第四章混凝土1建筑材料2011

建筑材料戴必辉ConstructionMaterials

第4章水泥混凝土4.2水泥混凝土的骨料及拌和、养护用水4.3混凝土的主要技术性质4.4混凝土外加剂＞＞＞4.1概述＞Concrete习题＞4.5混凝土的掺合料＞4.7混凝土的配合比设计＞4.6混凝土的质量控制＞4.8轻混凝土＞4.9其他品种水泥混凝土＞4.1概述

水泥混凝土（简称混凝土）是以水泥（或水泥加适量活性掺合料）为胶凝材料，与水和骨料等材料按适当比例配合拌制成拌合物，再经浇筑成型硬化后得到的人造石材。4.1.1混凝土的定义新拌制的未硬化的混凝土，通常称为混凝土拌合物（或新鲜混凝土）；经硬化有一定强度的混凝土，称硬化混凝土。4.1.2混凝土的分类（一）按表观密度大小分类（2）普通砼：=2000~2800kg/m3，用普通天然砂石为骨料配制而成的，建筑工程中常用的砼，适用建筑物的各种承重构件。（1）重砼：＞2800kg/m3，采用重晶石、铁矿石、钢屑等重骨料和钡水泥、锶水泥等重水泥配制而成。适用于国防核能工程的屏蔽结构，防射线、防辐射。（3）轻砼：＜1950kg/m3，采用陶粒等轻质多孔的骨料，或用发泡剂、加气剂形成多孔结构的砼。轻混凝土轻骨料混凝土：用轻骨料配制的轻混凝土。多孔混凝土：加入气泡代替骨料的轻混凝土。（如泡沫混凝土、加气混凝土等）大孔混凝土：不加细骨料的轻混凝土。关于轻混凝土轻混凝土多用于建筑工程的保温、结构保温或结构材料。（二）按胶结材料分类水泥砼、沥青砼、石膏砼、水玻璃砼、聚合物砼。（三）按用途分类结构砼、防水砼、道路砼、防辐射砼、耐热砼、耐酸砼、大体积砼、膨胀砼。（四）按生产工艺分类

泵送砼、喷射砼、碾压砼、挤压砼、离心砼、压力灌浆砼、预拌砼（商品砼）、拌制砼。（五）按抗压强度分类普通砼C60以下<C30低强度混凝土Ｃ30-C60中强度混凝土高强砼>60MP

超高强砼>100MP

。4.1.3混凝土的特点优点:(1)占材料用量80％以上的砂、石集料资源丰富，易于就地取材。(2)混合料具有可塑性，可以按工程结构要求浇筑成不同形状和尺寸的整体结构或预制构件。(3)匹配性好。与钢筋、钢纤维等，与钢材有基本相同的线膨胀系数，相互粘结牢固，工作整体性强。(4)可调整性强。改变组分品种和数量时可以制得不同物理力学性质的混凝土。(5)节省钢材、木材。(6)强度高，耐久性较好，在一般环境中使用时维护费用低。缺点:自重大、抗拉强度低、变形能力差、易开裂、生产周期长。4.1.4混凝土的组成及组成材料的作用※混凝土由水泥、水、砂及石子四种基本材料组成。

※为节约水泥或改善砼的某些性能，常掺入外加剂和掺合料。外加剂和掺合料逐渐成为混凝土中必不可少的第五种成分。

※水泥和水构成水泥浆，砂和石子为砼的骨料，砂为细骨料，石子为粗骨料，水泥浆和砂构成砂浆。灰－水泥石

绿－石子蓝－砂子

红－气孔混凝土结构示意图a混凝土结构示意图b水泥浆的作用：（1）填充砂的孔隙，并包裹砂粒；（2）拌制时在砂、石子之间起润滑作用，便于施工；（3）填充石子的空隙并包裹石子；（4）水泥浆硬化后形成水泥石，将砂、石胶结成一个整体。砂浆的作用：砂浆包裹石子颗粒并填充石子的空隙。骨料的作用：（1）形成砼的骨架；（2）对水泥石的体积变形起一定的抑制作用。4.1.5对混凝土的基本要求满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性。2.满足设计要求的强度等级。3.满足工程所处环境条件所必需的耐久性。4.满足上述三项要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，节约成本，即经济合理性。

4.1.6混凝土的应用与发展※水泥混凝土是随着硅酸盐水泥的出现而问世的。※水泥混凝土已成为各种工程建设中的一种主要的建筑材料。

自1824年发明了波特兰水泥之后，1830年前后就有了混凝土问世，1867年又出现了钢筋混凝上。混凝土和钢筋混凝土的出现，特别是钢筋混凝土的诞生，被誉为是对混凝土的第一次革命。上世纪30年代预应力钢筋混凝土的出现，被称为是混凝土的第二次革命。70年代出现的混凝土外加剂，认为是混凝土的第三次革命。

为了适应将来的建筑向高层，超高层，大跨度发展，以及向地下和海洋开发，混凝土今后的发展方向是：快硬，高强，轻质，高耐久性，多功能和节能。混凝土的发展：返回4.2水泥混凝土的骨料及拌和、养护用水4.2.1细骨料（砂）※细骨料是粒径为0.15～4.75mm的骨料。※细骨料有天然砂（河砂、海砂、山谷砂等）和人工砂（含6%~12%粒径小于0.15mm的石粉），其中以河砂的质量最好。砂的分类：砂天然砂人工砂——碎石经机械轧碎筛选而成，富棱角，杂质少，但细粉多。同时加工成本较高。海砂——含贝壳碎片、可溶性盐类等；河砂——圆滑、坚固，杂质少，属上等砂；山砂——多棱角，粘聚性比河砂好，含泥土和有机杂质较多。影响砂质量的因素：

※颗粒形状及表面特征；

※有害杂质；

※砂的粗细程度及颗粒级配；

※砂的物理性质。（一）颗粒形状及表面特征1、山谷砂和人工砂的颗粒多棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，砼强度较高，但拌和物的流动性较差。2、河砂和海砂的颗粒少棱角，表面光滑，与水泥粘结较差，砼强度较低，但拌和物的流动性较好。（二）有害杂质有害杂质：云母、粘土、淤泥、有机物、化合物、轻物质等。(1)粘土和云母：它们粘附于砂表面或夹杂其中，水泥与砂的粘结强度↓，混凝土强度、抗渗性和抗冻性↓，收缩↑。(2)有机质、硫化物、氯化物及硫酸盐：它们对水泥有腐蚀作用，从而影响混凝土的性能。氯化物对钢筋具有腐蚀作用。民用建筑用砂符合《普通砼用砂质量标准及检验方法》；水工砼用砂符合《水工砼施工规范》；水运工程砼用砂符合《水运工程混凝土施工规范》。砂石中有害物质含量限值（GB/T14684~14685-2001）细集料粗集料项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(%)＜1.02.02.0－－－硫化物与硫酸盐含量(按SO3质量计，%)＜0.50.50.50.51.01.0有机物含量(比色法)＜合格合格合格合格合格合格轻物质(％)＜1.01.01.0－－－氯化物(以Cl¯，%)＜0.010.020.06－－－泥(%)＜1.03.05.00.51.01.5泥块(%)＜01.02.000.50.7坚固性质量损失(%)＜88105812针片状含量(%)＜－－－51525压碎指标(%)＜－－－12/1016/2016/30注：卵石/碎石（三）砂的粗细程度与颗粒级配1、砂的粗细程度砂的粗细程度是反映不同粒径的砂粒，混合后的总体粗细程度。砂的粒径↑，比表面积↓，包裹砂所需水泥浆↓。因此，在满足条件下，尽量采用粗一些的砂，可节约水泥；但砂过粗，由于粗颗粒砂对石子的粘聚力较低，会引起拌合物产生离析、分层。

细度模数（）是指不同粒径的砂粒混在一起后的平均粗细程度，用来表示砂的粗细程度。A1、A2、A3、A4、A5、A6—分别为用4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm各筛上累计筛余百分率。细度模数F.M粗砂=3.7~3.1；中砂

=3.0~2.3；细砂

=2.2~1.6；特细砂

=1.5~0.7；拌制砼以中砂为宜，普通砼用砂的细度模数为3.7~1.6。2、砂的颗粒级配砂的颗粒级配指砂不同大小颗粒的搭配情况。单一粒径两种粒径多种粒径颗粒级配示意图※级配好的砂应是大颗粒砂的空隙被中等颗粒砂所填充．而中等颗粒砂的空隙被小颗粒砂所填充，依次填充使骨料的空隙率最小。※级配良好的砂可减少水泥浆，节约水泥，提高混凝土拌合物的流动性和粘聚性，提高混凝土的密实度及混凝土的强度和耐久性,减少徐变和收缩。※砂的级配常用各筛上累计筛余量百分率来表示，共分为I、II、III区级，级配较好的砂应处于同一区间。拌制砼应优先选择Ⅱ区的砂。筛孔尺寸(mm)累计筛余(％)Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区9.54.752.361.180.600.300.15010~035~565~3585~7195~80100~90010~025~050~1070~4192~70100~90010~015~025~040~1685~55100~90砂的颗粒级配区注：各筛超出的总量不应大于5%。（四）砂的物理性质1、砂的视密度、堆积密度及空隙率（1）砂的视密度反映砂的密实程度一般砂：ρ视=2.5g/cm3石英砂：ρ视=2.6~2.7g/cm3（2）砂的堆积密度：自然状态：=1400~1600kg/m3密实堆积：=1600~1700kg/m3（3）空隙率天然河砂的空隙率为40%~45%级配良好河砂的空隙率＜47%2、砂的含水状态及饱和面干吸水率（1）含水状态①干燥状态：在不超过110℃的温度下烘干至恒重，砂含水率为零。气干状态：砂含水率与大气湿度相互平衡时的状态。③饱和面干状态：砂子表面干燥而内部孔隙含水达到饱和时的状态。饱和面干砂既不从砼拌合物中吸取水分，也不放出水分，配制砼较好。④湿润状态：砂子不仅内部孔隙含水饱和，而且表面也吸附一层自由水。干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态砂的含水状态（2）饱和面干吸水率饱和面干砂的含水率称为饱和面干吸水率，简称吸水率。砂的颗粒越坚实，吸水率就越小，品质就越好。工民建按干燥状态砂（含水率<0.5%）及石子（含水率<0.2%）来设计砼配合比。饱和面干砂既不从混凝土拌和物中吸取水分，也不往拌和物中带入水分，我国水工混凝土工程多按饱和面干状态的砂、石来设计混凝土配合比。3、砂的坚固性砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。混凝土所处的环境条件循环后的质量损失（%）在严寒及寒冷地区室外使用并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土≤8其它条件下使用的混凝土≤10砂的坚固性指标坚固性实验：采用硫酸钠溶液法，将砂料在硫酸钠饱和溶液中浸泡，然后烘干，经5次循环后，以其质量损失百分率评定其坚固性。4.2.2粗骨料（卵石与碎石）※粗骨料是粒径>5mm的骨料。※常用的粗骨料有卵石和碎石。（一）颗粒形状及表面特征较理想的颗粒形状：三维长度相等，相近的球形或立方体颗粒。较差的颗粒形状：三维长度相差较大的针、片状颗粒。1、碎石表面粗糙，与水泥石的粘结能力强，砼强度高，但和易性差。2、卵石表面光滑，棱角少，与水泥石的粘结能力差，但和易性好。3、针状、片状的颗粒使空隙率增大，内摩擦力大，受力时易折断，降低混凝土拌合物的流动性及混凝土的强度与耐久性。对于高强和大流动性混凝土需严格限制其含量。针状颗粒：颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径的2.4陪；片状颗粒：颗粒厚度小于平均粒径的0.4陪。（二）有害杂质有害杂质：粘土、淤泥、细屑、有机物、硫化物、硫酸盐等。民用建筑应符合《普通砼用碎石或卵石质量标准为检验办法》；水工砼应符合《水工砼施工规范》；水运工程砼用砂符合《水运工程混凝土施工规范》（三）最大粒径及颗粒级配1、最大粒径（DM）（1）定义DM是粗骨料公称粒径级的上限值。DM愈大，骨料的空隙及表面积愈小，水泥用量愈小，砼愈密实，水化热愈小，收缩愈小。

公称粒径：用以表示符合某种合理级配范围的骨料尺寸大小。（2）砼最大粒径选择的影响因素①强度当DM<40，DM↑，砼强度↑；当DM>40，DM↑，低强度的砼强度上升，高强度的砼强度反而降低。大体积的砼结构：DM=80~150mm，普通砼：DM=20~40mm。②体积③耐久性骨料最大粒径大者对混凝土的抗冻性、抗渗性也有不良的影响，尤其会显著降低混凝土的抗气蚀性能。③其它因素DM≯结构最小截面尺寸的l/4DM≯最小钢筋净距的3/4DM≯板厚的l/22、颗粒级配：指大小不同颗粒的搭配程度。※连续级配(连续粒级):颗粒由小到大，每一级粗骨料都占有一定的比例，且相邻两级粒径相差较小(比值小于2)。连续级配的空隙率较小，适合配制各种混凝土，尤其适合配制流动性大的混凝土※间断级配：粒径不连续．即中间缺少1～2级的颗粒，且相邻两级粒径相差较大(比值约为5～6)。间断级配的空隙率最小，有利于节约水泥用量，但由于骨料粒径相差较大，使混凝土拌合物易产生离析、分层，造成施工困难。※单粒级：由≥一个粒级组成，空隙率最大，不宜单独使用。（1）砼级配确定方法（2）超、逊径石子的允许含量※超径：某一级石子中混杂有超过这一级粒径的石子。超径石子含量不大于5%※逊径：某一级石子中混杂有小于这一级粒径的石子。逊径石子含量不大于10%。（3）表示方法：筛分析法级配情况公称

粒级

（mm）累计筛余（％）筛孔尺寸（方孔筛）（mm）2.551016202531.540506380100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－－－－5～40－95～10075～90－30～65－－0～50－－－单粒级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碎石或卵石的颗粒级配范围（四）物理力学性质1、视密度、堆积密度及空隙率我国石子的视密度平均为2.68g/cm3

，最大的达3.15g/cm3

，最小为2.50g/cm3

，一般要求粗骨料的视密度不小于2.55g/cm3

。球形或立方体形状的颗粒且级配良好的粗骨料堆积密度较大，空隙较小。2、吸水率粗骨料的颗粒越坚实，空隙率越小，其吸水率越小，品质也越好。吸水率过大，将降低混凝土的软化系数，也降低混凝土的抗冻性。粗骨料的吸水率＜2.5%3、强度粗骨料的强度可用岩石立方体强度或压碎指标两种方法进行检验。（1）将试件（50×50×50）mm3在水饱和状态下测定其极限抗压强度。极限抗压强度/砼强度不小于1.5，且极限抗压强度：岩浆岩不小于80MPa，变质岩不小于60MPa，沉积岩不小于30MPa。（2）压碎指标将一定质量气干状态下粒径10~20mm的石子装入标准圆筒内，放在压力机上，在3~5min内均匀加载达200KN，其压碎的细粒（小于2.5mm）占试样重量的百分率为压碎指标。4、坚固性有抗冻、耐磨、抗冲击性能要求的砼所用粗骨料，要求测定其坚固性。对严寒及寒冷地区室外且处于干湿变换的砼，粗骨料经五次循环的质量损失应不大于5%。其它条件下的砼骨料经五次循环后的质量损失应不大于12%。4.2.3混凝土拌和及养护用水凡可饮用的水均可拌制和养护砼，不可用海水、未经处理的工废水、污水及沼泽水。不用含有油脂、糖类的水，污水、PH＜4、含硫酸盐不用，海水一般不用。缺乏淡水时，可用海水拌制素砼，钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土不能用海水拌制。4.3混凝土的主要技术性质混凝土的主要技术性质包括：混凝土拌合物的和易性、凝结时间；硬化混凝土的强度、变形及耐久性。4.3.1混凝土拌合物的和易性1、定义

和易性是砼拌合物的施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）的难易程度和抵抗离析作用程度并能获得质量均匀，密实砼的性能。和易性包含流动性、（均匀稳定性）黏聚性、保水性。和易性良好的混凝土拌合物除具有一定的稠度，易于成型外，还应在搅拌后，直至成型结束，组成材料都能保持在混凝土中均匀分布，即粘聚性和保水性。对于均匀稳定性较差的混凝土拌合物在静置、运输、浇注和捣实的过程中都可能发生离析和泌水。

离析是指拌合物中大颗粒和细颗粒间产生分离的现象。对于流动性较大的混凝土拌合物，因各组分粒度及密度不同，易引起砂浆与石子间的分层离析现象。对于硬性或少砂的混凝土拌合物，若装卸及浇注方法不当，也会发生离析现象。

泌水是指拌合水按不同方式从拌合物中分离出来的现象。固体材料在混凝土拌合物中下沉使水被排出并上升至表面，使表面形成浮浆；有些水达钢筋及粗骨料下沿而停留；有些水通过模板接缝渗漏；都是泌水的表现。2、和易性的含义（1）流动性

流动性是砼拌和物在自重或施工振捣的作用下，产生流动，并均匀、密实地填满模型的性能。流动性反映拌和物的稀稠，关系着施工振捣的难易和浇筑的质量。（2）黏聚性（抗离性）

粘聚性是砼拌合物在施工过程中互相之间有一定粘聚力，不发生分层、离析、泌水，保持整体均匀的性能。黏聚性不好的拌合物，砂浆与石子容易分离，振捣后会出现蜂窝、空洞等现象，严重影响工程质量。（3）保水性保水性是砼拌合物保持水分不易析出的能力。保水性差会降低砼的强度和耐久性。

砼拌合物中的水，一部分是保证水泥水化所需水量，另一部分是为使砼拌合物具有足够流动性，便于浇捣所需的水量。三者之间相互关联又互相矛盾：粘聚性好，保水性一般也好，但流动性可能差。增大流动性，粘聚性、保水往往变差。三方面统一即和易性好。流动性、黏聚性和保水性的关系：3、和易性的测定（1）坍落度法坍落度法是用来测定混凝土拌合物在自重力作用下的流动性，适用于流动性较大的混凝土拌合物。适用条件：

SL≥10mm

Dmax≤40mm

测定方法：流动性：坍落度。粘聚性：用捣棒轻击锥体侧面，如整体缓慢均匀下沉，则粘聚性良好，如突然崩塌或石子离析，则差。保水性：如锥体底部有较多稀水泥浆或水析出，或因失浆而使骨料外露，则保水性差。坍落度（T或SL）大于10mm的称为塑性混凝土，其中，坍落度在10~30mm的常称为流动性混凝土；坍落度小于10mm的称为干硬性混凝土。(二)维勃稠度法维勃稠度法用来测定混凝土拌合物在机械振动力作用下的流动性，适用于流动性较小的混凝土拌合物。适用条件：

SL＜10mm

Dmax≤40mmVB=5～30s测定方法：测定当透明圆盘的底面刚刚被水泥浆所布满时所经历的时间(以s计)，称为维勃稠度VB。透明有机玻璃板导杆混凝土锥振动台(三)混凝土拌合物流动性的级别坍落度级别维勃稠度级别级别名称SL（mm）级别名称VB（s）T1低塑性砼10～40V0超干硬性砼≥31T2塑性砼50～90V1特干硬性砼30～21T3流动性砼100～150V2干硬性砼20～11T4大流动性砼≥160V3半干硬性砼10～54、影响混凝土拌合物和易性的因素（1）水泥浆含量的影响水泥浆稀稠不变（W/C不变）时，水泥浆愈多，流动性愈大。但水泥浆过多，将出现流浆现象，使粘聚性变差，影响强度和耐久性；过少，则不能填满骨料空隙或不能很好包裹骨料表面，产生崩坍现象，粘聚性变差。

混凝土内水泥浆的含量，以使混凝土拌合物达到要求的流动性为准，不应任意加大。4、影响混凝土拌合物和易性的因素（2）含砂率的影响砂率是指砂的质量占砂、石总质量的百分数。※砂率过小，不能形成砂浆润滑层，流动性差，影响粘聚性、保水性。※砂率过大，骨料孔隙率及总表面积大，当水灰比及水泥用量一定时，使拌合物干稠，流动性低；当流动性一定时，使水泥用量显著增大。合理砂率：是在水灰比及水泥用量一定的条件下，能使砼拌合物在保持粘聚性和保水性良好的前提下，获得最大流动性的含砂率。4、影响混凝土拌合物和易性的因素（3）水泥浆稀稠的影响水泥浆的稠度由水灰比W/C决定。W/C过小，水泥浆干稠，拌合物的黏聚性较好，泌水较少，但流动性过低，施工困难；W/C过大，使砼拌合物的粘聚性和保水性不良，产生流浆、离析，影响强度。普通混凝土的常用水灰比一般在0.40~0.75范围内，常取0.63。“需水量定则”或“恒定用水量定则”用水量一定时，小范围调整水泥用量对混凝土流动性影响不大。※当W/C稍减小时，水泥浆较稠，流动性减小，黏聚性好，可采用较小砂率值增大流动性以补偿由于水泥浆较稠减少的流动性。※当W/C稍增大时，水泥浆较稀，流动性变好，黏聚性差，可采用较大砂率值减小流动性以抵消由于水泥浆较稀增加的流动性。4、影响混凝土拌合物和易性的因素（4）浆骨比水泥浆与骨料的数量比称为浆骨比。在骨料量一定的情况下，浆骨比的大小可用水泥浆的数量表示，浆骨比愈大，表示水泥浆用量愈多。在混凝土拌合物中，水泥浆赋予拌合物以流动性，是影响拌合物稠度的主要因素。在水泥浆稠度（即水灰比）一定时，增加水泥浆数量，拌合物流动性随之增大。但水泥浆过多，不仅不经济，而且会使拌合物均匀稳定性变差，出现流浆现象。4、影响混凝土拌合物和易性的因素（5）其他因素的影响如：水泥品种、掺合料品种及掺量、骨料种类、骨料粒形及级配、混凝土外加剂品种及掺量以及混凝土搅拌工艺和环境温度等。A、水泥对和易性的影响水泥品种不同，需水量不同。普通水泥——流动、保水性好矿渣水泥——流动性大，粘聚性差，易泌水火山灰水泥——流动性显著降低，粘聚性、保水性好。B、骨料对和易性的影响

骨料性质对和易性影响较大a、级配良好的骨料。空隙率小，和易性好。b、表面越粗糙，和易性越差。（碎石比卵石和易性差。）c、细度越细，比表面积越大，流动性变小。（细砂比粗砂流动性小。）C、外加剂在拌制混凝土时，掺用外加剂（减水剂、引气剂）能使混凝土拌合物在不增加水泥和水用量的条件下，显著地提高流动性，且具有较好的均匀稳定性。此外，由于混凝土拌和后水泥立即开始水化，使水化产物不断增多，游离水逐渐减少，因此拌合物的流动性将随时间的增长不断降低。而且，塌落度降低的速度随温度的提高而显著加快。改善和易性的措施

(一)改善流动性的措施(1)尽可能选用较粗大的粗、细骨料；(2)采用杂质含量少，级配好的粗、细骨料；(3)尽量降低砂率；(4)在上述基础上，如流动性小，保持W/C不变，增加水泥浆；如流动性大，则保持Sp不变，增加S、G。(5)掺加减水剂。

(二)改善粘聚性和保水性的措施(1)选用级配良好的粗、细骨料，并选用连续级配；(2)适当限制粗骨料Dmax，避免用过粗的细骨料；(3)适当增大砂率或掺加粉煤灰等掺合料；(4)掺加引气剂。5、混凝土拌合物流动性指标的选择流动性大，则易于施工，但水泥用量大，且混凝土拌合物易产生离析、分层。因此，选择流动性的原则是在满足施工条件及保证密实成型的前提下，尽可能选择较小的流动性。工程中根据混凝土构件的截面最小尺寸、配筋疏密及成型捣实方法来选择。构件种类坍落度基础或地面、无筋或配筋稀疏的结构10～30梁、板、柱30～50配筋密列的结构50～70配筋特密的结构70～90工业与民用建筑工程普通混凝土浇筑时的坍落度建筑物性质标准圆锥坍落度水工素混凝土或少筋混凝土10～40配筋率不超过1%的钢筋混凝土30～60配筋率超过1%的钢筋混凝土50～90水工混凝土拌合物在浇筑地点的坍落度（mm）混凝土种类坍落度素混凝土10～30配筋率不超过1.5%的钢筋混凝土、预应力混凝土30～50配筋率不超过1.5%的钢筋混凝土、预应力混凝土50～70水运工程混凝土坍落度选用值（mm）4.3.2混凝土拌合物的凝结时间※初凝时间表示施工时间的极限；终凝时间表示力学强度开始快速发展。※砼拌合物的凝结时间与所采用的水泥的凝结时间并不相等。水泥品种，环境温度、湿度、掺和料、外加剂、水泥的水化反应是影响砼凝结时间的主要因素。（1）在环境的温度、湿度条件相同且掺合料、外加剂也相同的条件，砼所用水泥的凝结时间长，则砼拌合物凝结时间也相应较长。混凝土拌合物的凝结时间（2）砼的水灰比越大，拌和物的凝结时间越长。（3）掺粉煤灰、缓凝剂，凝结时间增长。（4）混凝土所处环境温度高，拌和物凝结时间缩短。5.3.3混凝土的强度混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等，其中抗压强度最大，砼也主要用于承受压力。一般来说，砼的强度越高，其刚性、不透水性、抗风化和某些介质的能力越高。我们通常用砼的强度来评定和控制砼的质量。混凝土抗压强度分为轴心抗压强度和立方体抗压强度。一、混凝土的受力破坏形式及过程(一)破坏形式界面破坏水泥石破坏骨料破坏(二)破坏过程受力前：由于水化热、干燥收缩及泌水等原因，混凝土在受力前就在水泥石中存在有微裂纹，特别是在骨料的表面处存在有部分界面微裂纹。受力后：在微裂纹处产生应力集中，使这些微裂纹不断扩展、增多、汇合、连通，最终形成若干条可见的裂缝而使混凝土破坏。通过显微镜观测混凝土的受力破坏过程，可分为四个阶段：ⅣⅢⅡⅠ10070～90300σ/f(%)εⅢⅡⅠⅤⅥ0ⅣBACDⅠ-界面裂纹无明显变化；Ⅱ-界面裂纹增长，无明显砂浆裂纹Ⅲ-出现砂浆裂纹和连续裂纹；Ⅳ-连续裂纹迅速扩展,汇合,贯通；Ⅴ-裂纹缓慢增长；Ⅵ-裂纹迅速增长二、混凝土的立方体抗压强度与强度等级(一)混凝土的立方体抗压强度fcu150*150*150mm试件，标养(20±2℃，相对湿度≥95%)28d的抗压强度值，称立方体抗压强度fcu，简称抗压强度。100、200mm的非标试件的换算系数为0.95、1.05。(二)混凝土的强度等级fcu,k

混凝土的强度等级按立方体抗压强度标准值划分。混凝土的立方体抗压强度标准值(简称抗压强度标准值)是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%，或具有95%强度保证率的抗压强度值。混凝土的强度等级用符号C和立方体抗压强度标准值来表示，如C30。三、混凝土的轴心抗压强度fcp(棱柱体抗压强度)150×150×300mm试件标养28d的抗压强度值。混凝土结构设计中计算轴心受压构件时，取fcp。

fcp=(0.7~0.8)fcu考虑到结构中混凝土强度与试件强度的差异，通常取0.67.原因:“环箍效应”，试件在上下两块压板的摩擦力约束下，侧向变形受到限制，其影响高度大约为试件边长的0.866倍。立方体试件整体受到环箍效应的限制，测得强度相对较高；而棱柱体试件的中间区域未受到“环箍效应”的影响，属纯压区，测得的强度相对较低。当钢压板与试件之间涂上润滑剂后，摩擦阻力减小，环箍效应减弱，立方体抗压强度与棱柱体抗压强度趋于相等。式中P—破坏荷载，N；

A—试件受劈面的面积，mm2四、混凝土的抗拉强度ft试验表明：ft＝（0.8～0.9）fts混凝土属于脆性材料，ft=(1/10～1/20)fcu，在无试验资料时，ft可通过fcu估算：

劈拉强度fts，150*150*150mm试件标养28d。混凝土的抗拉强度很低，一般约为抗压强度的1/10~1/20。五、影响混凝土强度的因素：

①水泥强度与水灰比骨料种类及级配养护条件与龄期④施工因素⑤外加剂与掺合料等(一)水泥强度等级与水灰比（主要因素）一般塑性混凝土的水灰比在0.40~0.75之间，而水泥完全水化所需的化学结合水一般只占水泥质量的25%作用。水泥强度愈高，混凝土强度愈高；水灰比愈大，混凝土强度愈低。混凝土强度主要取决于水泥石强度和界面粘结强度。对普通混凝土，水泥强度是混凝土强度的1.5~2.0倍；对高强混凝土，水泥强度是混凝土强度的1.0~1.5倍。混凝土强度与水灰比及灰水比的关系（原料一定）式中f28(fcu)—混凝土28d的强度fce—水泥的实际强度。

fce＝Kcfce,g，Kc水泥强度富余系数1.0~1.13，

fce,g水泥强度等级。碎石:αa=0.46αb=0.07

卵石:αa=0.48αb=0.33保罗米公式：①当所采用的水泥强度等级或实际强度已知，欲配制某强度混凝土时，可以估计应采用的水灰比值；②当已知所采用的水泥强度等级及水灰比值时，可以估计出混凝土在标准养护条件下28d龄期可能达到的强度。(二)骨料的品种、规格、质量、级配※骨料中有害杂质过多或品质低劣时，将降低混凝土的强度；※表面粗糙并富有棱角的碎石骨料，与水泥石的黏结较好，且骨料颗粒间有嵌固作用，故所配制的混凝土强度较高；※骨料级配良好，砂率适当时，砂石骨料填充密实，混凝土强度也较高；砼强度取决于水泥的水化状况，受养护条件及龄期影响。养护条件是混凝土成型后的养护温度与湿度。龄期是砼在正常养护条件下所经历的时间。※在干燥的环境中，砼强度的发展会随水分的逐渐蒸发而减慢或停止。养护温度高时，硬化速度较快，养护温度低时，硬化比较缓慢，当温度低至0℃以下时，砼停止硬化，且有冰冻破坏的危险。(三)温度、湿度与龄期28龄期（d）抗压强度一直处于常温1d后受冻一直处于潮湿保湿3d保湿1d28龄期（d）抗压强度混凝土在达到具有抗冻能力临界强度后，方可撤除保温措施。环境湿度越高，水泥的水化程度越高，强度越高。温度、湿度对混凝土强度的影响：砼浇筑后，应在12小时内进行覆盖草袋，塑料薄膜等；使用硅酸盐、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，浇水养护时间应不小于7d；使用火山灰水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或掺缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，浇水养护应不小于14天。干燥条件下，浇水养护不得少于21d；平均温度低于5℃时，不得浇水养护，可涂刷保护膜，防止水分蒸发。在正常养护条件下，砼的强度将随龄期的增长而不断发展。最初7~14d强度发展较快，28d可达到设计强度，强度发展可持续数十年之久。龄期7d28d3m6m1y2y4～5y20y强度0.6～0.7511.251.51.7522.253各龄期混凝土强度的增长值根据经验，砼强度与龄期的对数成正比：fn/f28=lgn/lg28fn—砼nd龄期的抗压强度，MPaf28—砼28d龄期的抗压强度，Mpan—养护龄期，n>3dflgnfnf28lg28lgn(四)施工因素的影响搅拌愈均匀，振捣愈密实，砼强度愈高，反之砼强度愈低，机械振捣比人工振捣更充分、均匀，砼强度更高。(五)外加剂与掺合料掺入早强剂可提高砼的早期强度；掺入减水剂、硅粉可提高砼的各凝期的强度；掺入粉煤灰、矿渣可使砼的早期强度降低，但后期强度提高。六、提高砼强度和促进砼强度发展的措施1、采用高标号和快硬早强类水泥2、采用低水灰比的干硬性砼3、加强养护：蒸汽、蒸压养护4、采用机械搅拌和振捣5、掺入砼外加剂、掺合料5.3.4混凝土的变形与抗裂性一、化学变形混凝土在凝结硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物(水泥与水)的体积，导致混凝土收缩，称化学收缩(不可恢复)。一般40d内趋向稳定。化学收缩一般对混凝土结构没有破坏作用。二、塑性收缩混凝土未硬化前因表面水分蒸发而引起的收缩。在表面产生很大的湿度梯度，从而导致混凝土表面开裂。高强和高性能混凝土非常容易发生塑性开裂。若混凝土拌合料泌水严重则可引起混凝土产生整体沉降，称塑性沉降。

三、自收缩由于水泥水化消耗水分，使混凝土内部的相对湿度降低，造成毛细孔、凝胶孔的液面弯曲，体积减小，产生所谓的自干缩现象。1d可以达到28d自收缩值的50%～60%。早期强度高、水化快、水胶比小、早强剂、促凝剂都会加剧混凝土的早期自收缩。四、湿胀干缩（由混凝土中水分变化所致）1.干缩水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细孔负压，从而使混凝土产生收缩。2.湿胀混凝土吸湿使毛细孔负压减小或消失产生膨胀。3.干缩湿胀不可逆混凝土的湿胀很小，无害；干缩使混凝土表面产生较大的拉应力而引起开裂，使混凝土性能降低。

混凝土的干湿变形用100×100×515mm的试件，在规定条件下达到规定龄期后，测定干燥前后试件的长度，计算干缩率。其值可达(3~5)×10-4。实际构件的尺寸较大，干缩值远小于试验值，结构设计时取(1.5~2.0)×10-4，即lm混凝土收缩0.15~0.20mm。——试件基准长度；——干燥至规定龄期后的长度；——金属侧头的长度；

4.影响混凝土干缩变形的因素：

(1)水泥用量、细度、品种(2)水灰比：—般用水量↑1%，干缩↑2%～3%。(3)骨料的规格与质量(4)养护条件(5)外加剂：许多早强剂和减水剂会增大收缩。五、温度变形：（由温度变化所致）1.大体积混凝土工程在凝结硬化初期，混凝土内外温差很大，可达40～50℃以上，导致混凝土表面开裂。2.热胀冷缩变形混凝土在正常使用条件下产生热胀冷缩变形。其热膨胀系数(0.6～1.3)×10-5/℃，即温度每升降1℃，lm混凝土的胀缩约为0.01mm3.措施(1)低热水泥，降低水泥用量，掺缓凝剂(2)人工降温(3)设温度钢筋或伸缩缝——试件长度；——温度变化；——温度变化后试件长度的变化.（六）混凝土在荷载作用下的变形(弹塑性变形)分为四个阶段：1.混凝土承受的压应力低于30%极限应力，界面原生裂缝稳定，无扩展趋势。2.混凝土承受的压应力约为30~50%极限应力，界面原生裂缝在过渡区内稳定缓慢地伸展，但在砂浆基体中尚未开裂。3.混凝土承受的压应力约为50~70%极限应力，界面裂缝逐渐延伸到砂浆基体中整个裂缝体系变得不稳定。4.混凝土承受的压应力超过75%极限应力，基体和过渡区的裂缝处于不稳定状态，迅速扩展成连续的裂缝体系，产生非常大的应变，直至破坏。砼的弹塑性变形与弹性模量C0塑弹初始切线应力应变fcpAB1.混凝土的弹性模量E混凝土以0.4fcp，经3次以上循环加、卸荷后，应力与应变的比值，为混凝土的弹性模量E=0.4fcp/ε，是一个条件弹性模量对C10～C60的混凝土，E=(1.75～3.60)×104MPa。

2.影响混凝土弹性模量的主要因素：

(1)

混凝土的强度(2)水泥用量与水灰比(3)骨料的弹性模量与骨料的质量(4)养护龄期(5)引气剂(降低20%～30%)

混凝土的弹性模量在结构设计、变形和裂缝计算中是不可缺少的参数。40018016014012010080604020028100200300388应变，10－5徐变恢复加荷龄期卸荷持荷徐变应变瞬时应变龄期，d瞬时恢复一般砼的徐变量可达3~1510－4，即0.3~1.5mm/m七、徐变与松弛（1）徐变1.徐变原因：是水泥石中凝胶的粘性流动，并向毛细孔中移动，以及凝胶体内的吸附水在荷载作用下向毛细孔迁移。2.影响徐变的因素(1)水泥用量与水灰比(2)骨料的弹性模量、规格与质量。(3)养护湿度(4)龄期3.徐变作用(1)可降低混凝土、钢筋混凝土中的应力集中程度。(2)对大体积混凝土可降低或消除温度应力(3)在预应力混凝土中，使预应力损失。（2）松弛加荷使混凝土产生一定变形后，若维持此变形不变，随着时间的延长，混凝土内的应力将逐渐降低，这种现象称为应力松弛。产生应力松弛的原因与徐变相同。八、混凝土的抗裂性1、混凝土的裂缝混凝土的开裂主要是由于混凝土中拉应力超过了抗拉强度（或者说拉伸应变达到或超过了极限拉伸值）而引起的。裂缝的产生：①混凝土的收缩变形受到约束；②混凝土的膨胀变形不受外界约束；③大体积混凝土由温差产生的温度应力在混凝土表面产生拉应力；此外，结构物受荷过大、施工方法欠合理以及结构物基础不均匀沉陷等都有可能导致混凝土开裂。防止混凝土裂缝的措施：①选择合理的结构形式及施工方法，以减少或消除引起裂缝的应力或应变。②采用抗裂性较好的混凝土。③采用补偿收缩混凝土，一抵消有害的收缩变形。2、混凝土抗裂性指标（1）混凝土极限拉伸混凝土轴心拉伸时，断裂前最大伸长应变称为极限拉伸。在其他条件相同时，混凝土极限拉伸值越大，抗裂性越强。※大坝内部混凝土，常要求：※大坝外部混凝土，一般要求：※进行钢筋混凝土轴心受拉构件抗裂验算时，常取：（2）抗裂度D抗裂度是极限拉伸与混凝土温度变形系数之比（单位为℃），即以温差量度的极限拉伸：抗裂度越大，混凝土抗裂性越强。（3）热强比H/R某龄期单位体积混凝土发热量与抗拉强度之比：混凝土热强比越小，混凝土抗裂性越强。（4）抗裂系数CR以止裂作用极限拉伸与起裂作用的热变形值之比作为抗裂系数CR：CR值越大，混凝土抗裂性越好。3、提高混凝土抗裂性的主要措施（1）选择适当的水泥品种；（2）选择适当的水灰比；（3）采用多棱角的石灰岩碎石及人工砂做混凝土骨料；（4）掺用适量优质粉煤灰或硅粉；（5）掺入减水剂及引气剂；（6）加强质量控制，提高混凝土的均匀性；（7）加强养护；4.3.5混凝土的耐久性耐久性：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，从而维持结构的安全，正常使用的能力。砼的耐久性包括：抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀、抗碳化等。（1）砼的抗渗性1、定义砼的抗渗性是砼抵抗有压介质（水、油、溶液等）渗透作用的能力，它是决定砼耐久性的重要因素。2、抗渗性的表示方法①抗渗等级：按标准试验方法标准试件所承受的最大水压力来表示。W2、W4、W6、W8、W10、W12…能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa…的水压力而不渗透。②渗透系数：越小，抗渗性越强。抗渗等级渗透系数K（cm/s）抗渗等级渗透系数K（cm/s）W20.196×10-7W100.177×10-8W40.783×10-8W120.129×10-8W60.419×10-8W160.767×10-9W80.261×10-8W300.236×10-9混凝土抗渗等级与渗透系数的关系3、影响砼抗渗性的主要因素

混凝土渗水的原因是由于内部孔隙形成连通渗水通道的缘故。这些渗水通道源于水泥石中的孔隙；水泥浆泌水形成的泌水通道；各种收缩形成的微裂纹以及骨料下部积水形成的水囊等。砼抗渗性主要与孔隙率（开口孔隙率）有关的因素有关：（1）水泥品种（2）水灰比（表5-4）水灰比0.5~0.550.55~0.60.6~0.650.65~0.75估计28d能达到的抗渗等级W8W6W4W2水灰比与混凝土抗渗等级的大致关系4、提高砼抗渗性的主要措施（1）选择合理的水泥品种；（2）采用较小的水灰比；（3）选择适宜的骨料粒径，级配良好且干净的骨料；（4）掺入适量的减水剂、引气剂、防水剂和粉煤灰等混合材料；（5）适当增加砂率；（6）加强养护。（3）骨料级配和粒径（4）砂率（5）养护条件与龄期（6）外加剂与混合材料（2）砼的抗冻性1、定义抗冻性是砼在水饱和状态下能经受多次冻融作用而不破坏，同时不严重降低强度的性能。2、表示方法混凝土抗冻等级采用快速冻融法确定，取28d龄期100mm×100mm×400mm试件，在水饱和状态下经N次标准条件下的快速冻融后，若其相对动弹性模量P下降至60%或质量损失达5%，则该混凝土抗冻等级为FN。混凝土抗冻等级分为：F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350等。3、砼抗冻等级的选用根据工程所处环境，年冻融循环次数按有关规范选用。

抗冻性好的砼，抗温度变化，抗干湿变化、抗风化等性能也好，因此温和地区的水工建筑、民用建筑也应提出抗渗要求。在寒冷地区，特别是在潮湿环境下受冻的混凝土工程，其抗冻性是评定该混凝土耐久性的重要指标。混凝土抗冻性主要取决于混凝土的结构特征。

4、影响抗冻性的因素：（1）水泥品种、等级；（2）水灰比；（3）外加剂、掺合料；（4）骨料品质。混凝土中摻入引气剂时，可显著提高其抗冻性。在原材料一定的条件下，水灰比的大小是影响抗冻性的主要因素。SL211-98《水工建筑物抗冰冻设计规范》：抗冻等级F50F100F150F200F300水灰比＜0.58＜0.55＜0.52＜0.50＜0.45小型工程抗冻混凝土水灰比要求（3）砼的抗磨及抗气蚀性1、受磨损、磨耗作用的表层混凝土，（如受挟沙高速水流冲刷的混凝土及道路路面混凝土等），要求有较高的抗磨性。有抗磨性要求的砼，强度等级不应低于C30。2、高速水流经过凸凹不平、断面突变或水道急骤转弯的混凝土表面时，会使混凝土发生气蚀破坏。气蚀作用在材料表面产生高频、局部、冲击性的应力而剥蚀混凝土。有抗气蚀性要求的应采用C50以上的细石砼，骨料最大粒径应不大于20mm，并在砼中掺入硅粉及高效减水剂，严格控制施工质量，保证砼密实、均匀、表面平整。（4）砼的抗侵蚀性砼的抗侵蚀性主要取决于水泥的抗蚀性。＊软水侵蚀（溶出性侵蚀）＊碳酸腐蚀＊一般酸腐蚀＊硫酸盐类腐蚀＊镁盐腐蚀＊其他腐蚀水泥中的碱类与骨料发生化学反应，使砼发生不均匀膨胀，造成裂缝，强度和弹性模量下降等不良现象，这类碱与骨料发生的反应统称碱骨料反应。包括：碱-硅酸反应；碱-硅酸盐反应；碱-碳酸盐反应。（5）砼的碱骨料反应发生碱骨料反应的必要条件：①骨料中含有一定量的活性成分（如活性氧化硅）②混凝土中含碱量（K2O及Na2O）较高③砼中有水分防止碱骨料反应措施：①选择非活性骨料；②选用低碱水泥，控制砼总含碱量；③在砼中掺入活性掺合料，抑制碱骨料反应；④在砼中掺入引气剂；⑤防止外界水分渗入砼内部。目前鉴定骨料是否会发生碱-硅酸反应或碱-硅酸盐反应的常用方法是砂浆长度法；鉴定骨料是否会发生碱-碳酸盐反应的方法是小岩石柱长度法。（6）砼的碳化（中性化）1、定义水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2，在有水分存在的条件下，发生反应生成CaCO3，并使砼中Ca(OH)2浓度下降，称为砼的碳化。2、碳化对砼的不利影响（1）碳化引起砼收缩，使砼表层产生微细裂缝，严重影响砼结构的使用寿命。（2）碳化发展到钢筋层时，使钢筋表层的钝化膜遭到破坏，发生生锈，最终导致钢筋砼结构的破坏。4、影响碳化速度的主要因素：（1）环境中的CO2浓度；（2）水泥品种；（3）水灰比；（4）环境湿度。5、减少碳化作用不利影响的措施（1）采用适当的保护层；（2）合理选择水泥品种；（3）采用水灰比小，单位水泥用量较大的砼配合比；（4）使用减水剂，改善砼的和易性，提高砼的密实度；（5）加强施工质量控制。（七）提高砼耐久性的主要措施1、合理选择水泥品种；2、选用质量良好，合格的砂石骨料，合理选择骨料级配；3、严格控制水灰比（下表），保证足够的水泥用量，提高砼密实性；（P2954.1.6）4、掺入减水剂及引气剂，改善砼内孔隙结构；5、改善施工操作，保证施工质量。虽然影响砼抗渗、抗冻、抗磨及抗蚀性等性能的因素不完全相同，但砼组成材料的品质及砼的密实性对上述各种耐久性均有重要影响。环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公用房屋内部件不作规定0.650.60200260300潮湿环境无冻害高湿度的室内部件、室外部件、在非侵蚀性土和（或）水中的部位0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件、在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件、高湿度且经受冻害的室内部件0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.503003003004.4混凝土外加剂※外加剂是指在砼拌和过程中掺入，用以改善砼性能的物质，掺入量一般不超过水泥质量的5%。※外加剂对砼性能的良好改善，它在工程中应用的比例越来越大，外加剂已逐渐成为混凝土中必不可少的第五种成分。混凝土外加剂分类：1.按化学成分：无机、有机。2.按外加剂功能：(1)改善混凝土拌合物流变性能的，包括减水剂、引气剂和泵送剂等。(2)调节混凝土凝结时间的，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等(3)改善混凝土耐久性的，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)改善混凝土其它性能的，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂和着色剂等。4.4.1减水剂※早在20世纪30年代初，美国就开始使用亚硫酸盐纸浆废液用于改善混凝土的和易性。※1937年，E.W斯克里彻获此项美国专利。※上世纪40年代，木质素系的减水剂得以研究和开发，到60年代初，日本和前西德发明了三种高效减水剂，从此，混凝土发展史上的一个里程碑时期开始。（1）减水剂定义——在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少其拌和水量的外加剂。（2）减水剂的主要作用※坍落度不变，水灰比降低，混凝土密实性和强度提高；※水灰比不变，和易性提高，混凝土易浇注、成型和密实；※不改变强度和和易性，减少用水量同时降低水泥用量；※改善混凝土拌合物的可泵性。（3）减水剂作用原理常用减水剂均属表面活性剂，是由亲水基团和憎水基团两个部分组成。当水泥加水拌和后，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，包裹了一定的拌和水（游离水），从而降低了混凝土拌和物的和易性。如在水泥浆中加入适量的减水剂，由于减水剂的表面活性作用，致使憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同的电荷。在电斥力作用下，使水泥颗粒互相分开，絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效地增加了混凝土拌和物的流动性。当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后，使水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化膜层，它阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用，也改善了混凝土拌和物的和易性。此外，由于水泥颗粒被有效分散，颗粒表面被水分充分润湿，增大了水泥颗粒的水化面积，使水化比较充分，从而也提高了混凝土的强度。减水剂作用：(1)表面活性剂降低了水的表面张力和水与水泥颗粒间的界面张力，水泥颗粒更易于润湿和分散；(2)水泥颗粒表面带有同性电荷，产生斥力，破坏了絮凝结构，释放出被包裹着的水；(3)减水剂的亲水基又吸附了大量极性水分子，增加了水泥颗粒表面溶剂化水膜的厚度，润滑作用增强，使水泥颗粒间易于滑动减水剂分散减水机理基本上包括以下3个方面：①水化膜润滑作用

②静电斥力作用③起泡作用

掺减水剂时在机械搅拌作用下使浆体内引入部分气泡，这些微细气泡象滚珠一样，也有利于水泥浆的流动，增加了新拌混凝土的流动性。（4）常用的减水剂(1)木质素磺酸盐系减水剂根据其所带阳离子的不同,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。其中木钙减水剂使用较多。木钙减水剂是由生产纸浆或纤维浆的废液，经生物发酵提取酒精后的残渣，再用石灰乳中和、过滤、喷雾干燥而制得的棕黄色粉末。木钙减水剂的掺量，一般为水泥质量的0.2%~0.3%。当保持水泥用量和混凝土坍落度不变时，其减水率为10%~15%，混凝土28d抗压强度提高10%~20%；若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，则可节省水泥用量10%左右；若保持混凝土的配合比不变，则可提高混凝土坍落度80~100mm。（2）多环芳香族磺酸盐系减水剂主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩和物，又称萘系减水剂。萘系减水剂的减水、增强效果显著，属高效减水剂。（3）水溶性树脂系减水剂以水溶性树脂为主要原料，如三聚氰胺树脂等。属于高效减水剂，适用于早强、高强、及流态混凝土等。品种生产掺量(％)效果特性W↓%坍↑cmF↑%C↓%木质素磺酸钙(M剂)木质废液，经中和发酵、脱糖、浓缩、喷雾而成0.2~0.3105~1010~2010缓凝1~3h，引气量1~3%，普通、阴离子型。对钢筋无锈蚀萘系减水剂FDN、UNF、NF、NNO、MF等以萘及萘的同系物经磺化与甲醛缩合而成。0.5~1.212~25l0~1510~3012~20非引气早强高效阴离子型对钢筋无锈蚀树脂系减水剂三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐(SM)三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠，经磺化、缩聚而成0.5~2.020~272030~6025非引气早强高效阴离子型对钢筋无锈蚀，价格高聚羧酸盐系减水剂(含固18％～24％)0.5~2.018~35坍损失小,小掺量无缓凝,有一定引气性，不增干缩，显著提高f和耐久性，格贵糖蜜系减水剂(糖钙)制糖下脚料经石灰中和处理而成0.1~0.36~10510~2010普通非离子型，缓凝＞3h对钢筋无锈蚀常用减水剂（5）减水剂的使用方法1、先掺法2、同掺法

3、滞水法4、后掺法

(1)先掺法先掺法主要指将减水剂干粉与水泥混合，然后加入骨料与水一起拌合。该方法省去了减水剂的溶解和储存、冬季施工时的防冻等工序和设施，使用方便，而且减水剂可在水泥生产中混入，有利于减水剂的推广和使用。(2)同掺法减水剂预先溶解配制成一定浓度的溶液，然后在混凝土搅拌时同水一起掺入。当减水剂浓溶液与水分别同时加入拌合物中使用时，应适当延长搅拌时间。缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂一般掺量较小，为胶凝材料质量的千分之几，掺入此类减水剂时以配成溶液为好，以易于控制掺量的准确性，同时溶液中所含的水分须从拌合水中扣除。(3)滞水法滞水法，即在搅拌过程中减水剂滞后于水2～3分钟加入。当以溶液加入时称为溶液滞水法，当以干粉加入时称为干粉滞水法。滞水法能显著地提高减水剂的塑化作用效果，提高减水剂对水泥的适应性，但与先掺法及同掺法相比，搅拌时间较长。(4)后掺法即减水剂是在混凝土搅拌好后经过一定的时间，才将减水剂一次或分多次加入到具有一定含水量的混凝土拌合物中，再经二次或多次搅拌。后掺法不仅可克服拌合物在运输途中的分层离析和坍落度损失，且减水剂的塑化作用效果及对水泥的适应性也较高。4.4.2缓凝剂延长混凝土凝结时间的外加剂，称为缓凝剂。※缓凝剂能延长砼凝结时间，又不显著影响砼后期强度。※适用：高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土。※不适用：日最低气温5℃以下施工的混凝土，以及有早强要求的混凝土。缓凝剂的作用机理：1、有机类缓凝剂：对水泥颗粒以及水化产物新相表面具有较强的活性作用，吸附于固体颗粒表面，延缓了水泥的水化和浆体结构的形成。2、无机类缓凝剂在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的水化起屏障作用，阻碍了水泥的正常水化。常用缓凝剂（1）糖蜜缓凝剂由制糖下脚料经石灰处理而成，其主要成分为已糖钙、蔗糖钙等。一般掺量为水泥质量的0.1%~0.3%（粉剂），0.2%~0.5%（水剂），混凝土的凝结时间可延长2~4小时。（2）羟基羧酸及其盐类缓凝剂一般掺量为水泥质量的0.03%~0.1%，混凝土的凝结时间可延长4~10小时。增加混凝土的泌水率，通常与引气剂一起使用。（3）木质素磺酸盐类缓凝剂一般掺量为水泥质量的0.2%~0.3%，混凝土凝结时间可延长2~3小时。4.4.3引气剂在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布的、稳定而封闭的微小气泡的外加剂，称为引气剂。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新拌混凝在掺入引气剂后，产生大量稳定的微小封密气泡，增加了水泥浆的体积，使新拌混凝土的流动性提高。一般含气量每增加1%，混凝土坍落度约提高10mm，若保持流动性不变，则可减水约6%~10%。封密微小气泡阻滞骨料的沉降和水分的上升，使混凝土的泌水性显著降低。（2）提高混凝土的抗渗性、抗冻性由于气泡能隔断混凝土中毛细管通道、对水泥石内水分结冰时所产生的水压力起缓冲作用，故能显著提高混凝土抗冻性和抗渗性。一般掺入适量优质引气剂的混凝土抗冻等级可达未掺引气剂的3倍以上，抗渗性提高50%。因此，抗冻性要求高的混凝土，必须掺引气剂或引气减水剂。（3）降低混凝土强度混凝土掺入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，掺入引气剂时，含气量每增加1%，混凝土强度约下降3%～5%。因此，混凝土中含气量的多少，对混凝土的和易性、强度及耐久性等有很大影响。若含气量太少，不能获得引气剂的积极效果；若含气量过多，又会过多地降低混凝土强度，故应使混凝土具有适宜的含气量值。当引气剂与减水剂复合掺用时，常可同时获得增加强度和提高耐久性的双重效果。因此引气剂、引气减水剂特别适用于抗渗、抗冻、抗腐蚀要求较高的混凝土。引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。4.4.4早强剂※能提高砼早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。

※早强剂可加速水化和硬化，缩短养护周期，提前拆模，加快施工进度。

※适用于冬季施工或紧急抢修工程，以及要求加快砼强度发展的情况。常用早强剂：（1）氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁等。其中氯化钙早强效果好而成本低，应用最广。掺量为水泥质量的0.5%~1%，能使混凝土3d强度提高50%~100%，7d强度提高20%~40%。早强机理：氯盐的掺入能增加水泥矿物的溶解度，加速水泥矿物的水化速度。但氯盐易钢筋锈蚀，在钢筋混凝土结构中，不宜掺用。（2）硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠，硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝等。其中硫酸钠应用较多。一般掺量为水泥质量的0.5%~2%，可使混凝土强度达到设计标准70%的时间缩短一半左右。早强机理：以硫酸钠为例，硫酸钠掺入后能发生以下反应：Na2SO4+Ca(OH)2+2H2OCaSO4.2H2O+2NaOH所生成的硫酸钙具有高度分散性，且分布均匀，极易与C3A反应，迅速形成水化硫铝酸钙晶体。同时上述反应的发生也能加快C3S的水化。这就大大加快了混凝土的硬化速度。（3）有机胺类早强剂主要有三乙醇胺，三异丙醇胺、二乙醇胺等。其中早强效果以三乙醇胺为最佳。掺量为水泥质量的0.02%~0.05%，能使混凝土早期强度提高50%左右。早强机理：以三乙醇胺为例，三乙醇胺是一种较好的络合剂，在水泥水化的碱性溶液中能与铁离子和铝离子形成比较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的络盐，因此三乙醇胺对水泥水化有较好的催化作用。4.4.5速凝剂能使砼迅速凝结硬化的外加剂，称为速凝剂。机理：1、消除石膏的缓凝作用；2、能迅速生成铝酸钙类的化合物，使水泥浆速凝。适用于喷射砼和砂浆以及抢修堵漏工程。4.4.6其他外加剂（一）防冻剂

※防冻剂能使砼在一定负温下正常水化硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度。

※防冻剂一般由减水剂、引气剂、早强剂复合而成，分三类：氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类。※膨胀剂能使砼产生一定体积膨胀，适用于配制补偿收缩砼、和自应力砼。※常用膨胀剂有五类：硫铝酸类、氧化钙类、氧化钙—硫铝酸类、氧化镁类、金属类。（二）膨胀剂（三）防水剂※防水剂是能够减少混凝土空隙和填塞毛细管通道，以阻止渗水和吸水，在搅拌混凝土过程中摻入的外加剂。※常用的有机防水剂分为憎水性塑化剂、皂类防水剂、乳液防水剂等。※常用的无机防水剂有氯化铁、硅粉、锆化合物、水玻璃等。综上所述，混凝土外加剂的品种很多，它们对混凝土性能各有不同的影响。应根据不同的使用目的，选择适宜的品种和掺量，并应注意对混凝土其他性能的影响，使其充分发挥有益的效果，避免副作用。此外，同一种外加剂会因水泥品种不同而有不同的效果，称为“外加剂对水泥的适应性”，选择时应当充分注意。使用外加剂时，应预先进行试验。4.5混凝土的掺合料在砼拌合物制备时，为了节约水泥，改善砼性能，调节砼强度等级，而加入的天然或者人造的矿物材料，统称为砼掺合料。

有活性矿物掺合料和非活性矿物掺合料两类。4.5.1粉煤灰粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑。粉煤灰的分类：收集：静电收尘灰（粒细，质量好）、机械收尘灰再加工：磨细灰、风选灰、原状灰按所燃烧煤的品种不同，粉煤灰分为F类和C类两种：F类粉煤灰：燃烧无烟煤或烟煤的烟道中收集的灰，一般含氧化钙较少；C类粉煤灰：燃烧褐煤或次烟煤的灰，其氧化钙含量一般大于10%。粉煤灰的质量分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。粉煤灰的质量要求：（一）粉煤灰物理性质

※粉煤灰中实心微珠含量较多，未燃尽碳及不规则的粗粒含量较少时，粉煤灰较细，品质较好。

※粉煤灰的细度越小，能够参与二次水化反应的界面越多，二次水化反应越充分，强度越高。

※需水量比值越小，则混凝土拌制时需水量越少，水灰比降低，使混凝土强度也相应越高