150等）和快凍法（如F50、F100、F150等）。

c.影響因素：混凝土的密實度、孔隙構造和數量、孔隙的充水程度。

d.改善措施：合理選擇原材料，摻入引氣劑、減水劑等。88思考題1、為什么混凝土在潮濕條件下養護時收縮較小，干燥條件下養護時收縮較大，而在水中養護時卻不收縮?2、判斷題：混凝土摻加引起劑后會降低強度，導致抗凍性變差。（）893、抗侵蝕性

a.定義：混凝土在含有侵蝕性介質環境中遭受到化學侵蝕、物理作用而不破壞的能力?；炷恋那治g除了水泥石受到的化學侵蝕外，還會受干濕、結晶、沖擊等物理作用，以及氯離子對鋼筋的銹蝕作用。

b.影響因素：水泥的品種、混凝土的密實程度和孔隙特征。

c.改善措施：合理選擇水泥品種、降低水灰比、提高密實度和改善孔結構等。

904、抗碳化性

a.定義：混凝土能夠抵抗環境中的二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成碳酸鈣和水的能力。

b.碳化的危害：使混凝土的堿度降低，削弱混凝土對鋼筋的保護作用，導致鋼筋銹蝕。引起碳化收縮，并產生微細裂縫，引起強度和其他耐久性下降。

c.影響因素：環境條件（二氧化碳的濃度和濕度）、內部因素（水泥品種與摻合料用量、混凝土的密實度）。915、堿-集料反應

a.定義：混凝土中的堿性氧化物與集料中的活性成分發生反應，生成具有吸水膨脹性的產物，在有水的條件下吸水膨脹，導致混凝土開裂的現象。

b.預防措施：

①慎選集料；

②嚴格控制混凝土的含堿量；

③摻加礦物摻合料；

④控制進入混凝土中的水分。926、提高混凝土耐久性的措施

1、合理選擇原材料；

2、適當控制混凝土的水灰比及水泥用量；

3、摻入外加劑和摻合料；

4、加強混凝土生產的質量控制。93▲§4.6

普通混凝土的配合比設計§4.6.1配合比設計的基本內容

§4.6.2混凝土配合比設計的步驟

§4.6.3混凝土配合比設計實例

94▲§4.6.1

配合比設計的基本內容混凝土配合比：單位體積混凝土中各組成材料的質量比例關系?；炷僚浜媳仍O計：確定單位體積混凝土中各組成材料的質量比例關系的工作。（是一個計算＋查表+試驗的過程）混凝土配合比的表示方法:

（1）相對用量表示法

（2）絕對用量表示法95（1）滿足結構設計的強度等級要求；（2）滿足混凝土施工所要求的和易性；（3）滿足工程所處環境對混凝土耐久性的要求；（4）符合經濟原則，即節約水泥以降低混凝土成本。配合比設計的基本要求96水灰比——混凝土中水與水泥的質量比例

(影響強度、和易性、耐久性）

砂率——砂子質量占砂石總質量的百分率（影響和易性）單位用水量——1m3新拌混凝土中水的用量（kg/m3）（影響流動性）三個重要參數：水灰比、砂率、單位用水量。配合比設計的三個重要參數97▲§4.6.2混凝土配合比設計的步驟

一、初步配合比的計算

二、設計配合比的確定

三、施工配合比的換算

981、配制強度（fcu,o）的確定

為使混凝土強度保證率不小于95%，必須使混凝土的試配強度高于設計強度等級?；炷恋呐渲茝姸劝聪率酱_定：

fcu,o=fcu,k+1.645σ

fcu,o——混凝土的配制強度，MPa；

fcu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa；

σ——混凝土強度標準差，MPa一、初步配合比的計算

99

fcu,i——統計期內同類混凝土第i組試件的強度值，MPa；

fcu——統計期內同類混凝土n組強度的平均值，MPa；

n——統計期內同類混凝土試件的總組數，n≥25。

當強度等級為C20、C25，計算σ＜2.5MPa時，應取不小于2.5MPa；當強度等級等于或大于C30，計算σ＜3.0MPa時，應取不小于3.0MPa。

①當具有近期的同類混凝土強度資料時，σ應按下式計算：

100表4-17

混凝土強度標準差σ值（MPa）混凝土強度等級低于C20C20~C35高于C354.05.06.0

②當無近期的同類混凝土強度統計資料時，其混凝土強度標準差σ可按表4-17取用。

1012、計算水灰比

根據水泥抗壓強度的實測值fce（或選用的水泥強度等級值fce,g）、粗集料種類及所要求的混凝土配制強度fcu,o，按下式計算水灰比：

耐久性復核（最大水灰比）102表4-18混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

環境條件結構物類別最大水灰比最小水泥用量(kg)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1.干燥環境·正常的居住或辦公用房屋內部件不作規定0.650.602002603002.潮濕環境無凍害·高濕度的室內部件·室外部件·在非侵蝕性土和水中的部件0.700.600.60225280300有凍害·經受凍害的室外部件·在非侵蝕性土和水中且經受凍害的部件·高濕度且經受凍害中的室內部件0.550.550.552502803003.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0.500.500.50300300300103表4-20塑性混凝土的用水量（kg/m3

）拌和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/mm10~3019017016015020018517016535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~902151951851752302152051953、確定混凝土的單位用水量（mw0）

注：①本表用水量系采用中砂時的平均取值，采用細砂時，用水量可增加5~10㎏，采用粗砂則可減少5～10㎏。②摻用各種外加劑或摻合料時，用水量應相應調整。1044、計算每1m3混凝土的水泥用量（mc0）

根據已確定的每1m3混凝土的用水量（mwo）和計算出的水灰比，可求出水泥用量(mco)；

耐久性復核（最小水泥用量）1055、選定砂率（βS）

混凝土的砂率一般應通過和易性試驗找出合理砂率。在無歷史資料可參考時，對于坍落度為10~60mm的混凝土，可根據集料種類、規格及水灰比，參考表4-22選用砂率。

表4-22

混凝土的砂率（%）水灰比（w/c）卵石最大粒徑/mm碎石最大粒徑/mm1020401620400.400.500.600.7026~3230~3533~3836~4125~3129~3432~3735~4024~3028~3331~3634~3930~3533~3836~4139~4429~3432~3735~4038~4327~3230~3533~3836~411066、計算粗、細集料的用量（mg0）及（ms0）

①質量法（假定表觀密度法）：

假定一個每立方米新拌混凝土的重量，按下式計算粗、細集料的用量：

mco—每立方米混凝土的水泥用量，kg。

mgo—每立方米混凝土的粗集料用量，kg。

mso—每立方米混凝土的細集料用量，kg。

mwo—每立方米混凝土的用水量，kg。

βs—砂率，%。

mcp—每立方米新拌混凝土的假定重量，取2350kg~2450kg。

107

②體積法：

假定新拌混凝土的體積等于各組成材料絕對體積和所含空氣體積之和。按下式計算粗、細集料的用量：

ρc—水泥密度，可取2900~3100kg/m3。ρ′g—粗集料表觀密度，kg/m3。

ρ′s—細集料表觀密度，kg/m3。

ρw—水的密度，可取1000kg/m3。

α—混凝土含氣量百分數（％），在不使用引氣型外加劑時取1。

108

初步配合比是借助經驗公式和經驗數據計算出來的，因而不一定符合實際情況，必須通過試配、調整，使混凝土的各項性能符合技術要求，最后確定混凝土的配合比。

7、得出初步配合比

通過以上計算，得出每立方米混凝土各種材料用量，即初步配合比計算完成。表示為：109二、設計配合比的確定

設計配合比（或稱實驗室配合比）的確定包括以下三個步驟：

1、檢驗和易性，確定基準配合比2、檢驗強度，確定滿足強度要求的配合比3、復核表觀密度，確定設計配合比1101、檢驗和易性，確定基準配合比按初步配合比進行試拌，以校核新拌混凝土的和易性。如試拌得出的新拌混凝土流動性不滿足要求，或粘聚性和保水性不好時應調整。調整措施：在保證水灰比不變的條件下，相應調整用水量或砂率，直到符合要求為止。提出供混凝土強度校核用的基準配合比：mca：mwa：msa：mga。1112、檢驗強度，確定滿足強度要求的配合比擬定三個不同的配合比:

第1組第2組第3組

w/c-0.05

基準配合比提出w/c

w/c+0.05砂率減少1%

砂率增加1%制作混凝土強度試件時，還應檢驗新拌混凝土的和易性并測定表觀密度。每種配合比制作一組試件，標準養護28d測定抗壓強度。根據混凝土強度和灰水比（C/W）的關系，確定滿足強度要求的配合比：mcb：mwb：msb：mgb

。

1123、復核表觀密度，確定設計配合比計算混凝土表觀密度：確定校正系數：

如果：確定設計配合比：113三、施工配合比的換算

設計配合比是以干燥材料為基準，而工地存放的砂、石材料都含有一定量的水分。所以，施工現場材料的實際稱量，應按砂、石的含水情況進行修正，修正后的配合比，叫做施工配合比。

假定現場測出砂的含水率為Ws、石子的含水率為Wg，則將設計配合比換算為施工配合比為：114§4.6.3

混凝土配合比設計實例

某教學樓現澆鋼筋混凝土柱，混凝土柱截面最小尺寸為300mm，鋼筋間距最小尺寸為60mm。該柱處于室內干燥環境，混凝土設計強度等級為C20。采用32.5級普通硅酸鹽水泥，實測強度為38.9MPa，密度為3.1g/cm3；砂子為中砂，表觀密度為2.65g/cm3，堆積密度為1500kg/m3；石子為5~40mm碎石，表觀密度2.70g/cm3，堆積密度為1550kg/m3?；炷烈筇涠?5~50mm，施工采用機械攪拌，機械振搗，施工單位無混凝土強度標準差的歷史統計資料。

試求：1、該混凝土的設計配合比。