给水排水工程施工钢筋混凝土工程

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第四章钢筋混凝土工程第一节概述第二节模板工程第三节钢筋工程第四节水泥第五节砂石骨料第六节混凝土第七节外加剂第八节装配式预应力水池的施工第九节混凝土的水下浇筑第十节冬季施工第四章钢筋混凝土工程

第一节概述

钢筋混凝土结构广泛用于土建工程中，给排水工程小的贮水、水处理构筑物、泵房以及管道材料等，大都是钢筋混凝土建造的。钢筋混凝土是由混凝土及钢筋(或钢丝)两部分组成。混凝土的抗压强度很高，而抗弯及抗拉强度较低，一般仅为抗压强度的1/8~1/10。钢筋具有较高的抗拉强度，它在结构内起到抗拉作用，这种新型的复合材林将能保证板、梁、柱、墙等部位的安全。水泥混凝土是由水泥，组、细骨科和水组成的混合物，这些材料来源丰富，价格低混凝土具有可塑性，它可按照构筑物的不同形态和尺寸要求而建造，当预制成构件后，运输及吊装也较方便。混凝土还具有抗大气腐蚀性、抗老化性、抗渗、抗冻等性能。

在拌制混凝土过程中，掺入不同类型的外加剂，可以使混凝土改性，如：提高早期强度及抗渗、抗冻能力；改善混凝土拌和物的和易性；也可减少水泥用量以降低工程造价。混凝土的品种繁多，有水工混凝土，高强混凝土，耐蚀混凝土，耐热混凝土等，以适应不同性质工程的需要。给排水构筑物酌混凝土是介于普通混轻土及水工混凝土之间的一种防渗混凝土。混凝土所用骨料不同时，其密度也不相同，用碎石或卵石和砂配制的混凝土，密度为19~25kN/m3之间。水泥混凝土的缺点是重度大，搬运不便，结构的可拆毁性差。此外受材料质量及操作水平的影响大，尤其是在硬化过程中，因体积收缩会产生裂缝，这对贮水构筑物的防渗漏极为不利。第二节模板工程

模扳是使流动的混凝土拌和物按设计成型并承受其荷载的模型结构。模板系统由板面和支架两部分组成。一、模板的分类及支设要求

(一)分类

1.摸板按所用材料的不同分为：木模、钢模、钢木混合模板、砖模、钢丝网水泥砂浆模及土模等。木模由施工现场加工，一船能周转三次左右，应尽量减少木材消耗。钢模是一种能重复使用的工具式摸板，装拆方便，但一次性投资较大。

砖模是以砖砌体做为模板使用，它可以节约木材，降低工程成本但工序繁琐，混凝土的质量也不容易保障。

2.按施工方法不同分为：拼装式、滑升式、移拉式等。在给排水构筑物中所使用的模扳，大部分是拼装式的，现场浇筑混凝土管道时用拉模，竖向尺寸大的结构可使用沿升式模板。

(二)对模板的技术要求对所支设的模板应做到：(1)保证结构各部尺寸符合设计要求；(2)具有足够的强度、刚度及稳定性，即在荷载作用下不发生破坏和不允许的变形及位移，(3)板面间接缝严密，浇灌时不得漏浆，(4)便于后续(绑扎钢筋、混凝土浇筑)工序的操作；(5)支拆方便。为此，在施工前应进行模板设计，包括选材，选型，结构计算以及绘制模板支设图等以指导施工。

为了便于硬化后混凝土与板面的脱离，应在浇筑前将板面涂以隔离剂，对隔离剂的选用，以不影响观瞻及与面层的粘结为原则。目前工地常使用定型产品脱模剂，也有时用机油等材料代替。二、模板的构造模板元件

1.木模板由板面及支撑结构两部分组成。板面应采用不低于Ⅲ等的木材，一般用厚度为5cm的黄松，经过压刨机加工后，制成各种尺寸的模板元件。见图4-1(a)所示。模板背面用5cm×5cm或5cm×7cm的方木做肋，其问题亦应进行计算。板与板之间须留有一定的缝隙，防止在浇筑混凝土时因木材膨胀而曲翘。板面尺寸的确定，以便于搬移和多次使用为原则。圆形结构的板面应根据曲率进行放样。见图4-1(b)所示。

木模板的支撑结构用方木组成其规格有5cm×l0cm，10cm×10cm,10cm×15cm等。以此做为模板支撑系统的梁、柱及斜撑。

2.定型组合钢模板为了节约木材及便于施工，目前多采用定型组合钢控板。定型组合钢模板由板面、支撑结构及联接件三部分组成。(1)板面包括平面模板(见图4-2a)、条形模板(见图4-2b)和角膜(见图4-2c)三种类型。平面模板背面用钢板或角钢焊接成肋。有I型肋及L型肋两种。钢模板板面的规格及尺寸，见表4-1(a)、(b)所列。条形模板及阴角模板的规格、尺寸见表4-2及表4-3。

(2)钢模板的支撑结构有钢管龙骨(规格为

48×3.5)，花梁(见图4-3)及对拉螺拴(见图4-4)及各种联接件组成

(3)联接零件有A、B、G型卡(见图4-5)。A型卡用于板与板之间的联接；B型卡用于板面与钢管龙骨之间的联接；G型卡及槽型垫扳用于钢管龙骨与花梁之间的联接。池壁模板的侧压力主要靠对拉螺拴来承担，对拉螺拴是用I级钢筋加工而成，不同直径的对拉螺拴其力学性能见表4-4所列。组装后的池壁模板，见图4-6所示。

对于池顶模板的支设，其支撑结构需用绗架梁(见图4-7所示)及支撑杆体以支撑板面，支撑杆件包括立柱及斜杆两部分。见图4-8(a)、(b)所示。立柱为

48×3.5钢管，长度有3m，1.5m，lm，0.5m4种规格。立柱上部焊有卡板，为联接横杆用，上端铆

38mm插头，为纵向连接用。斜扦的截面尺寸向上，轴距长度有3.1m，2.5m，2m3种规格，两端铆有方向挂钩，可与立柱任一部位扣接，最后用螺栓拧紧。组装完毕的顶板模板图如图4-9所示。三、模板设计

对于重要工程或关键部位的模板，应参照<<钢木结构设计规范>>对其板面及支架进行强度和刚度验算，以确定所用材料的规格及间距。

(一)荷载种类

根据水平方向模板及竖向模板所承受外力的不同形式，可分为以下几种荷载，作为计算时的依据。

1．模板及支架自重(MPa)；

2．新浇混凝土重量(MPa)；

3．钢筋重量(MPa)；

4．施工人员及设备的重量(MPa)；

5．震捣混凝土时产生的荷载(MPa);6．新浇混凝土对摸板的侧压力(MPa).在以下二公式中取小值：

(4-1)(4-2)

式中P—新浇混凝土的最大侧压力(MPa)，

V—混凝土的浇筑速度(m/h)；

T—混凝土的温度(

C)；

H—混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m)。

Ks—混凝上坍落度影响系数，当坍落度值小于3cm时．取0.85;坍落度为5~9cm时取1.0；坍落度为11~15cm时，取1.15；

Kw—外加剂影响系数，不掺外加剂时取1.0；掺入缓凝剂时取1.2。

(二)荷载组合计算模板的强度及刚度时，对其荷载种类的确定，应依据构筑物的不同部位而异，对荷载种类的选择称为荷载组合。如表4-5所列。

(三)计算方法模板计算是模板设计的核心，计算方法与永久性钢、木结构设计相似。计算荷载亦即组合后的荷载总值(MPa)，经过对选定型式后该单元的横梁、立柱、螺栓间距等，算出应力及挠度，使之小于材料的许可应力及允许最大变形值。不满足要求时，采用加大材料断面面积或减小间距的方法调整。达到在保障安全的前提下，既节约材料又便于施工的目的。

(四)模板的拆除为了加快模板的使用周期，并保证混凝土不发生塌陷或开裂事故，应根据不向部位及不同跨度，同条件养护混凝土试件的强度值确定拆模时间，其数值见表4-6所列。承重的侧向模板，当混凝土强度达到1.2MPa以后时即可拆除。但拆除时不得用力过猛，造成结构破坏。

四、滑升式模板竖向尺寸大的钢筋混凝土结构，按通常的方法支设模板，不仅材料用量大，同时在操作上也有一定困难。为比在浇筑冷却塔、水塔塔身或深水池时，可采用滑升式模板施工。滑升模板(如图4-10所示)的门形架由型钢做成，液压千斤顶固定在门形架上部，定型模板(高度为1~1.2m)固定在门形架的下部。提升模板的液压千斤项中间穿过承重杆，承重杆为—直径为25mm的光圆钢筋，按一定间距垂直埋在混凝土结构的中心部位。千斤项提升过程如图4-11所示。模板提升后，千斤项内的钢珠夹紧承重杆，使模板不会下掉。当再一次提升时，钢珠与承重杆松开，启动液压千斤顶，模板又上升一个高废。当模板不断提升时，应随即将承重杆接长。

施工时，待混凝土达到一定强度后，开始提升模板。因此，应控制混凝土脱模后不致坍塌，也不应因模板与其摩擦而发生裂缝的最佳时间。开始浇筑的混凝土高度为600~1000mm，以后则分层浇筑，每层混凝土高度为300mm。因此，从开始浇筑到第一次提升的时间约为5~6h。脱模后的混凝土须随时将其表面抹压坚实，表面的缺陷应及时修补。并对脱模后的混径土进行养护。模板滑升过程中，应随时用经纬仪和水准仪检查模板门架系统的垂直和水平位置，五、拉模大型的钢筋混疑土管道，可在沟槽内利用拉模进行混凝上浇筑。拉模有内模和外模两部分。内模是根据管径、一次浇筑长度及施工方法等因素，采用钢模和型钢联接而成。内模一般由三块拼板组

成，各拼扳间由花篮螺拴固定，脱模时，将花篮螺拴收缩后，使板面与混凝土脱离，见图4-12所示。外模为一列车式绗架，浇筑混凝土时，在操作平台上从外模上部的缺口将其灌入。见图4-13所示。震捣器可采用附着式及插入式分别使用。

当混凝土达到一定强度后，将已松动的内模由构槽内的卷扬机拉到另一浇筑段。在钢筋工序完成后，也将外模移拉至下一段，准备下一段的继续浇筑。第三节钢筋工程

一、热轧钢筋的级别钢筋混凝土结构所用钢筋的材质为优质碳素的和普通低合金钢。按生产工艺及加工方式的不同，又分为热轧钢筋、热处理钢筋、冷拔钢丝、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢铰线等。在碳钢内分别掺入硅、锰、钒、钛等元素组成各种合金钢，合金钢的屈服强度、抗拉强度及疲劳强度部较碳钢高。为了便于运输和堆放，直径小于10mm的钢筋通常卷成圆盘出厂，称盘条。直径大于12mm的轧成6m或12m的长度供应。新标准规定：热轧钢筋按屈服强度与抗拉强度的比值(称屈强比)分I、Ⅱ、ⅢⅢ、Ⅳ四级，级别愈高，其抗拉强度愈高，但塑性、韧性愈低。见表4-7所示。

(一)钢筋的机械性能钢筋的机械性能，有拉伸性能(屈服强度、抗拉强度、伸长率)及冷弯两项。

1.拉伸性能拉伸性能是将钢筋试件放在万能试验机上进行的，在加荷过程中，所看到钢筋承受拉力及变形情况，由此而绘出的拉伸曲线图，如图4-14所示。

(1)弹性阶段，应力与应变成正比，在

-ε图中是一直线0A。

(2)屈服阶段，当应力超过弹性极限后，应力与应变不再成比例关系，应力在很小范围内波动，而应变却急剧地增加使混凝土出现很大裂缝。因此，钢筋混凝土结构计算以屈服强度作为钢筋强度的限值。

(3)强化阶段，过屈服点以后，继续加荷使试件继续产生变形，应力与应变的关系表现为上升曲线，对于c点的应力叫强度极限，也叫抗拉强度。在钢筋中的强化阶段，只做为安全储备。

(4)颈缩阶段：达到顶点c后，变形加大，拉力逐渐下降，使试件的其一断面显著缩小，最后在D点断裂。在钢筋拉伸试验中，可得出伸长率值：

(4-3)式中l1—钢筋试件拉断后，标距部分的长度；

l0—试件拉伸前标定的长度；

n—试件尺寸(长试件10d0；短试件5d0；d0—试件直径。

2．冷弯性能冷弯试验是钢筋的主要工艺试验，用以测定钢筋在常温条件下，承受变形的性能。冷弯就是把钢筋试件在规定的弯心宣径条件下弯到一定角度，在弯曲处的外面及侧面，如无裂纹、断裂及起层现象即为合格。

弯心直径是按试件直径的倍数表示的。

(二)钢筋的化学成分热轧钢筋的性能与含合金元秦的种类及数量有关。

1.碳(C)：碳量是钢材中的重要元素，含量愈多，钢的强度和硬度愈大，塑性和韧性愈低焊接性能变差。

2.硅(Si)：硅熔于纯铁中，增加钢的弹性及强度，其含量超过0.6％时，称“硅钢”。

3.锰(Mn)：锰熔于纯铁中，对钢性的影响与硅相似，其含量超过1％时，称“锰钢”。它不仅有足够的韧性，而且有较高的强度和硬度，并能改善钢的热加工性能。

4.钒(V)：它和碳．氮、氧都有极强的亲和力，与之形成极为稳定的化合物。少于0.5％的钒能细化钢的组织，提高钢的强度和低温韧性，改善钢的焊接性能。

5.钛(Ti)：它和钒在金属中的作用相似，含钛量为0.06~0.12％的低合金钢，具有良好的力学性能和工艺性能。

此外，钢的成分中，也合有磷(P)、硫(S)等有害物质，磷熔于纯铁中，塑性和冲击韧性显著降低，冷脆性大；硫以FeS存在，不仅热脆性大，而且能降低钢的机械性能。所以，在钢筋中，应通过冶炼降低磷和硫的成分。热轧钢筋中主要元索含量见表4-8所列。

(三)钢筋脆断

Ⅲ级以上的钢筋，在运输、贮存或加工过程中，有时会在远低于屈服强度时而发生突然断裂，这种断裂称为脆性断裂。

由于潮湿、雨水、大气或废水的腐蚀，在钢筋表面出现腐蚀坑，或在制造、运输、加工时产生微裂，都会使钢筋出现脆断现象。钢筋受酸或弱碱作用产生氢气，钢筋内部因氢的作用而引起的断裂称氢脆断裂。脆断也可能在混凝土浇筑、蒸汽养护以及结构在使用过程中发生，称为应力断裂。变形钢筋在应力集中处，冷拉钢筋的夹痕、损伤、焊接的电火花处，预应力钢筋墙头处等也常发生脆断。因此，在运输、保管过程中，防止腐蚀是非常必要的。二、钢筋的冷加工钢筋冷加工是使用部门对钢筋在常温条件下进行的冷拉、冷拨或冷轧，以提高单位面积的抗拉强度．达到

节约钢筋用量的工艺过程。

(一)冷加工原理将Ⅰ~Ⅳ级钢筋拉伸，超过屈服点，达到塑性变形阶段，当卸去荷载后，则不能沿原曲线回到O点．而沿着直线kl，回到l点，。Ol为残留变形，如在此基点上重新加荷，应力—应变曲线将沿着lk达k‘点，在k点上部出现新屈服点，该屈服点高于原屈服点，因此而产生抗拉强度和硬度的提高现象，称为冷作硬化。见图4-15所示。从物质的构造来看，金属原子是按一定的几何形状排列的，当发生塑性变形时，晶格结构也发生变化，如图4-16所示。晶格的两相邻部分之间发生滑移，滑移面附近产生根多被挤乱的品晶体碎块，致使继续滑移困难，出于沿路抗力增加，钢筋酌抗拉强度便有所提高。

图4-15中，kk’称为冷拉时效。冷加工钢筋的这种效应只有在加工和重新承受荷载之间，有一定时间间隔才会发生。在常温情况下，I、Ⅱ级钢筋的时效过程约20d，称天然时效。采用人工时效时，是将钢筋置于100

C的环境中，时效过程仅需2h。Ⅲ~Ⅳ级钢筋必须采用人工时效，即将钢筋通电加热到150~200

C时保持20min，即能完成时效过程。但是，当温度在450

C时，钢筋强度则有所降低，达700

C时，钢筋便失去冷拉强度，又恢复到冷拉前的力学性能。因此．冷拉钢筋需要焊接，应先焊接而后冷拉。

(二)冷加工方法及应力控制

1.冷拉

冷拉是将钢筋的一端固定，另一端用卷扬机拉伸，其装置如图4-17所示。

为了取得冷拉后钢筋的强度，冷加工时有两种方法进行控制。一种是控制拉长率，亦称单控，另一种是控制冷拉应力及拉长率，称双控；单控工艺简单，但当钢筋材质不均匀时。冷拉率离散性较大，不能保证每根钢筋所要求的冷拉应力。因此，为了安全起见，单控冷拉钢筋的设计强度，规定得比双控冷拉钢筋的设计强度为低。采用控制冷拉应力方法时，其控制应力值见表4-9所列。采用控制冷拉率方法时，其冷拉率值为：Ⅰ级—10%；Ⅱ级—3.5~5.5%;Ⅲ级—3.5~5.0%;Ⅳ级—2.5~4.0%.

经冷拉后的钢筋，其机械性能见表4-10所示。

2.冷拔

冷拔是通过拔丝机进行的，以强力方式使钢筋通过钨合金制成的比钢筋直径小0.5~1.0mm的冷拨模孔，见图4-18所示。把直径6~10mm的钢筋冷拔成比原直径小的钢丝。经过多次冷拔，可使强度提高40~60％，这是因为冷拨过程中，钢筋既受拉，又受四周冷压，使其内部组织发生微裂变化阶段。经过冷拔的钢丝有以下四种。

(1)冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是用普通低碳钢热轧盘条冷拔而成。当要求的冷作应力较高时，为了使应力分布均勺，钢丝可多次冷拔，每次冷拔后的钢筋断面缩小率不大于10％，冷拔钢丝的塑性比母材为低。

(2)碳素钢丝为了提高钢丝的强度，可采用含碳量为0.8％或更高的高碳盘条经酸洗、拔制、回火等工艺制成。具有强度高、柔性好的优点。这种钢丝用于预应力混凝土结构

中。

(3)刻痕钢丝在钢丝表面进行机械刻痕，称刻痕钢丝，可提高与混凝土的握裹力，主要用于预应力混凝土结构中。

(4)钢绞线钢绞线是用符合标准的钢丝经绞捻后除应力后制成具有强度高、柔性好、质量稳定的优点。适用于预应力混凝土结构。在应力—应变曲线中，各种钢丝没有明显的屈服点，而且伸长率较低，在设计中，一般用应变为0.2％时的应力值作为钢丝的“条件流限”

0.2。条件流限

0.2为预应力钢筋混凝土构件强度计算中钢丝应力的控制上限。由于钢丝没有明显的屈服极限，因此，抗拉强度是构件强度设计的唯一指标。条件流限

0.2约等于抗拉强度的70~85％，因此，《规范》规定，条件流限一律取值为抗拉强度的80％。在钢丝网加工时，冷拔低碳钢丝

可以点焊，其余各类钢丝均不能焊接。

3.冷轧将圆筋通过一对或两对互相垂直的成型钢辊，压轧成规律变形的钢丝。如图4-19所示。冷轧后的钢筋强度可达650N／mm2。三、钢筋加工钢筋施工的颁序如下：

(一)除锈在钢筋贮存过程中，由于保管不当，钢筋表面易生锈，严重者不仅影响与混凝土的粘接，同时还会逐渐减小钢筋断面。除锈的方法有除锈机或酸洗等。

(二)调直用在结构中的钢筋应直顺，否则会在受力前使结构开裂。钢筋调直有人工和机械两种方法。

调直机的机型有4-14型，适用于调直公4~14mm的盘条，GJ6-4/8型适用于调直必4~8mm的盘条。此外，还有数控凋直切断机，适用于调直d4~8mm的盘条，切断长度不大于10m。以GJ6-4/8型调值机为例，结构组成有：放盘架、调直筒、传动箱、机座、承受架、定尺板等。见图4-20所示。

(三)切断切断亦称下料，下料前需根据设计要求的尺寸划线，由于结构图中所表示的是外包尺寸，但下料的尺寸是轴心尺寸，在弯曲任一角度时，外包尺寸都大于轴心尺寸。所以，划线的关键主要是考虑因弯曲所涨出的增长值

ι，

ι称量度差值，否则成型后的尺寸变大，不仅造成浪费，同时也减小了保护层尺寸。

弯曲不同角度的量度差值分别为：弯30

时，

ι＝0.35d;弯45

时，

ι＝0.5d；弯60

时，

ι=0.85d；弯90

时，

ι＝1.75d;弯135

时，

ι＝2.5d。d为钢筋直径。此外，为了提高钢筋与混凝土的握裹力，《规范》要求在I级钢筋两端，各弯起一个标准钩，即在2.5d弯心直径情况下弯曲180。，其平直段为3d。这样，经计算知每端弯钩的增长值为6.25d。见图4-21所示。钢筋切断机分别为机械传动和液压传动两类。目前，使用较多的是GJ5-40型切断机，可切断6~40mm直径的钢筋。该机的主要组成部分为电动机、皮带机、减速因轮、偏心连杆机构、冲切刀片及固定刀片等。见图4-22所示。

(四)弯曲切断后的钢筋绝大部分根据图纸尺寸进行弯曲成型。弯曲的方法有人工和机械两种。机械弯曲常用

GW40型钢筋弯曲机，它能将6~40mm的钢筋弯曲成工程历需要的各种形状。该机的构造如图4-23所示。

(五)连接钢筋连接有焊接和绑扎两种方式：焊接又分接触焊(点焊和对焊)和电弧焊两类。按触焊是把两根钢筋的端部对在一起，然后通过焊接电流加热到足够的温度，并在焊接共间连续地或断续地加以挤压，使两焊件焊在一起。见图4-24所示。

电弧焊是在长度不够的钢筋端部采用搭接焊的方法进行连接。其搭接长度与钢筋直径及焊缝多少有关。见图4-25所示。以上两种焊件均应进行抽样检查，其接头强度不应低于母材强度。

绑扎是人工操作，其质量不及焊接，故搭接长度亦较长。见表4-15所列数值。安装后的钢筋应有足够的刚度和稳定性。预制的钢筋骨架，在运输和安装过程中，应避免发生变形、开焊及松扣现象。第四节水泥

水泥系水硬性胶凝材料，加水拌合后，经物理化学过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体。水泥与砂、石等散状材料混合，硬化后成为水泥混凝土。水泥的种类繁多。在建筑工程中，使用的水泥主要有硅酸盐类的5种常用水泥，在结排水工程中，有时还使用其他品种水泥，如快硬水泥、膨胀水泥、耐酸水泥等。一、常用水泥

(一)硅酸盐水泥

1.原料及矿物组成

凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称硅酸盐水泥，亦称纯熟料水泥。硅酸盐水泥生产的主要工艺流程如下：

生料在煅烧过程中，分解出氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁及少量的氧化镁和三氧化硫等物质。在更高温度下，氧比钙将与氧化硅、氧化铝、氧化铁相化合，形成以硅酸钙为主要成分的熟料矿物。其名称及含量加下：硅酸三钙3CaO·SiO2(简写C3S)含量37~60％；硅酸二钙2Ca0·Si02(简写C2S)含量15~37％；铝酸三钙3Ca0·A1203：(简写C3A)含量7~15％；铁铝酸四钙4Ca0·A1203·Fe2O3(简写C4AF)含量10~18％。当各种熟料单独与水化合时，表现出的特征为表4-12所列。

可以看出:硅酸三钙和硅酸二钙两种成分占75%左右，是水泥强度的主要成分。

2．硅酸盐水泥的凝结与硬化水泥加水拌和后，由可塑状态逐渐变稠，失去塑性，但不具有强度，该过程称“凝结”。随后，明显地产生强度，变成坚硬的人造石材，这一过程称为“硬化”。

(1)水化反应水泥颗粒与水接触后，在其表面的熟料矿物与水发生水解或起水化作用。形成水化机并释放出一定的热量。其水化反应如下：

2(3CaO·Si02)+6H2O＝3CaO·2Si02·3H20+3Ca(OH)2

硅酸三钙水化硅酸钙氢氯化钙2(2CaO·SiO2)+4H20＝3Ca0·2SiO2·3H2O+Ca(0H)2

硅酸二钙

3Ca0··A1203+6H20＝3Ca0·A1203·6H20

铝酸三钙水化铝酸钙

4CaO·A1203·Fe203+7H2O＝3CaO·A1203·6H20+Ca0·Fe203·H2O铁铝酸四钙水化铁酸钙硅酸三钙水化很快，生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶。水化生成的氢氧化钙在溶液中的浓度很快达到过饱和，呈六方晶体析出。水化铝酸三钙为立方晶体，在氢氧化钙饱和溶液中能与氢氧化钙继续反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙。为了调节水泥的凝结时间，水泥中掺入占全部熟料成分2~4％的石膏，已生成的水化铝酸钙又与石膏反应，生成水化硫铝酸钙。其反应情况如下：4Ca0·A12O3·6H20+3(CaS04·2H20)+19H2O＝3CaO·A1203·3CaSO4·31H2O水化铝酸三钙二水硫酸钙水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙是难溶于水的针状晶体。

综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化物有，水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化硫铝酸钙及氢氧化钙。不完全水化的水泥石中，水化硅酸钙占50％，氢氧化钙占25％左右。水泥在空气中硬化时，表层的氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙(石灰石)。

(2)硬化过程水泥加水拌和后，水化作用首先在颗粒表面发生，生成的水化物溶解解于水，露出新的颗粒表面使水化作用继续进行。在初始阶段，水化作用进行很快，但是，由于各种水化物的溶解度很小，水化物的生成速度大于溶解于水的速度。因此，在颗粒表面的水化物愈积愈多，达到过饱和状态，析出水化硅酸钙凝胶，包在水泥颗粒表面，形成半渗透膜，使水向内渗入和水化物向外扩散的速度减慢；但水化作用继续进行，使半渗透膜增厚。这种以水化硅酸钙凝胶为主，并有氢氧化钙分布的水化物结构，称水泥凝胶体。由于水分渗入膜层内的速度大于水化物透过膜层向外扩散的速度，产生渗透压力，使膜层破裂，水化速度重新加快，直至新的凝胶体

修补了破裂的膜层。由于膜层的不断破裂和增厚，使水泥颗粒之间的被水充满的空隙逐渐缩小，以致膜层增厚致使颗粒间的相互接触、粘结、水泥浆逐渐失去塑性，形成水泥凝结阶段。当形成的凝胶体继续增加进而填充水泥颗粒之间的空隙，使浆体逐渐产生了强度，即水泥的硬化阶段。将上述过程的特点归纳如下：

3.硅酸盐水泥的枝术性质

(1)细度水泥颗粒的粗细对水泥的性质有很大影响。颗粒愈细，与水起化学反应的表面积愈大，因而，水化速度较快且较完全，早期和后期强度均较高，故水泥颗粒小于40

m时，才具有较高的活性。水泥的细度用筛析法检验。即在0.08mm方孔标准筛上的筛余量不得超过15％为合格。

(2)凝结时间凝结时间包括初凝和终凝两个概念，初凝为水泥从加水拌和至水泥浆开始失去可塑性的时间；终凝为水泥从加水拌和时至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。为了便于混凝土的搅拌、运输和浇筑，国家标准规定：初疑时间不得少于45min;终凝时间不得超过l2h为合格。凝结时间的检验方法是以标推稠度的水泥净浆，在规定的温、湿度环境下，用凝结时间测定仪测定。见图4-26所示。

(3)体积安定性水泥硬化后产生不均匀的体积变化即为体积安定性不合格，就会使混凝土产生膨胀性裂缝，影响构筑物的质量。

产生体积安定性不良的原因是熟料中所含游离氧化镁或掺人石膏过多所致。所以，国家标准规定；游离氧化镁含量应小于5％，三氧化硫含量不得超过3．5％。检验方法是将标准稠度的水泥净浆所制成的试饼沸煮4h后，用眼视察以来发现裂纹、用直尺检查没有弯曲现象为合格。

(4)强度及标号

硅酸盐水泥的强度取决于熟料的矿物成分和细度。国家标准规定：水泥和标准砂按1：2.5的比例混合，加入规定数量的水，按规定的方法制成尺寸为4×4×16cm的试件，在标联温度(20±3

C)的水中养护，测其28天的抗折及抗压的强度值。按照测定的结果，将硅酸盐水泥分为425、525、625三种标号。见表4-13所列。

(5)水化热水泥水化过程中释放的热量称水化热。水化热量及放热速度与水泥的矿物成分、细皮、掺入的混合材料等因素有关。放热量愈大，放热速度亦愈快。苦通硅酸盐水泥三天内的放热量是总放热量的50％，七天为75％，六个月为83~91％。根据试验：1克水泥的水化热量(J)＝568(C3S)+259(C2S)+830(C3A)+l25(C4AF)。放热量大的水泥对小体积混凝土及冷天施工有利，对大型基础，混凝土坝等大体积混凝土结构不利，因内外温度差引起的应力，可使混凝土产生裂缝。此外，在进行水泥检验时，还应对标准稠度用水量做为试验项目，以其值为凝结时间和体积安定性检验的依据。在混凝土配合比设计和储运时，仍需知道水泥的密度和相对密度，硅酸盐水泥的相对密度为30~31.5kN/m3，重力密度为10~16kN/m3。

4.水泥的腐蚀与防腐措施硅酸盐水泥硬化后，在正常条件下，具有较高的耐久性。但在某些腐蚀性的液体或气体中，有会被腐蚀的可能。引起水泥石腐蚀的因素很多，以下为几种典型介质的腐蚀。

(1)软水侵蚀雨水、雪水、蒸馏水、冷凝水及合重碳酸盐甚少的河水、湖水等均属于软水。当水泥石长期与这些介质接触时，氢氧化钙即可溶于介质中，在有压水作用下，会使氢氧化钙不断地溶解流失，此种侵蚀亦称溶出性侵蚀。此外，由于石灰浓度的降低，仍可引起其他水化物的分解溶蚀，致使水泥石遭受破坏。反之，若环境中含重碳酸盐时，它与氢氧化钙作用，生成不溶于水的碳酸钙：

Ca(0H)2十Ca(HC03)2＝2CaCO3+2H20

生成的碳酸钙积聚在已硬化的水泥石孔隙内，形成保护层，阻止了外界水的侵入和氢氧化钙的溶出。

(2)一般酸类腐蚀在某些工业废水、地下水、沼泽水中常合有无机酸和有机酸，这些酸对水泥石都有腐蚀作用。例如：盐酸与氢氧化钙作用，生成易溶于水的氯化钙。

2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H20

硫酸与氢氧化钙作用，生成硫酸钙，它可直接在水泥石中结晶，使体积膨胀；也可再和水泥石中的水化铝酸钙作用，生成三硫型水化硫铝酸钙，破坏性更甚。

H2S04+Ca(OH)2＝CaS04·2H20

碳酸水的腐蚀情况是：在工业废水、地下水中常有较多的二氧化碳，这种水与水泥石作用，最终可生成易溶于水的重碳酸钙初期：Ca(0H)2+C02+H2O

CaCO3+2H20

后期：CaCO3+C02+H2O

Ca(HC03)2

由于氢氧化钙的浓度的降低，进而导致其他水化物的分解。

(3)盐类腐蚀在海水、湖水、地下水以及某些工业废水中，常含有大量的硫酸镁、氯化镁等盐类以及含有钾、钠等硫酸盐，它们分别与氢氧化钙、水化铝酸钙起置换反应对水泥石产生腐蚀作用。例如：

MgS04+Ca(0H)2+2H20＝CaS04·2H20+Mg(0H)2MgC12+Ca(OH)2＝CaCl2+Mg(0H)2以上生成的氢氧化镁是松软而无胶结力的物质；二水石膏会引起水泥石的膨胀。4CaO·Al203·12H20+3CaSO4+20H2O＝

3CaO·A1203·3CaS04·31H20+Ca(OH)2

经过再次反应，生成的三硫型水化硫铝酸钙含有大量的结晶水，比原有体积可增大1.5~2倍，对水泥石起

极大的破坏作用，三硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体，称为“水泥杆菌“。碱类溶液在浓度不大时，一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥与强碱作用，也会破坏水泥石。

3CaO·Al203+6Na0H＝3Na20·A12O3+3Ca(OH)2以上生成的铝酸钠易溶于水中。针对上述腐蚀的原因，可采取以下措施防止腐蚀。

(1)根据环境水的特点合理地选用水泥。例如采用含熟料成分少的水泥，当氢氧化钙及铝酸钙减少到一定程度后，即可减轻腐蚀的程度。

(2)提高水泥石的密实度。在配制混凝土时，尽量减少拌和水，以减少水泥石中的孔隙。

(3)当侵蚀作用较强时，可在结构表面加上不透水的保护层。如铺贴耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、涂刷沥青等。

(二)普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)。水泥中混合材料掺量按重量百分比计，掺活性混合材料时，不得超过15％；掺非活性混合材料时，不得超过10％；两种同时掺入时，总量不得超过15％，其中非活性混合材料不得超过l0％。因普通硅酸盐水泥中的混合材料较少，故其组成特性和使用范围，基本上与硅酸盐水泥相同。但标号范围较宽，有275、325、425、525、625五种。其各龄期的强度值见友4-13所列。

(三)矿渣硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材，称矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)。水泥中掺的粒化高炉矿渣为活性混合材料，与水化合后能有较弱的水硬性，其掺量为20~70％。按照国家的规定：矿渣水泥的细度、凝结时间及体积安全性的要求均与硅酸敖水泥相同，只招标号划为4个等级，如275、325、425、525四种。其各龄期的强度值见表4-14所列。矿渣水泥的特点是具有较强的耐腐蚀及耐热性能，适用于蒸汽养护的混凝土。但抗渗、抗冻性均差，干缩率和泌水性也较大。

(四)火山灰质硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰混合材料，加入适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称火山灰硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)。水泥中的火山灰质混合材料是活性的，其掺量为20~50％。火山灰水泥的细度、凝结时间及体积安定性的要求与硅酸盐水泥相同。标号及不同年龄期的强度指标与矿渣水泥相同。火山灰水泥的抗腐蚀性及抗渗性强，但干缩大，养护不良极易裂缝。

(五)粉煤灰硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)。

水泥中渗入的粉煤灰也是活性混合材料。其掺量为20~40％。粉煤灰水泥的细度、凝结时间及体积安定性指标与硅酸盐水泥相同；标号及不同龄期的强度值与矿渣水泥相同。粉煤灰水泥的耐腐蚀性强，干缩小，由于水化热低，适用于大体积混凝土结构中。但是，粉煤灰水泥石中碱性较低，抗碳化性能差。二、其他品种水泥

(一)快硬水泥

凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的熟料，加以适量石膏，磨成细粉，制成一种早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称为快硬水泥。

熟料中硅酸三钙占50~60%，铝酸三钙为8~14％，为加快硬化速度，可适量增加石膏的掺量(8%)，和提高粉磨细度。根据国家规定：细度用4900孔/cm2的标准筛，筛余量不得超过10％；凝结时间指标中的初凝不得早于45min；终凝不得迟于1h，体积安定性的要求与硅酸盐水泥相同，强度中各龄期的硬练标号不得超过表4-15中的规定。

(二)膨胀水泥膨胀水泥是以适当成分的硅酸盐水泥熟料、膨胀剂称石膏，按一定比例混合，粉磨而制得的水硬性胶凝材料。膨胀剂系固相的高碱性水化铝酸钙4CaO·A12O3遇水与石膏作用形成三硫型水比硫铝酸钙的晶体，晶体长大而使水泥体积膨胀。

膨胀水泥的品质变求是：细度用4900孔/cm2标准筛筛余量不大于10%；初凝时间不早于20min、终凝时间不迟于10h，体积安定性系蒸煮试验和浸水28d后体积变化均匀；硬练强度值见表4-16所示。膨胀率是膨胀水泥的重要指标，国家规定：水中养护时，一天的膨胀率不得小于0.3％，28天的膨胀率不得大于1％。湿气养护时，最初3天内不应有收缩。

(三)矾土水泥矾土水泥以铝矾土和石灰石为原料，经缎烧(熔融状态)、磨细而成。熟料的主要矿物成分为铝酸盐又称高铝水泥。是一种快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水硬性胶凝材料。矾土水泥的标准是：细度用4900孔/cm2的标准筛筛余量不超过10％，初凝时间不早于30min，终凝时间不迟于10h，体积安定性用煮沸法测定，试件体积变化必须均匀；强度不低于表4-l7中所列数值。第五节砂石骨料

普通混凝土以砂、石(卵石、碎石)做为骨料。颗粒0.15~5mm为细骨料，5~100mm为粗骨料。骨料在混凝土中起骨架和稳定体积的作用。土建工程中的轻混凝土的骨料有浮石、陶粒等，特殊工程中，特重混凝土的骨料采用晶石、钢碴等。

天然砂按矿物成分，分为石英砂、长石砂、石灰石砂等，混凝土用砂应坚硬、洁净，砂石中的粘土、扮尘、云母、有机质、硫化物和盐类等含量都不应超过规范规定的数值。一、砂的级配及规格

等粒径的骨料孔隙率大，使水泥浆的用星增多，不同粒径骨料按一定比例掺和搭配，称级配。级配良好的骨料，其孔隙率最小。砂的级配用筛分试验鉴定。筛分试验是用一套标准筛将500g干砂进行筛分，标准筛的孔径由5、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm组成，筛分时，须记录各尺寸筛上的筛余量，并计算各粒级的分计筛余百分率和累计筛余百分率。表4-18为一组实例砂筛分记录。天然砂的最佳级配，国家规范的规定见表4-19所列。试验时，为了把计算结果直观地对照，常把数字绘成图型，见图4-27所示。把测得的累计筛余百分率落在I、Ⅱ、Ⅲ某区内，即可判断在某种规格内的级配好坏。

砂的规格有粗砂、中砂、细砂、特细砂，以便在不同工程中选用。拌制混凝土时，经常用租砂和中砂，拌制砂浆时，经常用细砂和中砂。砂的规格用细度模数表示，计算公式如下：

(4-4)式中Mx—砂的细度模数，规范规定；

Mx＝3.1~3.7为粗砂；Mx＝2.3~3.0为中砂；

Mx＝1.6~2.2为细砂；Mx＝0.7~1.5为特细砂。

A1,A2,A3,A4,A5,A5,A6—分别为5，2.5，1.25，0.63，0.315，0.16mm各筛的累计筛余百分率。

二、粗骨料普通混凝土所用粗骨料有卵石，碎石及破碎河光石三种。卵石表面光滑，拌制的混凝土和易性好，但与水泥浆的粘结力不及碎石。

粗骨料也有级配的要求，其规范规定的级配标准见表4-20所列。粗骨料的级配分为连续级配(亦称单级配)和间断级配两种。

粗骨料的强度愈高，混凝土的强度亦愈高，因此，石子的抗压强度一般不应低于混凝土标号的150%。

拌制混凝土时，最大粒径愈大，愈可节约水泥用量，并可减少混凝土的收缩。但《规范》规定：最大粒径不应超过结构截面最小尺寸的1/4，同时也不得超过钢筋间最小净距的3/4。否则将影响结构强度的均匀性或因钢筋卡住石子后造成孔洞。第六节混凝土

一、混凝土性能以水泥为胶凝材料配制的混凝土应具有强度、耐久性、和易性及经济性。用水泥、砂、石、水拌制的混凝土在拌和过程中，称混凝土拌和物。为了便于施工，并获得最佳的质量，要求拌和物具有良好的可施工性，即和易性。当混凝土硬化后，应有设计所需要的强度，以承受荷载及抗渗、抗冻等耐久性指标。此外，还应通过选用材料和采用优化的配合比来减少水泥用量，降低工程造价。

(一)混凝土的强度及标号

1.混凝土的强度混凝土的强度有抗压强度，抗折强度、抗拉强度等。硬化后的混凝土，在逐渐增大外力作用时，会逐渐变形而最后被破坏。其外力和变形以及内部裂缝变化之间的关系，可以通过力学试验和同时进行显微观察的方法来了解。以混凝土单轴受压状态为例，受压时的关系曲线如图4-28所示。通过视察，混凝土裂缝的发展过程，可分为4个阶段，每个阶段的裂缝状态如图4-29所示。当荷载达到“比例极限”(约为极限荷载的30%)以前，界面裂缝无明显变化(见图4-29a)，荷载超过“比例极限”以后，界面裂缝的数量、长度和宽度都不断增加，界面惜摩阻力继续承担荷载，但无明显砂浆裂缝(见图4—296)。荷超超过“临界荷裁”(约为极限荷裁的70一90％)以后，开始出现砂桨裂缝，并将界面裂缝连在一起，成为继续裂缝(见图4-29c)。超过极限荷裁以后，连续裂缝急速发展(见图4-29d)，继而使混凝土承受荷载的能力下降，变形迅速加大，以致完全破坏(见图4-29e)。由上可见，荷载与变形的过程是内部裂缝的发生和发展

的过程，只有使微观破坏发展到一定量级时，才能使混凝土的整体遭受破坏。

2.混凝土的级别混凝土的级别是以边长为15cm立方体试块在标准条件下(温度20±3

C)，相对湿度90％以上，养护28d用标准试验方法所测得的具有95%保证率的抗压极限强度值来确定的。

根据抗压强度，划分为C8、C13、C18、C23、C28、C38、C48、C58等8级，贮水或水处理构筑物的混凝土，不得低于C18。在使用其他尺寸试模时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试块的试验结果。其换算系数值见表4-21所示。

3.影响混凝土强度的主要因素

根据混凝土的破坏过程可知．混凝土的强度主要决定于水泥石的强度(砂浆的胶结力)及水泥石与骨料表面的粘结强度。因骨料本身最先破坏的可能性小，故上述两种破坏与水泥强度和水灰比有密切关系。此外，混凝土强度也受施工质量、养护条件及龄期的影响。

(1)水泥标号和水灰比水泥标号的高低，直接影响到混凝土强度的高低。亦即，在配合比相同的条体下，水泥的标号愈高，混凝土的强度亦愈高；当用同一品种、同一标号的水泥拌制混凝土时，混凝土的强度则取决于水与水泥用量之比值称为水灰比。一般水泥硬化时所需的拌和水，只占水泥重量的25%左右：但为了在施工中有必要的流动度，常用较多的水进行拌和(水泥重量的40~80%左右)。水灰比的加大，残留在混凝土中的多余水分经蒸发而形成气孔，气孔愈多，混凝土的强度愈低。相反，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料的粘结力愈强，混凝土的强度就愈高。但应明确，如拌和水过少，则混凝土拌和物干稠，给施工操作造成困难。

此外，水泥石与骨料的粘结力还与骨料的表面特征有关，碎石的表面粗糙，多棱角，粘结力大。卵石则与之相反。根据工程实践，混凝土强度与水灰比、水泥标号等因素的关系式如下：

（4-5）R标—混凝土的标号；Rbc—水泥的标号；c—每立方米混凝土中的水泥用量(kg)；w—每立方米混凝土中的用水量(kg)；A,B—材料系数，见表4-22所列数值。

(2)温度与湿度混凝土在硬化过程中，强度增长率与温度成正比。

水泥水化过程中，温度也是强度增长的必要条件，若湿度不够，影响水泥的水化作用，致使混凝土结构疏松，使强度及抗渗、抗冻性能降低。

(3)龄期混凝土在正常养护条件下，其强度与养护龄期成正比。但初期较快，后期较慢。不同龄期混凝土强度的增长情况见表4-23所列。为了计算不同龄期的混疑土强度，可用下式求得平均温度：

(4-6)式中Ty—混凝土的平均温度；

t0—混轻土浇筑完毕时的温度;t1、t2…tn—混凝土浇筑完毕后，经1、2……n昼夜后的温度;n—在正常温度下养护混凝土的昼夜数。

(二)混凝土的耐久性

温凝土承受非荷载的外界因素作用的性能称为混凝土的耐久性。与本专业有关的耐久性指标如下。

1.抗渗性和抗冻性

(1)混凝土的抗渗标号

混凝土的抗渗性用抗渗标号S表示。依据高低分为S4、S6、S8三级。抗渗标号与构筑物内的最大水头和最小壁厚有关，确定依据如下：

抗渗试验是用6个圆柱体试件，经标准养护28d后，置于抗渗仪上，从底部注入高压水，每次升压0.1MPa，恒压8min，直至其中4个试件末发现渗水时的最大压力，即为该组试件的抗渗标号。见图4-30所示。

(2)混凝上的抗冻标号

混凝土抗冻性用抗冻标号D表示。依据高低分为D80、D100、D150、D200、D250等5级。抗冻标号的确定与结构类别、气温及工作条件有关，其依据如下表所示，试验时，将6或12块边长为150mm立方体试件，标准养护28d后，经受冻融作用，当冻融后的试件强度损失值和重量损失值分别不大于25%及5%时的冻融循环次数，即为该组试件的抗冻标号。其试件提篮见图4-31所示。

(3)抗侵蚀性密实度较大的混凝土，环境水不易被浸入，此为抗侵蚀性强，这对于给排水构筑物更具有针对性。

2．提高混凝土的耐久性的措施上述混凝土的抗渗、抗冻等作用时的破坏形式各有不同，但共同之处是使混凝土的密实性提高、减少内部

孔隙。为此提高混凝土耐久性的措施有以卞几方面。

(1)合理地选用水泥品种。在5种常用水泥中，矿渣水泥具有憎水性，会使拌和水上浮，使混凝土内的垂直方向形成毛细通道，故不宜采用。

(2)降低水灰比和增加水泥用量。这两项是提高混凝土密实度的关键。为此，《规范》规定了各地区对最大水灰比及最小水泥用量的控制。如表4-24中所列的取值。

(3)选用较好的砂、石骨料。级配良好的骨料孔隙率低，对混凝土的耐久性有利。

(4)掺入加气剂和减水剂

(5)提高混凝土施工过程中各个环节的操作质量犹为重要。

(三)混凝土拌和物的和易性

和易性是指混凝土拌和物能够保持其各种成分的均匀，不离析及易于操作的性能。它包括有流动性、粘聚性及保水性等方面的含意。

1.流动性及其测定方法

塑性混凝土拌和物是按照规定的方法，利用坍落筒及捣棒而测得的，见图4-32所示。坍落度愈大，表明流动度愈大。施工时，对坍落值的确定，应根据结构部位及钢筋疏密程度而异。见表4-25所示。过小则不易操作，甚至因捣固不善而造成质量事故；过大则增加水泥用量。

对于干硬性混凝土(坍落度为零)的流动性采用维勃度仪测定，称维勃度或干硬度。见图4-33所示。在维勃度仪的坍落筒内，按规定方法装满混凝土拌和物，拔去坍落筒后开动震动台，拌和物在震动情况下，直到在容器内摊平所经过的时间(s),即为该混凝土的维勃度值。

2.影响和易性的主要因素影响和易性的主要因素很多，除水泥浆的数量及稠度外，砂率大小是重要条件。砂率系砂重与砂石总重之比的百分率。

(4-7)

砂率过小时，混凝土的拌和物干涩，振捣困难；过大时则水泥用量有所增加，一般砂率在30~35％之间。二、混凝土配合比计算

混凝土配合比是各组成材料数量的比例关系。设计配合比是按照设计图纸所规定的抗压、抗渗、抗冻标号，根据原材料的技术性能和施工条件确定的经济、可靠的各项材料用量的文件。

(一)配合比的计算配合比计算方法有绝对体积法和假定密度法，前一种方法能准确地得出单方材料用量，具体程序如下。

1.确定水灰比W/C

(4-8)式中R配—混凝土的试配强度(MPa)(4-9)R标—混凝土的标号；

0—混凝土应力的标准差值(MPa)。R1—第i组的试块强度；Rn—M组试块强度的平均值。

0也可根据历史统计资料查表4-26所列。

Rc—水泥强度(MPb)

(4-10)Kc—水泥标号富余系数(取1.13)；Rcb—水泥标号；A、B—材料经验系数(见表4-22所列)。将公式改写后，即可计算水灰比值。

(4-11)

2.确定1m3混凝土中的用水量W

用水量的多少，直接影响混凝土拌和物的坍落度，应与结构部位相对应，参照骨料规格而做为计算时的参考数值，见表4-27。

3.计算1m3混凝土的水泥用量C(4-12)

如拌制有耐久性要求的混凝土时，其最大水灰比及最小水泥用量应符合有关规定．

4.计算砂、石的混合体积Vag

(4-13)式中Vag—砂石混合体积(L)；

c—水泥相对密度(普通水泥31;矿渣水泥30.5);

W—水的相对密度。

5.确定砂率S

砂率大小应以砂填满石子空隙后并稍有富余为原则。

(4-14)式中S—砂率(%)；

P—石子的空隙率(%)。

(4-15)

0s、

0g—砂、石的密度(kg/L)；

g—石子相对密度；

α—砂富余系数(亦称过剩余数)，机械操作取1.0~1.25；人工操作取1.2~1.3。

6.计算砂、石混合相对密度

ag

ag=s.S+g(1-S)(4-16)

式中

s、g—分别为砂、石的相对密度。

7.计算砂、石混合重量GagGag=Vag×

ag(kg)(4-16)8.计算砂的重量S

S=Gag×S(kg)(4-17)9.计算石子重量GG=Gag-S(kg)(4-18)10.配合比简化成以水泥为1的关系式

(4-19)(二)配合比调试

上述的配合比须经过试拌，从中观察其塌落度、和易性是否符合原规定要求，调试的程序如下。

1.流动性

坍落度比规定小时，应加水稀释，但为了使强度不变，应按水灰比关系加入水泥；若坍落度大于规定要求时，应按砂率关系适当地加入砂、石，直到使坍落度完全合格。

2.粘聚性及保水性

在提起坍落筒时，视其四壁有无亏损、泌水及过硬现象，如有以上情况，应单独加砂以提高砂率。

3.计算方法

(1)把调整后的各项材料实际用量折成体积并进行迭加，得出体积系数V：

(4-19)

(2)分别算出各项材料的单方用量

(3)调整后实际配合比，算法同前。

(4)按试拌后实际配合比称量各项材料干重，浇筑抗压、抗渗、抗冻试块，经标准养护后，进行抗压、抗渗及抗冻试险当完全符合设计要求时，该配合比方可使用。

三、混凝土的施工顺序

混凝土在施工过程中，由于机械设备、劳动组织、人员素质诸条件的不同，致使混凝土成品质量的差异很大。为此，在各工序中，应严格掌握标准及执行有关规定。

(一)混凝土的搅拌

搅拌是为了使各组成材料的均匀，水泥颗粒的分数度高，才有助于水化作用的进行，搅拌均匀，不仅能使混凝土和易性良好，同时可加大水泥的活性，提高强度。

1.搅拌方式搅拌分为机械搅拌和人工搅拌两种。搅拌机的类型如下。

工地搅制塑性混凝土，常采用自落式鼓形搅拌机，例如JG250型搅拌机，出料体积为0.25m3，它是由旋转着的搅拌筒上的叶片将混合材料带至高处，然后靠自重下落而搅拌，如图4-34(a)所示。

锥形反转出料混凝土搅拌机是正转搅拌，反转出料，具有生产率高、搅拌质量好、操作简便等优点。

工厂化搅拌站及拌制干硬性混凝土，常采用强制式搅拌机，见图4-34(b)所示。它是由旋转着的叶片将混合料强制挤压翻转进行搅拌的。

2.搅拌站

固定式搅拌机的设置方案，有现场型搅拌站和工厂型搅拌站两种。混凝土的需用量大或离工厂型搅拌站较远的工地，通常设置现场型搅拌站。工厂型搅拌站为永久或半永久性的生产企业式的搅拌站通常为独立核算单位，向工地供应商品混凝土拌和物，便于提高管理水平，实行自动比联动线，并能提高混凝土质量和降低成本。搅拌站的工艺流程为：

如搅拌站与浇筑地点距离较远，为了不使混凝土在运输过程中离析或初凝，可采用搅拌运输车，由搅拌站供应干料，在运输中加水搅拌。搅拌运输车亦可作运输工具使用。

目前，我国的混凝土搅拌车是在普通汽车底盘上加装一台搅拌机而制成的。见图4-35所示。施工时，混凝土的各项材料应称量准确，其误差须在规范允许的范围内。此外，为获得优质的混疑土拌和物，要保证有足够的搅拌时间，自全部材料装入搅拌筒中起，到第一次卸出混凝土的时间，应遵照表4-28中的规定。

(二)混疑土的运输混凝土运至浇筑地点时应仍保持配合比不变，也不发生离析、泌水及初凝现象。运输距离过长，会导致混凝土离析。为此，《规范》规定运输时间不应超过表4-29的数值。若在入模前发生离析现象，应进行二次搅拌。运送混凝土的工具如手推车、内燃翻斗车、自卸汽车、输送带等都不应有漏浆现象。用泵车运送混凝土时，应有良好的调度和保水性，称为可泵性。为此规定：每一立方米混凝土中水泥用量应不小于300kg/m3；砂率40~50%；坍落度8~18cm等。为防止堵塞、石子最大

粒径应小于输送管路内径的1/3。混凝土泵车上的设备都装在经过改装8t汽车底盘上，它的功率大，行驶机动性好，臂架为三段折叠式，前端附有橡胶软管，上车部分能做360度全回转，‘可在作业范围内向高处、低处、远处自由地进行混凝土的压送和浇灌。我国目前采用较多的是IPF-85B型臂架式混凝土泵车。如图4-36所示。它能对垂直距离110m或水平距离520m的地段输送，输送量可达30m2/h。

(三)混凝土的浇筑在混疑土浇筑前，应检查地基是否是合格；模板、钢筋是否经过验收；材料、机具的储备及完好率以及道路、水、电源，有无保障等，待全部合格后方可进行混凝土的浇筑。浇筑混凝土时为了避免因高处坠落产生离析现象，浇筑高度大于规定时，应采用缓冲设备如套筒、溜槽等。

浇筑贮水构筑物的关键是保证混凝土的整体性。施工时，相邻部分混凝土浇筑的时间间隔以不出现初凝时间为准，否则将造成事故性施工缝，对结构强度及防涝性都有所降低。《规范》中规定的凝结时间如表4-30所列。

如对整体构筑物不能连续浇筑时，可预先设计留施工缝的位置，施工线应选择在弯矩最小处。当继续浇筑时，应使原浇筑混凝土的强度达到1.2MPa以上，再将表面松动不实的混凝土凿去，用水冲净后铺3~5cm厚的水泥砂浆衔接层，方可继续浇筑混凝土。为防止结构的胀缩及由地基而产生的不均匀沉降，应在设计中设置伸缩缓和沉降缝。缝的间距参照表4-31。

通常采用的方法有设置橡胶止水片或塑料止水片(见图4-37所示)及膨胀混凝土后浇带等。

(四)振捣对浇筑完的混凝土应进行振捣，振捣的方式有人工和机械两种。机械振捣更能提高温凝土的密实度。振捣前混凝土呈松散状，在高额率、低振幅的震动下，混凝土受到震荡作用，呈重质流体状态，颗粒间摩擦力和粘滞力显著减少，流动性增加，粗骨料向下沉落，其孔隙被水泥浆填充，同时排出水和气，致使密实性和匀一性都随之提高。振动器的种类有插入式、平扳式、附着式等。

插入式振动器亦称内部振动器，其构造由原动机、传动装置和振动子3部分组成。振动于是内部振捣器的主要部件，按产生振动的原理可分为偏心振动子和行星振动子。

偏心振动子如图4-38所示。它是依靠偏心轴在振动棒体内旋转产生的离心力来捣实混凝土的。其特点是振动频率和偏心轴的转运相等，由此常做为中频(6000~7000次/min)振动器，而用来震捣塑性或半干硬性混凝土。某些偏心振动器的频率可提高到12000次/min，因而也适用于震捣干硬性混凝土。行星振动子的结构原理如图4-39所示。它主要由装在壳体4内的滚锥5、滚道6及万向铰3等组成。传动轴通过万向铰带动滚锥在滚道上作行星运动。滚锥公转时的速度就是振动频率，滚道在滚锥内称内滚式，如图4-39(b)所示。目前，使用的行星振动器多用外滚式。

使用插入式振动器时，移动距离不宜大于作用半径的1.5倍；振动器距模板不大于作用半径二分之一；并不得碰撞钢筋及预埋件，为使上、下层的混凝土为一整体，振动器应插入下层混凝土中5cm。

(五)混凝土养护混凝土浇筑完毕应及时进行养护，使其在良好的环境中水化，以保证混凝土强度的增长。水化过程中混凝土体积收缩，同时释放水化热。当温度下降时，也会出现冷缩现象。为此混凝土浇筑完毕后，应在12h内进行覆盖和洒水，对有抗渗要求的混凝土，养护时间不得少于14昼夜。

(六)成品检验贮水或水处理构筑物施工完毕后，应进行成品检验，成