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第1章 混凝土概述 王红霞编写，注意保存1.1、 混凝土的定义人们通常所称的混凝土，系指水泥混凝土。混凝土是一种优质建筑材料，因其质坚、耐久、易成型而被广泛用作建筑材料。广义的混凝土是指由无机胶凝材料或有机胶凝材料、水、骨料和外加剂、掺和料按照一定比例拌和并在一定的条件下凝结硬化而成的复合固体材料。普通混凝土是指水泥、砂、石和水配制成的混凝土。为了改善混凝土的某些性质，加入适量的外加剂、掺和料配制成具有各种特性的混凝土属于特种混凝土或新型混凝土。混凝土的组成材料中，所占比例最大的是粗、细骨料，约占混凝土体积的70%左右，是混凝土的主料；其胶结材料是形成整体强度的硬化水泥浆（或称水泥石），它同砂和石子胶结形成岩石状块体，即混凝土，所以，混凝土是用胶凝材料将其骨料胶结成整体的复合固体材料的总称。1.2、 混凝土的发展历史我国最早的混凝土，目前已发现的是5000年以前新石器时代的白灰夯土地基（甘肃秦安大地湾遗址）。在国外，两千年前的古罗马已用石灰、火山灰作混凝土，建造了跨度为43.43米的著名的万神殿圆屋顶。现代的水泥混凝土，是由英国一位瓦匠约瑟夫阿斯普丁于1842年发表的改进人造石块的生产方法论文，取得了发明水泥专利而开始的。此后，1847年法国人兰波特用钢丝作骨架制成的混凝土小船及花盆，这是最原始的钢筋混凝土。1928年艾布拉姆斯发表了计算混凝土本身强度的水灰比理论。经过多年的实践，特别近几十年的研究，混凝土在科学技术理论上已成为一个独立的体系，工艺也不断出现许多创新和变革，在土木工程中的地位也越来越重要。其使用范围已从陆上建筑进入到地下建筑，从海港码头扩展到海上飘浮工程，从盛水的槽池发展到各种物体的贮罐，并且成为核电站防辐射的安全罩和各种高耸建筑的主要材料。成为人类创造新时代的一种不可缺少的建筑材料。1.3、混凝土的发展方向1.3.1、流态化从混凝土的工作性来看，100 多年来的历史，经历了：可铸性塑性干硬性流动性。这是由于外加剂的发现和泵送设备的发展而走向流动性的。将来可能走向自密实成型。1.3.2、高强化混凝土发展史的一个主要方面是强度的发展。世界各国混凝土的平均强度，按目前的强度等级表示，20世纪30年代约为C10级，50年代为C20级，60年代上升至C30级，70年代至80年代已提高到C40级。目前，国外高层建筑的受压结构已应用C60C70级。我国汕头海湾大桥的加劲梁已使用C60级。我国用离心法生产的高强预应力管桩也达到C80级。我国土木工程师学会已制订了高强混凝土的设计与施工的指南。混凝土向高强化发展已成为事实。1.3.3、新技术材料结构的复合化。如外加剂、掺和料、聚合物、纤维材料在混凝土中的应用，并在我国已得到推广。传统工艺已逐渐为新工艺所代替。如预拌、泵送混凝土，如真空吸水工艺，如高频振动和离心成型已得到广泛应用，压轧成型、填石压力灌浆成型也将逐步得到推广。高层建筑外墙饰面已兴起了清水混凝土、彩色混凝土或模型组合图案饰面等新工艺。给混凝土浇筑工艺提出更严格的要求。1.3.4、高性能和减少污染高性能混凝土是近年提出的新技术。是采用高效外加剂和掺用活性掺和料，使新拌混凝土易于泵送和易于成型；凝结过程能保持体积的稳定性，不出现干缩微裂缝，硬化后达到设计要求的力学性能和各种耐久性指标。同时，掺和料在一定条件下可替代水泥，从而减少水泥生产的污染和提高工业废料的利用，向绿色混凝土（少污染混凝土）发展。1.4、混凝土的分类1.4.1、按性能和用途分为水工混凝土、海工混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、防辐射混凝土等；1.4.2、按施工工艺分为普通现浇混凝土、喷射混凝土、泵送混凝土、水下混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、旋喷混凝土等；1.4.3、按胶凝材料种类分为水泥混凝土、石灰混凝土、沥青混凝土等；1.4.4、按骨料种类分为重混凝土、轻骨料混凝土、大孔混凝土、细颗粒混凝土等；1.4.5、按配筋方式分为素混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土及预应力混凝土等；1.4.6、按流动性（稠度）分为干硬性混凝土、低塑性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土及流态混凝土等。1.5、混凝土的主要性能混凝土的主要性能一般包括新拌混凝土性能以及硬化混凝土性能。新拌混凝土的性能包括密度、和易性（流动性、黏聚性、棍度、扩散度、维勃稠度等）、均匀性、含气量、凝结时间、泌水及压力泌水、拌和物密度等硬化混凝土性能包括热学性能（比热、导热系数、导温系数等）、力学性能（抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗剪强度、抗弯强度、疲劳强度等）、耐久性能（抗渗、抗冻、碳化、碱骨料反应等）、变形性能（弹性模量、干缩、徐变、极限拉伸、自身体积变形等）。1.6、水工混凝土水工混凝土有其自身的特点，在许多方面不同于普通混凝土。人们对于水工混凝土的认识，始于20世纪初，随着越来越多的混凝土大坝的施工兴建，对水工混凝土的了解越来越深刻。水工混凝土具有以下特点：1.6.1、骨料粒径较大。水工混凝土最大骨料粒径达到150mm，而且骨料所占的比例较高。而普通混凝土最大骨料粒径一般不超过40mm，一些水泥制品的骨料粒径甚至不超过20mm。1.6.2、混凝土强度等级较低。除了一些特殊部位外，水工混凝土的强度等级一般较低。特别是重力坝，混凝土强度等级更低。以三峡主体工程为例，大坝内部混凝土90d龄期的设计强度仅为15MPa，大坝外部混凝土90d龄期的设计强度仅为20MPa，水位变化区外部混凝土90d龄期的设计强度仅为25MPa。而普通混凝土28d龄期的设计强度一般为3040MPa。60MPa以上的高强混凝土也已经较普遍地被采用。道路混凝土28d龄期的设计强度一般也在30MPa以上。1.6.3、胶凝材料用量较少。由于考虑到水化热，除了特殊部位外，水工混凝土的胶凝材料用量通常较低。为调节和降低混凝土绝热温升，推行利用中、低热品种水泥，掺加掺和料和外加剂等。1.6.4、长期处于潮湿环境中。由于水工建筑物的特殊性，水工混凝土一般长期处于饱水状态。即便是在水上部份，由于水工建筑物体积特别大，内部的水份难以扩散蒸发，仅仅由于胶凝材料的水化而消耗掉一部分拌合水，这是非常有限的。而且由于毛细管作用，下部的水也会扩散上来。而对于普通混凝土，由于大部分建筑物都处于地面以上，它们的干湿状态受环境控制。在一些干燥地区，混凝土可能较长时间地处于干燥状态。即便在一些多雨潮湿地区，混凝土也很难保持在饱水状态下。1.6.5、寿命要求较长。水工建筑物一般投资较大，建设期较长，因此，一般要求有较长的使用寿命。1.6.6、对耐久性和安全性要求高。水利水电工程是我国国民经济建设中最重要的基础产业之一，从上个世纪50 年代开始，我国水利水电工程的发展相当迅猛，从102m 的浙江新安江水电站，240m高 的二滩水电站双曲拱坝，185m 高的三峡大坝，以及正在建设中的298m 高小湾水电站大坝、283m 高的溪落渡水电站大坝和305m 高的锦屏一级水电站大坝等等，这些大型水利水电工程除了混凝土工程量大、强度等级多、温控要求严外，更重要的是对混凝土的耐久性和安全性要求非常高。第2章 混凝土原材料及其质量控制2.1、概述 混凝土的原材料主要有水泥、砂、石、外加剂、水和掺和料等,原材料的质量直接影响混凝土的性能,原材料的管理直接影响混凝土的生产和质量。大量研究表明,影响混凝土性能(尤其是强度和耐久性)的最主要原因有两个方面:一是混凝土中硬化水泥浆体的孔隙率、孔分布和孔特征；二是混凝土硬化水泥浆体与骨料的界面。目前从现场混凝土生产质量控制情况来看,引起混凝土质量差的原因经常是:(1) 水泥过期、受潮、结块；(2) 粗、细骨料中的有害物质及含泥量超标；(3) 配合比不准确,没有进行配合比设计或者不按照配合比生产,计量不准确,衡量误差过大,现场随意加水 ,导致混凝土质量降低；(4) 粗、细骨料颗粒级配不良,水泥用量较高,导致混凝土收缩量加大,产生收缩裂缝；(5) 水泥初凝时间长,或者水泥与外加剂适应性不好,导致混凝土凝结时间延长,降低混凝土早期强度；(6) 混凝土拌和时间不够,导致混凝土拌和物不均匀,存在“生料”现象；(7) 原材料与配合比设计时不一致等。所以,配制混凝土的原材料必须符合国家现行技术标准的规定和设计要求,是保证混凝土质量的基本条件。2.2、水泥2.2.1、选用水泥品种的原则主要是根据工程部位、技术要求和环境条件。根据水工混凝土的重要性和混凝土耐久性的要求,选用水泥强度等级应与混凝土设计的强度等级相适应。对于特殊部位和抗冻要求较高的混凝土,应优先选用较高的水泥强度等级。2.2.2、水工混凝土常用的水泥水工混凝土常用的水泥有:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、低热微膨胀水泥。水工混凝土所使用的水泥必须符合现行的国家标准,这些标准分别为:GB1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、GB13441999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥、GB7482005抗硫酸盐硅酸盐水泥、GB2002003中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、GB29381997低热微膨胀水泥。2.2.3、水泥的验收运至工地的每一批水泥，应有生产厂的出厂合格证和品质试验报告，使用单位应进行验收检验，（按每200t400t同厂家、同品种、同强度等级的水泥为一取样单位，如不足200t也作为一取样单位），必要时应进行复检。水泥的取样方法按GB125731990水泥的取样方法进行。袋装水泥可从20个以上不同部位取样，等量取样混和总量至少12kg；散装水泥取样应不少于三个箱（罐），每个箱（罐）抽取67点的等量试样，取样总量至少12kg。每一编号试样充分混匀后分为二等份，一份用于检验，一份密封保存3个月，以备复检或者仲裁。2.2.4、水泥的检验水泥细度的测定按GB13452005水泥细度检验方法（80m筛筛析法）进行。标准稠度用水量、安定性和凝结时间的测定按GB/T13462001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法进行。强度的测定按GB/T176711999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）进行。氧化镁、碱、三氧化硫含量的测定按GB/T1761996水泥化学分析方法进行。2.2.5、水泥的储存袋装水泥储运时间超过3个月，散装水泥超过6个月，使用前应重新检验。对已经受潮结块的水泥，必须经加工处理、并检验合格方可使用。袋装水泥存放期间，堆放高度不得超过15袋，且应避免受潮。2.3、掺和料水工混凝土中掺入适量的掺和料，具有改善混凝土的性能，提高混凝土质量，减少混凝土水化热，抑制碱骨料反应，节约水泥，降低成本等作用。因而，大中型水利水电工程已普遍掺用掺和料。掺和料分为活性掺和料和非活性掺和料。常用的活性掺和料有超细粉煤灰、硅粉、稻壳灰、超细沸石粉、超细矿渣粉、超细石灰石粉等。这些活性掺和料在混凝土中所起的作用可归纳为以下几种“粉体效应”。从而起到提高混凝土力学性能及耐久性能；改善混凝土工作性，并能替代部分水泥的作用。（1）活性效应 活性效应表现在两个方面。一是活性超细粉本身都含有大量活性二氧化硅。这些活性物质与水泥水化时产生的Ca(OH)2反应形成低碱水化硅酸钙。即所谓的二次水化反应。这与矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥中的矿渣、粉煤灰、火山灰等“混合材”起的作用完全一样。二是活性超细粉的最大特点是“超细”，其表面积远大于掺混合材水泥中的混合材，一般是600m2/kg以上。而硅灰则可达12000 m2/kg以上，具有如此大比表面积的活性超细粉使水化反应速度大大加快，反应程度也大大增加。而二次水化速度的加快和反应程度的增加，使水泥石中对强度和稳定性有不良影响的Ca(OH)2晶体大大减少，对水泥石性能有利的低碱水化硅酸钙凝胶却大大增加。同时还减少了水泥石与骨料界面过渡区的厚度及过渡区Ca(OH)2富集和排列的程度。研究表明，掺加微硅粉的高性能混凝土水泥石中的Ca(OH)2量很少，与不掺硅粉的相比，Ca(OH)2量大约降低了2倍。（2）微集料效应 超细粉的颗粒直径大多在5m以下。这种粉粒能够填充到一般细骨料和水泥中混合材颗粒所不能填充的孔隙中，因而使水泥石中的孔隙率进一步降低。（3）复合胶凝效应 在超细粉中如果掺入一些对超细粉有激活作用的物质，可以使超细粉的活性进一步加强，二次水化速度更快，这种作用称之为“复合胶凝效应”。例如HF粉作为激活粉煤灰活性的物质被广泛使用在抗冲耐磨混凝土中。（4）“固体减水剂”效应 由于超细掺和料中存在大量的玻璃态物质，其粒体本身不吸水，又可以填充在水泥粒子间隙和絮凝状结构中，占据充水空间，把絮凝状结构中的水分释放出来，从而使水泥浆体流动性得以增加，起到“固体减水剂”的作用。 因为超细掺和料的以上“粉体效应”，所以掺入混凝土中可以起到提高混凝土力学性能及耐久性能，改善混凝土工作性，并能替代部分水泥的作用。2.3.1、粉煤灰 （1）粉煤灰的矿物组成粉煤灰是从电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末，因电厂收尘方式不同，分湿排灰（含水量小于15%）和干排灰（含水量小于1%）两种。按煤种分为由无烟煤或烟煤燃烧收集的F类粉煤灰；由褐煤或次烟煤煅烧收集的C类粉煤灰。粉煤灰是一种火山灰质混合材料，粉粒表面光滑，呈球形，主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3等。其中，决定粉煤灰活性的主要成分为SiO2及Al2O3，共占粉煤灰成分的60%以上，此外，还有无定型的SiO2及Al2O3。粉煤灰的矿物质成分主要为硅铝玻璃体，呈实心微珠或空心微珠（简称漂珠）。其中实心微珠颗粒最细，表面光滑，是粉煤灰中需水量最小、活性最高的有效成分。粉煤灰中还含有多孔玻璃体、玻璃体碎块、结晶体及未燃尽的碳粒等。未燃尽的碳粒颗粒较粗，会降低粉煤灰的活性，增加需水量，是有害成分。粉煤灰中含碳量可用烧失量检测。多孔玻璃体等非球形颗粒，表面粗糙，粒径较大，会增大用水量，当其含量较多时，使粉煤灰品质降低。（2）粉煤灰的基本性能指标细度：细度是评定粉煤灰品质的重要指标之一。粉煤灰的细度对活性影响很大，在很大程度上决定有粉煤灰的质量。粉煤灰的细度还影响到混凝土拌和物的和易性，粉煤灰越细，混凝土的和易性越好，保水性越好，不容易产生离析现象。SO3：在碱性环境下，能与水泥中的铝酸钙发生反应生成硫铝酸钙，体积增加2.5倍，使混凝土发生膨胀，产生破坏。烧失量：烧失量主要反映粉煤灰中位燃尽的碳的含量。烧失量越大，粉煤灰的需水量比越高，由于吸附作用会造成混凝土引气剂掺量提高，烧失量大还会影响混凝土的耐久性。 需水量比：需水量比在一定程度上反映粉煤灰物理性能的优劣，是影响粉煤灰活性的主要物理因素之一。细度越小、玻璃微珠越多的粉煤灰需水量比越小，需水量比小的粉煤灰可以减少混凝土的单位用水量，起到“固体减水剂”的作用。能够起到增加混凝土强度、提高混凝土耐久性能。并且混凝土的施工和易性明显优于不掺粉煤灰的混凝土。含水量：粉煤灰含水率影响卸料、储藏。对高钙灰来说，含水影响粉煤灰活性，并造成结块。我国绝大多数的电厂的粉煤灰都是低钙灰。粉煤灰的国家标准是GB1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰，将粉煤灰分为三个等级。2.3.2、粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣是铁矿石在冶炼过程中与石灰石等熔剂化合的以硅酸钙、硅铝酸钙为主要成分的熔融物经淬冷后形成的玻璃体物质。其90%以上成分是CaO、SiO2和Al2O3，另外还有Fe2O3、MgO及SO3。粒化高炉矿渣有很高的活性，是混凝土常用的掺和料。其技术指标见GB/T203-94用于水泥中的粒化高炉矿渣。2.3.3、硅粉硅粉是生产硅铁、硅钢或其它硅金属时，高纯度石英和煤在电弧炉中还原所得到的以无定型SiO2为主要成分的球形玻璃状颗粒粉尘，其中大部分颗粒粒径小于1m。硅粉具有极高的火山灰活性，在混凝土中掺加硅粉可显著改善混凝土和易性、提高混凝土粘聚性、减少混凝土离析和泌水。可提高混凝土的强度，抗冻、抗渗性能，抗碳化、抗硫酸盐、抗氯盐侵蚀及抑制碱骨料反应，对提高混凝土抗冲耐磨性能均有显著效果。被广泛用于水利水电工程抗水流冲刷部位混凝土中。硅粉需水量较高，当硅粉掺入量较大时，导致混凝土粘稠影响流动性，并且混凝土易产生收缩，混凝土成本也较高。故加硅粉时应采用高效减水剂，掺量以胶凝材料总量的5%10%为宜。并且硅粉混凝土容易产生收缩裂缝，需加强早期养护。硅粉技术指标应满足水工混凝土硅粉品质标准暂行规定。2.3.4、氧化镁（MgO） 氧化镁与水发生反应后生成Mg(OH)2晶体会引起体积膨胀，因此在混凝土拌和物中掺入一定数量的氧化镁或使用氧化镁含量较高的水泥，混凝土在硬化过程中会产生膨胀力，对混凝土产生预压应力；混凝土浇筑后的降温过程中由于水分蒸发及水化反应的进行，体积将产生收缩，在混凝土内产生拉应力，掺氧化镁后产生的预压应力正好可以抵消混凝土在降温过程中产生的拉应力，有效地防止大体积混凝土施工过程中产生的裂缝。但由于氧化镁本身膨胀的长期影响，人们对它的推广应用，特别是大型工程中掺用氧化镁仍持不同的看法，例如：对氧化镁的安定性及均匀性持怀疑态度，担心混凝土会无限膨胀，影响基础混凝土的受力状态。从氧化镁本身的性质来看，这些担扰是可以理解的。根据国内已建的白山电站、水口电站及李家峡电站掺用氧化镁的资料分析，氧化镁的膨胀大部分发生在30d到半年左右，以后基本趋于稳定，虽然以后体积变形仍有极缓慢的增长，大约每年有(15)10-6，这种微小变形对混凝土的体积安定性没有影响。同时工程观测资料表明，氧化镁本身水化后的体积变形，虽然最初没有被人们有意识地加以利用，作为防止大体积混凝土裂缝的手段，但是这种现象在众多工程中已经存在。有些工程已运行了几十年，但很少有因掺用MgO或水泥中MgO含量较高引起工程结构应力恶化的现象。 对掺氧化镁混凝土物理力学性质进行系统研究始自20世纪70年代初，掺适量氧化镁可以改善混凝土的极限拉伸、干缩、强度、耐久性等，但掺量不匀或过量等则会对混凝土带来不利影响；膨胀速率、膨胀过程与养护温度密切相关。氧化镁混凝土的膨胀对收缩应力的补偿效果，主要取决于如下几个因素：(1)约束条件。只有存在约束时混凝土的膨胀才会产生压应力，因此氧化镁膨胀剂用于填塘、混凝土建筑物的基础部位、拱坝等强约束结构和部位较有效。(2)膨胀量。在温降收缩时，氧化镁混凝土有足够的膨胀量以抵消收缩，才能体现氧化镁的作用，达到防裂的目的。国内几座拱坝的开裂的原因之一就是膨胀量不足所致。 (3)膨胀时间。早龄期的膨胀效果不佳，温降之后的膨胀也不能补偿温降收缩。氧化镁混凝土的膨胀速率取决于养护温度，养护温度高时膨胀快，反之慢，高温养护时在较短时间内即完成膨胀，而低温养护时膨胀过程往往拉得很长。混凝土浇筑后受水化热影响，早期温升，后期温降，拉应力主要出现在温降时。如果氧化镁混凝土的膨胀过程与降温收缩过程一致，则可以很好地补偿温降收缩，因此理想的膨胀曲线应与温降过程一致。但实际上氧化镁混凝土在早期温度较高时，膨胀速率快，后期降温时膨胀速率变慢，即膨胀过程与降温过程不一致，从而影响了补偿效果，这就是时间差概念。升温时氧化镁的膨胀能产生部分压应力，给后期的温降带来补偿作用，但是由于混凝土浇筑后有一个由软到硬的过程，并且其徐变度与龄期密切相关。早龄期混凝土的弹模低、徐变度大，膨胀所产生的应力增量要远小于后期膨胀。虽然高温养护时膨胀量大，但由于大部分膨胀产生于早龄期，对后期温降的补偿效果不见得好。所谓有效膨胀量是指能产生压应力增量、从而可以补偿温降收缩的膨胀量。氧化镁混凝土早龄期的膨胀对产生预压应力或补偿收缩作用不明显，因此延迟氧化镁混凝土的膨胀，尽量使膨胀发生在一定龄期之后，有利于补偿温度降低引起的混凝土收缩。高温时前期膨胀较大，但因此时混凝土的弹性模量低、徐变度大，产生的补偿效果小；低温时早期膨胀小，后期膨胀大，有利于补偿后温降收缩。在实际的混凝土坝体中，由于体型、坝高、坝厚、气温、水温及日照等因素的影响，使得坝体混凝土浇筑后最高温度出现的时间及其大小各不相同，温度变化规律也各不相同，因而氧化镁膨胀的补偿效果，需要根据实际情况进行仿真分析。(4)氧化镁膨胀在不同部位效果不同。在基础约束区，将减小温降时的拉应力，使应力状态改善；但在远离约束区的部位，氧化镁膨胀会增大内外变形差，从而可能增大该区表面的拉应力。为了防止这种不利的情况，需要精心设计不同部位氧化镁的掺量。2.3.5、掺和料的验收检验掺和料每批产品出厂时应有产品合格证，主要内容包括：厂名、等级、出厂日期、批号、数量及品质检验结果等。使用单位对进场使用的掺和料应进行验收检验。粉煤灰等掺和料以连续供应200t为一批（不足200t按一批计），硅粉以连续供应20t为一批（不足20t按一批计），氧化镁以60t为一批（不足60t按一批计）。罐车取样应不少于三个罐（箱），每个罐（箱）抽取5个点，每点抽取0.51kg，袋装灰可从每批中任抽10袋，试样不少于1kg，充分混匀后，分为二等份，一份用于检验，一份密封保存三个月，以备复检或仲裁。品质检验结果凡低于技术要求中最低级别技术要求的粉煤灰为不合格品。若其中任一项不符合要求的应重新加倍取样，进行复检，仍达不到要求的，作为不合格品。粉煤灰可以降级使用。2.4、外加剂混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入、掺量不大于胶凝材料总质量的5%（特殊情况除外），用以改善混凝土性能的物质。混凝土外加剂是除水泥、掺和料、骨料和水之外的混凝土的第五组分，外加剂已发展成为拌制混凝土不可缺少的组分。2.4.1、外加剂的分类混凝土外加剂按其主要功能分为四类：（1） 改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、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，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3） 改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4） 改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。2.4.2、外加剂的定义（1）普通减水剂-在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。（2）早强剂-加速混凝土早期强度发展的外加剂。（3）缓凝剂-延长混凝土凝结时间的外加剂。（4）引气剂-在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布，稳定而封闭的微小气泡的外加剂。（5）高效减水剂-在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌和用水量的外加剂。（6）缓凝减水剂-兼有缓凝和减水功能的外加剂。（7）引气减水剂-兼有引气和减水功能的外加剂。（8）防水剂-能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。（9）阻锈剂-能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂。（10）加气剂-混凝土制备过程中因发生化学反应，放出气体，而使混凝土中形成大量气孔的外加剂。（11）膨胀剂-能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。（12）防冻剂-能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻、强度的外加剂。（13）着色剂-能制备具有稳定色彩混凝土的外加剂。（14）速凝剂-能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。（15）泵送剂-能改善混凝土拌和物泵送性能的外加剂。（16）缓凝高效减水剂-兼有缓凝和大幅度减少拌合用水量的外加剂。常用的外加剂：木质素系 主要有木质素磺酸盐、碱木素、硫酸盐木素 磺化煤焦油系 主要有萘系、蒽系、煤焦油系 树脂系 主要有三聚氢胺磺酸盐甲醛缩合物 糖蜜系 主要有糖钙 腐植酸系 主要有腐植酸钠 栲胶及废渣系 聚羧酸系2.4.3、外加剂在混凝土中的作用 （1）改善新拌混凝土的工作性能可提高混凝土拌和物的流动性，改善和易性，减小混凝土拌和物内摩擦力，使混凝土拌和物易于浇筑、便于振捣，提高混凝土拌和物可泵性。减少混凝土拌和物泌水、离析、分层等现象，提高混凝土拌和物均匀性。调节混凝土拌和物的初、终凝时间，减少或延缓水化热散热，降低混凝土绝热温升。微膨胀补偿收缩等。（2）提高硬化混凝土的物理力学性能及耐久性能混凝土中掺入适当的外加剂，可提高混凝土的强度，包括早期强度和后期强度，增加混凝土的密实性，减少收缩、徐变、提高混凝土的体积稳定性。提高混凝土的抗渗性、抗冻融性，提高混凝土的耐久性。抑制碱骨料反应。（3）应用混凝土外加剂的技术经济效益节约水泥，在保持相同强度时，可减少10%20%的水泥用量；提高强度，可以缩小构筑物尺寸，减小构件自重，降低建筑成本；改善混凝土的抗渗性和密实性，提高混凝土的耐久性； 提高混凝土的早期强度，可提前拆模，加快施工进度；拓宽了混凝土的使用范围，混凝土被广泛用于大跨度预应力桥梁、高层建筑以及水下混凝土、海洋石油平台用混凝土；加速了混凝土施工新工艺的实现，如喷射混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土、滑模施工及冬季施工均不能离开外加剂。把混凝土技术推向了高科技领域，使用外加剂技术是生产高性能混凝土的必要手段，因此，混凝土外加剂技术的发展成就了混凝土技术的发展。2.4.4、减水剂减水剂按照减水能力及兼有的功能，分类为：普通减水剂、高效减水剂、缓凝高效减水剂、早强减水剂及引气减水剂等。减水剂多为亲水性表面活性剂，对水泥有分散作用。根据使用条件的不同，混凝土掺用减水剂后可以产生以下三方面的效果：（1） 在配合比不变的条件下，可增大混凝土拌和物的流动性，且不致降低混凝土的力学及耐久性能。（2） 保持流动性及水灰比不变的条件下，可以减少混凝土用水量，从而节约水泥，降低成本。（3） 在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可以减少用水量，从而降低水灰比，使混凝土的强度与耐久性得到提高。 GB8076-1997混凝土外加剂以及DL/T5100-1999水工混凝土外加剂技术规程对减水剂的技术要求进行了规定。2.4.5、引气剂引气剂具有引气作用的原理是：引气剂吸附在水和空气的界面上，显著降低表面张力，在搅拌作用下产生大量气泡；引气剂分子定向排列在泡沫界面上，阻碍泡沫内水分子的移动，增加了泡沫的厚度及强度，使气泡不易破灭；泡沫吸附在水泥等微细颗粒上，水泥浆中的CaOH2与引气剂作用生成的钙皂沉积在泡沫壁上，也提高了泡沫稳定性。引气剂能改善混凝土拌和物的和易性。混凝土拌和物中引入适量气泡，相当于增加了水泥浆体积，微小气泡起到滚珠的作用，可提高混凝土流动性；大量微细气泡存在，还可显著地改善混凝土的黏聚性和保水性。引气剂能显著提高混凝土耐久性。由于气泡能隔断混凝土中毛细管通道，以及气泡对水泥石内水分结冰时所产生的水压力的缓冲作用，能显著提高混凝土抗渗性及抗冻性。此外，气泡还可降低混凝土弹性模量，这对提高混凝土抗裂性也是有利的。混凝土中掺入了引气剂的主要缺点是使混凝土强度及耐磨性有所降低。当保持水灰比不变，掺入引气剂，当含气量每增加1%，混凝土抗压强度降低3%5%。混凝土中含气量的多少，对混凝土的和易性、强度及耐久性有很大影响。若含气量太少，不能获得引气剂的积极效果；若含气量过大，又会过多地降低混凝土的强度，所以应保证适宜的混凝土含气量。对抗冻性要求较高的混凝土，常采用引气剂与减水剂双掺的方式，可以获得增加强度和提高耐久性的双重效果。 GB8076-1997混凝土外加剂以及DL/T5100-1999水工混凝土外加剂技术规程对引气剂的技术要求进行了规定。2.4.6、速凝剂喷混凝土要求水泥在很短的时间内凝结，达到一定的粘结强度和承受自身重力作用的强度，所以喷混凝土中掺入的外加剂主要是速凝剂。速凝剂的成分主要是石灰、Na2CO3、铝氧熟料等，这些成分与水发生化学反应产生的NaOH迅速与水泥中的石膏反应生成Na2SO4，使水泥浆中的Ca SO4显著减少，C3A、C4AF迅速水化生成水化铝酸钙，使水泥迅速凝结。水泥中掺速凝剂的主要目的是改变调凝剂在水泥中的作用方式，使水泥在很短的时间内凝结硬化。但是水泥速凝的后果是水化过程不完善，对后期强度影响较大。中华人民共和国建材行业标准喷射混凝土用速凝剂（JC477-2005）对速凝剂的技术要求进行了规定。外加剂每批产品应有出厂检验报告和合格证。使用单位应进行验收检验。外加剂的分批以掺量划分。掺量大于或等于1%的外加剂以100t为一批，掺量小于1%的外加剂以50t为一批，掺量小于0.01%的外加剂以1t2t为一批，一批进场的外加剂不足一个批号的，应视为一批检验。每一批取样不得少于0.2t水泥所需要的外加剂量。试样充分混匀后分为二等份，一份用于检验，一份密封保存6个月，以备复检或仲裁。外加剂的检验按GB80761997混凝土外加剂、DL/T51001999水工混凝土外加剂技术规程和DL/T5150-2001水工混凝土试验规程执行。外加剂的品质检测结果都符合某一等级规定时，则判为相应等级产品。若有性能试验结果不符合要求，则加倍重新检验，如仍不符合要求，该批外加剂降级使用或定为不合格品。水工混凝土外加剂必须满足DL/T51001999水工混凝土外加剂技术规程的要求。2.5、骨料骨料分类：按照料源分为天然骨料和人工骨料。砂规格：按照细度模数分为粗、中、细三种规格，粗砂细度模数：3.73.1、中砂细度模数：3.02.3、细砂细度模数：2.21.6、特细砂细度模数：1.6。碎石和卵石按5mm20mm、20mm40mm、40mm80mm、80mm120（150）mm方孔筛分级，代号分别为D20、D40、D80、D120（D150）。骨料生产单位应符合合同要求，并且按照招标文件的规定对所生产的砂按批进行检验，满足有关标准、规程、规范及合同文件要求后方可用于施工，必要时还要经业主或监理试验室复检合格。DL/T 5144-2001水工混凝土施工规范对骨料品质检验规定：（1）骨料生产成品的品质检验：骨料生产成品的品质，每8小时应检测一次。检测项目：细骨料的细度模数、石粉含量（人工砂）、含泥量和泥块含量；粗骨料的超径、逊径、含泥量和泥块含量。成品骨料出厂品质检测：细骨料应按同料源每600t1200t为一批，检测细度模数、石粉含量（人工砂）、含泥量、泥块含量和含水率；粗骨料应按同料源、同规格碎石每2000t为一批。卵石每1000t为一批，检测超径、逊径、针片状、含泥量、泥块含量和D20粒径骨料的中径筛筛余量。使用单位每月进行12次抽检。必要时应定期进行碱活性检验。（2）在拌和楼抽样检测： 砂子、小石的含水量每4h检测一次，雨雪后等特殊情况应加密检测；砂子的细度模数和人工砂的石粉含量、天然砂的含泥量每天检查一次。 当砂子细度模数超出控制值的0.2时，应调整配料单的砂率。粗骨料的超逊径、含泥量每8h应检测一次。每月对砂石骨料品质进行一次全分析检验。取样与缩分：应均匀在料堆顶部、中部和底部的五个部位，铲去表面，然后由各部位抽取大致相等的石子15份，组成一组样品，在皮带运输机上取样时，应从出料处用接料器定时抽取8份，组成一组样品。将样品拌和均匀用四分法缩分至量略多于试验所需为止。2.6、钢筋质量检验使用单位按同厂家、同规格、同炉号，每60t为一取样单位，不足60t以60t计，进行取样检验。力学性能试验取样位置及试样制备依据GB/T29751998钢及钢产品 力学性能试验取样位置和试样制备（eqv ISO 377:1997），钢筋经外观检查合格后在本批钢筋中随机取样进行力学性能和工艺性能试验，拉伸和弯曲试件应从不同两根上各取1根做拉伸试验和弯曲试验试件。钢筋拉伸试样长度不少于200+8d，弯曲试件最小长度不少于150+6d（直径28mm40mm），120+5d(直径12mm25mm）。钢筋应按批进行检验和验收，每批重量不大于60t。公称容量不大于30t的冶炼炉冶炼的钢和连铸坯轧制成的钢筋，允许由同一牌号、同一冶炼方法、同一浇铸方法的不同炉罐号组成混合批，但每批不应多于6个炉罐号。各炉罐号含碳量之差不大于0.02%，含锰量不大于0.15%。同时要求，对用于工程的钢筋，使用前必须有生产厂家、合格证、材质检验（含批号、炉号）单。钢筋的外形尺寸、外观检查应合格，钢筋的品质检测结果应满足相关技术要求。钢筋弯曲180o后受弯曲部位表面不得产生裂纹。若检验结果不满足要求，应重新取样，对不合格项加倍复检，若仍有一个试样不满足要求，该批钢筋按不合格品处理。2.7、钢筋接头质量检测 钢筋焊接接头或焊接制品应分批进行质量检查和验收，主要有外观检查和机械性能检测。2.7.1、外观检查及评定。每一检验批中应随机抽取10%的焊接接头进行检查。依据JGJ182003钢筋焊接及验收规程进行评定。当外观质量各小项不合格数超过抽检数的10%时，应对该批焊接接头该小项逐个进行复检，并剔出不合格接头；对外观检查不合格接头采取修整或补焊措施后，可提交二次验收。当外观质量各小项不合格数小于或等于抽检数的10%时，则该批焊接接头外观质量评定为合格。2.7.2、力学性能检验及评定1）力学机械性能检验时，应从外观检查合格的接头或成品中分批抽取一定数量的试件，按照JGJ/T272001钢筋焊接接头试验方法标准进行检验。每组取6个试件，三个进行拉伸试验、三个进行弯曲试验。2）力学性能检验结果评定依据JGJ18-2003钢筋焊接及验收规程进行。3个热轧钢筋焊接接头试件的抗拉强度均不得小于该牌号钢筋规定的抗拉强度；HRB400钢筋焊接接头试件的抗拉强度均不得小于570N/mm2。 第3章 混凝土拌和物性能3.1、混凝土拌和物性能的基本知识 混凝土的各种组成材料按一定比例配料、经搅拌均匀后的混合物，在其未凝固前称为混凝土拌合物，也有称之为新拌混凝土，以区别于硬化后的混凝土。如图3.1-1。 图3.1-1 混凝土拌合物 和易性：是指砼拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的砼的性能。 和易性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。 （1）流动性：指砼拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。反应拌合物的稀稠程度。 拌合物太稠，砼难以振捣，易造成内部孔隙； 拌合物过稀，会分层离析，影响砼的均匀性。 （2）粘聚性：指砼拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使砼能保持整体均匀的性能。 （3）保水性：指砼拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。 三者关系：互相关联，又互相矛盾。 如：流动性很大时，往往粘聚性和保水性差。反之亦然。粘聚性好，一般保水性较好。 因此，所谓的拌合物和易性良好，就是使这三方面的性能，在某种具体条件下得到统一，达到相对均衡良好的状况。 3.2、和易性的测定方法 混凝土拌合物的和易性内涵比较复杂，难以用一种简单的测定方法和指标来全面恰当地表达。根据我国现行标准普通混凝土拌合物性能试验方法、DL/T 5150-2001水工混凝土试验规程、碾压混凝土试验规程规定，用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验来评定粘聚性和保水性。3.2.1、坍落度试验 坍落度试验是用标准坍落圆锥筒测定，该筒为钢皮制成，高度H=300mm，上口直径d=100mm，下底直径D=200mm，试验时，将圆锥置于平台上，然后将混凝土拌合物分三层装入标准圆锥筒内，每层用弹头棒均匀地捣插25次。多余试样用镘刀刮平，然后垂直提取圆锥筒，将圆锥筒与混合料排放于平板上，测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高差，即为新拌混凝土的坍落度，以mm为单位（精确至5mm）。如图3.2.1-1。图3.2.1-1 混凝土拌合物的坍落度 坍落度越大，流动性越好。根据混凝土拌合物坍落度S大小，可将混凝土进行如下分级： T1低塑性砼 S=1040mm T2塑性砼 S5090mm T3流动性砼 S100150mm T4大流动性砼 S160mm 若S 10mm则为干硬性砼。 测定坍落度后，观察拌合物的下述性质： 粘聚性 ：用捣棒在已坍落的拌合物锥体侧面轻轻敲打，如果锥体逐步下沉，表示粘聚性良好；如果突然倒塌，部分崩裂或石子离析，则为粘聚性不好的表现。 保水性：当提起坍落度筒后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的拌合物也因失浆而骨料外露，则表明保水性不好。如无这种现象，则表明保水性良好。 3.2.2、维勃稠度试验 维勃稠度试验方法是将坍落度筒放在直径为40mm、高度为200mm圆筒中，圆筒安装在专用的振动台上 ，如图3.2.2-1。按坍落度试验的方法将新拌砼装入坍落度筒内后再拔去坍落筒，并在新拌砼顶上置一透明圆盘。开动振动台并记录时间，从开始振动至透明圆盘底面被水泥浆布满瞬间止，所经历的实践，以s计（精确至1s），即为新拌砼的维勃稠度值。 、 图3.2.2-1 维勃稠度仪 根据混凝土拌合物维勃稠度t值大小，可将混凝土进行如下分级： V0超干硬性砼 t31s V1特干硬性砼 t3021s V2干硬性砼 t2011s V3半干硬性砼 t105s 3.3、影响新拌混凝土和易性的因素 3.3.1、水泥浆数量的影响 水泥浆作用为填充骨料空隙，包裹骨料形成润滑层，增加流动性。 砼拌合物保持水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，流动性越大，反之越小。但水泥浆用量过多，粘聚性及保水性变差，对强度及耐久性产生不利影响。水泥浆用量过小，粘聚性差。 因此，水泥浆不能用量太少，但也不能太多，应 以满足拌合物流动性、粘聚性、保水性要求为宜。 3.3.2、水泥浆的稠度 当水泥浆用量一定时 ，水泥浆的稠度决定于水胶比大小，水胶比为用水量与胶凝材料质量之比。 但水胶比过小时，水泥浆干稠，拌合物流动性过低，给施工造成困难。水胶比过大，水泥浆稀，使拌合物的粘聚性和保水性变差，产生流浆及离析现象，并严重影响混凝土的强度。 故水胶比大小应根据混凝土强度和耐久性的要求合理选用。 同时还要满足施工规范的最大允许值要求。3.3.3、砂率的影响 砂率：是指混凝土中砂的质量或体积占砂、石总质量或总体积的百分率。 砂率对和易性的影响 : 砂率过大 ，孔隙率及总表面积大，拌合物干稠,流动性小； 砂率过小，砂浆数量不足，流动性降低，且影响粘聚性和保水性 。 故砂率大小影响拌合物的工作性及水泥用量。 合理砂率：是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使砼拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值。或指混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性及保水性，而水泥用量为最少时的砂率值。如图3.3-1和图3.3-2。 图3.3-1 砂率与坍落度的关系 图3.3-2 砂率与水泥用量的关系 （水与水泥用量一定）（达到相同的坍落度）3.3.4、组成材料性质的影响 水泥品种的影响: 水泥对和易性的影响主要表现在水泥的需水性上。使用不同水泥拌制的混凝土其和易性由好至坏：粉煤灰水泥普通水泥、硅酸盐水泥矿渣水泥（流动性大，但粘聚性差） 火山灰水泥（流动性差，但粘聚性和保水性好） 骨料性质的影响: 最大粒径：粒径越大，总比表面积越小，拌合物流动性大； 品种：卵石拌制的砼拌合物优于碎石； 级配：具有优良级配的砼拌合物具有较好的和易性和保水性。 3.3.5、外加剂的影响 外加剂（如减水剂、引气剂等）对混凝土的和易性有很大的影响。适量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性。 不仅流动性显著增加，而且还有效地改善拌合物 的粘聚性和保水性。外加剂掺量按胶凝材料质量的百分比计，应通过试验确定，并应符合国家和行业现行的有关标准的规定。 3.3.6、 拌合物存放时间及环境温度的影响 温度：环境温度升高，水分蒸发及水化反应加快，相应坍落度下降。 时间：时间延长，水分蒸发，坍落度下降。 3.3.7、施工工艺： 同样的配合比设计：机械拌和时S人工拌和时S，且搅拌时间长，则S大。 3.4 、改善新拌混凝土和易性的措施 3.4.1、调节混凝土的材料组成:采用合理砂率,并尽可能使用较低的砂率；改