混凝土主要技术性能详解

5.3.1　混凝土拌和物的性质——和易性

5.3.1.1　和易性的意义

将粗细骨料、水泥和水等组分按适当比例配合，并经均匀搅拌而成的混合材料称为混凝土拌和物。

和易性是指混凝土拌和物在一定施工条件下，便于操作并能获得质量均匀而密实的混凝土的性能。和易性良好的混凝土在施工操作过程中应具有流动性好、不易产生分层离析或泌水现象等性能，以使其容易获得质量均匀、成型密实的混凝土结构。和易性是一项综合性指标，包括流动性、黏聚性及保水性三个方面的含义。

1.流动性

流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模板的性能。流动性的大小，在外观上表现为新拌混凝土的稀稠，直接影响其浇捣施工的难易和成型的质量。若新拌混凝土太干稠，则难以成型与捣实，且容易造成内部或表面孔洞等缺陷；若新拌混凝土过稀，经振捣后易出现水泥浆和水上浮而石子等颗粒下沉的分层离析现象，影响混凝土的质量均匀性。

2.黏聚性

黏聚性是混凝土拌和物中各种组成材料之间有较好的黏聚力，在运输和浇筑过程中，不致产生分层离析，使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性差的拌和物中水泥浆或砂浆与石子易分离，混凝土硬化后会出现蜂窝、麻面、空洞等不密实现象。严重影响混凝土的质量。

3.保水性

保水性是指混凝土拌和物保持水分，不易产生泌水的性能。保水性差的拌和物在浇筑过程中，由于部分水分从混凝土内析出，形成渗水通道；浮在表面的水分，使上、下两混凝土浇筑层之间形成薄弱的夹层；部分水分还会停留在石子及钢筋的下面形成水隙，降低水泥浆与石子之间的胶结力。这些都将影响混凝土的密实性，从而降低混凝土的强度和耐久性。

5.3.1.2　和易性的指标及测定方法

到目前为止，还没有确切的指标能全面地反映混凝土拌和物的和易性。一般常用坍落度定量地表示拌和物流动性的大小。根据经验，通过对试验或现场的观察，定性地判断或评定混凝土拌和物黏聚性及保水性。坍落度的测定是将混凝土拌和物按规定的方法装入标准截头圆锥筒内，将筒垂直提起后，拌和物在自身质量作用下会产生坍落现象，如图5-3所示，坍落的高度（以mm计）称为坍落度。坍落度越大，表明流动性越大。按坍落度大小，将混凝土拌和物分为:低塑性混凝土（坍落度为10～40mm），塑性混凝土（坍落度为50～90mm）、流动性混凝土（坍落度为100～150mm）、大流动性混凝土（坍落度不小于160mm）。

图5-3　坍落度示意图（单位:mm）

在测定坍落度的同时，应检查混凝土的黏聚性及保水性。黏聚性的检查方法是用捣棒在已坍落的拌和物锥体一侧轻打，若轻打时锥体渐渐下沉，表示黏聚性良好；如果锥体突然倒塌、部分崩裂或发生石子离析，则表示黏聚性不好。保水性以混凝土拌和物中稀浆析出的程度评定，提起坍落度筒后，如有较多稀浆从低部析出，拌和物锥体因失浆而骨料外露，表示拌和物的保水性不好。如提起坍落筒后，无稀浆析出或仅有少量稀浆的底部析出，混凝土锥体含浆饱满，则表示混凝土拌和物保水性良好。

对于干硬性混凝土拌和物（坍落度小于10mm），采用维勃稠度（VB）作为其和易性指标，用维勃稠度仪测定（见图5-4）。将混凝土拌和物按标准方法装入VB仪容量桶的坍落度筒内；缓慢垂直提起坍落度筒，将透明圆盘置于拌和物锥体顶面；启动振动台，用秒表测出拌和物受振摊平、振实、透明圆盘的底面完全为水泥浆所布满所经历的时间（以s计），即为维勃稠度，又称工作度。维勃稠度代表拌和物振实所需的能量，时间越短，表明拌和物越易被振实。它能较好地反映混凝土拌和物在振动作用下便于施工的性能。

图5-4　维勃稠度仪

5.3.1.3　影响混凝土拌和物和易性的因素

影响拌和物和易性的因素很多，主要有水泥浆含量、水泥浆的稀稠、含砂率的大小、原材料的种类以及外加剂等。

1.水泥浆含量的影响

在水泥浆稀稠不变，也即混凝土的水用量与水泥用量之比（水灰比）保持不变的情况下，单位体积混凝土内水泥浆含量越多，拌和物的流动性越大。拌和物中除必须有足够的水泥浆包裹骨料颗粒之外，还需要有足够的水泥浆以填充砂、石骨料的空隙并使骨料颗粒之间有足够厚度的润滑层，以减少骨料颗粒之间的摩阻力，使拌和物有一定流动性。但若水泥浆过多，骨料不能将水泥浆很好地保持在拌和物内，混凝土拌和物将会出现流浆、泌水现象，使拌和物的黏聚性及保水性变差。这不仅增加水泥用量，而且还会对混凝土强度及耐久性产生不利影响。因此，混凝土内水泥浆的含量，以使混凝土拌和物达到要求的流动性为准，不应任意加大。

2.含砂率的影响

混凝土含砂率（简称砂率）是指砂的用量占砂、石总用量（按质量计）的百分数。混凝土中的砂浆应包裹石子颗粒并填满石子空隙。砂率过小，砂浆量不足，不能在石子周围形成足够的砂浆润滑层，将降低拌和物的流动性。更主要的是严重影响混凝土拌和物的黏聚性及保水性，使石子分离，水泥浆流失，甚至出现溃散现象。砂率过大，石子含量相对过少，骨料的空隙及总表面积都较大，在水灰比及水泥用量一定的条件下，混凝土拌和物显得干稠，流动性显著降低，如图5-5所示；在保持混凝土流动性不变的条件下，会使混凝土的水泥浆用量显著增大，如图5-6所示。因此，混凝土含砂率不能过小，也不能过大，应取合理砂率。合理砂率是在水灰比及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌和物保持良好的黏聚性和保水性并获得最大流动性的含砂率。也即在水灰比一定的条件下，当混凝土拌和物达到要求的流动性，而且具有良好的黏聚性及保水性时，水泥用量最省的含砂率，即最佳砂率。

图5-5　砂率与坍落度的关系曲线

图5-6　砂率与水泥用量的关系曲线

3.水泥浆稀稠的影响

在水泥品种一定的条件下，水泥浆的稀稠取决于水灰比的大小。当水灰比较小时，水泥浆较稠，拌和物的黏聚性较好，泌水较少，但流动性较小，相反，水灰比较大时，拌和物流动性较大，但黏聚性较差，泌水较多。当水灰比小至某一极限值以下时，拌和物过于干稠，在一般施工方法下混凝土不能被浇筑密实；当水灰比大于某一极限值时，拌和物将产生严重的离析、泌水现象，影响混凝土质量。因此，为了使混凝土拌和物能够成型密实，所采用的水灰比值不能过小，为了保证混凝土拌和物具有良好的黏聚性，所采用的水灰比值又不能过大。普通混凝土常用水灰比一般在0.40～0.75范围内。在常用水灰比范围内，当混凝土中用水量一定时，水灰比在小的范围内变动对混凝土流动性的影响不大，这称为“需水量定则”或“恒定用水量定则”。其原因是，当水灰比较小时，虽然水泥浆较稠，混凝土流动性较小，但黏聚性较好，可采用较小的砂率值。这样，由于含砂率减小而增大的流动性可补偿由于水泥浆较稠而减少的流动性；当水灰比较大时，为了保证拌和物的黏聚性，需采用较大的砂率值。这样，水泥浆较稀所增大的流动性将被含砂率增大而减小的流动性所抵消。因此，当混凝土单位用水量一定时，水泥用量在50～100kg/m3之间变动时，混凝土的流动性将基本不变。

4.其他因素的影响

除上述影响因素外，拌和物和易性还受水泥品种、掺和料品种及掺量、骨料种类、粒形及级配、混凝土外加剂以及混凝土搅拌工艺和环境温度等条件的影响。

水泥需水量大者，拌和物流动性较小，使用矿渣水泥时，混凝土保水性较差。使用火山灰水泥时，混凝土黏聚性较好，但流动性较小。

掺和料的品质及掺量对拌和物的和易性有很大影响，当掺入优质粉煤灰时，可改善拌和物的和易性。掺入质量较差的粉煤灰时，往往使拌和物流动性降低。

粗骨料的颗粒较大、粒形较圆、表面光滑、级配较好时，拌和物流动性较大。使用粗砂时，拌和物黏聚性及保水性较差；使用细砂及特细砂时，混凝土流动性较小。混凝土中掺入某些外加剂，可显著改善拌和物的和易性。

拌和物的流动性还受气温高低、搅拌工艺以及搅拌后拌和物停置时间的长短等施工条件影响。对于掺用外加剂及掺和料的混凝土，这些施工因素的影响更为显著。

5.3.1.4　混凝土拌和物和易性的选择

工程中选择新拌混凝土和易性时，应根据施工方法、结构构件截面尺寸、配筋疏密等条件，并参考有关资料及经验等来确定。对截面尺寸较小、配筋复杂的构件，或采用人工插捣时，应选择较大的坍落度。反之，对无筋厚大结构、钢筋配置稀疏易于施工的结构，尽可能选用较小的坍落度，以减少水泥浆用量。根据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204）规定，混凝土浇筑时的坍落度，宜参照表5-8选用。

表5-8　不同结构对新拌混凝土坍落度的要求

表5-8中的数值是采用机械振捣混凝土时的坍落度，当采用人工捣实时，应适当提高坍落度值。当施工工艺采用混凝土泵输送新拌混凝土时，则应根据施工工艺选择相应的新拌混凝土流动性，通常泵送混凝土要求坍落度为120～180mm。

正确选择新拌混凝土的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥具有重要意义。在选择坍落度时，原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较好的混凝土。

5.3.2　混凝土硬化后的性质——强度

混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等，其中抗压强度最大，故混凝土主要用来承受压力。

5.3.2.1　混凝土的抗压强度

1.混凝土的立方体抗压强度与强度等级

按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081—2002），制作边长为150mm的立方体试件，在标准养护[温度（20±2）℃、相对湿度95%以上]条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度，称为混凝土标准立方体抗压强度，以fcu表示。按《混凝土结构设计规程》（GB50010—2002）的规定，在立方体极限抗压强度总体分布中，具有95%强度保证率的立方体试件抗压强度，称为混凝土立方体抗压强度标准值（以MPa计），以fcu，k表示。

混凝土强度等级按混凝土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、C80等14个等级。例如，强度等级为C25的混凝土，即25MPa≤fcu，k＜30MPa的混凝土。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不小于C30。

测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以按粗骨料最大粒径的尺寸选用不同的试件尺寸。但在计算其抗压强度时，应乘以换算系数。选用边长为100mm的立方体试件，换算系数为0.95，边长为200mm的立方体试件，换算系数为1.05。

采用标准试验方法在标准条件下测定混凝土的强度是为了使不同地区、不同时间的混凝土具有可比性。在实际的混凝土工程中，为了说明某一工程中混凝土实际达到的强度，常把试块放在与该工程相同的环境养护（简称同条件养护）按需要的龄期进行测试，作为现场混凝土质量控制的依据。

2.混凝土棱柱体抗压强度

按棱柱体抗压强度的标准试验方法，制成边长为150mm×150mm×300mm的标准试件，在标准条件下养护28d，测其抗压强度，即为棱柱体的抗压强度（fck），通过实验分析，fck≈0.67fcu，k。

3.影响混凝土抗压强度的因素

影响混凝土抗压强度的因素很多，包括原材料的质量、材料用量之间的比例关系、施工方法（拌和、运输、浇筑、养护）以及试验条件（龄期、试件形状与尺寸、试验方法、温度及湿度）等。

（1）水泥强度等级和水灰比。水泥是混凝土中的活性组成，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，配制的混凝土强度也越高。当用同一种水泥（品种及强度等级相同）时，混凝土的强度主要取决于水灰比，水灰比愈大，混凝土的强度愈低。这是因为水泥水化时所需的化学结合水，一般只占水泥质量23%左右，但在实际拌制混凝土时，为了获得必要的流动性，常需要加入较多的水（占水泥质量的40%～70%）。多余的水分残留在混凝土中形成水泡，蒸发后形成气孔，使混凝土密实度降低，强度下降。水灰比大，则水泥浆稀，硬化后的水泥石与骨料黏结力差，混凝土的强度也愈低。但是，如果水灰比过小，拌和物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇筑质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。

应用数理统计方法，水泥的强度、水灰比、混凝土强度之间的线性关系可用以下经验公式（5-2）（强度公式）表示:

式中　fcu——28d混凝土立方体抗压强度，MPa；

fce——28d水泥抗压强度实测值，MPa；

A、B——回归系数，与骨料品种、水泥品种等因素有关；

C/W——灰水比。

一般水泥厂为了保证水泥的出厂强度等级，其实际强度往往比其强度等级要高。当无法取得水泥28d抗压强度实测值时，可用式（5-3）估算:

式中　fce，g——水泥强度等级值，MPa；

γc——水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定，无资料时取1.13。

fce值也可根据3d强度或快测强度推定28d强度关系式推定得出。强度公式适用于流动性混凝土和低流动性混凝土，不适用于干硬性混凝土。对流动性混凝土而言，只有在原材料相同、工艺措施相同的条件下，A、B才可视为常数。因此，必须结合工地的具体条件，如施工方法及材料的质量等，进行不同水灰比的混凝土强度试验，求出符合当地实际情况的A、B，这样既能保证混凝土的质量，又能取得较好的经济效果。若无试验条件，可按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）提供的经验数值:采用碎石时A＝0.46，B＝0.07；采用卵石时，A＝0.48，B＝0.33。

强度公式可解决两个问题，一是混凝土配合比设计时，估算应采用的W/C值；二是混凝土质量控制过程中，估算混凝土28d可以达到的抗压强度。

（2）骨料的种类与级配。骨料中有害杂质过多且品质低劣时，将降低混凝土的强度。骨料表面粗糙，则与水泥石黏结力较大，混凝土强度高。骨料级配好、砂率适当，能组成密实的骨架，混凝土强度也较高。

（3）混凝土外加剂与掺和料。在混凝土中掺入早强剂可提高混凝土早期强度；掺入减水剂可提高混凝土强度；掺入一些掺和料可配制高强度混凝土。详细内容见混凝土外加剂的有关内容。

（4）养护温度和湿度。混凝土浇筑成型后，所处的环境温度，对混凝土的强度影响很大。混凝土的硬化，在于水泥的水化作用，周围温度升高，水泥水化速度加快，混凝土强度发展也就加快。反之，温度降低时，水泥水化速度降低，混凝土强度发展将相应迟缓。当温度降至冰点以下时，混凝土的强度停止发展，并且由于孔隙内水分结冰而引起膨胀，使混凝土的内部结构遭受破坏。混凝土早期强度低，更容易冻坏。湿度适当时，水泥水化能顺利进行，混凝土强度得到充分发展。如果湿度不够，会影响水泥水化作用的正常进行，甚至停止水化。这不仅严重降低混凝土的强度，而且水化作用未能完成，使混凝土结构疏松，渗水性增大，或形成干缩裂缝，从而影响其耐久性。

因此，混凝土成型后一定时间内必须保持周围环境有一定的温度和湿度，使水泥充分水化，以保证获得较好质量的混凝土。

（5）硬化龄期。混凝土在正常养护条件下，其强度将随着龄期的增长而增长。最初7～14d内，强度增长较快，28d达到设计强度。以后增长缓慢，但若保持足够的温度和湿度，强度的增长将延续几十年。普通水泥制成的混凝土，在标准条件下，混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比关系（龄期不小于3d），如式（5-4）所示:

式中　fn——nd（n≥3）龄期混凝土的抗压强度，MPa；

f28——28d龄期混凝土的抗压强度，MPa。

（6）施工工艺。混凝土的施工工艺包括配料、拌和、运输、浇筑、振捣、养护等工序，每一道工序对其质量都有影响。若配料不准确，误差过大；搅拌不均匀；拌和物运输过程中产生离析；振捣不密实；养护不充分等均会降低混凝土强度。因此，在施工过程中，一定要严格遵守施工规范，确保混凝土的强度。(www.xing528.com)

5.3.2.2　混凝土的抗拉强度

混凝土在直接受拉时，很小的变形就会开裂，它在断裂前没有残余变形，是一种脆性破坏。混凝土的抗拉强度一般为抗压强度的1/20～1/10。我国采用立方体（国际上多用圆柱体）的劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度，称为劈裂抗拉强度，劈裂抗拉强度可近似地用式（5-5）表示（精确至0.01MPa）:

式中　P——试件破坏荷载，N；

A——试件劈裂面面积，mm2。

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。对于某些工程（如混凝土路面、水槽、拱坝），在对混凝土提出抗压强度要求的同时，还应提出抗拉强度要求。

5.3.3　混凝土的变形

混凝土在硬化后和使用过程中，受各种因素影响而产生变形，主要有化学收缩、干湿变形、温度变形及荷载作用下的变形等。这些变形是使混凝土产生裂缝的重要原因之一，直接影响混凝土的强度和耐久性。

5.3.3.1　化学收缩（水化收缩）

混凝土在硬化过程中，水泥水化产物的体积，小于水化前反应物的体积，致使混凝土产生收缩，这种收缩称为化学收缩。化学收缩是不能恢复的，收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在40d后渐趋稳定。

5.3.3.2　干湿变形

混凝土的湿胀干缩是由于混凝土中水分变化引起的。当混凝土在水中硬化时，会引起微小膨胀，这是由于凝胶体中胶体粒子吸附水膜增厚，使胶体粒子间的距离增大所致。当混凝土在干燥空气中硬化时，会引起干缩，这是因为混凝土内部吸附的水分蒸发会引起凝胶体失水紧缩，以及游离水分蒸发使毛细孔负压增大。已干缩的混凝土，如再次吸水变湿时，一部分干缩变形是可以恢复的。

湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土的危害较大，它可使混凝土表面出现较大拉应力而导致开裂，使混凝土的耐久性严重降低。

混凝土的干缩主要是由混凝土中水泥石的干缩引起的，而骨料却对混凝土的干缩有制约作用。因此影响干缩的主要因素有以下几种:

（1）用水量。在水灰比一定的条件下，用水量越多，即水泥浆含量越多，则干缩越大。平均量每增加1%，干缩率约增大2%～3%。

（2）水灰比。水灰比愈大，水泥石中毛细孔隙越多，混凝土干缩也越大。

（3）水泥品种及细度。火山灰水泥的干缩最大，而粉煤灰水泥的干缩较小。水泥越细，干缩率越大。

（4）骨料种类。用弹性模量大的骨料，干缩率小，用吸水率、含泥量大的骨料，则干缩率大。

（5）养护条件。延长潮湿养护时间，可推迟干缩的发生和发展，但对混凝土的最终干缩率并无显著影响。采用湿热处理可减小混凝土的干缩率。

5.3.3.3　温度变形

温度变形是指混凝土在温度升高时体积膨胀与温度降低时体积收缩的现象。混凝土与其他材料一样具有热胀冷缩现象。

大体积混凝土在硬化初期放出大量热量，加之混凝土又是热的不良导体，散热很慢，致使混凝土内部温度可达50～70℃而产生明显膨胀。外部混凝土温度则同大气温度一样比较低，这样就形成了内外较大的温度差，由于内部膨胀与外部收缩同时进行，便产生了很大的温度应力，而导致混凝土产生裂缝。

5.3.3.4　荷载作用下的变形

1.弹塑性变形和弹性模量

混凝土是一种非均匀材料，属弹塑性体。在外力作用下，既产生可以恢复的弹性变形ε，又产生不可恢复的塑性变形γ，全部变形δ＝ε＋γ（见图5-7）。

图5-7　加荷及卸荷时混凝土的应力-应变曲线

混凝土应力与应变关系不是直线而是曲线，即弹性模量是随应力增大而降低，并不完全遵循虎克定律。影响混凝土弹性模量的因素很多，主要有:混凝土强度越高，弹性模量也越大；骨料弹性模量越高，混凝土的弹性模量越大；潮湿状态下的混凝土弹性模量要比干燥的高；混凝土中水泥浆含量较少时（如干硬性混凝土），弹性模量较大；蒸汽养护混凝土比潮湿养护混凝土的弹性模量低10%。

2.徐变

混凝土在持续荷载作用下，随时间增长的变形称为徐变。混凝土的变形与荷载作用时间的关系如图5-8所示。混凝土受荷后即产生瞬时变形，随着荷载持续作用时间的延长，又产生徐变变形。徐变变形初期增长较快，然后逐渐减慢，一般要延续2～3年才逐渐趋于稳定。徐变变形的极限值可达瞬时变形的2～4倍。在持荷一定时间后，若卸除荷载，部分变形可瞬时恢复，也有少部分变形在若干天内逐渐恢复，称徐变恢复，最后留下不能恢复的变形为残余变形（即永久变形）。

图5-8　混凝土徐变示意图

徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力较均匀地重新分布，对大体积混凝土能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。但在预应力混凝土结构中，徐变将使钢筋的预加应力受到损失。

混凝土的徐变，一般认为是由于水泥石中凝胶体在持续荷载作用下的黏性流动，并向毛细孔中移动的结果。骨料能阻碍水泥石的变形，起减小混凝土徐变的作用。由此可得如下关系:水灰比较大时，徐变也较大；水灰比相同，用水量较大（即水泥浆量较多）的混凝土，徐变较大；骨料级配好，最大粒径大，弹性模量也较大时，混凝土徐变较小；当混凝土在较早龄期受荷时，产生的徐变较大。

5.3.4　混凝土的耐久性

硬化后的混凝土除了具有设计要求的强度外，还应具有与所处环境相适应的耐久性，混凝土的耐久性是指混凝土抵抗环境条件的长期作用，并保持其稳定良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力。

混凝土的耐久性是一个综合性概念，包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗碳化、抗磨性、抗碱-骨料反应等性能。

1.混凝土的抗渗性

抗渗性是指混凝土抵抗压力水、油等液体渗透的性能。混凝土的抗渗性主要与其密实性及内部孔隙的大小和构造有关。

混凝土的抗渗性用抗渗等级（P）表示，即以28d龄期的标准试件，按标准试验方法进行试验所能承受的最大水压力（MPa）来确定。混凝土的抗渗等级可划分为P2、P4、P6、P8、P10、P12等六个等级，相应表示混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力分别为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa。

提高混凝土抗渗性能的措施有:提高混凝土的密实度，改善孔隙构造，减少渗水通道；减小水灰比；掺加引气剂；选用适当品种的水泥；注意振捣密实、养护充分等。

水工混凝土的抗渗等级，应根据结构所承受的水压力大小和结构类型及运用条件按《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191—96）选用，如表5-9所示。

表5-9　混凝土抗渗等级最小允许值（DL/T2057—1996）

注　1.表中H为水头，i为最大水力梯度。水力梯度是指水头与该结构厚度的比值。
2.当建筑物的表层设有专门可靠的防水层时，表中规定的抗渗等级可适当降低。
3.承受侵蚀作用的建筑物，其抗渗等级不得低于P4。
4.埋置在地基中的混凝土及钢筋混凝土结构构件（如基础防渗墙等），可根据防渗要求参照表中第3项的规定选择其抗渗等级。
5.对背水面能自由渗水的混凝土及钢筋混凝土结构构件，当水头小于10m时，其抗渗等级可根据表中第三项降低一级。
6.对严寒、寒冷地区且水力梯度较大的结构，其抗渗等级应按表中的规定提高1个等级。

2.混凝土的抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在含水饱和状态下能经受多次冻融循环而不破坏，同时强度也不严重降低的性能。混凝土受冻后，混凝土中水分受冻结冰，体积膨胀，当膨胀力超过其抗拉强度时，混凝土将产生微细裂缝，反复冻融使裂缝不断扩展，混凝土强度降低甚至破坏，影响建筑物的安全。

混凝土的抗冻性以抗冻等级（F）表示。抗冻等级按28d龄期的试件用快冻试验方法测定，分为F50、F100、F150、F200、F300、F400等六个等级，相应表示混凝土抗冻性试验能经受50、100、150、200、300、400次的冻融循环。

影响混凝土抗冻性能的因素主要有水泥品种、强度等级、水灰比、骨料的品质等。提高混凝土抗冻性的最主要的措施是:提高混凝土密实度；减小水灰比；掺和外加剂；严格控制施工质量，注意捣实，加强养护等。

混凝土抗冻等级应根据工程所处环境及工作条件，按《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191—1996）选择，如表5-10所示。

表5-10　混凝土抗冻等级（DL/T5057—1996）

注　1.气候分别划分标准，严寒:最冷月平均气温低于—10℃；寒冷:最冷月平均气温高于—10℃，但低于—3℃；温和:最冷月平均气温高于—3℃。
2.冬季水位变化区是指运行期可能遇到的冬季最低水位以下0.5～1m至冬季最高水位以上1m（阳面）、2m（阴面）、4m（水电站尾水区）的部位。
3.阳面指冬季大多为晴天，平均每天有4h阳光照射，不受山体或建筑物遮挡的表面。否则均按阴面考虑。
4.最冷月平均气温低于—25℃地区的混凝土抗冻等级应根据情况研究确定。
5.在无抗冻要求的地区，混凝土抗冻等级也不宜低于F50。

3.混凝土的抗侵蚀性

混凝土在外界侵蚀性介质（软水，含酸、盐水等）作用下，结构受到破坏、强度降低的现象称为混凝土的侵蚀。混凝土侵蚀的原因主要是外界侵蚀性介质对水泥石中的某些成分（氢氧化钙、水化铝酸钙等）产生破坏作用所致。

4.混凝土的抗磨性及抗气蚀性

磨损冲击与气侵破坏，是水工建筑物常见的病害之一。当高速水流中挟带砂、石等磨损介质时，这种现象更为严重。因此，水利工程要有较高的抗磨性及抗气蚀性。

提高混凝土抗磨性及抗气蚀性的主要途径是:选用坚硬耐磨的骨料，选硅酸三钙含量较多的高强度硅酸盐水泥，掺入适量的硅粉和高效减水剂以及适量的钢纤维；采用强度等级C50以上的混凝土；骨料最大粒径不大于20mm；改善建筑物的体型；控制和处理建筑物表面的不平整度等。

5.混凝土的碳化

混凝土的碳化作用是空气中二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。在硬化混凝土的孔隙中，充满了饱和氢氧化钙溶液，使钢筋表面产生一层难溶的三氧化二铁和四氧化三铁薄膜，它能防止钢筋锈蚀。碳化引起水泥石化学组成发生变化，使混凝土碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用导致钢筋锈蚀；碳化还将显著增加混凝土的收缩，降低混凝土抗拉、抗弯强度。但碳化可使混凝土的抗压强度增大。其原因是碳化放出的水分有助于水泥的水化作用，而且碳酸钙减少了水泥石内部的孔隙。

提高混凝土抗碳化能力的措施有:减小水灰比；掺入减水剂或引气剂；保证混凝土保护层的厚度及质量；充分湿养护等。

6.混凝土的碱-骨料反应

混凝土的碱-骨料反应，是指水泥中的碱（Na2O和K2O）与骨料中的活性SiO2发生反应，使混凝土发生不均匀膨胀，造成裂缝、强度下降等不良现象，从而威胁建筑物安全。常见的有碱-氧化硅反应、碱-硅酸盐反应、碱-碳酸盐反应三种类型。

防止碱-骨料反应的措施有:采用低碱水泥（Na2O含量小于0.6%）并限制混凝土总碱量不超过2.0～3.0kg/m3；掺入活性混合料；掺用引气剂和不用含活性二氧化硅的骨料；保证混凝土密实性和重视建筑物排水，避免混凝土表面积水和接缝存水。

7.提高混凝土耐久性的主要措施

（1）严格控制水灰比。水灰比的大小是影响混凝土密实性的主要因素，为保证混凝土耐久性，必须严格控制水灰比。有关规定根据工程条件，规定了水灰比最大允许值和最小水泥用量，见表5-11及表5-12。

表5-11　水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量（DL/T5057—1996）

注　1.结构类型为薄壁或薄腹构件时，最大水灰比宜适当减小。
2.处于三类、四类环境条件又受冻严重或受冲刷严重的结构，最大水灰比应按照《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211—98）的规定执行。
3.承受水力梯度较大的结构，最大水灰比宜适当减小。
4.当掺加有效外加剂及高效掺和料时，最小水泥量可适当减小。

表5-12　混凝土的最大水灰比及最小水泥用量（JGJ55—2000）

注　1.当活性掺和料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥量即为代替前的水灰比和水泥用量。
2.配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。

（2）混凝土所用材料的品质，应符合规范的要求。

（3）合理选择骨料级配。可使混凝土在保证和易性要求的条件下，减少水泥用量，并有较好的密实性。这样不仅有利于混凝土耐久性，而且也较经济。

（4）掺用减水剂及引气剂。可减少混凝土用水量及水泥用量，改善混凝土孔隙构造。这是提高混凝土抗冻性及抗渗性的有力措施。

（5）保证混凝土施工质量。在混凝土施工中，应做到搅拌透彻、浇筑均匀、振捣密实、加强养护，以保证混凝土耐久性。