土木工程材料课件

氣硬性膠凝材料1、定義：

膠凝材料：凡是在物理化學作下，能從可塑性漿體變成堅固的石狀體，並能將砂、石等散粒狀材料或塊狀材料膠結成一整體，而又具有一定機械強度的物質。又稱膠結料。一、膠凝材料的定義及分類膠凝材料有機膠凝材料（樹脂、瀝青等）無機膠凝材料水硬性膠凝材料（各種水泥）氣硬性膠凝材料（石灰、石膏）2、分類（按化學成分劃分）2.1石灰2.1.1石灰生產簡介天然的原材料2、原材料經煆燒後，反應方程式如下：900-1000℃CaCO3

CaO+CO21、原材料化學工業副產品（電石渣）（石灰石、白雲石、白堊、貝殼等）CaC2+H2O=C2H2+Ca(OH)2《建築生石灰標準》JC/T479-92規定，當石灰中MgO2含量小於等於5%時稱為鈣質石灰，當MgO2大於5%時，稱鎂質石灰。

煆燒的過程中，若溫度過低或煆燒時間不足，則不能完全分解，將生成“欠火石灰”，反之若時間過長或溫度過高，將生成“過火石灰”。過火石灰需進行“陳伏”處理。石灰石塊狀生石灰熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煆燒加適量水熟化磨細加過量水進行陳伏加水稀釋常用建築石灰的產品生石灰粉消石灰粉石灰膏石灰乳2.1.2石灰的技術要求（1）建築生石灰和建築生石灰粉的技術要求符合建材行業標準《建築生石灰》JC/T479-92、《建築生石灰粉》JC/T480-92的規定。（2）建築消石灰粉的技術要求符合《建築消石灰粉》JC/T481-92規定。（1）可塑性和保水性好

（2）生石灰水化時水化熱大，體積增大2.1.3石灰的特性Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜KJOHCaOHCaO9.64)(22+®+水化過程中體積增大1-2.5倍，迅速放出大量熱（3）硬化緩慢硬化的兩個過程結晶過程碳化過程石灰碳化過程反應式：

Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3+(n+1)H2O

碳化生成的的碳酸鈣膜層緻密，阻礙了空氣中CO2+滲入，也阻礙了內部水分蒸發，因此硬化緩慢。（4）硬化時體積收縮大（5）硬化後強度低（6）耐水性差2.1.4石灰的應用三合土用作鋪築步道磚的墊層三合土樁灰土樁（1）製作石灰乳塗料（2）配製砂漿（3）拌制石灰土和石灰三合土（4）生產矽酸鹽製品2、天然二水石膏煆燒反應式：（1）.建築石膏（2）.高強石膏2.2石膏2.2.1建築石膏的生產簡介天然的原材料1、原材料化學工業副產品天然的二水石膏磷石膏和氟石膏2.2.3建築石膏的特性（1）.凝結硬化快。初凝時間極短，終凝時間也不超過30分鐘。應用時加入緩凝劑。2.2.2石膏的技術要求（略）硬化過程注意要點（1）二水石膏的溶解度約為半水石膏溶解度的1/5左右。（2）硬化過程中，水參與反應並不斷蒸發。（2）硬化後體積微膨脹性（3）硬化後孔隙率大，因此其強度較低、表觀密度小（4）隔熱、吸聲性良好（5）防火性能良好，耐火性能差（6）具有一定的調濕性能（7）耐水性與抗凍性較差（8）加工性能好2.2.4建築石膏的應用（1）製備粉刷石膏（2）建築石膏製品紙面石膏板裝飾石膏板吸聲用穿孔石膏板石膏藝術製品

第四章水泥

水泥的定義及分類

1、水泥定義：水泥呈粉末狀，與水混合，成可塑性漿體，經過物理化學反應過程可形成堅固的石狀休，既能在空氣硬化，又能在水中硬化的水硬性膠凝材料。2、水泥分類鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥、鐵鋁酸鹽系水泥水泥矽酸鹽系水泥通用水泥專用水泥特性水泥礦物組成

性能和用途大量用於—般土木工程的水泥,如矽酸鹽水泥、普通水泥等六大常用水泥專門用途的水泥，如油井水泥、大壩水泥某種性能比較突出的水泥，如快硬矽酸鹽水泥常用水泥六大品種水泥矽酸鹽水泥摻混合材料矽酸鹽水泥普通矽酸鹽水泥礦渣矽酸鹽水泥火山灰矽酸鹽水泥粉煤灰矽酸鹽水泥複合矽酸鹽水泥一、矽酸鹽水泥的定義及分類

凡以矽酸鹽水泥熟料（凡以適當生料燒至部分熔融，所得以矽酸鈣為主的水泥熟料），0～5％的石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為矽酸鹽水泥(即國外通稱的波特蘭水泥)。當矽酸鹽水泥中不摻混合材料時，稱為Ⅰ型矽酸鹽水泥，代號P.Ⅰ。當矽酸鹽水泥中混合材料摻量不超過5%時，稱為Ⅱ型矽酸鹽水泥，代號P.Ⅱ。二、矽酸鹽水泥的生產及熟料礦物組成

1、水泥生產原料主要有：石灰質原料（主要提供氧化鈣）和粘土質原料（主要提供氧化矽、氧化鋁及氧化鐵），還有校正原料（主要是鐵質校正原料，矽質校正原料）。矽酸鹽水泥的生產工藝概括起來就是“兩磨一燒”。

生產工藝過程：“兩磨一燒”

煆燒的過程：

100-200水分蒸發，乾燥階段

300-500原材料預熱階段

500-800分解階段，粘土開始脫水，生成氧化矽、氧化鋁及氧化鐵，石灰石有少量分解生成氧化鈣

900-1100固相反應階段

1100-1200反應較完全

1300-1450生成矽酸三鈣的過程，時間足夠長。2、孰料礦物組成矽酸三鈣(簡寫式C3S)——其礦物組成為3CaO·SiO2，含量約50%左右矽酸二鈣(簡寫式C2S)——其礦物組成為2CaO·SiO2，含量約20%左右鋁酸三鈣(簡寫式C3A)——其礦物組成為3CaO·Al2O3，含量7%～15%

鐵鋁酸四鈣(簡寫式C4AF)——礦物組成為4CaO·Al2O3·Fe2O3，含量10%～18%

矽酸鹽水泥熟料中還含有少量的游離氧化鈣和游離氧化鎂及少量的堿(氧化鈉和氧化鉀)。它們可能對水泥的品質及應用帶來不利影響。矽酸鹽水泥熟料礦物水化、凝結硬化特性名稱矽酸三鈣矽酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣凝結硬化速度28d水化放熱量強度快多高慢少早期低，後期高最快最多低快中低三、矽酸鹽水泥的水化與凝結硬化1、水化2、硬化

硬化後的水泥石是由膠體粒子、晶體粒子、凝膠孔、毛細孔及未水化的水泥顆粒所組成。其結構如圖所示。A－－未水化水泥顆粒B－－膠體粒子C－－晶體粒子D－－毛細孔（毛細孔水）E－－凝膠孔四、矽酸鹽水泥的技術要求1、細度：水泥顆粒的粗細程度。國家標準規定：矽酸鹽水泥的細度用透氣式比表面積儀測定，要求其比表面積測定，要求其比表面積大於300m2/kg；用篩析法，要求在0.08mm方孔篩上的篩餘量不得超過10%。2、凝結時間：（1）初凝時間：水泥加水拌合至標準稠度淨漿開始失去可塑性的時間。國家標準規定不早於45min。（2）終凝時間：水泥加水拌合至標準稠度淨漿開始失去可塑性的時間。國家標準規定不遲於390min。3.體積安定性

（1）概念：指水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻性。（2）危害：水泥體積安定性不良產生膨脹性裂縫，降低建築物品質，甚至引起嚴重工程事故。因此體積安定性不合格的水泥作廢品處理。（3）水泥安定性不良的原因：熟料中含有過多的游離氧化鈣或游離氧化鎂，或者水泥粉磨時所摻的石膏過量。（4）國家標準規定：用沸煮法檢驗必須合格。（5）檢測方法：可採用試餅法或雷氏法檢驗。在有爭議時以雷氏法為准。試餅法：沸煮三小時①、肉眼觀察有沒有裂紋，②直尺檢查有沒有彎曲現象。雷氏法：看膨脹值。在規定的範圍內屬合格。氧化鎂含量不得超過5.0%、三氧化硫含量不得超過3.5%

4.強度及強度等級

（1）意義：水泥的強度是評定其品質的重要指標，也是劃分水泥強度等級的依據。（2）國家標準規定：採用ISO法檢驗水泥膠砂強度。該法是將水泥和標準砂按1：3.0混合，加入規定數量的水(水灰比0.50),並按規定的方法製成40mm×40mm×160mm的試件，在標準溫度(20士1℃)的水中養護，分別測定其3d和28d的抗壓強度和抗折強度。（3）強度等級：根據3d、28d的抗壓強度和抗折強度結果,將矽酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R六個強度等級。水泥按3d強度又分為普通型和早強型兩種類型，其中有代號R者為早強型水泥。五、矽酸鹽水泥的腐蝕與防止

1、已經硬化的水泥製品在一般條件下，具有良好的耐久性，但在某些腐蝕性液體和氣體（統稱侵蝕介質）的作用下，有時也會逐漸遭到破壞，引起強度降低甚至造成建築物結構破壞，這樣的現象叫做侵蝕對水泥石的腐蝕。產生水泥石腐蝕的主要原因有以下幾種：（1）.淡水腐蝕水泥石中氫氧化鈣等易溶於水的成分，在淡水中有較大的溶解度(1升水中能溶氫氧化鈣1.3克以上），水質越純，溶解度越大。特別是在流動水的沖刷或壓力水的滲透作用下會加速其溶解，致使水泥石的孔隙增大強度降低，逐漸被破壞。（2）.酸性腐蝕在工業廢水、地下水、沼澤水中常含有不同種類的酸，這些酸與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成的化合物有的易溶於水，有的體積膨脹，使水泥石受到腐蝕以至破壞。（3）.硫酸鹽腐蝕在海水、地下水或某些工業廢水中常含有鈉、鉀、銨等硫酸鹽，它們與水泥石中的氫氧化鈣起置換作用，在水泥石的孔隙中形成石膏，石膏進一步與水泥石中水化鋁酸鈣起作用，生成針狀結晶的水化硫驢酸鈣，體積增大2~2.5倍，從而對水泥石產生巨大的破壞作用。因水化硫鋁酸鈣的針狀結晶與細菌中的桿菌外形相似，所以被稱為“水泥桿菌”。此外，鎂鹽、碳酸水及強鹼等對水泥石均有一定的腐蝕作用。

根據產生腐蝕的原因可採取下列防止措施：（1）根據建築物所處的環境，選用適當的水泥；（2）提高水泥製品本身的密實度，減少侵蝕介質的滲透；（3）當侵蝕作用很強時，在水泥結構物表面加做防護層，如塗刷瀝青、粘貼瓷磚等。六、矽酸鹽水泥的運輸及保管水泥很容易吸收空氣中的水分，發生水化作用凝結成塊狀，從而失去膠結能力。因此水泥在運輸和保管中應特別注意防水，防潮。工地存儲水泥應有專用倉庫，庫房要乾燥。存放袋裝水泥時，地面墊板要離地30cm，四周離牆30cm，堆放高度一般以10袋為宜，水泥的儲存應按照到貨先後依次堆放，儘量作到先到先用，防止存放過久。不同品種不同標號的水泥要分別存放，不得混雜，並要防止其他雜務混入。一般水泥的儲存氣為三個月，三個月後的強度降低約10~20%，時間越長，強度降低越多，使用存放三個月以上的水泥，必須重新檢驗其強度，否則不得使用。對於受潮水泥可以進行處理，然後再使用。七、矽酸鹽水泥的特性、應用

1.快硬、高強矽酸鹽水泥強度等級比較高，主要用於地上、地下和水中重要結構的高強度混疆土和頸應力混凝土工程。由於這種水泥硬化較快，還適用於早期強度要求高和冬季施工的混凝土工程。這是由於決定水泥石28d以內強度的C3S含量高以及凝結硬化速率高，同時對水泥早期強度有利的C3S含量較高。2.抗凍性好

水泥石的抗凍性主要取決於它的孔隙率和孔隙特徵。矽酸鹽水泥如採用較小水灰比，並經充分養護，可獲得密實的水泥石。因此．這種水泥適用於嚴寒地區遭受反復凍融的混凝土工程。特性、應用3.耐腐蝕性差矽酸鹽水泥石中含有較多的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣，所以不宜用於受流動及壓力水作用的混凝土工程．也不宜用於海水、礦物水等腐蝕作用的工程。4.耐熱性較差矽酸鹽水泥石的主要成分在高溫下發生脫水和分解，結構遭受破壞。因而從理論上講，矽酸鹽水泥並不是理想的防火材料。5.水化熱高矽酸鹽水泥中C3S及C3A含量較多，它們的放熱大，因而不宜用於大體積混凝土工程。6、幹縮小矽酸鹽水泥硬化時乾燥收縮小，不易產生幹縮裂紋，故適用於乾燥環境。摻混合材料的矽酸鹽水泥

一、混合材料1、定義：在生產水泥時，為改善水泥性能，調整水泥標號而加入到水泥當中去的天然或人工的礦物材料。混合材料還可促使水泥中的礦物組分發生變化，使某些性能如水化熱、抗侵蝕性等得到改善。2、分類（1）活性混合材混合材料磨成細粉，與石灰或與石灰和石膏拌合在一起，並加水後，能生成具有膠凝性的水化產物，既能在空氣中，又能在水中硬化的，稱活性混合材料。粒化高爐礦渣、火山灰質混合材料和粉煤灰都屬於活性混合材料。

（2）非活性混合材

磨細的石英砂、石灰石、慢冷矿渣和各種廢渣等屬於非活性混合材料，它們與水泥成分不起化學作用或化學作用很小。只起提高水泥產量，降低水泥標號，減少水化熱等作用。配高標號混凝土用。降低成本，改善性能的作用。

3、活性混合材料的作用

與水調和後，本身不會硬化，但在氫氧化鈣的溶液就會發生顯著的水化，而在飽和的氫氧化鈣的溶液中水化更快，水化反應一般認為：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·nH2O

x与混合材料的种类、石灰和活性氧化硅的比例、环境温度及作用所延续的时间等有关，一般认为1或稍大，n值一般為1-2.5。Ca(OH)2與SiO2作用的過程是無定形的矽酸吸收鈣離子，開始形成不定成分的吸附系統，後形成無定形的水化矽酸鈣，再經過較長一段時間後慢慢轉變成結晶不完善的凝膠。Ca(OH)2與Al2O3作用形成水化鋁酸鈣，石膏存在時與水化鋁酸鈣作用生成水化硫鋁酸鈣。

※激發劑：激發水化，促進凝結硬化的作用。分為鹼性激發劑和硫酸鹽激發劑。

1、普通矽酸鹽水泥：凡由矽酸鹽水泥熟料、6％∽15％混合材料、適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為普通矽酸鹽水泥(簡稱普通水泥)代號P.O。

2、礦渣矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料和20％～70％的粒化高爐礦渣及適量石膏混合磨細而成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣矽酸鹽水泥(簡稱礦渣水泥)，代號P.S。

3、火山灰質矽酸鹽水泥：

由矽酸鹽水泥熟料和20％～50％的火山灰質混合材料及適量石膏混合磨細而成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質矽酸鹽水泥(簡稱火山灰水泥)，代號P.P。

4、粉煤灰矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料和20％～40％的粉煤灰及適量石膏混合磨細而成的水硬性膠凝材料稱為粉煤灰矽酸鹽水泥(簡稱粉煤灰水泥)，代號P.F。

5、複合矽酸鹽水泥：凡由矽酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規定的混合材料、適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為複合矽酸鹽水泥,代號P·C。二、摻混合材料的酸鹽水泥

三、摻混合材料的矽酸鹽水泥的水化硬化：

水化：分二步进行：硅酸盐水泥熟料与水发生反应，生成的产物与硅酸盐水泥相同，随后是熟料矿物水化析出的氢氧化钙和掺入水泥中的石膏分别作为碱性激发剂和硫酸盐激发剂，与活性混合材料的活性成分发生二次水化反应，生成水化产物。

凝结硬化与硅酸盐水泥基本相同，但稍慢。

※二次水化：水泥熟料礦物水化後的產物與活性氧化物進行反應，生成新的水化產物，稱二次水化。

四、摻混合材料的矽酸鹽水泥的技術性質：

1、細度：0.08mm方孔篩，篩餘量不得超過10.0%。

2、凝結時間：初凝時間不得早於45min，終凝時間不得遲於10h。

3、體積安定性：除了礦渣水泥中三氧化硫含量不得超過4.0%外，其他技術要求均與矽酸鹽水泥相同。

4、強度及強度等級：強度等級有32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。五、摻混合材料的矽酸鹽水泥共性：1.凝結硬化建度慢，早期強度低，但後期強度增長較多，甚至可超過同強度等級的矽酸鹽水泥或普通水泥。故這三種水泥不宜用於有早強要求的工程．2.耐熱性好。氫氧化鈣含量低。3.水化放熱速度慢，放熱量低．宜用大體積混凝土工程．4.抗軟水和抗硫酸鹽腐蝕的能力較強．所以抗這兩種腐蝕的能力比矽酸鹽水泥或普通水泥要強．故適用於受軟水或硫酸鹽腐蝕的水利工程，海港工程及地下工程．5.抗凍性差．這三種水泥早期強度低．受凍易損害，且混合材料加入需水量大，又因為保水性差，易在水泥內產生孔隙通道，抗凍性差。故不宜用於嚴寒地區，特別是嚴寒地區水位經常變動的部位．個性礦渣水泥耐熱性較好—可用於耐熱砼泌水性、幹縮性較大，易形成孔隙通道，抗滲性差。火山灰水泥抗滲性好—適宜於抗滲砼（乾燥環境第二步反應停止）幹縮較大、不耐乾燥—不宜用於乾燥環境粉煤灰水泥幹縮小、抗裂性好鋁酸鹽水泥

一、高鋁水泥的生產、礦物組成與水化產物1.生產：高鋁水泥又稱礬土水泥，它是以鋁礬土和石灰石為原料，經鍛燒制得以鋁酸鈣為主要成分、氧化鋁含量約50％的熟料，再磨細製成的水硬性膠凝材料。2.礦物組成：高鋁水泥的主要礦物成分為鋁酸一鈣(簡寫為CA)，另外還有二鋁酸一鈣(簡寫為CA2)、矽鋁酸二鈣(簡寫為C2AS)、七鋁酸十二鈣(簡寫為Cl2A7)，以及少量的矽酸二鈣(C2S)等。3.水化產物：高鋁水泥的水化產物主要為十水鋁酸一鈣(CAH10)、八水鋁酸二鈣(C2AH8)和鋁膠(A1203.3H20)。CAH10和C2AH8具有細長的針狀和板狀結構，能互相結成堅固的結晶連生體，形成晶體骨架。析出的氫氧化鋁凝膠難溶於水，填充於晶體骨架的空隙中，形成較密實的水泥石結構。高鋁水泥初期強度增長很快，但後期強度增長不顯著。CAH10和C2AH8是介穩型晶體，隨時間的推移會逐漸轉變為穩定的水化鋁酸三鈣(C3AH6)。二、高鋁水泥的特性及應用1.快凝早強，1d強度可達最高強度的80％以上。2.水化熱大，且放熱量集中，1d內放出水化熱總量的70％一80％，使混凝土內部溫度上升較高，故即使在一10℃下施工，高鋁水泥也能很快凝結硬化。3.抗硫酸鹽性能很強，因其水化後無Ca(OH)2生成。4.耐熱性好，能耐1300—1400℃高溫。5.長期強度要降低，一般降低40％一50％。立方體晶體C3AH6相互搭接差，使骨架強度降低。二是在晶型轉化的同時，固相體積將減縮約50％，使孔隙率增加。二是在晶形轉變過程中析出大量游離水，進一步降低了水泥石的密度，從而使強度下降。6.施工適宜溫度為15℃，應控制在不大於25℃。也不能進行蒸汽養護。高鋁水泥不能用於長期承重的結構及高溫高濕環境中的工程，適用於緊急軍事工程(築路、橋)，搶修工程(堵漏等)、臨時性工程，以及配製耐熱混凝土，如高溫窯爐爐襯等。配製高鋁水泥混凝土時應採用低水灰比。不經過試驗，高鋁水泥不得與矽酸鹽水泥或石灰相混，以免引起閃凝和強度下降。其他品種水泥

1、快硬水泥2、白色矽酸鹽水泥3、膨脹水泥和自應力水泥4、道路矽酸鹽水泥5、中熱水泥和低熱礦渣水泥快硬水泥

1、快硬矽酸鹽水泥凡以矽酸鹽水泥熟料和石膏磨細製成，以3d抗壓強度表示標號的水硬性膠凝材料，稱為快硬矽酸鹽水泥（簡稱快硬水泥）。快硬水泥以3d強度確定其標號。製造過程與矽酸鹽水泥基本相同，只是適當增加了熟料中硬化快的礦物，即矽酸三鈣含量達50％一60％，鋁酸三鈣為8％一14％，兩者總量應不少於60％一65％。同時適當增加石膏摻量(達8％)，並提高水泥的粉磨細度，通常比表面積達450m2／kg。

快硬硅酸盐水泥水化放热速率快，水化热较高，早期强度高，但干缩率较大。主要用于配制早强混凝土，适用于紧急抢修工程和低温施工工程。

2、快硬硫鋁酸鹽水泥

凡以適當成分的生料，經煆燒所得以無水硫鋁酸鈣和矽酸二鈣為主要礦物，加入適量石膏磨細製成的早期強度高的水硬性膠凝材料，稱為快硬硫鋁酸鹽水泥。

快硬硫铝酸盐水泥的主要矿物为无水硫铝酸钙和β-C2S。膨脹水泥和自應力水泥

矽酸鹽膨脹水泥是以矽酸鹽水泥為主，外加高鋁水泥和石膏配製而成。膨脹源均來自於在水泥石中形成鈣礬石產生體積膨脹而致。膨脹水泥適用於補償混凝土收縮的結構工程，作防滲層或防滲混凝土；填灌構件的接縫及管道接頭；結構的加因與修補；固結機器底座及地腳螺絲等。自應力水泥適用於製造自應力鋼筋混凝土壓力管及其配件。使水泥產生膨脹的反應主要有三種：Ca0水化生成Ca(OH)2、Mg0水化生成Mg(OH)2以及形成鈣礬石，因為前兩種反應產生的膨脹不易控制，目前廣泛使用的是以鈣礬石為膨脹組分的各種膨脹水泥。

①自應力矽酸鹽水泥:以適當比例的矽酸鹽水泥或普通矽酸鹽水泥、高鋁水泥和天然二水石膏磨制而成的膨脹性的水硬性膠凝材料稱為自應力矽酸鹽水泥。

②自應力鋁酸鹽水泥:自應力鋁酸鹽水泥是以一定量的高鋁水泥熟料和二水石膏粉磨而成的大膨脹率膠凝材料。按1：2標準砂漿28d自應力值分為3.0，4.5和6.0三個級別。

③膨脹硫鋁酸鹽水泥:凡以適當成分的生料，經煆燒所得以無水硫鋁酸鈣和矽酸二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適量二水石膏磨細製成的具有可調膨脹性能的水硬性膠凝材料，稱為膨脹硫鋁酸鹽水泥。白色矽酸鹽水泥

普通水泥的顏色主要因其化學成分中所含氧化鐵所致。因此，白水泥與普通水泥製造上的主要區別，在於嚴格控制水泥原料的鐵含量，並嚴防在生產過程中混入鐵質。白水泥中鐵含量只有普通水泥的1／10左右。此外，錳、鉻等氧化物也會導致水泥白度的降低，故生產中亦須控制其含量。白水泥與普通水泥生產方法基本相同，但對原材料要求不同。生產白水泥用的石灰石及粘土原料中的氧化鐵含量應分別低於0．1％和0．7％。常用的粘土質原料有高嶺土、瓷石、白泥、石英砂等，石灰岩質原料則採用白堊。根據國家標準GB2015—91規定，白色矽酸鹽水泥分為325、425、525、625四個標號，白水泥按白度分為特級、—級，二級和三級四個等級。白色和彩色矽酸鹽水泥在裝飾工程中常用來配製彩色水泥漿，配製裝飾混凝土，配製各種彩色砂漿用於裝飾抹灰，以及製造各種色彩的水刷石、人造大理石及水磨石等製品。道路矽酸鹽水泥

由較高鐵鋁酸鈣含量的道路矽酸鹽水泥熟料，0％～10％活性混合材和適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為道路矽酸鹽水泥（簡稱道路水泥）。

對道路水泥（Portlandcementforroad）的性能要求是：耐磨性好、收縮小、抗凍性好、抗衝擊性好，有高的抗折強度和良好的耐久性。道路水泥的上述特性，主要依靠改變水泥熟料的礦物組成、粉磨細度、石膏加入量及外加劑來達到。道路水泥熟料的礦物組成，與普通水泥熟料相比，一般適當提高C3S和C4AF含量，C4AF的脆性小，體積收縮最小，提高C4AF的含量，對提高水泥的抗折強度及耐磨性有利。水泥的粉磨細度增加，雖可提高強度，但水泥的細度增加，收縮增加很快，從而易產生微細裂縫，使道路易於破壞。適當提高水泥中的石膏加入量，可提高水泥的強度和降低收縮，對製造道路水泥是有利的。另外，為了提高道路混凝土的耐磨性，可加入5％以下的石英砂。中熱水泥和低熱礦渣水泥

中熱矽酸鹽水泥和低熱礦渣矽酸鹽水泥的主要特點為水化熱低，適用於大壩和大體積混凝土工程。

中熱矽酸鹽水泥是由適當成分的矽酸鹽水泥熟料加入適量石膏磨細而成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料，簡稱中熱水泥。

低热矿渣硅酸盐水泥是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入矿渣和适量石膏磨细而成具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热矿渣水泥。其矿渣掺量为水泥质量的20％～60％，允許用不超過混合材總量50％的磷渣或粉煤灰代替礦渣。

第四章混凝土4.1混凝土概述一、混凝土的定義由膠凝材料、骨料、水以及必要時摻入的外加劑和礦物摻合材，按適當比例配合拌製成拌合物，經均勻攪拌，密實成型和養護硬化而成的人造石材。二、混凝土的分類

（一）按幹表觀密度分重砼＞2600kg/m3普通砼1950kg/m3

～2500kg/m3輕砼＜1950kg/m3

三、普通混凝土各組成材料的作用：砂、石對混凝土起潤滑作用，水泥和水組成水泥漿包裹在骨料的表面並填充骨料的空隙中。在混凝土拌和物中，水泥漿起潤滑作用，賦予混凝土拌和物流動性，便於施工；在混凝土硬化後起膠結作用。砂子水泥漿石子4.2普通混凝土的組成材料混凝土的品質，很大程度上原材料的技術性質是否符合要求。因此，為了選用材料和保證混凝土的品質，必須掌握原材料的技術品質要求。

4.2.1水泥4.2.1.1水泥品種和選擇

根據工程特點、所處環境條件及施工條件，進行合理選擇。4.2.1.2水泥強度等級的選擇

高強度等級的水泥配製高強度等級的混凝土，低強度等級的水泥配製低強度等級的混凝土。根據經驗，一般以水泥強度等級標準值為混凝土強度等級標準值的1.5-2.0倍為宜。一、細骨料:

普通混凝土骨料按粒徑大小分為兩種，粒徑小於5mm的顆粒稱為細骨料。細骨料主要採用天然砂和人工砂。细骨料天然砂河砂山砂人工砂海砂4.2.2骨料專案指標Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類雲母(按品質計)(%，小於）1.02.02.0輕物質(按品質計)(%，小於）1.01.01.0有機物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸鹽(SO3品質計)（%）0.50.50.5氯化物(以氯離子品質計)(%，小於)0.010.020.061、砂中有害物質含量（GB/T14684—2001）

2、砂的顆粒級配及粗細程度砂的顆粒級配：砂大小顆粒的搭配情況。砂的粗細程度：不同粒徑的砂混合在一起總體的粗細程度。總表面積小空隙率小篩分析試驗——評定砂的粗細程度和顆粒級配0.16mm0.315mm0.63mm1.25mm2.50mm5mm分計篩餘量：各篩上的篩餘量占砂樣總品質的百分率。累積篩餘量：各篩與比該篩粗的所有篩之分計篩餘百分率之和。篩孔尺寸，mm分計篩餘，%累計篩餘，%5.002.501.250.630.3150.16a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=

a1+a2+a3+a4+a5+a6分計篩餘和累計篩餘的關係

細度模數的計算3.7-3.1為粗砂3.0-2.3為中砂2.2-1.6為細砂例題：取一砂子試樣，進行篩分析試驗，已知所取試樣重500g，其篩餘量依次為44、68、115、140、80、46（g），度計算分計篩餘量，累計篩餘量，細度模數，並判斷為何種砂？篩分曲線篩孔尺寸I區II區III區10mm0005mm10-010-010-02.50mm35-525-015-01.25mm65-3550-1025-00.63mm85-7170-4140-160.315mm95-8092-7085-550.16mm100-90100-90100-90粗骨料技術要求有害雜質含量骨料的顆粒形狀和表面特徵：針片狀顆粒含量骨料的強度顆粒級配與最大粒徑堅固性1、顆粒級配與最大粒徑粗骨料顆粒級配粗骨料的顆粒級配按供應情況分連續粒級和單粒級。粗骨料最大粒徑:粗骨料公稱粒級的上限。粗骨料顆粒級配評定方法同砂子顆粒級配的評定方法。

2、粗骨料的顆粒形狀和表面特徵針狀顆粒：長度大於該顆粒所屬平均粒徑2.4倍的。片狀顆粒：厚度小於該顆粒所屬平均粒徑0.4倍的。

最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的1/4；不得超過鋼筋最小淨距的3/4；對於實心板，不得超過板厚的1/2且不得超過50mm；對於泵送混凝土，最大粒徑與輸送管道內徑之比，碎石不宜大於1:3，卵石不宜大於1:2.5。3、粗骨料強度(1)岩石抗壓強度:(2)壓碎指標值:

將母岩製成50mm×50mm×50mm的立方體試件或Ф50mm×50mm的圓柱體試件，在水中浸泡48h以後，取出擦幹表面水分，測得其在飽和水狀態下的抗壓強度值。%100010-=mmmδa4、骨料的堅固性

定義：指骨料在自然風化和其他外界物理、化學因素作用下，抵抗破壞的能力，也即指砂的耐久性。骨料採用硫酸鈉溶液法進行試驗，計算總品質損失百分率；人工砂採用壓碎指標值來判斷骨料的堅固性。

普通混凝土的主要性質：混凝土在凝結硬化前稱為混凝土拌合物。混凝土拌合物不同的施工環境和施工條件下表現出不同的特徵，而混凝土施工過程對硬化後的混凝土具有重大的影響，因此必須找出評價混凝土施工過程中的性質。這樣才能保證混凝土的品質。拌合物狀態時要求具有良好的和易性（或稱工作性），硬化後的混凝土應具有足夠的強度和必要的耐久性。4.3新拌混凝土的和易性

和易性是指混凝土拌合物易於施工操作（拌合、運輸、澆灌、搗實）並能獲致品質均勻、成型密實的性能。4.3.1混凝土拌合物和易性概念

和易性包含的內容：流動性、粘聚性和保水性。

離析是指拌合物各組分分離造成不均勻及失去流動性的現象。對於流動性較大的混凝土拌合物，因各組分粒度及密度不同，易引起砂漿與石子間的分層離析現象。對於硬性或少砂的混凝土拌合物，若裝卸及澆注方法不當，也會發生離析現象。泌水是指拌合水按不同方式從拌合物中分離出來的現象。

無論是離析，還是泌水對硬化後混凝土的強度和耐久性都將有很大的影響。

4.3.2混凝土拌合物和易性的測定方法根據《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GBJ80—85）規定，混凝土拌合物的稠度可採用坍落度法和維勃稠度法測定。

由於和易性是一項綜合的技術性制，因此很難找到一種能全面反映拌合物和易性的測定方法。通常以測定流動性（即稠度）為主，而對粘聚性和保水性主要通過觀察進行評定。4.3.2.1坍落度試驗

坍落度法適用於骨料最大粒徑不大於40mm、坍落度值大於10mm的塑性和流動性混凝土拌合物稠度測定。

坍落度試驗4.3.2.1維勃稠度法維勃稠度法適用於骨料最大粒徑不大於40mm，維勃稠度在5~30s之間的混凝土拌合物稠度的測定。維勃稠度試驗4.3.3影響混凝土和易性的因素4.3.3.2砂率砂率是指砂用量占砂、石總用量的品質百分比。砂率過大或過小都會導致混凝土和易性變差，應選擇合理砂率。

4.3.3.4環境因素、施工條件、時間、外加劑4.3.3.1水泥漿量及水灰比在水灰比不變的情況下，如果水泥漿越多，則拌合物的流動性越大；但若水泥漿過多，使拌合物的流動性、粘聚性變差。4.3.3.3水泥品種及細度、骨料的性質

如用礦渣水泥時，坍落度較普通水泥小，泌水性增加。砂率對混凝土坍落度的影響

粗骨料表面狀態不同對混凝土和易性的影響：卵石碎石4.4硬化後混凝土的強度

4.4.1混凝土的強度與強度等級

1、立方體抗壓強度（fcu）按照標準的製作方法製成邊長為150ｍｍ的立方體試件，在標準養護條件（溫度２０士3°Ｃ，相對濕度90％以上）下，養護至28ｄ齡期，按照標準的測定方法測定其抗壓強度值，稱為混凝土立方體抗壓強度。標準試塊測定混凝土立方體抗壓強度時，也可以採用非標準尺寸的試件，其尺寸應根據混凝土中粗骨料的最大粒徑而定，單其測定結果應乘以相應的尺寸換算係數見表強度換算係數(GB/T50081—2002)試件尺寸(mm)骨料最大粒徑(mm)強度換算係數100×100×100150×150×150200×200×20031.540630.9511.05混凝土立方體抗壓標準強度

2、強度等級

混凝土的“強度等級”是根據“立方體抗壓強度標準值”來確定的。按标准方法製作邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標準方法測得的強度總體分佈中具有不低於95%保證率的抗壓強度值，以fcu.k表示。如：C30，表示混凝土立方體抗壓強度標準值,fcu,k=30MPa。我國現行GB50010-2002《混凝土結構設計規範》規定,普通混凝土按立方體抗壓強度標準值劃分為：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14個強度等級。抗壓試驗3、軸心抗壓強度混凝土的強度等級只是評價混凝土力學性能的依據，為了使測得的混凝土強度接近於混凝土結構的實際情況，在鋼筋混凝土結構計算中，計算軸心受壓構件（如柱子）時都採用軸心抗呀強度作為標準試件，測定其標養28天的抗壓強度值。

採用150

150

300mm棱柱體作為標準試件，也可用非標準試件，但高寬比應在2∽3的範圍裏。

fcu：fcp=0.70∽0.80CementConcrete軸心抗壓強度試驗示意圖4.4.2影響混凝土強度的因素

4.4.2.1水泥強度等級和水灰比混凝土強度經驗公式：

式中：C/W——灰水比；

fcu——混凝土28d抗壓強度；

fce——水泥28d抗壓強度實測值。

A,B——經驗係數；

碎石A=0.46;B=0.07

卵石A=0.48;B=0.33fcu=Afce（C/W-B）4.4.2.2骨料的影響：

粗骨料表面狀態不同對混凝土強度的影響：4.4.2.3齡期

齡期指混凝土在正常養護條件下所經歷的時間，最初的7—14d發展較快，28d以後增長緩慢。公式應用條件：n——養護齡期，n≥3d。標準養護中等強度等級的混凝土1428抗壓強度齡期/d4.4.2.4養護的溫、濕度4℃38℃21℃13℃齡期抗壓強度031421287

養護溫度對混凝土強度的影響濕度的影響提高混凝土強度的措施1、高標號的水泥和快硬早強水泥2、幹硬性混凝土3、濕熱處理蒸汽養護：將混凝土放在溫度低於100℃常壓蒸汽中進行養護。一般16~20h。蒸壓養護：將混凝土構件放在125℃及8atm的壓蒸鍋內進行養護。4、採用機械攪拌和振搗5、摻外加劑、摻合料(一)混凝土的抗滲性（P4、P6、P8）(二)混凝土的抗凍性（F10、F15、F25）(三)混凝土的抗碳化性(四)堿骨料反應(五)抗化學侵蝕4.5硬化混凝土的耐久性混凝土抗滲儀

是指混凝土抵抗水、油等液體滲透的能力。抗滲性好壞用抗滲等級來表示。抗滲等級分為P4、P6、P8、P10、P12等5個等級。混凝土水灰比對抗滲性起決定性作用。提高混凝土抗滲性的根本措施在於增強混凝土的密實度。4.5.1混凝土的抗滲性

抗凍性是指混凝土在飽和水狀態下，能經受多次凍融迴圈而不破壞，也不嚴重降低強度的性能，是評定混凝土耐久性的主要指標。抗凍等級根據混凝土所能承受的反復凍融迴圈的次數，劃分為F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9個等級。混凝土的密實度、孔隙的構造特徵是影響抗凍性的重要因素4.5.2混凝土的抗凍性一、混凝土的碳化：指空氣中的CO2在濕度適宜的條件下與水泥水化產物Ca(OH)2發生反應，生成碳酸鈣和水，使混凝土鹼度降低的過程，碳化也稱中性化。二、混凝土碳化對混凝土性能的影響：

1、化學性能影響

2、物理性能影響

3、力學性能影響三、影響碳化的因素：

1、CO2濃度影響：越高，碳化速度越快。

2、濕度影響：相對濕度為50%-70%，碳化速度最快。低於25%碳化為0，高於100%，碳化速度也基本為0。

4.5.3混凝土的碳化一、混凝土的堿骨料反應：是指水泥中的堿(Na2O和K2O)含量較高時與骨料中的活性SiO2發生反應，在骨料表面生成堿—矽酸凝膠，這種凝膠具有吸水膨脹特性，會使包裹骨料的水泥石脹裂，這種現象稱為堿—骨料反應。二、堿骨料反應發生的條件：

1、膠凝材料提供堿的含量大於6%.

2、骨料具有活性.

3、在有水的情况下或潮湿的状态下。三、檢驗方法：

含有活性的骨料與高堿水泥製成1：2.25膠砂試塊，恒溫、怛濕養護，定期測量其膨脹值，如果6個月膨脹值不超過0.05%，12個月不超過0.1%。則合格。

4.5.4混凝土的堿骨料反應(一)非荷載作用下的變形化學收縮混凝土的幹縮濕脹溫度變形(二)荷載作用下的變形短期荷載作用下的變形長期荷載作用下的變形—徐變4.6硬化混凝土的變形性能混凝土變形及破壞的過程混凝土變形及破壞的過程4.5混凝土品質控制與強度評定本節課的主要講述內容：一、混凝土品質控制所包含的內容。二、混凝土強度品質的評定

混凝土品質控制參照標準：

1、《混凝土品質控制標準》(GB50164—92)2、《混凝土強度檢驗評定標準》(GBJl07—87)。一、混凝土的品質控制所包含的內容

1.混凝土生產前的初步控制，主要包括人員配備、設備調試、組成材料的檢驗及配合比的確定與調整等項內容。

2.混凝土生產過程中的控制，包括控制稱量、攪拌、運輸、澆築、振搗及養護等項內容。

3.混凝土生產後的合格性控制。包括批量劃分，確定批取樣數，確定檢測方法和驗收界限等項內容。

在混凝土施工過程中，原材料、施工過程及試驗條件、施工環境的變化，均可能造成混凝土品質的波動，影響到混凝土的和易性、強度及耐久性。由於強度是混凝土的主要技術指標，其他性能可從強度得到間接反映，故以強度為例分析波動的因素。二、混凝土強度品質的評定（一）混凝土強度統計的幾個基本概念1、隨機現象：無論自然現象和社會現象，在定條件下，其可能結果不只一個，至於哪一個出現，事先也無法確定，稱隨機現象。2、混凝土總體平均強度：Ufcu=1/n·∑fcu,i3、強度頻數：混凝土強度數據中，相同強度值出現的次數。4、強度頻率：某一強度等級混凝土的強度數據中，相同強度值出現的百分率。5、強度概率：大量重複試驗的情況下，強度頻率的穩定值。i=1n6、概率密度：概率（頻率）/組距組距：強度數據中，人為劃分的相鄰兩組強度值差。7、混凝土強度的概率分佈—正態分佈。基礎概率隨機變數概率分佈，有6種形式：即“兩點分佈”，“兩項分佈”，“普瓦松分佈”，“均勻分佈”，“指數分佈”和“正態分佈”。（1）正態分佈的直觀思想：混凝土材料在正常的施工情況下，許多影響因素是隨機的。所以混凝土的強度也是隨機變化的，對於隨機變數，可以用數理統計的方法來對其進行評定。設混凝土的強度等級C20的試塊總數共1000組，根據實測的混凝土強度數據以2MPa為組距，把全部試件分成15組，如下表：組別123456789101112131415fcu14-15.9516-17.9518-19.9520-21.9522-23.9524-25.9526-27.9528-29.9530-31.9532-33.9534-35.9536-37.9538-39.9540-41.9542-43.95Ufcu151719212325272931333537394143頻數6155095120147180140906640252051頻率0.0060.0150.0500.0950.1200.1470.1800.1400.0900.0660.0460.0250.0200.0050.001概率密度0.00300.00750.0250.04750.06000.03750.09000.07000.04500.0330.02000.01250.01000.00250.0005整理後的強度數據表0.010.020.030.040.050.060.070.080.09246810121416182022242628303234363840424446實際頻率曲線頻率分佈直方圖fcu隨機變數概率密度以概率密度為縱坐標，隨機變數fcu橫坐標，做頻率分佈直方圖。發現每個矩形的底邊長就是組距。矩形的面積=組距×概率密度=組距×概率（頻率）/組距=概率所以：矩形面積等於相應各組強度的頻率（概率）。各組頻率的和等於1，即100%。當組距越小時，頻率直方圖就轉化為分佈密度曲線（理論頻率曲線），分佈密度曲線的面積就轉化成概率。所以，描繪出的中間高、兩邊低，左右近似對稱“單駝峰狀曲線”—正態曲線，它所反映的數據分佈—正態分佈。（2），正態分佈特點及正態分佈函數：a:正態分佈特點：1、一個高峰，中間高，兩邊低，曲線“單駝峰型”有一個最高點。2、一個對稱軸，對稱軸直線fcu=Ufcu在曲線高峰處。3、一個漸近線（對稱軸fcu曲線無論向左或向右延伸，都越來越接近橫軸，但不會和橫軸相交）滿足這個條件的函數就是著名的正態分佈密度函數式：

b：正態分佈函數：基於上述分析，自然希望函數：fcu=Ufcu取極大值f(Ufcu-σ)=f(Ufcu+σ)fcu=±∞時，f(fcu)0正態分佈中，介於x1和x2之間，隨機變數x出現的概率P(x1≤x≤x2)可用下式表示：

所以對於混凝土的正態分佈密度函數式是：

（3）混凝土標準正態分佈曲線

a、作為混凝土的正態分佈，習慣橫坐標用標準差的數量表示，（即隨機變數為t)，經隨機變數的變數轉換，

P（fcu1≤fcu≤fcu2）=∫fcu2fcu1e(fcu-Ufcu)22σ2dfcuscuuffcut-=

（將t代入（4-6）式）則（4-6）式變為隨機變數t的概率密度函數f(t)，所以f(t)即混凝土標準正態分佈曲線。其運算式為：

21)(22tetf-=p21)(22xexf-=pb、隨機變數的變數轉換後稱標準正態分佈曲線的原因：因為標準正態分佈曲線的特例，即對稱軸通過原點x=0，標準差σ=1的正態分佈即N（0，1）所以，當x=0

，

σ=1

函數式

因此，在正態分佈曲線上，fcu1與fcu2之間的混凝土強度值出現的概率P（fcu1≤fcu≤fcu2）可用下式表示：fcu1fcu2fcu1fcu2P（fcu1≤fcu≤fcu2）=∫e(fcu-Ufcu)22σ2dfcuP（fcu1≤fcu≤fcu2）=∫f(fcu)dfcu（fcu1≤fcu≤fcu2）正態分佈曲線fcu1fcu2Ufcu概率fcu-=tdteP(t)2221p

∫t∞

在標準正態分佈曲線上自t-∞混凝土強度值出現的概率ò¥-=ttdteP(t)2221p

概率

標準正態分佈曲線t0t0.00-0.524-0.842-1.00-1.04-1.28-1.40-1.60P(t)0.5000.7000.8000.8410.8500.9000.9190.945t-1.645-1.800-2.000-2.060-2.330-2.580-2.880-3.000P(t)0.9500.9640.9770.9800.9900.9950.9980.999為計算方便可查表，已知t值可以查得p不同t值的p(t)值返回(二)、混凝土均質性的評定指標強度平均值、標準差、變異係數強度保證率配製強度1.強度平均值：Ufcu=1/n·∑fcu,i

平均值只反應混凝土強度總體強度水準,不能說明強度波動的大小.理論上，平均強度與該批混凝土的配製強度相等，它只反映該批混凝土強度的總平均值，而不能反映混凝土強度的波動情況。例如平均強度20MPa，可以由15Pa、20MPa、25MPa求得，也可以由18MPa、20MPa、22MPa求得，雖然平均值相等，但它們的均質性顯然後者優於前者。

ni=12、強度標準差

强度標準差：標準差對稱圴方差，它表明分佈曲線的拐點距強度平均值的距離，標準差越大，說明其強度離散程度越大，混凝土品質越不穩定，相反則說明控制品質好，但是太小時，就不太經濟，但當平均強度不等時，並不確切。例如平均強度分別為20MPa和50MPa的混凝土，當σ均等於5MPa時，對前者來說波動已很大，而對後者來說波動並不算大。因此，對不同強度等級的混凝土單用標準差值尚難以評判其勻質性，宜採用變異係數加以評定。

。上一张幻灯片其計算公式：

σ=

=N≥25

假設3個施工單位同樣生產C20混凝土，甲單位管理水準很高，統計等混凝土的標準差為2MPa，幾組混凝土平均強度f甲＝20＋1．645σ＝23．3MPa；乙單位施工管理水準一般，σ＝5MPa；幾組混凝土平均強度f乙＝20＋1．645σ＝28．2MPa；丙單位管理水準低劣，σ＝8MPa，幾組平均強度f丙＝20＋1．645σ＝33．2MPa，也就是說，3種施工水準的單位均得按95％保證率要求控制混凝土平均強度。施工品質優良的混凝土平均強度23．3MPa與施工品質低劣的混凝土平均強度33．2MPa具有同等的使用價值。因此，不但要使混凝土平均強度大於混凝土設計強度等級，更重要的是要想方設法減少混凝土強度的變異性。這樣，既保證了工程品質也降低了工程造價。

3.變異係數（又稱離差係數或標準差係數）

由於σ隨強度等級的提高而增大，當混凝土強度不同時,可採用Ｃv作為評定混凝土品質均勻性的指標。Ｃv越小，表示混凝土品質越好；Ｃv越大，則表示混凝土品質越差。變異係數亦即為標準差與平均強度的比值，實際上反映相對於平均強度而言的變異程度。其值越小，說明混凝土品質越均勻，波動越小。如上例中，前者的Cv＝5/20＝0.25；後者的Cv＝5/50＝0.1。顯而易見，後者品質均勻性好，施工管理水準高。其計算式如下:ufcuCvs=

4、強度保證率（Ｐ）

混凝土的強度保證率P（％）是指混凝土強度總體中，大於等於設計強度等級的概率，在混凝土強度正態分佈曲線圖中以陰影面積表示，見圖所示。低於設計強度等級（fcu，ｋ/fd）的強度所出現的概率為不合格率。混凝土強度保證率混凝土強度保證率Ｐ（％）的計算方法為：首先根據混凝土設計等級（fd）、混凝土強度平均值（）、標準差（σ）或變異係數（Ｃv），計算出概率度（ｔ），即

強度保證率Ｐ（％）就可由正態分佈曲線方程積分求得，即scuuffcut-=

但實際上當已知ｔ值時，可從數理統計書中的表內查到Ｐ值。(表5-19

）工程中Ｐ（％）值可根據統計週期內混凝土試件強度不低於要求強度等級的組數N0與試件總組數Ｎ（Ｎ≥２５）之比求得，即5、混凝土配製強度施工中，由於各種因素的影響，混凝土強度總會產生波動，為使混凝土具有要求的保證率，必須使混凝土的配製強度fcu.o高於混凝土設計強度等級的立方體抗壓強度標準值fcu.k。令：則：式中fcu.0——混凝土的配製強度，MPa；fcu.k——混凝土設計強度等級的抗壓強度標準值，MPa；σ——施工單位混凝土強度標準差的歷史統計水準，MPa；t——概率參數(概率度)。根據《混凝土強度檢驗評定標準》(GBJl07～87)，混凝土的強度保證率應為95%。據此，從表中可以查出，達到此保證率時，t=-1．645。所以混凝土配製強度應為：施工單位的混凝土強度標準差應按下列規定確定：

(1)當施工單位有近期的同一品種混凝土強度資料時，其混凝土強度標準差按下式計算：式中n——統計週期內同一品種混凝土試件的總組數，n≥25；fcu.i——統計週期內同一品種混凝土第i組試件的強度值，MPa；μfcu——統計週期內同一品種混凝土n組強度的平均值，MPa。(2)當施工單位不具有近期的同一品種混凝土強度資料時，其混凝土強度標準差可按下表取用。

混凝土強度等級

低於C20C20~C35

高於C35

σ(MPa)4．05．0

6．0注：在採用本表時，施工單位可根據實際情況，作適當調整。1工程實例

1.1工程概況

南京地鐵一號線小行段專用線高架橋,由中隧集團ＴＡ1標專案部施工,天津新亞太監理公司監理,專用線高架橋箱梁混凝土設計強度等級為Ｃ50,箱梁混凝土從2002年8月開始澆築,到2003年1月結束。

1.2數理統計

專用線高架橋箱梁共送檢混凝土試塊24組,根據其抗壓強度測試結果,用數理方法進行統計分析,結果如表1所示。

分析評價

統計結果表明,高架橋箱梁混凝土標號雖然較高,但是均方差和變異係數都很小,如表1混凝土強度保證率比較高,從強度波動圖亦可看出混凝土強度總體比較穩定;通過檢查評定,結構實體混凝土達到了內實外光的效果。因此,南京地鐵一號線小行段專用線高架橋箱梁混凝土滿足安全、經濟和美觀要求。小浪底工程分佈密度曲線返回4.8普通混凝土配合比設計4.8.1.1混凝土配合比設計的四項基本要求：1.滿足強度等級要求；2.滿足所要求的和易性；3.滿足工程耐久性的要求；4.符合經濟原則.4.8.1混凝土配合比設計基本要點

用計算、統計、試驗的方法確定不同強度等級配製1m3混凝土各組成材料的用量和比例。4.8.1.2混凝土配合比設計內涵：三個參數1、水灰比2、單位用水量3、砂率4.8.1.3混凝土配合比設計的算料基準1、計算1m3混凝土拌合物中各材料的用量，以品質計。2、計算時，骨料以乾燥狀態品質為基準，所謂乾燥狀態，是指細骨料含水率小於0.5%，粗骨料含水率小於0.2%。初步配合比基準配合比實驗室配合比施工配合比4.8.2普通混凝土配合比設計的方法和步驟1.確定配製強度(fcu,t)一、初步配合比的確定2.確定水灰比值(W/C)復核耐久性3.確定用水量(Wo)

根據施工要求的坍落度值和已知的粗骨料種類及最大粒徑，通過查表選取單位用水量。注：①本表用水量系採用中砂時的平均取值，採用細砂時，每立方米混凝土用水量可增加5~10㎏，採用粗砂則可減少5～10㎏。②摻用各種外加劑或摻合料時，用水量應相應調整。4.計算混凝土的單位水泥用量(Co)復核耐久性5.確定合理砂率(Sp)

根據混凝土具有良好和易性的合理砂率，粗骨料種類及最大粒徑及已確實的水灰比，通過查表選取合理砂率。6.確定1m3混凝土的砂石用量（體積法）

品質法確定砂石用量

在初步配合比基礎上,進行和易性和強度調整。

1、和易性調整得基準配合比：按初步配合比稱取一定體積混凝土所需的各種原材料，按規定的方法拌和、進行坍落度或工作度試驗。調整砂率：粘聚性、如保水性不良，則增大砂率。調整單位用水量：流動性過小，則保持W/C不變，增大水泥漿用量。流動性過大，則保持砂率不變，適當增加砂石的用量。

2、強度校正得實驗室配合比：一般採用三個不同的配合比，其中一個為基準配合比，另外兩個配合比的水灰比值，應較基準配合比分別增加及減少0.05，其用水量應該與基準配合比相同，但砂率值可做適當調整並測定表觀密度。各種配比製作兩組強度試件，如有耐久性要求，應同時製作有關耐久性測試指標的試件，標準養護28d天進行強度測定。

假設工地砂、石含水率分別為a%和b%，則施工配合比為：C′=CshS′=Ssh(1+a%)G′=Gsh(1+b%)W′=Wsh-Ssh·a%-Gsh·b%3、施工配合比的確定

混凝土外加劑

定義：混凝土外加劑是在混凝土生產過程摻入，用來改善混凝土性能，摻入不超過水泥品質5％。

目前，外加劑品種已發展到數百個品種，其產量也日益增加，使其在土木工程建設中的作用越來越重要，並且已經成為現代水泥混凝土技術進步的標誌之一。從目前土木工程技術發展的現狀來看，外加劑也已成為現代混凝土中不可缺少的組分，其技術經濟效果已得到工程界的普遍認同和重視。

混凝土外加劑的分類

根據國家標準GB8075—87中按外加劑主要功能劃分。混凝土外加劑按主要功能大致分為以下四類：

1、改變新拌混凝土流變性能的外加劑，如引氣劑、泵送劑、減水劑。

2、改變混凝土空氣（或其他氣體）含量的外加劑，如引氣劑、加氣劑等；

3、調節混凝土凝結硬化速度的外加劑，如緩凝劑、速凝劑、早強劑等；

4、改善混凝土其他性能的外加劑，如著色劑、膨脹劑、防凍劑、阻鏽劑等。

常用混凝土外加劑

一.減水劑

1、定義：在新拌混凝土坍落度基本相同的條件下，能顯著減少其用水量的外加劑，稱為減水劑。減水劑一般多為表面活性劑。

表面活性劑的分子結構特：是具有顯著改變(通常為降低)液體表面張力或二相間介面張力的物質，其分子由親水基團和憎水基團二個部分組成。（1）、表面活性劑的分子結構（2）、表面活性劑的特性及其作用表面活性劑分子的吸附定向排列2、減水劑的作用機理

1、吸附-分散作用

2、潤滑作用

3、濕潤作用3、減水劑的技術經濟效果

①提高混凝土流動性。在混凝土原配比保持不變的情況下，摻加減水劑後可改變其新拌混凝土的稠度（增大坍落度或減小維勃稠度），從而提高其流動性，且不影響混凝土的強度。

②提高混凝土強度。在保持新拌混凝土流動性和水泥用量不變的條件下，摻加減水劑後可減少部分拌合用水量，降低混凝土的實際水灰比，從而提高其強度和耐久性。③節約水泥。在保持新拌混凝土流動性及硬化混凝土強度不變的條件下，可以在減少拌合用水量的同時，相應減少水泥用量（維持水灰比不變），從而節省水泥並改善某些性能。二.引氣劑

1、定義：引氣劑是在混凝土攪拌過程中能引入大量均勻分佈且穩定而封閉小氣泡的外加劑。引氣劑屬於憎水性表面活性劑，其活性作用主要發生在水-氣介面上。

摻入引氣劑後，混凝土中產生的氣泡大小均勻，直徑在20～1000μm之間，大多在200μm以下。

2、引氣劑對混凝土性能的影響

（1）有效改善新拌混凝土的和易性。提高了新拌混凝土的流動性。使新拌混凝土的泌水率顯著降低，粘聚性和保水性明顯改善。（2）顯著提高混凝土的杭滲性和杭凍性。（3）變形能力增大，但強度有所降低。通常，混凝土中含氣量每增加1％，其抗壓強度可降低4％～6％，抗折強度可降低2％～3％。為防止混凝土強度的顯著下降，應嚴格控制引氣劑的摻量，以保證混凝土的含氣量不致過大。

抗凍融性要求高的混凝土，必須摻用引氣劑，其摻量應根據混凝土的含氣量要求，通過試驗確定。三.早強劑

1、定義：早強劑是能顯著加速混凝土早期強度發展且對後期強度無顯著影響的外加劑。2、常用品種早強劑的作用機理

（1）氯化鈣。CaCl2與水泥漿中的水化C3A反應，生成幾乎不溶於水的水化氯鋁酸鈣(3Ca0·Al203·3CaC12·32H20)，並與水泥水化產物Ca(OH)2反應，生成溶解度極小的氧氯化鈣(CaCl2·3Ca(OH)2·12H2O)。Ca(OH)2濃度的降低，又促進了C3S的進一步水化。由於這些反應的綜合作用，使混凝土硬化加快，早期強度顯著提高。（2）硫酸鈉。它可迅速與水泥水化產物Ca(OH)2反應，生成呈高度分散狀態的CaS04·2H20,它又很快與C3A的水化物反應迅速生成難溶於水的水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）。（3）三乙醉胺。三乙醇胺是一種催化劑。四.緩凝劑

加入混凝土中後能延長其凝結時間而不顯著降低其後期強度的外加劑稱為緩凝劑。目前土木工程中較常用的緩凝劑主要有糖類、無機鹽類、羥基羧酸及其鹽類和木質素磺酸鹽類等，主要品種有糖蜜、木質素磺酸鹽及檸檬酸等。有機類緩凝劑多為表面活性劑，摻入混凝土中，能吸附在水泥顆粒表面，並使其表面的親水膜帶有同性電荷，從而使水泥顆粒相互排斥，阻礙了水泥水化產物的凝聚。無機類緩凝劑往往是在水泥顆粒表面形成一層難溶的薄膜，對水泥顆粒的正常水化起阻礙作用，從而導致緩凝。4.9其他種類混凝土4.9.1輕混凝土

凡幹表觀密度小於小於1950kg/m3的混凝土稱為輕混凝土。輕骨料混凝土多孔混凝土無砂大孔混凝土分類4.9.1.1輕骨料混凝土工業廢料輕骨料（粉煤灰，煤渣）天然輕骨料（火山渣，浮石）人工輕骨料（葉岩陶粒，粘土陶粒）輕骨料種類輕骨料混凝土的特點及應用

優點：體積密度比普通混凝土減小1/4～1/3，絕熱性能改善，結構尺寸減小，增加使用面積,降低基礎費用和材料運輸費用，綜合效益良好。用途：多層和高層建築，軟土地基，大跨度結構，抗震結構，耐火等級要求高的結構，要求節能以及舊建築加層等。輕骨料混凝土用途保溫輕骨料混凝土結構保溫輕骨料混凝土結構輕骨料混凝土用途強度等級CL5.0;CL7.5;CL10;CL15;CL20;CL25;CL30;CL35;CL40;CL45;CL50表觀密度——800～190012個等級4.9.1.2多孔混凝土定義：不用粗骨料，內部分佈著大量小氣孔的輕質混凝土。特點：孔隙率可達85％，表觀密度300～1000，導熱係數0.081~0.17W/(mk)兼具有結構及保溫的功能，容易切割，易於施工。用途：製成砌塊，牆體，屋面板及保溫製品，廣泛應用於工業與民用建築及保溫工程中。加氣混凝土泡沫混凝土氣孔產生方法4.9.1.2無砂大孔混凝土

特点：导热系数小，保温性能好，吸湿性小，收缩小，抗冻性15～25次凍融迴圈，水泥用量低。

用途：用於製作牆體用的小型空心砌塊和各種板材，也可用於澆注