土木工程材料最全总复习资料

1、土木工程材料指土木工程结构物中使用的各种材料及制品。土木工程材料是土木工程的物质基础。0.1土木工程材料在土木工程中的地位1）必须具备足够的强度，能安全地承受设计荷载；2）材料自身的质量以轻为宜，以减小下部结构和地基的负荷；3）具有与使用环境相适应的耐久性，以减小维修费用；4）一定的装饰性；5）相应的功能性，如隔热、防水，隔声等。土木工程材料费用一般要占土木工程总造价的50%左右，有的高达70%。0.2土木工程材料的分类1）按化学成分可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类。2）按使用功能分为承重和非承重材料、保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料、装饰材料等。3）按用途分为结构材料、墙体材

2、料、屋面材料、地面材料、饰面材料，以及其它用途的材料等。0.3土木工程材料的发展趋势1）研制高性能材料。2）充分利用地方材料。3）节约能源。4）提高经济效益。0.4土木工程材料的标准化我国标准分为四级：国家标准（GB）部标准（JC、JG）地方标准（DB）企业标准（QB）国际标准-TSO；美国材料试验学会标准一ASTM；日本工业标准JIS；德国工业标准一DIN；英国标准-BS；法国标准一NF等。第一章土木工程材料的基本性质1.1材料的组成与结构111材料的组成材料的组成不仅影响材料的化学性质，也是决定材料物理、力学性质的重要因素。1）化学组成化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。2

3、）矿物组成将无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组成结构称为矿物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。例如水泥熟料的矿物组成为：3Ca0.Si023760%、2Ca0.Si021537%、3Ca0.AL203715%、4CaO.AL2O3.Fe2O31018%，若其中硅酸三钙（3CaO.SiO2）含量高，则水泥硬化速度较快，强度较高。3）相组成材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相、和固相。建筑材料大多数是多相固体。1.1.2材料的结构1）宏观结构建筑材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。按其

4、孔隙特征可分为：致密结构、多孔结构、微孔结构。按存在状态或构造特征分为：堆聚结构、纤维结构、层状结构、散粒结构。2）细观结构细观结构（原称亚微观结构）是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸范围在10-310-6m。如对天然岩石可分为矿物、晶体颗粒、非晶体组织；对钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体。3）微观结构微观结构是指原子分子层次的结构。可用电子显微镜或X射线来分析研究该层次上的结构特征。微观结构的尺寸范围在10-610-10m。在微观结构层次上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。1.2材料的基本物理性质1.2.1材料的密度、表观密度与堆积密度1）密度（俗称比重）P=v算:式中密度是指材料在

5、绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计p密度，kg/m3；m材料的质量，kg；V材料在绝对密实状态下的体积，m3。在测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏瓶测定其密实体积。在测量某些致密材料（如卵石等）的密度时，直接以块状材料为试样，以排液置换法测量其体积，材料中部分与外部不连通的封闭孔隙无法排除，这时所求得的密度称为近似密度（pa）2）表观密度（俗称容重）Z|m必一百表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量，按下式计算:式中p0表观密度，kg/m3；m材料的质量，kg；VO材料在自然状态下的体积，或称表观体积m3。表观密度一般是指材料在气干状态（长期在空气中干燥）下的

6、表观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。3）堆积密度（俗D弋100%密实度訂WO/o孔隙率戸=口=1丄/一鱼.io。称松散容重）堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量，按下式计算：式中p0堆积密度，kg/m3；m材料的质量kg；VO材料的堆积体积m3。1.2.2材料的密实度与孔隙率1）密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度，按下式计算：或2）孔隙率孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。用下式表示:即D+P=1或密实度+孔隙率=1材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。孔隙按尺寸大小又分为极微细孔隙、细小孔隙和较粗孔隙。孔隙的大小及其分布对材料的性能

7、影响较大。1.2.3材料的填充率与空隙率1）填充率填充率是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗填充的程度，按下式计算:-几昭100%或2)空隙率空隙率是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例，用下式表示:空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与ai-i材料润湿边角计算含砂率的依据。(a)亲水材料厲)憎水材料1.2.4材料的亲水性和憎水性润湿是水被材料表面吸附的过程。当水与材料在空气中接触时，将出现1-1(a)或(b)的情况,在材料、水和空气的交界处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角(润湿边角)愈小，浸润性愈好。如果润湿边角0为零

8、，则表示该材料完全被水所浸润；当润湿边角00.85的材料，称为耐水的材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用KR0.85的建筑材料。对用于受潮较轻或次要结构物的材料，其KR值不宜小于0.75。1.2.7材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数表示：AtH式中Ks材料的渗透(cm/h)；Q渗透水量(cm3)；d渗透的厚度(cm)；A渗水面积(cm2)；t渗水时间(h)；H静水压力水头(cm)。KS值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。如P4、P6、P8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.

9、8Mpa的水压而不渗水。材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地下建筑、压力管道、容器等结构时，均需要求其所用材料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。1.2.8材料的抗冻性材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。用符号“Fn”表示，其中n即为最大冻融循环次数，如F25、F50等，材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致(水结冰时体积增大约9%)。材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征

10、及充水程度。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高。一般认为软化系数小于0.80的材料，其抗冻性较差。抗冻性良好的材料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的能力较强。所以抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。1.2.9材料导热性能当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力，称为导热性。材料的导热性用导热系数来表示。导热系数计算公式表示为：式中入材料的导热系数（W/（mK）；Q传导的热量（J）；a材料的厚度（m）；Z传热时间（s）；（t1-12）材料两侧温度差（K）。材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。工程中通常把入0

11、.23W/（mK）的材料称为绝热材料。为降低建筑物的使用能耗，保证建筑物室内气候宜人，要求建筑物有良好的绝热性。材料的导热系数大小与其组成与结构、孔隙率、孔隙特征、温度、湿度、热流方向有关。13材料的基本力学性质1.3.1材料的强度材料的抗压、抗拉及抗剪强度的计算公式如下：式中f材料强度，MPa；Fmax破坏时最大荷载，N；A受力截面积，mm2。弋j矩形截面试件中点加载抗弯强度用下式计算:三分点加载抗弯强度要用下式计算：式中fm抗弯强度，MPa；Fmax弯曲破坏时最大荷载，N；L两支点的间距，mm；b、h试件横截面的宽及高，mm。一般孔隙率越大的材料强度越低，其强度与孔隙率具有近似直线的比例关

12、系。砖、石材、混凝土和铸铁等材料的抗压强度较高，而其抗拉及抗弯强度很低。木材则须纹抗拉强度高于抗压强度。钢材的抗拉、抗压强度都很高。因此，砖、石材、混凝土等多用在房屋的墙和基础。钢材则适用于承受各种外力的构件。大部分建筑材料是根据其强度的大小，将材料划分为若干不同的等级（标号）。将建筑材料划分若干等级，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。132弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称

13、为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。单纯的弹性材料是没有的。建筑钢材在受力不大的情况下，表现为弹性变形，但受力超过一定限度后，则表现为塑性变形。混凝土在受力后，弹性变形及塑性变形同时产生。1.3.3脆性与韧性当外力达到一定限度后。材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等都属于脆性材料。在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性（冲击韧性）。建筑钢材（软钢）、木材等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑到材料的韧性。14材料的耐久性耐久性是

14、材料在长期使用过程中抵抗其自身及环境因素长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的能力。侵蚀破坏作用类型包括：物理作用、化学作用、生物作用。材料的耐久性是一项重要技术性质。材料的耐久性还具有明确的经济意义。从建筑技术发展度看，各国工程技术人员已达成共识，由按耐久性进行工程设计取代按强度进行工程设计，更具有科学和实用性。提高耐久性的措施：o提高材料本身的密实度，改变材料的孔隙构造；o降低湿度，排除侵蚀性物质；o适当改变成分，进行憎水处理，防腐处理；做保护层，如抹灰、刷涂料。第二章天然石材2.1岩石的组成与分类2.1.1岩石的组成岩石是由矿物组成的，土木工程材料中最常见的造岩矿物有石英、长石、

15、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、菱镁矿、石膏等。2.1.2岩石的分类（根据生成条件，按地质分类法）1）岩浆岩（又称火成岩，占地壳总量的89%）（1）深成岩：有花岗岩、辉长岩、闪长岩等，矿物全部结晶且晶粒较粗，呈块状结构，构造致密，具有抗压强度高，吸水率小，表观密度大，抗冻性、耐磨性、耐水性好的特点。（2）喷出岩：有玄武岩、辉绿岩、安山岩等，大部分结晶不完全，多呈细小结晶（隐晶质）或玻璃质结构。强度不及深成岩。（3）火山岩：有火山灰、浮石、火山凝灰岩等，呈多孔玻璃质结构，表观密度小，强度低。2）沉积岩（又称水成岩）（1）机械沉积岩：砂岩（2）化学沉积岩：石膏岩、菱镁矿（3）生物沉积岩

16、：石灰岩（占地壳总量的5%，达地壳表面积的75%）、白垩、硅藻土等。与岩浆岩比较，沉积岩表观密度小，密实度差，吸水率较大，强度较低，耐久性较差。3）变质岩：由岩浆岩及沉积岩变质得到，有大理岩、石英岩、片麻岩等。2.2石材的技术性质2.2.1物理性质1）颜色与光泽：在建筑装饰工程中，材料的颜色起着重要作用，建筑石材的颜色主要取决于各种金属离子。影响花岗岩光泽度的主要是石英，其多半为无色或乳白色，透明度大的石英吸光性强，反射光少，使光泽度降低。2）表观密度：岩石的表观密度差别较大，在5003100kg/m3之间。3）吸水性：岩石的吸水率差别较大，在0.515%之间。4）耐水性（抗水性）：岩石的耐水

17、性用软化系数k表示。k0.9，为高耐水性石材；k=0.70.9，为中耐水性石材;k=0.60.7，为低耐水性石材。5）抗冻性：吸水率小于5%的石材，可认为是抗冻的。6）耐热性：各种岩石的耐热性不一样，如：石膏，100C开始破坏；含碳酸镁的石材，625C开始破坏；含碳酸钙的石材，827C开始破坏；花岗岩，700C开始破坏。7）导热性：岩石的导热系数为2.913.49W/（m.K）。相同成分的石材，玻璃态比结晶态的导热系数小。2.2.2力学性质1）抗压强度：岩石的抗压强度见表2-1。表2-1岩石的抗压强度抗压强度（MPa）250180280801804080CaO-K?OEtCaO+HsOCa（O

18、H）刑将二水石膏在0.13MPa密闭状态下加热至125C时，二水石膏脱水可得到a型半水石膏。a半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，因而比表面积较小，需水量约为3545%，所以此石膏硬化后具有较高密实度和强度。3小时抗压强度可达924PMa,7天抗压强度可达1540PMa，故名高强石膏。高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成黏结剂，其特点是无收缩。3.1.4粉刷石膏是由p型半水石膏和其它石膏相（硬石膏或煅烧黏土质石膏）、各种外加剂（木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等缓凝剂）及附加材料（石灰、烧黏

19、土、氧化铁红等）所组成的一种新型抹灰材料。粉刷石膏具有表面坚硬、光滑细腻、不起灰的优点，还可调节室内空气湿度，提高舒适度的功能。3.1.5无水石膏水泥和地板石膏将天然二水石膏加热至400C以上（400750C），石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，但当加入适量激发剂混合磨细后，又能凝结硬化，称为无水石膏水泥。无水石膏水泥宜用于室内，主要用作石膏板或其它制品，也可用于室内抹灰。将天然二水石膏加热到800C以上，得到的地板石膏，由于部分石膏分解出的氧化钙起催化作用，具有凝结硬化性能。地板石膏有较高的强度和耐磨性，抗冻性也较好。3.2石灰石灰是一种古老的建筑材料，是以石灰石为原料经

20、煅烧而成的。石灰石在窑炉内煅烧常会产生不熟化的欠火石灰和熟化过缓的过火石灰。过火石灰熟化十分缓慢，可能造成硬化砂浆“崩裂”或“鼓泡”现象,影响工程质量。3.2.1生石灰的熟化生石灰加水后生成Ca（0H）2的过程，称为石灰的“消化”或“熟生石灰熟化过程中，体积膨胀12.5倍。煅烧良好，CaO含量高的石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。石灰熟化的方法有两种：用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰熟化成石灰浆（膏）。生石灰在化灰池中熟化。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中“陈伏”两个星期以上。用于拌制石灰土（石灰、黏土）、三合土（石灰、黏土、砂石或炉渣等）时，将生石灰熟化成消石灰粉。

21、工地上调制消石灰粉时，将生石灰块堆放0.5m高后淋适量水。目前多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。3.2.2石灰的凝结硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的。结晶作用：游离水蒸发，Ca（OH）逐渐从饱和溶液中结晶。2碳化作用；Ca（OH）与空气中CO化合生成CaCO晶体，释放出水分223并被蒸发。一般纯石灰浆，不易硬化，强度、硬度不高，收缩大，易产生裂缝，所以石灰浆不能单独使用，必须掺入填充材料，如掺砂子配成石灰砂浆使用。掺入砂子可减少收缩，更主要的是砂子的掺入能在石灰浆内形成连通的毛细孔道，使内部水分蒸发并进一步碳化，以加速硬化。为了避免收缩

22、裂缝，常加纤维材料，制成石灰麻刀灰、石灰纸筋灰等。3.2.3石灰的技术性质良好的保水性。是因为生石灰熟化生成颗粒极细（粒径为lMm）呈胶体态分散的Ca（OH），其表面吸附一层较厚的水膜。22凝结硬化慢、强度低。1:3石灰砂浆，硬化28天后抗压度只有0.20.5Mpa。耐水性差。已硬化的石灰，由于Ca（OH）易溶于水，因而耐水性差。2体积收缩大。由于石灰硬化过程中，大量水分的蒸发引起。3.2.4石灰在建筑中的应用石灰乳涂料和石灰砂浆。灰土和三合土。熟石灰粉与粘土按一定比例配合称为灰土，再加入煤渣、炉渣、砂等，即为三合土。用于建筑物基础和地面的垫层。硅酸盐制品。蒸压灰砂砖、蒸养粉煤灰砖、碳化灰砂砖

23、及硅酸盐混凝土等。碳化石灰板。将磨细生石灰、纤维状填料或轻质骨料混合后搅拌成型，然后通入高浓度CO进行人工碳化（约1224h）制成的一种轻质板材。2石灰还可配制无熟料水泥，如石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥等。建筑工程中大量采用磨细生石灰代替石灰膏和消石灰粉配制砂浆和灰土，或直接用于制造硅酸盐制品。磨细生石灰有以下优点：颗粒细小(80Mm方孔筛筛余小于30%)，表面积极大，水化反应速度提高3050倍，水化时体积膨胀均匀，避免产生局部膨胀过大现象，所以可不经预先消化和陈伏而直接应用；将石灰的熟化过程与硬化过程合二为一，熟化过程中所放热量又可加速硬化过程，从而改善石灰硬化缓慢的缺点，并可提高石灰浆体硬

24、化后的密实度、强度和抗水性；石灰中的过火石灰和欠火石灰被磨细，提高了石灰的质量和利用率。石灰在运输贮存中，应注意防潮、防爆。3.3菱苦土菱苦土是将天然菱镁矿(MgCO)煅烧、磨细而成的粉状物质。菱3苦土密度为3.13.4g/cm3，堆积密度为800900kg/m3。MgCO3?刃乜刃兀MsO+COMgO+H2OMg(OH)2XMgO+YMgCl2.6H2OXMgO.YMgCl2.ZH2O用水调制菱苦土时，生成Mg(OH),浆体凝结硬化慢，强度低。2一般可用氯化镁(MgCl.6HO)、硫酸镁、氯化铁、硫酸亚铁等盐类的溶液调拌,22最常用的时氯化镁。菱苦土吸湿性大，抗水性差，易变形和在表面泛霜。菱

25、苦土最突出的优点是与植物纤维有良好的黏结力，且碱性较弱。建筑工程中常用来制造菱苦土木屑地面、木屑板和木丝板。3.4水玻璃3.4.1水玻璃的化学组成和生产水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成。最常用的是硅酸钠水玻璃NaO.nSiO，还有硅酸钾水22玻璃KO.nSiO等。水玻璃的主要原料是石英砂、纯碱、烧碱。水玻璃是一种气22硬性胶凝材料，在水中溶解的难易随水玻璃模数n(SiO?与NaO分子数比)的大小而异。n大，水玻璃粘度大，较难溶于水，但较易硬化。建筑上常用的水玻璃的模数为2.62.8，密度为1.361.50g/cm3。3.4.2水玻璃的硬化水玻璃在空气

26、中吸收二氧化碳，形成硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。为了加速硬化，常加入固化剂Na2SiF6，掺量为1215%。NaO.nSiO+C0+mHO=NaCO+nSiO.mHO222223222(NaO.nSiO)+mHO+NaSiF=(2n+1)SiO.mHO+6NaF22226223.4.3水玻璃的性质及应用水玻璃的粘结性好，硬化后有较高的强度。水玻璃可配制如下材料:耐酸材料。水玻璃硬化后主要成分是硅酸凝胶，除氢氟酸、过热磷酸等少数酸外，几乎在所有的酸性介质中都有较高的稳定性。可用水玻璃配制耐酸胶泥、砂浆及混凝土，广泛用于防腐工程。耐热材料。水玻璃硬化后形成硅酸凝胶空间网状骨架，因此具有良好的耐热性

27、。采用耐热的砂、石，可配制成水玻璃耐热混凝土，耐热温度达1200C。涂料。用于涂刷建筑材料（天然石材、混凝土及硅酸盐制品）表面，可提高材料的密实度、强度和抗风化能力。注意水玻璃不能涂刷石膏制品，因为硅酸钠与硫酸钙发生反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，会导致制品破坏。灌浆材料。用水玻璃和氯化钙水溶液交替灌入土壤中，两种溶液反应生成硅酸凝胶，为一种吸水膨胀的冻状凝胶，可加固土壤，提高抗渗性。保温绝热材料。以水玻璃为胶结材料，膨胀珍珠岩或膨胀蛭石为骨料，加入一定赤泥或氟硅酸钠，经配料、搅拌、成型、干燥、焙烧而成的制品，具有良好的绝热性能。配制防水剂。以水玻璃为基料，加入蓝矶（硫酸铜）、

28、明矶（钾铝矶）、红矶（重铬酸钾）和紫矶（铬矶）配制防水剂，适应与水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修工程。由于凝结过速，不能用于屋面、地面防水砂浆。第五章混凝土5.1概述混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。它是一种主要的建筑材料，广泛应用于工业与民胜建筑、给水与排水工程、水利工程以及地下工程、国防建设等。混凝土也是世界上用量最大的人造材料。5.1.1混凝土分类混凝土可以分为很多类型。1）按照混凝土的结构分类（1）普通结构混凝土：由（重质或轻质）粗集料、（重质或轻质）细集料、胶结材和水拌合而成。若以碎石或卵石、砂、水泥和水则制成普通混凝土

29、。（2）细粒混凝土：由细集料和胶结材制成。主要用于薄壁构件。（3）大孔混凝土：由粗集料和胶结材制成。主要用于保温外墙体。（4）多孔混凝土：这种混凝土无粗集料、细集料，全由磨细的胶结材和其它粉料加水拌成的料浆，有机械方法或化学方法使之形成许多微小的气泡后，再经硬化制成。2）按照混凝土的表观密度分类（1）重混凝土：表观密度大于2800kg/m3是用特别密实和特别重的骨料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透射线和射线的性能。（2）普通混凝土：表观密度为20002800kg/m3是，用天然的砂、石作内料配制成的，这类混凝土在土建工程中常用，如房屋用桥梁等承重结构，道路建筑中的路面等。（3

30、）轻混凝土：表观密度小于1950kg/m3。此外，还有为满足不同工程的特殊要求而配制成的各种特种混凝土，如高强混凝土、流态混凝土、防护混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土，纤维混凝土、聚合物混凝土和喷射混凝土等。5.1.2混凝土的特点混凝土具有以下优点：具有良好的塑性，成型性好；与钢筋有牢固的粘结力，协调性好；耐久性好；可根据需要配制各种不同性质、不同强度等级的混凝土，适用性好；混凝土组成材料中砂、石等廉价的地方材料占80%以上，经济性好。混凝土也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大等缺点。为弥补这些缺点可配制预应力钢筋混凝土、自应力混凝土、聚合物混凝土、纤维混凝土等。5.2普通混凝

31、土的组成材料普通混凝土（以下简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。5.2.1混凝土中各组成材料的作用在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料或集料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土半和物一定流动性，便于施工操作。水泥浆硬化后，则将砂、石骨料胶结成一个坚实的整体。砂、石一般不参与水泥与水的化学反应，主要作用是节约水泥、承担荷载，限制硬化水泥的收缩。外加剂、掺合料起节约水泥和改善混凝土性能的作用。混凝土中，骨料一般约占总体积的70%80%，水泥浆（硬化后为水泥石）约占20%30%，此外还

32、含有少量的空气。5.2.2混凝土组成材料的技术要求1）水泥采用何种水泥，应根据混凝土工程特点和所处的环境条件。原则上是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。用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏少，影响和易性及密实度，所以应掺入一定数量的混合材料。须用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土时，使水泥用量过多，不经济，而且要影响混凝土其蛇技术性质。2）细骨料粒径在0.15mm5.0mm之间的骨料称为细骨料，一般有河砂、海砂、山砂、机制砂。（1）有害杂质细骨料中常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质，其含量应符

33、合规定。对砂中的无定形二氧化硅含量有怀疑时，应根据结构或构件的使用条件，进行专门试验测定其碱骨料反应的活性即碱活性后，再确定其适用性。（2）颗粒形状及表面特征。山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，用它拌制的混凝土强度较高，但拌合物的流坳性较差；河砂、海砂，其颗粒多呈圆珠笔形，表面光滑，与水泥的粘结较差，用来拌制混凝土，混凝土的强度则较低，但拌合物的流动较好。（3）砂的颗粒级配及粗细程度砂的颗粒级配即表示砂大小颗粒的搭配情况。为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同质量条

34、件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法，是用一套孔径（净尺寸）为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛，将500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂的质量，并计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5和a6（各筛上的筛余量占砂样总量的百分率）及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6（各个筛和比

35、该筛粗的所有分计筛余百分率相加在一起）。累计筛余下分计筛余的关系见表4-1。表4-1累计筛余与分计筛余的关系筛孔尺寸（mm）分计筛余（）累计筛余（）4.75a1A1=a12.36a2A2=a1+a21.18a3A3=a1+a2+a30.60a4A4=a1+a2+a3+a40.30a5A5=a1+a2+a3+a4+a50.15a6A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6细度模数Mf的公式:（A?+A?+A4+A5+AJ-FA】细度模数（Mf）=100_Ai细度模数（Mf）愈大，表示砂愈粗。普通混凝土用砂的粗细程度按细度模数分为粗、中、细三级，其细度模数范围：Mf在3.703.10为粗砂，Mf在3

36、.002.30为中砂，Mf在2.201.60为细砂，Mf在1.500.70为特细砂。根据0.60mm筛孔的累计筛余量分成三个级配区（表4-2），混凝土用砂的颗粒级配，应处于表4-2中任何一个级配区以内。砂过粗（细度模数大于3.7）配成的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，且内摩擦大，不易振捣成型；砂过细（细度模数小于0.7）配成的混凝土，既要增加较多的水泥用量，而且强度显著降低。所以这两种砂未包括在级配区内。表4-2砂颗粒级配区级配区筛孔尺寸（mm）I区II区III区累计筛余（按质量计）（）9.500004.751001001002.363552501501.18653550102500.608

37、571704140160.309580927085550.15100901009010090注：砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和0.60mm筛号外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。I区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到10085,11区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到10080,III区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到10075。如果砂的自然级配不合适，不符合级配区的要求，这时就要采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行试配，掺合使用。为调整级配，在不得已时，也可将砂加以过筛，筛除过粗或过细的颗粒。配制混凝土时宜

38、优先选用II区砂；当采用I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要求；当采用III区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土的强度。对于泵送混凝土，宜选用中砂。粗骨科普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石，粒径大于5mm。有害杂质粗骨料中也常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质，它们的含量一般应符合规定。对重要工程的混凝土所使用的石子，应进行碱活性检验。颗粒形状及表面特征粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。碎石具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，而卵石多为圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，在水泥用量和水用量相同的情况

39、夏，碎石拌制的混凝土流动性较差，但强度较高，而卵石拌制的混凝土则流动性较好，但强度较低。如要求流动性相同，用卵石时用水量可少些，结果强度不一定低。粗骨料中针、片状颗粒过多，会使混凝土强度降低。最大粒径及颗粒级配粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。根据混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/3板厚的骨料，但最大粒径不得超过40mm。石子级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大关系。特别是拌制高强度混凝土，石子级配更为重要。

40、石子的级配也通过筛分试验来确定，石子的标准筛有孔径为2.5、5、10、16、20、25、31.5、40、50、63、80及100mm等12个筛子。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表45的规定。试样筛分所需筛号，应按表4-3中规定的级配要求选用。分计筛余百分率和累计筛余百分率计算均与砂的相同。表4-3碎石或卵石的颗粒级配范围级配公称累计筛余按质量计(%)碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表/示O用岩石立方体强度表示粗骨料强度，其抗压强度（MPa）与设计要求的混凝土强度等级之比，不应小于1.5。当混凝土强度等级为C60以上时应进行岩石抗压强度检验。压碎指标表示石子抵抗压碎的

41、能力，可以间接地推测其相应的强度。压碎指标越小，粗骨料的强度越高。（5）坚固性有抗冻要求的混凝土所用粗骨料，要求测定其坚固性。即用硫酸钠溶液法检验，试样经五次循环后，其质量损失应不超过规范规定。4）水对混凝土拌合及养护用水的质量要求是：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度发展；不得降低混凝土的耐久性、加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断；不得污染混凝土表面。5）外加剂混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的5%。常用外加剂有减水剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、引气剂、泵送剂、膨胀剂、防冻剂、防水剂等（1）减水剂减水剂是使混凝土拌合物达到同样坍落

42、度时，用水量明显减少的外加剂，又可称为塑化剂。减水剂有以下作用：在保持和易性不变的情况下，掺减水剂可使混凝土的单位用水量减少5%30%，有效地降低了水灰比，从而可能较大幅度地提高混凝土的早期或后期强度，也提高了混凝土的密度性和耐久性。在保持用水量不变的情况下，掺减水剂可使混凝土坍落度增大10cm20cm，使困难的浇筑变得方便容易，从而满足混凝土工程大模板施工、升板施工、泵送等新工艺的要求。在保持混凝土强度不变以及和易性不变的情况下，掺减水剂在减少用水量的同时按水灰比不变的原则，减少水泥用量，从而节约水泥。一般可以节约水泥5%20%。可制备各种高强、超高强混凝土（早强、缓凝高强）。常用减水剂品种

43、如下：木质素磺酸盐系减水剂：木质素磺酸钙（简称木钙，又称M型减水剂）使用较多。木钙减水剂的掺量，一般为水泥质量的0.2%0.3%，其减水率为10%15%。木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，掺量过多或在低温下缓凝作用更为显著，而且还可能使混凝土强度降低。木钙减水剂是引气型减水剂，掺用后可改善混凝土的抗渗性、抗冻性、降低泌水性。多环芳香族磺酸盐系减水剂（萘系减水剂）：萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的0.5%0.1%，减水率为10%25%。掺用萘系减水剂后，混凝土的其它力学性能以及抗渗性、耐久性等均有所改善。且对钢筋无锈蚀作用。萘系减水剂的减水、增强效果显著，属高效减水剂。萘系减水剂对不同品种水泥的适应

44、性较强。适用于配制早强、高强、流态、防水、蒸养等混凝土。水溶性树脂系减水剂:这类减水剂主要是三聚氰胺树脂（SM）。SM减水剂掺量为水泥质量的0.5%2.0%,其减水率为15%27%。这种减水剂除具有显著的减水、增强效果外，还能提高混凝土的其他力学性能和混凝土的抗渗、抗冻性，对混凝土的蒸养适应性也优于其他外加剂。水溶性树脂系减水剂为高效减水剂，适用于早强、高强、蒸养及流态混凝土等。糖蜜类减水剂：糖蜜类减水剂主要成分为蔗糖化钙、葡萄糖化钙及果糖化钙，一般掺量为0.2%0.3%,减水率6%10%。糖蜜类减水剂对混凝土的缓凝作用较显著，掺量过多时，会影响混凝土的凝结性能。复合减水剂：减水剂可与其它外加

45、剂进行复合，组成复合减水剂，如早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等，以满足不同施工要求及降低成本。（2）早强剂早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。常用早强剂：氯盐类早强剂：主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化胺、氯化铁、氯化铝等，氯盐类早强剂均有良好的早强作用，其中氯化钙早强效果好而成本低，应用最广。氯化钙的适宜掺量为水泥质量0.5%1.0%。为防止氯盐对钢筋的锈蚀，一般氯盐与阻锈剂（如亚硝酸钠）复合使用。硫酸盐类早强剂：主要有硫酸钠（即元明粉）、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、硫酸铝钾等。其中硫酸钠应用较多。一般掺量为水泥质量的0.5%2.0%。硫酸钠对矿渣水泥混凝土的早强效果优于普通水泥混凝

46、土。硫酸钠的早强效果虽好，但若掺入量过多则会导致混凝土后期性能变差，且混凝土表面易析出“白霜”，影响外观与表面装饰，故对其掺量必须控制。有机胺类早强剂：主要有三乙醇胺。三乙醇胺是无色或淡黄色油状液体，呈碱性，能溶于水。掺量为水泥质量的0.02%0.05%。三乙醇胺对水泥有一定缓凝作用，对普通水泥混凝土的早强效果优于矿渣水泥混凝土。三乙醇胺对混凝土稍有缓凝作用，故必须严格控制掺量，掺量过多时会造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降。（3）速凝剂速凝剂是能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂的主要种类有无机盐类和有机物类。我国常用的速凝剂是无机盐类。速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程

47、及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。在实际工程中为了提高施工质量、节约材料、改善劳动条件，往往把速凝剂与减水剂复合使用。（4）缓凝剂缓凝剂是能延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝剂的主要种类有：羟基羧酸及其盐类，如酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸及其盐类以及水杨酸；含糖碳水化合物类，如糖蜜、葡萄糖、蔗糖等；无机盐类，如硼酸盐、磷酸盐、锌盐等；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠等。缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送和滑模混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土。缓凝剂不宜用于日最低气温5C以下施工的混凝土，也不宜用于有早强要求的混凝土和蒸养混凝土。（5）引气剂引气剂是在搅拌混凝土过程中能引入大量均

48、匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂的主要种类有：松香树脂类，如松香热聚物、松香皂等。引气剂的适宜掺量为水泥质量的0.005%0.02%。掺量虽然极微，但对混凝土性能影响却很大，可改善混凝土拌合物的和易性、提高混凝土的抗渗性、抗冻性。由于单掺引气剂有可能会使混凝土强度降低，故近年来较多使用引气减水剂。在使用外加剂时，应注意以下几点：外加剂品种的选择：外加剂品种很多，应根据工程需要，现场的材料条件，参照有关资料，通过试验确定。外加剂掺量的确定：混凝土的外加剂均有适宜掺量，掺量过小,往往达不到预期的效果；掺量过大，则会造成浪费，有时会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，应通过试验确定最

49、佳掺量。外加剂的掺加方法外加剂掺入混凝土拌合物中的方法不同，其效果也不同。例如减水剂采用后掺法比先掺法和同掺法效果好，其掺量只需先掺法和同掺法的一半。所谓先掺法是将减水剂先与水泥混合然后再与骨料和水一起搅拌；同掺法是将减水剂先溶于水形成溶液后再加入拌合物中一起搅拌；后掺法是指在混凝土拌合物送到浇筑地点后，才加入减水剂并再次搅拌均匀进行浇筑。6）掺合料在混凝土拌合物制备时，为了节约水泥、改善混凝土性能（提高和易性、降低了水化热、提高抗渗性；抑制碱骨料反应等）、调节混凝土强度等级，而加入的天然的或者人造的矿物材料，统称为混凝土掺合料。其掺量超过水泥质量的5%,在混凝土配合比设计时，需要考虑体积或质

50、量变化。掺合料品种见表4-4。表4-4活性矿物掺合料的分类类别主要品种天然类火山灰、凝灰岩、硅藻土、蛋白石质粘土、钙性粘土、粘土页岩人工类煅烧页岩或粘土工业废料粉煤灰、硅灰、沸石粉、水淬高炉矿渣粉、煅烧煤矸石5.3普通混凝土的主要技术性质5.3.1混凝土拌合物的和易性1）和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。混凝土拌合物的流动性可用坍落度和维勃稠度表示。坍落度愈大表示流动性愈大。根据坍落度的不同，可将混凝土拌合物分为4级，见表4-5。表4-5混凝土按坍落度

51、的分级级别名称坍落度（mm）T1低塑性混凝土1040T2塑性混凝土5090T3流动性混凝土100150T4大流动性混凝土160选择混凝土拌合物的坍落度，要根据构件截面大小，钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密，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，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。2）影响和易性的主要因素（1）水泥浆的数量混凝土拌合物中的水泥浆，赋予混凝土拌合物以一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内，如果水泥浆愈多，则拌合物的流动性愈大。但若水泥浆过多，将会出现流浆现象，使拌合物的粘聚性变差，同时对混凝土的强度与耐久性也

52、会产生一定影响，且水泥用量也大。水泥浆过少，至使其不能填满骨料空隙或不能很好包裹骨料表面时，就会产生崩坍现象，粘聚性变差。因此，混凝土拌合物中水泥浆的含量应以满足流动性要求为度，不宜过量。（2）水泥浆的稠度水泥浆的稠度是由水灰比所决定的。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小，水泥浆就愈稠，混凝土拌合物的流动性便愈小。水灰比一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。无论是水泥浆的多少，还是水泥浆的稀稠，实际上对混凝土拌合物流动性起决定作用的是用水量的多少。一般是根据选定的坍落度，参考表46选用1m3混凝土的用水量。在试拌混凝土时，不能用单纯改变用水量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。因单纯加大用

53、水量会降低混凝土的强度和耐久性。因此，应该在保持水灰比不变的条件下用调整水泥浆量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。表4-6混凝土用水量选用表（kg/m3）所需卵石最大粒径/mm碎石最大粒径/mm坍落/mm102031.540162031.5401030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195注:本表不宜用于水灰比小于0.4或大于0.8的混凝土；本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细(粗)砂时，每m3混凝土用水量可增加(

54、减少)510kg；掺用各种外加剂(掺合料)时，可相应增减用水量。本表摘自普通混凝土配合比设计规程(JGJ/T552000)。砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的总表面积有显著改变，因而对混凝土拌合物的和易性产生显著影响。砂率过大时，骨料的总表面积及空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，相对地水泥浆显得少了，减弱了水泥浆的润滑作用，而使混凝土拌合物的流动性减小;砂率过小，又不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层,也会降低混凝土拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。当采用合理砂率时，能使混凝土拌合物获得最大的流动

55、性且能保持良好的粘聚性和保水性，而水泥用量为最少。可按骨料的品种、规格及混凝土的水灰比值参照表47选用合理的数值。表4-7混凝土砂率选用表()水灰比(W/C)碎石最大粒径(mm)卵石最大粒径(mm)1620401020400.403035293427322632253124300.503338323730353035293428330.603641354033383338323731360.70394438433641364135403439注：表中数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增加砂率；本砂率适用于坍落度为1060mm的混凝土，坍落度如大于60mm或小于10mm时，应相应

56、地增加或减少砂率，详见普通混凝土配合比设计规程(JGJ/T552000)中的有关条文；只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率值应适当增加；对薄壁构件，砂率取偏大值；掺有各种外加剂或掺合料时，其合理砂率值应经试验或参照其他有关规定选用。（4）水泥品种和骨料的性质用矿渣水泥和某些火山灰水泥时，拌合物的坍落度一般较用普通水泥时为小，而且矿渣水泥将使拌合物的泌水性显著增加。一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的滚动性好。河砂拌制的混凝土拌合物比山砂拌制的流动性好。骨料级配好的混凝土拌合物的流动性也好。除以上所述外，影响和易性的因素还有外加剂、时间、环境温度和湿度等。3）改善和易性的措施（1）尽可能降低

57、砂率。通过试验，采用合理砂率。有利于提高混凝土的质量和节约水泥；（2）改善砂、石（特别是石子）的级配；（3）尽量采用较粗的砂、石；（4）当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或者加入外加剂等；当拌合物坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂、石。5.3.2混凝土的强度1）混凝土立方体抗压强度按照国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准JG/T500812002，制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度202C，相对温度95%以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方抗压强度），以feu表示。测定混凝土立方

58、体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸。但在计算其抗压强度时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试件的试验结果（选用边长为100mm的立方体试件，换算系数为0.95；选用边长为200mm的立方体试件，换算系数为1.05）。这是由于试块尺寸、形状不同，会影响试件的抗压强度值。试件尺寸愈小，测得的抗压强度值愈大。2）混凝土立方体抗压标准强度与强度等级混凝土立方体抗压标准强度（或称立方体抗压强度标准值）系指按标准方法制作的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于95%保证率的抗压强度值，以feu,k表示。混凝土强度等级是按混凝土

59、立方体抗压标淮强度来划分的。普通混凝土划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55及C60十二个等级。混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值的依据，同时也是混凝土施工中控制工程质量和工程验收时的重要依据。3）混凝土的轴心抗压强度fep为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压构件（例如柱子、桁架的腹杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强度fep作为依据。轴心抗压强度fep与feu之比约为0.700.80。4）混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/101/20,且随着混凝土强度等级的提高，比值有

60、所降低。我国采用立方体的劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度。5）影响混凝土强度的因素（1）水泥强度等级和水灰比一一决定混凝土强度的主要因素水泥是混凝土中的活性组分，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也越高。当用同一种水泥（品种及标号相同）时，混凝土的强度主要决定于水灰比。在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力也愈大，混凝土的强度就愈高。但如果加水太少（水灰比太小），拌合物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。根据工程实践经验，得出关于混