页数：105页文件大小：1.56 MB来源： 土木工程材料ppt课件
本课件围绕普通混凝土展开，讲解水泥、骨料、外加剂与掺合料等组成材料的技术要求，说明拌合物和易性、强度、变形性能与耐久性的影响因素，给出配合比设计与配制强度的确定方法。
混凝土：本章封面，标示本章主题与内容框架。
本章内容：本页列出本章的讲授顺序。
混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水(或不加水)按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。
混凝土常简写为“砼”。
水泥混凝土经过170多年的发展，已演变成了有多个品种的土木工程材料，混凝土通常从以下几个方面分类：按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏混凝土和硅酸盐混凝土等几种。
按干表观密度分为三类：重混凝土，其干表观密度大于2 600kg/m3，采用重骨料和水泥配制而成，主要用于防辐射工程，又称为防辐射混凝土；普通混凝土，其干表观密度为2 000～2 500 kg/m3，一般多在2 400 kg/m3左右，用水泥、水与普通砂、石配制而成，是目前土木工程中应用最多的混凝土，广泛用于工业与民用建筑、道路与桥梁、海工与大坝、军事工程等工程，主要用作承重结构材料，目前全世界普通混凝土年用量达40多亿m3，我国年用量在15亿m3以上；轻混凝土，其干表观密度小于1 950 kg/m3，包括轻骨料混凝土、大孔混凝土和多孔混凝土，可用作承重结构、保温结构和承重兼保温结构。
按施工工艺可分为泵送混凝土、预拌混凝土(商品混凝土)、喷射混凝土、真空脱水混凝土、自密实混凝土、堆石混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、造壳混凝土(裹砂混凝土)、离心混凝土、挤压混凝土、真空吸水混凝土、热拌混凝土和太阳能养护混凝土等多种。
按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土和水下不分散混凝土等多种。
按掺合料可分为：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、碱矿渣混凝土和纤维混凝土等多种。
按抗压强度(fcu)大小可分为低强混凝土(fcu <30MPa)、中强混凝土(fcu =30～60MPa)、高强混凝土(fcu≥60MPa)和超高强混凝土(fcu≥100MPa)等。
按每立方米中的水泥用量(C)分为贫混凝土(C≤170kg)和富混凝土(C≥230kg)。
本章讲述的混凝土，如无特别说明，均指普通混凝土。
普通混凝土与钢材、木材等常用土木工程材料相比有许多优点：原材料丰富，造价低廉，可以就地取材；可根据混凝土的用途来配制不同性质的混凝土；凝结前有良好的可塑性，可利用模板浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物；与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后能很好地共同工作等。
普通混凝土也存在一些缺点：抗拉强度低，一般为抗压强度的～，易产生裂缝，受拉时易产生脆性破坏；自重大，比强度小，不利于建筑物(构筑物)向高层、大跨度方向发展；耐久性不够，在自然环境、使用环境及内部因素作用下，混凝土的工作性能易发生劣化，硬化较慢，生产周期长，在自然条件下养护的混凝土预制构件，一般要养护7～14d方可投入使用。
普通混凝土是由水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺入适量的外加剂和掺合料。
砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故称为骨料(又叫集料)，砂子称为细骨料，石子称为粗骨料。
水泥和水形成水泥浆包裹在骨料的表面并填充骨料之间的空隙，在混凝土硬化之前起润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；硬化之后起胶结作用，将砂石骨料胶结成一个整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材。
外加剂起改性作用。
掺合料起降低成本和改性作用，混凝土的结构如。
普通混凝土的组成材料图5.1混凝土的结构
配制混凝土时，应正确选择水泥品种和水泥强度等级，以配制出性能满足要求、经济性好的混凝土。
常用水泥的选择见表4-7。
原则上配制高强度等级的混凝土，选用高强度等级的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用低强度等级的水泥。
若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土时，要满足强度要求，必然增大水泥用量，不经济；同时混凝土易于出现干缩开裂和温度裂缝等劣化现象。
反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土时，若只考虑满足混凝土强度要求，水泥用量将较少，难以满足混凝土和易性和耐久性等要求；若水泥用量兼顾了耐久性等性能，又会导致混凝土超强和不经济。
根据经验，水泥的强度等级宜为混凝土强度等级的1.3倍～1.7倍，如配制C30混凝土时，水泥胶砂试件28d抗压强度宜在39.0MPa～51.0MPa之间，宜选用42.5级水泥。
当然，这种经验关系并不是严格的规定，在实际应用时可略有超出。
表5-1是各水泥强度等级的水泥宜配制的混凝土。
表5-1水泥强度等级可配制的混凝土强度等级二、细骨料根据国家标准《建：下表列出相关数据。
表5-1水泥强度等级可配制的混凝土强度等级二、细骨料根据国家标准《建筑用砂》(GB/T 14684—2001)的规定，粒径在150μm～4.75mm
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
之间的骨料称为细骨料。
建设部行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ 52—1992)，将粒径0.16mm～5.0mm之间的骨料称为细骨料。
1.细骨料的种类及其特性砂按产源分为天然砂、人工砂两类。
天然砂包括河砂、湖砂、淡化海砂和山砂；人工砂包括机制砂和混合砂。
GB/T 14684—2001根据砂的技术要求，将砂分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。
普通混凝土的组成材料宜配制的混凝土强度等级水泥强度等级宜配制的混凝土强度等级水泥强度等级C40、C45、C50、C60、≥C6052.5C10、C15、C20、C2532.5≥C6062.5C30、C35、C40、C4542.5
天然砂是由天然岩石经自然条件作用而形成。
河砂和湖砂因长期经受流水和波浪的冲洗，颗粒较圆，比较洁净，且分布较广，一般工程都采用这种砂。
海砂因长期受到海流冲刷，颗粒圆滑，比较洁净且粒度一般比较整齐，但常混合有贝壳及盐类等有害杂质，在配制钢筋混凝土时，海砂中Cl―含量不应大于0.06%(以全部Cl―换算成NaCl占干砂重量的百分率计)，超过该值时，应通过淋洗，使Cl―含量降低至0.06%以下，或在拌制的混凝土中掺入占水泥重量0.6%～1.0%的NaNO2等阻锈剂，对于预应力钢筋混凝土，则不宜采用海砂。
山砂是从山谷或旧河床中采运而得到，其颗粒多带棱角，表面粗糙，但含泥量和有机物杂质杂质较多，使用时应加以限制。
机制砂是由天然岩石轧碎而成，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及细粉含量较大，且成本较高，只有在缺乏天然砂时才常采用。
混合砂是机制砂和天然砂混合而的砂，其性能取决于原料砂的质量及其配制情况。
Ⅰ类砂宜用于配制强度等级大于C60的混凝土，Ⅱ类砂宜用于配制强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，Ⅲ类砂宜用于配制强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。
细骨料的技术要求细骨料质量的优劣，直接影响到混凝土质量的好坏。
有关砂的标准，现有国家标准《建筑用砂》(GB/T 14684—2001)和建设部行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ 52—1992)两个标准。
GB/T 14684—2001对混凝土用砂的质量提出了下列要求：下面主要根据它来学习有关内容。
天然砂的含泥量和泥块含量应符合表5-2的规定，人工砂的石粉含量和泥块含量应符合表5-3的规定。
表5-3中亚甲蓝MB值是用于判定人工砂中粒径小于75μm颗粒含量，主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉的指标。
表5-2天然砂的含泥量和泥块含量：下表列出相关数据。
表5-2天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 14684—2001)普通混凝土的组成材料表5-3人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T 14684—2001)II类II类I类项目< 5.0< 3.0< 1.0含泥量(按质量计，%)< 2.0< 1.00泥块含量(按质量计，%)II类II类I类项目< 7.0①< 5.0< 3.0石粉含量(按质量计，%)MB值< 1.40或合格亚甲蓝试验1< 2.0< 1.00泥块含量(按质量计，%)2< 5.0< 3.0< 1.0石粉含量(按质量计，%)MB值≥1.40或不合格3< 2.0< 1.00泥块含量(按质量计，%)4注：①
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定。
泥、石粉和泥块对混凝土是有害的。
泥包裹于砂子的表面，隔断了水泥石与砂子之间的粘结，影响混凝土的强度。
当含泥量多时，会降低混凝土强度和耐久性，并增加混凝土的干缩。
石粉会增大混凝土拌合物需水量，影响混凝土和易性，降低混凝土强度。
泥块在混凝土内成为薄弱部位，引起混凝土强度和耐久性的降低。
砂中有害物质包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，它们的含量应符合表5-4的规定。
表5-4砂有害物质含量限值(GB/T 14684—2001)普通混凝土的组成材料指标项目III类II类I类2.02.01.0云母(按质量计，%，＜)轻物质(按质量计，%，＜)1.01.01.0合格合格合格有机物(比色法)0.50.50.5硫化物及硫酸盐(按SO3质量计，%，＜)0.060.020.01氯化物(以氯离子质量计，%，＜)
云母是表面光滑的小薄片，会降低混凝土拌合物和易性，也会降低混凝土的强度和耐久性。
硫化物及硫酸盐主要由硫铁矿(FeS2)和石膏(CaSO4)等杂物带入。
它们与水泥石中固态水化铝酸钙反应生成钙矾石，反应产物的固相体积膨胀1.5倍，从而引起混凝土膨胀开裂。
有机物主要来自于动植物的腐殖质、腐殖土、泥煤和废机油等，会延缓水泥的水化，降低混凝土的强度，尤其是早期强度。
Cl―是强氧化剂，会导致钢筋混凝土中的钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀和受力面减小，从而引起混凝土开裂。
当对砂的碱活性有怀疑时或用于重要工程的砂，须进行碱活性检验。
检测方法及结果判定原则见“5.5.5混凝土的碱—骨料反应”。
经碱―骨料反应试验后，由砂制备的试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。
为了节约水泥，提高混凝土密实度和强度，应尽可能减少砂子的总表面积，同时减少砂子的空隙率。
砂的粗细程度与其总表面有直接的关系，对于相同重量的砂，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。
当混凝土拌合物和易性要求一定时，细砂较粗砂的水泥用量为省。
但若砂子过粗，易使混凝土拌合物产生离析、泌水等现象。
因此，混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。
粒径相同的砂粒堆积在一起，会产生很大的空隙率，如图5.2(a)所示；当用两种粒径的砂搭配起来，空隙率就减少了，如图5.2(b)所示；而用三种粒径的砂搭配，空隙率就更小了，如图5.2(c)所示。
由此可见，要想减小砂粒间的空隙，就必须将大小不同的颗粒搭配起来使用。
砂的粗细程度和颗粒级配通常用筛分析的方法进行测定。
GB/T 14684—2001规定，砂的筛分析法是用4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm和150μm方孔筛，将500g干砂样由粗到细依次过筛，然后称取留在各筛上砂的筛余量Gi(G1、G2、G3、G4、G5、G6)和筛底盘上砂重量。
然后计算各筛的分计筛余百分率ai(各筛上的筛余量占砂样总重的百分率)，，计算累计筛余百分率Ai(各筛及比该筛粗的所有筛的分计筛余百分率之和)。
累计筛余与分计筛余的关系见表5-5。
JGJ 52—1992规定的标准筛筛孔尺寸及筛孔形状为5 mm(圆孔)、2.5 mm(圆孔)、1.25mm (方孔)、0.63 mm(方孔)、0.315 mm(方孔)和0.16 mm(方孔)。
表5-5分计筛余和累计筛余的关系普通混凝土的组成材料图5.2骨料的颗：下表列出相关数据。
表5-5分计筛余和累计筛余的关系普通混凝土的组成材料图5.2骨料的颗粒级配累计筛余(%)分计筛余(%)筛孔尺寸A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6—a1a2a3a4a5a6—4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm底盘
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
砂的粗细程度根据累计筛余百分率计算而得的细度模数(Mx)来表示，其计算式为：(5.1)用该式计算时，Ai用百分点而不是百分率来计算。
如A2=18.6%，计算时代入18.6而不是0.186。
细度模数越大，表示砂越粗。
按细度模数将砂分为粗、中、细三种规格：粗砂Mx =3.7～3.1，中砂Mx = 3.0～2.3，细砂Mx = 2.2～1.6。
在我国，有些地区(如四川和重庆的部分地区)，天然砂的细度模数小于上述范围。
砂的细度模数不能反映砂的级配优劣。
细度模数相同的砂，其级配可以很不相同。
因此，在配制混凝土时，必须同时考虑砂的级配和砂的细度模数。
GB/T 14684—2001规定，根据600μm筛孔的累计筛余，把Mx在3.7～1.6之间的常用砂的颗粒级配分为三个级配区，如表5-6所示。
将筛分析试验的结果与表5-6进行对照，来判断砂的级配是否符合要求。
但用表5-6来判断砂的级配不直观，为了方便应用，常用筛分曲线来判断。
用表5-6的规定值画出1、2、3三个级配区上下限值的筛分曲线得到图5.3。
试验时，将砂样筛分析试验得到的各筛累计筛余百分率标注在图5.3中，并连线，就可观察此筛分曲线落在哪个级配区。
表5-6建筑用砂颗粒级配：下表列出相关数据。
表5-6建筑用砂颗粒级配(GB/T14684—2001)普通混凝土的组成材料级配区图5.3砂的级配区曲线
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
判定砂级配是否合格的方法如下：①各筛上的累计筛余百分率原则上应完全处于
表5-6所规定的任何一个级配区：下表列出相关数据。
表5-6所规定的任何一个级配区；②
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
允许有少量超出，但超出总量应小于5%；③4.75mm和600μm筛号上不允许有任何超出；④1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。
配制混凝土时宜优先选用2区砂。
当采用1区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性。
当采用3区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。
如果某地区的砂子自然级配不符合要求，可采用人工级配砂。
配制方法是当有粗、细两种砂时，将两种砂按合适的比例掺配在一起。
当仅有一种砂时，筛分分级后，再按一定比例配制。
5)坚固性砂的坚固性是指砂在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。
天然砂的坚固性根据砂在硫酸钠溶液中经五次浸泡循环后质量损失的大小来判定。
GB/T 14684—2001规定，Ⅰ类和Ⅱ类砂浸泡试验后的质量损失小于8%，Ⅲ类砂浸泡试验后的质量损失小于10 %。
人工砂采用压碎指标法进行检验。
将砂筛分成300μm～600μm，600μm～1.18mm，1.18mm～2.36mm，2.36mm～4.75mm四个单粒级，按规定方法对单粒级砂样施加压力，施压后重新筛分，用单粒级下限筛的试样通过量除以该粒级试样的总量即为压碎指标。
GB/T 14684—2001规定，Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类砂的单级最大压碎指标分别小于20%、25%和30%。
建设部行业标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ 53—1992)，将粒径5mm～100mm之间的骨料称为粗骨料。
按粒径尺寸分为连续粒级和单粒级两种规格，亦可以根据需要采用不同单粒级卵石、碎石混合成特殊粒级的卵石、碎石。
GB/T 14685—2001按技术要求将粗骨料分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。
碎石主要由天然岩石破碎、筛分而成，也可将大卵石轧碎、筛分而得。
碎石表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结比较牢固。
卵石由天然岩石经自然条件作用而形成。
卵石表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石胶结力较差。
在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低，在单位用水量相同的条件下，卵石混凝土的流动性较碎石混凝土大。
Ⅰ类粗骨料宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类粗骨料宜用于强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类粗骨料宜用于强度等级小于C30的混凝土。
国家标准《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685—2001)和建设部行业标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ 53—1992)，对混凝土用卵石和碎石的质量均提出了要求。
GB/T14685—2001对粗骨料的质量要求如下。
卵石、碎石的含泥量和泥块含量应符合表5-7的规定。
表5-7粗骨料含泥量和泥块含量：下表列出相关数据。
表5-7粗骨料含泥量和泥块含量(GB/T 14685—2001)普通混凝土的组成材料III类II类I类项目< 1.5< 1.0< 0.5含泥量(按质量计)，%< 0.7< 0.50泥块含量(按质量计)，%2)
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
有害物质含量卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物，粗骨料中的有害物质主要有机物、硫化物及硫酸盐，有时也有氯化物，它们对混凝土的危害与细骨料的相同。
GB/T 14685—2001规定，粗骨料有害物质含量应符合表5-8的要求。
另外，粗骨料中严禁混入煅烧过的石灰石或白云石，以免过火生石灰引起混凝土的膨胀开裂。
粗骨料中如发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，要进行专门试验，当确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。
表5-8粗骨料有害物质(GB/T 14685—2001)III类II类I类项目合格合格合格有机物1.01.00.5硫化物及硫酸盐(按SO3质量计，%)
碱―骨料反应与细骨料一样，粗骨料也存在碱―骨料反应，而且更为常见。
当对粗骨料的碱活性有怀疑时或用于重要工程的粗骨料，须进行碱活性检验，检测方法见“5.5.5混凝土的碱—骨料反应”。
若为含有活性SiO2时，采用化学法或砂浆长度法检验；若为活性碳酸盐时，则采用岩石柱法进行检测。
经上述检验的粗骨料，当被判定为具有碱―碳酸反应潜在危害时，则不能用作混凝土骨料；当被判定为有潜在碱―硅酸反应危害时，则遵守以下规定方可使用：使用碱含量(Na2O+0.658K2O)小于0.6%的水泥，或掺入硅灰、粉煤灰等能抑制碱集料反应的掺合料；当使用含钾、钠离子的混凝土外加剂时，必须进行专门的试验。
粗骨料最大粒径与其总表面大小紧密相关。
当骨料最大粒径增大时，其总表面积减少，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆数量减少。
因此，在条件许可的情况下，粗骨料的最大粒径应尽量用大些。
研究表明，对于贫混凝土(1 m3混凝土水泥用量≤170kg)，采用大粒径骨料是有利的。
但是对于结构常用混凝土，骨料粒径大于40mm，并无多大好处，甚至可能造成混凝土的强度下降。
根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204—2002的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过截面最小尺寸的1/4，且不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，骨料最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。
粗骨料颗粒级配的含义和目的与细骨料相同，级配也是通过筛分析试验来测定。
所用标准筛一套12个，均为方孔，孔径依次为2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、75.0mm、90.0mm。
试样筛分析时，按
表5-9选用部分筛号进行筛分，将试样的累计筛余百分率结果与表5-9对：下表列出相关数据。
表5-9选用部分筛号进行筛分，将试样的累计筛余百分率结果与表5-9对照，来判断该试样级配是否合格。JGJ 53—1992
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
规定的标准筛均为圆孔，相应的筛孔尺寸为2.5mm、5mm、10mm、16mm、20mm、25mm、31.5mm、40mm、50mm、63mm、80mm及100 mm。
表5-9卵石和碎石的颗粒级配(GB/T 14685—2001)普通混凝土的组成材料累计筛余(%)公称粒级mm级配情况方筛孔(mm)90.075.063.053.037.531.526.519.016.09.504.752.3600～1580～10095～1005～10连续粒级00～1030～6085～10095～1005～1600～10—40～8090～10095～1005～2000～5—30～70—90～10095～1005～2500～5—15～45—70～9090～10095～1005～31.500～5——30～65—70～9095～100—5～4000～1585～10095～10010～20单粒级00～1085～10095～10016～31.500～1080～10095～10020～4000～1045～7575～10095～10031.5～6300～1030～6070～10095～10040～10
粗骨料的颗粒级配分连续级配和间断级配两种。
连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配；间断级配是指用小颗粒的粒级石子直接与大颗粒的粒级石子相配，中间缺了一段粒级的级配。
土木工程中多采用连续级配，间断级配虽然可获得比连续级配更小的空隙率，但混凝土拌合物易产生离析现象，不便于施工，较少使用。
单粒级不宜单独配制混凝土，主要用于组合连续级配或间断级配。
混凝土用粗骨料以接近球状或立方体形的为好，这样的骨料颗粒之间的空隙小，混凝土更易密实，有利于混凝土强度的提高。
粗骨料中针状、片状颗粒不仅本身受力时易折断，且易产生架空现象，增大骨料空隙率，使混凝土拌合物和易性变差，同时降低混凝土的强度。
为此，GB/T14685—2001规定，Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类粗骨料的针片状颗粒含量按质量计，应分别小于5%、15%和25%。
骨料平均粒径指一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。
粗骨料强度表示方法有直接法和间接法两种。
所谓直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm的立方体(或直径与高均为50mm的圆柱体)试件，(每组六个试件。
对有明显层理的岩石，应制作二组，一组保持层理与受力方向平行；另一组保持层理与受力方向垂直，分别测试。
试件浸水48h后，测定其极限抗压强度值。
碎石抗压强度一般在混凝土强度等级大于或等于C60时才检验，其他情况如有怀疑或必要时也可进行抗压强度检验。
通常要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。
GB/T 14685—2001规定，在水饱和状态下，其抗压强度火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。
骨料在混凝土中呈堆积状态受力，而采用直接法测定粗骨料抗压强度时，骨料是相对面受力。
为了模拟粗骨料在混凝土中的实际受力状态，采用压碎指标法来表示粗骨料强度，即所谓间接法。
压碎指标法，它是将一定重量气干状态的9.5mm～19.0mm石子装入标准筒内，在3mm～5min内均匀加荷至200kN。
卸荷后称取试样重量G0，再用2.36mm孔径的筛筛除被压碎的细粒。
称出留在筛上的试样重量G1，按下式计算压碎指标值Qe。
(5.2)用压碎指标值间接反映粗骨料的强度大小。
压碎指标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强，其强度越大。
GB/T 14685—2001规定，粗骨料压碎指标符合表5-10的规定。
表5-10粗骨料压碎指标：下表列出相关数据。
表5-10粗骨料压碎指标(%)(GB/T 14685—2001)
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碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。
7)坚固性粗骨料在混凝土中起骨架作用，必须有足够的坚固性。
粗骨料的坚固性指在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。
粗骨料的坚固性用试样在硫酸钠溶液中经五次浸泡循环后质量损失的大小来判定。
GB/T 14685—2001规定，Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类粗骨料浸泡试验后的质量损失分别小于5%、8%和12%。
8)表观密度、堆积密度、空隙率GB/T 14685—2001规定，粗骨料的表观密度大于2 500 kg/m3，松散堆积密度大于1 350kg/m3，空隙率小于47%。
普通混凝土的组成材料III类II类I类项目302010碎石压碎指标，<161612卵石压碎指标，<
根据《混凝土拌合用水标准》(JGJ 63—1989)规定，混凝土用水中的物质含量限值如表5-11所示。
表5-11混凝土用水中的物质含量限值普通混凝土的组成材料素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土项目>4>4>4pH值<5 000<2 000<2 000不溶物mg/L<10 000<5 000<2 000可溶物mg/L<3 500<1 200<500氯化物(以Cl-计)mg/L<2 700<2 700<600硫酸盐(以SO2-4计)mg/L——<100硫化物(以S2-计)mg/L
混凝土外加剂不包括生产水泥时加入的混合材料、石膏和助磨剂，也不同于在混凝土拌制时掺入的掺合料。
外加剂在混凝土中的掺量不多，但可显著改善混凝土拌合物的和易性，明显提高混凝土的物理力学性能和耐久性。
外加剂的研究和应用促进了混凝土生产和施工工艺，以及新型混凝土的发展，外加剂的出现导致了混凝土技术的第三次革命。
目前，外加剂在混凝土中的应用非常普遍，成为制备优良性能混凝土的必备条件，被称为混凝土第五组分。
．几种常用的混凝土外加剂1)减水剂在混凝土组成材料种类和用量不变的情况下，往混凝土中掺入减水剂，混凝土拌合物的流动性将显著提高。
若要维持混凝土拌合物的流动性不变，则可减少混凝土的加水量。
是工程中应用最广泛的一种外加剂。
减水剂之所以能减水，是由于它是一种表面活性剂。
其分子是由亲水基团和憎水基团两部分组成，与其他物质接触时会定向排列，如。
水泥加水拌合后，由于颗粒之间分子凝聚力的作用，会形成絮凝结构，如图5.5(a)所示，将一部分拌合用水包裹在絮凝结构内，从而使混凝土拌合物的流动性降低。
当水泥中加入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒相互分开，絮凝结构解体，如图5.5(b)所示，释放出游离水，从而增大了混凝土拌合物的流动性。
另外，减水剂还能在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，如图5.5(c)所示，这层水膜是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混凝土拌合物的流动性进一步提高。
图5.4表面活性剂分子的定向排列普通混凝土的组成材料图5.5减水剂减水机理示意图
在混凝土中加入减水剂后，可取得以下技术经济效果：(1)在拌合物用水量不变时，混凝土流动性显著增大，混凝土拌合物坍落度可增大100mm～200mm。
另外，缓凝型减水剂可使水泥水化放热速度减慢，热峰出现推迟；引气型减水剂可提高混凝土抗渗性和抗冻性。
减水剂掺入混凝土的主要作用是减水，不同系列的减水剂的减水率差异较大，部分减水剂兼有早强、缓凝和引气等效果。
减水剂品种繁多，根据化学成分可分为，木质素系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐植酸系；根据减水效果可分为，普通减水剂和高效减水剂；根据对混凝土凝结时间的影响可分，标准型、早强型和缓凝型；根据是否在混凝土中引入空气可分为，引气型和非引气型；根据外形可分为，粉体型和液体型。
木质素系减水剂属于普通减水剂，是亚硫酸盐法生产纸浆的副产品，主要成分是木质素磺酸盐，又分为木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)。
M剂因含有一定的糖分，而具有缓凝等作用。
糖蜜系减水剂也属于普通减水剂，它以制糖后的糖渣或废蜜为原料，采用石灰中和处理而成，为棕色粉状物或糊状物。
糖为多羟基碳水化合物，亲水性强，致使水泥颗粒表面的溶剂化水膜增厚，在较长时间内难于粘连与凝聚。
因而，糖蜜系减水剂具有明显缓凝作用。
萘系减水剂属于高效减水剂，它以工业萘或煤焦油中分馏出的萘及萘的同系物为原料，经磺化、水解、缩合、中和、过滤和干燥而成，为棕色粉状物。
树脂系减水剂为高效减水剂，主要有三聚氰胺甲醛树脂(代号SM)和磺化古马龙树脂(代号CRS)。
SM减水剂是由三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠按一定的比例，在一定条件下磺化、缩聚而成。
常用减水剂的适宜掺量、效果和适用范围如表5-12所示。
外加剂掺入混凝土中的方法，对其作用效果影响很大。
减水剂的掺法有同掺法、先掺法和后掺法等。
该掺法计量准确，搅拌均匀，工程上经常采用。
该掺法使用方便，但减水剂有粗粒时不易分散，搅拌时间要延长，工程上不常采用。
该方法可避免混凝土在运输途中的分层、离析和坍落度损失，提高水泥的适应性，常用于商品混凝土。
早强剂能促进水泥的水化和硬化，提高早期强度，缩短养护周期，提高模板和场地周转率，加快施工速度。
常用的早强剂有氯盐类、硫酸盐类、有机胺类以及它们的复合类。
氯盐类早强剂。
主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中氯化钙应用最广。
氯化钙的早强机理是CaCl2能与水泥中的C3A作用，生成几乎不溶于水的水化氯铝酸钙(3CaO•Al2O3•3CaCl2•32H2O)，又能与Ca(OH)2反应生成溶解度极小的氧氯化钙(CaCl2•3 Ca(OH)2•12H2O)。
水化氯铝酸钙和氧氯化钙固相早期析出，形成骨架，加速水泥浆体结构的形成。
同时，由于水泥浆中Ca(OH)2浓度的降低，有利于C3S水化反应的进行，使混凝土早期强度得以提高。
氯化钙为白色粉末，其适宜掺量为水泥重量的0.5%～1.0%，能使混凝土3d强度提高50%～100%，7d强度提高20%～40%。
同时，能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻。
表5-12常用减水剂的适宜掺量、效果和适用范围普通混凝土的组成材料高效：下表列出相关数据。
表5-12常用减水剂的适宜掺量、效果和适用范围普通混凝土的组成材料高效
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减水剂普通减水剂种类树脂系萘系糖蜜系木质素系SM、CRS等NNO、NF、FDN、UNF、JN、MF、SN-2、SP-1、JW-1、DH、AF、建1型等3FG、TF、ST木钙(M剂)、木钠、木镁主要品种0.5～2.00.2～1.00.2～0.30.2～0.3适宜掺量①(占水泥质量%)20～3015～255～1010左右减水率(%)180～220150～20080～10060～100不减水时坍落度增大值(mm)显著明显——早强效果——>3h1～3h缓凝效果<2一般不引气，少数引气<2—1～2引气量(%)15～2510～205～85～10节约水泥②(%)早强、高强、泵送、自密实、防水、蒸汽养护等早强、高强、泵送、防水、蒸汽养护等大体积混凝土、夏季施工等一般混凝土、大模板、大体积、滑模施工、夏季施工、泵送混凝土等。
适宜的混凝土工程对钢筋无锈蚀危害，混凝土拌合物坍落度损失③大，不能单独用于泵送混凝土，常与缓凝剂复合使用。
不宜单独用于有早强要求、蒸汽养护的混凝土。
不宜单独用于冬季施工、蒸汽养护、预应力混凝土。
备注注：①混凝土外加剂掺量不足时，达不到改性效果；如果掺量过大，又会引起混凝土质量的下降。
②指在保持混凝土强度和坍落度相近的条件下。
③指混凝土拌合物流动性随时间延长而降低的现象。
硫酸盐类早强剂。
主要有硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸钾铝等，其中应用最多的是硫酸钠。
硫酸钠的早强机理是Na2SO4与水泥水化生成的Ca(OH)2反应生成CaSO4•2H2O，生成的CaSO4•2H2O高度分散在混凝土中，它与C3A的反应较生产水泥时外掺的石膏与C3A的反应快得多，能迅速生成水化硫铝酸钙针状晶体，形成早期骨架。
同时水化体系中Ca(OH)2浓度的降低，C3S水化也会加速。
因此，混凝土早期强度得以提高。
硫酸钠为白色粉末，其适宜掺量为水泥重量的0.5%～2.0%，达到混凝土强度的70%的时间可缩短一半，对矿渣水泥混凝土效果更好，但28d强度稍有降低。
有机胺类早强剂。
主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等，其中三乙醇胺最为常用。
三乙醇胺的早强机理是它是一种络合剂，在水泥水化的碱性溶液中，能与Fe3+、Al3+等离子形成较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的络盐并析出，有利于早期骨架的形成，从而使混凝土早期强度提高。
三乙醇胺一般不单独使用，常与其他早强剂复合用，其掺量为水泥重量的0.02%～0.05%，能使水泥的凝结时间延缓1～3h，使混凝土早期强度提高50%左右，28d强度不变或略有提高，对普通水泥的早强作用大于矿渣水泥。
复合早强剂。
采用二种或二种以上的早强剂复合，可以弥补不足，取长补短。
通常用三乙醇胺、硫酸钠、氯化钠、亚硝酸钠和石膏等组成二元、三元或四元复合早强剂。
复合早强一般可使混凝土3d强度提高70～80%，28d强度可提高20%左右。
常用复合早强剂配方如表5-13所示。
表5-13常用复合早强剂配方普通混凝土的组成材料配方：下表列出相关数据。
表5-13常用复合早强剂配方普通混凝土的组成材料配方(以水泥质量计，%)外加剂组分(0.02～0.05)+0.5(0.02～0.05)+0.5+(0.5～1)(0.02～0.05)+2.0+1.0(1.5～2.0)+(0.5～1.0) +2.0(1.5～2.0)+1.5+1.0+2.0(1.5～2.0)+2.0+2.0+2.0(0.5～1.5)+(0.3～0.5)(0.5～1.5)+1.0(0.5～1.5)+0.05三乙醇胺+氯化钠三乙醇胺+氯化钠+亚硝酸钠三乙醇胺+二水石膏+亚硝酸钠硫酸钠+氯化钠+二水石膏硫酸钠+氯化钠+亚硝酸钠+二水石膏硫酸钠+氯化钠+亚硝酸钠+二水石膏硫酸钠+氯化钠硫酸钠+亚硝酸钠硫酸钠+
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三乙醇胺早强剂可用于蒸汽养护的混凝土及常温、低温和最低温度不低于-5℃环境中施工的有早强要求的混凝土工程。
炎热环境条件下不宜使用早强剂和早强减水剂。
掺入混凝土对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂，含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程，硝铵类严禁用于办公、居住等建筑工程。
含强电解质无机盐类的早强剂和早强减水剂，严禁用于与镀锌钢材或铝铁相接触部分的结构，以及有外露钢筋预埋铁件而无防护措施的结构；使用直流电源的结构以及距高压直流电源100m以内的结构。
氯离子会引起钢筋锈蚀，因此《混凝土外加剂应用技术规范》(GB 50119—2003)规定，下列结构中严禁采用含有氯盐配制的早强剂及早强减水剂：预应力混凝土结构；相对湿度大于80%环境中使用的结构、处于水位变化部分的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构；大体积混凝土；直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构；经常处于温度为60℃以上的结构，需经蒸养的钢筋混凝土预制构件；有装饰要求的混凝土，特别是要求色彩一致的或是表面有金属装饰的混凝土；薄壁混凝土结构，中级和重级工作制吊车的梁、屋架、落锤及锻锤混凝土基础等结构；使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；骨料具有碱活性的混凝土的结构。
为了防止氯盐类的危害和硫酸钠掺量过大在混凝土表面产生盐板现象和对水泥石产生硫酸盐侵蚀，GB 50119—2003规定了早强剂的掺量，见表5-14。
表5-14常用早强剂掺量限值普通混凝土的组成材料掺量限值(占水泥质量%，≤)早强剂名称使用环境混凝土种类0.051.0三乙醇胺硫酸钠干燥环境预应力混凝土0.08硫酸钠－有饰面要求的混凝土0.62.03.00.05氯离子[Cl―]①硫酸钠与缓凝减水剂复合的硫酸钠三乙醇胺干燥环境钢筋混凝土1.50.05硫酸钠三乙醇胺潮湿环境1.8氯离子[Cl―]①－无筋混凝土注：①以无水氯化钙乘0.6折算成氯离子掺量。
混凝土引气剂有松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、蛋白质盐及石油磺酸盐等几种。
其中以松香树脂类应用最为广泛，这类引气剂的主要品种有松香热聚物和松香皂两种。
引气剂为表面活性剂，由于在搅拌混凝土时会混入一些气泡，掺入的引气剂就定向排列在泡膜界面(气—液界面)上，因而形成大量微小气泡。
被吸附的引气剂离子增强了泡膜的厚度和强度，使气泡不易破灭。
这些气泡均匀分散在混凝土中，互不相连，使混凝土的一些性能得以改善。
封闭的小气泡在混凝土拌合物中好如滚珠，减少了骨料间的摩擦，增强了润滑作用，从而提高了混凝土拌合物的流动性。
同时微小气泡的存在可阻滞泌水作用并提高保水能力。
引入的封闭气泡能有效隔断毛细孔通道，并能减少泌水造成的渗水通道，从而提高了混凝土的抗渗性。
另外，引入的封闭气泡对水结冰产生的膨胀力起缓冲作用，从而提高抗冻性。
气泡的存在，使混凝土的有效受力面积减少，导致混凝土强度的下降。
一般混凝土的含气量每增加1%，其抗压强度将降低4%～6%，抗折强度降低2%～3%。
因此引气剂的掺量必须适当。
松香热聚物和松香皂掺量，一般为水泥重量的0.005%～0.01%。
混凝土中掺引气剂及引气减水剂后，混凝土强度会下降低，故GB 50119—2003规定了掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量，见表5-15。
表5-15掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量引气剂及引气减水剂可用于抗冻混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工骨料配制的普通混凝土、高性能混凝土以及有饰面要求的混凝土。
不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土，必要时，应经试验确定。
缓凝剂分为无机和有机两大类。
有机缓凝剂包括木质素磺酸盐、羟基羧基及其盐、糖类及碳水化合物、多元醇及其衍生物等；无机缓凝剂包括硼砂、氯化锌、碳酸锌、硫酸铁(铜、锌、镉等)、磷酸盐及偏磷酸盐等。
有机类缓凝剂多为表面活性剂，掺入混凝土中，能吸附在水泥颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，使水泥颗粒相互排斥，阻碍水泥水化产物粘连和凝结，起缓凝作用；无机类缓凝剂，一般是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥的正常水化起阻碍作用，从而导致缓凝。
常用缓凝剂的掺量及缓凝效果如表5-16所示。
普通混凝土的组成材料8050402520粗骨料最大粒径①(mm)3.54.04.55.05.5混凝土含气量(%)
表5-16常用缓凝剂的掺量及缓凝效果普通混凝土的组成材料缓凝剂、缓凝减：下表列出相关数据。
表5-16常用缓凝剂的掺量及缓凝效果普通混凝土的组成材料缓凝剂、缓凝减
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
水剂及缓凝高效减水剂可用于大体积混凝土、碾压混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土、大面积浇筑的混凝土、避免冷缝产生的混凝土、须较长时间停放或长距离运输的混凝土、自流平免振混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他须要延缓凝结时间的混凝土。
它们宜用于最低气温5℃以上施工的混凝土，不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。
缓凝高效减水剂可制备高强高性能混凝土。
柠檬酸及酒石酸钾钠等缓凝剂不宜单独用于水泥用量较低、水灰比(通常指水与水泥质量之比，广义的水灰比为水与胶凝材料质量之比)较大的贫混凝土。
5)速凝剂速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。
大部分速凝剂的主要成分为铝酸钠(铝氧熟料)，此外还有碳酸钠、铝酸钙、氟硅酸锌、氟硅酸镁、氯化亚铁、硫酸铝、三氯化铝等盐类。
国产的速凝剂主要有“红星1型”、“711型”和“782型”等，它们的组成、掺量和效果如表5-17所示。
缓凝效果(h)掺量(占水泥质量%)类别2～40.2～0.5(水剂)，0.1～0.3(粉剂)糖类2～30.2～0.3木质素磺酸盐类4～100.03～0.1羟基羧酸盐类不稳定0.1～0.2无机盐类
表5-17常用速凝剂的组成、掺量和效果普通混凝土的组成材料782型71：下表列出相关数据。
表5-17常用速凝剂的组成、掺量和效果普通混凝土的组成材料782型711型红星1型品种矾泥∶铝氧熟料∶生石灰=74.5∶14.5∶11铝氧烧结块∶无水石膏=3∶1铝氧熟料∶碳酸钠∶生石灰＝1∶1∶0.5组成及配比5.0～8.02.5～5.02.5～4.0适宜掺量(占水泥质量%)≤5初凝(min)≤10终凝(min)1h产生强度，1d强度提高2倍～3倍，28d强度损失15%～40%
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
混凝土强度速凝剂产生速凝的原因是，速凝剂中的铝酸钠、碳酸钠在碱溶液中迅速与水泥中的石膏反应生成硫酸钠，使石膏丧失缓凝作用或迅速生成钙矾石所致。
速凝剂主要用于喷射混凝土和喷射砂浆，亦可用于需要速凝的其他混凝土。
喷射混凝土是利用喷射机中的压缩空气，将混凝土喷射到基体(岩石、坚土等)表面，并迅速硬化产生强度的一种混凝土。
主要用于矿山井巷、隧道、涵洞及地下工程的岩壁衬砌、坡面支护等。
用于喷射混凝土的速凝剂主要起三种作用：抵抗喷射混凝土因重力而引起的脱落和空鼓；提高喷射混凝土的粘结力，缩短间隙时间，增大一次喷射厚度，减少回弹率；提高早期强度，及时发挥结构的承载能力。
为了降低喷射混凝土28d强度损失率，减少回弹率，减少粉尘，可将高效减水剂与速凝剂复合使用，速凝剂的发展方向是液态复合速凝剂。
喷射混凝土宜采用最大粒径不大于20mm的粗骨料，细度模数为2.8～3.5的细骨料，经验配合比为水泥用量约400kg/m3，砂率45%～60%，水灰比约为0.4。
常用防冻剂由多组分复合而成，主要组分的常用物质及其作用如下：(1)防冻组分。
如氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、碳酸钾、硫代硫酸钠和尿素等。
其作用是降低混凝土中液相的冰点，使负温下的混凝土内部仍有液相存在，水泥能继续水化。
如松香热聚物、木钙和木钠等。
其作用是在混凝土中引入适量的封闭微小气泡，减轻冰胀应力。
如氯化钠、氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠等。
其作用是提高混凝土早期强度，增强混凝土抵抗冰冻的破坏能力。
如木钙、木钠和萘系减水剂等。
其作用是减少混凝土拌合用水量，以减少混凝土内的成冰量，并使冰晶粒度细小且均匀分散，减小对混凝土的膨胀应力。
防冻剂包括强电解质无机盐类、水溶性有机化合物类、有机化合物与无机盐复合类和复合型等四类。
目前应用最广泛的是强电解质无机盐类，它又分为氯盐类(以氯盐为防冻组分)、氯盐阻锈类(以氯盐与阻锈组分为防冻组分)和无氯盐类(以亚硝酸钠、硝酸钠等无机盐为防冻组分)三类。
防冻剂应用于负温条件下施工的混凝土。
目前国产防冻剂适用于在0～-15℃气温下施工混凝土，当在更低气温下施工混凝土时，应加用其他的混凝土冬季施工措施，如原材料预热法、暖棚法等。
由于部分防冻剂含有对混凝土、环境等产生危害的成分，因此GB 50119—2003规定：含强电解质无机盐类防冻剂，其严禁使用的范围与氯盐类、强电解质无机盐类早强剂的相同；含亚硝酸盐、碳酸盐的防冻剂严禁用于预应力混凝土结构；含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂，严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程；含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂，严禁用于办公、居住等建筑工程；有机化合物防冻剂、有机化合物与无机盐复合防剂、复合防冻剂可用于素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土工程。
混凝土中采用的膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙类和硫铝酸钙―氧化钙类三类。
常用膨胀剂有明矾石膨胀剂(明矾石+无水石膏或二水石膏)，CSA(兰方石3CaO•3Al2O3•CaSO4+生石灰+无水石膏)，UEA(无水硫铝酸钙+明矾石+石膏)，M型膨胀剂(铝酸盐水泥+二水石膏)。
此外还有AEA(铝酸钙膨胀剂)、SAEA(硅铝酸盐膨胀剂)、CEA(复合膨胀剂)等。
硫铝酸类膨胀剂的作用机理是，自身的无水硫铝酸钙水化或参与水泥矿物的水化或与水泥水化产物水化，生成大量钙矾石，反应后固相体积增大，导致混凝土体积膨胀。
石灰类膨胀剂的作用机理是，在水化早期，CaO水化生成Ca(OH)2，反应后固相体积增大；随后Ca(OH)2发生重结晶，固相体积再次增大，从而导致混凝土体积膨胀。
膨胀剂的膨胀源(钙矾石或氢氧化钙)不仅使混凝土体积产生了适度的膨胀，减少了混凝土的收缩，而且能填充、堵塞和隔断混凝土中的毛细孔及其他孔隙，从而改善混凝土的孔结构，提高了混凝土的密实度、抗渗性和抗裂性。
因此膨胀剂常用于补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土、灌浆用膨胀砂浆和自应力混凝土，适用范围见表5-18。
另外应注意：对于含硫铝酸钙类和硫铝酸钙―氧化钙类膨胀剂的混凝土(砂浆)，因钙矾石在80℃以上分解，导致混凝土强度下降，所以不得用于长期环境温度为80℃以上的工程；对于含氧化钙类膨胀剂配制的混凝土(砂浆)，因Ca(OH)2化学稳定性、胶凝性较差，它与Cl－、SO42－、Na+、Mg2+等离子进行置换反应，形成膨胀结晶体或被溶出，降低了混凝土的耐久性，所以不得用于海水或有侵蚀性水的工程；掺膨胀剂的大体积混凝土，其内部最高温度应符合有关标准的规定，混凝土内外温差宜小于25℃；掺膨胀剂的补偿收缩混凝土刚性屋面宜用于南方地区。
表5-18膨胀剂的适用范围普通混凝土的组成材料适用范围用途地下、水中、海水中、隧道等构筑物，大体积混凝土(除大坝外)，配筋路面和板、屋面与厕浴间防水、构件补强、渗漏修补、预应力混凝土、回填槽等。
补偿收缩混凝土结构后浇带、隧洞堵头、钢管与隧道之间的填充等。
填充用膨胀混凝土机械设备的底座灌浆、地脚螺栓的固定、梁柱接头、构件补强、加固等。
灌浆用膨胀砂浆仅用于常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管。
自应力混凝土
为了保证掺有膨胀剂的混凝土的质量，混凝土的胶凝材料(水泥和掺合料)用量不能过少，膨胀剂的掺量也应合适。
补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土和自应力混凝土的胶凝材料最少用量(kg/m3混凝土)分别为300(有抗渗要求时为320)、350和500，膨胀剂合适掺量分别为6%～12%、10%～15%和15%～25%。
它包括以下四类。
防水剂可用于工业与民用建筑的屋面、地下室、隧道、巷道、给排水池、水泵站等有防水抗渗要求的混凝土工程。
含氯盐的防水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土工程，严禁用于预应力混凝土工程，其他严禁使用的范围与早强剂及早强型减水剂的规定相同，防水剂的掺量要求也与早强剂的限值(表5-14)相同。
泵送剂泵送剂指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。
一般由减水剂、缓凝剂、引气剂等单独使用或复合使用而成。
适用于工业与民用建筑及其他构筑物的泵送施工的混凝土、滑模施工、水下灌注桩混凝土等工程，特别适用于大体积混凝土、高层建筑和超高层建筑等工程。
泵送剂的品种、掺量应按供货单位提供的推荐掺量和环境温度、泵送高度、泵送距离、运输距离等要求经混凝土试配后确定。
其目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量等。
掺合料与水泥混合材料在种类上基本相同，主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉、磨细自燃煤矸石以及其他工业废渣。
粉煤灰是目前用量最大，使用范围最广的掺合料。
1．粉煤灰当锅炉以磨细的煤粉作为燃料时，煤粉喷入炉膛中，以细颗粒火团的形式进行燃烧，释放出热量，煤中的有机物燃烧后挥发，而煤中的固定碳和矿物杂质燃烧后收缩成球状液，经迅速冷却而成为粉煤灰。
粉煤灰主要从火力发电厂的烟气中收集而得到。
粉煤灰按收集方法的不同分为静电收尘灰和机械收尘灰两种。
按排放方式不同分为湿排灰和干排灰。
按CaO的含量高低分为高钙灰(CaO含量大于10%)和低钙灰(CaO含量小于10%)两类。
我国绝大多数电厂排放的粉煤灰为低钙灰，湿排灰活性不如干排灰。
粉煤灰的颗粒形貌和化学成分煤粉燃烧时，其中较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融成水滴状，到了炉膛外面，受到骤冷，就将熔融时由于表面张力作用形成的圆珠的形态保持下来，成为玻璃微珠。
因此粉煤灰的颗粒形貌主要是玻璃微珠，如图5.6(a)所示。
玻璃微珠有空心和实心之分。
空心微珠是因矿物杂质转变过程中产生的CO2、CO、SO2、SO3等气体，被截留于熔融的灰滴之中而形成。
空心微珠有薄壁与厚壁之分，前者能漂浮在水面上，又叫做“漂珠”，其活性高；后者置于水中能下沉，又叫“空心沉珠”。
另外粉煤灰中还有部分未燃尽的碳粒，未成珠的多孔玻璃体(一些来不及完全变成液态的粗灰变成的渣状物，如图5.6(b)所示)等。
普通混凝土的组成材料图5.6粉煤灰颗粒形貌(a)玻璃微珠；(b)多孔玻璃体
粉煤灰的化学成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3等，我国火力发电厂粉煤灰的化学成分范围如表5-19所示。
表5-19我国火力发电厂粉煤灰的化学成分范围普通混凝土的组成材料烧失量，%Na2O及K2OSO3MgOCaOFe2O3Al2O3SiO2化学成分1～2605～40.1～20.5～21～102～1517～3540～60含量范围(%)2)粉煤灰的利用我国是粉煤灰产生大国，年排放量在1.6亿吨以上，粉煤灰资源化技术主要有以下七个方面。
①作混凝土和砂浆的掺合料。
②作水泥的混合材料或生产原料。
③烧制普通砖和粉煤灰陶粒。
④生产硅酸盐制品，如蒸养粉煤灰砖、粉煤灰加气混凝土、空心或实心粉煤灰砌块、粉煤灰板材等。
⑤用于筑路和回填。
⑥农田改造。
⑦制作功能材料，如保温材料、耐火材料、塑料及橡胶填料、防水材料等。
我国粉煤灰质量控制、应用技术有关的技术标准、规范有《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)，《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》(JC 409—2001)《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ 146—1990)和《粉煤灰在混凝土和砂浆澡应用技术规程》(JGJ 28—86)等。
GB/T 1596—2005规定，粉煤灰按煤种分为F类(由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰)和C类(由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%)，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，相应的技术要求如表5-20所示。
表5-20用于混凝土中的粉煤灰技术要求(GB/T 1596—2005)普通混凝土的组成材料技术要求项目IIIIII≤45.0≤25.0≤12.0F类粉煤灰C类粉煤灰细度(0.045mm方孔筛筛余)(%)≤115≤105≤95需水量比(%)≤15.0≤8.0≤5.0烧失量(%)≤1.0含水量(%)≤3.0三氧化硫含量(%)F类粉煤灰≤1.0；C类粉煤灰≤4.0游离氧化钙(%)C类粉煤灰≤5.0安定性雷氏夹沸煮后增加距离(mm)
粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征，掺入混凝土中可产生以下三种效应，总称为“粉煤灰效应”。
粉煤灰中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性，在水泥水化产生的Ca(OH)2和水泥中所掺石膏的激发下，能水化生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等产物，可作为胶凝材料一部分起增强作用。
粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃微珠，在混凝土拌合物中起“滚珠轴承”的作用，能减小内摩阻力，使掺有粉煤灰的混凝土拌合物比基准混凝土流动性好，便于施工，具有减水作用。
粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大了混凝土的密实度。
粉煤灰掺入混凝土中，可以改善混凝土拌合物的和易性、可泵性和可塑性，能降低混凝土的水化热，使混凝土的弹性模量提高，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗渗、抑制碱—骨料反应等耐久性。
粉煤灰取代混凝土中部分水泥后，混凝土的早期强度有所降低，但后期强度可以赶上甚至超过未掺粉煤灰的混凝土。
加之我国大多数电厂粉煤灰的品质低，多为Ⅲ级灰或等外灰，这使粉煤灰产品的早期强度低，阻碍了利用。
为了提高粉煤灰综合利用技术水平，应将粉煤灰潜在活性激发出来。
我国粉煤灰多为“贫钙”且颗粒表面致密的CaO-SiO2-Al2O3系统。
粉煤灰活性激发的基本思路：一是破坏玻璃体表面光滑致密、牢固的Si-O-Si和Si-O-A1网络结构；二是“补钙”，提高体系中的CaO/ SiO2比；三是激发生成具有增加作用的水化产物或促进水化反应。
粉煤灰活性激发途径有物理活化、化学活化、水热活化和复合活化四种。
常用激发剂有碱性激发剂(Ca(OH)2、NaOH、KOH和Na2SiO3等)、硫酸盐激发剂(CaSO4•2H2O、CaSO4、CaSO4•1/2H2O和Na2SO4等)和氯盐激发剂(CaCl2和NaCl等)。
这种方法活化效果好，尤其是化学物理水热活化已成为粉煤灰活性激发研究的热点和发展方向。
粉煤灰有害物质包括As、Se、Pb、B、Zn、Cd、Cr、Hg、Mo、Ni、Tl、S、Sb等20余种有潜在毒害性的微量元素，238U(铀)、226Ra(镭)、232Th(钍)、40K(钾)和222Rn(氡)等放射性元素和粉尘三类。
它们通过三种形式对环境产生危害，即粉煤灰中有毒有害元素通过水的淋溶、浸渍进入周围环境，污染地表水、地下水及土壤，或被直接饮用，或被农作物吸收后为人食用而影响人们身体健康；粉煤灰的放射性物质通过辐射或释放有害气体危害人们身体健康；极细的粉煤灰颗粒在空气中飘浮，被人吸入而影响人们身体健康。
粉煤灰的有毒有害物质来源于原煤，并经燃烧而富集在粉煤灰颗粒中，原煤的有毒有害成分越多，粉煤灰的环境危害性就越大。
掺粉煤灰的建筑材料，其放射性应符合《建筑材料用工业废渣放射性物质限制标准》(GB 6763—1986)和《掺工业废渣建筑材料产品放射性物质控制标准》(GB 9196—1988)。
有关粉煤灰环境特性的研究主要在粉煤灰建筑材料的放射性评价，施灰农田的土壤和农作物的微量元素富集程度及放射性水平研究，粉煤灰储灰场淋溶性研究三个方面。
而有关粉煤灰对地下水放射性污染研究，粉煤灰污染空气与疾病关系研究较少。
根据大量的研究，粉煤灰总体上对环境不会产生显著危害，包括我国在内的很多国家已将粉煤灰排除在有毒、有害废渣之外。
．硅灰硅灰是在生产硅铁、硅钢或其他硅金属时，高纯度石英和煤在电弧炉中还原所得到的以无定形SiO2为主要成分的球状玻璃体颗粒粉尘。
硅灰中无定形SiO2的含量在90%以上，其化学成分随所生产的合金或金属的品种不同而异，一般其化学成分为SiO2：85%～92%；Fe2O3：2%～3%；MgO：1%～2%；Al2O3：0.5%～1.0%；CaO：0.2%～0.5%。
硅灰颗粒极细，平均粒径为0.1μm～0.2μm，比表面积20 000m2/kg～25 000m2/kg。
密度2.2g/cm3，堆积密度250kg/m3～300kg/m3。
由于硅灰单位重量很轻，包装、运输不很方便。
硅灰活性极高，火山灰活性指标高达110%。
其中的SiO2在水化早期就可与Ca(OH)2发生反应，可配制出100MPa以上的高强混凝土。
硅灰取代水泥后，其作用与粉煤灰类似，可改善混凝土拌合物的和易性，降低水化热，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗冻、抗渗，抑制碱—骨料反应，且效果比粉煤灰好得多。
另外，硅灰掺入混凝土中，可使混凝土的早期强度提高。
硅灰需水量比为134%左右，若掺量过大，将会使水泥浆变得十分粘稠。
在土建工程中，硅灰取代水泥量常为5%～15%，且必须同时掺入高效减水剂。
3．磨细矿渣粉磨细矿渣是将粒化高炉矿渣经磨细而成的粉状掺合料。
其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3，三者的总量占90%以上，另外含有Fe2O3和MgO等氧化物及少量SO3。
其活性较粉煤灰高，掺量也可比粉煤灰大。
磨细矿渣粉可以等量取代水泥，使混凝土的多项性能得以显著改善，如大幅度提高混凝土强度、提高混凝土耐久性和降低水泥水化热等。
国外已将磨细矿渣粉大量应用于工程，我国尚处于研究开发阶段。
根据《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046—2000)的规定，矿渣粉根据28d活性指数(%)为S105、S95和S75三个级别，相应的技术要求如表5-21所示。
表5-21矿渣粉技术要求普通混凝土的组成材料烧失量②：下表列出相关数据。
表5-21矿渣粉技术要求普通混凝土的组成材料烧失量②(%)氯离子②(%)三氧化硫(%)含水量(%)流动度比(%)活性指数(%)≥比表面积(m2/kg)密度(g/cm3)级别28d7d<3.0<0.02<4.0<1.0≥8510595≥350≥2.8S105≥909575S95≥957555①S75注：①可根据用户要求协商提高。②
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
选择性指标。
当用户有要求时，供货方应提供矿渣粉的氯离子和烧失量数据。
4．沸石粉沸石粉是由沸石岩经粉磨加工制成的含水化硅铝酸盐为主的矿物火山灰质活性掺合材料。
沸石岩系有30多个品种，用作混凝土掺合料的主要有斜发沸石或绦光沸石。
沸石粉的主要化学成分为SiO2占60%～70%，Al2O3占10%～30%，可溶硅占5%～12%，可溶铝占6%～9%。
沸石岩具有较大的内表面积和开放性结构，沸石粉本身没有水化能力，在水泥中碱性物质激发下其活性才表现出来。
沸石粉的技术要求：细度为0.080mm方孔筛筛余≤7%；吸氨值≥100mg/100g；密度2.2g/cm3～2.4g/cm3；堆积密度700kg/m3～800kg/m3；火山灰试验合格；SO3≤3%；水泥胶砂28d强度比不得低于62%。
沸石粉掺入混凝土中，可取代10%～20%的水泥，可以改善混凝土拌合物的粘聚性，减少泌水，宜用于泵送混凝土，可减少混凝土离析及堵泵。
沸石粉应用于轻骨料混凝土，可较大改善轻骨料混凝土拌合物的粘聚性，减少轻骨料的上浮。
5．其他掺合料1)磨细自燃煤矸石粉自燃煤矸石粉是由煤矿洗煤过程中排出的矸石，经自燃而成的。
自燃煤矸石具有一定的火山灰活性，磨细后可作为混凝土的掺合料。
《用于水泥中的火山灰质混合材料》(GB/T 2847—1996)规定，浮石粉和火山渣粉的烧失量小于或等于10%；火山灰试验合格；SO3含量小于或等于3%；水泥胶砂28d强度比不得低于62%。
混凝土的性能包括两个部分：一是混凝土硬化之前的性能，即和易性；二是混凝土硬化之后的性能，包括强度、变形性能和耐久性等。
和易性指混凝土拌合物易于施工操作(拌和、运输、浇筑和振捣)，不发生分层、离析、泌水等现象，以获得质量均匀、密实的混凝土的性能。
和易性是反映混凝土拌合物易于流动但组分间又不分离的一种性能，是一项综合技术性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。
混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，三者既相互联系又相互矛盾的。
当流动性大时，往往粘聚性和保水性差，反之亦然。
因此，和易性良好就是要使这三方面的性质达到良好的统一。
通常是测定混凝土拌合物的流动性，观察评定粘聚性和保水性。
流动性测定方法有坍落度筒法和维勃稠度法。
待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度筒。
用尺量测筒高与坍落后混凝土拌合物最高点之间的高度差(mm)，即为该混凝土拌合物的坍落度值。
坍落度越大，表明混凝土拌合物的流动性越好。
测定混凝土拌合物坍落度后，观察拌合物的粘聚性和保水性。
粘聚性的检查方法是，用捣棒在已坍落的拌合物锥体侧面轻轻击打。
如果锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好；如果突然倒坍，部分崩裂或石子离析，即为粘聚性不良。
保水性的检查方法是查看提起坍落度筒后，地面上是否有较多的稀浆流淌，骨料是否因失浆而大量裸露，存在上述现象表明保水性不好。
反之，则表明保水性良好。
坍落度试验只适用于骨料最大粒径不大于40mm的非干硬性混凝土(指混凝土拌合物的坍落度值大于10mm的混凝土)。
根据坍落度大小，将混凝土拌合物分为四级，见表5-22。
表5-22混凝土按坍落度的分级混凝土拌合物的和易性图5.7混凝土拌合物坍落度测定坍落度(mm)名称级别10～4050～90100～150≥160低塑性混凝土塑性混凝土流动性混凝土大流动性混凝土T1T2T3T4
维勃稠度法对于干硬性混凝土，通常采用维勃稠度仪(如)来测定混凝土拌合物的流动性。
试验时先将混凝土拌合物按规定的方法装入存放在圆桶内的坍落度筒内，装满后垂直提起坍落度筒，在拌合物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，到透明圆盘的下表面完全布满水泥浆时停止秒表，关闭振动台。
所读秒数即为维勃稠度。
维勃稠度试验适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度在5s～30s之间的混凝土。
根据维勃稠度，将混凝土拌合物分为四级，见表5-23。
表5-23混凝土按维勃稠度的分级混凝土拌合物的和易性图5.8维勃稠度仪维勃稠度(s)名称级别≥3130～2120～1110～5超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土V0V1V2V3
三、流动性(坍落度)的选择选择混凝土拌合物的坍落度，应根据结构构件截面尺寸的大小、配筋的疏密、施工捣实方法和环境温度来确定。
当构件截面尺寸较小时或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。
反之，如构件截面尺寸较大或钢筋较疏，或者采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。
当环境温度在30℃以下时，可按
表5-24确定混凝土拌合物坍落度值：下表列出相关数据。
表5-24确定混凝土拌合物坍落度值；当环境温度在30℃
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
以上时，由于水泥水化和水分蒸发的加快，混凝土拌合物流动性下降加快，在混凝土配合比设计时，应将混凝土拌合物坍落度提高15mm～25mm。
表5-24混凝土浇筑时的坍落度混凝土拌合物的和易性坍落度(mm)结构种类10～30基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构35～50板、梁或大型及中型截面的柱子等55～70配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等)75～90配筋特密的结构
在水灰比(水与水泥质量之比)不变的情况下，单位体积拌合物内，水泥浆数量愈多，拌合物的流动性愈大。
但若水泥浆过多，将会出现流浆现象；若水泥浆过少，则骨料之间缺少粘结物质，易使拌合物发生离析和崩坍。
在水泥用量、骨料用量均不变的情况下，水灰比增大即增大水的用量，拌合物流动性增大；反之则减小。
但水灰比过大，会造成拌合物粘聚性和保水性不良；水灰比过小，会使拌合物流动性过低。
总之，无论是水泥浆数量的影响还是水灰比的影响，实际上都是用水量的影响。
因此，影响混凝土和易性的决定性因素是混凝土单位体积用水量的多少。
实践证明，在配制混凝土时，当所用粗、细骨料的种类及比例一定时，如果单位用水量一定，即使水泥用量有所变动(对于1m3混凝土，水泥用量增减50kg～100kg)时，混凝土的流动性大体保持不变，这一规律称为恒定需水量法则。
这一法则意味着如果其他条件不变，即使水泥用量有某种程度的变化，对混凝土的流动性影响不大。
运用于配合比设计，就是通过固定单位用水量，变化水灰比，得到既满足拌合物和易性要求，又满足混凝土强度要求的混凝土。
S、G——分别为砂、石子的用量(kg)。
砂率大小确定原则是砂子填充满石子的空隙并略有富余。
富余的砂子在粗骨料之间起滚珠作用，能减少粗骨料之间的摩擦力。
根据此原则砂率可按以下公式计算。
首先那么(5.4)式中、——分别为砂子、石子的堆积体积(m3)。
、——分别为砂子、石子堆积密度(kg/m3)。
——石子空隙率(%)。
β——砂浆剩余系数，一般取1.1～1.4。
砂率过小，砂浆不能够包裹石子表面、不能填充满石子间隙，使拌合物粘聚性和保水性变差，产生离析和流浆等现象。
当砂率在一定范围内增大，混凝土拌合物的流动性提高，但是当砂率增大超过一定范围后，流动性反而随砂率增加而降低。
因为随着砂率的增大，骨料的总表面积必随之增大，润湿骨料的水分需增多，在单位用水量一定的条件下，混凝土拌合物的流动性降低。
由此可见，在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能过小，应有合理砂率。
合理砂率的技术经济效果可从图5.9中反映出来。
图5.9(a)表明，在用水量及水泥用量一定的情况下，合理砂率能使混凝土拌合物获得最大的流动性(且能保持粘聚性及保水性能良好)；图5.9(b)表明，在保持混凝土拌合物坍落度基本相同的情况下(且能保持粘聚性及保水性能良好)，合理砂率能使水泥浆的数量减少，从而节约水泥用量。
混凝土拌合物的和易性图5.9合理砂率的技术经济效果(a)砂率与坍落度的关系(水与水泥用量一定)；(b)砂率与水泥用量的关系(达到相同的坍落度)
组成材料性质的影响1)水泥水泥对拌合物和易性的影响主要是水泥品种和水泥细度的影响。
在其他条件相同的情况下，需水量大的水泥比需水量小的水泥配制的拌合物流动性要小。
如矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时为小。
另外，矿渣水泥易泌水。
水泥颗粒越细，总表面积越大，润湿颗粒表面及吸附在颗粒表面的水越多，在其他条件相同的情况下，拌合物的流动性变小。
一般说来，级配好的骨料，其拌合物流动性较大，粘聚性与保水性较好；表面光滑的骨料，如河砂、卵石，其拌合物流动性较大；骨料的粒径增大，总表面积减小，拌合物流动性就增大。
引气剂还可有效改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性。
据测定，温度每增高10℃，拌合物的坍落度约减小20mm～40mm。
这是由于温度升高，水泥水化加速，水分蒸发加快。
混凝土拌合物随时间的延长而变干稠，流动性降低，这是由于拌合物中一些水分被骨料吸收，一些水分蒸发，一些水分与水泥水化反应变成水化产物结合水。
水泥的凝结时间是水泥净浆在规定的温度和稠度条件下测得的，混凝土拌合物的存在条件与水泥凝结时间测定条件不一定相同。
混凝土的水灰比、环境温度和外加剂的性能等均对混凝土的凝结快慢产生很大影响。
水灰比增大，水泥水化产物间的间距增大，水化产物粘连及填充颗粒间隙的时间延长，凝结时间越长。
环境温度升高，水泥水化和水分蒸发加快，凝结时间缩短；缓凝剂会明显延长凝结时间，速凝剂会显著缩短凝结时间。
混凝土拌合物的凝结时间通常用贯入阻力仪来测定。
先用5mm的圆孔筛从混凝土拌合物中筛取砂浆，按一定的方法装入规定的容器中，然后每隔一定时间测定砂浆贯入到一定深度的贯入阻力。
绘制贯入阻力与时间的关系曲线。
以贯入阻力3.5MPa和280MPa划两条平行于时间坐标的直线，直线与曲线交点的时间分别为混凝土拌合物的初凝时间和终凝时间。
为了简化分析，一般认为混凝土是由粗骨料与砂浆或粗细骨料与水泥石两相组成的、不十分密实的、非匀质的分散体。
流动性混凝土拌合物在浇灌成型过程中和在凝结之前，由于固体粒子的沉降作用，很少能保持其稳定性，一般都会发生不同程度的分层现象，粗大的颗粒沉积于下部，多余的水分被挤上升至表层或积聚于粗骨料的下方。
沿浇灌方向的下部混凝土的强度大于顶部，表层混凝土成为最疏松和最软弱的部分。
因此混凝土宏观结构为堆聚分层结构，如。
混凝土的强度(a)组成材料分层过程(b)宏观堆聚结构图5.10混凝土宏观堆聚分层结构
混凝土结构的另一个特征是在粗骨料的表面到水泥石之间存在10μm～50μm界面过渡区，如。
在新拌混凝土中，粗骨料表面包裹了一层水膜，贴近粗骨料表面的水灰比大，导致过渡区的氢氧化钙、钙矾石等晶体的颗粒大且数量多，水化硅酸钙凝胶相对较少，孔隙率大。
混凝土的强度图5.11混凝土界面过渡区示意图由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩，使界面过渡区在混凝土未受外力之前就存在许多微裂缝。
因此过渡区水泥石的结构比较疏松，缺陷多，强度低。
普通混凝土骨料与水泥石之间的结合主要是粘着和机械啮合，骨料界面是最薄弱的环节，特别是粗骨料下方因泌水留下的孔隙，尤为薄弱。
以混凝土单轴受压为例，典型的静力受压时的荷载―变形曲线如。
通过显微观察混凝土受压破坏过程，混凝土内部的裂缝发展可分为如的四个阶段，每个阶段的裂缝状态示意如。
混凝土的强度图5.12混凝土受压变形曲线I－界面裂缝无明显变化；II－界面裂缝增长；III－出现砂浆裂缝和连续裂缝；IV－连续裂缝迅速发展；V－裂缝缓慢增长；VI－裂缝迅速增长图5.13混凝土压时不同受力阶段裂缝示意图
此时，变形增大的速度进一步加快，曲线明显弯向变形坐标轴，如的BC段。
由此可见，混凝土受压时荷载与变形的关系，是内部微裂缝发展规律的体现。
混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从量变到质变的过程。
只有当混凝土内部的微观破坏发展到一定量级时，才会使混凝土的整体遭受破坏。
混凝土立方体抗压强度(fcu)根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)规定，混凝土立方体抗压强度是指按标准方法制作的，标准尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体试件，在标准养护条件下((20±2)℃，相对湿度为95%以上的标准养护室或(20±2)℃的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中)，养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值。
非标准试件为200mm×200mm×200mm和100mm×100mm×100mm；当施工涉外工程或必须用圆柱体试件来确定混凝土力学性能等特殊情况时，也可用φ150mm×300mm的圆柱体标准试件或φ200mm×400mm的圆柱体非标准试件。
测定混凝土试件的强度时，试件的尺寸和表面状况等对测试结果产生较大影响。
下面以混凝土受压为例，来分析这两个因素对检测结果的影响。
当混凝土立方体试件在压力机上受压时，在沿加荷方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向变形。
但是由于压力机上下压板(钢板)的弹性模量比混凝土大5倍～15倍，而泊松比则不大于混凝土的两倍。
所以在压力的作用下，钢压板的横向变形小于混凝土的横向变形，因而上下压板与试件的接触面之间产生摩擦阻力。
这种摩擦阻力分布在整个受压接触面，对混凝土试件的横向膨胀起约束限制作用，使混凝土强度检测值提高。
材料的体积组成密度通常称这种作用为“环箍效应”，如，它随离试件端部愈远而变小，大约在距离a(a为立方体试件边长)以外消失，所以受压试件正常破坏时，其上下部分各呈一个较完整的棱锥体，如。
如果在压板和试件接触面之间涂上润滑剂，则环箍效应大大减小，试件出现直裂破坏，如。
如果试件表面凹凸不平，环箍效应小，并有明显应力集中现象，测得的强度值会显著降低。
混凝土的强度图5.14混凝土“环箍效应”图5.15混凝土受压试件破坏时残存的棱锥体图图5.16混凝土受压试件不受约束时的破坏情况
混凝土立方体试件尺寸较大时，环箍效应的作用相对较小，测得的抗压强度偏低；反之测得的抗压强度偏高。
另外，由于混凝土试件内部不可避免地存在一些微裂缝和孔隙等缺陷，这些缺陷处易产生应力集中。
大尺寸试件存在缺陷的概率较大，使得测定的强度值也偏低。
为了使混凝土抗压强度测试结果具有可比性，GB/T 50081—2002规定，混凝土强度等级小于C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，来换算成标准试件强度值。
200mm×200mm×200mm试件换算系数为1.05，100mm×100mm×100mm试件换算系数为0.95。
当混凝土强度等级大于或等于C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。
需要说明的是，混凝土各种强度的测定值，均与试件尺寸、试件表面状况、试验加荷速度、环境(或试件)的湿度和温度等因素有关。
在进行混凝土各种强度测定时，应按GB/T 50081—2002等标准规定的条件和方法进行检测，以保证检测结果的可比性。
“C”代表混凝土，是concrete的第一个英文字母，C后面的数字为立方体抗压强度标准值(MPa)。
混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值、混凝土施工质量控制和工程验收的依据。
混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率(保证率概念将在第5.6.3节介绍)的抗压强度。
为了使测得的混凝土强度与实际情况接近，在进行钢筋混凝土受压构件(如柱子、桁架的腹杆等)计算时，都是采用混凝土的轴心抗压强度。
GB/T 50081—2002规定，混凝土轴心抗压强度是指按标准方法制作的，标准尺寸为150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，在标准养护条件下养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗压强度值。
非标准试件为100mm×100mm×300mm和200mm×200mm×400mm；为当施工涉外工程或必须用圆柱体试件来确定混凝土力学性能等特殊情况时，也可用φ150mm×300mm的圆柱体标准试件或φ100mm×200mm和φ200mm×400mm的圆柱体非标准试件。
轴心抗压强度比同截面面积的立方体抗压强度要小，当标准立方体抗压强度在10MPa～50MPa范围内时，两者之间的比值近似为0.7～0.8。
混凝土抗拉强度(ff)混凝土是脆性材料，抗拉强度很低，拉压比为～，拉压比随着混凝土强度等级的提高而降低。
因此在钢筋混凝土结构设计时，不考虑混凝土承受拉力(考虑钢筋承受拉应力)，但抗拉强度对混凝土抗裂性具有重要作用，是结构设计时确定混凝土抗裂度的重要指标，有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度。
混凝土抗拉强度测定应采用轴拉试件，因此过去多用8字形或棱柱体试件直接测定混凝土轴心抗拉强度。
但是这种方法由于夹具附近局部破坏很难避免，而且外力作用线与试件轴心方向不易调成一致而较少采用。
目前我国采用劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度。
劈裂抗拉强度测定时，对试件前期制作方法、试件尺寸、养护方法及养护龄期等的规定，与检验混凝土立方体抗压强度的要求相同。
该方法的原理是在试件两个相对的表面轴线上，作用着均匀分布的压力，这样就能使在此外力作用下的试件竖向平面内，产生均布拉应力，如。
该拉应力可以根据弹性理论计算得出。
这个方法克服了过去测试混凝土抗拉强度时出现的一些问题，并且也能较正确反映试件的抗拉强度。
混凝土的强度图5.17劈裂试验时垂直受力面的应力分布
混凝土劈裂抗拉强度按下式计算。
(5.5)式中fts——混凝土劈裂抗拉强度(MPa)。
P——破坏荷载(N)。
A——试件劈裂面积(mm2)。
混凝土劈裂抗拉强度较轴心抗拉强度低，试验证明二者的比值为0.9左右。
GB/T 50081—2002规定，混凝土抗折强度是指按标准方法制作的，标准尺寸为150mm×150mm×600mm(或550 mm)的长方体试件，在标准养护条件下养护到28d龄期，以标准试验方法测得的抗折强度值。
按三分点加荷，试件的支座一端为铰支，另一端为滚动支座，如。
抗折强度计算公式如下：(5.6)式中fcf——混凝土抗折强度(MPa)。
P——破坏荷载(N)。
L——支座之间的距离(mm)。
b，h——试件截面的宽度和高度(mm)。
当试件尺寸为100mm×100mm×400mm非标准试件时，应乘以换算系数0.85；当混凝土强度等级≥C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。
混凝土的强度图5.18混凝土抗折强度测定装置三、影响混凝土强度的因素1.水泥强度等级和水灰比的影响水泥强度等级和水灰比是影响混凝土强度决定性的因素。
因为混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，而水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，又取决于水泥的强度等级和水灰比的大小。
在相同配合比、相同成型工艺、相同养护条件的情况下，水泥强度等级越高，配制的混凝土强度越高。
在水泥品种、水泥强度等级不变时，混凝土在振动密实的条件下，水灰比越小，强度越高，反之亦然(如)。
但是为了使混凝土拌合物获得必要的流动性，常要加入较多的水(水灰比为0.35～0.75)，它往往超过了水泥水化的理论需水量(水灰比0.23～0.25)。
多余的水残留在混凝土内形成水泡或水道，随着混凝土硬化而蒸发成为孔隙，使混凝土的强度下降。
大量试验结果表明，在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期抗压强度(fcu)与水泥实际强度(fce)及水灰比(W/C)之间的关系符合下列经验公式(又称鲍罗米公式)。
(5.7)式中fcu——混凝土28d抗压强度(MPa)。
A、B——回归系数，它们与粗骨料、细骨料、水泥产地有关，可通过历史资料统计计算得到。
若无统计资料，可按《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2000)提供的A、B经验值：采用碎石时A=0.46，B=0.07，采用卵石时A=0.48，B=0.33。
fce——水泥28d实测抗压强度(MPa)。
无实测强度时，可用式代入，式中为水泥强度值的富余系数，由水泥生产质量来决定，一般可取=1.06～1.25；fce,k为水泥强度标准值，如32.5级水泥，fce,k =32.5 MPa；42.5级水泥，fce,k =42.5 MPa，依此类推。
C——混凝土中的水泥用量(kg)。
W——混凝土中的用水量(kg)。
——混凝土的灰水比(水泥与水的质量之比)。
在混凝土施工过程中，常发现往混凝土拌合物中随意加水的现象，这使混凝土水灰比增大，导致混凝土强度的严重下降，是必须禁止的。
在混凝土施工过程中，节约水和节约水泥同等重要。
混凝土的强度图5.19混凝土强度与水灰比及灰水比的关系2.骨料的影响骨料本身的强度一般大于水泥石的强度，对混凝土的强度影响很小。
但骨料中有害杂质含量较多、级配不良均不利于混凝土强度的提高。
骨料表面粗糙，则与水泥石粘结力较大。
但达到同样流动性时，需水量大，随着水灰比变大，强度降低。
试验证明，水灰比小于0.4时，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度约高30%～40%，但随着水灰比增大，两者的差异就不明显了。
另外，在相同水灰比和坍落度下，混凝土强度随骨灰比(骨料与胶凝材料质量之比)的增大而提高。
养护温度及湿度的影响温度及湿度对混凝土强度的影响，本质上是对水泥水化的影响。
养护温度高，水泥早期水化越快，混凝土的早期强度越高(图5.20)。
但混凝土早期养护温度过高(40℃以上)，因水泥水化产物来不及扩散而使混凝土后期强度反而降低。
当温度在0℃以下时，水泥水化反应停止，混凝土强度停止发展。
这时还会因为混凝土中的水结冰产生体积膨胀，对混凝土产生相当大的膨胀压力，使混凝土结构破坏，强度降低。
混凝土的强度图5.20养护温度对混凝土强度的影响图5.21混凝土强度与保湿养护时间的关系
湿度是决定水泥能否正常进行水化作用的必要条件。
浇筑后的混凝土所处环境湿度相宜，水泥水化反应顺利进行，混凝土强度得以充分发展。
若环境湿度较低，水泥不能正常进行水化作用，甚至停止水化，混凝土强度将严重降低或停止发展。
图5.21是混凝土强度与保湿养护时间的关系。
为了保证混凝土强度正常发展和防止失水过快引起的收缩裂缝，混凝土浇筑完毕后，应及时覆盖和浇水养护。
气候炎热和空气干燥时，不及时进行养护，混凝土中水分会蒸发过快，出现脱水现象，混凝土表面出现片状、粉状剥落和干缩裂纹等劣化现象，混凝土强度明显降低；在冬季应特别注意保持必要的温度，以保证水泥能正常水化和防止混凝土内水结冰引起的膨胀破坏。
常见的混凝土养护有以下几种。
包括洒水养护和喷涂薄膜养护两种。
养护时间取决于混凝土的特性和水泥品种，非干硬性混凝土浇筑完毕12h以内应加以覆盖并保湿养护，干硬性混凝土应于浇筑完毕后立即进行养护。
使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥时，浇水养护时间不应少于7d；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或混凝土掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求时，不得少于14d；道路路面水泥混凝土宜为14～21d；使用铝酸盐水泥时，不得少于3d。
洒水次数以能保证混凝土表面湿润为宜，混凝土养护用水应与拌制用水相同。
喷涂薄膜养生液适用于不易洒水的高耸构筑物和大面积混凝土结构的养护。
它是将过氯乙烯树脂溶液用喷枪喷涂在混凝土表面上，溶液挥发后在混凝土表面形成一层塑料薄膜，将混凝土与空气隔绝，阻止其中水分的蒸发以保证水泥水化用水。
有的薄膜在养护完成后要求能自行老化脱落，否则，不宜用于以后要做粉刷的混凝土表面上。
在夏季薄膜成型后要防晒，否则易产生裂纹。
地下建筑或基础，可在其表面涂刷沥青乳液以防止混凝土内水分蒸发。
测定混凝土强度时，一般采用标准养护。
蒸汽养护的目的是加快水泥的水化，提高混凝土的早期强度，以加快拆模，提高模板及场地的周转率，提高生产效率和降低成本，这种养护方法非常适用于生产预制构件、预应力混凝土梁及墙板等。
这种养护适合于早期强度较低的水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等掺有大量混合材料的水泥，不适合于硅酸盐水泥、普通水泥等早期强度高的水泥。
研究表明，硅酸盐水泥和普通水泥配制的混凝土，其养护温度不宜超80℃，否则待其再养护到28d时的强度，将比一直自然养护至28d的强度低10%以上，这是由于水泥的过快反应，致使在水泥颗粒外围过早地形成了大量的水化产物，阻碍了水分深入内部进一步水化。
这种养护的目的和适用的水泥与蒸汽养护相同，主要用于生产硅酸盐制品，如加气混凝土、蒸养粉煤灰砖和灰砂砖等。
同条件养护将用于检查混凝土实体强度的试件，置于混凝土实体旁，试件与混凝土实体在同一温度和湿度条件下进行的养护。
同条件养护的试件强度能真实反映混凝土构件的实际强度。
在混凝土施工过程中，经常需要尽快知道已成型混凝土的强度，以便决策，所以快速评定混凝土强度一直受到人们的重视。
经过多年的研究，国内外已有多种快速评定混凝土强度的方法，有些方法已被列入国家标准中。
在我国，工程技术人员常用下面的经验公式来估算混凝土28d强度。
(5.8)式中f28——混凝土28d龄期的抗压强度(MPa)。
fn——混凝土nd龄期的抗压强度(MPa)。
n——养护龄期(d)，n≥3d。
应注意的是，该公式仅适用于在标准条件下养护，中等强度(C20～C30)的混凝土。
对较高强度混凝土(≥C35)和掺外加剂的混凝土，用该公式估算会产生很大误差。
实践证明，我国“一小时推定混凝土强度”的方法准确性较好，现场操作较简便。
一小时推定混凝土强度的主要步骤如下：(1)在新拌混凝土的湿筛砂浆中加入CAS促凝剂，制作砂浆试件。
该方法的关键是建立f1h—f28之间的回归公式，回归公式通常为。
试验时，用有代表性、稳定的原材料配制100组以上不同强度的混凝土，分别测定每组混凝土的f1h和f28，然后进行回归计算，求出A和B。
以后在应用时，只要测定出f1h，就可计算出f28。
混凝土在硬化和使用过程中，由于受到物理、化学和力学等因素的作用，常发生各种变形。
由物理、化学因素引起的变形称为非荷载作用下的变形，包括化学收缩、干湿变形、碳化收缩及温度变形等；由荷载作用引起的变形称为在荷载作用下的变形，包括在短期荷载作用下的变形及长期荷载作用下的变形。
收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40d内增长较快，以后逐渐趋于稳定。
化学收缩值很小(小于1%)，对混凝土结构没有破坏作用。
混凝土的化学收缩是不可恢复的。
混凝土在水中硬化时，由于凝胶体中的胶体粒子表面的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大，引起混凝土产生微小的膨胀，即湿胀。
湿胀对混凝土无危害。
混凝土在空气中硬化时，首先失去自由水；继续干燥时，毛细管水蒸发，使毛细孔中形成负压产生收缩；再继续受干燥则吸附水蒸发，引起凝胶体失水而紧缩。
以上这些作用的结果导致混凝土产生干缩变形。
混凝土的干缩变形在重新吸水后大部分可以恢复，但不能完全恢复。
在一般条件下，混凝土极限收缩值可达5×10－4～9×10－4mm/mm，在结构设计中混凝土干缩率取值为1.5×10－4～2.0×10－4mm/mm，即每米混凝土收缩0.15mm～0.20mm。
由于混凝土抗拉强度低，而干缩变形又如此大之，所以很容易产生干缩裂缝。
混凝土中水泥石是引起干缩的主要组分，骨料起限制收缩的作用，孔隙的存在会加大收缩。
因此减少水泥用量，减小水灰比，加强振捣，保证骨料洁净和级配良好是减少混凝土干缩变形的关键。
另外，混凝土的干缩主要发生在早期，前三个月的收缩量为20年收缩量的40%～80%。
由于混凝土早期强度低，抵抗干缩应力的能力弱，因此加强混凝土的早期养护，延长湿养护时间，对减少混凝土干缩裂缝具有重要作用(但对混凝土的最终干缩率无显著影响)。
水泥的细度及品种对混凝土的干缩也产生一定的影响。
水泥颗粒越细干缩也越大；掺大量混合材料的硅酸盐水泥配制的混凝土，比用普通水泥配制的混凝土干缩率大，其中火山灰水泥混凝土的干缩率最大，粉煤灰水泥混凝土的干缩率较小。
混凝土的碳化会引起收缩，这种收缩称为碳化收缩。
碳化收缩可能是由于在干燥收缩引起的压应力下，因Ca(OH)2晶体应力释放和在无应力空间CaCO3的沉淀所引起。
碳化收缩会在混凝土表面产生拉应力，导致混凝土表面产生微细裂纹。
观察碳化混凝土的切割面，可以发现细裂纹的深度与碳化层的深度相近。
但是，碳化收缩与干燥收缩总是相伴发生，很难准确划分开来。
温度变形混凝土同其他材料一样，也会随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。
混凝土的温度膨胀系数为0.7×10－5～1.4×10－5/℃，一般取1.0×10－5/℃，即温度每1℃改变，1m混凝土将产生0.01mm膨胀或收缩变形。
混凝土是热的不良导体，传热很慢，因此在大体积混凝土(截面最小尺寸大于1m2的混凝土，如大坝、桥墩和大型设备基础等)硬化初期，由于内部水泥水化热而积聚较多热量，造成混凝土内外层温差很大(可达50℃～80℃)。
这将使内部混凝土的体积产生较大热膨胀，而外部混凝土与大气接触，温度相对较低，产生收缩。
内部膨胀与外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。
大体积混凝土施工时，须采取一些措施来减小混凝土内外层温差，以防止混凝土温度裂缝，目前常用的方法有以下几种。
对于纵长和大面积混凝土工程(如混凝土路面、广场、地面和屋面等)，常采用每隔一段距离设置一道伸缩缝或留设后浇带来防止混凝土温度缝。
监测混凝土内部温度场是控制与防范混凝土温度裂缝的重要工作内容。
过去多采用点式温度计来测试，这种方法布点有限，施工工艺复杂，温度信息量少；现在一些大型水利水电工程(如三峡大坝)，通过在混凝土内埋设光纤维，利用光纤传感技术来监测内部温度场，该方法具有测点连续，温度信息量大，定位准确，抗干扰性强，施工简便等优点。
当在图中A点卸荷时，—曲线沿AC曲线回复，卸荷后弹性变形恢复了，而残留下塑性变形。
混凝土曲线是一条曲线，因此混凝土的弹性模量是一个变量，这给确定混凝土弹性模量带来不便。
但是，通过大量的试验发现，混凝土在静力受压加荷与卸荷的重复荷载作用下，其—曲线的变化存在以下的规律：在混凝土轴心抗压强度的50%～70%应力水平下，反复加荷卸荷，混凝土的塑性变形逐渐增大，最后导致混凝土产生疲劳破坏。
而在轴心抗压强度的30%～50%的应力水平下，反复加荷卸荷，混凝土的塑性变形的增量逐渐减少，最后得到的—曲线几乎与初始切线平行，如。
用这条曲线的斜率来表示混凝土的弹性模量，通常把这种方法测得的弹性模量称作混凝土割线弹性模量。
GB/T 50081—2002规定，混凝土弹性模量的测定，采用标准尺寸为150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，试验控制应力荷载值为轴心抗压强度的1/3，经三次以上反复加荷和卸荷后，测定应力与应变的比值，得到混凝土的弹性模量。
混凝土的弹性模量与混凝土的强度、骨料的弹性模量、骨料用量和早期养护温度等因素有关。
混凝土强度越高、骨料弹性模量越大、骨料用量越多、早期养护温度较低，混凝土的弹性模量越大。
C10～C60的混凝土其弹性模量约为1.75×104MPa～4.90×104MPa。
混凝土在长期荷载作用下的变形混凝土在长期荷载作用下会发生徐变。
混凝土的徐变在加荷早期增长较快，然后逐渐减慢，2年～3年才趋于稳定。
当混凝土卸载后，一部分变形瞬时恢复，一部分要过一段时间才能恢复(称为徐变恢复)，剩余的变形是不可恢复部分，称作残余变形，如。
混凝土的变形性能图5.22混凝土在压力作用下的应力—应变曲线图5.23混凝土在低应力水平下反复加卸荷时的应力—应变曲线
混凝土产生徐变的原因，一般认为是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生粘性流动，向毛细孔中迁移，或者凝胶体中的吸附水或结晶水向内部毛细孔迁移渗透所致。
因此，影响混凝土徐变的主要因素是水泥用量多少和水灰比大小。
水泥用量越多，混凝土中凝胶体含量越大；水灰比越大，混凝土中的毛细孔越多，这两个方面均会使混凝土的徐变增大。
混凝土的徐变对混凝土及钢筋混凝土结构物的影响有有利的一面，也有不利的一面。
徐变有利于削弱由温度、干缩等引起的约束变形，从而防止裂缝的产生。
但在预应力结构中，徐变将产生应力松弛，引起预应力损失。
在钢筋混凝土结构设计中，要充分考虑徐变的影响。
混凝土的变形性能图5.24混凝土的应变与持荷时间的关系
钢筋混凝土结构耐久性包括材料的耐久性和结构的耐久性两个方面，本节仅学习混凝土材料的耐久性，结构的耐久性在“混凝土结构”等课程中将涉及到。
下面是常见的几种耐久性问题。
它是决定混凝土耐久性最主要的因素。
因为外界环境中的侵蚀性介质只有通过渗透才能进入混凝土内部产生破坏作用。
混凝土在压力液体作用下产生渗透的主要原因，是其内部存在连通的渗水孔道。
这些孔道来源于水泥浆中多余水分蒸发留下的毛细管道、混凝土浇筑过程中泌水产生的通道、混凝土拌合物振捣不密实、混凝土干缩和热胀产生的裂缝等。
由此可见，提高混凝土抗渗性的关键是提高混凝土的密实度或改变混凝土孔隙特征。
在受压力液体作用的工程，如地下建筑、水池、水塔、压力水管、水坝、油罐以及港工、海工等，必须要求混凝土具有一定的抗渗性能。
提高混凝土抗渗性的主要措施有降低水灰比，以减少泌水和毛细孔；掺引气型外加剂，将开口孔转变成闭口孔，割断渗水通道；减小骨料最大粒径，骨料干净、级配良好；加强振捣，充分养护等。
工程上用抗渗等级来表示混凝土的抗渗性。
根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ 82—1985)的规定，测定混凝土抗渗标号采用顶面直径为175mm、底面直径为185mm、高度为150mm的圆台体标准试件，在规定的试验条件下，以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力来表示混凝土的抗渗等级，试验时加水压至6个试件中有3个试件端面渗水时为止。
计算公式为：(5.9)式中P——混凝土的抗渗等级。
H——6个试件中3个试件表面渗水时的水压力(MPa)。
混凝土抗渗标号分为P4、P6、P8、P10和P12五级，相应表示混凝土能抵抗0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa和1.2MPa的水压不渗漏。
水结冰时体积膨胀约9%，如果混凝土毛细孔充水程度超过某一临界值(91.7%)，则结冰产生很大的压力。
此压力的大小取决于毛细孔的充水程度、冻结速度及尚未结冰的水向周围能容纳水的孔隙流动的阻力(包括凝胶体的渗透性及水通路的长短)。
除了水的冻结膨胀引起的压力之外，当毛细孔水结冰时，凝胶孔水处于过冷的状态，过冷水的蒸气压比同温度下冰的蒸气压高，将发生凝胶水向毛细孔中冰的界面迁移渗透，并产生渗透压力。
因此，混凝土受冻融破坏的原因是其内部的空隙和毛细孔中的水结冰产生体积膨胀和过冷水迁移产生压力所致。
当两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土发生微细裂缝。
在反复冻融作用下，混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大，导致混凝土强度降低甚至破坏。
以上讨论的是混凝土在纯水中的抗冻性，对于道路工程还存在盐冻破坏问题。
为防止冰雪冻滑影响行驶和引发交通事故，常常在冰雪路面撒除冰盐(NaCl、CaCl2等)。
因为盐能降低水的冰点，达到自动融化冰雪的目的。
但除冰盐会使混凝土的饱水程度、膨胀压力、渗透压力提高，加大冰冻的破坏力；并且在干燥时盐会在孔中结晶，产生结晶压力。
以上两个方面的共同作用，使混凝土路面剥蚀，并且氯离子能渗透到混凝土内部引起钢筋锈蚀。
因此，盐冻比纯水结冰的破坏力大。
盐冻破坏已成为北美、北欧等国家混凝土路桥破坏的最主要原因之一。
混凝土的抗冻性与混凝土的密实度、孔隙充水程度、孔隙特征、孔隙间距、冰冻速度及反复冻融的次数等有关。
对于寒冷地区经常与水接触的结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物、水池、发电站站冷却塔及与水接触的道路、建筑物勒脚等，以及寒冷环境的建筑物，如冷库等，要求混凝土必须有一定的抗冻性。
提高混凝土抗冻性的主要措施有：降低水灰比，加强振捣，提高混凝土的密实度；掺引气型外加剂，将开口孔转变成闭口孔，使水不易进入孔隙内部，同时细小闭孔可减缓冰胀压力；保持骨料干净和级配良好；充分养护。
混凝土的抗冻性用抗冻等级Fn来表示，分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300九个等级，其中数字表示混凝土能承受的最大冻融循环次数。
按GBJ 82—85的规定，混凝土抗冻等级的测定有两种方法，一是慢冻法，以标准养护28d龄期的立方体试件，在水饱和后，于-15℃～+20℃情况下进行冻融，最后以抗压强度下降率不超过25%、质量损失率不超过5%时，混凝土所能承受的最大冻融循环次数来表示。
二是快冻法，采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试件，以混凝土快速冻融循环后，相对动弹性模量不小于60%、质量损失率不超过5%时的最大冻融循环次数表示。
混凝土的碳化弊多利少。
由于中性化，混凝土中的钢筋因失去碱性保护而锈蚀，并引起混凝土顺筋开裂；碳化收缩会引起微细裂纹，使混凝土强度降低。
但是碳化时生成的碳酸钙填充在水泥石的孔隙中，使混凝土的密实度和抗压强度提高，对防止有害杂质的侵入有一定的缓冲作用。
影响混凝土碳化的因素有：(1)环境湿度。
当环境的相对湿度在50%～75%时，混凝土碳化速度最快，当相对湿度小于25%或达100%时，碳化停止，这是在环境水分太少时碳化不能发生，混凝土孔隙中充满水时，二氧化碳不能渗入扩散所致。
水灰比愈小，混凝土愈密实，二氧化碳和水不易渗入，碳化速度慢。
二氧化碳浓度越大，混凝土碳化作用越快。
普通水泥、硅酸盐水泥水化产物碱度高，其抗碳化能力优于矿渣水泥、火山灰质水泥和粉煤灰水泥，且水泥随混合材料掺量的增多而碳化速度加快。
混凝土中掺入减水剂、引气剂或引气型减水剂时，由于可降低水灰比或引入封闭小气泡，可使混凝土碳化速度明显减慢。
提高混凝土密实度(如降低水灰比，采用减水剂，保证骨料级配良好，加强振捣和养护等)，是提高混凝土碳化能力的根本措施。
混凝土碳化深度的检测方法有两种，一种是X射线法，另一种是化学试剂法。
X射线法适用于试验室的精确测量，需要专门的仪器，既可测试完全碳化深度，又可测试部分碳化深度。
现场检测主要用化学试剂法。
检测时在混凝土表面凿洞，立即滴上化学试剂，根据反应的颜色测量碳化深度。
常用试剂是1%浓度的酚酞酒精溶液，它以pH=9为界线，已碳化部分呈无色，未碳化的地方呈粉红色，这种方法仅能测试完全碳化深度。
另有一种彩虹指示剂，可以根据反应的颜色判别不同的pH值(pH＝5～13)，因此可以测试完全碳化深度和部分碳化深度。
根据骨料中活性成分的不同，碱―骨料反应分为三种类型：碱―硅酸反应(Alkali-Silica Reaction，简称ASR)、碱―碳酸盐反应(Alkali-CarbonateReaction，简称ACR)和碱―硅酸盐反应(Alkali-Silicate Reaction)。
碱―硅酸反应是分布最广、研究最多的碱―骨料反应，该反应是指混凝土内的碱与骨料中的活性SiO2反应，生成碱―硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂破坏的现象。
其化学反应试如下：2ROH + nSiO2 R2O•nSiO2•H2O式中，R代表Na或K。
碱―骨料反应必须同时具备以下三个条件。
混凝土中的碱主要来自于水泥，也来自外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分。
水泥中的碱(Na2O+0.658K2O)大于0.6%的水泥称为高碱水泥，我国许多水泥碱含量在1%左右，如果加上其他组分引入的碱，混凝土中的碱含量较高。
《混凝土碱含量限制标准》(CECS53：93)根据工程环境条件，提出了防止碱―硅酸反应的碱含量限值，见表5-25。
表5-25防止ASR破坏的混凝土含碱量限值限值混凝土的耐久性混凝土最高：下表列出相关数据。
表5-25防止ASR破坏的混凝土含碱量限值限值混凝土的耐久性混凝土最高碱含量(kg/m3)
说明：本页表格在源文件中为线性化文本（表头与数据粘连、行优先与列优先混排），未做自动切分，表格结构待人工核对后还原。
环境条件特殊工程主要工程一般工程3.0不限制不限制干燥环境2.13.03.5潮湿环境用非活性骨料3.0含碱环境(2)碱活性骨料占骨料总量的比例大于1%。
碱活性骨料包括含活性SiO2的骨料(引起ASR)、粘土质白云石质石灰石(引起ACR)和层状硅酸盐骨料(引起碱―硅酸盐反应)。
含活性SiO2的碱活性骨料分布最广，目前已被确定的有安山石、蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英等。
美国、日本、英国等发达国家已建立了区域性碱活性骨料分布图，我国已开始绘制这种图，第一个分布图是京津塘地区碱活性骨料分布图。
(3)潮湿环境。
只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境，AAR破坏才会发生。
碱―骨料反应很慢，引起的破坏往往经过若干年后才会出现。
一旦出现，破坏性则很大，难以加固处理，应加强防范。
可采取以下措施来预防。
因为它们能吸收溶液中的钠离子和钾离子，使反应产物早期能均匀分布在混凝土中，不致集中于骨料颗粒周围，从而减轻或消除膨胀破坏。
它们可以产生许多分散的气泡，当发生碱―骨料反应时，反应生成的胶体可渗入或被挤入这些气泡内，降低了膨胀破坏应力。
骨料碱活性检验方法有岩相法、化学法、砂浆长度法、岩石柱法、混凝土棱柱法和压蒸法等。
《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ 52—1992)规定的细骨料碱活性检测方法有砂浆长度法和化学法。
这两种方法均只适用于鉴定由硅质骨料引起的碱活性反应，不适用于含碳酸盐的骨料。
砂浆长度法应用较普遍，检测时，用碱含量(Na2O+0.658K2O)为1.2%的高碱水泥，按规定方法配制成灰砂比为1∶2.25、尺寸为160mm×40mm×40mm的砂浆试件。
将试件放入湿度95%、温度为(40±2)℃的恒温恒湿养护器中养护，测定自测定基准长度之日起计算的2周、4周、8周、3个月、6个月时砂浆试件的长度。
当砂浆半年膨胀率小于0.1%或3个月的膨胀率小于0.05%(只有在缺少半年膨胀率时才有效)时，则判为无潜在危害。
反之，如超过上述数值，则判为有潜在危害。
《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ 53—92)规定的粗骨料碱活性检测方法有砂浆长度法、化学法和岩石柱法。
前两种方法适用于鉴定由硅质骨料引起的碱活性反应，不适用于含碳酸盐的骨料，岩石柱法用于检验碳酸盐岩石是否有碱活性。
采用砂浆长度法检测时，先将粗骨料破碎成砂，筛分后按规定方法进行级配，然后按砂浆长度法鉴定细骨料碱活性时所规定的方法，进行试件制作、养护、测定和判定。
采用岩石柱法检测时，钻取直径(9±1)mm、长(35±5)mm的圆柱体岩石试件，浸入浓度为1mol/L、温度为(20±2)℃的NaOH溶液中，测定自浸泡时开始计算的7d、14d、21d、56d、84d时岩石试件的长度。
岩石试件浸泡84d的膨胀率如超过0.1%，则该岩石样应评定为具有潜在碱活性危害，必要时应以混凝土试验结果作出最后评定。
影响混凝土耐磨性的因素有以下几个方面。
混凝土抗压强度越高，耐磨性好。
通过降低水灰比、掺高效减水剂等方法来提高混凝土强度的措施均对提高混凝土耐磨性有利。
粗骨料硬度越高，韧性越高，混凝土的耐磨性越好。
辉绿石、铁矿石的硬度和韧性最好，用这些骨料配制的混凝土抗冲击磨性能较好，花岗岩、闪长岩次之，石灰岩、白云岩较差。
卵石表面光滑，碎石表面粗糙，从骨料本身来讲，前者的耐磨性更好，但是在相同条件下，卵石与水泥石之间的粘结强度比碎石的低，因此碎石更适合于配制高耐磨性混凝土。
《公路工程石料试验规程》(JTJ 054—94)按抗压强度与磨耗率将粗骨料分为四级，一般道路混凝土采用的粗骨料不低于3级。
细骨料按耐磨性排列的顺序为铁粉>河砂>石灰石砂>矾土砂>水淬矿渣砂。
砂中石英等坚硬的矿物含量多，粘土等有害杂质含量少，则混凝土的抗冲磨性好，级配良好的中砂配制的混凝土比用细砂或特细砂配制的混凝土的抗冲磨性好得多。
当水泥用量小于400kg/m3时，混凝土的磨损系数随砂率的降低而降低；当水泥用量大于450kg/m3时，混凝土的磨损系数在砂率为30%左右时最低。
水泥中C3S的抗冲磨性最好，C3A和C4AF次之，C2S最低。
配制抗冲磨混凝土应尽量选用C3S和C3A含量高、强度等级高的水泥，水泥中不得掺煤矸石、火山灰、粘土等混合材料。
在混凝土中掺入硅灰、磨细矿渣粉和钢纤维等掺合料，可使混凝土耐磨性大幅度提高。
防止表面混凝土离析、泌水，充分养护混凝土，均有利于提高混凝土耐磨性。
混凝土表面经真空脱水和机械二次抹面，可使混凝土耐磨性提高30%～100%。
混凝土耐磨性试验方法有钢球法、转盘法、摩轮法和滚珠轴承法等。
《混凝土及其制品耐磨性试验方法》(GB/T 16925—1997)规定的滚珠轴承法，以滚珠轴承为磨头，滚珠在额定负荷下滚动时摩擦湿试件表面，在受磨面上形成环形磨槽，通过测量磨槽深度和磨头转数，计算耐磨度，用耐磨度评价路面(地面)混凝土耐磨性。
造成混凝土质量波动的主要因素有：(1)混凝土生产前的因素。
主要包括组成材料、配合比和设备状况等。
主要包括计量、搅拌、运输、浇筑、振捣和养护，试件的制作与养护等。
主要包括批量划分、验收界限、检测方法和检测条件等。
虽然混凝土的质量波动是不可避免的，但并不意味着不去控制混凝土的质量。
相反，要认识到混凝土质量控制的复杂性，必须将质量管理贯穿于生产的全过程，使混凝土的质量在合理范畴内波动，确保土木工程的结构安全。
混凝土强度正态分布曲线有以下特点。
对称轴为平均强度，曲线的最高峰出现在该处。
这表明混凝土强度接近其平均强度值处出现的次数最多，而随着远离对称轴，强度测定值出现的概率越来越小，最后趋近于零。
对称轴两边出现的概率相等，各为50%。
两拐点间的曲线向上凸弯，拐点以外的曲线向下凹弯，并以横坐标为渐近线。
fcu，i——第i组试件的抗压强度(MPa)。
n——试件的组数。
强度平均值仅表示混凝土强度总体的平均水平，但不能反映混凝土强度的波动情况。
混凝土质量波动与混凝土配制强度图5.25混凝土强度的正态分布曲线
混凝土强度标准差(σ)混凝土强度标准差又称均方差，其计算式为：(5.11)式中n——试验组数(n≥25)。
——n组抗压强度的标准差(MPa)。
标准差的几何意义是正态分布曲线上拐点至对称轴的垂直距离，如。
图5.26是强度平均值相同而标准差不同的两条正态分布曲线。
由图可以看出，值越小者曲线高而窄，说明混凝土质量控制较稳定，生产管理水平较高。
而值大者曲线矮而宽，表明强度值离散性大，施工质量控制差。
因此，值是评定混凝土质量均匀性的一种指标。
但是，并不是值越小越好，值过小，则意味着不经济。
工程上由于影响混凝土质量的因素多，值一般不会过小，因此我国混凝土强度检验评定标准仅规定了σ值的上限(详见表5-27)。
变异系数(Cv)变异系数又称离散系数，其计算式如下：(5.12)由于混凝土强度的标准差随强度等级的提高而增大，故也可采用变异系数作为评定混凝土质量均匀性的指标。
Cv值越小，表明混凝土质量越稳定；Cv值大，则表示混凝土质量稳定性差。
强度保证率P(%)可由正态分布曲线方程积分求得，即混凝土质量波动与混凝土配制强度图5.26混凝土强度离散性不同的正态分布曲线
(5.13)式中t表示概率度，可按下式计算。
(5.14)或(5.15)计算出概率度t后，按式(5.13)求出强度保证率P(%)或按表5-26查取。
表5-26不同t值的保证率P(%)混凝土质量波动与混凝土配制强度1.601.401.281.201.000.840.500.00t94.591.990.088.584.180.069.250.0P(%)3.002.332.052.001.881.811.701.645T99.8799.499.097.797.096.595.595.0P(%)
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