第3章 混凝土和砂浆1 组成材料

第3章水泥混凝土和砂浆土木工程材料本节内容概述

1普通混凝土的组成材料

2新拌混凝土的性能

3混凝土的力学性能

4混凝土的变形性能

5混凝土耐久性

6▲▲▲▲混凝土质量控制与强度评定7普通混凝土配合比设计

8水泥混凝土技术进展

9砂浆

10▲【本章内容导读】讲述内容本章主要讲述水泥混凝土和砂浆的组成材料、技术性质、配合比设计及其他品种混凝土和砂浆；重点讲述新拌混凝土和砂浆的和易性，硬化混凝土和砂浆的力学性能，硬化混凝土的变形性能、耐久性能及混凝土和砂浆的配合比设计。学习重点和要求要求学生重点掌握水泥混凝土和砂浆的组成及其质量要求；掌握水泥混凝土的和易性、强度、耐久性以及砌筑砂浆和抹面砂浆的性能和应用；掌握水泥混凝土和砂浆的配合比设计方法；了解常用混凝土外加剂的作用和应用；了解其他品种混凝土和砂浆。

混凝土（Concrete）是指以胶凝材料（胶结料）、骨料（也称骨料）、水及其他材料为原料，按适当比例配制而成的混合物再经硬化而形成的复合材料

其中应用最广的是以水泥为胶凝材料，以砂石为骨料，加水拌和而成的拌合物，经一定时间硬化而成的水泥混凝土－普通混凝土。3.1概述3.1.1混凝土的发展历程最早使用水硬性胶凝材料制备混凝土的是古罗马人，用火山灰、石灰、砂、石制备的“天然混凝土”，万神殿和罗马圆形剧场就是其中杰出的代表。

到1875年，威廉﹒拉塞尔斯采用改良后的钢筋强化的混凝土技术获得专利，混凝土才逐渐成为主要的现代土木工程材料混凝土的起源

古罗马圆形剧场万神殿随着混凝土技术的不断发展，现今混凝土已经在各种土木工程中得到广泛应用，是目前用量最大、而且也是非常重要的土木工程材料。应用领域包括：工业与民用建筑、桥梁、隧道、铁路、公路、水利、海洋、矿山和地下工程等应用领域

3.1.2混凝土的分类1．按所用胶结材料分类

胶凝材料混凝土水泥混凝土树脂混凝土沥青混凝土聚合物水泥混凝土水玻璃混凝土石膏混凝土2．按表观密度分类

表观密度混凝土普通混凝土重混凝土轻混凝土（ρ0＜1950），用于保温材料和轻质结构或高层、大跨度建筑的结构材料。包括轻骨料混凝土、无砂大孔混凝土和多孔混凝土（ρ0=2000~2500）：最常用的承重结构材料（ρ0＞2600）：防辐射混凝土，核工程的屏蔽材料3．按施工工艺分类

施工工艺混凝土泵送混凝土离心混凝土喷射混凝土碾压混凝土压力灌浆混凝土挤压混凝土现浇混凝土预制混凝土喷射混凝土泵送混凝土泵送混凝土4．按用途分类

用途混凝土防水混凝土防辐射混凝土结构混凝土耐酸混凝土装饰混凝土补偿收缩混凝土水下浇筑混凝土道路混凝土5．按掺合料分类

掺合料

混凝土粉煤灰混凝土磨细高炉矿渣混凝土硅灰混凝土纤维混凝土6．按强度等级分类

强度等级

混凝土低强混凝土高强混凝土中强混凝土超高强混凝土28d抗压强度小于30MPa28d抗压强度30～60MPa28d抗压强度大于60MPa28d抗压强度大于100MPa7．按每立方米水泥用量分类每立方米水泥用量混凝土贫混凝土富混凝土每立方米水泥用量不小于230kg每立方米水泥用量不超过170kg优点：

原材料来源广泛。砂、石等地方材料就地取材，成本低。用途最为广泛的人造材料可调整性强。可以按工程需要配制出不同性质的混凝土，适用于多种结构形式新拌混凝土有良好的可塑性。具有较高的抗压强度，且与钢筋具有良好的共同工作性。具有良好的耐久性，可抵抗大多数环境破坏作用。与其他结构材料相比，其维修费用很低。具有较好的耐火性。3.1.3混凝土的特点缺点：自重大，比强度小。不利于提高有效承载能力，也给施工安装带来一定困难。抗拉强度小。一般只有其抗压强度的1/10～1/15，属于脆性材料。刚度大，变形能力差。易开裂。硬化较慢、施工周期长、质量波动大。结硬前需要较长时间的养护，从而延长了施工期。3.1.4现代混凝土的发展方向高强度良好的使用操作性、体积稳定性以及与环境相适应的高耐久性。高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，是未来混凝土的主要发展方向之一注重环保。绿色高性能混凝土是混凝土未来的发展方向。其它新技术混凝土：如环境调节、智能混凝土等混凝土的结构水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土组成材料的作用图3-1混凝土的组织结构水泥石——20％~30%；砂和石子——70％~80%；孔隙和自由水——1％～5%。

组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用3.2普通混凝土的组成材料

3.2.1水泥品种的选择配制混凝土时，应根据工程性质与特点、工程部位、工程所处环境状况以及施工条件等，按各品种水泥的特性进行合理地选择。强度等级的选择水泥强度等级的选择，应与混凝土的设计强度等级相适应；当混凝土强度等级为C30及C30以下时，水泥强度等级为混凝土设计强度等级的1.5~2.5倍为宜；当混凝土强度等级为C30~C50时，水泥强度等级为混凝土设计强度等级的1.1~1.5倍为宜；当混凝土强度等级为C60及以上时，水泥强度等级与混凝土设计强度等级的比值应小于1，但一般不宜低于0.70

。

常用水泥混凝土的选用参考表水泥品种使用部位及环境硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥工程特点1.厚大体积混凝土×△☆☆☆2.快硬混凝土☆△×××3.高强（高于C40）混凝土☆△△××4.有抗渗要求的混凝土☆☆×☆☆5.耐磨混凝土☆☆△×环境条件1.在普通气候环境中混凝土△☆△△2.在干躁环境中混凝土△☆△××3.在高湿度环境中或永远在水下混凝土△△☆4.在严寒地区的露天混凝土，寒冷地区处在水位升降范围内的混凝土☆☆△××5.严寒地区在水位升降范围内的混凝土☆☆×××注：☆号表示优先选用；△表示可以使用；×表示不得使用。骨料在混合料中起骨架作用（碎石、砾石等）

在混合料中起填充作用（天然砂、人工砂和石屑）粒径粗骨料细骨料3.2.2细骨料4.75~90mm0.15~4.75mm

砂的分类按产源分砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂种类颗粒形状表面特征和易性强度河砂圆、椭圆光滑好低海砂山砂多棱角粗糙差高Ⅰ类：宜用于强度等级大于C60的混凝土Ⅱ类：宜用于强度等级为C30～C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。《建筑用砂》（GB/T14684—2001）：按技术要求1.

含泥量、石粉含量和泥块（Claylump）含量

含泥量：粒径小于0.075mm的颗粒含量；石粉含量：人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量：粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600μm的颗粒含量；砂中的泥颗粒极细，会粘附在骨料颗粒表面，影响水泥凝胶体与砂粒之间的粘结，降低界面强度，并增加混凝土的干缩，易产生开裂，影响混凝土耐久性。石粉是在生产人工砂的过程中，在加工前经除土处理、加工后形成的粒径小于75µm，其矿物组成和化学成分与母岩相同的物质。石粉的掺入对完善混凝土细骨料级配、提高混凝土密实度有很大的益处，进而会起到提高混凝土综合性能的作用。砂中的泥块会在混凝土中形成薄弱部分，对混凝土的质量影响更大。项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（质量计，%）0＜1.0＜2.0表3-1天然砂含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量（%）＜3.0＜5.0＜7.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0MB值≥1.40或不合格石粉含量（%）＜1.0＜3.0＜5.0泥块含量（%）0＜1.0＜2.0表3-2人工砂的石粉含量和泥块含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、炉渣、煤块等杂物。砂中常含有云母、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等杂质。

云母呈薄片状，表面光滑，容易开裂，与水泥粘结不牢，会降低混凝土的强度；硫化物及硫酸盐将对硬化后的水泥凝胶体产生腐蚀；有机物通常是植物的腐烂产物，妨碍、延缓水泥的正常水化，降低混凝土的强度；氯盐引起混凝土中钢筋锈蚀，破坏钢筋与混凝土的粘结，使保护层混凝土开裂。

2．有害物质（Deleterioussubstance）含量表3-3砂中有害物质含量项 目指标I类Ⅱ类Ⅲ类云母（按质量计）/%＜1.0＜2.0＜2.0轻物质（按质量计）/%＜1.0＜1.0＜1.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）/%＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（以氯离子质量计）/%＜0.01＜0.02＜0.063．坚固性（Soundness）坚固性是指骨料在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。骨料在长期受到各种自然因素的综合作用下，其物理力学性能会逐渐下降。这些自然因素包括温度变化干湿变化冻融循环等。通常采用硫酸钠溶液法检验骨料的坚固性：将砂试样在饱和硫酸钠溶液中经5次循环浸渍后；依据其质量损失来评定其类别。人工砂则采用压碎指标试验法进行检测。表3-4砂的坚固性指标和压碎指标项 目指标I类Ⅱ类Ⅲ类质量损失/%＜8810单级最大压碎指标/%＜2025304．表观密度、堆积密度、空隙率表观密度大于2500kg/m3松散堆积密度大于1350kg/m3空隙率小于47%

5．碱集料反应（Alkali-aggregatereaction）定义：水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。当用于重要工程或对集料有怀疑时，须按标准规定，经碱集料反应试验后，由砂制备的试件无裂纹、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%。6.砂的颗粒形状和表面特征（Particleshapeandsurfacetexture）山砂:颗粒具有棱角，表面粗糙，与水泥的粘结较好，拌制的混凝土强度较高，但流动性较差河砂、海砂:颗粒多呈圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，拌制的混凝土强度较低，但流动性较好。7.砂的粗细程度和颗粒级配（FinenessandParticlegrading）砂的粗细程度：不同粒径的砂粒混合在一起的总体平均粗细程度。按粗细程度不同：分为粗砂、中砂、细砂。砂的粗细程度可反映砂的比表面积（单位质量的总表面积）的大小。对于相同质量的砂，粒径小，总表面积大；粒径大，总表面积小，因而包裹大粒径砂所需的水泥浆量就少。即相同的水泥浆数量，包裹在较粗砂粒表面的水泥浆层就厚，便能减小骨料间的摩擦，提高混凝土拌合物的和易性。但若砂子过粗，则颗粒间难以相互嵌固，使混凝土内部结构难以形成稳定的相互嵌固堆聚结构，从而造成许多不良现象。因此，配制混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。

砂的颗粒级配，是指不同粒径砂的相互搭配情况。要获得稳定的颗粒堆聚结构，并需要较少的水泥浆时，砂的颗粒级配应该为多种粒径的颗粒相互合理搭配（下图）。

良好的级配应当能使骨料的空隙率和总表面积均较小，从而不仅使所需水泥浆量较少，而且还可以提高混凝土的密实度、强度及其它性能砂的颗粒级配和粗细程度是用筛分析方法测定的。

筛分试验：将500g试样，置于一套标准筛进行筛分，分别称出试样存留在各筛上质量，并计算级配参数。

细骨料标准筛：9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm。级配参数：①分计筛余百分率②累计筛余百分率

①分计筛余百分率（ai）——各号筛的筛余量占砂样总质量的百分率

。②累计筛余百分率（Ai）大于的概念——即该号筛的筛余百分率与比该号筛粗的所有筛的分计筛余百分率之和。标准筛摇筛机表3-5分计筛余和累计筛余的关系筛孔尺寸/mm分计筛余量/g分计筛余/%累计筛余/%4.75m1a1A1=a12.36m2a2A2=a1+a21.18m3a3A3=a1+a2+a30.60m4a4A4=a1+a2+a3+a40.30m5a5A5=a1+a2+a3+a4+a50.15m6a6A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6＜0.15m7——计算砂的细度模数，判断砂的粗细砂的细度模数（Mx）越大，表示砂越粗。Mx=3.7~3.1粗砂Mx=3.0~2.3中砂Mx=2.2~1.6细砂表3-6砂的颗粒级配累计筛余/%方孔筛/mm级配区1239.50004.7510~010~010~02.3635~525~015~01.1865~3550~1020~00.6085~7170~4140~160.3095~8092~7085~550.15100~90100~90100~90按600μm筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。砂的颗粒级配用级配区和级配曲线来表示级配区判断砂的级配是否合格——根据0.6mm筛孔的累计筛余百分率评定宜优先选择级配在2区的砂；采用1区砂时，应适当提高砂率当采用3区砂时，应适当减小砂率。砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内为合格，否则不合格（除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％

）级配曲线分析砂的细度模数不能反映砂的级配优劣，细度模数相同的砂，其级配可能差别很大。因此，在配制混凝土时，砂的颗粒级配和细度模数应同时考虑。当砂子的级配较好，且其中含有较多的粗颗粒，并以适量的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙时，这种砂的级配和粗细最适宜，其空隙率及总表面积均较小。粒径为4.75~90mm的骨料称为粗骨料。常用的有碎石及卵石两种。

3.2.3粗骨料碎石卵石Ⅰ类：宜用于强度等级大于C60的高强混凝土Ⅱ类：宜用于强度等级为C30～C60及有抗冻、抗渗或其他耐久性要求的混凝土Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土。《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685—2001）

：按技术要求1．含泥量和泥块含量含泥量是指卵石、碎石中粒径小于75µm的颗粒含量。泥块含量是指卵石、碎石中原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后变成小于2.36mm的颗粒含量。它们在混凝土中均影响其强度与耐久性，要对其含量进行限制表3-7卵石、碎石的含泥量和泥块含量项目指标I类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）/%＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（按质量计）/%0＜0.5＜0.72．有害物质含量混凝土用粗骨料中的有害物质主要包括有机物、硫化物及硫酸盐，并不得混有草根、树叶、树枝、塑料、炉渣和煤块等杂物表3-8卵石、碎石的有害物质含量项 目指标I类Ⅱ类Ⅲ类有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计），%＜0.51.01.03．粗骨料的颗粒形状和表面特征理想的颗粒形状应是三维长度相等或近似的球状或立方体形，而三维长度相差较大的针、片状颗粒粒形较差针、片状颗粒受力时容易折断，影响混凝土的强度，而且会增加骨料间的空隙，使混凝土拌合物的和易性变差。所以，须限制粗骨料中针、片状颗粒的含量。针状颗粒是指卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属粒级平均粒径的2.4倍者片状颗粒是指其厚度小于平均粒径0.4倍表3-8卵石、碎石的针片状颗粒含量项 目指标I类Ⅱ类Ⅲ类针片状含量（按质量计），%＜51525骨料的表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等。卵石表面光滑且少棱角，空隙率较小，故配制混凝土时混凝土拌合物的和易性较好，水泥用量较少。但与水泥石粘结能力较差，混凝土强度较低。碎石表面粗糙而且具有吸收水泥浆的孔隙特征，与水泥石的粘结能力强，在相同情况下，配制的混凝土强度较高，但混凝土拌合物的和易性较差。4．坚固性（Soundness）坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后其质量损失应符合规定。表3-9卵石和碎石的坚固性指标项 目指标I类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，%＜58125．碱-集料反应碱-集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。

。集料中的碱活性矿物主要有活性氧化硅或活性碳酸盐，相对应的碱-集料反应即为碱-硅酸反应或碱-碳酸反应。经碱-骨料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期的膨胀率应小于0.10％经检验后，若粗集料被判定为具有潜在碱-碳酸反应危害时，则不宜用作混凝土粗集料当被判定为有潜在碱-硅酸反应危害时，则应采取以下措施后方可使用：①使用含碱量小于0.6％的水泥，或渗加能抑制碱-集料反应的混合材料；②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。6．表观密度、堆积密度、空隙率表观密度大于2500kg/m3松散堆积密度大于1350kg/m3空隙率小于47%。《混凝土结构工程施工及验收规范》规定粗骨料最大粒径：

Dmax

≯1/4结构断面最小尺寸

≯3/4钢筋间最小净距混凝土实心板：≯1/2板厚且≯50mm泵送混凝土：应符合表3-10的要求

7．粗骨料的最大粒径（Maximumsize）和颗粒级配粗骨料中公称粒级的上限称为该骨料的最大粒径（1）最大粒径在条件许可的情况下，粗骨料最大粒径应尽量用得大些表3-10粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比石子品种泵送高度/m粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比碎石50≤1：350~100≤1：4100≤1：5卵石50≤1：2.550~100≤1：3100≤1：4粗骨料的颗粒级配也可通过筛分试验来确定

。标准方孔筛的孔边长分别为2.36mm,4.75mm,9.50mm，16.0mm，19.0mm,26.5mm，31.5mm，37.5mm，53.0mm,63.0mm，75.0mm及90.0mm共12个筛孔级别。根据不同的颗粒粒径分布，可将粗骨料划分为相应的颗粒级配系列。粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种。（2）颗粒级配连续粒级是石子颗粒由小到大连续分级，每一粒级均占有适当的比例。用连续粒级配制的混凝土拌合物和易性较好，不易发生离析现象，易于保证混凝土的质量，便于大型混凝土搅拌站使用，适合泵送混凝土。单粒粒级是缺少粗骨料中的某些粒级颗粒，使粗骨料级配不连续。单粒粒级中大颗粒的空隙直接由比它小许多的小粒径颗粒填充，降低了石子的空隙率，减少水泥用量，但混凝土拌合物易产生离析现象，施工困难，一般在工程中较少使用。单粒粒级宜用于组合成具有要求级配的连续粒级，也可与连续粒级配合使用，以改善骨料级配

表3-11卵石和碎石的颗粒级配公称粒径/mm累计筛余/%方孔筛/mm2.364.759.5016.019.026.531.537.553.063.075.090.0连续粒级5~1095~10080~1000~150————————5~1695~10085~10030~600~100———————5~2095~10090~10040~80—0~100——————5~2595~10090~100—30~70—0~50—————5~31.595～10090~10070~90—15~45—0~50————5~40—95~10070~90—30~65——0~50———单粒粒级10~20—95~10085~100—0~150——————16~31.5—95~100—85～100——0~100————20~40——95~100—80~100——0~100———31.5~63———95~100——75~10045~75—0~100—40~80————95~100——70~100—30~600~100路面混凝土对粗骨料的级配要求高于其他混凝土表3-12卵石和碎石的颗粒级配（JTGF30—2003）公称粒径/mm累计筛余/%方孔筛/mm2.364.759.5016.019.026.531.537.5连续粒级5~1695~10085~10040~600~100———5~1995~10085~9560~7530~450~50——5~26.595~10090~10070~9050~7025~400~50—5~31.595~10090~10075~9060~7540~6020~350~50单粒粒级5~1095~10080~1000~150————10~16—95~10080~1000~150———10~19—95~10085~10040~600~150——16~26.5——95~10055~7025~400~100—16~31.5——95~10085~10055~7025~400~100粗骨料的强度可用其母岩岩石的立方体抗压强度或压碎指标值来表示

岩石立方体抗压强度检验是将碎石的母岩制成边长为50mm的立方体（或直径与高均为50mm的圆柱体）试件，在吸水饱和状态下测定其极限抗压强度值。混凝土用粗骨料要求其岩石立方体抗压强度应不小于混凝土强度等级的1.5倍。通常：对于火成岩，其抗压强度应不小于80MPa；对于变质岩，其抗压强度应不小于60MPa；对于水成岩，其抗压强度应不小于30MPa。50mm×50mm×50mm8．强度（Strength）粗骨料的压碎指标检验是将一定质量风干后筛除大于19.0mm及小于9.50mm的颗粒，并去除针片状颗粒的石子装入一定规格的圆筒内，在压力机上经3~5min均匀加荷载到200kN，并稳定5s，卸荷后称取试样质量（G1），再用孔径为2.36mm的筛筛除被压碎的细粒，称取留在筛上的试样质量（G2）

粗骨料的压碎指标值越小，表示其抵抗受压破坏的能力越强。表3-13碎石和卵石的压碎指标项 目指标I类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标，＜102030卵石压碎指标，＜1216163.2.4水混凝土用水的基本质量要求:

不影响混凝土的和易性和凝结硬化，无损于混凝土强度的发展及耐久性，不加快钢筋的腐蚀，不引起预应力钢筋的脆断，不污染混凝土的表面。混凝土用水按水源分为：饮用水、地表水、地下水、海水及经过适当处理或处置后的工业废水。凡符合国家标准的生活饮用水，都可用于拌制混凝土在无法获得水源的情况下，海水可用于拌制素混凝土，但不宜用于钢筋混凝土当对水质有怀疑时，应将该水水样与饮用水样进行水泥凝结时间、水泥胶砂强度对比试验3.2.5外加剂（Admixture）1．外加剂的定义和分类混凝土外加剂是指在混凝土搅拌前或拌制过程中掺入的、能显著改善混凝土某项或多项性能的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%

（特殊情况除外）。混凝土外加剂按其主要功能分为四类：（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂、泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、促凝剂、早强剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂、阻锈剂、防冻剂等。（4）改善混凝土其他性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、着色剂等。2．常用的混凝土外加剂（1）减水剂（Water-reducingadmixture）减水剂是指在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能显著减少拌和用水量的外加剂。按化学成分可分为木质素系、萘系、树脂系等几类；按效果可分为普通减水剂和高效减水剂两类；按凝结时间可分成标准型、早强型和缓凝型三种；按是否引气可分为引气型和非引气型两种。1）减水剂的作用机理图3-6减水剂的作用机理a）絮凝结构b）减水剂吸附状态c）水泥颗粒分散状态作用机理：一种表面活性剂：一种阴离子型的有机化合物，长分子链的一端易溶于水——亲水基，另一端难溶于水——憎水基。分散作用：减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（负电荷），形成静电排斥作用，水泥颗粒相互分散。

润滑作用：水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，改善混凝土流动性。

2）减水剂的技术经济效果增加流动性——

保持单位用水量和水灰比不变提高混凝土强度——

保持坍落度和水泥用量不变节约水泥——

保持强度不变改善耐久性3）常用减水剂①木质素系减水剂木质素系减水剂：木质素磺酸钙(简称木钙)，木质素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)三大类。外观：是由生产纸浆的木质废液，经中和发酵、脱糖、浓缩、喷雾干燥而制成的棕黄色粉末。性能：缓凝引气型减水剂，掺量范围0.2%～0.3%，减水率约为10%；保持流动性不变，可提高混凝土强度8%～10%；不减水则可增大混凝土坍落度约80～100mm；保持和易性与强度不变时，可节约水泥5%～10%。应用范围：主要用于夏季混凝土施工、滑模施工、大体积混凝土和泵送混凝土施工、不宜用于蒸汽养护混凝土制品和工程。②多环芳香族磺酸盐系减水剂（荼系）萘磺酸盐系减水剂：以工业萘或由煤焦油中分馏出含萘的同系物经分馏为原料，经磺化、缩合等一系列复杂的工艺而成，主要成分为β—萘磺酸盐甲醛缩合物。如FDN、NF、UNF、XP、SN－Ⅱ等。外观：棕黄色粉末或液体。性能：多为非引气型高效减水剂，适宜掺量为0.5%～1.2%，减水率可达15%～30%，相应地可提高28天强度10%以上，或节约水泥10%～20%。应用范围：适用于配制高强、早强、流态和蒸养混凝土制品和工程，单独使用时混凝土的坍落度损失较大，通常与缓凝剂或引气剂复合使用。③水溶性树脂系减水剂外观：棕色液体。树脂系减水剂：磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，通常称为密胺树脂系减水剂。主要以三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠为原料，经磺化、缩聚等工艺生产而成，最常用的有SM树脂减水剂。性能：非引气型早强高效减水剂，性能优于萘系减水剂，但价格较高，适宜掺量0.5%～2.0%，减水率可达20%以上，1天强度提高一倍以上，7天强度可达基准28天强度。应用范围：主要用于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸汽养护混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土等。掺SM减水剂的混凝土粘聚性较大，可泵性较差，且坍落度经时损失也较大。④聚羧酸类减水剂外观：橙色透明液体。聚羧酸类减水剂

：分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而获得，主链系由含羧基的活性单体聚合而成，侧链系由含功能性官能团的活性单体与主链接枝共聚而成。性能：掺量0.15~0.25%，为萘系的1/4左右，减水率可达25~30%；掺量为0.5%的极限掺量时，减水率达45%以上；相应地可提高28天强度30%以上，或节约水泥20%～30%；混凝土坍落度经时损失小，与水泥适应性好等特点。

应用范围：主要用于配制超高强混凝土及高耐久性混凝土。

（2）引气剂（Airentrainingadmixture）引气剂是一种能使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，从而改善混凝土和易性和耐久性的一类化学外加剂。常用种类：松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、蛋白质盐类及石油磺酸盐类等作用机理：表面活性剂，一端为亲水基(羧酸或磺酸基团)，另一端为憎水基团(脂肪烃或芳香烃)。降低表面张力、稳定气泡。亲水基憎水基气泡引气剂对混凝土性能的影响：（1）改善混凝土拌合物的和易性；（2）提高混凝土的抗渗性、抗冻性；（3）降低混凝土强度。（3）早强剂（Hardeningacceleratingadmixture）早强剂：能促进混凝土凝结硬化，加速混凝土早期强度发展并对后期强度无明显影响的外加剂早强剂的种类主要有无机盐类（氯盐类、硫酸盐类、碳酸盐类等）、有机物类（有机胺类、羧酸盐类等）、矿物类（明矾石、氟铝酸钙、无水硫铝酸钙等）。常用的早强剂有氯盐类早强剂、硫酸盐类早强剂、有机胺类早强剂及复合早强剂等早强剂能促进水泥的水化与硬化，缩短混凝土施工养护期，加快施工速度，提高模板和场地周转率，主要适用于蒸养混凝土、有早强要求的混凝土、有防冻要求的混凝土及低温、负温施工（最低气温不低于-5℃）的混凝土等。1）氯化钙早强剂：主要有CaCl2、NaCl、KCl和FeCl3等。性能：白色粉末，适宜掺量0.5%～3%，钢筋混凝土中掺量应控制在1%以内。

能使混凝土3天强度提高50%～100%，7天强度提高20%～40%，但后期强度不一定提高，甚至可能低于基准混凝土。应用范围：氯盐对混凝土耐久性有一定影响，不能用于以下工程：（1）水位升降区、露天结构或经常受水淋的结构。（2）镀锌钢材或铝铁相接触部位及有外露钢筋埋件而无防护措施的结构。（3）含有酸碱或硫酸盐侵蚀介质中使用的结构。（4）给排水构筑物、薄壁构件、中重级吊车、屋架、落锤或锻锤基础。（5）预应力混凝土结构。2）硫酸盐类早强剂:主要有硫酸钠（Na2SO4，也称元明粉，俗称无水芒硝）、硫酸钙、硫酸铝及硫酸铝钾（即明矾）等。性能：白色粉末，使用最广泛的早强剂，适宜掺量为1%～3%；早强效果不及CaCl2。对矿渣水泥混凝土早强效果较显著，但后期强度略有下降。注意事项：硫酸钠早强剂在预应力混凝土结构中的掺量不得大于1%；潮湿环境中的钢筋混凝土结构中掺量不得大于1.5%；严格控制最大掺量，超掺可导致混凝土后期膨胀开裂，强度下降；混凝土表面起“白霜”，影响外观和表面装饰。

3）有机胺类早强剂：主要有三乙醇胺、三异醇胺等。性能：三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体，呈碱性，易溶于水。三乙醇胺的掺量极微，一般为水泥重的0.02%～0.05%；早强效果不及CaCl2，但对早期和后期强度都有增强效果，不影响混凝土耐久性；掺量不宜超过0.1%，否则导致混凝土后期强度下降。注意事项：掺用时可将三乙醇胺先用水按一定比例稀释，以便于准确计量。此外，为改善三乙醇胺的早强效果，通常与其他早强剂复合使用。4）复合早强剂：克服单一早强剂的不足，发挥各自特点，产生超叠加作用。

常用配方：1）三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.5%。2）三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.3～0.5%+亚硝酸钠1%～2%。3）三乙醇胺0.02%～0.05%+生石膏2%+亚硝酸钠1%。4）CaCl2+亚硝酸钠＝（0.5%～3.5%）+1%。常用配方：5）硫酸钠+NaCl=（0.5%～1.5%）+（0.3%～0.5%）。6）硫酸钠+亚硝酸钠＝（0.5%～1.5%）+1.0%。7）硫酸钠+三乙醇胺＝（0.5%～1.5%）+0.05%。8）硫酸钠+三乙醇胺+石膏＝（1%～1.5%）+（0.03%～0.05%）+2%。9）硫酸钠+亚硝酸钠+氯化钙+氯化钠＝（1%～1.5%）+（1%～3%）+（0.3%～0.5%）+（0.3%～0.5%）。（4）缓凝剂（Setretardingadmixture）缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，但不显著影响混凝土后期强度发展的外加剂缓凝剂种类：多羧基碳水化合物类，如木质素磺酸盐类、糖类、糖钙等；羟基羧酸及其盐类，如酒石酸、柠檬酸、酒石酸钾（钠）等；无机盐类，如磷酸钠、硼砂；多元有机磷酸及盐类和丙烯酸类共聚物等缓凝剂适用于夏季施工、泵送及滑模施工、远距离运输等要求缓凝的混凝土工程，可防止混凝土拌合物发生过早坍落度损失。缓凝剂亦适用于大体积混凝土等要求降低水化热的工程。缓凝剂不宜单独用于蒸养混凝土，亦不宜用于5℃以下施工的混凝土工程。（5）膨胀剂（Expandingadmixture）膨胀剂是能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂，它的主要作用机理是与水反应生成膨胀性水化物，与水泥混凝土凝结硬化过程中产生的收缩相抵消。按化学成分可分为硫铝酸盐系膨胀剂、石灰系膨胀剂、铁粉系膨胀剂、氧化镁型膨胀剂和复合型膨胀剂等。主要功能：补偿收缩混凝土：膨胀率相当于或稍大于混凝土收缩率；用于防裂、防水接缝、补强堵塞。自应力混凝土：膨胀率远大于混凝土收缩，达到预应力或化学自应力混凝土的目的。用于自应力钢筋混凝土输水、输气、输油压力管，反应罐、水池、水塔及其它自应力钢筋混凝土构件。1）硫铝酸盐系膨胀剂:以生成钙矾石为主要膨胀性产物的一类膨胀剂，有CSA、UEA、CEA、AEA等。最常用的是UEA膨胀剂。

UEA制备方法：由硫铝酸盐水泥熟料、明矾石、石膏共同磨细制成。水化早期：3CaO·3Al2O3·CaSO4+6Ca(OH)2+8CaSO4+90H2O无水硫铝酸盐钙石膏大量水≥3{3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O}

钙矾石膨胀机理：水化中期：2KAl3(SO4)2(OH)6+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O

明矾石石膏大量水

＝≥3{3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O}+2KOH钙矾石2）石灰系膨胀剂:以生成CaO为主要膨胀源的膨胀剂，也称氧化钙膨胀剂。

制备方法：由普通生石灰和硬脂酸按一定比例共同磨细而成，也称石灰脂膜膨胀剂。硬脂酸的作用：助磨、成膜控制膨胀速率。膨胀机理：CaO+H2O＝＝≥Ca(OH)2

应用方面：

1)制作灌浆料，用于大型设备的基础灌浆和地脚螺栓的灌浆。

2)无声爆破时用的静态破碎剂。20℃下在4~24小时内体积膨胀1.5~2倍，可产生高达30MPa的膨胀压力。

3)膨胀速率受环境影响敏感、保质期短等原因，很少用于一般混凝土的补偿收缩，但可与UEA系膨胀剂复合使用。3）氧化镁型膨胀剂:以生成MgO为膨胀源。

制备方法:天然菱镁矿(MgCO3)在900~950℃下锻烧后，MgO颗粒细度控制在300~1180μm范围。膨胀机理：MgO+H2O＝＝≥Mg(OH)2

应用方面:

膨胀作用主要发生在中后期，用于大体积大坝混凝土补偿收缩。掺量5%左右。（6）防冻剂（Antifreezeagent）防冻剂是指在规定温度下，能显著降低混凝土的冰点，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的外加剂。防冻剂常由多组分复合而成，其主要组分有防冻组分、减水组分、引气组分和早强组分等。防冻剂用于负温条件下施工的混凝土。目前，国产防冻剂品种适用于0℃~-15℃的气温。（7）速凝剂（Flashsettingadmixture）速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类（硅酸钠、铝酸钠、磺酸盐）和有机物类（聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羟基胺）两类。速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。3．外加剂与水泥的适应性及改善措施将经检验符合有关标准要求的某种外加剂，掺入到按规定可以使用该外加剂且符合有关标准的水泥中，外加剂在所配制的混凝土中若能产生应有的作用效果，则称该外加剂与该水泥相适应若外加剂作用效果明显低于使用基准水泥的检验结果，或者掺入水泥中出现异常现象，则称外加剂与该水泥适应性不良或不适应影响外加剂与水泥适应性的因素：水泥方面：如水泥的矿物组成、含碱量、混合材种类、细度等；化学外加剂方面：如减水剂分子结构、极性基团种类、非极性基团种类、平均相对分子质量及相对分子质量分布、聚合度、杂质含量等；环境条件方面：如温度、距离等。改善外加剂与水泥适应性的措施：新型高性能减水剂的开发应用。外加剂的复合使用。减水剂的不同掺入方法（先掺法、同掺法、后掺法）。适当增硫法：即适当增加外加剂中硫酸盐含量，提高减水剂与水泥的适应性，从而控制混凝土坍落度损失。适当调整混凝土配合比3.2.6掺合料掺合料（Mineraladmixture）是指在配制混凝土拌合物过程中，直接加入的人造或天然的矿物细粉材料，也称矿物外加剂，是混凝土的第六种基本组成材料。通常掺量一般应超过水泥质量的5%。取代部分水泥，节约成本显著改善混凝土早期工作性和硬化混凝土的性