第四章水泥混凝土

第四章水泥混凝土

§4－ 1 概述

正在施工的秦山核电站正在施工的秦山核电站

一、混凝土的定义

混凝土由胶凝材料、细骨料、

粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。

普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。

三峡工程钢筋混凝土重力坝三峡工程钢筋混凝土重力坝

二、混凝土的分类

1 、按体积密度分重混凝土 ρ0 ＞ 2600kg/m3。普通混凝土 ρ0＝ 2000 ～ 2600kg/m3。轻混凝土 ρ0 ＜ 1950kg/m3。

2 、按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。

3 、按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。

1 、按体积密度分重混凝土 ρ0 ＞ 2600kg/m3。普通混凝土 ρ0＝ 2000 ～ 2600kg/m3。轻混凝土 ρ0 ＜ 1950kg/m3。

2 、按胶凝材料分水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。

3 、按用途分结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。

二、混凝土的分类

4 、按生产和施工工艺分预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、等。

5 、按强度分普通混凝土＜ C60 。高强混凝土 ≥ C60 。超高强混凝土 ≥100MPa 。

6 、按配筋情况分素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。

喷射混凝土施工喷射混凝土施工

三、混凝土的特点

优点抗压强度高、耐久、耐火、维修费用低；原材料丰富、成本低；混凝土拌合物具有良好的可塑性；混凝土与钢筋粘结良好，一般不会锈蚀钢筋。

缺点抗拉强度低（约为抗压强度的 1/10 ～ 1/20 ）、变形性能差；

导热系数大〔约为 1.8W/ （ m·K ）〕；体积密度大（约为 2400kg/m3左右）；硬化较缓慢。

四、普通砼的组成材料

四种材料：水

水泥水泥浆

砂子 --- 细集料水泥砂浆

石子 --- 叫粗集料砼

水泥浆的作用：硬化前起润滑作用；硬化后起胶结作用。例如：普通砼常见的破坏形式是集料与水泥石的黏结面最先破坏。

普通混凝土的组成材料

水泥浆砂子

石子

五、工程中对砼的基本要求

四个基本条件： 1 、拌合物满足施工要求的和易性； 2 、硬化后达到设计的强度； 3 、硬化后具有与环境适应的耐久性； 4 、满足以上要求的前提下经济合理，尽量降低成本。

§4－ 2 普通混凝土组成材料

混凝土的结构

混凝土体积构成水泥石—— 25 ％左右砂和石子—— 70 ％以上孔隙和自由水——

1 ％～ 5% 。

组成材料硬化前硬化后水泥 + 水润滑作用胶结作用砂 + 石子填充作用骨架作用

组成材料的作用

一、水泥的选择

水泥选择主要两个方面： 1 、水泥品种 2 、强度等级


1 、品种的选择根据混凝土的工程特点或所处的

环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。


2 、强度等级的选择① 原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；② 一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的 1.5 ～ 2.0 倍；③ 配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的 1 倍左右。

二、砂的定义及分类

1 、定义砂是指粒径在 4.75mm 以下的颗粒。

2 、分类① 按产源分

砂砂天然砂天然砂

人工砂人工砂机制砂机制砂

混合砂混合砂

河砂、湖砂、山砂、和淡化

海砂等

不同砂子配制砼的特点：（ 1 ）棱角多的砂子：胶结力强，和易性差，需要水泥多。（ 2 ）光滑的砂子：胶结力弱，和易性好，需要水泥少。

二、砂的分类

② 按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于 C60 的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为 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 的混凝土和建筑砂浆。

砂子技术性能

含泥量、石粉含量和泥块含量

有害物质含量

表观密度、堆积密度、空隙率

坚固性

粗细程度和颗粒级配

碱的含量

砂的技术性能

三、砂的技术质量要求

1 、含泥量、泥块含量及石粉含量

含泥量：指粒径小于 0.075mm 的颗粒含量；泥块含量：指粒径大于 1.18mm ，经水洗、手捏后小于 600μm 的颗粒含量。石粉含量：指人工砂中粒径小于 0.075mm

的颗粒含量。


项目指标

Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类

含泥量（质量计， % ）＜ 1.0 ＜ 3.0 ＜ 5.0

泥块含量（质量计，% ）

0 ＜ 1.0 ＜ 2.0

天然砂含泥量和泥块含量

项目指标


亚甲蓝试验

MB 值＜1.40 或合格

石粉含量（ % ）

＜ 3.0 ＜ 5.0 ＜ 7.0

泥块含量（ % ）

0 ＜ 1.0 ＜ 2.0

MB 值≥ 1.40 或不合格

石粉含量（ % ）

＜ 1.0 ＜ 3.0 ＜ 5.0

泥块含量（ % ）

0 ＜ 1.0 ＜ 2.0

人工砂石粉含量和泥块含量

三、砂的技术质量要求 2 、有害物质含量

砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。

项目指标


云母（ %) （质量计）＜ 1.0 ＜ 2.0 ＜ 2.0

轻物质（ %) （质量计）＜ 1.0 ＜ 1.0 ＜ 1.0

有机物（比色法）合格合格合格

硫化物及硫酸盐（ SO3 质量计）＜ 0.5 ＜ 0.5 ＜ 0.5

氯化物（氯离子质量计）＜ 0.01 ＜ 0.02 ＜ 0.06

三、砂的技术质量要求 ---- 粗细程度及颗粒级配

3 、砂的粗细程度及颗粒级配（ 1 ）砂的粗细程度： ① 指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度。 ② 通常有粗砂、中砂与细砂之分。 ③ 在相同用量条件下，粗砂的总表面积较小，需要包裹砂粒表面的水泥浆就少。因此，一般用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。

三、三、砂的粗细程度及颗粒级配砂的粗细程度及颗粒级配混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？级配有要求？

配制砼选用什么样的砂子？ 1 、砂子过粗：拌制的砼粘聚性差，易产生分离、泌水现象。（故不宜过粗） 2 、砂子过细：拌制的砼粘聚性好，但水泥浆相

对少，流动性不好，要增大流动性只有增加水泥浆量，水泥用量增大。（故不宜过细）

综上：选用中砂最好。

砂子粗细的判别 ------ 筛分析法

方法：做试验，计算细度模数 Mx ，判别。筛分析的方法用一套孔径（净尺寸）为

9.50、 4.75、 2.36、 1.18、 0.60、 0.30 、 0.15 ㎜的标准筛，将 500g 的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得各筛余留在各个筛上的砂的重量，并计算出各筛上的分计筛余百分率 ai 及累计筛余百分率Ａ i （各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和）。

砂筛分机

4.75mm

2.36mm

1.18mm

600μm

300μm

150μm

细度模数的计算公式为：

式中 ai----- 分计筛余百分率，即该号筛的

筛余量除以试样总量；Ａ i--- 累计筛余百分率，即该号筛与大于

该号各筛分计筛余百分率之和。

1

165432

100

5)(

A

AAAAAAM x

Mx为 3.7~3.1 为粗砂， 3.0~2.3 为中砂， 2.2~1.6为细砂。

例．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

筛孔尺寸（mm）

4.75 236 1.18 0.60 0.30 0.15

筛余量(ｇ)

5 100 150 145 80 20

筛孔尺寸

分计筛余量

累计筛余量

分计筛余百分率

(%)

累计筛余百分率

(%)

4.75 5 5 1

2.36 100 105 21

1.18 150 255 51

0.6 145 400 80

0.3 80 480 96

0.15 20 500 100

计算细度模数：

1

165432

100

5

A

AAAAAAMx

）（

43.3

1100

510096805121

）（

根据细度模数，该砂属粗砂。在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图 4 - 1 。该曲线落在１区（粗

砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。 [ 注 ] Ｍ x 在 3 . 7 ～ 3 . 1 为粗砂，Ｍ x 在 3 . 0 ～ 2 . 3 为中砂，Ｍ x 在 2 . 2 ～ 1 . 6为细砂，Ｍ x 在 1 . 5 ～ 0 . 7 为特细砂。

三、砂的技术质量要求 ---- 级配

（ 2 ）砂的颗粒级配：定义：即表示砂中大小颗粒的搭配情况。意义：（减少空隙）在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，

为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。

三、砂的技术质量要求 ---- 粗细和级配

因此，在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实度与强度。

三、砂的技术质量要求 ---- 级配

方筛孔累计筛余率，％

1区 2区 3区

9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm

010 ～ 035 ～ 5

65 ～ 3585 ～ 7195 ～ 80

100 ～ 90

010 ～ 025 ～ 0

50 ～ 1070 ～ 4192 ～ 70100 ～ 90

010 ～ 015 ～ 025 ～ 0

40 ～ 1685 ～ 55

100 ～ 90

砂的颗粒级配区


4 、砂的物理性质（ 1） . 表观密度、堆积密度及空隙率

表观密度 ρs´ ＞ 2500kg/m3；松散堆积密度 ρso´ ＞ 1350kg/m3；空隙率 P′ ＜ 47% 。

（ 2 ）砂的含水状态（ 3 ）砂的坚固性

四、石子的技术质量要求1 、定义

粒径大于 4.75mm 的骨料称为粗骨料。2 、分类

（ 1 ）按产源分：卵石和碎石碎石：棱角多，配制砼胶结力强，和

易性差，需要水泥用量稍大。卵石：棱角少，配制砼胶结力差，和

易性好，水泥浆量少。

四、石子的技术质量要求（ 2 ）按技术要求分：

• Ⅰ类宜用于强度等级大于 C60 的混凝土；• Ⅱ类用于强度等级为 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 的混凝土和建筑砂浆。

四、石子的技术质量要求

3 、针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径 2.4 倍者；

片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径 0.4 倍者；针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。

项目指标


含泥量（质量计， % ）＜ 0.5 ＜ 1.0 ＜ 1.5

泥块含量（质量计，% ）

0 ＜ 0.5 ＜ 0.7

碎石、卵石含泥量和泥块含量

四、石子的技术质量要求

项目指标


针、片状颗粒（ % ）（质量计）

＜ 5 ＜ 15 ＜ 25

碎石、卵石针片状颗粒含量

4 、有害物质含量卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。

项目指标


有机物合格合格合格

硫化物及硫酸盐（ % ）（ SO3 质量计）

＜ 0.5 ＜ 1.0 ＜ 1.0

四、石子的技术质量要求5 、最大粒径（ DM ）

（ 1 ）定义：粗骨料公称粒径的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。

（ 2 ）选择最大粒径的意义：粗骨料最大粒径增大：总表面积减小、空隙率减小、砼的密实性增大、减小水泥用量、减小发热量、减小体积硬化收缩。

这些对配制砼是有利的。

四、石子的技术质量要求 --- 最大粒径

（ 3 ）水泥用量与 DM关系从经济上考虑当最大粒径小于 80mm时，水泥用量随最大粒径增加而减小，当大于 150mm后，节约水泥的效果却不明显。

四、石子的技术质量要求 --- 最大粒径

（ 4 ）从结构上考虑根据规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的 1/4 ，且不得超过钢筋最小净间距的 3/4 ；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/2 ，且不得超过 50mm 。

骨料粒径太大使转换梁浇筑不密实

6 、颗粒级配（ 1 ）目的：为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。（ 2 ）有连续级配与间断级配两种

① 连续级配：石子由小到大连续分级；② 间断级配：用小颗粒的粒级直接和大颗粒的

粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。

四、石子的技术质量要求 ----- 颗粒级配

四、石子的技术质量要求 ----- 颗粒级配

（ 3 ）粗骨料颗粒级配应符合表 4---9 的要求；（ 4 ）石子二级配例：小石： 5—20mm ；中石： 20—40mm 。试验：最优级配是多少？

7 、物理力学性质（ 1 ）强度：试验方法：岩石立方体强度；压碎指标（ 2 ）坚固性：硫酸钠溶液法检验（ 3 ）视密度、堆积密度、空隙率（ 4 ）吸水率：颗粒越坚实、孔隙率越小、吸水率越小、品质越好。

五、拌合用水的技术质量要求

1 、混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。2 、拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合《混凝土拌合用水标准》（ JGJ63—1989 ）的规定。

思考题：

1 、两种砂子的细度模数相同，则它们的级配也一定相同？

2 、配制混凝土时粗集料选择越大越好？ 3 、若混凝土拌和物坍落度偏小，调整时采用

的办法？

§4－ 3 混凝土的主要技术性质

一、砼拌合物的和易性混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性：

和易性和易性粘聚性粘聚性

保水性保水性

流动性流动性

易达结构均匀

易成型密实好

好

在本身自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。

材料之间具有一定的内聚力，不致产生离析和分层现象

的性质。

保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生泌水现象

的性质。

保证混凝土硬化后的质量

二、和易性的评定

定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。

定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。

1 、坍落度法（流动性测定）适用范围：

•集料最大粒径不大于 40mm ；•坍落度值不小于 10mm 的低塑性混凝土、塑性混凝土。

1 、坍落度法（流动性测定）适用范围：

•集料最大粒径不大于 40mm ；•坍落度值不小于 10mm 的低塑性混凝土、塑性混凝土。

2 、粘聚性、保水性评定

三、影响砼拌合物和易性的因素

主要有水泥浆的含量、水泥浆的稀稠、含砂率的大小、原材料的种类及外加剂。

（ 1 ）水泥浆含量影响过多：流动性大、流浆、泌水；过少：流动性小、坍落度小。


（ 2 ）含砂率的影响过小：石子多，砂子少，即砂浆量不足、不能在石子周围形成砂浆润滑层，降低流动性，严重使水泥浆流失、石子分离、出现溃散。

过大：砂子多，石子少，骨料总表面积大，空隙率大，拌合物干稠，流动性降低。

三、影响砼拌合物和易性的因素最优砂率： 1 、在水灰比及水泥用量一定条件下，使拌合物保持良好的粘聚性和保水性并获得最大流动性的含砂率；

2 、在水灰一定的条件下，当砼拌合物达到要求的流动性、而且具有良好的粘聚性及保水性时，水泥用量最省的含砂率。

T，mm

β s合理砂率

水泥浆数量一定坍落度、强度一定

合理砂率

mc，kg

β s


（ 3 ）水泥浆稀稠的影响水泥品种一定：水泥浆稀稠主要取决于水灰比。水灰比（ W/C ：水的质量与水泥质量的比值）： W/C越大：拌合物流动性大、粘聚性差、泌水多；越小：流动性小、粘聚性好、泌水少。一般 W/C范围： 0.4---0.75


（ 4 ）其他因素的影响水泥品种；掺合料品种及掺量；骨料种类；粒形及级配；砼外加剂以及砼搅拌工艺和环境温度等条件的影响。

四、混凝土施工时和易性（坍落度）的选择应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。

结构种类坍落度， mm

基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀

疏的结构10 ～ 30

板、梁和大型及中型截面的柱子等 30 ～ 50

配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、筒仓、细柱等） 50 ～ 70

配筋特密的结构 70 ～ 90

改善和易性的措施采用合理砂率；改善砂石的级配；掺外加剂或掺合料；根据环境条件，注意坍落度的现场控制；在水灰比不变的条件下，

适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性；

在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性。

掺外加剂的混凝土

§4－ 3(2) 硬化混凝土的技术性质

一、混凝土的强度

混凝土强度的种类

混凝土强度混凝土强度抗拉强度抗拉强度

抗剪强度抗剪强度

抗压强度抗压强度

抗弯强度抗弯强度

轴心抗压强度轴心抗压强度

立方体抗压强度立方体抗压强度

抗压强度最大。


1 、立方体抗压强度（ fcu ）抗压强度：以边长为 150mm 的标准立方体试件，在温度为 20±2℃，相对湿度为 95％以上的潮湿条件下养护，经 28d龄期，采用标准试验方法测得。

非标准尺寸的试件的截面尺寸为100mm×100mm 和 200mm×200mm ，测得的抗压强度值应分别乘以换算系数 0.95 和 1.05 。

一、混凝土的强度2 、混凝土强度等级（ 1 ）立方体抗压强度标准值（ fcu,k ），是立方体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% 。（ 2 ）按强度标准值划分的级别有 :C7.5,C10， C15， C20， C25， C30， C35， C40， C45， C50， C55， C60， C65， C70， C75，C80 等十六个强度等级。

注 : 强度等级表示的含义：例如 :某砼 C30 。表示： -- fcu,k=30MP①

– ② 强度的范围：其 fcu ＝ 30.0 ～ 34.9MPa ；–③ 混凝土，其 fcu≥30.0MPa 的保证率为 95% 。


3 、轴心抗压强度（ fck ）采用 150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。在结构设计计算时，一般取 fck ＝ 0.67fcu 。

F

F

一、混凝土的强度4 、影响抗压强度的因素（ 1 ）水泥的强度和水灰比

fcu—— 混凝土 28d龄期的抗压强度值， MPa ；

fce—— 水泥 28d 抗压强度的实测值， MPa ；

C/W—— 混凝土灰水比； αa 、 αb——回归系数。

）（＝ bw

cceacu

m

mff

当混凝土水灰比值在0.40 ～ 0.80之间时越大，则混凝土的强度越低；

水泥强度越高，则混凝土强度越高。

例：某工程用碎石和普通水泥 32.5 号配制 c40

混凝土，水泥强度富余系数 1.10 ，求水灰比。若改用普通水泥 42.5 号，水泥富余系数不变，求水灰比

一、混凝土的强度 ----影响因素（ 2 ）粗集料的品种与级配

条件相同时：碎石高于卵石混凝土的强度。级配良好，砂率适当，越密实，砼强度就高。

（ 3 ）养护条件 • 在保证足够湿度，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高；

• 低温时砼硬化比较缓慢，当温度低至 0℃以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。

•砼浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证不断地凝结硬化。

一、混凝土的强度 ----影响因素

（ 4 ）外加剂如：减水剂：提高强度

一、混凝土的强度 ----影响因素（ 5 ）龄期龄期：是指砼在正常养护条件下所经历的时间。在正常的养护条件下，砼的抗压强度随龄期的增加而不断发展，在 7 ～ 14d内强度发展较快，以后逐减慢， 28d 后强度发展更慢。由于水泥水化的原因，砼的强度发展可持续数十年。当采用普通水泥拌制的混凝土，在标准养护条件下，混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比。

28lglg28n f

n

f＝ n≥3

一、混凝土的强度 --- 抗拉强度

劈裂抗拉强度

式中： P——破坏荷载， N ； A—— 试件劈裂面积，

mm2。劈裂抗拉强度较低，一般为抗压强度的 1/10～ 1/20。

A

P

A

Pf 637.0

2ts

＝

拉应力压应力

P

P

一、混凝土的强度 --- 抗折强度


6 、提高混凝土抗压强度的措施（ 1 ）采用高强度等级水泥；（ 2 ）采用单位用水量较小、水灰比较小的干硬性混

凝土；（ 3 ）采用合理砂率，以及级配合格、强度较高、质

量良好的碎石；（ 4 ）改进施工工艺，加强搅拌和振捣；（ 5 ）采用加速硬化措施，提高混凝土的早期强度；（ 6 ）在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂。

二、混凝土的抗裂性

产生原因： 1 、砼中拉应力超过抗拉强度。 2 、体积收缩。 3 、内部水化热，温度升高。

二、混凝土的抗裂性 --- 提高措施：

提高砼抗裂性的主要措施： 1 、选择适当的水泥品种。如：粉煤灰水泥干缩小。 2 、选择适当的水灰比过大：强度降低，抗裂性差；过小：水泥量多，水化热大，干缩大，抗裂性差；

二、混凝土的抗裂性 --- 提高措施：

3 、用多棱角的人工碎石及人工砂作骨料4 、掺入适当优质粉煤灰或硅粉5 、掺入减水剂及引气剂在强度不变的情况下可减少水泥用量。6 、加强质量控制，提高砼均匀性。7 、加强养护

三、混凝土的耐久性

1. 耐久性的主要内容（ 1 ）抗渗性砼可分为 P2 、 P4 、 P6 、 P8 、 P10 和 P12

等六个等级。提高抗渗性的措施：提高砼密实、减少渗水通道、减少水灰比、掺加引气剂、水泥品种、振捣密实、

充分养护。• 在砼中掺入适量引气剂：可改善砼内部的孔结构，封闭孔隙的存在，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。对抗裂性有利。


（ 2 ）抗冻性以 28d龄期的混凝土标准试件，能承受的最

大冻融循环次数来表示，有 F50 、 F100 、 F150 、F200 、 F300 和 F400 等六个等级。提高措施：提高砼密实度、减小水灰比、掺加外加剂、控制施工质量、捣实、加强养护。

三、混凝土的耐久性（ 3 ）抗侵蚀性

• 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵蚀性。• 合理选择水泥品种、提高混凝土制品的密实度均可以提高抗侵

蚀性。（ 4 ）抗碳化性

• 混凝土的碳化主要指水泥石的碳化。• 混凝土碳化，使其碱度降低，从而使混凝土对钢筋的保护作用降低，钢筋易锈蚀；引起混凝土表面产生收缩而开裂。

（ 5 ）碱集料反应（ NaO 、 K2O ）• 碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。

• 应严格控制水泥中碱的含量和集料中碱活性物质的含量。


2 、提高混凝土耐久性的措施（ 1 ）严格控制水灰比及水泥用量规范：表 4—15 ；表 4----16

（ 2 ）砼所用材料品质，应符合规范要求。（ 3 ）合理选择骨料级配（ 4 ）掺用减水剂及引气剂：减少水泥及用水量（ 5 ）保证砼施工质量

§4－ 4 混凝土外加剂

外加剂及其分类定义

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% 。

按主要功能的分类（ 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 ）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻

剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。

一、减水剂

混凝土减水剂是指在保持混凝土拌合物和易性一定的条件下，具有减水和增强作用的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。

减水剂的作用效果（ 1 ）减少用水量，提高强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量 5％～ 25 。

（ 2 ）提高拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高 100 ～ 200mm

一、减水剂

（ 3 ）节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，可节约水泥 5 ％～ 20 ％。

（ 4 ）改善拌合物的性能。可以减少砼拌合物的泌水、离析现象；延缓凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高砼硬化后的抗渗性和抗冻性。

一、减水剂

3. 常用的减水剂（ 1 ）木质素系减水剂（ M型）（ 2 ）萘系减水剂（ 3 ）树脂类减水剂（ 4 ）糖蜜类减水剂

§4－ 5 普通混凝土配合比设计

一、砼配合比及其表示方法

砼的配合比是指砼各组成材料质量之比。

质量配合比的表示方法（ 1 ） 1m3砼中各组成材料的实际用量表示。例如：水泥 mc＝ 295kg ，砂 ms ＝ 648kg ，石子 mg ＝ 1330kg ，水 mw＝

165kg 。（ 2 ）以各组成材料用量之比表示。例如：上例也可表示为： mc： ms ： mg ＝ 1 ： 2.20 ： 4.51 ， mw/mc＝ 0.56

二、配合比设计的要求

1 、满足结构设计的强度等级要求；

2 、满足混凝土施工所要求的和易性；

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，即节约水泥以降低混凝土成本。

三、配合比设计基本参数

混凝土配合比设计的三个基本参数：水灰比（ m/c ）单位用水量（ mw）砂率（ βs）

四、配合比设计的步骤与方法

（一）确定混凝土基准配合比（二）试配、调整，确定设计配合比（三）计算施工配合比

（一）确定混凝土基准配合比 -----步骤1 、计算施工配制强度 fcu,0

式中 : fcu,0——砼配制强度， MPa ； fcu,k——砼立方体抗压强度标准值，即砼强度等级值， MPa ；

σ——砼强度标准差， MPa 。

645.10 kcucu ff ，，

强度等级＜ C20 C20 ～ C35 ≥C35

标准差σ ， MPa

4.0 5.0 6.0

（一）确定混凝土基准配合比 -----步骤2 、确定水灰比 W/C

（ 1 ）按混凝土强度要求计算水灰比

式中： αa 、 αb——回归系数；碎石混凝土 αa ＝ 0.46 ， αb ＝ 0.07 ；卵石混凝土 αa ＝ 0.48 ， αb ＝ 0.33 。 fce—— 水泥 28d 抗压强度实测值， MPa 。没有实测值：用公式估算 fce=rcfce.g

ceba0cu

cea

c

w

ff

f

m

m

，

＝

（一）确定混凝土基准配合比 -----步骤（ 2 ）复核耐久性

根据表 4---21; 表 4---22查出满足抗渗、抗冻要求的水灰比比较以上三个水灰比，取三者中的小值为选定水灰比。（ 3 ）把上面选定的水灰比查表： 4---15

或者 4---16 。看是否满足规范要求。最后确定水灰比：W/C

（一）确定混凝土基准配合比 -----步骤

3.确定单位用水量 mw0

（ 1 ）水灰比在 0.40 ～ 0.80范围内时，根据粗集料的最大粒径及坍落度，按下表选取。

拌合物稠度卵石最大粒径， mm 碎石最大粒径， mm

项目指标 10 20 31.5 40 16 20 31.5 40

坍落度，mm

10 ～ 30 190 170 160 150 200 185 175 165

35 ～ 50 200 180 170 160 210 195 185 175

55 ～ 70 210 190 180 170 220 205 195 185

75 ～ 90 215 195 185 175 230 215 205 195


（ 2 ）水灰比小于 0.40 或大于 0.8 的砼以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定。


4 、计算单位水泥用量 mc0

（ 1 ）计算

（ 2 ）复核耐久性• 查规范，表 4---15 ；• 表 4---16

•最后确定 mc0

cw

w0c0 / mm

mm ＝


5 、确定砂率 βs

根据：最大粒径 DM

水灰比 W/C查表： 4---25或 4---26

水灰比mw/mc

卵石最大粒径， mm 碎石最大粒径， mm

10 20 40 16 20 40

0.40 26 ～ 32 25 ～ 31 24 ～ 30 30 ～ 35 29 ～ 34 27 ～ 32

0.50 30 ～ 35 29 ～ 34 28 ～ 33 33 ～ 38 32 ～ 37 30 ～ 35

0.60 33 ～ 38 32 ～ 37 31 ～ 36 36 ～ 41 35 ～ 40 33 ～ 38

0.70 36 ～ 41 35 ～ 40 34 ～ 39 39 ～ 44 38 ～ 43 36 ～ 41


6 、计算砂、石子用量 ms0、 mg0

（ 1 ）体积法

101.0w

w0

g

g0

s

s0

c

c0 ＝

mmmm

％＝ 100g0s0

s0s

mm

m


解方程组可得 ms0 、 mg0。式中： mcp——1m3砼拌合物的假定质量， kg 。可取 2350 ～ 2450kg/m3。 βs—— 混凝土砂率。

cpw0g0s0c0 mmmmm ＝

％＝ 100g0s0

s0s

mm

m

（ 2 ）质量法


。

7. 计算基准配合比（ 1 ）以 1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。（ 2 ）以组成材料用量之比表示： mc0 ： ms0 ： mg0 ＝ 1 ： x ：

y ， mw/mc ＝？。

（二）试配调整，确定设计配合比

1. 试配按基准配合比称取一定质量的组成材料，拌制 15L 或 25L 混凝土，分别测定其和易性、强度。

2. 调整（１）调整和易性，确定基准配合比测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能：

• 如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；

• 如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。

• 记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际体积密度（ ρc,t）。


（ 2 ）强度调整• 一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少 0.05 ，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定体积密度。各种配比制作两组强度试块，标准养护 28d 进行强度测定。

3. 设计配合比的确定（ 1 ）根据试验得出的混凝土强度与其相应的灰水比（ mc/mw）

关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（ fcu,0）相对应的灰水比，确定 1m3混凝土中的组成材料用量：①单位用水量（ mw）应在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定；

②水泥用量（ mc）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；③粗集料和细集料用量（ ms 、 mg）应在基准配合比的用量基础上，按选定的灰水比进行调整后确定。


（ 2 ）经试配确定配合比后，按下列步骤进行校正：①按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算混凝土的体积密度计算值 ρc,c：

ρc,c ＝ mc+ ms+mg+mw

②应按下式计算混凝土配合比校正系数 δ ：

式中： ρc,t—— 混凝土体积密度实测值， kg/m3； ρc,c—— 混凝土体积密度计算值， kg/m3。③当体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的

2 ％时，按（ 1 ）条确定的配合比即为设计配合比；当二者之差超过 2 ％时，应将配合比中各组成材料用量均乘以校正系数 δ ，得到设计配合比。

cc

tc

，

，＝

（三）计算施工配合比

假定现场砂、石子的含水率分别为 a％和 b% ，则施工配合比中 1m3混凝土的各组成材料用量分别为：

＝ mc

＝ ms （ 1+a ％）＝ mg （ 1+b ％）＝ mw － ms×a ％－ mg×b ％

施工配合比可表示为： ?/1 wgsc cmmyxmmm ，：：＝：：

cm

sm

gm

wm

五、配合比计算例题

例题：某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为 C30 。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为 30 ～ 50mm 。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下：水泥：普通水泥，强度等级 42.5MPa ，实测 28d 抗压强度 48.0MPa ，密度 ρc ＝ 3.1g/cm3;

砂：中砂，级配 2区合格。表观密度 ρs ＝ 2.65g/cm3;

石子：卵石， 5 ～ 40mm 。表观密度 ρg ＝ 2.60g/cm3;

水：自来水，密度 ρw ＝ 1.00g/cm3。试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。


解 :

1. 计算混凝土的施工配制强度 fcu,0：根据题意可得： fcu,k ＝ 30.0MPa ，查表 3.24 取 σ ＝ 5.0MPa ，则 fcu,0 ＝ fcu,k + 1.645σ

＝ 30.0+1.645×5.0＝ 38.2MPa


2.确定混凝土水灰比W/C

（ 1 ）按强度要求计算根据题意可得： fce ＝ 48.0MPa ， αa ＝

0.48 ， αb ＝ 0.33 ，则：

（ 2 ）复核耐久性：经复核，耐久性合格。（ 3 ）查表： 4---16得，规范最大水灰比 0.65

最后确定 0.5

ceba0cu

cea

c

w

ff

f

m

m

，

＝ 50.00.4833.048.02.38

0.4848.0 ＝＝


3.确定用水量 mw0

根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为 40mm ，查表取mw0 ＝160kg 。

4. 计算水泥用量 mc0

（ 1 ）计算：

（ 2 ）查表： 4—16 ，最小水泥用量 260Kg

综上：取 320Kg

kg32050.0

160

/ cw

w0c0 ＝＝＝

mm

mm


5.确定砂率 βs

根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm ）、水灰比 0.50 ，查表 βs ＝ 28％～ 33％，取 βs ＝ 30％。

6. 计算砂、石子用量 ms0 、 mg0

五、配合比计算例题（ 1 ）体积法将数据代入体积法的计算公式，取 α ＝ 1 ，可得：

解方程组，可得ms0 ＝ 570kg 、 mg0 ＝ 1330kg 。

01.01000

160

3100

3201

26002650g0s0 ＝

mm

％％＝30100g0s0

s0 mm

m

6. 计算基准配合比（ 1 ）体积法

mc0:ms0:mg0 ＝ 320:570:1330 ＝

1:1.78:4.16 ， mw/mc ＝ 0.50 ；

（ 2 ）质量法

mc0:ms0:mg0 ＝ 320:576:1344 ＝

1:1.80:4.20 ， mw/mc ＝ 0.50 。

2．某大坝混凝土，设计要求混凝土强度等级为C30 ，强度保证率为 95 ％，该企业混凝土强度标准差的历史统计资料为 4.0MPa,采用强度等级为 42.5 级的普通水泥以及当地的石灰岩石轧制的碎石，试求满足强度要求的水灰比。解： fcu,o＝ fcu,k+1.645σ＝ 30+1.645×4.0

＝ 36.58MPa

由于 fce＝ rc×fce,g＝ 1.13×42.5＝ 48.0 MPa

аa＝ 0.46, аb＝ 0.07

所以 W/C＝ аafce/( fcu,o+аaаbfce)

＝ 0.46×48.0/(36.58+0.46×0.07×48.0) ＝ 0.58

某框架结构钢筋混凝土，混凝土设计强度等级为 C30 ，，混凝土坍落度要求为 50～ 70mm ，并根据施工单位的管理水平和历史统计资料，混凝土强度标准差取 4.0MPa 。所用原材料如下：

水泥：普通水泥 32.5 级，密度 =3.1g/cm3 ，水泥强度富余系数 Kc=1.12 ；砂：河砂 Mx=2.4，Ⅱ级配区， =2.65g/cm3 ；石子：碎石， Dmax=40mm ，级配良好， =2.70g/cm3 ；水：自来水。求：混凝土初步计算配合比。

承上题，根据初步计算配合比，称取 12L 各材料用量进行混凝土和易性试拌调整。测得混凝土坍落度 H=20mm ，小于设计要求，增加 5% 的水泥和水，重新测得坍落度为 65mm ，并测得混凝土表观密度 2400kg/m3 ，求基准配合比。又经混凝土强度试验，恰好满足设计要求，已知现场施工所用砂含水率 4.5% ，石子含水率 1.0% ，求施工配合比。

2. 某实验室试拌混凝土，经调整后各材料用量为：普通水泥 4.5kg ，水 2.7kg ，砂 9.9kg ，碎石 18.9kg ，

又测得拌合物表观密度为 2.38kg/L, 试求：1 ）每 m3 各材料用量2 ）当施工现场砂子的含水率为 4% ，石子的含水率为

1% 时，求施工配合比3 ）如果把实验室配合比未经换算成施工配合比直接用

于现场施工，则现场混凝土的强度将产生多大影响？

（二）配合比及选用

1. 普通抹面砂浆的配合比　确定抹面砂浆的组成材料及其配合比，主要是依据工程使用部位及基层材料。常用抹面砂浆的参考配合比及应用范围见下页表。

2. 抹面砂浆的选用用于砖墙的底层抹灰，多选石灰砂浆；有防水、防潮要求时选水泥砂浆；混凝土基层的底层抹灰，多选水泥混合砂浆；中层抹灰多选石灰砂浆或水泥混合砂浆；面层抹灰多用水泥混合砂浆、麻刀灰和纸筋灰。水泥砂浆不得涂在石灰砂浆层上。在易碰撞或潮湿部位应采用水泥砂浆。

本章小结

必须选择合适的组成材料拌制混凝土；混凝土和易性、强度、耐久性为重点内容；要求熟练掌握普通混凝土配合比设计的内容。砂浆按用途分为砌筑砂浆、抹面砂浆和特种砂

浆。以砌筑砂浆为学习重点。砌筑砂浆主要技术性质包括和易性、强度和粘

结力；熟练掌握砌筑砂浆的配合比设计；了解抹面砂浆的品种及应用。

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第四章 水泥混凝土

第四章水泥混凝土