第六章 混凝土及砂浆

第六章混凝土及砂浆第一节骨料和水第二节混凝土拌合物的和易性第三节混凝土的强度第四节混凝土的耐久性第五节混凝土外加剂第六节混凝土配合比设计第七节装饰混凝土第八节其他混凝土第九节砌筑砂浆第十节抹面、防水及装饰砂浆混凝土:是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。在普通混凝土中，水泥约占混凝土总重的10~15%，其余均为砂、石骨料，砂、石的比例为1:2左右，空气的体积含量为1~3%骨料一般不与水泥起化学作用，其功能是构成混凝土骨架，减少水泥用量和减小混凝土体积收缩。混凝土的分类按胶凝材料分类①无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；②有机胶凝料混凝土，如沥青混凝土、聚合物混凝土等。按表观密度分类混凝土按照表观密度的大小可分为：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。

重混凝土是表观密度大于2700Kg/m3，用特别密实和特别重的集料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透x射线和γ射线的性能。

普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土，表观密度为1900～2500Kg/m3，集料为砂、石。

轻质混凝土是表观密度小于1900Kg/m3的混凝土。按使用功能分类结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。

按施工工艺分类离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土、预应力混凝土等。按拌合物的和易性分类干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土等。第一节骨料和水粒径大于5mm者称为粗骨料，粒径在5mm以下者称为细骨料。细骨料有天然砂（河砂、海砂、山谷砂等）和人工砂，其中以河砂的质量最好。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，混凝土强度较高，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，混凝土强度较低，但拌和物的流动性较好1.细骨料的有害杂质：有害杂质：云母、粘土、淤泥、有机物、化合物、轻物质等。民用建筑用砂符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》；水工混凝土用砂符合《水工混凝土施工规范》；水运工程混凝土用砂符合《水运工程混凝土施工规范》。2.砂的粗细程度与颗粒级配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。细度模数Mx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5.0mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm各筛上累计筛余百分率。粗砂Mx=3.7~3.1中砂Mx

=3.0~2.3细砂Mx=2.2~1.6特细砂Mx=1.5~0.7拌制混凝土以中砂为宜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方孔筛孔（mm）累计筛余（%）I区II区III区10.00005.010~010~010~02.535~525~015~01.2565~3550~1025~00.6385~7170~4140~160.31595~8092~7085~550.16100~90100~90100~90混凝土用砂的颗粒级配应处在某一级配区。1区砂较粗，2区砂属于正常，3区砂较细。3.粗骨料粗骨料是粒径>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，混凝土强度高，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，易被折断，应限量。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《普通混凝土用碎石或卵石质量标准为检验办法》；水工混凝土应符合《水工混凝土施工规范》；水运工程混凝土用砂符合《水运工程混凝土施工规范》4.混凝土拌和及养护用水凡可饮用的水均可拌制和养护混凝土，不可用海水、未经处理的工废水、污水及沼泽水。缺乏淡水时，可用海水拌制素混凝土，钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土不能用海水拌制对钢筋混凝土。第二节混凝土拌合物的和易性和易性是混凝土拌合物的施工操作（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，密实混凝土的性能。和易性包含流动性、粘聚性、保水性。（1）流动性：流动性是混凝土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）粘聚性（抗离析性）：粘聚性是混凝土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。（3）保水性：保水性是混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。混凝土拌合物中的水，一部分是保证水泥水化所需水量，另一部分是为使混凝土拌合物具有足够流动性，便于浇捣所需的水量。和易性的测定：一般常用坍落度来表示常态混凝土流动性的大小。粘聚性及保水性常根据经验，通过试验或施工现场的观察定性地评定其优劣。坍落度20mm～80mm的常称为低塑性混凝土；>100mm称为塑性混凝土；>200mm称为流动性混凝土；坍落度小于10mm的称为干硬性混凝土。

粘聚性：在坍落的拌合物锥体一侧轻打，若逐渐下沉，表示粘聚性好，如果锥体突然倒塌，部分崩裂，或石子离析则表示粘聚性不好。保水性：若提起坍落筒后，有较多稀浆从底部析出，拌合物锥体因失浆而骨料外露，表示保水性不好。若提起坍落筒后，无稀浆析出或仅有少量稀浆自底部析出，混凝土锥体含浆饱满，表示混凝土拌合物保水性良好。维勃稠度（VB）:干硬性混凝土拌合物，采用维勃稠度作为和易性指标。维勃稠度：混凝土拌和物装入坍落筒内，提出坍落筒后，将透明圆盘置于顶面，启动振动台，圆盘底面完全为水泥浆布满所经历的时间。维勃稠度（VB）为10s～5s，属半干硬性混凝土；20s～11s，属干硬性混凝土；30s～21s，属特干硬性混凝土；＞31s，属超干硬性混凝土。坍落度指标的选择坍落度（GB50204-92）（mm）坍落度（DL/T5144-2001）（mm）结构种类指

标混凝土类别指标基础、地面、挡土墙等及其垫层，或配筋稀疏的结构10～30素混凝土或少筋混凝土10～40板、梁和大中型截面的柱子30～50配筋率不超过1%的钢筋混凝土30～60配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱）50～70配筋率超过1%的钢筋混凝土50～90配筋特密的结构70～90影响混凝土拌合物和易性的因素:（1）水灰比的影响:水灰比是水与水泥的比值。

W/C过小，水泥浆干稠，流动性过低，施工困难；W/C过大，使混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，产生流浆、离析，影响强度。（2）单位用水量：水泥浆与骨料间的比例关系，常用单位用水量衡量，即单位体积混凝土的用水量。水灰比不变时，用水量越多，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。（3）含砂率：砂率是指砂的质量占砂、石总质量的百分数。砂率反映新拌混凝土中砂子与石子的相对含量。由于砂子的粒径远小于石子，砂率的变动会使骨料的空隙率和总表面积有显著改变，因而对和易性产生较大影响。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。合理砂率是指在水灰比及水泥用量一定的条件下，使新拌混凝土保持良好的粘聚性和保水性并获得最大流动性的砂率值。也可以是指新拌混凝土获得要求的流动性，具有良好的粘聚性及保水性时，而水泥用量最省时的砂率。（4）水泥品种和骨料的性质：使用矿渣水泥时，保水性较差，使用火山灰水泥时，粘聚性较好，但流动性较小。卵石拌制的拌合物比碎石拌制的流动性好，河砂拌制的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。（5）时间和温度：拌合物拌制后，随时间的延长而逐渐变得干稠，流动性减小。环境温度的升高，水分蒸发及水泥水化反应加快，拌合物的流动性变差，坍落损失也变快。（6）外加剂：在拌合物中加入少量引气剂，可以使拌合物中增加很多均匀分布的微小气泡，可起增加水泥浆流动性的有利作用。加入适量减水剂，可使水泥胶体所包裹的水分释放出来，从而在不增加用水量的情况下，获得较好的和易性。第三节混凝土的强度强度是新拌混凝土硬化后的重要力学性质，也是混凝土质量控制的主要指标。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，混凝土也主要用于承受压力。（一）混凝土受压破坏过程（二）荷载作用下的变形：1、受压应力—应变关系Ⅰ阶段：σ＜0.3破坏荷载，荷载与变形曲线近于直线，混凝土的变形主要是弹性变形，混凝土内的微裂缝和界面裂缝无明显变化。Ⅱ阶段：

荷载继续增加至（0.7~0.9）破坏荷载。此阶段水泥石内微裂缝和界面裂缝的数量、长度及宽度不断增大，变形速度大于荷载的增加速度，荷载与变形之间不再是线性关系。Ⅲ阶段：荷载继续增加达到破坏荷载，混凝土内出现不稳定裂缝扩展，混凝土表面出现可见裂缝，变形速度进一步加快。Ⅳ阶段：应力达到破坏荷载后，裂缝发展为贯通裂缝，承载力下降，变形继续增加，直到破坏。（二）抗压强度与强度等级抗压强度用试件破坏时单位面积(m2)上所能承受的压力（N）表示，单位为Pa、KPa、MPa。根据试件形状的不同，混凝土抗压强度分为立方体抗压强度和轴心抗压强度（长方体）。（1）立方体抗压强度（fcc）标准立方体（边长150mm）试件在标准养护条件（20℃±2℃，相对湿度95%以上）下，养护到28d龄期，测得每组三个试件的极限抗压强度平均值为混凝土标准立方体抗压强度。当采用非标准尺寸的试件，应将测定结果乘以换算系数，换算成标准值。采用100mm、200mm、300mm、450mm的立方体试件时，换算系数分别为0.95，1.05、1.15、1.36。（2）混凝土的强度等级根据混凝土立方体抗压强度标准值(95%的强度保证率)，将混凝土划为12个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。C25表示立方体抗压强度标准值为25MPa。混凝土的轴心抗压强度（fc）：我国国家规范规定，采用150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件，用标准试验方法测得的抗压强度称为混凝土轴心抗压强度，又称为混凝土棱柱体抗压强度。用棱柱体标准试件测定的轴心抗压强比同截面的立方体抗压强度小。当立方体抗压强度在10～50MPa时，轴心抗压强约为立方体抗压强度的0.70～0.80倍。我国规范规定混凝土轴心抗压强度标准值常取其等于0.67倍的立方体抗压强度标准值。（四）混凝土的抗拉强度（ft）混凝土的抗拉强度很低，一般约为抗压强度的7%~14%，且随着混凝土强度的提高，拉、压强度比值逐渐减小。（五）影响混凝土强度的因素混凝土的破坏型式：①骨料和水泥石分界面上的破坏；②水泥石强度低，水泥石本身破坏；③骨料的破坏（可能性很小）混凝土强度取决于：水泥石强度、水泥石与骨料表面的粘结强度。影响混凝土强度的因素：①水泥强度与水灰比②骨料种类及级配③养护条件与龄期④施工因素1、水泥强度与水灰比：①水泥标号：水灰比一定时，水泥标号愈高，水泥石强度愈高，混凝土强度也愈高。②水灰比：水泥标号相同时，水灰比越小，水泥石强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度就愈高③混凝土强度fcu的经验计算公式

fcu

=Afce（C/W—B）

fce=c·fce,kA、B—与材料品种和施工条件有关的经验系数碎石：A=0.46B=0.07；卵石：A=0.48B=0.33c—强度等级富裕系数：1.0～1.13fcu—混凝土28d抗压强度（Mpa）fce—水泥的实际强度fce,k—水泥28d的抗压强度混凝土抗压强度经验公式的运用：1、已知水泥强度，估算某一强度混凝土的水灰比2、已知水泥强度和水灰比，估算配制出的混凝土可达到的强度。2、骨料的种类及级配：碎石表面愈粗糙，骨料与水泥砂浆之间粘结力愈大，混凝土的强度愈高。骨料粒形以三维长度相等或相近的球形或立方体形为好。骨料级配愈好，填充愈密实，混凝土强度愈高。3、施工因素的影响：搅拌愈均匀，振捣愈密实，混凝土强度愈高；机械振捣比人工振捣更充分、均匀，混凝土强度更高。4、养护条件的影响：混凝土的养护是混凝土浇筑完毕后，使混凝土在保持足够湿度和适当温度的环境中进行硬化，并增长强度的过程。混凝土强度取决于水泥的水化状况，受养护条件影响。养护条件是混凝土成型后的养护温度与湿度。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，混凝土停止硬化，且有冰冻破坏的危险。混凝土浇筑后，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剂的混凝土，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。第四节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。混凝土的耐久性包括：抗渗性、抗冻性、耐磨性、耐化学侵蚀、抗碳化等。（一）混凝土的抗渗性1、定义混凝土的抗渗性是混凝土抵抗有压介质（水、油、溶液等）渗透作用的能力，它是决定混凝土耐久性的重要因素。对地下建筑、水利工程和海港工程等，均要求混凝土有足够的抗渗性。2、抗渗性的表示方法抗渗等级：以28d龄期的标准混凝土试件，在标准试验方法下，以每组六个试件四个未出现渗水时所能承受的最大水压力值来确定。3、混凝土渗水原因：内部存在渗水通道主要影响因素：水灰比来源：振捣不密实；水泥浆多余水分蒸发；泌水形成的孔隙和微裂缝。水灰比与混凝土抗渗等级的大致关系:水灰比0.45~0.50.5~0.550.55~0.600.60~0.650.65~0.75抗渗等级W12W8W6W4W24、提高混凝土抗渗性的主要措施（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（二）混凝土的抗冻性1、定义:抗冻性是混凝土在吸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:抗冻等级是以28天龄期混凝土标准试件，在吸水饱和状态下所能承受的冻融循环次数N来确定。要求其强度降低不超过25%，质量损失不超过5%。F50、F100、F150、F200、F300、F400。3、混凝土抗冻等级的选用：根据工程所处环境，年冻融循环次数按有关规范选用严寒气候条件、冬季冻融交替次数多、处于水位变化区的外部混凝土，以及钢筋混凝土结构或薄壁结构、受动荷载的结构，均应选用较高抗冻等级的混凝土；抗冻性好的混凝土，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。影响抗冻性的因素：（1）水泥品种、标号（2）水灰比（3）外加剂、掺合料（4）骨料品质（五）混凝土的碳化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，并使混凝土中Ca(OH)2浓度下降，称为混凝土的碳化。2、碳化对混凝土的不利影响：（1）碳化引起混凝土收缩，使混凝土表层产生微细裂缝，严重影响混凝土结构的使用寿命。（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，最终导致钢筋混凝土结构的破坏。3、影响碳化速度的主要因素：（1）环境中的CO2浓度：浓度越高，碳化速度越快。（2）环境湿度：环境的相对湿度在50％～75％时，混凝土的碳化速度最快。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混凝土配合比（4）使用减水剂，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度（5）加强施工质量控制第五节混凝土外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。

混凝土中掺入外加剂，是行之有效的改善混凝土性能的措施。随着科学技术的不断进步，外加剂已越来越多地得到发展和使用。因此，外加剂已成为混凝土中除由四种基本材料以外的第五种组分。1．减水剂减水剂是指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。

（1）减水剂的作用机理

减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成，当两种物质接触时（如水－水泥，水一油，水一气），表面活性剂的亲水基团指向水，憎水基团朝向水泥颗粒（油或气）。减水剂能提高混凝土拌合物和易性及混凝土强度的原因，是由于其表面活性物质间的吸附一分散作用，及其润滑、湿润作用所致。

水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，产生许多絮状物而形成絮凝结构，使10％～30％的拌合水（游离水）被包裹在其中，从而降低了混凝土拌合物的流动性。

当加入适量减水剂后，减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基端指向水溶液。由于亲水基团的电离作用，使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，致使水泥颗粒相互分散，导致絮凝结构解体，释放出游离水，从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性。阴离子表面活性剂类减水剂，其亲水基团极性很强，易与水分子以氢键形式结合，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混凝土流动性进一步提高。减水剂还能使水泥更好地被水湿润，也有利于和易性的改善。（２）减水剂的经济技术效果

掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准混凝土相比，具有如下效果：

①在保证混凝土混合物和易性和水泥用量不变的条件下，可减少用水量，降低水灰比，从而提高混凝土的强度和耐久性。

②在保持混凝土强度（水灰比不变）和坍落度不变的条件下，可节约水泥用量。

③在保持水灰比与水泥用量不变的条件下，可大大提高混凝土混合物的流动性，从而方便施工。2.早强剂能加速混凝土早期强度发展的外加剂，称为早强剂。

（１）氯盐类早强剂

氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中以氯化钙应用最广。氯化钙的早强作用主要是因为它能与Ｃ3Ａ和Ｃa（ＯＨ）2反应，生成不溶性复盐水化氯铝酸钙和氧氯酸钙，增加水泥浆体中固相比例，提高早期强度；同时液相中Ｃａ（ＯＨ）2浓度降低，也使Ｃ3Ｓ、C2S加速水化，使早期强度提高。

氯化钙的适宜掺量为１％～２％。氯化钙早强效果显著，能使混凝土３ｄ强度提高５０％～１００％，７ｄ强度提高２０%～４０％。氯化钙早强剂因其能产生氯离子，易促使钢筋产生锈蚀，故施工中必须严格控制掺量。我国规范中规定：在钢筋混凝土中氯化钙的掺量不得超过水泥质量的１％；在无筋混凝土中掺量不得超过３％。（２）硫酸盐类（硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠）

硫酸盐的早强作用主要是与水泥的水化产物Ｃa（ＯＨ）2

反应，生成高分散性的化学石膏，它与Ｃ３Ａ的化学反应比外掺石膏的作用快得多，能迅速生成水化硫铝酸钙，增加固相体积，提高早期结构的密实度，同时也会加快水泥的水化速度，因而提高混凝土的早期强度。硫酸钠的适宜掺量为０．５％～２％，常以复合使用效果更佳。使用时应防止引起碱集料反应。

3.引气剂与引气减水剂引气剂是指在混凝土搅拌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。

引气剂也是表面活性剂，其憎水基团朝向气泡，亲水基团吸附一层水膜，由于引气剂离子对液膜的保护作用，使气泡不易破裂。引入的这些微小气泡（直径为20~1000μｍ）在拌合物中均匀分布，明显地改善混合料的和易性，提高混凝土的耐久性（抗冻性和抗渗性），使混凝土的强度和弹性模量有所降低。

常用的加气剂有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类等。适宜掺量为水泥质量的0.005~0.01%左右。

4.缓凝剂及缓凝减水剂：缓凝剂是指能延长混凝土凝结时间的外加剂。

由于缓凝剂在水泥及其水化物表面上的吸附作用，或与水泥反应生成不溶层而达到缓凝的效果。缓凝剂同时还具有减水、增强、降低水化热等功能。

常用的缓凝剂及缓凝减水剂有糖类；羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸，酒石酸钾钠等。5.防冻剂：防冻剂是指能降低水泥混凝土拌和物液相冰点，使混凝土在相应负温下免受冻害，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。常用的外加剂有：氯盐类；氯盐与阻锈剂类（亚硝酸钠）；无氯盐类等。第六节混凝土的配合比设计混凝土配合比是指混凝土中水泥、砂、石子和水四种主要材料数量之间的比例关系。配合比设计就是合理确定单位体积混凝土中各组成材料的用量表示方法1、每m3混凝土中各材料的质量：如1m3混凝土：水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg；2、以水泥质量为1，各材料的质量比：如：水泥：砂：石：＝1：2.4：4.0，水灰比=0.60（一）混凝土配合比的设计原则（1）满足混凝土施工所要求的和易性;（2）达到混凝土结构设计的强度等级；（3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；（4）符合经济原则，节约水泥，降低成本。（二）混凝土配合比设计的基本资料1、了解工程设计要求的混凝土强度等级，强度保证率，施工水平，以便确定混凝土配制强度；2、了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，主要是抗渗、抗冻性要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量；3、了解结构构件断面尺寸及钢筋配置情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径，拌合物的坍落度；4、了解混凝土施工方法及管理水平，选择混凝土质量控制的标准差σ，计算配制强度；5、掌握原材料的性能。（三）混凝土配合比设计的步骤1、初步配合比的计算（经验公式或图表）2、试拌调整，确定基准配合比（满足和易性）3、实验室配合比确定（强度及耐久性）4、施工配合比换算1、初步配合比的计算

（1）配制强度的确定

普通混凝土配制强度：

混凝土立方体抗压强度标准值，这里取设计混凝土强度等级值（MPa）普通混凝土强度标准差σ0取值混凝土强度等级<C20C20～C35>C35σ0（Mpa）4.05.06.0水工大体积混凝土标准差σ0值

混凝土强度等级≤C9015C9020～C9025C9030～C9035C9040～C9045≥C9050（90d）MPa3.54.04.55.05.5（2）确定水灰比A、B选用表

骨料以干燥状态为基准骨料以饱和面干状态为基准卵

石混凝土碎

石混凝土卵石混凝土碎石混凝土普通水泥矿渣水泥普通水泥矿渣水泥A0.480.460.5390.6080.6370.610B0.330.070.4590.6660.5690.581水灰比与混凝土抗渗等级的大致关系

水灰比0.45~0.50.5~0.550.55~0.600.60~0.650.65~0.75抗渗等级W12W8W6W4W2抗冻混凝土水灰比要求

抗冻等级F50F100F150F200F300水灰比<0.58<0.55<0.52<0.5<0.45（3）确定单位用水量根据混凝土拌合物坍落度、粗骨料的种类和最大粒径来选取，参照表初步确定单位用水量。拌合物稠度卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目指标102031.540162031.540坍落度（mm）10～3019017016015020018517516530～5020018017016021019518517550～7021019018017022020519518570～90215195185175230215205195（4）计算混凝土的单位水泥用量根据已选定的单位用水量、水灰比，计算单位水泥用量水泥用量还应大于规范规定的最小水泥用量。（5）选取合理砂率Sp

参照表或近似公式初步确定含砂率（%）。水灰比0.400.450.500.550.600.650.70卵石最大粒径mm1026~3228~3430~3531~3633~3834~3936~412025~3127~3329~3431~3632~3733~3835~404024~3026~3228~3330~3531~3632~3734~398021~2924~3125~3226~3427~3528~3629~3815020~2621~2822~3023~3224~3325~3426~36碎石最大粒径mm1630~3532~3733~3835~4036~4138~4339~442029~3431~3632~3734~3935~4037~3238~434027~3229~3430~3532~3733~3835~4036~418023~2925~3226~3427~3628~3729~3930~4015021~2722~2923~3224~3425~3526~3627~38（6）计算砂、石用量

①

绝对体积法假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气的体积总和。=（2）假定表观密度法=1．初步配合比的试拌、调整

按初步配合比，称取拌制0.015～0.030m3混凝土所需的各项材料，按试验规程拌制混凝土，测其坍落度，观察粘聚性及保水性。若和易性不符合要求，则调整砂率或用水量（保持水灰比不变），再进行拌和试验，直至符合要求。2、基准配合比和易性调整好后，需测出该新拌混凝土的实际表观密度和本次拌和时各材料的实际用量。根据拌和时各材料的实际用量（C’、W’、S’、G’）和实测的该拌合物的表观密度，按下式计算该混凝土的基准配合比：令3检验强度及耐久性，确定实验室混凝土配合比按基准配合比，制作强度、抗渗、抗冻等试件，标准养护至规定龄期，进行试验。如果混凝土的强度、耐久性满足要求，基准配合比即为实验室配合比。否则，应将水灰比进行修正，并重新反复做试验，直至符合要求为止。可以基准配合比为基础，同时拌制3~5种配合比，进行强度及抗渗性、抗冻性等性能试验。可作出强度—水灰比曲线，抗渗等级及抗冻等级—水灰比曲线，从中选出满足各项技术要求的配合比。对于大型混凝土工程，在确定初步水灰比时，就同时选取3~5个值，对每一水灰比，又选取3~5种含砂率及3~5种单位用水量，组成多种配合比，平行进行试验并相互校核。通过试验，绘制水灰比与单位用水量，水灰比与合理砂率，水灰比与强度、抗渗等级、抗冻等级等的关系曲线，并综合这些关系曲线最终确定实验室配合比。4、施工配合比的换算骨料含水率变化时施工配料计算实测工地砂及石子的含水率分别为a%及b%，则混凝土施工配料为：【例5-1】某房屋为钢筋混凝土框架工程，混凝土不受风雪等作用，设计混凝土强度等级C30，施工要求坍落度为30～50mm，施工单位无强度历史统计资料，试设计该混凝土配合比。1.基本资料（1）设计要求：混凝土强度等级为C30，强度保证率为95%，施工单位无强度历史统计资料，根据表取σ=5.0MPa；混凝土拌和物坍落度为30~50mm。

（2）所用原材料：1）水泥。根据该工程情况，选用强度等级42.5MPa的普通水泥。水泥实测强度＝49.3MPa，实测密度ρc＝3150kg/m3。

2）粗骨料。石灰岩碎石，DM＝40mm，取5～40mm连续级配，实测表观密度ρ＝2700kg/m3，松散堆积密度＝1550kg/m3。

3）细骨料。河砂，细度模数为2.70，属中砂，级配合格，实测表观密度2650kg/m3，松散堆积密度＝1520kg/m3。粗细骨料的品质均符合规范的要求，含水状态以干燥状态为基准。2．初步配合比计算（1）混凝土施工配制强度计算由配制强度公式有：＝30.0＋1.645×5.0＝38.2MPa（2）初步确定水灰比（W/C）：由强度公式有＝＝0.57（3）初步估计单位用水量（W）：根据已知的坍落度值30～50mm，碎石最大粒径为40mm，查表可得：W=175（kg/m3）（4）计算水泥用量：

（5）初步估计砂率[S/（S+G）]：根据碎石最大粒径DM=40mm，水灰比＝0.57，查表有=35%（6）计算粗、细骨料用量：由于本例题中已知各材料的密度值，所以按绝对体积法计算为方便。本题未使用引气剂，可取α＝1.0，则有解上式得：S=683kg/m3；G=1267kg/m3。初步配合比为：C=307kg/m3、

W=175kg/m3、S=683kg/m3、G=1267kg/m3

3．试拌调整，确定基准配合比按初步配合比，称取拌制0.02m3混凝土所需的各项材料：C=6.14kg、S=13.66kg、G=25.34kg、W=3.50kg。拌制混凝土，测得的坍落度为20mm，需增加水泥浆4%（即水泥0.24kg、水0.14kg）。重新拌和混凝土，测得坍落度为45mm，粘聚性及保水性良好，和易性满足要求。初步配合比：C=307kg/m3、W=175kg/m3、S=683kg/m3、G=1267kg/m3该混凝土各种材料实际用量为：＝6.38kg、=13.66kg、＝25.34kg、＝3.64kg。实测混凝土拌和物表观密度2430kg/m3，计算得K=49.5716，可算得基准配合比为：C＝316kg/m3、S＝677kg/m3、G=1256kg/m3、W=180kg/m3。即C：S：G：W＝1：2.14：3.97：0.57。4．检验强度确定实验室配合比以基准配合比为基础，分别拌制不同水灰比的三种混凝土，测定其表观密度及28d强度，按作图法求得W/C=0.53。实测混凝土表观密度=2431kg/m3，可算得，该混凝土的各项材料用量为：C=337kg/m3、S=671kg/m3、G=1244kg/m3、W=179kg/m3。

第八节其他混凝土一、轻骨料混凝土以天然多孔轻骨料或人造陶粒作粗骨料，天然砂或轻砂作细骨料，用硅酸盐水泥、水和外加剂（或不掺外加剂）按配合比要求配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3的混凝土。轻骨料混凝土具有密度小、保温性好、抗震性好，适用于高层及大跨度建筑。轻骨料混凝土的主要技术性能：1.轻骨料混凝土的抗压强度，一般随水泥标号和用量而变化，轻骨料的强度和密度也有很大影响。2.轻骨料混凝土的变形性比普通混凝土大，弹性模量较小，约为同强度混凝土的50%—70%。3.轻骨料混凝土的收缩和徐变分别比普通混凝土大20%—50%和30%—60%。轻骨料混凝土的热膨胀系数约比普通混凝土低20%。二、多孔混凝土在水泥料浆中均匀分布大量封闭气孔或开口毛细孔而不用粗粒的轻质混凝土称为多孔混凝土。在建筑中应用较多的是加气混凝土和泡沫混凝土。1、加气混凝土由硅质材料和石灰或水泥，掺入发气剂，加水拌匀，经蒸压或蒸养而成。加气混凝土可制成配筋条板，用作屋面和墙体构件，也可以作为楼板。加气混凝土与石棉水泥板面层复合制成条板，可用于墙体结构。加气混凝土可制成砌块、保温管套等2.泡沫混凝土泡沫混凝土是由水泥浆和稳定的泡沫拌匀后硬化而成，是一种利废、环保、节能、低廉且具有不燃性的新型建筑节能材料。泡沫混凝土是一种新型的节能环保型建筑材料，国内外学者对其做了大量的研究开发，使其广泛应用于墙体材料中，但其还存在一定的缺陷，如强度偏低、开裂、吸水等，因而要进一步扩大其应用领域还需在发泡剂、配合比、工艺流程、设备等方面做更进一步的研究。三、防水混凝土

防水混凝土又称抗渗性混凝土，是指具有较高抗渗性的混凝土。通过改善骨料颗粒级配，适当增加水泥用量，以及掺加适当外加剂（密实剂，防水剂，减水剂，加气剂等）可使混凝土均匀密实，杜绝内部毛细管通路，达到较高的抗渗、防水性能。采用防水混凝土可省去构件表面的水泥砂浆防水层，沥青或油毛毡防水层、金属防水等，简化结构构造。（一）骨料级配法防水混凝土

将三种或三种以上不同级配的砂、石，按照一定比例配制成较理想的级配，加入一定数量颗粒粒径小于0.16mm的粉料，便使空隙充分填塞。如果粉料掺入过多，则效果相反。（二）外加剂防水混凝土

外加剂防水混凝土是利用外加剂来显著降低混凝土的孔隙率或改变混凝土的孔结构，或使孔隙表面具有憎水性。1.防水剂防水混凝土常用的有氯化铁、氯化铝防水剂，掺量为3％，它能与水泥的水化产物氢氧化钙反应，生成的氢氧化铝凝胶能堵塞毛细孔隙，具有很高的抗渗性。适用于水中结构的无筋、少筋厚大防水混凝土工程及一般地下防水工程。2.引气剂防水混凝土引气剂可在混凝土内部形成大量的微小封闭气泡，这些气泡可切断连通的毛细孔隙。这些气泡的存在大大改善了混凝土拌和物的粘聚性和保水性，减少了混凝土内的连通孔隙和由于泌水在粗骨料表面所造成的水隙。引气剂防水混凝土具有较高的抗渗性。

减水剂防水混凝土减水剂可降低混凝土的拌合用水量和水灰比，既可降低混凝土的毛细孔隙含量，又可减少毛细孔的孔径。常用的各种减水剂均可使用，也可使用引气减水剂。减水剂防水混凝土的抗渗性较高。适用于钢筋密集或捣固困难的薄壁型防水结构物，也适用于对混凝土凝结时间和流动性有特殊要求的防水工程。（三）富水泥浆防水混凝土这种混凝土对骨料级配无特殊要求，只是水泥用量不低于300kg/m3,灰砂比常保持在1:2.0~1:2.5范围内，必要时加入适量（0.15%~0.20%）的塑化剂。这种防水混凝土适用于环境潮湿的地下结构防水工程。四、纤维混凝土（一）钢纤维混凝土

目前常用的钢纤维有低碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维，前者主要用于普通钢纤维混凝土，后者主要用于耐热钢纤维混凝土。（二）合成纤维混凝土

目前常用的合成纤维主要有聚丙烯纤维和碳纤维等。聚丙烯纤维（也称丙纶纤维），可单丝或以捻丝形状掺于水泥混凝土中，直径为（20～100）µm，纤维长度为（4～25）mm的细纤维较好，通常掺入量为0.05%～0.15%。聚丙烯纤维的价格便宜，但其弹性模量仅为普通混凝土的1/10，对混凝土增强效果并不显著，但可显著提高混凝土的韧性和抗冲击性，增强阻裂能力。

碳纤维是由石油沥青或合成高分子材料经氧化、碳化等工艺生产出的。碳纤维属高强度、高弹性模量的纤维，作为一种新材料广泛应用于国防、航天、造船、机械工业等尖端工程。碳纤维增强水泥混凝土具有高强、高抗裂、高抗冲击韧性、高耐磨等多种优越性能。五、防辐射混凝土防辐射混凝土也称为防护混凝土、屏蔽混凝土或重混凝土。它能屏蔽α、β、、射线和中子流的辐射。六、耐热混凝土耐热混凝土通常指长期经受高温（2000C以上）作用，并能在高温下保持所需物理力学性能的特种混凝土。耐热混凝土主要应用在烟囱、工业窑炉的基础和温度不太高（9000C以下）的部位。常用的耐热混凝土：1.硅酸盐水泥和矿渣水泥耐热混凝土。2.高铝水泥耐热混凝土。3.水玻璃耐热混凝土七、耐酸混凝土常用的耐酸混凝土是由水玻璃作胶凝材料，氟硅酸钠为促凝剂，与耐酸骨料及掺料按一定比例配制而成的。常用的水玻璃有钾水玻璃和钠水玻璃。耐酸骨料和掺料有石英砂粉、瓷粉、辉绿岩铸石骨料及铸石粉、安山岩骨料及石粉等，耐酸混凝土也可用沥青、硫磺、合成树脂等来配制。耐酸混凝土可用于贮油器、输油管、储酸槽、耐酸地坪及耐酸器材等。八、聚合物混凝土和塑料混凝土聚合物混凝土是一种有机、无机复合的新型材料。由于