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本课件为课程重点章节，讲述普通混凝土的组成材料与质量要求、外加剂的作用机理与掺加方法，混凝土拌合物的和易性、硬化混凝土的强度与变形、耐久性，以及配合比设计方法、质量控制与强度评定，并介绍轻骨料等特种混凝土。
第4章混凝土
【教学要求】相关知识能力要求知识要点1）混凝土分类；2）普通混凝土优缺点；3）粗、细骨料的定义、分类和技术要求；4）混凝土外加剂及常用的外加剂（如减水剂、早强剂等）基本知识及使用注意事项。1）会测定砂、石含水率、堆积密度、表观密度、强度和坚固性；2）会做砂、石筛分试验，并根据试验数据，绘制筛分曲线，判定砂、石级配。普通混凝土的组成材料1）混凝土和易性概念及其影响因素；2）混凝土强度概念及分类、影响混凝土强度主要因素、提高混凝土强度措施；3）混凝土变形种类及其影响因素；4）混凝土耐久性，提高混凝土耐久性措施。1）会测定混凝凝土拌合物和易性；2）会做混凝土标准试块，会测定混凝土强度，并根据混凝土抗压强度，判定混凝土强度等级普通混凝土的和易性、强度、变形、耐久性1）混凝土配合比设计的基本要求、三个参数、设计步骤；2）掺减水剂的混凝土配合比设计；3）混凝土强度波动规律及强度评定标准。1）熟悉混凝土配合比设计步骤，会进行普通混凝土配合比设计、试配与调整。2）能在相关质量检验人员指导下，根据施工单位或预制厂给出的混凝土强度历史资料，对施工单位或预制厂混凝土质量进行合格性判断。混凝土配合比设计、混凝土的质量控制1）轻骨料定义、技术要求；2）轻骨料混凝土的技术性质及应用；3）抗渗混凝土、高强混凝土、商品混凝土、大体积混凝土定义、技术性质及应用。轻混凝土及其它品种混凝土
4.1概述混凝土是由胶凝材料、粗细骨料、水和外加剂，按适当比例配合，拌制、浇筑、成型后，经一定时间养护、硬化而成的一种人造石材。是目前世界上用量最大的人工建筑材料，广泛应用于建筑、水利、水电、道路、国防等工程。
4.1.1凝土的分类1.按表观密度大小分类1）重混凝土是指干表观密度大于2800kg/m3的混凝土。重混凝土常用重晶石、铁矿石、铁屑等做骨料。由于厚重密实，具有不透X射线和γ射线的性能，故主要用做防辐射的屏蔽材料。2）普通混凝土干表观密度在2000～2800 kg/m3之间，一般采用普通的天然砂、石做骨料配制而成，是建筑工程中最常用的混凝土，主要用于各种承重结构。3）轻混凝土干表观密度小于2000 kg/m3的混凝土。它又可以分为三种：轻骨料混凝土（用膨胀珍珠岩、浮石、陶粒、煤渣等轻质材料作骨料）、多孔混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土等）和无砂大孔混凝土（组成材料中不加细骨料）。轻混凝土主要用于保温隔热和一些轻质结构。2.按所用胶凝材料分类分为水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土等。其中水泥混凝土在建筑工程中用量最大、用途最广。3.按强度等级分类1）普通混凝土其强度等级一般在60MPa(C60等级)以下。其中抗压强度小于30MPa的混凝土为低强度等级混凝土，抗压强度为30～60MPa(C30～C60等级)为中强度混凝土。２）高强混凝土抗压强度60～100MPa。３）超高强混凝土抗压强度在100MPa以上。4.按生产和施工方法分类可分为现场浇筑混凝土、商品混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、真空脱水混凝土、离心混凝土等。５.按用途分类主要有结构用混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土等。
4.1.2混凝土的特点混凝土，特别是水泥混凝土之所以得到广泛应用，是因为它有许多独特的性能特点，这些特点主要反映在以下几个方面：1.原材料来源广泛混凝土组成材料中，砂、石等地方材料占80%以上，就地取材，大大降低了材料生产成本。2.拌合物具有良好的可塑性可根据工程设计需要，浇筑成任何形状和大小尺寸的构件或结构物。３.能与钢筋共同工作钢筋与混凝土虽为性能迥异的两种材料，但两者却有近乎相等的线胀系数，粘结力强，从而使它们各取所长，互相配合，共同工作。４.有较高的强度和耐久性随着科学技术的发展，我国混凝土生产技术也取得了很大进步，在外加剂作用下，可配制出抗压强度达100MPa以上的高强和超高强混凝土，并具有较高的抗渗、抗冻、抗腐蚀及抗碳化性能，其使用年限可达数百年之久。５.易于施工混凝土既可进行人工浇筑，也可根据不同的工程环境特点灵活采用泵送、喷射等方式施工，必要时可配制自流平混凝土（浇筑后不必人工振动密实，依靠自身大流动性能，自动密实成型，大大减轻了工人劳动强度）。混凝土除了以上性能特点外，也存在着自重大、养护周期长、抗拉强度低、导热系数大、不耐高温、拆除后再生利用性差等缺点。随着混凝土新功能、新品种的不断开发，这些缺点正在不断改进或克服。鉴于建筑工程中用量最大、用途最广泛的是以水泥为胶凝材料的普通水泥混凝土（简称为普通混凝土），故本章着重讲述普通混凝土。
4.2普通混凝土的组成材料图4.1普通混凝土结构水泥、砂子、石子和水是构成普通混凝土的基本组成材料。普通混凝土的结构如图4.1。4.2.1水泥水泥在混凝土中起胶结作用。水泥和水形成水泥浆，包裹在砂粒表面，并填充砂子之间的空隙。水泥浆和砂子形成水泥砂浆，又包裹在石子表面，并填充石子间的空隙。混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的流动性，便于施工。混凝土浇筑成型后，水泥水化生成的水化产物将砂石等骨料胶结成整体，渐渐成为坚硬的人造石材，并产生力学强度。由此可见，水泥是混凝土最为重要的原材料，直接影响混凝土的强度、耐久性和经济性。所以，在混凝土中要合理选择水泥的品种和强度等级。1.水泥品种的选择配制混凝土用的水泥，应根据混凝土工程特点和所处环境，结合各种水泥的不同特性进行选用。常用的水泥品种的选用详见第三章内容。２.水泥强度等级的选择配制混凝土所用水泥的强度等级应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上，配制高强度等级的混凝土，选用高强度等级水泥；配制低强度等级的混凝土，选用低强度等级水泥。对于一般强度混凝土，水泥强度等级宜为混凝土强度等级的1.5～2.0倍，对于较高强度等级的混凝土，水泥强度宜为混凝土强度等级的0.9～1.5倍。
对砂的质量要求主要有以下几个方面。１.有害杂质的含量用来配制混凝土的砂，要求清洁不含杂质，以保证混凝土的质量。但实际上砂中常含有云母、硫酸盐、黏土、淤泥等有害杂质，这些杂质黏附在砂的表面，妨碍水泥与砂的黏结，降低混凝土的强度，同时还增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低混凝土的耐久性。氯化物容易加剧钢筋混凝土中的钢筋的锈蚀，一些硫酸盐、硫化物，对水泥石也有腐蚀作用。因此，对有害害杂质含量加以限制。根据国家标准《建筑用砂》（GB/T14684--2001）对砂中有害杂质含量做了具体规定，见表4-1。表4-1混凝土用砂有害杂质及坚固性要求（GB/T14684——2001）指标项目Ⅲ类Ⅱ类Ⅰ类2.02.01.0云母（按质量计，%），＜1.01.01.0轻物质（按质量计，%），＜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（按氯离子质量计，%）＜5.03.01.0含泥量（按质量计，%），＜＜2.0＜1.00泥块含量（按质量计，%）1088硫酸钠溶液干湿５次循环后的质量损失（%），＜
2.砂子的坚固性与碱活性砂子的坚固性，是指抵抗自然环境对其腐蚀或风化的能力。通常用硫酸钠溶液干湿循环5次后的质量损失来表示砂子坚固性的好坏，对砂子的坚固性要求见表4-1。砂子若含有活性氧化硅时，可能与水泥中的碱分起作用，产生碱-骨料反应，并使混凝土发生膨胀开裂。因此，通常应选用无活性氧化硅的骨料。３.砂的粗细程度与颗粒级配砂的粗细程度是指不同粒径的砂子混合在一起的平均粗细程度。在砂用量相同的条件下，若砂子过细，则砂子的总表面积较大，需要包裹砂粒表面的水泥浆的数量多，水泥用量就多；若砂子过粗，虽能少用水泥，但混凝土拌和物黏聚性较差。所以，用于拌制混凝土的砂不宜过粗，也不宜过细，应讲究一定的颗粒级配。砂的颗粒级配是指大小不同粒径的砂粒相互间的搭配情况（如图４.2）。
砂的粗细与颗粒级配：由于混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，所以，为了节约水泥，提高混凝土强度，就应尽量减少砂粒之间的空隙。从图4.2可以看出：如果是相同粒径的砂，空隙就大［图4.2(a)］；用两种不同粒径的砂搭配起来空隙就小了[图4-2（b）]；用三种以上不同粒径的砂搭配，空隙就更小了[图4-2（c）]。由此可见，要想减少砂粒的空隙，不宜使用单一粒级的砂，而应使用大小不同颗粒的砂子相互搭配，即选用颗粒级配良好的砂。图4.２砂的不同级配情况（a）一种粒径(b)两种粒径(c)多种粒径综上所述，混凝土用砂应同时考虑砂的粗细程度和颗粒级配。当砂的颗粒较粗且级配良好时，砂的空隙和总表面积均较小，这样不仅可以节约水泥，而且还可以提高混凝土的密实性和强度。可见，控制混凝土砂的粗细程度和颗粒级配有很大的技术经济意义。
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砂细度模数越大：砂细度模数越大，表示砂越粗。根据国家标准《建筑用砂》（GB/T14684——2001）规定，Ｍx在0.7～1.5为特细砂、Ｍx在1.6～2.2为细砂、Ｍx在2.3～3.0为中砂、Ｍx在3.1～3.7为粗砂。普通混凝土用砂的细度模数，一般控制在2.0～3.5之间较为适宜。对细度模数为1.6～3.7的普通混凝土用砂，以0.6mm筛孔的累计筛余百分率为依据，分成三个级配区，见表4-3和图4.3（级配曲线）。表4-3砂的颗粒级配区（GB/T14684——2001）级配区累计筛余，%筛孔尺寸，mmⅢⅡⅠ0～100～100～104.750～150～255～352.360～2510～5035～651.1816～4041～7071～850.655～8570～9280～950.390～10090～10090～1000.15注：①砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和0.6mm筛孔外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。②Ⅰ区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到85～100，Ⅱ区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到80～100，Ⅲ区人工砂中0.15mm筛孔累计筛余可以放宽到75～100。
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砂的颗粒级配区：混凝土用砂的颗粒级配，应处于表4-3或图4.3的任何一个级配区内，否则认为砂的颗粒级配不合格。一般认为，处于2区级配的砂，其粗细适中，级配较好；1区砂含粗粒较多，属于粗砂，拌制的混凝土保水性差；3区砂颗粒较细，属于细砂，拌制的混凝土保水性好、黏聚性好，但水泥用量多，干缩大，容易产生微裂缝。混凝土用砂的级配必须合理，否则难以配制出性能良好的混凝土，当现有的砂级配不良时，可采用人工级配方法来改善，最简单措施是将粗、细砂按适当比例进行试配，掺和使用。图４.3砂的级配曲线
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砂筛分例题：【例4-1】某干砂500g,筛分结果如表4-4所列。试判断该砂的粗细程度和级配好坏。【解】根据表4-4给定的各筛上的筛余量，计算出各筛上的分计筛余百分率及累计筛余百分率，并填入表4-4。表4-4 500g烘干砂的各筛上筛余量及分计和累计筛余百分率累计筛余百分率（%）分计筛余筛孔尺寸分计筛余百分率(%)筛余量（g）A1=6304.75mmA2=6+8=14402.36mmA3=14+10=24501.18mmA4=24+40=642000.6mmA5=64＋20=841000.3mmA６＝84+14=98700.15mm
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砂的细度模数：细度模数ＭＸ为2.67,在2.3～3.0之间，故该砂为中砂。将表4-4中计算出的各筛上的累计筛余百分率与表4-3相应的范围进行比较，发现各筛上的累计筛余百分率均在2区规定的级配范围之内。因此，该砂级配良好。４.砂的含水状态施工中使用的砂一般都是露天堆放，受环境温湿度的影响，砂有四种含水状态，即：全干状态、气干状态、饱和面干状态和完全湿润状态，如图4.4所示。图4.4砂的含水状态（a）全干状态(b)气干状态(c)饱和面干状态(d)完全湿润状态全干状态的砂含水率等于或接近于零；气干状态的砂含水率与大气湿度相平衡，但未达到饱和；饱和面干状态的砂，其内部空隙含水达到饱和，但表面干燥；完全湿润状态的砂不但内部空隙含水达到饱和，而且表面还附着自由水。普通混凝土配合比设计，一般以气干状态的骨料为基础，而一些大型水利工程常以饱和面干状态的骨料为基础。
1.有害杂质含量粗骨料中的有害杂质主要有：黏土、淤泥、硫酸盐及硫化物和一些有机杂质等，这些有害物质对混凝土的危害作用与细骨料中的相同。另外粗骨料中还可能含有针状（颗粒长度大于相应颗粒平均粒径的2.4倍）和片状（颗粒厚度小于平均粒径的0.4倍），针、片状颗粒易折断，其含量多时，会降低新拌混凝土的流动性和硬化后混凝土的强度。粗骨料中有害杂质及针片状颗粒的允许含量应符合表4-5的规定。表4-5粗骨料中有害杂质及针片状颗粒限制值(GB/T14685-2001)指标项目Ⅲ类Ⅱ类Ⅰ类1.51.00.5含泥量（按质量计，%），＜＜0.7＜0.50泥块含量（按质量计，%）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，%），＜25155针片状颗粒含量（按质量计，%），＜
2）颗粒级配与细骨料要求一样，粗骨料也应具有良好的颗粒级配，以减少空隙率，节约水泥，提高混凝土的密实度和强度。粗骨料的颗粒级配是通过方孔标准筛筛分试验来测定，方孔标准筛孔径分别为2.36mm、4.75mm、9.5mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm和90.0mm。筛分后，称得每个筛上的筛余量，计算出分计筛余百分率和累计筛余百分率（分计筛余百分率和累计筛余百分率的计算与细骨料相同）。粗骨料的颗粒级配分为连续级配和单粒级配，混凝土用粗骨料的颗粒级配应符合表4-7的规定。表4-7混凝土用碎石或卵石的颗粒级配要求（GB/T14685--2001）
拌和及养护用水：4.2.4拌和及养护用水对拌和及养护混凝土用水的质量要求是：不影响混凝土的凝结和硬化，无损于混凝土的强度发展和耐久性，不加快钢筋的锈蚀，不引起应力钢筋脆断，不污染混凝土表面等。《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—92）规定，混凝土用水宜优先采用符合国家标准的饮用水。若采用其他水源时，水质要求符合《混凝土用水标准》（JGJ63—2006）规定，水中各种杂质的含量应符合表4-8的规定。表4-8混凝土用水中有害物质含量限制值（JGJ63--2006）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土项目4.54.55.0pH值，≥500020002000不容物/(mg/L), ≤1000050002000可容物/(mg/L), ≤35001000500氯化物(按Cl-计)/(mg/L), ≤27002000600硫酸盐(按SO42-计)/(mg/L), ≤150015001500碱含量(rag/L), ≤注:碱含量按Na2O + 0.658K2O计算值来表示。采用非碱活性骨料时，可不检验碱含量。混凝土养护用水可不检验不溶物和可溶物。
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图4.5 部分外加剂：图4.5部分外加剂（液体）外观示意图从左向右：增稠剂、减缩剂、减水剂、发泡剂阻锈剂和引气剂4.3.1混凝土外加剂的种类按外观状态不同，分为粉状和液体两种。图4.5列出了常用的几种液体外加剂的外观颜色。按化学成分不同，混凝土外加剂可分为：1.无机类：主要成分为无机盐。如：氯化钠（防冻剂）、硫酸钠（早强剂）、三聚磷酸钠（无机缓凝剂）等。2.有机类：主要成分为有机物。如：葡萄糖酸钠（有机缓凝剂）、三乙醇胺（有机早强剂）等。3.复合类；包括无机与无机复合、无机与有机复合、有机与有机复合。如：各种性能的泵送剂、硫酸钠+三乙醇胺（复合型早强剂）等均属复合类外加剂。按其主要功能不同，又可分为以下四类：1.改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。如各种减水剂、引气剂和泵送剂等。2.调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。3.改善混凝土耐久性的外加剂。如引气剂、防水剂、防锈剂等。4.改善混凝土其他性能的外加剂。如膨胀剂、防冻剂、防水剂、着色剂、脱模剂、减缩剂、发泡剂、养护剂等。
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图4.6表面活性剂分子结构模型4.3.2常用的混凝土外加剂1.减水剂减水剂是指在保证混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。目前国内使用的减水剂种类繁多。按减水效果差异，分为普通型和高效型；按凝结时间不同分标准型、早强型和缓凝型；按是否引气可分为引气型和非引气型。1)减水剂的作用机理常用的减水剂属表面活性物质，其分子结构由亲水基团和憎水基团两部分组成。图4.6为磺酸盐减水剂分子结构示意图，其磺酸钠基团为亲水基团，脂肪烃基团为憎水基团。
2)普通减水剂普通减水剂是减水率在5%～10%的减水剂。常用的普通减水剂有木质素磺酸钙（木钙）、木质素磺酸钠（木钠）、木质素磺酸镁（木镁）等。木钙、木钠、木镁统称为木质素系减水剂，它们是以生产纸浆或纤维浆剩余下来的亚硫酸浆废液为原料，采用石灰乳中和，经生物发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制得的棕黄色粉未，掺量约为胶凝材料量的0.2%～0.3%。其技术性能特点见表4.9。表4.9木质素磺酸盐性能比较木镁木钠木钙项目9～9.54～6PH5～88～105～8减水率，%约2．5约2.5约3引气性，%约10095～10590～1003d抗压强度比，%约110100～120100～11028d＋0＋30＋270初凝凝结时间，min＋30＋60＋275终凝
早强剂多用于冬季低温和负温（温度不低于-50C）混凝土施工和抢修工程。需要注意的是：1）氯盐类早强剂对钢筋有腐蚀性。因此，干燥情况下钢筋混凝土氯离子量[Cl-]量不宜大于水泥量的0.6%，素混凝土中氯离子量不宜大于水泥量的1.8%。预应力混凝土结构、相对湿度大于80%环境的钢筋混凝土、使用冷拉钢丝或冷拨低碳钢丝的混凝土，不得使用氯盐类早强剂。2）硫酸盐类早强剂掺量大时，表面会出现明显“白霜”，影响混凝土外观。为减轻或避免这种泛白现象，应加强混凝土早期养护，且掺量一般≤2%。3）三乙醇胺也是常用的早强剂之一。掺量过大（＞0.05%）时，不仅不经济，而且严重影响混凝土凝结时间，甚至发生快凝、后期强度降低等异常现象。3 .防冻剂防冻剂是能降低水的冰点，使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到足够防冻强度的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类（氯化钠、氯化钙）、氯盐阻锈类（以氯盐与亚硝酸钠复合）、无氯盐类（硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合）三大类型。氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土；氯盐阻锈类防冻剂可用于钢筋混凝土；无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土工程和预应力钢筋混凝土工程。使用时，应注意：1）混凝土拌合物中冰点的降低与防冻剂液相浓度有关，因此，气温越低，防冻剂的掺量应适当加大。
2）在混凝土中掺加防冻剂的同时，还应注意混凝土其它组成材料的选择及养护措施等。如水泥品种尽可能选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；当防冻剂中含有较多的Na+、K+离子时，不得使用活性骨料；负温下混凝土表面不得浇水等。3）在日最低所温为-50C时，可不用防冻剂，采用早强剂或早强减水剂即可。浇筑后的混凝土应采用一层塑料薄膜和两层草袋或其他代用品覆盖养护。另外，冬季复配防冻剂时，如配比不当，易出现结晶或沉淀，堵塞管道泵而影响混凝土生产或浇注；某些防冻剂（如尿素）掺量过多时，混凝土会缓慢向外释放出对人产生刺激性气体（氨气），使竣工后的建筑室内有害气体含量超标；还有一些防冻剂（如碳酸钾）掺加后，混凝土后期强度损失较大。这些现象均应在生产和使用防冻剂时加以注意。3.引气剂引气剂是指在混凝土拌和物搅拌过程中，能引入大量均匀、稳定而封闭的微小气泡（直径在10-100um）的外加剂。引气剂的掺量十分微小，适宜掺量仅为水泥质量的0.005%--0.012%。目前常用的引气剂主要有松香热聚物、松香皂和烷基苯磺酸盐等。其中，以松香热聚物的效果较好、用的最多，松香热聚物是由松香与硫酸、石碳酸起聚合反应，再经氢氧化钙中和而成。
引气剂属憎水性表面活性剂，由于能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡。同时，因引气剂定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不易破裂。正是由于大量微小、封闭并均匀分布的气泡存在，使混凝土的某些性能得到明显改善或改变。1）改善混凝土拌合物的和易性混凝土内大量微小封闭球状气泡，如同滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物流动性增加。同时，由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使能自由移动的水量减少，混凝土拌合物的泌水量大大减少，保水性、粘聚性也随之提高。2）显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性大量均匀分布的封闭气泡切断了混凝土中的毛细管渗水通道，改变了混凝土的孔结构，使混凝土抗渗性显著提高。同时，封闭气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性也得到提高。3）降低混凝土强度由于大量气泡，减少了混凝土有效受力面积，使混凝土强度有所降低。一般地，混凝土含气量每增加1%，其抗压强度将下降4%～6%。引气剂主要用于抗渗混凝土、抗冻混凝土、泌水严重的混凝土、抗硫酸盐混凝土及饰面有要求的混凝土等，不宜用于蒸汽养护的混凝土和预应力混凝土。
5.泵送剂随着商品混凝土的推广，混凝土采用泵送施工越来越普遍。对泵送施工的混凝土必须具有良好的可泵性。泵送剂即是改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。混凝土泵送剂应具备以下特点：1)减水率高多采用高效减水剂，以便降低水灰比的同时，增加混凝土的流动性，减少泵送压力。2）坍落度损失小坍落度是反映混凝凝土拌合物稀稠程度的物理量。坍落度值大，说明混凝土拌合物稀，流动性好。混凝土拌合物从搅拌机出来到施工现场浇筑，这一时间段的坍落度的差值，叫坍落度损失。混凝土拌合料坍落度的损失应满足输送、泵送、浇筑要求，防止堵塞管道。3)具有一定引气性在保证强度不受影响下，适当的引气性可减少拌合料与管壁的摩擦阻力，增加拌合料的粘聚性。4)与水泥有着良好的相容性。
混凝土泵送剂一般不是单一组分，而是由功能各异的多种组分（或外加剂）组成：1）减水组分可以采用普通型减水剂（主要用于混凝土强度等级较低、坍落度要求不高，且现场拌制和浇筑的混凝土）和高效减水剂（主要用于配制强度等级高、流动度大、输送距离远的混凝土）。试验表明，在泵送剂中采用两种或两种以上减水剂复合，可取得超叠加效应，有利于降低成本和改善混凝土的可泵性。2）缓凝组分延缓初、终凝时间，降低水化放热速率，降低坍落度损失。主要品种有：磷酸盐类、羟基羧酸盐类、糖类及多元醇类等。3）引气组分改善和易性，减少泵送阻力，增加粘聚性，提高混凝土抗渗、抗冻性。主要品种有：松香皂类、松香热聚物类及引气性减水剂等。4）保水组分减少混凝土水分的蒸发，增加混凝土拌合物均匀性和稳定性，控制混凝土坍落度损失。主要品种有：聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素等。以上是泵送剂的基本组成，根据混凝土施工环境及使用目的，其组成成分及各成分比例也应做适当调整。如有早强要求时，应复合早强组分，有抗渗要求时，应掺加防水组分，有抗冻要求时，应复合防冻组分等。
4.3.3使用外加剂的注意事项1.外加剂品种的选择混凝土外加剂的品种很多，效果各异。在选择外加剂时，要特别注意与所用水泥的适应性。使用前，必须先了解外加剂的性能，再根据工程需要、现场施工条件及所用的材料等条件，通过试验验证后选择合适的外加剂品种。2.外加剂掺量不同外加剂，掺量不一样，即便是同一种外加剂，使用不同品牌的水泥或在不同季节使用时，掺量也可能不一样，有时相差还很大。掺量过小，往往达不到预期效果；掺量过大，会影响混凝土质量，甚至造成严重事故。因此，使用外加剂必须严格控制掺量，并准确计量。在没有可靠的资料为依据时，应通过试验来确定最佳掺量。
3.外加剂的掺入方法常用的外加剂掺加方法有以下几种：1）先掺法先掺法是将粉状外加剂先与水泥混合后，再加入集料与水搅拌。这种方法有利于外加剂的分散，能减少集料对外加剂的吸附量，但实际工程中使用不便，常在试验室或混凝土方量较小的现场施工时采用。2）同掺法同掺法是将粉状或液体外加剂与混凝土组成材料一起投入搅拌机拌和，或将液体外加剂先与水混合，然后与其他材料一起拌和。这种方法简单易行，实际工程中大多采用该方法。3）后掺法后掺法是在混凝土加水搅拌了一段时间后（有时在浇筑前），再加入外加剂进一步搅拌，即水泥水化反应进行了一段时间后，再加入外加剂。这种方法可避免拌合物流动性损失过快影响混凝土拌合物浇筑困难现象。4）分次加入法分次加入法是在混凝土搅拌或运输过程中分几次将外加剂加入混凝土拌合物中，使混凝土拌合物中的外加剂浓度始终保持在一定的水平。在相同条件下，后掺法、分次加入法对减小拌合物的坍落度损失效果很好，并可减少外加剂掺量，特别是对水泥矿物中C3A及C4AF含量高且新鲜水泥效果最明显。但同样因使用不便，在实际工程中用的不多。
4.4普通混凝土的主要技术性质混凝土各组成材料按一定比例配合、搅拌而成的尚未凝固的材料，称为混凝土拌合物，亦即新拌混凝土。普通混凝土的主要技术性质包括混凝土拌和物的和易性，硬化混凝土的强度、变形及混凝土的耐久性。4.4.1混凝土拌和物的和易性1.和易性的概念和易性是指混凝土拌和物易于各种施工工序（拌和、运输、浇筑、振捣等）操作并能获得质量均匀、密实的性能，也叫混凝土工作性。它是一项综合技术性质，包括流动性、黏聚性和保水性三方面含义。1）流动性是指混凝土拌和物在自重或机械振捣作用下能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。流动性反映混凝土拌和物的稀稠。若混凝土拌和物太干稠，流动性差，难以振捣密实，易造成内部或表面孔洞等缺陷；若拌和物过稀，流动性好，但容易出现分层离析现象（水泥浆上浮、石子颗粒下沉），从而影响混凝土的质量。2）黏聚性是指混凝土拌和物各颗粒间具有一定的黏聚力，在施工过程中能够抵抗分层离析，使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性反映混凝土拌和物的均匀性。若混凝土拌和物黏聚性不好，混凝土中骨料与水泥浆容易分离，造成混凝土不均匀，振捣后会出现蜂窝、空洞等现象。3）保水性是指混凝土拌和物保持水分的能力，在施工过程中不产生严重泌水的性能。保水性反映混凝土拌和物的稳定性。保水性差的混凝土内部容易形成透水通道，影响混凝土的密实性，并降低混凝土的强度和耐久性。混凝土拌和物的和易性是以上三方面性能的综合体现，它们之间既相互联系，又相互矛盾。提高水灰比，可使流动性增大，但黏聚性和保水性往往变差；要保证拌合物具有良好的黏聚性和保水性，则流动性会受到影响。不同的工程对混凝土拌和物易性的要求也不同，应根据工程具体情况对和易性三个方面既要有所侧重，又要互相照顾。
2.和易性的测定由于混凝土拌和物的和易性是一项综合的技术性质，目前还很难用一个单一的指标来全面衡量混凝土拌合物的和易性。通常以坍落度试验和维勃稠度试验来评定混凝土拌和物的和易性。先测定其流动性，再以直观经验观察其黏聚性和保水性。1）坍落度试验在平整、润湿且不吸水的操作面上放置坍落筒，将混凝土拌和物分三次（每次装料1/3筒高）装入坍落度筒内，每次装料后，用插捣棒从周围向中间插捣25次，以使拌合物密实。待第三次装料、插捣密实后，表面刮平，然后垂直提起坍落度筒。拌和物在自重作用下会向下坍落，坍落的高度（以mm计）就是该混凝土拌和物的坍落度，见图4.8所示。图4.8坍落度及维勃稠度试验(a)坍落度试验(b)维勃稠度试验
坍落度数值越大，表示混凝土拌和物的流动性越好。根据混凝土拌和物坍落度大小，可分为：干硬性混凝土，坍落度小于10mm；低塑性混凝土，坍落度10～40mm塑性混凝土，坍落度为50～90mm；流动性混凝土，坍落度100～150mm；大流动性混凝土，坍落度大于160mm。在进行坍落度试验过程中，同时观察拌和物的黏聚性和保水性。用捣棒在已坍落的拌和物锥体侧面轻轻击打，如果锥体逐渐下沉，表示拌和物黏聚性良好；如果锥体突然倒坍或部分崩裂或出现离析现象，表示拌和物黏聚性较差。若有较多的稀浆从锥体底部析出，锥体部分的拌和物也因失浆而骨料外露，表明混凝土拌和物保水性不好；如无这种现象，表明保水性良好。施工中选择混凝土拌和物的坍落度，一般依据构件截面的大小、钢筋分布的疏密、混凝土成型方式等因素来确定。若构件截面尺寸较小、钢筋分布较密，且为人工捣实，坍落度可选择大一些；反之，坍落度可选择小一些。混凝土的坍落度值可参考表4-10选用。表4-10混凝土浇筑时的坍落度坍落度（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30～50板、梁和大型及中型截面的柱子50～70配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）70～90配筋特密的结构
２）水泥浆的稠度（水灰比）水泥的稀稠是由水灰比决定的。水灰比是指混凝土拌和物中用水量与水泥用量的比值。当水泥用量一定时，水灰比越小，水泥浆越稠，拌和物的流动性就越小。当水灰比过小时，水泥浆过于干稠，拌和物的流动性过低，影响施工，且不能保证混凝土的密实性。水灰比增大会使流动性加大，但水灰比过大，又会造成混凝土拌和物的黏聚性和保水性较差，产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度和耐久性。所以，水泥浆的稠度（水灰比）不宜过大或过小，应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用。混凝土常用水灰比在0.40～0.75之间。无论是水泥浆数量的多少，还是水泥浆的稀稠，实际上对混凝土拌和物流动性起决定作用的是用水量的多少。当使用确定的材料拌制混凝土时，为使混凝土拌和物达到一定的流动性，所需的单位用水量是一个定值。当使用确定的骨料，如果单位体积用水量一定，单位体积水泥用量增减不超过50～100Kg，混凝土拌合物的坍落度大体可保持不变。应当指出的是，不能单独采取增减用水量（即改变水灰比）的办法来改善混凝土拌和物的流动性，而应该在保持水灰比不变的条件下用增减水泥浆数量的办法来改善拌和物的流动性。
4）时间及环境的温、湿度混凝土拌和物随时间的延长，因水泥水化及水分蒸发而逐渐变得干稠，和易性变差；环境温度上升，水分容易蒸发，水泥水化速度也会加快，混凝土拌和物流动性将减小；空气湿度小，拌和物水分蒸发较快，坍落度损失也会加快。夏季施工或较长距离运输的混凝土，上述现象更加明显。5）施工工艺采用机械拌和的混凝土比同等条件下人工拌和的混凝土坍落度大；采用同一种拌和方式，其坍落度随着有效拌和时间的增长而增大。搅拌机类型不同，拌和时间不同，获得的坍落度也不同。6）其他因素的影响水泥的品种、骨料种类及形状、外加剂等，都对混凝土的和易性有一定影响。水泥的标准稠度用水量大，则拌和物的流动性小。骨料的颗粒较大，外形圆滑及级配良好时，则拌和物的流动性较大。此外，在混凝土拌和物中掺入外加剂（如减水剂），能显著改善和易性。综上所述，在实际工程中，可采用如下措施调整混凝土拌合物的和易性：（1）通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率；（2）改善砂、石的级配；（3）在可能条件下，尽可能采用较粗的砂、石；（4）当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，适量增加水泥浆数量；当坍落度太大时，保持砂率不变，适量增加砂、石。（5）掺加外加剂，如减水剂、引气剂等。
4.4.2硬化混凝土的强度强度是混凝土最重要的力学性质。因为混凝土主要用于承受荷载或抵抗抗各种作用力。混凝土的强度有立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度、粘结强度、抗弯强度等。混凝土的抗压强度最大，抗拉强度最小，因此在建筑工程中主要是利用混凝土来承受压力作用。混凝土的抗压强度是混凝土结构设计的主要参数，也是混凝土质量评定的重要指标。工程中提到的混凝土强度一般指的是混凝土的抗压强度。1．混凝土的抗压强度与强度等级混凝土抗压强度是指其标准试件在压力作用下直到破坏时，单位面积所能承受的最大压力。根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081-2002）规定，测定混凝土抗压强度，宜采用150mm×150mm×150mm的标准试模，制作150mm×150mm×150mm的标准混凝土试件，在标准养护条件（200C±20C,相对湿度95%以上）养护28天,进行抗压试验,所测得的抗压强度值叫混凝土立方体抗压强度,用表示，单位：MPa或N/mm2。按《混凝土结构设计规程》（GB50010-2002）规定，在立方体极限抗压强度总体分布中，具有95%强度保证率的立方体试件抗压强度，称为立方体抗压强度标准值，用表示。根据混凝土立方体抗压强度标准值，将混凝土强度划分为若干等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。其中C表示混凝土，C后面的数字表示混凝土立方体抗压强度标准值。如强度等级为C25的混凝土，表示混凝土立方体抗压强度标准值:25MPa≤＜30MPa。
2．混凝土轴心抗压强度()混凝土的强度等级是采用立方体试件来确定的，但在实际工程中，混凝土结构构件的形式极少是立方体，大部分是棱柱体或圆柱体。为了能更好地反映混凝土的实际抗压性能，在计算钢筋混凝土构件承载力时，常采用混凝土轴心抗压强度作为设计依据。根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081-2002）规定，测定轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件，在标准养护条件下养护至28天龄期后按照标准试验方法测得，用表示。混凝土轴心抗压强度约为立方体抗压强度的70%～80%。
3．混凝土的抗拉强度()混凝土的抗拉强度很低，只有抗压强度的1/10～1/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值有所降低。也就是当混凝土强度提高时，抗拉强度的增加不及抗压强度提高得快。因此混凝土在工作时一般不依靠其抗拉。但抗拉强度对混凝土的抗裂性具有重要意义，是结构设计中确定混凝土抗裂度的重要指标，也用来衡量混凝土与钢筋的黏结强度，并预测由于干湿变化和温度变化而产生裂缝的情况。测定混凝土抗拉强度的试验方法有直接轴心受拉试验和劈裂试验，直接轴心受拉试验时试件对中比较困难，因此中国目前常采用劈裂试验方法测定。劈裂试验方法是采用边长为150mm的立方体标准试件，按规定的劈裂抗拉试验方法测定混凝土的劈裂抗拉强度。其劈裂抗拉强度的计算公式如下：
４．混凝土与钢筋的粘结强度（）在钢筋混凝土结构中，要使钢筋和混凝土能共同承受荷载，混凝土与钢筋之间必须要有一定的粘结强度。这种粘结强度主要来源于混凝土和钢筋之间的摩擦力、钢筋与水泥石之间的粘结力及变形钢筋的表面与混凝土之间的机械啮合力。粘结强度与混凝土质量、混凝土强度、钢筋尺寸及变形钢筋种类、钢筋在混凝土中的位置（水平钢筋或垂直钢筋）、加荷类型（使钢筋受拉或受压）、混凝土温湿度变化等因素有关。目前，还没有一种较适当的标准试验能准确测定混凝土与钢筋的粘结强度。美国材料试验学会（ASTMC234）提出了一种拨出试验方法：将φ19的标准变形钢筋，埋入边长为150mm立方体混凝土试件，标准养护28天后，进行拉伸试验，试验时以不超过34MPa/min的加荷速度对钢筋施加拉力，直到钢筋发生屈服，或混凝土开裂，或加荷端钢筋滑移超过2.5mm。记录出现上述三种中任一情况时的荷载值（4-5）
5.混凝土抗弯强度（）道路路面或机场跑道用混凝土，是以抗弯强度（或称抗折强度度）为主要设计指标。水泥混凝土的抗弯强度试验是以标准方法制成150mm×150mm×550mm的梁形试件，在标准条件下养护28d后，按三分点加荷，测定其抗弯强度（），计算公式如下：（4-6）如为跨中单点加荷得到的抗折强度度，按断裂力学推导应乘以折算系数0.85。
6.影响混凝土强度的主要因素混凝土受压可能有三种破坏形式：骨料与水泥石界面的黏结处破坏、水泥石本身受压破坏和骨料受压发生破坏。试验证明，混凝土的受压破坏形式通常是前两种。这是因为骨料强度一般都大大超过水泥石强度和黏结面的黏结强度，所以，混凝土强度主要取决于水泥石强度和水泥石与骨料表面的黏结强度。而水泥石强度、水泥石与骨料表面的黏结强度又与水泥标号、水灰比、骨料性质等因素有密切关系，此外还受施工工艺、养护条件、龄期等多种因素影响：1）水泥强度等级和水灰比水泥强度等级和水灰比是影响混凝土强度最重要的因素。在混凝土配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度等级也越高；在水泥强度等级相同的情况下，水灰比越小，混凝土的强度越高。但应说明，如果水灰比太小，拌和物过于干硬，无法保证施工质量，将使混凝土中出现较多的蜂窝、孔洞，显著降低混凝土的强度和耐久性。混凝土的强度与水灰比呈曲线关系［如图4-11（a）］，与灰水比则呈直线关系［如图4-11（b）］
瑞士学者保罗米通过大量试验研究，应用数理统计的方法，提出了混凝土强度与水泥强度等级及水灰比之间的关系式，即混凝土强度公式（保罗米公式）：(4-7)
混凝土强度公式一般只适用于流动性混凝土和低流动性混凝土（对干硬性混凝土则不适用）。利用上述的强度公式可解决以下两个问题：一是当所采用的水泥强度等级已定，欲配制某种强度的混凝土时，可以估算应采用的水灰比值；二是当已知所采用的水泥强度等级和水灰比时，可以估计混凝土28天可能达到的立方体抗压强度。2．养护的温度与湿度混凝土强度的增长过程，是水泥水化和凝结硬化的过程，这一过程必须在一定的温度和湿度条件下进行。因此，混凝土成型后，在一定时间内应保持适当的温度和足够的湿度，以使水泥充分水化，这就是混凝土养护。养护温度高，水泥水化速度快，混凝土强度发展也快；反之，在低温下，混凝土强度发展迟缓。当温度低至00C以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。养护温度对混凝土强度的影响如图4.12所示。图4.12养护温度对混凝土强度的影响
养护条件对强度的影响：水是水泥水化反应的必要条件，只有周围环境有足够的湿度，水泥水化才能正常进行，混凝土强度得到充分发展。如果湿度不够，水泥难于正常水化，甚至停止水化。图4.13为潮湿养护对混凝土强度的影响。这不仅严重降低混凝土的强度，而且会引起干缩裂缝和结构疏松，从而影响耐久性。图4.13混凝土强度与保湿养护时间的关系为了保证混凝土的强度持续增长，施工规范规定，在混凝土浇筑完毕后应在12小时内进行覆盖，以防水分蒸发。冬天施工的混凝土，要注意采取保温措施；夏季施工的混凝土，要特别注意浇水保湿。使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥，浇水保湿应不少于7天；使用火山灰水泥和粉煤灰水泥，或在施工中掺用缓凝型外加剂，或混凝土有抗渗要求时，保湿养护不应少于14天。
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3．养护时间（龄期）混凝土在正常养护条件下，强度将随龄期的增长而提高。混凝土的强度在最初的3～7d内增长较快，28d后强度增长逐渐变慢，但只要保持适当的温度和湿度，其强度会一直有所增长。所以，一般以混凝土28d的强度作为设计强度值。普通水泥混凝土，在标准混凝土养护条件下，混凝土强度大致与龄期的对数成正比，计算式如下：（4-8）式（4-8）适用于在标准条件下养护的不同水泥拌制的中等强度等级的混凝土。根据此式，可由所测混凝土早期强度，估算其28d龄期的强度，或者由混凝土28d强度推算28d前混凝土达到某一强度值需要养护的天数，以此作为确定混凝土拆模、构件起吊、放松预应钢筋等工序的依据。需要注意的是，由于混凝土强度影响因素很多，强度发展也很难一致，因此该公式仅供参考。
4.骨料当骨料中含有杂质较多：4．骨料当骨料中含有杂质较多，或骨料材质低劣（强度较低）时，会降低混凝土的强度。表面粗糙并有棱角的骨料，与水泥石的黏结力较强，可提高混凝土的强度。所以在相同混凝土配合比的条件下，用碎石拌制的混凝土强度比用卵石拌制的混凝土强度高。骨料粒形以三维长度相等或相近的球形或立方体形为好，若含有较多针片状颗粒，则会增加混凝土孔隙率，增加混凝土结构缺陷，导致混凝土强度降低。5．试验条件试验条件，如试件尺寸、试件承压面的平整度及加荷速度等，都对测定混凝土的强度有影响。（1）试件尺寸试件尺寸大时，内部孔隙、缺陷等出现的几率也大，导致有效受力面积减小及应力集中，从而引起强度降低。反过来，试件尺寸小，测得的强度就高。我国标准规定，采用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，也可根据粗骨料最大粒径选用不同的试件尺寸，然后将测定结果乘以表4-11所列的换算系数，换算成标准试件的强度值。表4-11混凝土试件不同尺寸的强度换算系数换算系数试件尺寸(mm)粗骨料最大粒径（mm）0.95100×100×100301150×150×150401.05200×200×20060
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试件破坏形态对比：图4.14压力机压板对图4.15试件破坏后残存图4.16不受压板约束时试件的约束作用的棱锥体试件的破坏情况
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（3）加荷速度加荷速度越快，测得的混凝土强度值越大，当加荷速度超过1.0PMPa/s时，这种趋势更加显著。因此，我国标准规定，混凝土抗压强度的加荷速度为0.3～0.8MPa/s，且应连续均匀地加荷。4.4.3提高混凝土强度的主要措施1.采用高强度等级水泥相同的配合比情况下，水泥的强度等级越高，混凝土强度越高，但由于水泥强度等级的提高，受原料、生产工艺等因素制约，故单纯靠提高水泥强度来提高混凝土强度，往往不现实，也不经济。２.降低水灰比这是提高混凝土强度的有效措施。降低混凝土拌合物水灰比，即可降低硬化混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实度，增加水泥与骨料之间的粘接力，因而提高混凝土强度。但降低水灰比，会使混凝土拌合物的工作性下降，因此，施工时必须有相应的技术措施配合，如采用机械强力振动、掺加外加剂等。
4.5混凝土的变形混凝土在硬化期间和使用过程中，会受到各种因素作用而产生变形。混凝土的变形直接影响到混凝土的强度和耐久性，特别是对裂缝的产生有直接影响。引起混凝土变形的因素很多，归纳起来可分为两大类，即非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。4.5.1非荷载作用下的变形1.化学收缩一般水泥水化生成物的体积比水化反应前物质的总体积要小，导致水化过程的体积收缩，这种收缩称为化学收缩。化学收缩随混凝土硬化龄期的延长而增加，在40d内收缩值较快，以后逐渐稳定。化学收缩是不能恢复的，它对结构物不会产生明显的破坏作用，但在混凝土中可产生微细裂缝。2.自收缩自收缩是指水泥浆、砂浆、混凝土因水化引起的宏观体积减少（可见的体积变化）。由于硬化浆体结构的刚度较大，所以自收缩减少的体积远小于化学收缩减少的绝对体积。当有外来水补充时自收缩不会发生，而没有外来水时，水泥水化消耗孔隙水导致浆体自身的干燥和体积的均匀减少。
自收缩与化学收缩：自收缩随水灰比的降低和水泥浆量的增加而增加。普通混凝土的自收缩可忽略，然而混凝土的水灰比低于0.42时，自收缩极其显著。高强、低水灰比混凝土的自收缩可达（200～400）×10-6。对于水灰比为0.30的混凝土自收缩可达干燥收缩的一半。图4.17为水泥浆体早期自收缩与化学收缩之间的关系图4.17水泥浆体早期自收缩与化学收缩之间的关系近来，随着高性能、低水灰比混凝土在桥梁和其他结构中的广泛应用，混凝土自收缩已受到关注。为了减少自收缩引起混凝土裂缝，除调整浆体数量和水灰比外，应加强混凝土养护，特别要加强混凝土早期养护，也可使用减缩剂来减少自收缩。
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3.干湿变形由于周围环境的湿度变化引起混凝土变形，叫干湿变形。干湿变形的特点是干缩湿胀。当混凝土在水中硬化时，水泥凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间距增大，使混凝土产生微小膨胀。当混凝土在干燥空气中硬化时，混凝土中水分逐渐蒸发，水泥凝胶体或水泥石毛细管失水，使混凝土产生收缩。若把已收缩的混凝土再置于水中养护，原收缩变形一部分可以恢复，但仍有一部分（占30%～50%）不可恢复。混凝土的湿胀变形量很小，对结构一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩可能使混凝土表面出现拉应力而开裂，严重影响混凝土的耐久性。一般条件下，混凝土的极限收缩值达（50～90）×10-5mm/mm。工程设计时，混凝土线收缩采用（15～20）×10-5mm/mm，即每1m胀缩0.15～0.20mm。为了防止发生干缩，应采取如下措施：1）加强养护。在养护期内使混凝土保持潮湿环境。2）减小水灰比。水灰比大，会使混凝土收缩量大大增加。3）减小水泥用量。水泥用量减少，骨料含量相对增加，骨料的体积稳定性比水泥浆好，可抑制水泥收缩。4）加强振捣。混凝土振捣得越密实，内部空隙量越少，收缩量就越小。
4.5.2荷载作用下的变形1.短期荷载作用下的变形混凝土是由水泥石、砂、石子等组成的不均匀复合材料，是一种弹性塑性体。混凝土受力后既会产生可以恢复的弹性变形，又会产生不可恢复的塑性变形。全部应变（ε）是由弹性应变（εe）与塑性应变(εP)组成，如图4.18所示。混凝土应力与应变曲线上任一点的σ与其应变ε的比值，叫做混凝土在该应力下的变形模量。它反映混凝土所受应力与所产生应变之间的关系，混凝土应力与应变之间的关系不是直线而是曲线，因此混凝土的变形模量不是定值。图4.18混凝土受力应力-应变图图4.19 α0、α1、α2示意图
根据《普通混凝土力学性能试验方法》（GBJ81）规定，采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，取测定点的应力等于试件轴心抗压强度的40%，经四次以上反复加荷与卸荷后，所得的应力-应变曲线与初始切线大致平行时测得的变形模量值，即为该混凝土的的弹性模量，数值上等于tanα0（如图4.19）。在计算钢筋混凝土结构的变形、裂缝以及大体积混凝土的温度应力时，都需要知道混凝土弹性模量。影响混凝土弹性模量的因素主要有混凝土的强度、骨料的性质以及养护条件等。混凝土的强度等级越高，弹性摸量也越高，当混凝土的强度等级由C15增加到C80时，其弹性摸量大致由2.20×104MPa增至3.80×104MPa；骨料的含量越多，混凝土的弹性模量也越高；混凝土的水灰比小，养护较好及龄期较长时，混凝土的弹性模量也较大。2.长期荷载作用下的变形1）混凝土受压变形与破坏混凝土在未受力之前，其水泥浆与骨料之间及水泥浆内部，就已存在着随机分布的不规则微细原生界面裂缝。而混凝土在荷载下产生的变形，则是与裂缝的变化发展密切相关的。当混凝土试件单向静力受压，而荷载不超过极限应力的30%时，这些裂缝无明显变化，此时荷载（应力）与变形（应变）接近直线关系。当荷载达到30％～50%极限应力时，裂缝数量上有所增加，且稳定地缓慢伸展，因此，在这一阶段，应力-应变曲线不再成直线关系，产生弯曲。当荷载超过50%极限应力时，界面裂缝就不稳定，而且逐渐延伸至砂浆基体中。当超过75%极限应力，在界面裂缝继续发展的同时，砂浆基体中的裂缝也逐渐增生，并与邻近的界面裂缝连接起来，成为连续裂缝，变形加速增大，荷载曲线明显地弯向水平应变轴。超过极限荷载后，连续裂缝急剧扩展，混凝土的承载能力迅速下降，变形急剧增大而导致试件完全破坏。
混凝土的徐变，一般认为是由于水泥石中的凝胶体在长期荷载作用下的黏性流动，并向毛细孔中移动的结果。在混凝土的较早龄期加荷，水泥尚未充分水化，所含凝胶体较多，且水泥石中毛细孔较多，凝胶体易于流动，所以徐变发展较快。随着水泥继续硬化，凝胶体含量相对减少，毛细孔亦少，徐变发展渐慢。影响混凝土徐变的因素很多，混凝土水灰比较小或在水中养护时，徐变较小；同等水灰比的混凝土，其水泥用量越多，徐变越大；混凝土所用骨料的弹性模量较大时，徐变较小；所受应力越大，徐变也越大。混凝土的徐变对混凝土结构物的影响有利也有弊。有利的是，徐变能消除混凝土内的应力集中，使应力较均匀地重新分布。对大体积混凝土，则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。但是，徐变会使结构的变形增加；在预应力钢筋混凝土结构中，徐变会使钢筋的预应力受到损失，从而降低结构的承载能力。
4.6混凝土的耐久性在建筑工程中不仅要求混凝土具有足够的强度来安全地承受荷载，还要求混凝土具有与环境相适应的耐久性来延长建筑物的使用寿命。例如，受水压作用的混凝土，要求具有抗渗性；与水接触并遭受冰冻作用的混凝土，要求具有抗冻性；处于侵蚀性环境中的混凝土，要求具有相应的抗侵蚀性等。国此，把混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力，称为耐久性。混凝土的耐久性是一项综合技术指标，包括抗渗性抗冻性抗腐蚀性、抗碳化、抗碱-骨料反应等。
4.6.1混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗液体（水、油等）渗透的能力。抗渗性是混凝土耐久性的一项重要指标。它直接影响混凝土抗冻性和抗腐蚀性。当混凝土的抗渗性较差时，不但容易渗水，而且，由于水分渗入内部，当有冰冻作用或水中含腐蚀性介质时，混凝土就容易受到冰冻或腐蚀作用而破坏，对钢筋混凝土还可能引起钢筋的腐蚀以及保护层的开裂和剥落。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是以28d龄期的标准混凝土抗渗试件，按规定试验方法，以不渗水时所能承受的最大水压（MPa）来确定，用代号P表示，共有P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，分别表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的静水压力而不出现渗透现象。混凝土渗水的主要原因是由于内部的孔隙形成连通的渗水通道。这些孔道除产生于施工振捣不密实外，主要来源于水泥浆中多余水分的蒸发而留下的气孔、水泥浆泌水所形成的毛细孔以及粗骨料下部界面水富集所形成的孔穴。这些渗水通道的多少，主要与水灰比大小有关。因此，水灰比是影响抗渗性的一个主要因素。试验表明，随着水灰比的增大，抗渗性逐渐变差，当水灰比大于0.6时，抗渗性急剧下降。提高混凝土抗渗性的重要措施是：提高混凝土密实度、改善混凝土孔隙结构、减少连通孔隙。这些可通过降低水灰比、选择好的骨料级配、充分振捣和养护、掺加引气剂等方法来实现。
4.6.2混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时不严重降低强度的性能。混凝土的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在浸水饱和状态下，进行冻融循环试验，以同时满足强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%时最大循环次数来表示。混凝土的抗冻等级分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300九个等级，分别表示混凝土能承受冻融循环的次数不少于10、15、25、50、100、150、200、250和300次。混凝土受冻破坏的原因主要是由于混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰，体积膨胀（水结成冰后体积膨胀约8%左右）产生膨胀压力，当这种膨胀压力产生的内应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，经多次冻融循环，裂缝不断扩展直到混凝土破坏。混凝土抗冻性与混凝土的密实程度、孔隙率和孔隙特征、孔的充水程度等因素有关。密实的或具有封闭空隙的混凝土，抗冻性较好；水灰比越小，混凝土的密实度越高，抗冻性也较高；在混凝土中加入引气剂或减水剂，能有效提高混凝土抗冻性。
4.6.3混凝土抗侵蚀性混凝土抗侵蚀性是指混凝土抵抗外界侵蚀性介质破坏作用的能力。通常有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、一般酸的侵蚀和强碱侵蚀等。其侵蚀机理见本书每三章。地下、码头、海底等混凝土工程易受环境介质侵蚀，其混凝土应有较高的抗侵蚀性。混凝土的抗侵蚀性与所用的水泥品种、混凝土密实程度、孔隙特征等因素有关。密实性好的或具有封闭孔隙的混凝土，抗侵蚀性好。提高混凝土的抗侵蚀性应根据工程所处环境合理选择水泥品种，常用的水泥品种的选择详见第三章内容。
4.6.4混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2作用生成CaCO3和H2O的过程。混凝土碳化是二氧化碳由表及里逐渐向混凝土内部扩散的过程。碳化引起水泥石化学组成及组织结构变化，降低混凝土的碱度，对混凝土强度和收缩均产生影响。影响碳化速率与混凝土密实度、水泥品种、环境中二氧化碳浓度及环境湿度等因素有关。当水灰比较小，混凝土较密实时，二氧化碳和水不易进入，碳化速度减慢；掺混合材的水泥碱度较低，碳化速度随混合材掺量的增多而加快（在常用水泥中，火山灰水泥碳化速率最快，普通硅酸盐水泥碳化速率最慢）；空气中二氧化碳浓度高时，碳化速度快；在相对湿度为50%～75%的环境中，碳化速率最快，当相对湿度达100%或相对湿度小于25%时，碳化作用停止。碳化对混凝土有利也有弊。由于水泥水化产生大量氢氧化钙，使钢筋处在碱性环境中而在表面生成一层钝化膜，保护钢筋不锈蚀。碳化使混凝土碱度降低，当碳化深度穿透混凝土保护层而达到钢筋表面时，钢筋钝化膜被破坏而发生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，致使混凝土保护层开裂，开裂后的混凝土更有利于二氧化碳和水渗入，加剧了碳化的进行和钢筋的锈蚀，最后导致混凝土顺着钢筋开裂而破坏。另外，碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低混凝土的抗拉、抗折强度度及抗渗能力。不过，碳化产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，以及碳化时放出的水分有助于未水化水泥的继续水化，从而可提高混凝土碳化层的密实度，这对提高混凝土抗压强度有利。如混凝土预制桩往往利用碳化作用来提高桩的表面硬度。但总的来说，碳化对混凝土是弊多利少，因此应设法提高混凝土的抗碳化能力。在实际际工程中，为减少或避免碳化作用，可根据钢筋混凝土所处环境采取：选择合适的水泥品种、设置足够的混凝土保护层、减小水灰比、加强振捣密实、掺加外加剂、在混凝土表面涂刷保护层等措施。
4.6.5混凝土碱-骨料反应碱-骨料反应是指水泥中的碱（Na2O、K2O）与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，在骨料表面生成复杂的碱-硅酸凝胶，凝胶吸水后体积膨胀（体积可增加3倍以上），从而导致混凝土开裂而破坏的现象。图4.21即为碱-骨料反应产生的开裂现象。混凝土发生碱-骨料反应必须具备以下三个条件：1.水泥中碱含量高。水泥中碱含水量按（Na2O＋0.658K2O）%计算大于0.6%。2.砂、石骨料中含有活性二氧化硅成分。含活性二氧化硅的矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英等。3.有水存在。在无水情况下，混凝土不可能发生碱-骨料反应。在实际工程中，为抑制碱-骨料反应，常采取：控制水泥总含碱量不超过0.6%；选用非活性骨料；降低混凝土单位水泥用量，以降低混凝土含碱量；在混凝土中掺入火山灰质混合材，以减少膨胀值；防止水分侵入，设法使混凝土处于干燥状态。图4.21由于碱-骨料反应造成低墙中出现裂纹、剥落及横向位移
4.7普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计就是根据工程所需的普通混凝土各项性能要求，确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。这种比例关系常用两种方式表示：一种是以1立方米混凝土中各组成材料的用量来表示，例如1立方米混凝土各项材料的用量为：水泥310Kg，水155 Kg，砂750 Kg，石子1116 Kg；另一种是以混凝土各项材料的质量比来表示（以水泥质量为1），例如，水泥：水：砂：石子=1：0.5：2.4：3.6。4.7.1混凝土配合比设计的基本要求配合比设计的任务，就是根据原材料的技术性能及施工条件，确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。其基本要求是：1.满足施工条件所要求的和易性2.满足混凝土结构设计的强度等级3.满足工程所处环境和设计规定的耐久性4.在满足上述三项要求的前提下，尽可能节约水泥，降低成本。
4.7.2混凝土配合比设计的资料准备在设计混凝土配合比之前，应掌握以下基本资料：1.了解工程设计所要求的混凝土强度等级和质量稳定性的强度标准差，以便确定混凝土配制强度。2.了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土最大水灰比和最小水泥用量。３.了解结构构件断面尺寸及钢筋配置情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。4.了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌合物坍落度及骨料最大粒径。5.掌握原材料的性能指标，包括：水泥的品种、强度等级、密度；砂、石骨料的种类、体积密度、级配、最大粒径；拌和用水的水质情况；外加剂的品种、性能、掺量等。
4.7.3混凝土配合比设计中的三个重要参数混凝土配合比设计，实质上就是确定水泥、水、砂与石子这四种基本组成材料用量之间的三个比例关系。即：水与水泥用量的比值（水灰比）；砂子质量占砂石总质量的百分率（砂率）；单位用水量。在配合比设计中正确地确定这三个参数，就能使混凝土满足配合比设计的四项基本要求。水灰比是影响混凝土强度和耐久性的主要因素，其确定原则是在满足强度和耐久性要求前提下，尽量选择较大值，以节约水泥。砂率是影响混凝土拌合物和易性的重要指标，选用原则是在保证混凝土拌和物黏聚性和保水性的前提下，尽量取较小值。单位用水量是指1m3混凝土用水量，它反映混凝土拌合物中水泥浆与骨料之间的比例关系，其确定原则是在达到流动性要求前提下取较小值。4.7.4混凝土配合比设计的步骤首先根据原材料的性能和混凝土技术要求进行初步计算，得出“初步计算配合比”。再经过试验室试拌调整，得出“基准配合比”。然后，经过强度检验（如有抗渗、抗冻等其他性能要求，应进行相应的检验），定出满足设计和施工要求并比较经济的“试验室配合比”。最后根据现场砂、石的实际含水率，对试验室配合比进行调整，得出“施工配合比”。1.初步配合比的计算
混凝土强度标准差取值：表4-13 σ取值表＞Ｃ35C20～C35＜C20混凝土强度等级6.05.04.0取值（MPa）注:采用本表时,施工单位可根据实际情况,对σ值作适当调整，如现场条件与试验室条件有显著差异时，应提高混凝土配制强度。
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干硬性混凝土用水量：表４-14干硬性混凝土用水量选用表（kg/m3）碎石最大粒径(mm)卵石最大粒径(mm)维勃稠度（S）40201640201015517018014516017516～2016017518515016518011～151651801901551701855～10表４-15塑性混凝土用水量选用表(kg/m3)碎石最大粒径(mm)卵石最大粒径(mm)坍落度（mm）4031.520164031.5201016517518520015016017019010～3017518519521016017018020030～5018519520522017018019021050～7019520521523017518519521570～90
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表4-16 选用合理砂率：一般应通过试验找出合理的砂率。如无试验经验，可根据骨料种类、规格及混凝土的水灰比，参考表4-16选用合理砂率。表4-16混凝土砂率选用表（%）（JGJ55-2000）碎石最大粒径（mm）卵石最大粒径（mm）水灰比(W/C)40201540201027～3229～3430～3524～3025～3126～320.4030～3532～3733～3828～3329～3430～350.5033～3835～4036～4131～3632～3733～380.6036～4138～4339～4434～3935～4036～410.70注：1.本表适用于坍落度为10～60mm的混凝土.坍落度若大于60mm,应在上表的基础上,按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整；坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。2.本表数值系采用中砂时的选用砂率，若用细（粗）砂，可相应减少（增加）砂率。3.只用一个单粒级粗骨料配制的混凝土,砂率应适当增加。4.对薄壁构件砂率取偏大值。
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当混凝土体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，按以前的配合比即为确定的实验室配合比；当二者之差超过2%时，应将配合比中每项材料用量乘以校正系数，即为实验室配合比。根据本单位常用的材料，可设计出常用的混凝土配合比备用。在使用过程中，应根据原材料情况及混凝土质量检验的结果予以调整。但遇有下列情况之一时，应重新进行配合比设计：（1）对混凝土性能指标有特殊要求时；（2）水泥、外加剂或矿物掺合料品种、质量有显著变化时。（3）该配合比的生产间断半年以上时。
4.8普通混凝土的质量控制质量合格的混凝土，应能满足设计要求的技术性质，具有较好的均匀性，且能达到规定的保证率。但是，由于多种因素影响，混凝土的质量是不均匀的、波动的。造成混凝土质量波动的原因有：原材料质量（如水泥的强度、骨料的级配及含水率等）的波动，施工工艺（如配料、拌和、运输、浇筑及养护等）的不稳定性，施工条件和气温的变化，实验方法及操作所造成的实验误差，施工人员的素质等。在正常施工条件下，这些影响因素都是随机的，因此，混凝土的质量也是随机变化的。混凝土质量控制的目的就是分析掌握质量波动规律，控制正常波动因素，发现并排除异常波动因素，使混凝土质量波动控制在规定范围内，以达到既保证混凝土质量，又能节约原材料用量的效果。
2.混凝土强度保证率（）
4.8.2混凝土强度评定根据《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107）规定，混凝土强度评定分为统计方法评定和非统计方法评定。1.统计方法评定这种方法适用于预拌混凝土厂、预制混凝土构件厂或采用现场集中搅拌的混凝土施工单位，根据混凝土强度的稳定性，统计方法评定又分为以下两种情况：1）标准差已知方案：这种方法适用于同一品种的混凝土的生产有可能在较长时期内，通过加强质量管理维持基本相同的生产条件，如原料、设备、工艺以及人员配备基本稳定，即使有所变化，也能很快予以调整而恢复正常的情况。这类生产状况可使每批混凝土强度的变异性很小，每批的强度标准差（）可按常数考虑，而且其数值可根据前一时期生产条件的强度数据加以确定。应用该统计法评定混凝土的强度，应由连续的三组试件组成一验收批，其强度同时满足下列要求：
2.非统计方法评定该种方法适用于零星生产的预制构件混凝土或现场搅拌批量不大的混凝土。这种情况下，因试件数量有限，不具备按统计方法评定混凝土强度的条件。因而采用非统计方法。按非统计方法评定混凝土强度时，其强度应同时满足下列要求：（4-32）（4-33）3.混凝土强度的合格性判定混凝土强度应批进行检验评定，当检验结果能满足以上评定强度公式的规定时，则该批混凝土判为合格；当不能满足上述规定时，该批混凝土强度判为不合格。对不合格批混凝土制成的结构或构件，应进行鉴定。对不合格的结构或构件必须及时处理。当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可采用从结构或构件中钻取试件的方法或采用非破损检验方法，按有关标准对结构或构件中混凝土的强度进行推定。结构或构件拆模、出池、出厂、吊装、预应力筋张拉或放张，以及施工期间需短暂负荷时的混凝土强度，应满足设计要求或现行国家标准的有关规定。
1.轻骨料的种类及技术要求1）轻骨料的种类轻骨料可分为轻粗骨料和轻细骨料。凡粒径大于5mm，堆积密度不大于1000kg/m3的轻质骨料称为轻粗骨料；凡粒径不大于5mm，堆积密度不大于1200kg/m3的轻质骨料，称为轻细骨料（或轻砂）。轻骨料按其来源不同可分为三类：（1）天然轻骨料以天然形成的多孔岩石经破碎、筛分而成。如浮石、火山渣及轻砂等；（2）人造轻骨料以天然矿物为主要原料经加工制粒、烧胀而成。如黏土陶粒、膨胀珍珠岩等；（3）工业废料轻骨料以粉煤灰、煤渣、煤矸石、高炉熔融矿渣等工业废料为原料，经专门加工工艺而制成。如粉煤灰陶粒、煤渣、煤矸石、膨胀矿渣珠等。轻骨料按颗粒形状不同，分为圆球型（如粉煤灰陶粒、黏土陶粒等）、普通型（如页岩陶粒、膨胀珍珠岩等）及碎石型（如浮石、煤渣等）。轻骨料的生产方法有烧结法和烧胀法。烧结法是将原料加工成球，经高温烧结而获得多孔结构的轻骨料，如粉煤灰陶粒等；烧胀法是将原料加工制粒，经高温熔烧使原料膨胀形成多孔结构的轻骨料，如黏土陶粒和页岩陶粒等。2）轻骨料的技术要求轻骨料的技术性质主要包括堆积密度、强度、颗粒级配和吸水率等四项。此外，对耐久性、安定性、有害杂质含量也有相应规定。（1）堆积密度轻骨料的堆积密度大小，将影响轻骨料混凝土的体积密度和性能。轻骨料按堆积密度（kg/m3）值不同分为若干密度等级:轻粗骨料分为300、400、500、600、700、800、900、1000八个密度等级；轻细骨料分为500、600、700、800、900、1000、1100、1200八个密度等级。
（2）颗粒级配轻骨料与普通骨料一样，也是通过筛分试验而得的累计筛余百分率来评定粗细程度和颗粒级配。对保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于40mm，结构轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于20mm。为使混凝土具有较好的强度及和易性，要求控制轻粗骨料的最大、最小、中间粒径含量和总空隙率。要求自然级配空隙率应不大于50%。轻粗骨料级配要求见表4-20。表4-20轻粗骨料的级配筛孔尺寸000≤10≤10≤10不规定30～7040～60≥90≥90≥90圆球型及单一粒级普通型的混合级配碎石型的混合级配累计筛余百分率，%（按质量计）轻砂的细度模数不宜大于4.0，其大于5mm的累计筛余百分率不宜大于10%。（3）强度轻粗骨料的强度对轻骨料混凝土强度有很大影响。《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51）规定，采用筒压法测定轻粗骨料的强度，称筒压强度。测定筒压强度是将轻骨料装入一带底圆筒内，上面加冲压模（如图4.22所示）。用冲压模压入深度为20mm时的压力值，除以承压面积，即为轻粗骨料的筒压强度值。对不同密度等级的轻粗骨料，其筒压强度应符合表4-21的规定。
轻粗骨料筒压强度：表4-21轻粗骨料的筒压强度及强度等级注：碎石型天然轻骨料取斜线以左值；其他碎石型轻骨料取斜线以右值。
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轻骨料性能指标：表4-22轻骨料性能指标指标项目名称554510.023不深于标准色抗冻性（F15质量损失，%），不大于安定性（沸煮法，质量损失，%），不大于烧失量轻粗骨料（质量损失，%），不大于轻砂（质量损失，%），不大于硫酸盐含量（按SO3计，%），不大于氯盐含量（按Cl-计，%），不大于含泥量（质量百分数），不大于有机杂质（比色法检验）注：①煤渣烧失量可放宽至15%；②不宜含有粘土块。和普通混凝土一样，砂率是影响轻骨料混凝土和易性的又一重要因素。提高砂率有利于改善轻骨料混凝土和易性。但在轻骨料混凝土的配合比设计中，砂率的计算采用体积比，即细骨料与粗、细骨料总体积之比。
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轻骨料混凝土体积密度：2）体积密度轻骨料混凝土按其干体积密度值不同，分为十二个等级，即由800～1900，每增加100kg/m3为一个等级，而每一密度等级有一定的变化范围，该范围的上限值即为该密度等级的轻骨料混凝土的密度标准值。如800密度等级的轻骨料混凝土，密度变化范围为760～850kg/m3，其密度标准值为850kg/m3；900密度等级的为860～950kg/m3，其密度标准值为950kg/m3。依此类推。3）强度轻骨料混凝土按其立方体抗压强度标准值不同，划分为：LC5.0、LC7.5、LC10、LC15、LC20、LC25、LC30、LC35、LC40、LC45、LC50、LC55、LC60。轻骨料混凝土按用途分为三大类，见表4-23。
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轻骨料混凝土弹性模量：4)弹性模量与变形轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低25%～60%。这有利于提高轻骨料混的抗震性能和抵抗动荷载的作用。由于轻骨料弹性模量较普通骨料小，不能有效抵抗水泥石干缩变形。所以，轻骨料混凝土的干缩和徐变较大。同强度的结构轻骨料混凝土构件的轴向收缩值约为普通混凝土的１～1.5倍，热膨胀系数比普通混凝土小20%。５）热工性轻骨料具有较多孔隙，在硬化混凝土中多以封闭孔隙的形态存在，故其导热系数较小，可有效提高混凝土的保温隔热性，对建筑物的节能有重要意义。不同密度等级的轻骨料混凝土的导热系数也不相同（见表4-24）,密度等级越小，其导热系数越小，保温隔热性能越好。表4-24轻骨料混凝土的导热系数1900180017001600150014001300120011001000900800700600密度等级1.010.870.760.660.570.490.420.360.310.280.260.230.200.18导热系数（w/m·k）6)抗冻性大量试验表明，轻骨料混凝土具有较好的抗冻性，主要原因是粗骨料孔隙内有较大的未被水充满的空间，当外界温度下降，水结冰体积发生膨胀时可有效释放膨胀压力，故有较高的抗冻能力。另一方面，轻骨料混凝土导热系数小，也降低了冬季室内外温差在墙体上引起水分的负迁移，有利于提高轻骨料混凝土抗冻性。
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3.轻骨料混凝土配合比设计及施工注意事项轻骨料混凝土配合比设计的基本要求除与普通混凝土配合比设计相同的强度、工作性、耐久性和节约水泥要求外，还应满足体积密度的要求。普通混凝土的配合比设计原则和方法，同样适用于轻骨料混凝土，但由于轻骨料种类繁多、性能各异，这给配合比设计增加了复杂性，故更多的依据于经验。需要注意的是：1）轻骨料混凝土的水灰比以净水灰比表示。净水灰比，是指不包括轻骨料1h吸水量在内的净用水量与水泥用量之比。配制全轻混凝土时，允许以总水灰比表示。总水灰比，是指包括轻骨料1h吸水量在内的总用水量与水泥用量之比。若将轻骨料预湿饱和后吸干表面水，则其总用水量等于净用水量。2）轻骨料易上浮，不易搅拌均匀。因此，应采用强制式搅拌机，且搅拌时间要比普通混凝土略长一些。用堆积密度在500kg/m3以上的轻骨料配制的塑性砂轻混凝土可采用自落式搅拌机。3）为减少混凝土拌合物坍落度损失和离析，应尽量缩短运距。拌合物从搅拌机卸料到浇筑入模的延续时间，不宜超过45min。4）为减少轻骨料上浮，施工中最好采用加压振捣，且振捣时间以捣实为准，不宜过长。5）浇筑成型后应及时覆盖并洒水养护，以防止表面失水太快而产生网状裂缝。养护时间视水泥品种而不同，应不少于7～14d。６）轻骨料混凝土在气温50C以上的季节施工时，可根据工程需要，对轻粗骨料进行预湿处理，这样拌制的拌合物和易性和水灰比较稳定。预湿时间可根据外界气温和骨料的自然含水状态定，一般应提前半天或一天对骨料进行淋水预湿，然后滤干水分进行投料。
加气混凝土物理力学性能：加气混凝土制品主要有砌块和条块两种。砌块可作为三层或三层以下房屋的承重墙，也可作为工业厂房及多层、高层框架结构的非承重填充墙。配有钢筋的加气混凝土条板可作为承重和保温合一的屋面板。加气混凝土还可以与普通混凝土预制成复合板，用于外墙，兼有承重和保温作用。表4-24压蒸加气混凝土物理力学性能导热系数［W/(m·K)］弹性模量（MPa）抗拉强度（MPa）抗压强度（MPa）体积密度（kg/m3）0.121.4×1030.3～0.43.0～4.05000.132.0×1030.4～0.54.0～5.06000.162.2×1030.5～0.65.0～6.07002.泡沫混凝土泡沫混凝土是将水泥浆与泡沫剂拌和后，经成型、硬化而成的一种多孔混凝土。泡沫混凝土在机械搅拌作用下，能产生大量均匀而稳定的气泡。常用的泡沫剂有松香泡沫剂及水解牲血泡沫剂。使用时先掺入适量水，然后用机械搅拌成泡沫，再与水泥浆搅拌均匀，然后进行蒸汽养护或自然养护，硬化后即为成品。泡沫混凝土的技术性能和应用，与相同体积密度的加气混凝土大体相同。泡沫混凝土还可在现场直接浇筑，用作屋面保温层。
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4.10其他品种混凝土4.10.1抗渗混凝土（防水混凝土）抗渗混凝土，是指抗渗等级等于或大于P6级的混凝土。主要用于水工、地下基础、屋面防水等工程。抗渗混凝土一般是通过改善混凝土组成材料的质量，合理选择混凝土配合比和骨料级配，以及掺加适量外加剂，达到混凝土内部密实或是堵塞混凝土内部毛细管通路，使混凝土具有较高的抗渗性。目前，常用的抗渗混凝土有普通抗渗混凝土、外加剂抗渗混凝土和膨胀水泥抗渗混凝土。1.普通抗渗混凝土普通抗渗混凝土是以调整配合比的方法，提高混凝土自身密实性，以满足抗渗要求的混凝土。其原理是在保证和易性前提下减小水灰比，同时适当提高水泥用量和砂率，在粗骨料周围形成质量良好和数量足够的砂浆包裹层，使粗骨料彼此隔离，以阻隔沿粗骨料相互连通的渗水孔网。根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000），普通抗渗混凝土的配合比设计应符合以下技术要求:1)水泥强度不应小于42.5MPa,其品种应按设计要求选用，1m3混凝土水泥用量不宜过小，含掺合料应不小于320kg；2)粗骨料宜采用连续级配，粗骨料最大粒径不宜大于40mm，其含泥量不得超过1.0%，泥块含量不得大于0.5%；细骨料含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%；3)砂率适度加大，宜为35%～45%。4）水灰比对混凝土的抗渗性有很大影响，除应满足强度要求外，还应符合表4-25的规定。
表4-25抗渗混凝土的最大水灰比最大水灰比抗渗等级C30以上C20～C300.550.60P60.500.55P8～P120.450.50P12以上2.外加剂抗渗混凝土外加剂抗渗混凝土是在混凝土中掺入适宜品种和数量的外加剂，以此改善混凝土内部结构，隔断或堵塞混凝土中的各种孔隙、裂缝及渗水通道，从而达到改善抗渗性的一种混凝土。常用的外加剂有引气剂、防水剂、膨胀剂、减水剂或引气型减水剂等。掺加引气剂的抗渗混凝土，其含气量宜控制在3%～5%。进行抗渗混凝土配合比设计时，尚应增加抗渗性能试验，并应符合下列规定：1）试配要求的抗渗水压值应比设计值提高0.2MPa；2)试配时，宜采用水灰比最大的配合比作抗渗试验，其试验结果应符合下式要求：3.膨胀水泥抗渗混凝土膨胀水泥抗渗混凝土，是采用膨胀水泥配制而成的混凝土。由于这种水泥在水化过程中能形成大量的钙矾石，产生一定的体积膨胀，在有约束的条件下，能改善混凝土的孔结构，使毛细孔径减小，总孔隙率降低，从而使混凝土密实度、抗渗性提高。
4.10.3大体积混凝土大体积混凝土是指混凝土结构物实体的最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土的内外温差过大而导致裂缝的混凝土。为了减少由于水化热引起的温度应力，大体积混凝土配合比设计时，应选用水化热低和凝结时间长的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、掺混合材的水泥等。当采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时，应采取相应措施延缓水泥水化热的释放。大体积混凝土应掺用缓凝剂、缓凝型减水剂和能减少水泥水化热的掺合料。粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的用量，尽可能降低水泥用量。大体积混凝土配合比计算及试配步骤应按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的规定进行，并宜在配合比确定后进行水化热的验算和测定。大型水坝、桥墩、高层建筑的基础等工程所用的混凝土，应按大体积混凝土设计和施工。
4.10.4流态混凝土和泵送混凝土
泵送混凝土不但要满足强度和耐久性要求，而且要满足管道输送对混凝土拌合物提出的可泵性要求。所谓可泵性是指混凝土拌合物应具有顺利通过管道、与管道内壁的摩擦阻力小，混凝土不离析、不泌水、不阻塞的性能。为达到这一要求，泵送混凝土应掺加泵送剂。配制泵送混凝土应适当掺加一些粉煤灰或其他矿物掺合料。粗骨料最大粒径应满足表4-26要求。细骨料应采用中砂，砂率宜为35%～45%，小于0.315mm的颗粒含量不应小于15%。根据规定，泵送混凝土中的水泥和矿物掺合料总量不宜小于300kg/m3，且用水量与水泥及矿物掺合料总量之比（即水胶比）不宜大于0.6，以免浆体黏度过小产生离析。表4-26粗骨料的最大粒径与泵送混凝土输送管径之比（JGJ55-2000）粗骨料最大粒径与输送管径之比泵送高度（m）石子品种≤1：3.0＜50碎石≤1：4.050～100≤1：5.0＞100≤1：2.5＜50卵石≤1：3.050～100≤1：4.0＞100应当指出，泵送混凝土的坍落度以能满足施工及管道泵送的要求即可，不一定达到流态混凝土的水平，但流态混凝土一般都需要用泵送的方式进行浇筑施工。
4.10.5纤维混凝土纤维混凝土是以混凝土为基材，掺入各种纤维材料拌制而成的水泥基复合材料。纤维可分为两类：一类为高弹性模量的纤维，如玻璃纤维、钢纤维和碳纤维等；另一类为低弹性模量的纤维，如尼龙、聚丙烯、人造丝以及植物纤维等。实际工程中常用的纤维混凝土有：钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土及石棉水泥制品等。图4.23为纤维混凝土常用的几种纤维，这些纤维具有不同长度和形状。图4.23混凝土中常用的钢纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维
1.钢纤维混凝土钢纤维的外形为长直形圆截面，有SF-20、SF-25、SF-30、SF-35四种型号，其规格尺寸见表4-27。长径比,mm等效直径,mm规格长度，mm型号40～500.4～0.520SF-2050～600.4～0.525SF-2550～600.5～0.630SF-3050～600.5～0.735SF-35钢纤维掺量以体积率表示，一般为0.5%～2%。钢纤维混凝土的物理力学性能明显优于素混凝土。试验表明，钢纤维混凝土抗压强度可提高15%～25%，抗拉强度可提高30%～50%，抗弯强度可提高50%～100%，韧性可提高10～50倍，抗冲击强度可提高2～9倍。耐磨性、耐疲劳性等指标也有明显增加。钢纤维混凝土广泛应用于道路工程、机场地坪及跑道、防爆及防震结构，以及要求抗裂、抗冲刷和抗气蚀的水利工程、地下洞室的衬砌、建筑物的维修等。施工方法除普通的浇筑法外，还可用泵送灌注法、喷射法及作预制构件。
2.聚丙烯纤维混凝土及碳纤维增强混凝土聚丙烯纤维（又称丙纶纤维），纤维长度10～100mm为宜，通常掺入量为0.40%～0.45%。（体积比）。聚丙烯纤维的弹性模量仅为普通混凝土的1/4，对混凝土增强效果并不显著，但可显著提高混凝土的抗冲击能力和疲劳强度。碳纤维是由石油沥青或合成高分子材料经氧化、碳化等工艺生产出的。碳纤维属高强度、高弹性模量的纤维，作为一种新材料，广泛应用于国防、航天、造船、机械工业等尖端工程，碳纤维增强水泥混凝土具有高强、高抗裂、高抗冲击韧性、高耐磨等多种优越性能。在飞机场跑道等工程中应用获得了很好的效果。然而碳纤维成本高，推广应用受到限制。3.玻璃纤维混凝土普通玻璃易受水泥中碱性物质的腐蚀，不能用于配制玻璃纤维混凝土。因此，玻璃纤维混凝土是采用抗碱玻璃纤维和低碱水泥配制而成的。抗碱玻璃纤维是由含一定量氧化铝的玻璃制成的。国产抗碱玻璃纤维有无捻粗纱和网格布两种型式。无捻粗纱可切割成任意长度的短纤维单丝，其直径为0.012～0.014mm，掺入纤维体积率为2%～5%。与水泥浆拌和后可浇筑成混凝土构件，也可用喷射法成型；网格布可用铺网喷浆法施工，纤维体积率为2%～3%。玻璃纤维混凝土的抗冲击性、耐热性、抗裂性等都十分优越。但耐久性有待进一步考察。故现阶段主要用于非承重结构或次要承重结构，如屋面瓦、顶棚、下水道管、渡槽、粮仓等。
本章小结本章主要进述了普通混凝土的组成、主要技术性质和配合比设计及混凝土质量控制，另外简要介绍了轻混凝土和其他品种的混凝土。1.普通混凝土的基本组成材料是水泥、砂子、石子和水，随着混凝土技术的发展，外加剂已成为现代混凝土不可缺少的第五种重要组分。它们在混凝土中各自起着不同的作用。砂、石统称为骨料，在混凝土中主要起骨架作用，抑制水泥石收缩；水泥与水形成水泥浆，在混凝土硬化前主要起润滑作用，在混凝土硬化后主要起胶结作用；外加剂起着减少用水、。混凝土外加剂虽然掺量很少（通常情况下不超过水泥须量的5％），但却能显著改善混凝土和易性和强度，提高混凝土耐久性。但使用时，要合理选择外加剂的品种，严格控制外加剂掺量。混凝土所用的原材料必须满足国家有关规范、标淮规定的质量要求，才能确保混凝土的质量。3.混凝土的主要技术性质包括混凝土拌合物的和易性、硬化混凝土的强度、变形和混凝土的耐久性。混凝土拌合物的和易性包括流动性、粘聚性和保水性三方面的含义。影响混凝土和易性的因素主要有水泥浆的数量、水泥浆的稠度、砂率值、拌合物存放时间及环境温度，同时，组成材料性质对混凝土和易性也有较大影响；混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度等，其中抗压强度较高，抗拉强度小，设计时，一般不考虑混凝土抗拉。影响混凝土强度的因素主要有水泥强度等级、水灰比、骨料的性质、养护条件、龄期等。混凝土变形有非荷载作用下的变形与荷载作用下的变形（徐变）。混凝土的耐久性是一项综合的质量指标，包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化能力及抗碱-骨料反应等。混凝土要求具有良好的和易性、较高的强度、较小的变形、良好的耐久性及合理的经济性。
4.混凝土配合比设计就是确定1m3混凝土中各组成材料的最佳用量。设计步骤是：先计算初步配合比，再通过试配与调整，确定基准配合比和实验室配合比，最后确定施工配合比。5.为了保证混凝土结构的可靠性，必须进行混凝土质量评定。要对混凝土原材料及各施工环节进行质量检查和控制，另外还要用数理统计方法对混凝土强度进行检验评定。6.除了常用的普通混凝土外，其他品种的混凝土（如轻骨料混凝土、防水混凝土、高强混凝土、大流动性混凝土和泵送混凝土、大体积混凝土、纤维增强度混凝土等）应用也越来越广。这些混凝土的品种不同，性能、特点各异，分别适用于不同的环境要求，在实际工程中应合理选用。
思考与练习：复习思考题1普通混凝土的组成材料有哪几种？在混凝土中各起什么作用？2配制普通混凝土如何选择水泥的品种和强度等级？3什么是砂的粗细程度和颗粒级配？如何确定砂的粗细程度和颗粒级配？4两种砂的级配相同，细度模数是否相同？反之，两种砂的细度模数相同，其级配是否相同？5某砂样500g，经筛分试验，各号筛的筛佘量如下表：﹤0.150.150.300.601.182.364.75筛孔尺寸（mm）4511590657010015筛余量(%)分计筛余百分率（%）累计筛余百分率（%）问：（1）计算各筛的分计筛余百分率和累计筛余百分率。（2）此砂的细度模数是多少？根据细度模数判断该砂的粗细程度。（3）判断此砂的级配是否合格。6配制普通混凝土选择石子的最大粒径应考虑哪些方面因素？
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7现浇钢筋混凝土板式楼梯，混凝土强度等级为C25，截面最小尺寸为120mm，钢筋间最小净距为40mm。现有普通硅酸盐水泥42.5和52.5,5～20mm的卵石。问：(1)选用哪一强度等级水泥最好？(2)卵石粒级是否合适？(3)将卵石烘干，称取5㎏，经筛分后筛余量如下表所示，试判断卵石级配是否合格？2.364.759.516.019.026.5筛孔尺寸(mm)0.201.901.700.900.300筛余量(%)8什么是混凝土的和易性？包括哪几个方面含义？如何评定混凝土和易性？9影响混凝土和易性的主要因素有哪些？10当混凝土拌和物流动性太大或太小，可采取什么措施进行调整？11什么是合理砂率？采用合理砂率有何技术和经济意义？12解释关于混凝土强度的几个名词:（1）立方体抗压强度；（2）立方体抗压强度标准值；（3）强度等级；（4）轴心抗压强度；（5）配制强度；（6）设计强度。13影响混凝土强度的主要因素有哪些？提高混凝土强度的主要措施有哪些？14当使用相同配合比拌制混凝土时，卵石混凝土与碎石混凝土的性质有何不同？15用强度等级为42.5的普通水泥、河砂及卵石配制混凝土，使用的水灰比分别为0.60和0.53，试估算混凝土28天的抗压强长分别为多少？
16解释以下名词：（1）自然养护；（2）标准养护；（3）蒸汽养护；（4）蒸压养护；17什么是混凝土的抗渗性？P8表示什么含义？18什么是混凝土的抗冻性？F150表示什么含义？19提高混凝土耐久性的措施有哪些？20使用外加剂应注意哪些事项？21混凝土配合比设计的基本要求是什么？22在混凝土配合比设计中，需要确定哪三个参数？23某教学楼的钢筋混凝土（室内干燥环境），施工要求坍落度为30～50㎜。混凝土设计强度等级为C30，采用42.5级普通硅酸盐水泥（=3.1g/cm3）；砂子为中砂，表观观密度为2.65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3；石子为碎石，粒级为5～40㎜，表观密度为2．70g/cm3,堆积密度为1550kg/m3；混凝土采用机械搅拌、振捣，施工单位无混凝土强度标准差的统计资料。（1）根据以上条件，用绝对体积法求混凝土的初步配合比。（2）假如计算出的初步配合比拌和混凝土，经检验后混凝土的和易性、强度和耐久性均满足设计要求。又已知现场砂的含水率为2％，石子的含水率为1％，求该混凝土的施工配合比。24假定混凝土的表观密度为2500kg/m3,用假定表观密度法计算题5-23的混凝土初步配合比。25混凝土的表观密度为2400kg/m3，1m3混凝土中水泥用量为280㎏，水灰比为0.5，砂率为40％。计算此混凝土的质量配合比。
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