建筑材料（第二版）课件：混凝土材料

混凝土材料

3.1普通混凝土原材料的性能指标要求3.2混凝土的主要技术性质3.3混凝土的配合比设计3.4骨料的表观密度检测3.5骨料的堆积密度检测3.6混凝土的配制和性能检测3.7其他品种混凝土3.8混凝土见证取样送检本章小结3.1普通混凝土原材料的性能指标要求

3.1.1水泥

水泥是混凝土中最主要的组成材料。合理选择水泥，对于保证混凝土的质量、降低成本是非常重要的。水泥品种的选择，应根据结构物所处的环境条件及水泥的特性等因素综合考虑，可参照表2-13进行选用。水泥的强度应与要求配制的混凝土强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级的混凝土，不仅会使水泥用量过多而不经济，还会降低混凝土的某些技术品质(如收缩率增大等)；反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏小，从而影响耐久性；若兼顾耐久性等要求，又会导致超强而不经济。通常，配制一般混凝土时，水泥强度为混凝土设计强度等级的1.5～2.0倍；配制高强度混凝土时，水泥强度为混凝土设计强度等级的0.9～1.5倍。

但是，随着混凝土强度等级不断提高，以及采用了新的工艺和外加剂，高强度和高性能混凝土不受此比例约束。表3-1是建筑工程中水泥强度等级对应宜配制的混凝土强度等级的参考表。3.1.2骨料

1.普通砂

普通砂系指河砂、海砂和山砂，是在自然条件作用下形成的、粒径在5mm以下的颗粒。河砂、海砂由于受水流的冲刷作用，颗粒多呈圆形，表面较光滑，拌制混凝土时需水量较少，但砂粒与水泥间的胶结力较弱，而且海砂中常含有贝壳碎片及可溶性盐类等有害杂质；山砂颗粒多具棱角、表面粗糙，需水量较大，和易性差，但砂粒与水泥间的胶结力强，有时含较多的黏土等有害杂质。选用砂时，应按就地取材的原则。当无砂源时，也可考虑采用人工砂，即将岩石经轧碎筛选而成的砂。

1)有害杂质含量

砂中常含有黏土、淤泥、有机物、云母、硫化物及硫酸盐等杂质。黏土、淤泥黏附在砂粒表面，妨碍水泥与砂粒的黏结，降低混凝土强度、抗冻性和抗磨性，并增大混凝土的干缩。砂中含泥量和泥块含量规定见表3-2。云母呈薄片状，表面光滑，与水泥黏结不牢，会降低混凝土的强度。有机物、硫化物和硫酸盐等对水泥均有腐蚀作用。砂中有害物含量的一般规定见表3-3。注：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的混凝土和建筑砂浆。

2)粗细程度及颗粒级配

砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起时的平均粗细程度。在砂用量相同的情况下，若砂子过粗，则拌制的混凝土黏聚性较差，容易产生离析、泌水现象；若砂子过细，砂子的总表面积增大，虽然拌制的混凝土黏聚性较好，不易产生离析、泌水现象，但需要包裹砂子表面的水泥浆较多，水泥用量增大。所以，用于拌制混凝土的砂，不宜过粗，也不宜过细。

砂的颗粒级配是指砂中大小颗粒的搭配情况。砂中大小颗粒含量搭配适当，则其空隙率和总表面积都较小，即具有良好的颗粒级配。用这种级配良好的砂配制混凝土，不仅所用水泥浆量少，节约水泥，而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。

图3-1中分别为单一粒径、两种粒径、三种粒径的砂搭配起来的结构示意图。图3-1不同粒径的砂搭配的结构示意图筛分析法是用一套孔径为4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.60 mm、0.30 mm和0.15 mm的标准方孔筛，按照筛孔的大小顺序，将用9.50 mm方孔筛筛出的500g干砂，由粗到细过筛，称得各号筛上的筛余量，并计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5和a6(各筛上的筛余量占砂样总重的百分率)及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6(各号筛的分计筛余百分率加上大于该筛的分计筛余百分率之和)。其关系见表3-4。砂的粗细程度用细度模数Mx表示。Mx的计算公式为(3-1)砂按细度模数Mx分为粗、中、细三种规格：

Mx = 3.7～3.1时为粗砂；

Mx = 3.0～2.3时为中砂；

Mx = 2.2～1.6时为细砂。普通混凝土用砂以中砂较为适宜。砂的颗粒级配用级配区表示，根据《建筑用砂》(GB/T14684—2001)的规定，对细度模数为3.7～1.6的砂，按累计筛余百分率划分为三个级配区，见表3-5。混凝土用砂的颗粒级配，应处于表3-5中的任何一个级配区内。表中所列的累计筛余百分率，除4.75 mm和0.60 mm筛号外，允许稍有超出分界线，但其总量不大于5%。

砂颗粒级配区中，1区砂颗粒较粗，宜用来配制水泥用量多(富混凝土)或低流动性普通混凝土；2区为中砂，粗细适宜，配制混凝土宜优先选用2区砂；3区颗粒偏细，所配混凝土拌和物黏聚性较大，保水性好，但硬化后干缩较大，表面易产生微裂缝，使用时宜适当降低砂率。例3-1

某砂样筛分结果列于表3-6中，试评定该砂的粗细程度和颗粒级配。

解：计算细度模数：该砂属于中砂。查表3-5知，该批砂颗粒级配区为2区。结果评定：该砂样为2区中砂。如果砂子自然级配不合适，如表3-7所列甲砂比第3级配区的要求偏粗，而比第2级配区的要求偏细，乙砂比第1级配区的要求偏粗，这时就要采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例掺和使用，进行试配。甲、乙两种不符合级配要求的砂，按甲砂20% + 乙砂80%配合调整后的混合砂级配符合第1级配区要求；按甲砂50% +乙砂50%配合调整后的混合砂，其级配符合第2级配区要求。

3)砂的物理性质

(1)表观密度：一般为2550kg/m3～2750kg/m3。

(2)堆积密度：干砂一般为1450kg/m3～1700kg/m3。

(3)空隙率：一般为35%～45%，配制混凝土用砂，要求空隙率小，一般不宜超过40%。

(4)含水率：砂中含水量的变化将引起砂的体积变化。

以干砂的体积为标准，当含水率为5%～7%时，体积增大25%～30%，这是由于砂在此种含水状态时，颗粒表面包有一层水膜，使砂粒互相黏附，流动性消失进而形成更疏松的结构之故。若含水率再增大，包裹砂粒表面的水膜增厚至破裂，砂粒相互间就不能黏附，重又恢复流动性，故体积反而缩小。所以在拌制混凝土时，砂子的用量以质量控制较为准确可靠。

砂中所含水分可分为四种状态：

(1)完全干燥(烘干状态)：在不超过110℃的温度下烘干，达到恒重的状态。

(2)风干(气干)状态：不但砂颗粒的表面是干燥的，而且内部也有一部分呈干燥状态。

(3)饱和面干(表干)状态：颗粒表面是干燥的而砂内部孔隙为含水饱和状态。该状态下砂的含水率称为饱和面干吸水率。

(4)潮湿状态：砂颗粒的内部吸水饱和，而且表面也吸附水的状态。

砂中含水量的不同，将会影响混凝土的拌和水量和砂的用量。在混凝土配合比设计中，为了有可比性，规定砂的用量应按完全干燥状态为准计算，对于其他状态含水率应进行换算。

2.普通石子

普通石子包括碎石和卵石。碎石是由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石是天然岩石由自然条件作用而形成的粒径大于4.75mm的颗粒。

碎石表面粗糙，颗粒多棱角，与水泥浆黏结力强，配制的混凝土强度高，但其总表面积和空隙率较大，拌和物水泥用量较多，和易性较差；卵石表面光滑，少棱角，空隙率及表面积小，拌制混凝土需用水泥浆量少，拌和物和易性好，便于施工，但所含杂质常较碎石多，与水泥浆黏结力较差，故用其配制的混凝土强度较低。

1)有害杂质含量

石子中含有黏土、淤泥、有机物、硫化物及硫酸盐和其他活性氧化硅等杂质。有的杂质影响黏结力，有的能和水泥产生化学作用而破坏混凝土结构。此外，针片状颗粒的含量也不宜过多。碎石和卵石中各种杂质的控制含量见表3-8和表3-9。

2)最大粒径与颗粒级配

(1)最大粒径。石子中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径，如5～20粒级的石子，其最大粒径为20 mm。在石子用量一定的情况下，随着粒径的增大，总表面积减小。由于结构尺寸和钢筋疏密的限制，在便于施工和保证工程质量的前提下，按有关规定，石子的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的l/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于厚度为100 mm或小于100 mm的混凝土板，允许采用一部分最大粒径达1/2板厚的骨料，但其数量不得超过25%。若采用泵送混凝土，还要根据泵管直径加以选择。

(2)颗粒级配。石子和砂子一样，也应具有良好的颗粒级配，以达到空隙率与总表面积最小的目的。颗粒级配良好的石子，既能节约水泥用量，又能改善混凝土的技术性能。石子级配的原理与砂基本相同，不同之处是，其级配分为连续级配与间断级配两种。

连续级配是指颗粒的尺寸由大到小连续分级，其中每一级骨料都占适当的比例。如近似球形的骨料，当其粒径均匀时，则颗粒之间空隙的体积大(见图3-1(a))；当粒径分布在一定范围时，大颗粒之间的空隙由小颗粒填充(见图3-1(c))并占适当比例，减少了空隙，相应地水泥浆的需用量也减少。间断级配是省去一级或几级中间粒级的集料级配，大颗粒之间的空隙由比它很多的小颗粒来填充，能降低空隙率，节约水泥。但由于颗粒相差较大，混凝土拌和物易产生离析现象。因此间断级配只适用于机械振捣流动性低的干硬性拌和物。

测定石子的最大粒径与颗粒级配的方法仍采用筛分法。所用标准筛的孔径尺寸为2.36 mm、4.75 mm、9.50 mm、16.0 mm、19.0 mm、26.5 mm、31.5 mm、37.5 mm、53.0 mm、63.0 mm、75.0 mm、90 mm。将石子筛分后，计算出各筛分计筛余百分率和累计筛余百分率。以公称粒级的上限为该粒级的最大粒径。其颗粒级配应符合表3-10的规定。

3)强度与坚固性

(1)强度。配制混凝土的碎石或卵石，必须具有足够的强度才能保证混凝土的强度和其他性能达到规定的要求。

粗骨料的强度用岩石立方体抗压强度和压碎指标表示。在选择采石场或对粗骨料强度有严格要求或对质量有争议时，宜用岩石立方体检验；对于经常性的生产质量控制，则用压碎指标值检验较为方便。采用立方体强度检验时，将碎石或卵石制成50 mm×50 mm×50 mm的立方体(或直径与高均为50 mm的圆柱体)试件，在水饱和状态下，测得其抗压强度与所采用的混凝土设计强度等级之比应不小于1.5。C30以上混凝土应不小于2.0。一般情况下，火成岩试件的强度不宜低于80 MPa，变质岩不宜低于60 MPa，水成岩不宜低于30 MPa。

用压碎指标表示粗骨料强度是通过测定集料抵抗压碎的能力，来间接地推测其相应强度的。将一定量9.5 mm～19.5 mm的颗粒，在气干状态下装入一定规格的圆筒内，在压力机上施加一定的荷载，卸荷后称得试样重(G1)，用孔径为2.36 mm的筛筛分试祥，称取试样的筛余量(G2)，则

压碎指标应按表3-11的规定采用。

(2)坚固性。骨料抵抗自然界各种物理及化学作用的性能称为坚固性。为保证混凝土的耐久性，混凝土用碎石或卵石除应具有足够的强度外，还必须具有足够的坚固性。

坚固性试验一般采用硫酸钠溶液浸泡法，即将一定量的骨料浸泡在一定浓度的硫酸钠溶液中，使溶液渗入骨料中，形成结晶膨胀力对骨料的破坏，按破坏程度间接判断其坚固性，其指标应符合表3-12中的规定。

4)物理性质

(1)表观密度：随岩石的种类而异，一般为2550kg/m3～2850kg/m3。

(2)堆积密度：干石子一般为1400kg/m3～1700kg/m3。

(3)空隙率：一般应小于45%。3.1.3拌和及养护用水

1.对水的基本要求

拌制和养护各种混凝土所用的水应采用符合国家标准的生活饮用水。地表水和地下水情况很复杂，若其总含盐量及有害离子的含量超过规定值，必须进行适用性检验，合格后方能使用。当水质不能确定时，也可将该水与洁净水同时分别制作混凝土试块，进行强度对比试验，当该水制成的试块强度不低于洁净水制成的试块强度时，方可使用。

允许用海水拌制素混凝土，但不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土；有饰面要求的混凝土不能用海水拌制，因海水有引起表面潮湿和盐霜的趋向；海水也不应用于高铝水泥拌制的混凝土中。

2.拌和水质量标准

混凝土拌和水中各物质含量应满足《混凝土拌和用水标准》(JGJ63—2006)的要求，规定见表3-13。3.1.4外加剂

1.外加剂的作用

(1)改善混凝土拌和物的和易性，利于机械化施工，保证混凝土的浇筑质量。

(2)减少养护时间，加快模板周转，提早对预应力混凝土放张，加快施工进度。

(3)提高混凝土的强度，增加混凝土的密实度、耐久性、抗渗性等，提高混凝土的质量。

(4)节约水泥，降低混凝土的成本。

2.外加剂的分类

混凝土外加剂的种类繁多，功能多样，通常分为以下几种：

(1)改变混凝土拌和物流动性的外加剂，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、早强剂和速凝剂等；

(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、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、防冻剂、防水剂和泵送剂等。

3.常用的混凝土外加剂

1)减水剂

减水剂是在保持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌和用水量的外加剂；或在保持混凝土拌和物用水量不变的情况下，能增大混凝土坍落度的外加剂。

(1)减水剂的分子结构和特性。减水剂多属于表面活性剂，其分子由亲水(憎油)基团和憎水(亲油)基团两部分组成，如图3-2所示。减水剂的分子能溶解于水中，并且其分子中的亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并做定向排列，如图3-3所示。图3-2减水剂的分子结构图3-3减水剂分子在水溶液中的行为

(2)减水剂的减水机理。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，形成絮凝结构(见图3-4)，其中包裹了许多拌和水，从而降低了混凝土拌和物的流动性。图3-4水泥浆的絮凝结构若向水泥浆体中加入减水剂，则减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液。这样一方面使水泥颗粒表面带上了相同的电荷，加大了水泥颗粒间的静电斥力，导致了水泥颗粒相互分散(见图3-5(a))，絮凝状结构中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；另一方面，由于亲水基对水的亲和力较大，因此在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，包裹在水泥颗粒周围，增加了水泥颗粒间的滑动能力，使拌和物流动性增大，同时水膜又将水泥颗粒隔开，使水泥颗粒的分散程度增大(见图3-5(b))。综合以上两种作用，混凝土拌和物在不增加用水量的情况下增大了拌和物的流动性。图3-5减水剂作用示意图

(3)减水剂的技术经济效果。

①在原配合比不变的条件下，即用水量和水灰比不变时，可以增大混凝土拌和物的坍落度(约100mm～200mm)，且不影响混凝土的强度。

②在保持流动性和水泥用量不变时，可显著减少拌和用水量(约10%～20%)，从而降低水灰比，使混凝土的强度得到提高(约提高15%～20%)，早期强度提高约30%～50%。

③保持混凝土强度和流动性不变，可节约水泥用量10%～15%。④提高了混凝土的耐久性。减水剂的掺入显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低40%～80%，从而提高了混凝土的抗渗、抗冻、抗化学腐蚀等能力。

⑤掺入减水剂后，还可以改善混凝土拌和物的泌水、离析现象，减慢水泥水化放热速度，延缓混凝土拌和物的凝结时间。

2)引气剂

引气剂是指在搅拌过程中能引入大量分布均匀的、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂在每1m3混凝土中可生成500～3000个直径为(50～1250)μm(大多在200μm以下)的独立气泡。

(1)引气剂的分子结构特性。引气剂为憎水性表面活性物质，它能在水泥—水—空气的界面定向排列，形成单分子吸附膜，提高泡膜的强度，并使气泡排开水分而吸附于固相粒子表面，因而能使搅拌过程混进的空气形成微小而稳定的气泡，均匀分布于混凝土中。

(2)引气剂对混凝土的作用。

①改善混凝土拌和物的和易性。大量微小封闭的球状气泡在混凝土拌和物内形成，如同滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，减少泌水和离析，改善了混凝土拌和物的保水性、黏聚性。

②显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。大量均匀分布的封闭气泡切断了混凝土中的毛细管渗水通道，改变了混凝土的孔结构，使混凝土的抗渗性显著提高。

③降低混凝土强度。大量气泡的存在减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。一般混凝土的含气量每增加1%，其抗压强度将降低4%～5%，抗折强度降低2%～3%。引气剂可用于抗渗混凝土、抗冻混凝土、抗硫酸侵蚀混凝土和泌水严重的混凝土等，但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力钢筋混凝土。

近年来，引气剂逐渐被引气型减水剂所代替，因为它不但能减水且有引气作用，提高了混凝土的强度，节约水泥。

3)缓凝剂

缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。

缓凝剂的缓凝作用是由于在水泥颗粒表面形成了不溶性物质，使水泥悬浮体的稳定程度提高并抑制水泥颗粒凝聚，因而延缓水泥的水化和凝聚。

缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热的作用，对钢筋也无锈蚀作用，主要适用于大体积混凝土、炎热气候下施工的混凝土、需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂不宜用于在日最低气温5℃以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。常用的缓凝剂有酒石酸钠、柠檬酸、糖蜜、含氧有机酸和多元醇等，其掺量一般为水泥质量的0.01%～0.20%。掺量过大会使混凝土长期不硬，强度严重下降。

4)早强剂

能提高混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂，称为早强剂。

早强剂能加速水泥的水化和硬化，缩短养护周期，使混凝土在短期内即能达到拆模强度，从而提高模板和场地的周转率，加快施工进度，常用于混凝土的快速低温施工，特别适用于冬季施工或紧急抢修工程。

常用的早强剂有氯化物系(如CaCl2、NaCl)、硫酸盐系(如Na2SO4)等。但掺加了氯化钙早强剂，会加速钢筋的锈蚀，为此对氯化钙的掺加量应加以限制，通常对于配筋混凝土不得超过1%，无筋混凝土掺量亦不宜超过3%。为了防止氯化钙对钢筋的锈蚀，氯化钙早强剂一般与阻锈剂(NaNO2)复合使用。

5)防冻剂

防冻剂是指在规定温度下，能显著降低混凝土冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，以保证水泥的水化作用，并在一定时间内获得预期强度的外加剂。

常用的防冻剂有氯盐类(氯化钙、氯化钠)、氯盐阻锈类(以氯盐与亚硝酸钠阻锈剂复合而成)、无氯盐类(以硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、乙酸钠或尿素复合而成)。

氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土；氯盐阻锈类防冻剂适用于钢筋混凝土；无氯盐类防冻剂可用于钢筋混凝土工程和预应力钢筋混凝土工程。硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐易引起钢筋的腐蚀，故不适用于预应力钢筋混凝土以及与镀锌钢材或与铝铁相接触部位的钢筋混凝土结构。防冻剂用于负温条件下施工的混凝土。目前国产防冻剂适于在(0～－15)℃的气温下使用。当在更低气温下施工时，应增加相应的混凝土冬季施工措施，如暖棚法、原料(砂、石、水)预热法等。

6)速凝剂

能使混凝土迅速凝结、硬化的外加剂称为速凝剂。

目前采用的速凝剂以铝酸盐为主要成分，其作用能改变水泥石内的微结构。在混凝土掺入速凝剂后，水泥中含有的石膏在水化初期就与速凝剂反应生成硫酸钠，使水泥浆中的硫酸钙浓度明显降低，此时水泥中的C3A就迅速进入溶液，析出六角板状的水化产物C3AH16，石膏所起的缓凝作用丧失，导致水泥速凝。由于水化初期形成不太坚固的铝酸盐结构，C3A的水化受到阻碍，同时由于水泥石内部结构存在缺陷等原因，水泥石的后期强度难以发展。速凝剂的用途一是用于喷射混凝土，二是用于早强要求高的混凝土，目前以用于喷射混凝土为主。速凝剂的主要品种有：

(1)红星一型速凝剂。

(2) 711型速凝剂。

(3) 782型速凝剂。

7)泵送剂

能改善混凝土泵送性能的外加剂称为泵送剂。

混凝土的可泵性主要体现为混凝土拌和物的流动性和稳定性，即有足够的黏聚性，不离析、不泌水，以及混凝土拌和物与管壁及自身的摩擦力三个方面。

普通混凝土最容易泵送，泵送剂主要用于提高混凝土保水性及改善混凝土泵送性。

可作为泵送剂的材料有高效减水剂、普通减水剂、缓凝剂、引气剂、增稠剂等，主要适用于商品混凝土搅拌站拌制泵送混凝土。高效减水剂有多环芳香族磺酸盐类、水溶性树脂磺酸盐类；普通减水剂有木质素磺酸盐类。有机缓凝剂有糖钙、蔗糖、葡萄糖酸钙、酒石酸、柠檬酸等；无机缓凝剂有氧化锌、硼砂等。引气剂有松香皂、烷基苯磺酸盐、脂肪醇磺酸盐等。增稠剂有聚乙烯氧化物、纤维素衍生物、海藻酸盐等。

在使用泵送剂时，应注意以下几点：

①根据不同水泥用量选用不同类型的泵送剂。贫、富混凝土泵送剂反用会使效果适得其反。

②注意外加剂与水泥是否适应，使用前应做适应性试验。

③应严格控制用水量，在施工中不得随意加水。尽量减少新拌混凝土的运输距离和出料到浇注的时间，以减少坍落度损失。如损失过大，不得加水以增大坍落度，可采用二次掺减水剂。

④高强泵送混凝土水泥用量大，水灰比小，应注意浇水养护、特别应注意早期养护。

4.外加剂的选择和使用

在混凝土中掺入外加剂，可明显改善混凝土的技术性能，取得显著的技术经济效果。但若选择和使用不当，会造成事故。因此，在选择和使用外加剂时，应注意以下几点：

(1)外加剂品种的选择。外加剂品种、品牌很多，效果各异，特别是对于不同品种的水泥效果不同。在选择外加剂时，应根据工程需要、现场的材料条件，并参考有关资料，通过试验确定。

(2)外加剂掺量的确定。混凝土外加剂均有适宜掺量，掺量过小，往往达不到预期效果；掺量过大，则会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，应通过试验试配确定最佳掺量。

(3)外加剂的掺加方法。外加剂的掺量很少，必须保证其均匀分散，一般不能直接加入混凝土搅拌机内。对于可溶于水的外加剂，应先配成一定浓度的溶液，随水加入搅拌机。对不溶于水的外加剂，应与适量水泥或砂混合均匀后再加入搅拌机内。另外，外加剂的掺入时间对其效果的发挥也有很大影响，为保证减水剂的减水效果，施工中可视工程的具体要求，选择同掺、后掺、分次掺入等掺加方法。

3.2混凝土的主要技术性质

3.2.1混凝土拌和物的和易性

1.和易性

和易性是指在一定施工条件下，便于施工操作并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。它包括流动性、黏聚性及保水性三个方面。和易性的好坏不仅影响施工质量，即浇灌、捣实、成型的难易程度，同时还影响混凝土硬化以后的性能，如密实度、强度和耐久性等。

(1)流动性。流动性是指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板的性能，是拌和物和易性的最主要方面。流动性的大小反映了拌和物的稀稠。流动性好，操作方便，易于捣实、成型，但流动性过大，容易使拌和物分层离析，影响均匀性。

(2)黏聚性。黏聚性是指混凝土拌和物具有一定的黏聚力，在运输及浇灌过程中不致出现分层离析，使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性不好的混凝土拌和物，砂浆与石子容易分离，硬化后会出现蜂窝、空洞等现象，严重影响混凝土质量。

(3)保水性。保水性是指混凝土拌和物具有一定的保水能力，在施工过程中不致产生较严重泌水现象的性质。如果保水性差，混凝土经振实后，一部分水分就会析出，形成毛细管孔道，成为以后混凝土内部的透水通路，而且泌水还会在上下两浇筑层之间形成薄弱夹层。在水分上升的同时，一部分水还会停留在石子及钢筋的下面形成水隙，减弱水泥浆与石子及钢筋的胶结力。这些都将影响混凝土的密实性，并降低混凝土的强度及耐久性。

2.和易性的测定

和易性是一项综合性能，难以用一种简单的方法全面测定。通常采用测定混凝土拌和物的流动性，并以坍落度和工作度(维勃稠度)表示。黏聚性与保水性常根据经验，通过试验或施工现场的观察来判断。

(1)坍落度。将混凝土拌和物按规定方法装入标准截头圆锥筒内，装满刮平后将筒垂直提起，截锥形拌和物便产生一定程度的坍落(见图3-6)，坍落的毫米数称为坍落度。坍落度越大，表明流动性越大。坍落度大于10mm的混凝土为塑性混凝土，其中10mm～50mm的称为低塑性混凝土，50mm～150mm的称为塑性混凝土，150 mm～200 mm的称为流动性混凝土。坍落度 <10 mm的称为干硬性或半干硬性混凝土。图3-6混凝土拌和物坍落度试验进行坍落度试验时，还须同时观察下列现象：捣棒插捣是否困难；表面是否容易抹平；轻击拌和物锥体侧面时，锥体能否保持整体而渐渐下坍，抑或突然倒坍、部分崩裂或发生石子离析现象以及水分从混凝土拌和物中析出的情况等。从有无这些现象，可以综合评定混凝土拌和物的黏聚性和保水性。

坍落度值小，说明混凝土拌和物的流动性小，流动性过小会给施工带来不便，影响工程质量，甚至造成工程事故。坍落度过大又会使混凝土分层，造成上下不匀。所以，混凝土拌和物的坍落度值应在一个适宜范围内。表3-14可供选用时参考。

(2)工作度(维勃稠度)。当混凝土拌和物比较干硬，坍落度值小于10mm时，可用维勃稠度法测定混凝土和易性。

维勃稠度试验装置如图3-7所示。将混凝土拌和物按照测量坍落度量时的要求装入振动台上的坍落度截头圆锥筒内，然后提去坍落度筒，再将透明圆盘盖在混凝土顶面，同时开启振动台和秒表；振至透明圆盘底面被水泥浆布满时关闭振动台，由秒表读出此时所用的时间即为维勃稠度，以时间s表示。干硬性混凝土的维勃稠度为60s～200s，半干硬性混凝土的维勃稠度为30s～60s。图3-7混凝土维勃稠度试验装置

3.影响和易性的因素

影响混凝土拌和物和易性的因素很多，主要有材料的性质、水泥浆量与水灰比、砂率和外加剂等。

(1)水泥品种和细度。在混凝土配合比相同的情况下，如采用不同品种的水泥，则拌和物的和易性也不相同。普通水泥比矿渣水泥和火山灰水泥的和易性好。

水泥细度较细，可以提高拌和物的黏聚性和保水性，减少分层离析现象。

(2)水泥浆量与水灰比。水泥浆量是指单位体积混凝土内水泥浆的用量。在单位体积混凝土内，如保持水灰比不变，水泥浆越多，流动性就愈大。若水泥浆过多，骨料则相对减少，至一定限度时就会出现流浆泌水现象，以致影响混凝土强度及耐久性并浪费水泥。

(3)砂率。砂率是指砂的质量占砂石总质量的百分率。当水泥浆用量和集料总量一定时，砂率大，集料总表面积增大，包裹集料表面的水泥浆量不足，拌和物显得干稠，坍落度降低。而砂率过小时，虽然集料总表面积小，但砂浆量不足以在石子周围形成砂浆层起润滑作用，故也会降低拌和物的流动性、黏聚性和保水性。因此，砂率有一个最佳值，即能使混凝土拌和物在一定坍落度的前提下，水泥用量最小；或者在水泥浆量一定的条件下，使坍落度达到最大。这个砂率叫最佳砂率，可通过试验确定，见图3-8。图3-8合理砂率

(4)骨料性质、外加剂的掺加、环境的影响。砂石级配好，空隙率小，在水泥浆数量一定时，填充用水泥浆量减少，且润滑层较厚，和易性好；砂石颗粒表面光滑，相互间摩擦阻力较小时能增加流动性。相反，砂、石多棱角，表面粗糙，则流动性小。所以卵石混凝土拌和物比碎石的流动性大；河砂混凝土拌和物比山砂的流动性大。

在混凝土中掺外加剂，可使混凝土拌和物在不增加水泥浆量的情况下，获得较好的流动性，改善黏聚性及保水性。

环境温度高，坍落度小。长距离运输会使坍落度减小。3.2.2混凝土硬化后的性质

1.混凝土强度

混凝土的强度有抗压、抗拉、抗弯及抗剪等强度，其中以抗压强度为最大，故混凝土主要用于承受压力。在结构设计中也常用到抗拉强度等。

1)混凝土的抗压强度及强度等级

我国采用立方体抗压强度作为混凝土的强度特征值。

我国现行规范《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)规定：普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80共14个等级。

混凝土的立方体抗压强度标准值系按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在龄期为28d时，用标准试验方法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%。测定混凝土立方体试块的抗压强度，可根据粗骨料最大粒径，按表3-15选取试块尺寸。其中：边长为150mm的立方体试块为标准试块，边长为100mm、200mm的立方体试块为非标准试块。当采用非标准尺寸试块确定强度时，应将其抗压强度乘以相应的系数，折算成标准试块强度值，以此确定其强度等级。折算系数见表3-15。影响混凝土抗压强度的因素很多，除施工方法及施工质量外，主要受下列因素的影响：

(1)水泥强度等级与水灰比。

(2)骨料的种类及级配。

(3)养护条件与龄期。

在正常养护条件下，混凝土的强度在最初7d～14d内发展较快，以后便逐渐减慢，28d以后更加缓慢。如果能长期保持适当的温度与湿度，强度的增长可延续数十年之久。不同龄期混凝土强度的增长情况见表3-16。

2)混凝土的抗拉强度

混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的l/10～l/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值有所降低，即当混凝土强度等级提高时，抗拉强度不及抗压强度提高得快。

混凝土在直接受拉时，变形很小就要开裂，它在断裂前没有明显变形。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度，但抗拉强度对于开裂现象有重要意义。在结构设计中，抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。抗拉强度还可用来间接衡量混凝土与钢筋的黏结强度。混凝土的抗拉强度(fL)与其抗压强度(f)之间的关系，可近似地用下列经验公式表示：测定混凝土抗拉强度的方法，有轴心抗拉试验法及劈裂试验法两种。由于轴心抗拉试验结果的离散性很大，故一般多采用劈裂法。

影响混凝土抗拉强度的因素，基本上与影响抗压强度的因素相同。

3)提高混凝土强度和促进强度发展的措施

(1)采用高强度等级水泥配制高强混凝土，这是常用措施之一。在配制C30或C30以上混凝土时，应采用42.5或42.5以上的高强度等级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

(2)采用干硬性混凝土。干硬性混凝土水灰比小、砂率低，并配以强力振捣，混凝土密实度大、强度高。在水泥用量相同的情况下，干硬性混凝土较塑性混凝土可提高强度40%～80%。

(3)采用外加剂和外掺料。在混凝土拌和物中加入有机或无机化学物质(外加剂)或掺入部分磨细外掺料，如减水剂、粉煤灰、矿渣等，可改善混凝土性质，降低水灰比，促进水泥水化和硬化。

(4)采用蒸汽养护和蒸压养护。蒸汽养护是将混凝土构件放在温度低于100℃的常压蒸汽中养护。经16h～20h养护，出池强度可达正常养护28d强度的70%～80%，但对后期强度增长有影响。一般养护温度为60℃～80℃，恒温养护5h～8h为宜。蒸压养护是将浇筑完的混凝土构件静停8h～10h，放入温度175℃以上、压力0.8MPa以上的蒸压釜内，进行高温、高压饱和蒸汽养护。蒸压养护可提高混凝土的早期强度，经蒸压养护的混凝土的质量比经蒸汽养护的好。

2.混凝土的耐久性

1)抗冻性

混凝土在寒冷地区，特别是在接触水又受冻的环境下，由于内部的孔隙和毛细管充分结冰膨胀(水结冰体积可膨胀约9%)时产生相当大的压力，作用于孔隙、毛细管内壁，使混凝土被破坏。当气温升高时，冰又开始融化。如此反复冻融，混凝土内部的微细裂隙逐渐增加，混凝土强度逐渐降低，甚至遭到破坏。因此要求混凝土具有一定的抗冻性，以提高其耐久性，延长建筑物的使用寿命。混凝土的抗冻性是指其在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而保持强度和外观完整性的能力。一般以龄期28d的试块在吸水饱和后，经标准养护或同条件养护后，所能承受的反复冻融循环次数表示，这时混凝土试块抗压强度下降不得超过25%，质量损失不超过5%。混凝土的抗冻等级分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250及F300共9个等级，分别表示混凝土所能承受冻融循环的最大次数不小于10、15、25、50、100、150、200、250、300次。JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中规定，抗冻等级等于或大于F50级的混凝土称为抗冻混凝土。影响混凝土抗冻性能的因素主要有孔隙的数量和构造、孔隙的充水程度、环境温度降低程度等。密实的混凝土和具有封闭孔隙的混凝土(如加气混凝土)，其抗冻性都很高。选择适宜的水灰比，也是保证混凝土抗冻性的重要因素。抗冻混凝土的最大水灰比见表3-17。

2)抗渗性

混凝土抵抗压力水渗透的性能称为抗渗性。它直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。

混凝土渗水的主要原因是开口的孔隙与裂缝的存在，这些孔道除产生于施工振捣不密实及裂缝外，主要来源于水泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔、水泥浆泌水所形成的毛细管孔道及集料下界面的水隙。这些渗水孔道的多少主要与水灰比有关。因此，水灰比是影响抗渗性的一个主要因素，水灰比小时抗渗性高，反之则抗渗性低。混凝土的抗渗性可用渗透系数或抗渗等级来表示。我国目前多采用抗渗等级来表示，即将28d龄期的标准试件在标准试验方法下，以每组六个试件中四个未出现渗水时的最大水压表示，分为P4、P6、P8、P10、P12五个等级，分别表示最大渗水压力为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa。

提高混凝土抗渗性的根本措施是控制水灰比，增强其密实度。抗渗混凝土的最大水灰比见表3-18。

3)抗侵蚀性

混凝土的抗侵蚀性是指混凝土抵抗外界侵蚀性介质侵入硬化水泥浆内部进行化学反应，引起混凝土腐蚀破坏的性能。混凝土的抗侵蚀性与水泥品种、混凝土的密实度和孔隙特征等有关。

4)混凝土的碳化

混凝土的碳化是CO2与水泥石中的Ca(OH)2作用生成CaCO3和H2O，使混凝土碱度降低的过程。混凝土的碳化又称为中性化。

碳化对混凝土性能既有有利的影响，又有不利的影响。碳化放出的水分有助于水泥的水化作用，而且碳化后生成的CaCO3减少了水泥石内部的孔隙，可使混凝土的抗压强度增大；但是由于混凝土的碳化层产生碳化收缩，对其核心产生压力，而表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，使混凝土抗拉、抗折强度降低。硬化后的混凝土由于水泥水化生成氢氧化钙而呈碱性。碱性物质使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为钝化膜，对钢筋有良好的保护作用。碳化使混凝土碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀。

5)碱—骨料反应

碱活性骨料是指能与水泥中的碱发生化学反应，引起混凝土膨胀、开裂、甚至破坏的骨料。这种化学反应称为碱—骨料反应。碱—骨料反应有三种类型：

(1)碱—氧化硅反应。碱与骨料中活性SiO2发生反应，生成硅酸盐凝胶，吸水膨胀，引起混凝土膨胀、开裂。活性骨料有蛋白石、玉髓、方石英、安山岩、凝灰岩等。

(2)碱—硅酸盐反应。碱与某些层状硅酸盐骨料，如千枚岩、粉砂岩和含蛭石的黏土岩类等加工成的骨料反应，产生膨胀性物质。其作用比上述碱—氧化硅反应缓慢，但是后果更为严重，造成混凝土膨胀、开裂。

(3)碱—碳酸盐反应。水泥中的碱(Na2O、K2O)与白云岩或白云岩质石灰岩加工成的骨料作用，生成膨胀物质而使混凝土开裂破坏。

碱—骨料反应首先决定于两种反应物的存在和含量：水泥中的碱含量高，骨料中含有一定的活性成分。当水泥中碱含量大于0.6%时(折算成Na20含量)，就会与活性骨料发生碱—骨科反应，这种反应很缓慢，由此引起的膨胀破坏往往几年后才会发现，所以应给予足够的重视。其预防措施如下：

①当水泥含碱量大于0.6%时，需检查骨料中活性物质的有害作用。

②必须采用活性骨料时，应采用碱含量小于0.6%的水泥。③当无低碱水泥时，应掺入足够的活性混合材料，如粉煤灰不小于30%、矿渣不小于30%或硅灰不小于7%，以缓解破坏作用。

④在混凝土中掺加某些能产生气体的外加剂，如铝粉、引气剂、塑化剂等，能降低膨胀。

⑤保证混凝土的密实性，重视建筑物排水，以避免混凝土表面积水和接缝存水，达到阻止或减弱碱—骨料反应的目的。

6)提高混凝土耐久性的主要措施

(1)严格控制水灰比。

(2)控制混凝土中最小水泥用量(见表3-19)。

(3)掺外加剂，改善混凝土性能。

(4)合理选取骨料级配，加强浇捣及养护，提高混凝土的强度和密实度。

(5)用涂料和水泥砂浆等措施进行表面处理，防止混凝土的碳化。

3.3混凝土的配合比设计

3.3.1配合比设计的要求

配合比设计的要求主要包括：

(1)满足强度要求，即满足结构设计或施工进度所要求的强度。

(2)满足施工和易性要求。应根据结构物截面尺寸、形状、配筋的疏密程度以及施工方法、设备等因素来确定和易性大小。

(3)满足耐久性要求。查明构件使用环境，确定技术要求以选定水泥品种、最大水灰比和最小水泥用量。

(4)满足经济要求。水泥强度等级与混凝土强度等级要相适应，在保证混凝土质量的前提下，尽量节约水泥，合理利用地方材料和工业废料。3.3.2配合比设计方法及步骤

1．配制强度计算

混凝土配制强度按下式计算：

fcu,o≥fcu,k + 1.645σ

(3-3)

式中：fcu,o——混凝土配制强度，MPa；

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；

σ——混凝土强度标准差，MPa。

混凝土强度标准差采用无偏估计值，确定该值的强度试件组数不应少于30组。当混凝土强度等级不大于C30级，其强度标准差计算值小于3.0MPa时，计算配制强度时的标准差应取3.0MPa；当混凝土强度等级大于C30且小于C60级，其强度标准差计算值小于4.0MPa时，计算配制强度用的标准差应取用4.0MPa。

当施工单位不具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差可参考表3-20取用。

当施工单位不具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差可参考表3-20取用。

2.计算水灰比(W/C)

(3-4)

fce——水泥的实际强度，MPa。无水泥实际强度数据时，fce值可按下式计算：

fce=γc×fce,k

(3-5)式中：fce,k——水泥强度等级值；

γc——水泥强度等级值的富余系数，该值可按实际统计资料确定。

3.确定每立方米混凝土用水量(mwo)

1)干硬性和塑性混凝土用水量的确定

(1)当水灰比在0.4～0.8范围时，根据粗骨料品种、粒径及施工要求的混凝土拌和物稠度，可按表3-21、3-22选取。

(2)水灰比小于0.4的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。

2)流动性、大流动性混凝土[1]用水量的确定

(1)以表3-22中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量。

(2)掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：

mwa=mwo(1－β)

(3-6)

式中：mwa——掺外加剂混凝土每立方米混凝土中的用水量，kg；

mwo——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土中的用水量，kg；

β——外加剂的减水率，经试验确定。

4.计算每立方米混凝土水泥用量(mco)

1m3混凝土水泥用量可用下式计算：(3-7)

5.确定砂率

(1)坍落度小于或等于60mm，且等于或大于10mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按表3-23选取。

(2)坍落度大于60 mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表3-23的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。

(3)坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。

6.确定粗细骨料用量

(1)当采用质量法时，应按下式计算：

mco+mgo+mso+mwo=mcp

(3-8)(3-9)(2)当采用体积法时，应按下式计算：

(3-10)(3-11)

7.初步配合比

经过上述计算，即可求出初步配合比。

常用的表示方法有：

(1)以lm3混凝土中各项材料的质量来表示，即1m3混凝土中水泥、粗骨料、细骨料及水的质量分别为mco、mgo、mso及mwo。

(2)以水泥用量为1的各材料比值来表示：

《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2000)中还规定了其他一些混凝土配合比设计中基本参数的选取原则。外加剂和掺和料的掺量应通过试验确定，并应符合国家现行标准《混凝土外加剂应用技术规范》(GBJ119)和《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ28)的规定。长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土，应掺用引气剂或引气减水剂。引气剂的掺入量应根据混凝土的含气量并经试验确定，最小含气量应符合表3-24的规定，但不宜超过7%。混凝土中的粗、细骨料应作坚固性试验，并且其表观密度ρg及ρs应按国家现行标准《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685—2001)和《建筑用砂》(GB/T14684—2001)所规定的方法测定。

8.试配与调整

1)试配

借助经验公式和数据计算出来的材料用量能否满足设计要求，还需通过试验检验与调整来完成。混凝土试配时应采用工程实际使用的原材料，应按生产时使用的方法搅拌。混凝土试配时，每盘混凝土的最小搅拌量应符合表3-25的规定。

2)调整

(1)和易性调整。按计算量称取各材料进行试拌，搅拌均匀以检查拌和物的性能。当拌和物坍落度或维勃稠度不能满足要求，或黏聚性和保水性能不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。然后提出供混凝土强度试验用的基准配合比。

(2)强度校核。校核混凝土强度时至少应采用三个不同的配合比，其中一个应是前面算出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比宜较基准配合比分别增加或减少0.05，其用水量与基准配合比基本相同，砂率可分别增加或减少1%。

当不同水灰比的混凝土拌和物坍落度与要求值相差超过允许偏差时，可以增减用水量进行调整。

制作混凝土强度试件时，应检验混凝土的坍落度或维勃稠度、黏聚性、保水性及拌和物表观密度，并以此结果作为代表相应配合比的混凝土拌和物的性能。

混凝土强度试验时，每种配合比应至少制作一组(三块)试件，并按标准养护到28d试压。

9.配合比的确定

根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度(fcu,o)相对应的灰水比，并应按下列原则确定每lm3混凝土的材料用量：

(1)用水量(mw)应取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整；

(2)水泥用量(mc)应以用水量乘以选定的灰水比计算确定；

(3)粗骨料和细骨料用量(mg和ms)应取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按选定的灰水比进行调整。当配合比经试配确定后，尚应按下列步骤校正：

(1)根据以上确定的材料用量按下式计算混凝土的体积密度计算值：(3-12)(2)应按下式计算混凝土配合比校正系数δ：(3-13)

(3)当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，以上确定的配合比应为确定的设计配合比；当二者之差超过2%时，应将配合比中每项材料用量乘以校正系数δ值，即为确定的混凝土设计配合比。

混凝土配合比的设计值为

10.施工配合比

试验室得出的配合比设计值中，骨料是以干燥状态为准计算出来的。而施工现场砂、石常含一定量水分，并且含水率经常变化。为保证混凝土质量，应根据现场砂、石含水率对配合比设计值进行修正，修正后的配合比称为施工配合比。

若现场实测砂含水率为a%，石子含水率为b%，换算材料用量及确定施工配合比的公式如下：[设计要求]

(1)按题所给资料计算初步配合比；

(2)按初步配合比在实验室进行材料调整，得出实验室配合比。

[设计步骤]

1.计算初步配合比

1)确定混凝土配制强度(fcu,o)

按题意：设计要求混凝土强度为fcu,o为30MPa，无历史统计资料，按表3-20，取标准差σ= 5.0 MPa。

按下式计算混凝土配制强度：

2)计算水灰比(W/C)

(1)按强度要求计算水灰比。

①计算水泥实际强度。已知采用强度等级为42.5级的硅酸盐水泥，= 42.5MPa，水泥强度富裕系数为1.1，则水泥实际强度为②计算水灰比。水泥的实际强度取46.8MPa。由于没有混凝土强度回归系数统计资料，取碎石αa=0.46，αb=0.07，按下式计算水灰比：

(2)按耐久性校核水灰比。

根据混凝土所处环境条件属于寒冷地区，查表3-19，允许最大水灰比为0.55。按强度计算的水灰比小于要求的最大值，符合耐久性要求，故采用计算水灰比0.54继续下面的计算。

3)确定单位用水量(mwo)

由题意已知，要求混凝土拌和物坍落度为35mm～

50mm，碎石最大粒径为31.5mm。查表3-22，选用混凝土用水量mwo=185kg/m3。

4)计算单位水泥用量(mco)

(1)按强度计算单位用灰量。

已知混凝土单位用水量为185kg/m3，水灰比W/C=0.54，单位用灰量为kg/m3

(2)按耐久性校核单位用灰量。

根据混凝土所处环境条件属寒冷地区配钢筋混凝土，查表3-19，可知最小水泥用量不低于280kg/m3。按强度计算单位用灰量336kg/m3，符合耐久性要求，故采用单位用灰量为336kg/m3。

5)选定砂率()

按前已知骨料采用碎石、最大粒径31.5mm，水灰比W/C = 0.55，查表3-23，混凝土的砂率取35%。

6)计算砂石用量(、)

(1)采用质量法。

已知：单位用灰量为336kg/m3，单位用水量为185kg/m3，混凝土拌和物假定密度为2400kg/m3，砂率为35%。将有关数据代入下列方程组中：

解得

按质量法计算，得初步配合比(以质量法表示)为按比例法表示为水泥∶砂∶石∶水=1∶1.96∶3.64∶0.55

(2)按体积法计算。计算公式为将已知数据代入上述方程组计算如下：

解得：以比例法表示为水泥∶砂∶石∶水 = 1∶1.95∶3.62∶0.55

2．调整工作性，提出基准配合比

(1)计算试拌材料用量。

考虑粗骨料的最大粒径为31.5mm，混凝土拌和物的最少搅拌量为15L。按体积法计算的初步配合比计算试拌15L拌和物时各种材料的用量：

水泥：336 × 0.020 = 6.72 kg；

水：185 × 0.020 = 3.70 kg；

砂：654 × 0.020 = 13.08 kg；

碎石：1216 × 0.020 = 24.32 kg。

(2)调整工作性。

按计算材料用量拌制混凝土拌和物，测定其坍落度为10 mm，未满足题所给的施工和易性要求。为此，保持水灰比不变，增加5%的水泥浆。再经拌和测定坍落度为40 mm，黏聚性和保水性均良好，满足施工和易性要求。此时混凝土拌和物各组成材料实际用量为：

水泥：6.72(1 + 5%) = 7.06 kg；

水：3.70(1 + 5%) = 3.89 kg；

砂：13.08 kg；

碎石：24.32 kg。

(3)提出基准配合比。

调整工作性后，混凝土拌和物的基准配合比为W/C = 0.5５

3.检验强度，确定实验室配合比

(1)检验强度。

采用水灰比分别为0.49、0.54、0.59的三组配合比，分别拌制三组混凝土拌和物。砂、碎石、水用量保持不变，则三组拌和物的水泥用量分别为A组7.94 kg，B组7.20 kg，C

组6.59 kg。除基准配合比一组外，其他两组所测定的坍落度、黏聚性和保水性均合格。

按三组配合比拌制混凝土并成型标准试件，在标准条件下养护28 d后，按规定方法测定其立方体抗压强度值，列于表3-26。

根据表3-26的试验结果，绘制混凝土28d立方体抗压强度()与灰水比(C/W)关系图，如图3-9所示。图3-9混凝土28天强度与灰水比的关系

(2)确定实验室配合比。

按强度试验结果修正配合比，各材料用量为：

用水量：

水泥用量：

砂、石用量按体积法计算：

3.4骨料的表观密度检测

1.试验目的

表观密度是指材料在自然状态下，单位表观体积(包括材料的固体物质体积与内部封闭孔隙体积)的质量。测定表观密度可为近似计算绝对密实的散粒材料的空隙率提供依据。

常用的试验方法有容量瓶法和广口瓶法，其中容量瓶法常用来测定砂的表观密度，广口瓶法常用来测定石子的表观密度。下面以砂和石子为例分别介绍这两种试验方法。

3.4骨料的表观密度检测

【学习目标】

掌握骨料表观密度的概念；

掌握骨料表观密度检测的步骤和方法；

掌握骨料表观密度数据的计算方法。

【关键概念】

表观密度；

试样的体积和排出的水的质量之间的关系。

1.试验目的

表观密度是指材料在自然状态下，单位表观体积(包括材料的固体物质体积与内部封闭孔隙体积)的质量。测定表观密度可为近似计算绝对密实的散粒材料的空隙率提供依据。

常用的试验方法有容量瓶法和广口瓶法，其中容量瓶法常用来测定砂的表观密度，广口瓶法常用来测定石子的表观密度。下面以砂和石子为例分别介绍这两种试验方法。

2.主要仪器设备

容量瓶(500mL)、广口瓶、天平(感量为0.1g)、台秤(称量为10kg，感量为10g)、干燥器、带盖容器、浅盘、铝制料勺、温度计、烘箱、烧杯、毛巾、刷子、玻璃片、滴管等。

3.试样准备

(1)将砂子试样用取样方法缩分成2.6 kg，筛去4.75 mm以上的颗粒，在温度为105℃5℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温备用。

(2)将石子试样用取样方法缩分至表3-27规定的数量，筛去4.75 mm以下的颗粒，洗刷干净后，在温度为1055℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温，分成大致相等的两份备用。

4.试验方法与步骤

1)砂的表观密度试验(容量瓶法)

(1)称取烘干的砂试样300g(m0)，精确至1 g，将约200 mL冷开水先注入容量瓶，再将砂试样装入容量瓶，注入冷开水至接近500 mL的刻度处，摇转容量瓶，使试样在水中充分搅动，排除气泡，塞紧瓶塞。静置30 min(标准为24 h)。

(2)静置后用滴管添水，使水面与瓶颈500 mL刻度线平齐，再塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称取其质量(m1)，精确至1 g。

(3)倒出瓶中的水和试样，将瓶的内外表面洗净。再向瓶内注入与前面水温相差不超过2℃，并在15℃～25℃范围内的冷开水至瓶颈500 mL刻度线，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称取其质量m2，精确至1 g。

2)石子表观密度试验(广口瓶法)

(1)将试样浸水饱和后，装入广口瓶中，装试样时广口瓶应倾斜放置，然后注满饮用水，用玻璃片覆盖瓶口，以上下左右摇晃的方法排除气泡。

(2)气泡排尽后，向瓶内添加饮用水，直至水面凸出到瓶口边缘，然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分后，称取试样、水、瓶和玻璃片的质量m1，精确至1 g。

(3)将瓶中的试样倒入浅盘中，置于(1055)℃的烘箱中烘干至恒重，取出放在带盖的容器中冷却至室温后称出试样的质量m0，精确至1 g。

(4)将瓶洗净，重新注入饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后称出质量m2，精确至1 g。

5.结果计算与数据处理

1)砂的表观密度结果计算

(1)按下式计算砂的表观密度(精确至0.01g/cm3)：(3-14)

(2)表观密度应用两份试样分别测定，并以两次结果的算术平均值作为测定结果，精确至10kg/m3。如两次测定结果的差值大于20 kg/m3，应重新取样测定。

2)石子的表观密度结果计算

(1)按下式计算石子的表观密度(精确至0.01 g/cm3)：(3-15)

(2)表观密度应用两份试样分别测定，并以两次结果的算术平均值作为测定结果。如两次结果之差大于0.2 g/cm3，应重新取样试验；对颗粒材质不均匀的试样，如两次试验结果之差超过0.2 g/cm3，可取四次测定结果的算术平均值作为测定值。

(3)将试验方法、检测数据及试验计算结果填入试验报告册的相应栏目中。

3.5骨料的堆积密度检测

【学习目标】

掌握骨料堆积密度的概念；

掌握骨料堆积密度检测的步骤和方法；

掌握骨料堆积密度数据的计算方法。

【关键概念】

堆积密度；

试样的堆积体积的组成。

1.试验目的

堆积密度是指散粒材料(如水泥、砂、卵石、碎石等)在堆积状态下(包含颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙)单位体积的质量。它可以用来估算散粒材料的堆积体积及质量，考虑运输工具、估计材料级配情况等。

2.主要仪器设备

天平(称量为10 kg，感量为1 g)、4.75 mm方孔筛、搪瓷浅盘、烘箱、干燥器、容积筒(容积为1 L)、标准漏斗(见图3-10)、钢尺、小铲、10 mm垫棒等。图3-10标准漏斗与容积筒

3.试样准备

同表观密度试验，将约5 kg试样(砂子)放入搪瓷浅盘中，再放入105℃～110℃的烘箱中，烘至恒重，再放入干燥器中冷却至室温，筛除大于4.75 mm的颗粒，分为大致相等的两份备用。

4.试验方法与步骤

(1)松散堆积密度的测定。称量容积筒的质量m1(精确至1 g)，取试样一份置于标准漏斗中，将漏斗下口置于容积筒中心上方50 mm处(见图3-10)，让试样自由落下徐徐装入容积筒，当容积筒装满，上部试样呈锥体，且容积筒四周溢满时，即停止加料。然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平(试验过程应防止触动容积筒)，称出试样和容积筒总质量m2，精确至1 g。将试验方法、测试数据填入试验报告册相应栏目中。

(2)紧密堆积密度。称量容积筒的质量m1(精确至1 g)，取另一份试样，用小铲将试样分两层装入容积筒内。第一层约装1/2后，在容积筒底垫放φ10 mm垫棒一根，在垫有橡胶板的台面上左右交替颠击各25下，再装第二层，把垫着的钢筋转90°同法颠击。加料至试样超出瓶口，用钢尺沿瓶口中心线向两边刮平，称出其总质量m2(精确至1 g)。将试验方法、测试数据填入试验报告册。

(3)称量玻璃板与容器的总质量，将的饮用水装入容积筒，用玻璃板沿瓶口滑移，使其紧贴筒口。擦干容器外壁上的水分，称其质量，单位以g计。计算容积筒的容积：(3-16)

5.结果计算与数据处理

堆积密度按下式计算：(3-17)

分别以两次试验结果的算术平均值作为堆积密度测定的结果，将其填入试验报告册相应栏目中(精确至10kg/m3)。3.6混凝土的配制和性能检测【学习目标】掌握水泥混凝土配合比设计的具体实施；掌握混凝土拌和物的性能检测方法；掌握硬化混凝土强度的测定方法。【关键概念】试验量；混凝土成型、养护；混凝土抗压强度测定。3.6.1混凝土拌和物试验

要求：了解影响混凝土工作性的主要因素，并根据给定的配合比进行各组成材料的称量和试拌，测定其流动性，评定黏聚性和保水性。若工作性不能满足给定的要求，则能分析原因，提出改善措施。

本节试验采用的标准及规范：

(1) JGJ/T55—2000《普通混凝土配合比设计规程》。

(2) GB50164—1992《混凝土质量控制标准》。

(3) GB/T50080—2002《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》。

1.用坍落度法检验混凝土拌和物的和易性

坍落度法适用于粗骨料最大粒径不大于40 mm、坍落度值不小于10 mm的混凝土拌和物的和易性测定。

1)试验目的

测定塑性混凝土拌和物的和易性，以评定混凝土拌和物的质量，供调整混凝土试验室配合比用。

2)主要仪器设备

(1)混凝土搅拌机。

(2)坍落度筒(见图3-11)，筒内必须光滑，无凹凸部位。底面和顶面应互相平行并与锥体的轴线垂直。在坍落筒外2/3高度处安两个把手，下端应焊脚踏板。筒的内部尺寸为：底部直径为(200±2)mm；顶部直径为(100±02)mm；高度为(300±2)mm；筒壁厚度不小于1.5 mm。

(3)铁制捣棒(见图3-11)，直径为16 mm、长为650 mm，一端为弹头形。

(4)钢尺和直尺(500 mm，最小刻度为1 mm)。

(5) 40 mm方孔筛、小方铲、抹刀、平头铁锨、2000 mm×1000 mm×3 mm铁板(拌和板)等。图3-11坍落度筒及捣棒(单位：mm)

3)试样准备

(1)根据本章中的有关知识和试验室现有水泥、砂、石的情况确定配合比。

(2)按拌和15L混凝土计算试配拌和物的各材料用量，并将所得结果记录在试验报告中。

(3)按上述计算称量各组成材料，另外还需备好两份为坍落度调整用的水泥、水、砂和石子，其数量可各为原来用量的5%与10%，水泥与水的比例应符合原定的水灰比及砂率。用试验室拌制的混凝土制作试件时，其材料用量以质量计，称量的精度为：水泥、水和外加剂均为±0.5%，骨料为±1%。拌和用的骨料应提前送入室内，拌和时试验室的温度应保持在(20±5)℃。

(4)拌和混凝土。

人工拌和：将拌和板和小方铲用湿布润湿后，将称好的砂子、水泥倒在铁板上，用平头铁锨翻至颜色均匀，再放入称好的石子与之拌和，至少翻拌三次，然后堆成锥形。将中间扒一凹坑，将称量好的拌和用水的一半倒入凹坑中，小心拌和，勿使水溢出或流出，