混凝土的结构和组成材料课件

混凝土工艺学养护输送搅拌配合比外观弊病拌合物性能力学性能成型耐久性能原材料1第2章混凝土的结构和组成材料2.1混凝土的结构特征2.2水泥2.3矿物掺合料2.4骨料2.5外加剂2.6水21.

普通混凝土组成及其各组分材料组成成分水泥净浆胶凝材料矿物填充材料水泥胶体未水化的水泥颗粒毛细管孔胶体细孔空隙细集料（砂）粗集料（石）水泥水空气占混凝土总体积的百分数（%）10~1515~201~320~3335~4822~351~366~782.1混凝土的结构特点3（1）骨料的作用①由于骨料比水泥便宜很多，因此可作为廉价的填充材料，节省水泥用量，降低混凝土的成本。②掺入骨料可以减少水泥用量，从而减少混凝土的收缩等不良现象，骨料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性。42.普通混凝土中各组成材料的作用（1）骨料的作用③骨料表观密度要低于水泥表观密度，加入骨料还可以降低混凝土的表观密度，特别是在轻骨料混凝土中，该作用表现更加明显。④由于混凝土的耐磨性取决于骨料的耐磨性，因此，混凝土中掺入耐磨性较高的骨料，便可以改善混凝土的耐磨性。52.普通混凝土中各组成材料的作用（2）水泥浆①润滑作用。与水形成水泥浆，砂石分散在水泥浆中，从而赋予新拌混凝土以流动性。②填充作用。水泥浆体颗粒较细，可以占据骨料的间隙，从而填充砂和石子的空隙，并包裹砂粒和石子。③胶结作用。水泥浆体能够包裹在所有骨料表面，硬化前赋予混凝土以流动性，后期通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体。62.普通混凝土中各组成材料的作用（3）外加剂①改善混凝土拌合物流变性能，主要包括减水剂、引气剂等。②调节混凝土凝结时间和硬化性能，主要包括缓凝剂、速凝剂及早强剂等。③改善混凝土耐久性能，主要包括引气剂、膨胀剂、防水剂及防锈剂等。④改善其他性能，如加气剂、防冻剂及着色剂等。72.普通混凝土中各组成材料的作用（4）矿物掺合料①减少水泥用量。矿物掺合料取代部分水泥，不仅能够降低水化热，而且掺合料具有一定的活性，能够保证混凝土的后期强度，因此，掺合料的掺入，能够降低水泥用量。②改善混凝土性能。矿物掺合料的形态效应可以改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的流动度，加入掺合料一般可以减少混凝土的用水量，但硅灰但需水量大，加入之后反而提高混凝土的用水量；矿物掺合料的火山灰效应和微集料填充效应可以提高混凝土的力学性能和耐久性等性能。82.普通混凝土中各组成材料的作用（5）水①混凝土拌合物中加入的水为水泥的水化反应提供所需水化用水，由于水泥水化用水一般不超过水泥质量的25%，多余的水分有一部分被蒸发掉，还有一部分留在混凝土的孔（空）隙中，对混凝土的强度、抗渗性等耐久性产生不利影响。因此，高性能混凝土中必须掺入高效减水剂，降低混凝土的水胶比。②赋予混凝土和易性。混凝土拌合用水在混凝土硬化前能够使水泥形成水泥浆体，从而使混凝土拌合物具有一定的流动性。92.普通混凝土中各组成材料的作用（1）借鉴沥青拌合物的物理结构，可用两种方式理解混凝土物理结构的形成原理。①表面胶结原理②多级分散原理102.1.1混凝土内部结构概述混凝土骨料骨架胶结料水泥石细骨料粗骨料混凝土（粗分散系）分散相：粗骨料连续相：砂浆（细分散系）分散相：细骨料连续相：水泥石（微分散系）分散相：晶体、颗粒等连续相：C-S-H凝胶（2）按照表面胶结原理和多级分散原理，为了形象地理解，又可以将混凝土的内部结构分为三类：①悬浮-密实结构（a）②骨架-空隙结构（b）③密实-骨架结构（c）112.1.1混凝土内部结构概述水泥石作为混凝土中重要的组成部分，它由固、液、气三相组成。水泥石孔中的水溶液构成液相；当孔中不含溶液时，则为气相。固相则主要由C-S-H凝胶、氢氧化钙（CH）、高硫型水化硫铝酸钙（也称钙矾石，AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、未水化的水泥颗粒以及混合材和掺合料中尚未水化的或惰性颗粒组成。122.1.2水泥石的组成界面过渡区是指硬化水泥浆（水泥基相）和骨料（分散基相）之间的薄层部分，也称为混凝土的第3相。通常，其厚度约为10-50μm，存在于骨料的外围，约占全部水泥浆体的1/3。该区域的密实性和强度都远小于硬化水泥石本体，是混凝土结构中最薄弱的环节，该过渡区的结构与性能在很大程度上制约了水泥混凝土整体的结构性能。132.1.3混凝土的界面过渡区14C-S-HAFtCH

骨料

过渡区

水泥石本体骨料混凝土过渡区结构凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称水泥（cement）。2.2水泥152.2.1水泥的组成与分类

通用水泥：用于大量土木建筑工程一般用途的水泥，如硅酸盐水泥、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、复合硅酸盐水泥等。

专用水泥：

指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥特性水泥：

某种性能比较突出的一类水泥，如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥等。16通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分类：硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥磷酸盐系水泥等

目前，水泥品种已达100余种，其中硅酸盐系水泥用途最广，本章即重点介绍。17硅酸盐水泥为什么又叫波特兰水泥?19世纪初期（1810-1825年），英国人Aspdin用人工配合原料，再经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料。这种胶凝材料凝结后的外观颜色与当时建筑上常用的英国波特兰岛出产的石灰石相似，故称之为波特兰水泥，我国称为硅酸盐水泥。PortlandCement√SilicateCement×18通用硅酸盐水泥（GB175-2007）（commonportlandcement）以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。按照混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。硅酸盐水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。19（1）硅酸盐水泥的构成和类别硅酸盐水泥=水泥熟料+石膏+混合材PⅠ（Ⅰ型硅酸盐水泥）=硅酸盐水泥熟料+石膏+OPⅡ（Ⅱ型硅酸盐水泥）=硅酸盐水泥熟料+石膏+5%石灰石或粒状高炉矿渣20（2）硅酸盐水泥的生产过程可以概括为“两磨一烧”。石灰石粘土铁矿石生料磨熟料磨烧成设备水泥产品21（3）熟料的矿物组成名称分子式简写含量硅酸三钙3CaO·SiO2C3S37~60%

硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15~37%

铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A7~15%

铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10~18%次要成分：游离氧化钙、游离氧化镁、碱<10%22（4）各熟料矿物单独与水作用的性质C3SC2SC3AC4AF凝结硬化速度28d水化放热量强度干燥、收缩抗腐蚀能力快多高较大较差慢少早期低、后期高小好最快最多低最大最差快多低小最好23（5）熟料单矿物水化程度(%)3天7天28天3月6月C3A71.876.479.788.390.8C3S33.242.365.592.293.1C4AF64.366.068.886.589.4C2S6.79.610.327.027.424

凝结时间分初凝和终凝。

初凝时间是指水泥从开始加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指从水泥开始加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性，并开始产生强度所需的时间。水泥的凝结时间是按《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB1346—2011)规定的方法测定的。国家标准规定:普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min终凝时间不得迟于600min。（1）

凝结时间2.2.2水泥的质量标准25水泥浆体屈服值与凝结时间的关系屈服值钙矾石形成（或二水石膏形成）初凝终凝C-S-H形成水化时间Ca2+、OH-Al(OH)4-SO42-C-S-HAftCSH2初凝时间取决于C3A、C4AF及C3S的水化；终凝时间主要受C3S水化控制。26凝结时间的测定——维卡仪试针支架试杆圆模试杆沉至底板3-5mm时，即为初凝状态；当下沉0.5mm，没有压痕时即为终凝状态。影响凝结时间的因素：①C3A含量；②水泥的细度；③水灰比；④混合材掺量。27水泥在调水和凝结以后，必须不产生任何显著的体积变化。体积安定性不良的水泥，在凝结硬化过程中产生不均匀的膨胀，从而导致硬化浆体的开裂。安定性不良的原因：熟料中f-CaO、f-MgO，及水泥中石膏掺量过多f-CaO、f-MgO是过烧的，结构致密，水化很慢，膨胀；过量石膏与硬化体中的水化铝酸钙作用生成钙矾石，体积膨胀1.5倍，引起不均匀体积变化，造成破坏。（2）

安定性28安定性的检验方法

f-CaO：沸煮法(饼法)或雷氏法检验；

MgO：216℃，20atm×3h，试体膨胀率不超过0.5%。检测烦琐，故规定f-MgO<5.0%。SO3：试饼试验：将试饼置于潮湿环境或浸入水中经过28d或更长时间观察有无明显变形。其检测烦琐，规定SO3<3.5%。29

水泥强度是表示水泥力学性能的一项重要指标，是评定水泥强度等级的依据。根据GB/T175-2007/XG2-2015规定，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级，各强度等级水泥在各龄期的强度值不得低于表2-5中的数值。复合硅酸盐水泥取消32.5等级，仅保留32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R五个等级。（3）水泥的强度与等级30表2-5硅酸盐水泥的强度指标强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.031表2-6复合硅酸盐水泥的强度要求强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.032（4）细度颗粒细，反应快，早期和后期强度高，收缩大当水泥颗粒＞90μm时几乎没有活性

≤40μm时活性好磨的过细①电耗大，产量低，成本高

②收缩大，易开裂

③水化速度过大，凝结硬化快国标要求硅酸盐水泥细度用比表面积表示≥300m2/kg；其它通用水泥用0.08mm筛余表示，要求不大于10%33

为了测定水泥的凝结时间及体积安定性等性能，应该使水泥净浆在一个规定的稠度下进行，这个规定的稠度称为标准稠度。达到标准稠度时的用水量称为标准稠度用水量，以水与水泥质量之比的百分数表示，按《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB1346—2011)规定的方法测定。（5）标准稠度用水量34

水化热是指水泥与水发生水化反应时放出的热量，通常用J/kg表示。水化热的大小主要与水泥的细度及矿物组成有关。颗粒愈细，水化热愈大；不同的矿物成分，其放热量不一样，矿物中C3S、C3A含量愈多，水化热愈大。（6）水化热35水泥熟料单矿物水化时特征

名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙凝结硬化速度28d水化放热量强度快多高慢少早期低，后期高最快最多低快中低362.2.3水泥的水化与凝结硬化

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C3A在水泥中的实际水化情况:为Ca(OH)2饱和溶液3CaOAl2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaOAl2O313H2O水化极快，无强度，瞬时凝结—速凝或急凝。有石膏存在时（起缓凝作用）：4CaOAl2O313H2O+3(CaSO42H2O)+14H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O+Ca(OH)2高硫型水化硫铝酸钙（Aft)，即钙矾石，为针状晶体，包围熟料颗粒，形成“保护膜”，延缓水化。当石膏耗尽，而且3CaOAl2O3量较多时：3CaOAl2O33CaSO432H2O+2（3CaOAl2O3）+4H2O=3（3CaOAl2O3CaSO412H2O）单硫型水化硫铝酸钙(Afm)38水泥的水化产物及其特性名称水化硅酸钙氢氧化钙水化铝酸三钙水化铁酸一钙水化硫铝酸钙简写C-S-HCHC3AH6CFHAfm/AFt比例70%20%3%7%特性凝胶六方晶体立方晶体凝胶针状晶体392.2.3.2硅酸盐水泥的凝结硬化过程水泥加水拌和后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚强的人造石——水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。水泥石的组成：水化产物---凝胶体和晶体未水化的水泥颗粒水（自由水和吸附水）和孔隙（毛细孔和凝胶孔）40水泥凝结硬化过程示意图

(a)(b)(c)(d)12345631—水泥颗粒；2—水分；3—凝胶；4—晶体；5—水泥颗粒的未水化内核；6—毛细孔(a)分散在水中未水化的水泥颗粒；(b)在水泥颗粒表面形成水化物膜层；(c)膜层长大并互相连接（凝结）；(d)水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）41水泥凝结硬化过程示意图

阶段放热反应速度持续时间主要的物理化学变化初始反应期168J/（g•h）5～10min初始溶解和水化潜伏期4.2J/（g•h）约1h凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长凝结期在6h内逐渐增加到21J/（g•h）约6h膜层增厚，水泥颗粒进一步水化硬化期在24h内逐渐降低到4.2J/（g•h）6h至若干年凝胶体填充毛细孔422.2.3.3影响水泥凝结硬化的主要因素（1）熟料矿物组成:C3S和C3A在熟料中的含量越多，水泥凝结硬化速率越快。（2）石膏掺量:石膏的适宜掺量主要取决于水泥中C3A的含量和石膏中SO3的含量，同时与水泥细度及熟料中SO3含量有关。石膏掺量一般为水泥质量的3%～5%。（3）细度:水泥颗粒粉磨得越细，总表面积越大，与水接触时的水化反应面积也越大，则水化速度越快，凝结硬化也越快。（4）温度和湿度（5）养护龄期432.2.4水泥组成对混凝土性能影响（1）水泥矿物组成对和易性的影响

水泥矿物组成当中C3S和C3A含量越多，水泥的凝结硬化速度越快，在这方面不利于混凝土的和易性；而C2S的含量越多，C3S和C3A的含量越少则相对有利。（2）水泥混合材组成对和易性的影响

①混合材的酸碱性对和易性的影响

②混合材的活性、吸水性对和易性的影响2.2.4.1水泥组成对混凝土和易性影响442.2.4水泥组成对混凝土性能影响（3）水泥颗粒组成对和易性的影响

水泥的粉磨细度越细，比表面积越大，其物理吸水性越强，在配制混凝土时，不利于混凝土流动性的提高，但有利于混凝土黏聚性和保水性的提高。2.2.4.1水泥组成对混凝土和易性影响45（1）水泥矿物组成对强度的影响①硅酸三钙（C3S）水化较快，28d强度可达其一年强度的70%～80%，就28d或1年强度而言，是四种矿物中最高的。②硅酸二钙（C2S）水化较慢，早期强度低，1年以后赶上C3S。③铝酸三钙（C3A）水化迅速，放热多，凝结很快，它的强度3d内就大部分发挥出来，故早期强度较高，但绝对值不高，以后几乎不再增长，甚至倒缩。④铁铝酸四钙（C4AF）早期强度类似C3A，而后期还能不断增长，类似于C2S。2.2.4.2水泥组成对混凝土强度的影响46（2）水泥混合材组成对强度的影响

①混合材的酸碱性对强度的影响

②混合材的活性、吸水性对强度的影响（3）水泥颗粒组成对强度的影响水泥的粉磨细度越细，水泥的早期强度越高，但后期强度增长率越低。3～30μm的水泥颗粒具有良好的水化活性，对强度起主要作用；小于3μm的细颗粒对凝结时间和早期强度有利；10～30μm的颗粒对7～28d的强度增长有重要作用；大于90μm的颗粒只能进行表面水化，基本上起微集料的作用。2.2.4.2水泥组成对混凝土强度的影响47（1）水泥矿物组成对混凝土耐久性的影响

①水泥矿物组成中高C3S含量会导致水泥水化产物中钙硅比的提高，使水化产物的结构稳定性下降。

②水泥熟料中四种矿物的化学收缩作用，其大小都按下列次序排列：C3A>C4AF>C3S>C2S

③水泥熟料中四种矿物使自收缩产生的幅度，其大小仍按下列次序排列：C3A>C4AF>C3S>C2S

④水泥矿物组成对混凝土渗透性和抗冻性的影响2.2.4.3水泥组成对混凝土耐久性的影响48（2）水泥混合材组成对混凝土耐久性的影响

①混合材酸碱性、活性对化学收缩和自收缩的影响

②混合材吸水性对干燥收缩和自收缩的影响

③混合材组成对混凝土渗透性和抗冻性的影响2.2.4.3水泥组成对混凝土耐久性的影响49（3）水泥颗粒组成对混凝土耐久性的影响

①水泥颗粒组成对混凝土孔结构和抗冻、腐蚀等性能的影响

②水泥颗粒组成对混凝土毛细孔压力渗透性的影响

③水泥颗粒组成对混凝土干燥收缩、自收缩和水压力渗透性的影响2.2.4.3水泥组成对混凝土耐久性的影响502.3矿物掺合料51以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分，掺入混凝土中代替部分水泥、改善新拌混凝土和硬化混凝土性能，且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。什么是混凝土矿物细粉掺和料？52（1）按矿物掺合料的化学活性分1）有胶凝性（或称潜在水硬活性）的。如粒化高炉矿渣、高钙粉煤灰或增钙液渣、沸腾炉燃煤脱硫排放的废渣等。2）有火山灰活性的。如粉煤灰、原状的或焙烧的酸性火山玻璃和硅藻土、某些烧页岩和粘土，以及某些工业废渣（如硅灰）等。3）惰性掺合料。如细磨的石灰岩、石英砂、白云岩以及各种硅质岩石的产物。矿物掺合料的分类53（3）按矿物掺合料的来源可分为天然、人工和工业废料三大类。类别品种天然类火山灰、凝灰岩、沸石粉、硅质页岩等人工类水淬高炉矿渣、烧页岩、偏高岭土等工业废料类粉煤灰、硅灰等（2）按矿物掺合料的化学成分根据碱性系数可分为碱性、中性、酸性掺合料三大类。矿物掺合料的分类54

常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉、燃烧煤矸石等。粒化高炉矿渣粉和粉煤灰应用最普遍。

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粉煤灰又称飞灰，是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑，大部分由直径以µｍ计的实心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成。2.3.1粉煤灰56从化学成分上，粉煤灰有高钙灰（C类，一般CaO>10%）和低钙灰（F类，CaO<10%）之分。F类粉煤灰是指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉灰，C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。2.3.1.1粉煤灰的分类及技术要求57

低钙粉煤灰的密度一般为1.8～2.6g/cm3，松散容重为600～1000kg/m3，粉煤灰成品根据细度、需水量比、烧失量、含水量和三氧化硫含量划分为I、II、III个级别，各项物理性能指标应满足下表的要求。2.3.1.1粉煤灰的分类及技术要求58粉煤灰物理性质指标和要求指标级别IIIIII细度（0.045mm方孔筛筛余），％不大于122545需水量比，％不大于95105115烧失量，％不大于5815含水量，％不大于1三氧化硫，％不大于3游离氧化钙，％不大于F类，1C类，4安定性（雷氏夹沸煮后增加距离），mm不大于5.059

粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。一般来说，粉煤灰化学成分的变动范围为：SiO2含量约为40％～60％；Al2O3含量为20％～30％，Fe203含量为5％～10％，CaO含量2%～8%，烧失量0.2％～8％，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的烧失量主要是未燃尽碳，其混凝土吸水量大，强度低，易风化，抗冻性差，为粉煤灰中的有害成分。2.3.1.2粉煤灰的成分60火山灰效应（活性效应）形态效应微集料效应2.3.1.3粉煤灰的三大效应61（1）火山灰效应（活性效应）粉煤灰的火山灰效应是指粉煤灰中的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物。其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。62（2）形态效应由外观形貌、表面性质、颗粒级配等产生的效应。FA中的球形颗粒含量较高时，可增大混凝土的流动性。尖角状颗粒含量很多，易导致混凝土泌水。63（3）微集料效应掺和料中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的效应。混凝土中掺入适量的矿物掺合料混合均匀之后，粉体的颗粒级配更为合理，密实度提高。提高混凝土的抗渗性与抗Cl-的侵蚀能力。64（1）对新拌混凝土和易性的影响FA掺量越高，拌合物坍落度越大，坍落度损失速率相应有所降低。2.3.1.4粉煤灰对混凝土性能的影响65（2）对混凝土不同龄期抗压强度的影响早期强度均低于基准混凝土FA掺量合适，28d强度略高于基准混凝土FA掺量过大，各龄期的强度均低于基准混凝土66（3）对浆体凝结时间的影响FA掺量越大，浆体的凝结时间越长FA掺量超过30%，浆体的凝结时间涨幅增大。67（4）对混凝土塑性收缩的影响FA混凝土的塑性收缩低于不掺FA混凝土高钙灰更有利于降低混凝土的塑性收缩68（5）对混凝土抗冻融性能的影响在经历相同的冻融循环次数后，FA混凝土的相对动弹模量低于基准混凝土，说明掺加FA后不利于混凝土的抗冻融性能69（6）对混凝土抗碳化性能的影响加入掺合料消耗掉混凝土中的部分Ca(OH)2，使混凝土的总体碱度降低，继而加速碳化进程粉煤灰掺量30%之内对混凝土的碳化性能影响幅度较低混凝土碳化后失去对钢筋的保护作用，对钢筋混凝土结构的耐久性不利。702.3.1.5粉煤灰在混凝土中应用的问题与对策问题改善拌和物施工性，但坍落度太大时，(I级)粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆；早期强度较低；大掺量时在较低气温下凝结缓慢；早期孔隙率大，碳化问题较突出(需采取对策)；对水敏感，在无保湿的条件下，因内部黏度增加，阻碍持续泌水而会加剧塑性开裂。71对策①要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大掺量粉煤灰混凝土坍落度为125mm时，可相当于180mm的普通混凝土②注意不要过度振捣，防止粉煤灰上浮。③要降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土强度，尤其是早期强度。④注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。2.3.1.5粉煤灰在混凝土中应用的问题与对策722.3.2磨细矿渣粉通称的“磨细矿渣”，全名应是“粒化高炉磨细矿渣粉”，是高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物，经淬冷成粒的副产品。（一般比表面积为400〜600m2/kg）。指标级别S105S95S75表面积，m2/kg≥500≥400≥300活性指数，7d28d≥95≥105≥75≥95≥55≥75流动度比，％≥952.3.2.1磨细矿渣的化学成分和物理性质73（1）对新拌混凝土出机坍落度的影响矿粉掺量较低时，新拌混凝土出机坍落度增加。矿粉掺量较高时，新拌混凝土出机坍落度随掺量的增大变化不大。2.3.2.2磨细矿渣对混凝土性能的影响74（2）对混凝土拌合物凝结时间的影响矿粉掺量越大，浆体的凝结时间越长浆体的凝结时间的延长与KF的掺量基本呈线性增长关系。75（3）对混凝土抗压强度的影响KF的活性比FA大，仅从强度的角度考虑可实现更大掺量。早期强度高，掺量较低时强度高于基准混凝土。后期强度的增长低于同等掺量的粉煤灰混凝土76（4）矿粉对混凝土塑性收缩的影响掺量在25%以内，混凝土的塑性收缩略有增大，但增大幅度很小掺量超过25%，混凝土的塑性增长幅度很大，易导致裂缝的产生77粉煤灰与矿粉对混凝土塑性收缩的影响对比78（5）对混凝土耐久性影响1、抗硫酸盐侵蚀性能显著提高，因为在水泥石中缺乏或不存在游离石灰时形成具有膨胀作用的钙矾石反应不能进行；2、在有碱集料反应产生的条件下矿物细粉掺合料能吸收和固定大量的钠、钾离子从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，极大地减少了碱集料反应的危害性。793、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗粒的孔隙，使混凝土结构和界面更为致密，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大为提高。4、在低水胶比情况下，掺加矿物细粉掺合料，抗冻性大幅度提高。例如，水科院李金玉等人研究同为0.26的水胶比，不掺加矿物细粉掺合料的C60混凝土其抗冻融循环只达到F250，而掺加矿物细粉掺合料的混凝土抗冻融循环可达F1000以上。805、对于碳化和钢筋锈蚀的担忧。掺加矿物细粉掺合料的可能带来的负面影响是混凝土的碱度降低，抗碳化能力减弱，引起保护钢筋的能力减弱。但是在低水胶比下，混凝土的碱度下降并不十分急剧。81

蒲心诚等人对大掺量粉煤灰水泥的碱度研究表明粉煤灰掺量从0提高至70%时PH值仅由12.6下降至12.06，说明粉煤灰掺加70%时，水泥胶砂的PH值仍然高于12，高于配筋结构允许的最低碱度11.5。除此之外，掺加矿物细粉掺合料，在低水胶比时密实性很高，水分甚至氧和二氧化碳都难以进入，这同样增大了混凝土的护筋性。822.3.2.3磨细矿渣在混凝土中应用时注意的问题（1）严格控制矿粉的细度和掺量：不宜太细。不宜太粗，会使混凝土粘聚性下降，出现离析和泌水，粘结时间延长，早期强度下降。（2）注意养护：对养护条件要求苛刻，需要加强养护，充分发挥掺合料的作用。（3）注意调整混凝土的凝结时间：矿粉对混凝土凝结时间与不掺矿粉混凝土相比，具有一定的缓凝效果。初凝、终凝时间比基准混凝土推迟1～2h。冬季施工时，控制矿粉掺量和使用早强型减水剂。（4）注意调整混凝土用水量：与高效减水剂复合使用时，具有辅助减水功能，所以在保证混凝土初始坍落度相同情况下，可以减水用水量。832.3.3硅灰

硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅铁合金或硅钢等所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘，色呈浅灰到深灰。硅灰的颗粒是微细的玻璃球体，部分粒子凝聚成片或球状的粒子。842.3.3.1硅灰的物理性质和化学成分硅灰的颗粒是微细的玻璃球体，部分粒子凝聚成片或球状的粒子。其平均粒径为0.1µｍ～0.2µｍ，是水泥颗粒粒径的1/50～1/100,比表面积高达2.0×104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90％以上），它的活性要比水泥高1～3倍。以10％硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高25％以上。硅粉的火山灰活性指标高达110%，这与其化学成分有关。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，这种SiO2是非晶态、无定形的，易溶于碱溶液中，在早期即可与CH反应，可以提高混凝土的早期强度。生成的水化硅酸钙凝胶钙硅比小，组织结构致密。85

硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，耐磨性，抗腐蚀性提高。但自干燥收缩大，且不利于降低混凝土温升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土更密实。2.3.3.2硅灰对混凝土性能的影响86

由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为混凝土掺合料，须配以减水剂，方可保证混凝土的和易性。硅粉混凝土的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一般为胶凝材料总重的5％～10％，且不高于15％，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，处于价格考虑，一般混凝土强度低于80MPa时，都不考虑掺加硅粉。2.3.3.2硅灰对混凝土性能的影响872.4骨料骨料相对而言比较便宜而且不会与水发生复杂的化学反应，因此传统观念上人们把它作为混凝土的惰性填充料。然而，由于人们日益认识到骨料对混凝土和易性、尺寸稳？定性、耐久性、强度以及经济性方面的重要作用。因此我们必须象重视水泥那样重视骨料。884.752.361.180.600.300.1590.075.063.053.037.531.526.519.016.09.504.752.4.1骨料的定义与分类碎石卵石天然砂人工砂混合砂粗骨料细骨料mmmm8990定义：粗骨料是指粒径大于4.75mm的岩石颗粒。分类：有碎石和卵石。卵石又称砾石，它是由天然岩石经自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，按其产源可分为河卵石、海卵石及山卵石等几种，其中以河卵石应用较多。碎石：经破碎、冲洗、筛分制成的骨料相关规范：GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检测方法》91根据GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》按卵石、碎石技术要求，石子分为三类，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。92卵石93碎石2.4.2骨料的作用

①由于骨料比水泥便宜很多，因此可作为廉价的填充材料，节省水泥用量，降低混凝土的成本。②掺入骨料可以减少水泥用量，从而减少混凝土的收缩等不良现象，骨料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性。③骨料表观密度要低于水泥表观密度，加入骨料还可以降低混凝土的表观密度，特别是在轻骨料混凝土中，该作用表现更加明显。④由于混凝土的耐磨性取决于骨料的耐磨性，因此，混凝土中掺入耐磨性较高的骨料，便可以改善混凝土的耐磨性。94为什么把砂石称为骨料？■在传统观念中把砂石叫做骨料的原因是认为骨料起强度作用而作为混凝土的骨架，这是针对于传统低塑性混凝土的理解。■骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的体积而不是强度。纯的水泥浆体硬化后收缩过大，无法用于结构，必须有骨料对水泥浆体的收缩起约束作用，而且骨料在混凝土中必须占据大部分体积。952.4.3骨料的质量与性能（1）泥和泥块含量含泥量是指骨料中粒径小于0.075mm颗粒的含量。需注意的是，泥块含量在粗骨料和细骨料中定义不同，应当区分开。泥块含量是指在细骨料中粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后变成小于0.60mm的颗粒的含量；在粗骨料中则指粒径大于4.75mm，经水洗、手捏后变成小于2.36mm的颗粒的含量。表2‑18砂石含泥量和泥块含量规定项目指标IⅡⅢ含泥量（按质量计，%）砂≤1.0≤3.0≤5.0石≤0.5≤1.0≤1.5泥块含量（按质量计，%）砂0≤1.0≤2.0石0≤0.5≤0.7962.4.3骨料的质量与性能（2）有害物质含量为保证混凝土的质量，混凝土用砂和石不应混有草根、树叶、树枝、塑料品、煤块、炉渣等杂物。砂中常含有如云母、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐、黏土、淤泥等杂质。表2-19砂中有害物质限量类别IⅡⅢ云母（按质量计，%）≤1.0≤2.0轻物质（按质量计，%）≤1.0有机物合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计，%）≤0.5氯化物（以氯离子质量计，%）≤0.01≤0.02≤0.06贝壳（按质量计[1]，%）≤3.0≤5.0≤8.0注：[1]该指标仅适用于海砂，其他砂种不作要求。972.4.3骨料的质量与性能（2）有害物质含量为保证混凝土的质量，混凝土用砂和石不应混有草根、树叶、树枝、塑料品、煤块、炉渣等杂物。砂中常含有如云母、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐、黏土、淤泥等杂质。表2-20石子中有害物质限量类别IIIⅢ有机物合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计，％）≤0.5≤1.098碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（Na2O、K2O）与骨料中的活性成分反应，生成碱－硅酸凝胶体，它会吸水产生膨胀。使用含碱量小于0.6％的水泥，或掺加能抑制碱—骨料反应的掺合料。碱骨料反应的结果是吸水后在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。骨料中的碱活性物质99一些规范和标准中为避免混凝土碱骨料病害发生，规定不得使用碱活性骨料，这样的规定不利于资源的合理利用，我们应该意识到目前混凝土水胶比降低，掺合料比例较高，发生碱骨料反应的风险已经大大降低。难怪有人感慨地发问：碱骨料反应你在哪里？与其严格控制碱活性骨料，不如严格控制骨料含泥量来的更实际、更有效？如何对待碱活性骨料？1002.4.3骨料的质量与性能（3）坚固性

骨料的坚固性是指骨料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。表2-21石子坚固性指标类别IⅡⅢ质量损失（％）≤5≤8≤12表2-22砂坚固性指标类别IⅡⅢ质量损失（％）≤8≤10表2-23人工砂压碎指标类别IⅡⅢ单级最大压碎指标（％）≤20≤25≤301012.4.3骨料的质量与性能（4）级配和粗细程度骨料的级配，是指骨料中不同粒径颗粒的分布情况。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、强度及其他性能。

（a）

（b）

（c）

图2‑21骨料的颗粒级配堆积情况1022.4.3骨料的质量与性能（5）骨料的形状和表面特征骨料的颗粒形状近似球状或立方体形，且表面光滑时，表面积较小，对混凝土流动性有利，但是表面光滑的骨料与水泥石黏结较差。棱角状浑圆状针状片状≥C30，含量≤15%；＜C30，含量≤25%1032.4.3骨料的质量与性能（6）吸水性和表面潮湿状态当所有可渗透孔都充满水而表面没有水膜时称为饱和面干状态（SSD）。吸水能力的定义是骨料从烘干到饱和面干状态所需要的水分总量。有效吸水量的定义则是是骨料从气干到饱和面干状态的所需的水量。骨料吸水能力的测定较为方便，它还可以粗略的作为孔隙率和强度的量度。104砂子含水的三种状态人工砂天然砂105■我国标准规定以绝干状态作为混凝土配合比设计的基础，易诱发混凝土质量波动。■日本是以饱和面干状态为混凝土配合比设计的基础。饱和面干骨料中所含的水不参与水化和混凝土微结构的形成，也不参与混凝土的拌和，是属于骨料本身的一部分，只会在混凝土硬化后自由水减少后才能出来对界面起养护作用。106骨料的级配应该比较好，只有这样，较少的细颗粒才能填充满粗颗粒之间的空隙，这有利于减少骨料骨架中的空隙率。砂石空隙又被胶凝材料浆体填充。2.4.4细骨料的技术要求107砂的筛分析实验■砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起后的总体平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。■砂的颗粒级配和粗细程度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。108砂的筛分析方法是用一套孔径为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、及600µm、300µm、150µm的标准方孔筛，将质量为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子质量（g），计算分计筛余百分率ai（各号筛的筛余量与试样总量之比）、累计筛余百分率Ai（该号筛的筛余百分率加上该号筛以上各筛余百分率之和）。分计筛余与累计筛余的关系见表5.1。根据下列公式计算砂的细度模数(Mx)：109砂的粗细程度——细度模数Mx筛孔尺寸，mm分计筛余，%累计筛余，%5.002.501.250.6300.3150.160a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a63.7-3.1粗砂3.0-2.3中砂2.2-1.6细砂细度模数110111/%1区2区3区/mm1区２区３区过细砂区过粗砂区/%

筛分曲线超过3区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土时需要的胶凝材料浆量多，易使混凝土收缩增大；超过1区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振捣成型。处于2区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区。112例2-9．某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配113114115116粗骨料粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试验采用筛分法测定，即用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90.0mm等12种孔径的方孔筛进行筛分。粗骨料级配按供应情况可分为连续粒级和单粒粒级两种。连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。连续级配骨料与天然骨料情况比较接近，是工程上最常用的级配。2.4.5粗骨料的技术要求117粗骨料的分仓上料■为保证粗骨料的良好级配，降低空隙率，目前越来越多的重要工程和商品混凝土搅拌站采用5-10mm和10-20mm两级配或三级配分别计量上料。■原因是即使采石场做到了级配，运到现场也没有了级配，因此要求一律采用分单粒级进料分级封闭储存，级配后分级上料。118119

用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，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。单粒粒级骨料配制混凝土会加大水泥用量，对混凝土的收缩等性能造成不利影响，但它可以通过各粒级的不同组合，配制成各种不同要求的级配骨料，以保证混凝土的质量和施工要求，也可与连续粒级混合使用，以改善其级配或配成较大粒度的连续粒级。120

另外还有一种间断级配，是人为地剔除某些中间粒级颗粒，大骨料空隙由小许多的小粒径颗粒填充，故能降低骨料的空隙率，增加密实度，节约水泥。按理论上计算，当分级增大时骨料空隙率的降低速率较连续级配大，可较好地发挥骨料的骨架作用而减少水泥用量，适用于低流动性或干硬性混凝土。但间断级配骨料配制的混凝土拌和物往往易于离析、和易性较差，施工困难，工程中较少采用。121

水工混凝土所用粗骨料粒径大、用量多，为获得级配良好的粗骨料，同时为避免堆放、运输石子时产生分离，常常将石子先筛分为若干单粒级分别堆放。单粒级常分为4级，即：5～20mm（小石），20～40mm（中石），40～80mm（大石），80～120（或150）mm（特大石）。然后根据建筑物结构情况及施工条件，确定最大粒径后，在混凝土拌和时再选择采用一级、二级、三级或四级的石子配合使用。122譬如：若石子最大粒径为20mm，采用一级配，即只用小石一级；最大粒径为40mm，采用二级配，即用小石与中石两粒级组合；最大粒径为80mm，采用三级配，即用小石、中石、大石三粒级组合；最大粒径为120（或150）mm，采用四级配，即用小石、中石、大石、特大石四粒级组合。各级石子的配合比例，需通过试验来确定最佳的比例，其原理为空隙率达到最小或堆密度最大且满足混凝土拌合物和易性要求。附表1中配合比例可供参考使用。123最大粒径（mm）粒级（mm）总计(%)5～2020～4040～6040～8080～150（120）石子比例(%)406080150（120）45～6035～5025～3515～2540～5525～3515～2550～6535～5025～3530～45100100100100附表1粗骨料级配选择参考值124

在实际工程中，必须将试验选定的最优级配与料场中天然级配结合起来考虑，要进行调整与平衡计算，以减少骨料生产中的弃料。施工现场的分级石子中往往存在超、逊径现象。超（逊）径是指在某一级石子中混有大于（小于）这一级粒径的石子。规范规定，以原孔筛检验，超径量应小于5%，逊径量应小于10%；以超逊径筛检验，超径为零，逊径量小于2%。若不符合要求，要进行二次筛分或调整骨料级配。国家标准GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》规定，粗骨料级配应符合表4.2的要求。石的最大粒径（Dmax）■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，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50mm；■对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。■为避免混凝土难以流入模板和钢筋之间的空隙，最大粒径不得超过保护层厚度的2/3为宜。125最大粒径对混凝土变化带来两种相反效果■胶凝材料和稠度相同，用通过粒径较大的骨料比粒径较小的骨料配制混凝土所需拌合水用量少；■粒径较大的骨料使界面过渡区有更多微裂纹，从而更加薄弱；■对高强混凝土28天强度的影响更显著。■一般情况，水胶比一定时，减少骨料粒径会提高拉-压强度比。126骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷砂浆收缩是混凝土的两倍127粗骨料的粒径效应◆Dm增大，削弱了粗集料与水泥浆体的黏结，增大了内部结构的不连续性；◆粗骨料对水泥硬化体收缩起约束作用，由于二者弹性模量不同，因而混凝土内部产生拉应力，Dm增大，拉应力增大；◆Dm增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增大。128粗骨料的粒径效应水胶比越低，粗骨料粒径对渗透性和强度的影响越大；抗渗性和强度随最大粒径的减小而提高，弹性模量有所下降，收缩增大。129骨料粒径对混凝土渗透性的影响130骨料粒径与混凝土抗冻性的关系131石子粒径和混凝土强度的关系132粗骨料强度碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。岩石立方强度试验，是用母岩制成50×50×50mm立方体，或直径与高度均为50mm的圆柱体试样，浸泡水中4８ｈ，待吸水饱和后进行抗压试验。133强度与弹性模量现行标准中对于高强混凝土，要求粗骨料岩石抗压强度至少应比混凝土设计强度高30%。对于普通等级干硬性混凝土、塑性混凝土仍要求粗骨料岩石抗压强度至少应比混凝土设计强度高20%。配制C60以下的泵送混凝土时，对普通石子可不要求强度134强度与弹性模量

过去教科书中要求岩石强度与混凝土强度之比应该不小于1.5的说法忽略了现代混凝土是以预拌泵送混凝土为主，石子在混凝土中呈悬浮状态，混凝土强度基本上与骨料强度相关不大的现状。至于玄武岩比石灰岩配制的混凝土强度高的机理是不是由于强度高还有待研究。135136主要仪器设备（1）压力试验机：量程300kN，示值相对误差2%；（2）压碎值测定仪（圆模）：见图4.4；（3）天平、台秤：称量1kg，感量1g，台秤：称量10kg，感量10g；（4）方孔筛：孔径分别为2.36mm、9.50mm及19.0mm筛各一只；（5）其他：直径10mm垫棒，长500mm圆钢。图4.4压碎指标测定仪（单位：mm）1-把手；2-加压头；3-圆模；4-底盘；5-手把137试验方法（1）按规定取样，风干后筛除大于19.0mm及小于9.5mm的颗粒，并除去针片状颗粒，拌匀后分成大致相等的三份备用。（2）称取试样3000g，精确至1g。将试样分两次装入圆模，每次装完后，在底盘下垫放一根圆钢，左右交替颠击地面25次，平整模内试样表面，压上盖头。当圆模装不下3000g试样时，以装至距圆模上口10mm为准。（3）将圆模放在压力试验机上，盖上加压头，开动试验机，按1kN/s的速度均匀加荷至200kN并稳荷5s，然后卸荷。（4）取下加压头，到出试样，用孔径2.36mm的筛筛除被压碎的颗粒，并称取筛余量，精确至1g。计算压碎指标：δa---------压碎指标值，%；ｍ0--------试样质量，g；m1--------压碎试验后试样的筛余量，g。压碎指标值越小，骨料的强度越高。结果计算与评定（1）压碎指标值按公式（4.1）计算，精确至0.1％：（2）取3次测定的算术平均值作为试验结果，精确至1％。138各种岩石抗压强度（美国）种类试样数目抗压强度（MPa）平均最大最小花岗岩278181257114石灰石24115924193砂岩7913124044大理石3411724451石英岩26252423124片麻岩3614723594多数岩石的强度在100-300MPa之间，同种岩石的强度相差很大，值得重视。139

骨料对混凝土强度的影响骨料强度对普通强度混凝土的影响很小，因为骨料的强度比混凝土中水泥石基体和界面过渡区的强度要高出数倍。换句话说，破坏是由其他两相决定，绝大多数天然骨料的强度得不到利用。然而，除了强度，骨料的其他特性，如粒径、形状、表面结构、级配和矿物组成都在不同程度上影响着混凝土的强度。140例如，骨料品种不同,亲水性不同,拌和的混凝土强度也不同。为了使水泥浆能很好地包裹骨料表面,除水胶比外骨料还应有良好的亲水性。亲水性能很好的骨料易被浸湿并形成水化物，增强了粘结力,提高了混凝土强度。相反,如果骨料表面憎水不易湿润,将影响生成物与骨料共生条件,粘结力差,混凝土强度会降低。

骨料对混凝土强度的影响141骨料弹性模量对混凝土界面的影响骨料的弹性模量相差很大，花岗岩、暗色岩、玄武岩的弹性模量在70~140GPa之间；砂岩、石灰石岩和砾石的弹性模量在21~49GPa之间；轻骨料的弹性模量在14~21GPa之间；水泥基体的弹性模量在7~28GPa之间。粗骨料的弹性模量越高、用量越大，混凝土的弹性模量就越高，这主要体现在高强混凝土中。在中低等强度混凝土中使用高弹性模量石子对界面不利。1421432.5.1.1外加剂简介古罗马人用动物油脂、乳液和动物血来改善混凝土的工作性和耐久性；我国清乾隆年间用糯米、石灰加牛血建造永定河河堤；明代南京城墙用糯米汁石灰，并用桐油石灰封顶；宋代用糯米汁石灰建筑了安徽和州城墙。2.5外加剂144外加剂给混凝土带来的影响（1）实现混凝土的高流态145（2）降低用水量提高混凝土强度C60以上级别的混凝土的配制变得简单超高性能混凝土得到迅速发展146（3）降低用水量提高混凝土耐久性原来混凝土可以耐上千年1472.5.1.2混凝土外加剂的定义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%（特殊情况除外）。它能赋予新拌混凝土和硬化混凝土优良的性能，如提高抗冻性、调节凝结时间和硬化时间、改善工作性、提高强度等等，是生产各种高性能混凝土和特种混凝土必不可少的组分。1482.5.1.3外加剂的分类（1）按主要功能分类①改善混凝土拌合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。③改善混凝土耐久性的外加剂：包括减水剂、引气剂、防冻剂、防水剂和阻锈剂等。④改善混凝土其他性能的外加剂：包括加气剂、膨胀剂、着色剂等。1492.5.1.3外加剂的分类（2）按化学成分分类①无机物外加剂：包括各种无机盐类、一些金属单质和少量氢氧化物等。如早强剂中的CaCl2和Na2SO4；加气剂中的铝粉；防水剂中的氢氧化铝等。②有机物外加剂：其中大部分属于表面活性剂的范畴，有阴离子型、阳离子型、非离子型表面活性剂等。如减水剂中的木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物等。③复合外加剂：适当的无机物与有机物合制成的外加剂，往往具有多种功能或使某项性能得到显著改善，这是协同效应在外加剂技术中的体现，是外加剂的发展方向之一。1502.5.2减水剂减水剂定义减水剂是一种在混凝土拌和料坍落度相同条件下能减少拌和水量的外加剂。减水剂按其减水的程度分为普通减水剂和高效减水剂。减水率在5-10%的减水剂为普通减水剂，减水率大于10%的减水剂为高效减水剂。1512.5.2.1概述1、普通减水剂⑴木质素磺酸盐系减水剂减水率10%，一般掺量0.25%⑵腐植酸减水剂减水率6-8%，一般掺量0.2-0.35%1522、高效减水剂⑴多环芳香族磺酸盐系减水剂。这类减水剂通常是由工业萘或煤焦油的萘、蒽、甲基萘等馏分，经磺化、水解、缩合、中合、过滤、干燥而制成。由于其主要成分为萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物，故又称萘系减水剂，掺量0.5～1.0%,减水率10～20%。⑵水溶性树脂系减水剂。水溶性树脂减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水剂，如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等。此类减水剂的掺量为水泥质量的0.5%～2.0%，其减水率为15%～30%，混凝土的强度提高20%～30%，混凝土的其他力学性能和抗渗性、抗冻性也得到提高，对混凝土的蒸养适应性也优于其它外加剂。1533、高性能减水剂高性能减水剂是指近年来开发并投入使用的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系高性能减水剂是由含有羧基的不饱和单体和其他单体共聚而成，使混凝土在减水、保坍、增强、收缩及环保方面具有优良性能的减水剂。154减水剂的作用效果①在不减少单位用水量的情况下，改善新拌混凝土的工作性，提高流动性。②在保持一定工作度下，减少用水量，提高混凝的强度。③在保持一定强度情况下，减少单位水泥用量，节约水泥。④改善混凝拌和物的可泵性以及混凝的其它物理力学性能。155减水剂是一种表面活性剂。表面活性剂分子由亲水基团和憎水基团二部分组成，加入水中后亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面张力和二相间的界面张力。2.5.2.2减水剂的作用机理156减水剂分散减水机理：水泥颗粒固液界面能降低带有相同电荷而相互电斥所吸附减水剂的空间位阻作用溶剂化水膜的润滑引气隔离滚珠作用

结果水泥颗粒在液相中分散，絮凝结构中被水泥颗粒包围的水被释放出来。157减水剂的作用机理减水剂静电斥力分散机理示意图减水剂空间位阻斥力分散机理示意图158高效减水剂的特点：高效减水剂的掺量超过一定量后，减水效果不再提高；对混凝土性能没有不利影响。高效减水剂减水率越高，坍落度损失越大。相容性是指具有减水作用的混凝土外加剂与混凝土其他原材料相匹配时，拌合物的流动性及其经时变化程度。水泥与减水剂的相容性一直是外加剂在使用过程中的难题，目前水泥细度细、碱含量高、C3A含量高、SO3含量低、石膏类型和晶形不好、水泥出厂温度高，是导致与外加剂相容性不好的主要原因。砂石骨料的类型及品质影响减水剂的减水效果，砂子含泥量波动大等问题，这些使得减水剂在使用过程中很难控制。矿物掺合料也影响减水剂相容性，主要是矿物掺合料的烧失量和细度，烧失量越大，混凝土的流变性损失越快。Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰适应性好，Ⅲ级粉煤灰适应性较差。1592.5.2.3减水剂与原材料之间的相容性问题160减水剂（泵送剂）过量混凝土离析、分层缓凝时间过长形成蜂窝麻面、粘模浆体沉降，石子外露抓底、板结2.5.2.4减水剂对混凝土性能影响（1）减水剂对新拌混凝土性能的影响161减水剂（泵送剂）过量162减水剂（泵送剂）过少

为保证坍落度，增大用水量，造成砼粘聚性太低。泵送施工时容易堵泵。砼表面露砂。砼密实度低，耐久性差。容易造成砼强度不能满足设计要求。163用水量过多164外加剂对混凝土氯离子渗透性能的影响外加剂配合比/kg/m3坍落度/cm含气量/%抗压强度/MPaCFASGW7d28d56d84dFDN（萘系减水剂）280120780117015217.52.048.470.576.279.4PCA（聚羧酸减水剂）20.02.252.470.377.680.7FDN+引气剂19.57.545.960.065.770.2PCA+引气剂21.57.850.364.572.975.6（2）减水剂对硬化混凝土性能的影响165外加剂对混凝土混凝土抗冻性能的影响166外加剂对混凝土碳化性能及钢筋锈蚀能力的影响混凝土配合比/kg/m3外加剂碳化深度/mmCFASGW3d7d14d28d420/7511080168PCA0.230.550.661.22FDN0.860.9452.352.753301007511080168PCA1.281.793.124.32FDN2.073.064.375.29掺聚羧酸减水剂混凝土具有更高的密实性更强的抗氯离子渗透能力更强的抗CO2渗透能力用聚羧酸减水剂配制的混凝土具有更强的钢筋保护能力更好的减少或避免钢筋锈蚀提高混凝土结构的安全性1672.5.3缓凝剂缓凝剂是一种能延迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持塑性，减少混凝土坍落度损失。在大体积混凝土施工时，可防止出现裂缝和冷缝，同时对混凝土后期各项性能不会造成不良影响的外加剂。缓凝剂的定义168缓凝剂的特点⑴掺量合适，24小时后的强度不会受影响；⑵掺量过多，混凝土的正常水化速度和强度受影响；⑶超掺，会使水泥水化完全停止；⑷不同的缓凝剂种类，对混凝土泌水、离析情况不同。1692.5.4早强剂混凝土早强剂（Hardeningaccelerator）是指能提高混凝土早期强度并对混凝土后期强度无显著影响的外加剂，多在冬季施工（最低气温不低于-5℃）或者紧急抢修时采用。早强剂的定义170早强剂的作用机理（1）氯盐类

氯化钙对水泥混凝土的作用机理有两种论点：其一是氯化钙对水泥水化起催化作用，促使氢氧化钙浓度降低，因而加速了C3A的水化；其二是氯化钙的Ca2+吸附在水化硅酸钙表面，生成复合水化硅酸盐（C3S•CaCl2•12H2O）。同时，在石膏存在下，与水泥石中C3A作用生成水化氯铝酸盐（C3A•CaCl2•10H2O和C3A•3CaCl2•30H2O）。此外，氯化钙还增强水化硅酸钙缩聚过程。171早强剂的作用机理

172早强剂的作用机理（3）有机物类三乙醇胺早强剂掺量小，低温早强作用明显，而且有一定的后期增强作用。它的作用机理是能促进C3A的水化。在C3A-CaSO4-H2O体系中，它能加快钙矾石的形成，因而对混凝土早期强度发展有利。173膨胀剂是能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。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、复合型膨胀剂。2.5.5膨胀剂（1）硫铝酸盐系膨胀剂：此类膨胀剂包括硫铝酸钙膨胀剂（CSA）、U型膨胀剂（UEA）、铝酸钙膨胀剂（AEA）、复合型膨胀剂（CEA）、明矾石膨胀剂（EA-L），其膨胀源为钙矾石，掺量一般为6%～12%。2.5.3.1常用膨胀剂174（2）石灰系膨胀剂：此类膨胀剂是指与水泥、水后经水化反应生成氢氧化钙的混凝土膨胀剂，其膨胀源为氢氧化钙。该膨胀剂比CSA膨胀剂膨胀速率快，且原料丰富，成本低廉，膨胀稳定快，耐热性好，对钢筋保护作用好。（3）铁粉系膨胀剂：此类膨胀剂是利用机械加工产生的废