04 第四章 混凝土.pptx

第1页：第四章普通混凝土封面

《建筑材料与检测》教学课件 第四章 普通混凝土

适用专业

土建施工类专业

配套教材

北大版《建材与检测》

授课教师

☆☆☆ 副教授

第2页：学习目标

学习目标

• 掌握普通混凝土的组成及其原材料的质量控制
• 掌握普通混凝土主要技术性质：和易性、强度、变形和耐久性
• 了解混凝土外加剂的性能特点及使用注意事项
• 熟悉普通混凝土的配合比设计程序
• 了解普通混凝土的质量控制
• 了解其他品种混凝土的特点及应用

第3页：导读：混凝土的概念

混凝土（砼）

由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。由胶结材料、集料（骨料）和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。

本页图示展示品种多样的混凝土、施工中的混凝土、混凝土车与混凝土养护设备。

第4页：混凝土的概念及特点

4.1.1 混凝土的概念及特点

混凝土有着十分显著的优点，包括：

1. 良好的可浇筑性。
2. 性能的多样性。
3. 良好的耐久性和经济性。
4. 水泥混凝土与钢筋可牢固粘结，制得力学、耐久性能俱佳的钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土。
5. 具有一定的美学特性。

第5页：混凝土的结构

4.1.2 混凝土的结构

水泥混凝土硬化后（即混凝土石）结构如图示。其中砂、石起骨架作用，水泥与水形成的水泥浆填充在砂石骨架空隙之中，并将砂、石包裹起来。

水泥浆凝结硬化前，赋予混凝土拌合物一定的流动性；水泥浆硬化后，将砂、石胶结为一个整体。

第6页：混凝土的分类

4.1.3 混凝土的分类

按表观密度分为：

1. 重混凝土：表观密度大于2600 kg/m³，适用于人防、军事、防辐射工程。
2. 普通混凝土：表观密度1950～2500 kg/m³。
3. 轻混凝土：表观密度小于1950 kg/m³。

按功能及用途分类：结构混凝土、防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、道路混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等；按生产和施工方式分类：泵送混凝土、预拌（商品）混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、离心混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土等。

第7页：普通混凝土用骨料

4.2 普通混凝土用骨料

• 粗骨料：碎石、卵石。
• 细骨料：天然砂（山砂、海砂、河砂）、人工砂。

混凝土用骨料的表观密度不小于2500 kg/m³，松散堆积密度不小于1350 kg/m³，空隙率不大于47%。

第8页：砂、石的技术类别

根据国标《建筑用砂》（GB/T 14684—2001）、《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685—2001）的规定，砂、石按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。

• Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土。
• Ⅱ类宜用于强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土。
• Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土或建筑砂浆。

混凝土中粗、细骨料的总体积一般占混凝土体积的60～80%，骨料质量的优劣将直接影响到混凝土各项性质的好坏。

第9页：泥含量与有害物质含量

4.2.1 含泥量

指骨料中粒径小于0.08 mm颗粒的含量。

泥块含量

细骨料中指粒径大于1.25 mm、经水洗手捏后变成小于0.630 mm的颗粒含量；粗骨料中指粒径大于5 mm、经水洗手捏后变成小于2.5 mm的颗粒含量。

4.2.2 有害物质含量

粗、细骨料中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、炉渣、煤块等杂物，且硫化物、硫酸盐和有机物等含量应符合建筑用砂、石国标的限值规定。

第10页：骨料的坚固性与碱活性

4.2.3 坚固性

恶劣环境条件下骨料会发生体积变化导致混凝土性能劣化，骨料抵抗此种影响的能力称为坚固性，一般通过硫酸盐安定性方法检测，需达到国标相应规定。

4.2.4 碱活性

骨料中若含有活性成分（如活性氧化硅），在一定条件下会与水泥中的碱发生碱—骨料反应，产生膨胀并导致混凝土开裂。用于重要工程或对骨料有怀疑时，须按标准规定方法进行碱活性检验。

第11页：颗粒级配

4.2.5 颗粒级配

骨料的级配是指骨料中不同粒径颗粒的分布情况。良好的级配应当能使骨料的空隙率和总表面积均较小，从而使所需水泥浆量较少，还可以提高混凝土的密实度、强度及其他性能。只有适宜的骨料粒径分布才能达到良好级配。

本页配有骨料颗粒组合示意图。

第12页：骨料的粗细程度

骨料的粗细程度是指不同粒径的颗粒混合在一起的平均粗细程度。相同质量的骨料，粒径小则总表面积大；粒径大则总表面积小，因而大粒径骨料所需包裹其表面的水泥浆量就少。

即相同的水泥浆量，包裹在大粒径骨料表面的水泥浆层就厚，便能减小骨料间的摩擦。对砂、石的级配要求如下：

第13页：砂的颗粒级配和粗细程度

1. 砂的颗粒级配和粗细程度

砂的级配和粗细程度用筛分析方法测定：用一套孔径分别为9.50 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.600 mm、0.300 mm、0.150 mm的7个标准筛，将抽样所得500 g烘干砂由粗到细依次过筛，称量留在各筛上砂的质量，计算各筛上的分计筛余百分率a1～a6（各筛筛余量占砂样总质量的百分率）及累计筛余百分率A1～A6（各筛与比该筛粗的所有筛之分计筛余百分率之和）。

累计筛余与分计筛余的关系见原表；一组累计筛余（A1～A6）表征一种级配。

第14页：砂的级配区

标准规定，砂按0.600 mm筛孔的累计筛余百分率计，分成三个级配区。配制普通混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂（中砂）。

第15页：砂的细度模数

砂的粗细程度用细度模数表示，细度模数（Mx）按下式计算：Mx = [(A2+A3+A4+A5+A6) − 5A1] / (100 − A1)。细度模数越大，表示砂越粗。

• 普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7～1.6。
• Mx 3.7～3.1为粗砂；Mx 3.0～2.3为中砂；Mx 2.2～1.6为细砂。
• Mx 1.5～0.7为特细砂，用于配制混凝土时要作特殊考虑。
• 配制混凝土时宜优先选用中砂。

应当注意，砂的细度模数并不能反映其级配的优劣，细度模数相同的砂级配可以相差很大，所以配制混凝土时必须同时考虑砂的颗粒级配和细度模数。

第16页：石子的颗粒级配和最大粒径

2. 石子的颗粒级配和最大粒径

粗骨料的级配有连续级配和单粒级两种。

连续级配

按颗粒尺寸由小到大连续分级，每级骨料都占有一定比例，如天然卵石。颗粒级差小，上、下限粒径之比接近，配制的混凝土拌合物和易性好、不易离析，目前应用较广泛。

单粒级

宜用于组合成具有所要求级配的连续粒级，也可与连续粒级配合使用以改善级配或配成较大粒度的连续粒级。工程中不宜采用单一的单粒级粗骨料配制混凝土。

按国标规定，普通混凝土用碎石及卵石的颗粒级配应符合标准表的规定。

第17页：石子级配的筛分析试验

石子的级配通过筛分析试验确定，其标准筛为孔径2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm、16 mm、19 mm、26.5 mm、31.5 mm、37.5 mm、53.0 mm、63.0 mm、75.0 mm及90.0 mm的12个方孔筛。

确定某种石子级配时可按需选用不同孔径筛组合后进行筛分，然后计算每个筛号的分计筛余百分率和累计筛余百分率（计算方法与砂相同）。

第18页：骨料的形状与表面特征

4.2.6 骨料的形状与表面特征

骨料的颗粒形状近似球状或立方体形时表面积较小，对混凝土拌合物流动性有利。砂的颗粒较小，一般较少考虑其形貌，但石子必须考虑针、片状的含量。

针状颗粒

长度大于该颗粒所属粒级平均粒径（该粒级上、下限粒径的平均值）的2.4倍者。

片状颗粒

厚度小于平均粒径0.4倍者。

针、片状颗粒不仅受力时易折断，而且会增加骨料间的空隙，其含量限量要求见标准表。

第19页：骨料的强度与压碎指标

4.2.7 强度

骨料的强度是指粗骨料的强度。碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度可用压碎指标值表示。

碎石和卵石的压碎指标值测定：将一定量气干状态的粒径10～20 mm石子装入标准筒内，按规定加荷速率加荷至200 kN，卸荷后称取试样质量m1，再用2.5 mm孔径的筛筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样质量m2，按下式计算压碎指标值（计算式见原图）。

第20页：骨料的含水状态

4.2.8 骨料的含水状态

• 干燥（全干）状态
• 气干状态
• 饱和面干状态
• 湿润状态

计算普通混凝土配合比时，一般以干燥状态的骨料为基准；一些大型水利工程常以饱和面干状态的骨料为基准。

第21页：水泥的选用

4.3.1 水泥的选用

水泥是混凝土中重要的组分，配制混凝土时应根据工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性合理选择水泥品种。

水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。根据经验，一般以所选水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.2～2.0倍为宜；高强度等级混凝土一般要添加外加剂和外掺料，水泥强度等级反而不一定需要很高。

第22页：骨料与拌和用水的选用

4.3.2 骨料的选用

有害杂质含量少（达到国标相应规定）；具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度（多选级配合格的中砂和连续级配石子）；表面粗糙、与水泥粘结牢固（多选碎石）；性能稳定、坚固耐久等。

4.3.3 拌和用水的选用

基本质量要求：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。水中物质含量限值应符合国标规定。

第23页：和易性的概念

4.4.1 和易性的概念

新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇注、振捣等）并获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。

流动性

混凝土拌合物在自重或机械（振捣）力作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的性能。

粘聚性

混凝土拌合物各组成材料之间有一定的粘聚力，不致在施工过程中产生离析。

保水性

混凝土拌合物具有一定的保水能力。

第24页：和易性的测定方法

通常是测定混凝土拌合物的流动性，辅以其他方法或直观观察（结合经验）评定粘聚性和保水性，然后综合评定和易性。按《普通混凝土拌合物性能试验方法》规定，主要采用坍落度法和维勃稠度法。

泵送施工混凝土拌合物的坍落度一般不低于100 mm。

第25页：坍落度试验的适用范围

坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40 mm、坍落度不小于10 mm的混凝土拌合物。实际施工时，混凝土拌合物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密、输送方式和捣实方法来确定。

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定，混凝土的浇注坍落度宜按标准表选用。

第26页：影响和易性的主要因素

4.4.3 影响和易性的主要因素

1. 水泥浆的用量和水泥浆的稠度（水灰比）：在使用确定骨料的前提下，如果单位体积用水量一定，单位体积水泥用量增减不超过50～100 kg，混凝土拌合物的坍落度大体可保持不变，这一规律称为固定用水量定则，为混凝土配合比设计提供了很大方便。

2. 砂率：砂率指混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分率。采用合理的砂率（最佳砂率），可使拌合物获得较好的流动性以及良好的粘聚性与保水性，并使水泥用量最省。

第27页：组成材料与外加剂对和易性的影响

3. 组成材料性质的影响

• 水泥对和易性的影响主要表现在水泥的需水性上。
• 级配良好的骨料空隙率小，在水泥浆量相同的情况下包裹骨料表面的水泥浆较厚，和易性好。
• 碎石比卵石表面粗糙，相同条件下碎石配制的混凝土拌合物流动性较卵石配制的差。
• 细砂比表面积大，用细砂配制的混凝土比用中、粗砂配制的拌合物流动性小。

此外，外加剂以及时间和温度也会显著影响拌合物的和易性。

第28页：混凝土强度的组成

混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等，其中抗压强度最大、抗拉强度最小，因此在结构工程中混凝土主要用于承受压力。

4.5.1 混凝土立方体抗压强度与强度等级

工程中留置的标准养护试件用于评定混凝土强度合格性；留置的同条件养护（试件放置在工程现场条件下正常养护）试件在所需龄期进行试验测得的立方体试件抗压强度值，可作为现场混凝土施工控制（如拆模、预应力筋张拉、放张等）的依据。

第29页：混凝土强度等级

2. 混凝土强度等级

混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（以N/mm²即MPa计）表示，共划分成C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等强度等级。

混凝土立方体抗压强度标准值，指按标准方法制作和养护的立方体试件，在28 d龄期用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。

第30页：轴心抗压强度与抗拉强度

4.5.2 轴心抗压强度

根据国家标准（GBJ 81）的规定，一般采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体作为标准试件。在立方体抗压强度fcu为10～55 MPa范围内时，轴心抗压强度fcp = (0.70～0.80) fcu。

4.5.3 混凝土抗拉强度

抗拉强度只有自身抗压强度的1/10～1/20，且拉压比随混凝土强度等级的提高而减小。普通钢筋混凝土结构设计中不考虑混凝土受拉力，但抗拉强度对混凝土的抗裂性起重要作用。

第31页：水泥强度等级与水灰比

4.5.4 影响混凝土强度的主要因素

1. 水泥强度等级与水灰比：水泥强度等级和水灰比（混凝土中水与水泥的单位用量的比值）是决定混凝土强度最主要的因素。根据大量试验结果，在原材料一定的情况下，混凝土28 d龄期抗压强度（fcu,o）与水灰比、水泥强度等因素之间存在线性经验关系，关系曲线见原图。

第32页：混凝土强度经验公式

fcu,o = αa·fce·(C/W − αb)

fcu,o

混凝土28 d龄期的抗压强度，MPa

C

1 m³混凝土中水泥用量，kg

W

1 m³混凝土中水的用量，kg

fce

水泥的实际强度，MPa

αa、αb

回归系数，与骨料品种及水泥品种等因素有关，通过试验求得；无试验统计资料时按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/T 55—2000）取用：碎石αa = 0.46、αb = 0.07；卵石αa = 0.48、αb = 0.33

以上经验公式一般只适用于流动性混凝土及低流动性混凝土，对于干硬性混凝土不适用。

第33页：骨料与养护条件对强度的影响

2. 骨料的影响：当骨料级配良好、砂率适当时，由于组成了坚强密实的骨架，有利于混凝土强度的提高。

3. 养护温度及湿度的影响：养护温度高，水泥水化速度加快，混凝土强度发展也快；低温下强度发展迟缓。水是水泥水化反应的必要条件，只有周围环境湿度适当，水泥水化反应才能顺利进行，使强度得到充分发展。

使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥时，浇水保湿应不少于7 d；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、混凝土有抗渗要求时，保湿养护应不少于14 d。

第34页：龄期对强度的影响

4. 龄期：指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土强度将随龄期增长而不断发展，最初7～14 d内强度发展较快，以后逐渐缓慢，28 d达到设计强度。

本页配有养护温度、养护湿度对混凝土强度的影响以及混凝土强度与龄期关系的曲线图。

第35页：提高混凝土强度的措施

4.5.5 提高混凝土强度的措施

1. 采用高强度等级水泥或早强型水泥：配合比相同时水泥强度等级越高混凝土强度越高；早强型水泥可提高早期强度，有利于加快施工进度。
2. 降低水灰比和单位用水量。
3. 采用湿热处理养护混凝土构件。
4. 改善施工工艺。
5. 掺入混凝土外加剂、掺合料。

第36页：非荷载作用下的变形

4.6.1 非荷载作用下的变形

化学收缩

水泥水化物的固体体积小于水化前反应物（水和水泥）的总体积所造成的收缩，不能恢复。

干湿变形

空气中混凝土水分散失引起体积收缩称干燥收缩（干缩），受潮后体积膨胀即湿胀；干缩分为可逆收缩与不可逆收缩两类。

温度变形

混凝土呈现热胀冷缩现象，其热膨胀系数约为(6～12)×10⁻⁶/℃。

第37页：荷载作用下的变形与徐变

4.6.2 荷载作用下的变形

短期荷载作用下的变形

混凝土在短期荷载作用下的变形是一种弹塑性变形。

徐变

混凝土承受持续荷载时随时间延长而增加的变形称为徐变。加荷早期增长较快，后逐渐减缓；卸载后一部分变形瞬时恢复，另一部分过一段时间恢复称徐变恢复，剩余不可恢复部分称残余变形。

在某些情况下，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，造成不利影响。

第38页：抗渗性与抗冻性

4.7.1 抗渗性

以抗渗等级表示。采用标准养护28 d的标准试件按规定方法试验，以其所能承受的最大静水压计算，共有P4、P6、P8、P10、P12五个等级。

4.7.2 抗冻性

指混凝土抵抗冻融循环破坏作用的能力，用抗冻等级表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250和F300共九个等级。

本页图示同时给出抗渗试件与抗冻试验示意。

第39页：抗侵蚀性与碳化

4.7.3 抗侵蚀性

当混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时便会遭受侵蚀，通常有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀与强碱侵蚀等，其侵蚀机理与水泥腐蚀机理接近。

4.7.4 混凝土的碳化

指混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳在湿度适宜时发生化学反应，生成碳酸钙和水，也称中性化。

第40页：碱—集料反应

4.7.5 混凝土的碱—集料反应

碱—集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，凝胶吸水体积剧烈膨胀（体积可增加3倍以上），从而导致混凝土膨胀开裂破坏的现象。

发生碱—集料反应必须同时具备以下三个条件：

1. 水泥中碱含量高：按(Na₂O+K₂O)%计算大于0.6%。
2. 砂、石骨料中含有活性二氧化硅成分，如蛋白石、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—集料反应。

第41页：提高混凝土耐久性的措施

4.7.6 提高混凝土耐久性的措施

1. 合理选用原材料。
2. 保证合理的混凝土配合比。
3. 改进施工操作程序及工艺，保证混凝土施工质量。

第42页：外加剂的概念及分类

4.8.1 外加剂的概念及分类

混凝土搅拌过程中掺入的、用以改善混凝土性能的物质称为混凝土外加剂，其掺量一般不超过水泥质量的5%。

一般按主要功能分为四类：

1. 改善新拌混凝土流变性能的外加剂，包括减水剂、引气剂、泵送剂等。
2. 调节混凝土凝结硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂、速凝剂等。
3. 改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂等。
4. 改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、防水剂、泵送剂等。

第43页：减水剂的作用机理

4.8.2 减水剂 1. 减水剂的作用机理

减水剂属于表面活性剂，其分子由亲水基团和憎水基团两部分组成。在水溶液中加入表面活性剂后，亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、非极性液体或固体，作定向排列组成吸附膜，因而降低了水的表面张力。

水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用使水泥浆形成絮凝结构；减水剂分子定向排列后可释放絮凝结构中包裹的拌合用水（图示见原图：a 水泥浆絮凝结构、b 减水剂分子定向排列、c 释放拌合用水）。

第44页：减水剂的技术经济效果

2. 减水剂的技术经济效果

• 增加流动性，不影响混凝土强度。
• 减水增强。
• 节约水泥：保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%～25%。
• 改善混凝土的耐久性。

3. 减水剂的主要品种

1. 普通减水剂。
2. 高效减水剂。
3. 高性能减水剂。

第45页：引气剂与早强剂

4.8.3 引气剂

在搅拌过程中掺入，能引入大量分布均匀的微小气泡，改善拌合物和易性，减少泌水、离析，显著提高混凝土耐久性。常用品种有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等，适宜掺量为水泥质量的0.005%～0.02%。

4.8.4 早强剂

可加速混凝土硬化过程，明显提高早期强度，对最终强度无显著影响，多用于冬季施工混凝土和抢修工程，或用于加快模板周转率。常用有无机盐（氯化钙、氯化钠、硫酸钠、硫代硫酸钠）和有机物（三乙醇胺）两大类。

第46页：缓凝剂、防冻剂与膨胀剂

4.8.5 缓凝剂

主要作用是延缓混凝土凝结时间和水泥水化热释放速度，且对后期强度发展无不利影响。

4.8.6 防冻剂

能使混凝土在负温下硬化并在规定养护条件下达到预期性能。常用有氯盐类（氯化钙、氯化钠）；氯盐阻锈类（氯盐与亚硝酸钠阻锈剂复合）；无氯盐类（硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合）。

4.8.7 膨胀剂

能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。

第47页：外加剂的应用要点

4.8.8 外加剂应用

1. 外加剂品种的选择。
2. 外加剂掺量的确定及掺入方法。

第48页：混凝土质量控制的三个过程

4.9 混凝土质量控制与评定

混凝土质量控制包括以下三个过程：

1. 生产前的初步控制：人员配备、设备调试、组成材料检验及配合比的确定与调整等。
2. 生产过程的控制：控制称量、搅拌、运输、浇注、振捣及养护等。
3. 生产后的合格性控制：批量划分、确定每批取样数量、确定检测方法和验收界限等。

第49页：混凝土质量波动

1. 混凝土质量波动

在正常的施工条件下，按同一配合比生产的混凝土质量也会产生波动。造成强度波动的原因有原材料质量的波动，运输、浇筑、振捣、养护条件的变化等；另外试验机误差及试验人员操作差异也会造成强度测试值波动。

正常条件下上述因素都是随机变化的，混凝土强度受这些随机变量影响，因此可用数理统计方法对其进行评定。本页配有混凝土强度正态分布与强度保证率图示。

第50页：混凝土质量的统计评定

2. 混凝土质量的统计评定

混凝土质量可用样本算术平均值、标准差（σ）、变异系数（离差系数）（Cv）、强度保证率（P）等参数评定。

强度平均值

n组混凝土试件强度的算术平均值，MPa

fcu,i

第i组混凝土立方体抗压强度的试验值，MPa

n

试验组数

标准差与变异系数的计算式见原图。

第51页：混凝土的配制强度

3. 混凝土的配制强度

为使混凝土强度保证率满足规定要求，设计配合比时必须使配制强度高于设计要求的强度，即 fcu,o ≥ fcu,k，二者相差愈大，强度达到设计要求的保证率愈高。

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2000）规定，为使混凝土强度保证率达到95%，普通混凝土的配制强度须满足：fcu,o ≥ fcu,k + 1.645σ。

fcu,o

混凝土的配制强度，MPa

fcu,k

混凝土设计强度等级的抗压强度标准值，MPa

σ

施工单位混凝土强度标准差的历史统计水平，MPa

1.645

95%强度保证率对应的概率参数（概率度）

第52页：混凝土强度的检验与评定

4.9.2 混凝土强度的检验与评定

《混凝土结构工程施工及质量验收规范》（GB 50204）规定，混凝土强度的检验应以在混凝土浇筑地点制备并与结构实体同条件养护的试件强度为依据；必要时可采用微（局部）破损与非破损方法检测混凝土强度。

按照《混凝土强度检验评定标准》（GBJ 107—87）规定，混凝土强度的评定可采用统计法和非统计法两种。非破损方法主要有回弹法、超声波法和超声回弹综合法等，不仅不破坏构件，还可对结构物构件反复多次检验，其中回弹法目前应用最为广泛。

第53页：配合比设计的表示方法

4.10 普通混凝土配合比设计

混凝土配合比是指混凝土中各组成材料用量之间的比例关系，通常用各种材料质量的比例关系表示，常用表示方法有两种：以每立方米混凝土中各种材料的质量表示；以每立方米混凝土各组成材料的质量之比表示。

4.10.1 混凝土配合比设计的基本要求

1. 达到混凝土结构设计强度等级的要求。
2. 满足混凝土施工所要求的施工性能（和易性）。
3. 具有良好的耐久性，满足抗冻、抗渗、抗蚀等方面的要求。
4. 在满足上述要求的前提下尽量节约水泥，满足经济性要求。

第54页：配合比设计的三个参数

4.10.2 混凝土配合比设计的三个参数

水灰比

水与水泥之间的比例关系。

砂率

砂与石子之间的比例关系。

单位用水量

反映水泥浆与骨料之间的比例关系。

基本原则：在满足混凝土强度和耐久性的基础上确定水灰比；在满足施工要求的和易性基础上，根据粗骨料种类和规格确定单位用水量；以砂填充石子空隙后略有富余的原则确定砂率。

第55页：配合比设计的资料准备

4.10.3 混凝土配合比设计的资料准备

1. 混凝土强度要求，即混凝土设计强度等级。
2. 混凝土耐久性要求，根据所处环境条件所要求的抗冻等级及抗渗等级。
3. 原材料情况：水泥品种和实际强度、密度等；砂石品种、表观密度及堆积密度、含水率、级配、最大粒径、压碎指标值等；拌和用水水质及水源；外加剂品种、特性、适宜剂量等。
4. 施工条件及工程性质：搅拌和振捣方法、要求的坍落度、施工单位管理水平、构件形状和尺寸以及钢筋疏密程度等。

第56页：配合比设计的步骤

4.10.4 混凝土配合比设计的步骤

应首先按照已选择的原材料性能及对混凝土的技术要求进行初步理论计算，得出初步配合比；再经试验室试拌及调整得出基准配合比；然后经过强度检验（有抗渗、抗冻等要求时作相应检验），定出满足设计和施工要求并比较经济的设计配合比（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，求出施工配合比。

第57页：初步配合比：配制强度

1. 初步配合比计算 1）确定混凝土的配制强度（fcu,o）

fcu,o = fcu,k + 1.645σ

fcu,o

混凝土配制强度，MPa

fcu,k

混凝土立方体抗压强度标准值，MPa

σ

混凝土强度标准差，MPa

混凝土强度标准差（σ）确定方法：

• a. 施工单位具有近期同一品种混凝土强度统计资料时，σ可按公式计算确定，注意式中n ≥ 25组。
• b. 施工单位无历史统计资料时，可按标准表确定。

第58页：初步配合比：水灰比

2）确定水灰比（W/C）

（1）根据强度要求计算水灰比：采用经验公式的变形公式计算满足强度要求的水灰比（计算式见原图）。

fcu,o

混凝土配制强度，MPa

αa、αb

回归系数；对碎石取αa = 0.46、αb = 0.07，对卵石取αa = 0.48、αb = 0.33

fce

水泥28天的抗压强度实测值，MPa

（2）据施工规范中对最大允许水灰比的规定进行耐久性复核。

第59页：初步配合比：单位用水量

3）确定单位用水量（mw0）：水灰比在0.40～0.80范围时，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按标准表选取。

第60页：初步配合比：水泥用量与砂率

4）确定单位水泥用量（mc0）：mc0 = mw0 / (W/C)。查表确定耐久性允许的最小水泥用量，对所计算出的水泥用量进行耐久性复核。

5）确定砂率（βs）：一般情况下可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按标准表选取。坍落度较大或较干硬混凝土的砂率，可经试验试配后确定。

第61页：初步配合比：砂石用量

6）计算单位砂、石用量（ms0、mg0）

砂石用量的计算有绝对体积法（体积法）及假定容重法（质量法）两种。

（1）假定容重法：mc0 + ms0 + mg0 + mw0 = mcp；βs = ms0 / (ms0 + mg0)。式中mcp为每立方米混凝土拌合物的假定质量，可取2350～2450 kg。

（2）绝对体积法：mc/ρc + mg0/ρg + ms0/ρs + mw0/ρw + 0.01α = 1；βs = ms0 / (ms0 + mg0)。式中ρc、ρs、ρg、ρw分别为水泥密度、粗集料表观密度、细集料表观密度、水的密度，单位均为kg/m³；α为混凝土含气量百分数，不掺引气性外加剂时取1。

第62页：试配用量的确定

2. 配合比的试配与调整 1）基准配合比的确定

初步配合比中各材料用量是根据经验公式、经验数据计算而得，是否能满足设计要求还需经试配和调整来验证。

（1）计算试配用量：根据粗骨料最大粒径确定试配混凝土用量，一般最大粒径31.5 mm以下试拌取15 L，最大粒径≥40 mm试拌取25 L；根据初步配合比算出试配量中各组成材料的用量。

第63页：和易性检验与调整

（2）和易性检验与调整（确定基准配合比）

按计算量称取各材料进行试拌，搅拌均匀，测定坍落度并观察粘聚性和保水性。如经试配坍落度不符合设计要求，可做如下调整：

• 坍落度比设计要求值大或小时，可保持水灰比不变，相应减少或增加水泥浆用量。
• 坍落度比要求值大时，还可在保持砂率不变的情况下增加集料用量。
• 坍落度值大且拌合物粘聚性、保水性差时，可减少水泥浆、增大砂率（保持砂石总量不变，增加砂用量、相应减少石子用量）。

重复测试直至符合要求为止，然后测出拌合物实测湿表观密度（ρoc），计算出1 m³混凝土中各材料实际用量，提出和易性已满足要求的基准配合比mca、msa、mga、mwa。

第64页：强度复核

2）实验室配合比的确定 （1）强度复核

和易性满足要求后还应复核混凝土强度并修正配合比。复核检验时至少应采用三个不同水灰比的配合比，其中一个为基准配合比，另两个以基准配合比的水灰比为准分别增加和减少0.05，用水量不变，砂率值可增加和减少1%。

试拌并调整使和易性满足要求后，测出其实测湿表观密度，每种配合比至少制作一组（3块）试件，标准养护28 d后测定抗压强度，画出强度与灰水比的关系曲线，在图上找出与混凝土配制强度相对应的灰水比。

第65页：配合比的修正

（2）按强度复核情况修正配合比

• 用水量：取基准配合比的用水量。
• 水泥用量：以用水量乘以选定灰水比确定。
• 砂、石用量：取基准配合比的砂、石用量，并可根据选定灰水比适当调整。

（3）按混凝土实测表观密度修正配合比

δ = ρh / ρj = ρh / (mcb + msb + mgb + mwb)

δ

湿表观密度校正系数

ρh

混凝土拌合物实测湿表观密度，kg/m³

ρj

混凝土拌合物计算湿表观密度，kg/m³

mcb、msb、mgb、mwb

按强度复核情况修正后的水泥、水、砂、石的用量

当ρh与ρj之差不超过ρj的2%时，不需按实测表观密度修正配合比；当二者之差超过ρj的2%时，配合比中每项材料用量均乘以修正系数δ，即得到最终确定的设计配合比（实验室配合比）。

第66页：施工配合比的确定

3）施工配合比的确定

设计配合比中材料以干燥状态为基准计算，而施工现场砂石常含一定量水分且含水率经常变化，为保证混凝土质量，应根据现场砂石含水率对实验室配合比设计值进行修正，修正后的配合比称为施工配合比。

假定施工现场砂的含水率为a%、石子含水率为b%，换算式为：mc = mcb；ms = msb(1 + a%)；mg = mgb(1 + b%)；mw = mwb − a%·msb − b%·mgb。

第67页：高强混凝土与高性能混凝土

4.11.1 高强混凝土与高性能混凝土

高强混凝土（HSC）

指强度等级为C60及其以上的混凝土，C100以上也称超高强混凝土。

高性能混凝土（HPC）

一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，以耐久性作为设计的主要指标。

第68页：轻混凝土概述

4.11.2 轻混凝土

轻混凝土是体积密度小于1900 kg/m³混凝土的统称，是用轻的粗、细骨料和水泥，必要时加入化学外加剂和矿物掺合料配制成的混凝土。按孔隙结构分为：轻骨料混凝土（多孔骨料轻混凝土）、多孔混凝土（加气混凝土和泡沫混凝土等）和大孔混凝土（无砂或少砂混凝土）。

与普通混凝土相比，其特点是质轻、热工性能良好、力学性能良好、耐火、抗渗、抗冻、易于加工等，在高层建筑、大跨度建筑、有保温要求的建筑装饰与装修工程中具有明显优势。

第69页：轻骨料混凝土的分类

1. 轻骨料混凝土

以轻粗骨料、细骨料、水泥和水配制而成。与普通混凝土比较，其表观密度较低，强度差别不大，具有较高的比强度。

• 按来源分：工业废料轻骨料（粉煤灰陶粒、煤矸石、膨胀矿渣珠、煤渣等）、天然轻骨料（浮石、火山渣等）、人造轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等）。
• 按颗粒形状分：圆球型、普通型和碎石型。
• 按所用骨料分：全轻混凝土（粗细骨料均为轻骨料，堆积密度小于1000 kg/m³）和砂轻混凝土（细骨料全部或部分为普通砂）。
• 按用途分：保温轻骨料混凝土、结构保温轻骨料混凝土、结构轻骨料混凝土三大类。

第70页：轻骨料混凝土的技术性能

２）技术性能

（1）抗压强度：轻骨料混凝土的强度等级用LC表示，《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ 51—2002）按其立方体抗压强度标准值划分为13个强度等级。

（2）体积密度：按其干体积密度划分为14个密度等级，即由600～1900 kg/m³每增加100 kg/m³为一个等级，每个等级有其一定的变化范围。

第71页：轻骨料混凝土的其他性能与应用

（3）其他性能

• 弹性模量较小，一般为同强度等级普通混凝土的50%～70%。
• 具有良好的保温性能，含水率增大时导热系数也随之增大。
• 收缩和徐变比普通混凝土相应大30%～60%，热膨胀系数比普通混凝土小约20%，导热系数降低25%～75%，耐火性与抗冻性有不同程度改善。

3）应用

轻骨料混凝土主要适用于高层和多层建筑、软土地基、大跨度结构、抗震结构、耐火等级要求高的建筑、要求节能的建筑和旧建筑的加层等。

第72页：大孔混凝土与多孔混凝土

2. 大孔混凝土

以粗骨料、水泥和水配制而成的轻质混凝土，又称无砂混凝土。水泥浆包裹粗骨料颗粒表面将其粘结在一起，但不填满粗骨料颗粒之间的空隙，因而形成大孔结构。

3. 多孔混凝土

不用粗骨料且内部均匀分布大量微小气孔的轻质混凝土。孔隙率可达85%，体积密度300～1000 kg/m³，热导率0.081～0.17 W/(m·K)，具有结构及保温功能，容易切割、易于施工，可制成砌块、墙板、屋面板及保温制品。

第73页：防水混凝土与环保型混凝土

4.11.3 防水混凝土

通过各种方法提高混凝土抗渗性能、抗渗等级等于或大于P6级的混凝土，又称抗渗混凝土。根据防渗措施不同分为普通防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土三类。

4.11.4 环保型混凝土

能减少给自然环境造成负荷，同时与自然生态系统协调共生、为人类构筑舒适环境的混凝土。分为减轻环境负荷的混凝土和生态型混凝土两大类。

第74页：本章小结

本章小结

在混凝土组成材料中，水泥胶结材料是最关键的成分，对混凝土性能影响很大。砂和石子是同一性状而只是粒径不同的骨料，所起作用基本相同，应掌握它们在配制混凝土时的技术要求。

混凝土的和易性对硬化后的性能（强度和耐久性）有极大影响，必须保证混凝土拌合物的施工性能。混凝土强度的合格性控制与建筑施工关系密切，应结合主体（基础）工程施工、施工质量验收等课程深入学习。

要求基本掌握混凝土配合比计算及调整方法，了解水灰比、砂率、单位用水量及其它常见因素对混凝土性能的影响。同时应当明确，配合比设计的合理性必须通过试验来检验。