现代建筑材料科学-混凝土学习指导

6　混 凝 土

学习指导

本章是重点章，共6节。本章的学习目标是：

(1)理解混凝土对各组成材料的要求，混凝土的主要技术性质及其影响因素。

(2)能熟练进行混凝土原材料、混凝土拌合物及硬化混凝土技术指标的检测。

(3)能熟练进行普通混凝土配合比设计。

(4)能熟练进行混凝土强度评定。

(5)了解混凝土技术的新进展以及现在研究的方向。

本章的难点是混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比设计。本章的每个知识点均有工程案例分析，建议通过工程案例的分析学习，进一步理解相关的知识，并提高自己分析问题、解决问题的能力。

6.1　混凝土概述

由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的外加剂、掺合料，按适当比例配合，经均匀拌和，密实成型及养护硬化而成的具有一定强度和耐久性的人造石材，称为混凝土。由于组成混凝土的胶凝材料、细骨料和粗骨料的品种很多，因此混凝土的种类繁多。

6.1.1　混凝土的分类

1)按胶凝材料分类

混凝土按所用胶凝材料分为水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、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。

2)按表观密度分类

(1)重混凝土。重混凝土是指表观密度大于2 600 kg/m3的混凝土，一般采用密度很大的重质骨料，如重晶石、铁矿石、钢屑等配制而成，具有防射线、耐磨等功能。

(2)普通混凝土。普通混凝土是指表观密度为1 950～2 500 kg/m3，以水泥为胶凝材料，以天然砂石为骨料配制而成的混凝土。普通混凝土是建筑工程中应用最广、用量最大的混凝土，主要用作建筑工程的承重结构材料。

(3)轻混凝土。轻混凝土是指表观密度小于1 950 kg/m3的混凝土。轻混凝土按组成材料可分为轻骨料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土三类，按用途可分为结构用、保温用和结构兼保温用混凝土。

3)按用途分类

混凝土按其用途可分为结构混凝土、防水混凝土、耐热混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、防辐射混凝土等。

4)按生产工艺和施工方法分类

混凝土按其生产工艺可分为预拌混凝土(商品混凝土)和现场拌制混凝土；按其施工方法可分为泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、离心混凝土、挤压混凝土、真空吸水混凝土等。

5)按强度分类

混凝土按其强度高低可分为普通混凝土、高强混凝土和超高强混凝土。普通混凝土的强度等级一般在C60级以下；高强混凝土的强度等级大于或等于C60 级；超高强混凝土的抗压强度在100 MPa以上。

6.1.2　混凝土的特点

1)优点

(1)原料资源丰富，造价低廉。普通混凝土组成材料中，按体积计算约70%以上为天然砂、石子，因此可就地取材，降低了成本。

(2)良好的可塑性。可以根据需要浇注成任意形状的构件，即混凝土具有良好的可加工性。

(3)配制灵活，适应性强。按照工程要求和使用环境的不同，不需要采取更多的工艺措施，只需改变混凝土各组成材料的品种和比例，就能配制出不同品种和技术性能的混凝土。

(4)抗压强度高。混凝土硬化后的强度可达100 MPa以上，是一种较好的结构材料。

(5)能和钢筋协同工作。混凝土与钢筋有着牢固的握裹力，且两者线膨胀系数大致相同，复合而成钢筋混凝土能互补优劣，混凝土强度得到增强，而混凝土对钢筋还有良好的保护作用，大大拓宽了混凝土的应用范围。

(6)耐久性好。性能良好的混凝土具有很高的抗冻性、抗渗性及耐腐蚀性等，通常能使用几十年，甚至数百年。混凝土一般不需维护和保养，即使需要也很简单，故日常维修费很低。

(7)耐火性好。普通混凝土的耐火性远比木材、塑料和钢材好，可耐数小时的高温作用而仍保持其力学性能，有利于及时扑救火灾。

(8)装饰性好。如果混凝土施工时采取适当的工艺方法和措施，在其表面形成一定的造型、线型、质感或色泽，就可使混凝土展现出独特的装饰效果。

2)缺点

(1)自重大。混凝土的表观密度大约为2 400 kg/m3，造成在建筑工程中形成肥梁、胖柱、厚基础的现象，对高层、大跨度建筑不利，不利于提高有效承载能力，也给施工安装带来一定困难。

(2)抗拉强度低。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度约为抗压强度的1/10～1/20，因此受拉易产生脆性破坏。

(3)硬化较缓慢，生产周期长。混凝土浇筑成型受气候(温度、湿度)影响，同时需要较长时间养护才能达到一定的强度。

(4)导热系数大，保温隔热性能差。普通混凝土的导热系数约为 1.4 W/(m·K)，是砖的两倍，保温隔热性能差。

此外，混凝土的质量受原材料质量、施工工艺、施工人员、施工条件和气温的变化等方面的影响因素较多，难以得到精确控制。但随着混凝土技术的不断发展，混凝土的不足正在不断被克服。

6.1.3　混凝土的发展趋向

混凝土虽只有180多年的历史，但它的发展很快，尤其近半个多世纪以来发展更加迅速。根据维基百科的数据，2013年全球水泥产量40.2亿t，中国占24.1亿t，按1 t水泥可以生产2.5～3 m3混凝土计算，则24.1亿t水泥可生产60亿～72亿m3混凝土，即使所产水泥只有30%用于生产混凝土，其量也是非常可观的。根据发展趋势及资源、能源等情况，可预测今后世界混凝土产量还将进一步提高。

自1824年发明了波特兰水泥之后，1830年前后就有了混凝土问世，1867年又出现了钢筋混凝土。混凝土和钢筋混凝土的出现，是世界工程材料的重要变革，特别是钢筋混凝土的诞生，它极大地扩展了混凝土的使用范围，因而被誉为是对混凝土的第一次革命。20世纪30年代又制成了预应力钢筋混凝土，它被称为是混凝土的第二次重大革命。50年代出现了自应力混凝土，而70年代出现的混凝土外加剂，特别是减水剂的应用，可使混凝土的强度很容易达到60 MPa以上，同时给混凝土改性提供了很好的手段，为此被公认为混凝土应用史上的第三次革命。80年代后，各国的混凝土研究者均转向深入进行混凝土的理论研究和新产品的开发，一致认定混凝土不仅是20世纪使用最广、最重要的土木工程材料，并预言21世纪水泥混凝土仍将在众多的工程材料中遥居领先地位。

为了适应将来的建筑向高层、超高层、大跨度发展，以及人类要向地下和海洋开发，混凝土今后的发展方向是快硬、高强、轻质、高耐久性、多功能、节能。例如，美国混凝土协会ACI2000委员会曾设想，今后美国常用混凝土强度将为135 MPa，如果需要，在技术上可使混凝土强度达400 MPa；将能建造出高度为600～900 m的超高层建筑，以及跨度达500～600 m的桥梁。所有这些，均说明了未来社会对混凝土的需求必然大大超过今天的规模。社会的巨大需求还将促进混凝土施工的进一步机械化，促进混凝土质量更进一步优化。将来的混凝土研究工作无疑将放在有关混凝土复合材料的机理和应用方面。随着施工和管理的现代化，期望未来混凝土对于形形色色的工程建设会有更好的适用性。

6.2　普通混凝土的组成材料

普通混凝土是以水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的外加剂、掺合料为原料，经搅拌、成型、养护、硬化而成的一种人造石材。其中，砂、石称为骨料，主要起骨架作用，砂子填充石子的空隙，砂、石构成的坚硬骨架可抑制由于水泥浆硬化和水泥石干缩而产生的收缩。水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在混凝土硬化前，水泥浆主要起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性，以便于施工；水泥浆硬化后主要起胶结作用，将砂、石骨料胶结成为一个坚实的整体，并使混凝土具有一定的强度。

6.2.1　水泥

水泥是混凝土中重要的组成材料，且价格相对较贵。配制混凝土时，水泥的选择直接关系到混凝土的耐久性和经济性，其主要包括品种和强度等级的选择。

1)品种的选择

配制普通混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点及所处的环境条件，结合水泥的性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择，这样不仅可以保证工程质量，而且可以降低成本。水泥品种的选择参考表5-9。

2)强度等级的选择

水泥强度等级应根据混凝土设计强度等级进行选择。原则上，水泥的强度等级应与混凝土的强度等级相适应，即配制高强度等级的混凝土选用高强度等级水泥，配制低强度等级的混凝土选用低强度等级水泥。对于一般的混凝土，水泥强度等级宜为混凝土强度等级的1.5～2.0倍。配制高强混凝土时，水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右。

当用低强度等级水泥配制较高强度等级混凝土时，水泥用量过大，水胶比过小而使拌合物流动性差，造成施工困难，不易成型密实，不但不经济，而且显著增加混凝土的水化热和干缩。

当用高强度等级的水泥配制较低强度等级的混凝土时，水泥用量偏小，水胶比偏大，混凝土拌合物的和易性与耐久性较差。为了保证混凝土的和易性、耐久性，可以掺入一定数量的掺合料，如粉煤灰，但掺量必须经过试验确定。

6.2.2　细骨料

砂是混凝土中的细骨料，是指粒径在4.75 mm以下的颗粒。砂按产源分为天然砂和机制砂两大类。

天然砂是指自然生成的，经人工开采和筛分的粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，但不包括软质、风化的岩石颗粒。山砂和海砂含杂质较多，拌制的混凝土质量较差。河砂颗粒坚硬、含杂质较少，拌制的混凝土质量较好，在工程中应用普遍。

机制砂是指经除土处理，经机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂。

砂按照技术要求，分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

建设用砂的一般要求：用矿山尾矿、工业废渣生产的机制砂有害物质除应符合规定外，还应符合我国环保和安全相关标准和规范，不应对人体、生物、环境及混凝土、砂浆性能产生有害影响；砂的放射性应符合规范《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566)的规定。

建设用砂的技术要求有下列几个方面：

1)颗粒级配和粗细程度

砂的颗粒级配是指各粒级的砂按比例搭配的情况。粗细程度是指各粒级的砂搭配在一起后的平均粗细程度。

颗粒级配较好的砂，颗粒之间搭配适当，大颗粒之间的空隙由小一级颗粒填充，这样颗粒之间逐级填充，能使砂的空隙率达到最小，从而达到节约水泥的目的；或者在水泥用量一定的情况下可提高混凝土拌合物的和易性。总的来说，砂颗粒越粗，其总表面积较小，包裹砂颗粒表面的水泥浆数量可减少，也可达到节约水泥的目的；或者在水泥用量一定的情况下可提高混凝土拌合物的和易性。因此，在选择砂时，既要考虑砂的级配，又要考虑砂的粗细程度。

砂的颗粒级配和粗细程度采用筛分法测定。筛分试验采用的标准砂筛，由七个标准筛及底盘组成，筛孔尺寸分别为9.50 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.60 mm、0.30 mm和0.15 mm。称取烘干至恒量的砂500 g，将砂倒入按筛孔尺寸从大到小排列的标准砂筛中，按规定方法进行筛分后，称量各号筛的筛余量，分别计算出各号筛的分计筛余百分率和累计筛余百分率，具体计算方法见表6-1。

表6-1　分计筛余百分率和累计筛余百分率的计算

建设用砂，按0.60 mm筛的累计筛余百分率(A4)大小划分为三个级配区，砂的颗粒级配应符合表6-2的规定，砂的级配类别应符合表6-3的规定。对于砂浆用砂，4.75 mm筛孔的累计筛余量应为0。砂的实际颗粒级配，除4.75 mm和0.60 mm筛档外，可以略有超出，但各级累计筛余超出值总和应不大于5%。

表6-2　砂的颗粒级配区

续表6-2

表6-3　砂的级配类别

图6-1　天然砂的级配区曲线

为了更直观地反映砂的颗粒级配，可根据表6-2的规定绘出级配区曲线，天然砂的级配区曲线如图6-1所示。

配制混凝土时，宜优先选择2级配区砂，使混凝土拌合物获得良好的和易性。当采用1级配区砂时，由于砂颗粒偏粗，配制的混凝土流动性大，但黏聚性和保水性较差，因此应适当提高砂率，以保证混凝土拌合物的和易性；当采用3级配区砂时，由于颗粒偏细，配制的混凝土黏聚性和保水性较好，但流动性较差，因此应适当减小砂率，以保证混凝土硬化后的强度。

砂的粗细程度，用细度模数表示。细度模数Mx 的计算如下：

(6-1)

式中： Mx——细度模数；

A1、A2、A 3、A 4、A 5、A 6——分别为4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.60 mm、0.30 mm、0.15 mm筛的累计筛余百分率(%)。

混凝土用砂按细度模数的大小分为粗砂、中砂和细砂三种。特粗砂：Mx >3.7；粗砂：Mx=3.7～3.1；中砂：Mx=3.0～2.3；细砂：Mx=2.2～1.6；特细砂：Mx=1.5～0.7。

【例6-1】　某工程用天然砂，用500 g烘干砂进行筛分试验，测得各号筛的筛余量如表6-4所示。试评定该砂的级配和粗细程度。

表6-4　烘干砂的各筛筛余量

解　(1)计算细度模数：

(2)根据计算出的累计筛余百分率查表6-2，该砂样在0.60 mm筛上的累计筛余百分率A 4=64.8，落在2区，其他各筛上的累计筛余百分率也均落在2区规定的范围内，故可判定该砂为2区砂。

(3)结果评定：此砂细度模数为2.75，属于2级配区砂，属于中砂且级配良好，可用于配制混凝土。

2)含泥量、石粉含量和泥块含量

含泥量是指天然砂中粒径小于75 μm的颗粒含量。石粉含量是指机制砂中粒径小于75 μm的颗粒含量。泥块含量是指砂中原粒径大于1.18 mm，经水浸洗、手捏后小于600 μm的颗粒含量。用MB值表示其含量。

机制砂在生产时会产生一定的石粉，虽然石粉与天然砂中的泥均是指粒径小于75 μm的颗粒，但石粉的成分、粒径分布和泥在砂中所起的作用不同。

天然砂的含泥量影响砂与水泥石的黏结，使混凝土达到一定流动性时需水量增加，混凝土的强度降低，耐久性变差，同时硬化后的干缩性较大。机制砂颗粒坚硬、多棱角，拌制的混凝土在同样条件下比天然砂的和易性差，而机制砂中适量的石粉可弥补机制砂形状和表面特征引起的不足，起到完善砂级配的作用。天然砂中含泥量和泥块含量应符合表6-5的规定。

表6-5　天然砂的含泥量和泥块含量

机制砂MB值(表示机制砂中的含泥量大小)≤1.40或快速法试验合格时，石粉含量和泥块含量应符合表6-6的规定；机制砂MB值>1.40或快速法试验不合格时，石粉含量和泥块含量应符合表6-7的规定。

表6-6　机制砂的石粉含量和泥块含量(MB值≤1.40或快速法试验合格)

表6-7　机制砂的石粉含量和泥块含量(MB值>1.40或快速法试验不合格)

3)有害物质

砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物、贝壳，其限量应符合表6-8的规定。

表6-8　有害物质限量

注：贝壳限量仅适用于海砂，其他砂种不作要求。

4)坚固性

砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行试验，砂的质量损失应符合表6-9的规定；机制砂除了要满足表6-9的规定外，压碎指标还应满足表6-10的规定。

表6-9　坚固性指标

表6-10　压碎指标

5)表观密度、松散堆积密度和空隙率

《建设用砂》(GB/T 14684—2011)规定：砂表观密度不小于2 500 kg/m3，松散堆积密度不小于1 400 kg/m3，空隙率不大于44%。

6.2.3　粗骨料

粗骨料是指粒径大于4.75 mm的岩石颗粒，常用的粗骨料有卵石和碎石两种。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒，按产源不同分为山卵石、河卵石和海卵石等，其中河卵石应用较多。碎石是由天然岩石、卵石或矿山废石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。

卵石、碎石按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

卵石、碎石的一般要求：用矿山废石生产的碎石有害物质除应符合表6-14的规定外，还应符合我国环保和安全相关标准和规范，不应对人体、生物、环境及混凝土、砂浆性能产生有害影响；卵石、碎石的放射性应符合规范《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)的规定。

建设用卵石、碎石的技术要求如下。

1)最大粒径及颗粒级配

(1)最大粒径

粗骨料的最大粒径是指公称粒级的上限值。当粗骨料的粒径增大时，其表面积随之减小。因此，达到一定流动性时包裹其表面的水泥砂浆数量减小，可节约水泥。试验研究证明，当粗骨料的最大粒径小于150 mm时，最大粒径增大，水泥用量明显减少；但当最大粒径大于150 mm时，对节约水泥并不明显。因此，在大体积混凝土中，条件许可时，应尽量采用较大粒径。在水利、海港等大型工程中最大粒径常采用120 mm或150 mm；在房屋建筑工程中，由于构件尺寸小，一般最大粒径只用到40 mm或60 mm。具体工程中，粗骨料最大粒径受结构型式、配筋疏密和施工条件的限制。《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)规定，混凝土的粗骨料最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土实心板，粗骨料最大粒径不宜超过板厚1/3，且最大粒径不得超过40 mm。

(2)颗粒级配

石子级配按供应情况分为连续粒级(连续级配)和单粒级两种。

连续级配是指颗粒从大到小连续分级，其中每一粒级的石子都占适当的比例。连续级配中大颗粒形成的空隙由小颗粒填充，颗粒大小搭配合理，可提高混凝土的密实性，因此采用连续级配拌制的混凝土和易性较好，且不易产生分层、离析现象，在工程中应用较广泛。

单粒级石子能避免连续粒级中的较大颗粒在堆放及装卸过程中的离析现象，一般不单独使用，主要用于组合成满足要求的连续粒级，或与连续粒级混合使用，用以改善级配或配成较大粒度的连续级配。另有一种间断级配，是指筛除某些中间粒级的颗粒，大颗粒之间的空隙，直接由粒径小很多的颗粒填充，由于缺少中间粒级而为不连续的级配。间断级配的颗粒相差大，空隙率大幅度降低，拌制混凝土时可节约水泥；但混凝土拌合物易产生离析现象，造成施工较困难。间断级配适用于配制采用机械拌和、振捣的低塑性及干硬性混凝土。

石子的颗粒级配应通过筛分试验确定。卵石、碎石的颗粒级配应符合国家标准《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)的规定，具体规定见表6-11所示。

表6-11　碎石或卵石的颗粒级配

2)含泥量和泥块含量

含泥量是指卵石、碎石中粒径小于75 μm的颗粒含量；泥块含量是指卵石、碎石中原粒径大于4.75 mm，经水浸洗、手捏后小于2.36 mm的颗粒含量。卵石、碎石中的含泥量和泥块含量应符合表6-12的规定。

表6-12　含泥量和泥块含量

3)针、片状颗粒含量

卵石、碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒，厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒。平均粒径是指该粒级上、下限粒径的平均值。针、片状颗粒易折断，还会使石子的空隙率增大，对混凝土的和易性及强度影响很大。卵石、碎石的针、片状颗粒含量应符合表6-13的规定。

表6-13　针、片状颗粒含量

4)有害物质

卵石、碎石中有害物质限量应符合表6-14的规定。

表6-14　有害物质限量

5)强度及坚固性

(1)强度　为保证混凝土的强度要求，粗骨料应质地致密、具有足够的强度。碎石、卵石的强度，用岩石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，宜用岩石抗压强度检验。对经常性的生产质量控制则用压碎指标值检验较为方便。

① 岩石抗压强度。岩石的抗压强度测定，采用碎石母岩，制成50 mm×50 mm×50 mm 的立方体试件或φ50 mm×50 mm的圆柱体试件，在水饱和状态下，所测定的抗压强度，火成岩的抗压强度应不小于80 MPa，变质岩应不小于60 MPa，水成岩应不小于30 MPa。

② 压碎指标。压碎指标检验是将一定质量气干状态下9.5～19.0 mm的石子装入标准圆模内，在压力机上按1 kN/s速度均匀加荷至200 kN并稳定5 s，卸载后称取试样质量G1，然后用孔径为2.36 mm的筛筛除被压碎的颗粒，称出剩余在筛上的试样质量G2，按下式计算压碎指标Qc：

(6-2)

卵石、碎石的压碎指标越小，则表示石子抵抗压碎的能力越强。卵石、碎石的压碎指标应符合表6-15的规定。

(2)坚固性。坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力，采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石、碎石的质量损失应符合表6-16的规定。

表6-15　压碎指标

表6-16　坚固性指标

6)表观密度、连续级配松散堆积空隙率

卵石、碎石的表观密度应不小于2 600 kg/m3；连续级配松散堆积空隙率应符合表6-17的规定。

7)吸水率

卵石、碎石的吸水率应符合表6-18的规定。

表6-17　连续级配松散堆积空隙率

表6-18　吸水率

8)碱集料反应

经碱集料反应试验后，试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。

6.2.4　混凝土用水

混凝土用水是指混凝土拌合用水和混凝土养护用水的总称，包括饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗刷水和海水等。地表水指存在于江、河、湖、塘、沼泽和冰川等中的水。地下水指存在于岩石缝隙或土壤孔隙中可以流动的水。再生水指污水经适当再生工艺处理后具有使用功能的水。

《混凝土用水标准》(JGJ 63—2006)规定，混凝土用水应满足以下要求：

(1)符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)要求的饮用水，可以不经检验，直接作为混凝土用水。

(2)符合以下要求的其他水，也可作为混凝土用水：

① 混凝土拌合用水水质要求应符合表6-19的规定。对于设计使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不得超过500 mg/L；对使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量不得超过350 mg/L。

表6-19　混凝土拌合用水水质要求

注：碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。采用非碱活性骨料时，可不检验碱含量。

② 地表水、地下水、再生水的放射性应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的规定。

③ 被检验水样应与饮用水样进行水泥凝结时间对比试验。对比试验的水泥初凝时间差及终凝时间差均不应大于30 min；同时，初凝和终凝时间应符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)的规定。

④ 被检验水样应与饮用水样进行水泥胶砂强度对比试验，被检验水样配制的水泥胶砂3 d 和28 d强度不应低于饮用水配制的水泥胶砂3 d和28 d强度的90%。

⑤ 混凝土拌合用水不应有漂浮明显的油脂和泡沫，不应有明显的颜色和异味。

⑥ 混凝土企业设备洗刷水不宜用于预应力混凝土、装饰混凝土、加气混凝土和暴露于腐蚀环境的混凝土；不得用于使用碱活性或潜在碱活性骨料的混凝土。

⑦ 未经处理的海水严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土。

⑧ 在无法获得水源的情况下，海水可用于素混凝土，但不宜用于装饰混凝土。

(3)混凝土养护用水应满足以下要求:

① 混凝土养护用水可不检验不溶物和可溶物，其他检验项目应符合上述第(2)项中①、②条的规定。

② 混凝土养护用水可不检验水泥凝结时间和水泥胶砂强度。

注意，混凝土养护用水要求可略低于混凝土拌合用水要求，即满足混凝土拌合用水要求也就满足了混凝土养护用水要求。

6.2.5　混凝土外加剂

在拌制混凝土过程中掺入的不超过水泥质量的5%(特殊情况除外)，用以改善混凝土性能的化学物质，称为混凝土外加剂。

混凝土外加剂在掺量较少的情况下，可以明显改善混凝土的性能，包括改善混凝土拌合物和易性、调节凝结时间、提高混凝土强度及耐久性等。混凝土外加剂在工程中的应用越来越广泛，已逐渐成为混凝土中必不可少的第五种组成材料。

根据国家标准《混凝土外加剂定义、分类、命名与术语》(GB/T 8075—2005)的规定，混凝土外加剂按照其主要使用功能分为四类:①改善混凝土拌合物流动性能的外加剂，包括各种减水剂和泵送剂等；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，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。

1)减水剂

减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。根据减水剂的作用效果及功能不同，可分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、缓凝高效减水剂等。

(1)减水剂的作用机理

常用的减水剂属于离子型表面活性剂。当表面活性剂溶于水后，受水分子的作用，亲水基团指向水分子，溶于水中；憎水基团则吸附于固相表面，溶解于油类或指向空气中，作定向排列，降低了水的表面张力。

在水泥加水拌和形成水泥浆的过程中，由于水泥为颗粒状材料，其比表面积较大，颗粒之间容易吸附在一起，把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，包裹的水分不能起到增大流动性的作用，因此混凝土拌合物流动性降低。

当水泥浆中加入表面活性剂后，一方面表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中包裹的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分发挥，拌合物的流动性明显提高，其原理如图6-2所示。另一方面，表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。

图6-2　减水剂的作用示意图

(2)减水剂的作用效果

在混凝土中掺入减水剂后，具有以下技术经济效果：

① 提高混凝土强度。在混凝土中掺入减水剂后，可在混凝土拌合物坍落度基本不变的情况下，减少混凝土的单位用水量5%～25%(普通型5%～15%，高效型10%～30%)，从而降低了混凝土水胶比，提高混凝土强度。

② 提高混凝土拌合物的流动性。在混凝土各组成材料用量一定的条件下，加入减水剂能明显提高混凝土拌合物的流动性，一般坍落度可提高100～200 mm。

③ 节约水泥。在混凝土拌合物坍落度、强度一定的情况下，拌合用水量减少的同时，水泥用量也可以减少，可节约水泥5%～20%。

④ 改善混凝土拌合物的其他性能。掺入减水剂后，可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间；减缓水泥水化放热速度；显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性，提高混凝土的耐久性。

(3)常用的减水剂

减水剂是目前应用最广的外加剂，按化学成分分为木质素系减水剂、萘系减水剂、树脂系减水剂、糖蜜系减水剂及腐殖酸系减水剂等。各系列减水剂的主要品种、性能及适用范围见表6-20。

表6-20　常用减水剂的品种及性能

续表6-20

(4)减水剂的掺法

① 先掺法。将粉状减水剂与水泥先混合后再与骨料和水一起搅拌。其优点是使用较为方便；缺点是当减水剂中有较粗颗粒时，难以与水泥相互分散均匀而影响其使用效果。先掺法主要适用于容易与水泥均匀分散的粉状减水剂。

② 同掺法。先将减水剂溶解于水溶液中，再以此溶液拌制混凝土。优点是计量准确且易搅拌均匀，使用方便，它最适合于可溶性较好的减水剂。

③ 滞水法。在混凝土已经搅拌一段时间(1～3 min)后再掺加减水剂。其优点是可更充分发挥减水剂的作用效果，但该法需要延长搅拌时间，影响生产效率。

④ 后掺法。混凝土初次拌和时不掺加减水剂，待其在运输途中或运至施工现场分一次或几次加入，再经二次或多次搅拌，成为混凝土拌合物。其优点是可减少、抑制混凝土拌合物在长距离运输过程中的分层、离析和坍落度损失，充分发挥减水剂的使用效果，但增加了搅拌次数，延长了搅拌时间。该法特别适用于远距离运输的商品混凝土。

2)早强剂

早强剂是指掺入混凝土中能够提高混凝土早期强度，对后期强度无明显影响的外加剂。 早强剂可在不同温度下加速混凝土强度发展，多用于要求早拆模、抢修工程及冬季施工的工程。工程中常用早强剂的品种主要有无机盐类、有机物类和复合早强剂。常用早强剂的品种、掺量等见表6-21。

表6-21　常用早强剂的品种、掺量及作用效果

3)引气剂

引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡而改善混凝土性能的外加剂。引气剂具有降低固-液-气三相表面张力，并使气泡排开水分而吸附于固相表面的能力。在搅拌过程中使混凝土内部的空气形成大量孔径约为0.05～0.25 mm的微小气泡，均匀分布于混凝土拌合物中，可改善混凝土拌合物的流动性，同时也改善了混凝土内部孔隙的特征，显著提高混凝土的抗冻性和抗渗性。但混凝土含气量的增加，会降低混凝土的强度。通常，混凝土中含气量每增加1%，其抗压强度可降低4%～6%。引气剂的掺量应根据混凝土含气量要求来确定，一般混凝土的含气量为3.0%～6.0%。

工程中常用的引气剂为松香热聚物，其掺量为水泥用量的0.01%～0.02%。

4)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。兼有缓凝和减水作用的外加剂称为缓凝减水剂。

常用的缓凝剂是糖钙、木钙，它们具有缓凝及减水作用。其次有羟基羟酸及其盐类，有柠檬酸、酒石酸钾钠等。无机盐类有锌盐、硼酸盐。此外，还有胺盐及其衍生物、纤维素醚等。

缓凝剂适用于要求延缓混凝土凝结时间的施工中，如在气温高、运距长的情况下，可防止混凝土拌合物发生过早坍落度损失；又如分层浇筑的混凝土，为防止出现冷缝，也常加入缓凝剂。另外，在大体积混凝土中为了延长放热时间，也可掺入缓凝剂。

5)速凝剂

能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂称为速凝剂。速凝剂的主要种类有无机盐类和有机物类。常用的速凝剂是无机盐类，产品型号有红星1型、711型、782型等。

通常，速凝剂的主要成分是铝酸钠或碳酸钠等盐类。当混凝土中加入速凝剂后，其中的铝酸钠、碳酸钠等盐类在碱性溶液中迅速与水泥中的石膏反应生成硫酸钠，并使石膏丧失原有的缓凝作用，导致水泥中的C3A迅速水化，促进溶液中水化物晶体的快速析出，从而使混凝土中水泥浆迅速凝固。

速凝剂主要用于矿山井巷、隧道、基坑等工程的喷射混凝土或喷射砂浆施工。

6)防冻剂

能使混凝土在负温下硬化，并在规定的养护条件下达到预期性能的外加剂，称为防冻剂。常用的防冻剂是由多组分复合而成的，其主要组分有防冻组分、减水组分、早强组分等。

防冻组分是复合防冻剂中的重要组分，按其成分可分为3类。

(1)氯盐类：常用的有氯化钙、氯化钠。由于氯化钙参与水泥的水化反应，不能有效地降低混凝土中液相的冰点，故常与氯化钠复合使用，通常采用的配比为氯化钙∶氯化钠=2∶1。

(2)氯盐阻锈类：氯盐与阻锈剂复合而成。阻锈剂有亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐等，其中亚硝酸钠阻锈效果最好，故被广泛应用。

(3)无氯盐类：有硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、尿素、乙酸盐等。

复合防冻剂中的减水组分、引气组分、早强组分则分别采用前面所述的减水剂、引气剂、早强剂。

7)泵送剂

泵送剂是指能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。所谓泵送性能，就是混凝土拌合物具有能顺利通过输送管道、不阻塞、不离析、黏塑性良好的性能。泵送剂是由减水剂、缓凝剂、引气剂等多组分复合而成。泵送剂具有高流化、黏聚、润滑、缓凝之功效，适合制作高强或流态型的混凝土，适用于工业与民用建筑物及其他构筑物泵送施工的混凝土，适用于滑模施工，也适用于水下灌注桩混凝土。

6.2.6　矿物掺合料

矿物掺合料是指以氧化硅、氧化铝为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土性能，且掺量不小于5%的具有火山灰活性的粉体材料，也称为矿物外加剂，是混凝土的第六组分。

混凝土掺合料分为活性和非活性两类。活性掺合料应用较为广泛，多数为工业废料，既可以取得良好的技术效果，也有利于环保、节能。常用的矿物掺合料有粉煤灰、硅粉、超细矿渣及各种天然的火山灰质材料粉末，如凝灰岩粉、沸石粉等。

1)粉煤灰

粉煤灰又称飞灰，是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑。粉煤灰按煤种分为F类和C类。F类粉煤灰是指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰是指由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。

粉煤灰的化学成分主要有SiO2、Al2O3、Fe203等，其中SiO2和Al2O3两者含量之和常在60%以上，是决定粉煤灰活性的主要成分。当粉煤灰掺入混凝土时，粉煤灰具有火山灰活性作用，它吸收氢氧化钙后生成硅酸钙凝胶，成为胶凝材料的一部分，微珠球状颗粒，具有增大混凝土拌合物流动性、减少泌水、改善混凝土和易性的作用。粉煤灰水化反应很慢，它在混凝土中长期以固体颗粒形态存在，具有填充骨料空隙的作用，可提高混凝土的密实性。此外，混凝土中加入粉煤灰还可以起到节约水泥、降低混凝土水化热、抑制碱-骨料反应等作用。

国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)将粉煤灰分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级，见表6-22。

表6-22　拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求

续表6-22

混凝土中掺入粉煤灰的效果与粉煤灰的掺入方式有关。常用的方式有等量取代水泥法、超量取代水泥法、粉煤灰代砂法。

当掺入粉煤灰等量取代水泥时，称为等量取代水泥法。此时，由于粉煤灰活性较低，混凝土早期及28 d龄期强度较低，但随着龄期的延长，掺粉煤灰混凝土强度可逐步赶上基准混凝土(不掺粉煤灰，其他配合比一样的混凝土)。由于混凝土内水泥用量的减少，可节约水泥并减少混凝土发热量，还可以改善混凝土的和易性，提高混凝土抗渗性，故常用于大体积混凝土。

为了保持混凝土28 d强度及和易性不变，常采用超量取代水泥法，即粉煤灰的掺入量大于所取代的水泥量，多出的粉煤灰取代同体积的砂，混凝土内石子用量及用水量基本不变。

当掺入粉煤灰时仍保持混凝土水泥用量不变，则混凝土黏聚性及保水性将显著优于基准混凝土，此时，可减少混凝土中砂的用量，称为粉煤灰代砂法。由于粉煤灰具有火山灰活性，混凝土强度将高于基准混凝土，混凝土和易性及抗渗性等都有显著改善。

混凝土中掺入粉煤灰时，常与减水剂或引气剂等外加剂同时掺用，称为双掺技术。减水剂的掺入，可以克服某些粉煤灰增大混凝土需水量的缺点；引气剂的掺用，可以解决粉煤灰混凝土抗冻性较低的问题；在低温条件下施工时，宜掺入早强剂或防冻剂；阻锈剂可以改善粉煤灰混凝土抗碳化性能，防止钢筋锈蚀。

2)硅粉

硅粉也称硅灰，是从冶炼硅铁和其他硅金属工厂的废烟气中回收的副产品，其主要成分为二氧化硅。硅粉颗粒极细，活性很高，是一种较好的改善混凝土性能的掺合料。硅粉呈灰白色，无定形二氧化硅含量一般为85%～96%，其他氧化物的含量都很少。硅粉粒径为0.1～1.0 μm，比表面积为20 000～25 000 m2/kg，密度为2 100～2 200 kg/m3，松散堆积密度为250～300 kg/m3。在混凝土中掺入硅粉后，可取得如下效果：

(1)改善混凝土拌合物和易性。由于硅粉颗粒极细，比表面积大，需水量为普通水泥的130%～150%，故混凝土流动性随硅粉掺量的增加而减小。为了保持混凝土流动性，必须掺用高效减水剂。硅粉的掺入，能显著改善混凝土的黏聚性及保水性，使混凝土完全不离析和几乎不泌水，故适宜配制高流态混凝土、泵送混凝土及水下灌注混凝土。掺硅粉后，混凝土含气量略有减小，为了保持混凝土含气量不变，必须增加引气剂用量。当硅粉掺量为10%时，一般引气剂用量需增加2倍左右。

(2)配制高强混凝土。硅粉的活性很高，当与高效减水剂配合掺入混凝土时，硅粉与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶体，填充水泥颗粒间的空隙，改善界面结构及黏结力，可显著提高混凝土强度。一般硅粉掺量为5%～15%(有时为了某些特殊目的，也可掺入20%～30%)时，且在选用52.5 MPa以上的高强度等级水泥、品质优良的粗骨料及细骨料、掺入适量的高效减水剂的条件下，可配制出28 d强度达到100 MPa的超高强混凝土。为了保证硅粉在水泥浆中充分地分散，当硅粉掺量增多时，高效减水剂的掺量也必须相应地增加，否则混凝土强度不会提高。

(3)改善混凝土的孔隙结构，提高耐久性。混凝土中掺入硅粉后，虽然水泥石的总孔隙与不掺时基本相同，但其大孔减少，超微细孔隙增加，改善了水泥石的孔隙结构。因此，掺硅粉的混凝土耐久性显著提高，抗冻性也明显提高。

硅粉混凝土的抗冲磨性随硅粉掺量的增加而提高。它比其他抗冲磨材料具有价廉、施工方便等优点，故适用于水工建筑物的抗冲刷部位及高速公路路面。硅粉混凝土抗侵蚀性较好，适用于要求抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的工程。硅粉还具有抑制碱骨料反应及防止钢筋锈蚀的作用。硅粉的应用研究始于20世纪70年代，目前已经普及到世界各国。我国自20世纪80年代开始研究和应用硅粉，并很快取得大量理想的成果。今后，随着硅粉回收工作的开展，产量将逐渐提高，硅粉的应用将更加普遍。

3)沸石粉

沸石粉是由天然沸石岩磨细而成的，含有大量活性的氧化硅和氧化铝，能与水泥水化析出的氢氧化钙反应，生成胶凝材料。沸石作为一种价廉且容易开采的天然矿物，用来配制高性能混凝土具有较普遍的适用性和经济性。

沸石粉用作混凝土掺合料主要有以下几方面的效果：①提高混凝土强度，配制高强度混凝土；②提高拌合物的裹浆量；③沸石粉高性能混凝土的早期强度较低，后期强度因火山灰反应使浆体的密实度增加而有所提高；④能够有效抑制混凝土的碱骨料反应，并可提高混凝土的抗碳化和抗钢筋锈蚀耐久性；⑤因沸石粉的吸水量较大，需同时掺加高效减水剂或与粉煤灰复合以改善混凝土的和易性。

4)超细矿渣

硅粉是理想的超细微颗粒矿物质掺合料，但其资源有限，因此多采用超细粉磨的粒化高炉矿渣(简称超细矿渣)作为超细微粒掺合料，用以配制高强、超高强混凝土。粒化高炉矿渣经超细粉磨后具有很高的活性和极大的表面能，可以弥补硅粉资源的不足，满足配制不同性能要求的高性能混凝土的需求。超细矿渣的比表面积一般大于450 m2/kg，可等量替代15%～50%的水泥，掺入混凝土中可收到以下几方面的效果：①采用高强度等级水泥及优质粗、细骨料并掺入高效减水剂时，可配制出高强混凝土及超高强混凝土；②所配制出的混凝土干缩率大大减小，抗冻、抗渗性能提高，混凝土的耐久性得到显著改善；③混凝土拌合物的和易性明显改善，可配出大流动性且不离析的泵送混凝土。

超细矿渣的生产成本低于水泥，使用其作为掺合料可以获得显著的经济效益。根据国内外经验，使用超细矿渣掺合料配制高强或超高强混凝土是行之有效、比较经济实用的技术途径，是当今混凝土技术发展的趋势之一。

5)其他掺合料

除上述几种掺合料外，可以用作混凝土掺合料的还有天然火山灰质材料和某些工业副产品以及再生骨料，如火山灰、凝灰岩、钢渣、磷矿渣等。此外，碾压混凝土中还可以掺入适量的非活性掺合料(如石灰石粉、尾矿粉等)，以改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实性及硬化混凝土的某些性能。再生骨料的研究和利用是解决城市改造与拆除重建建筑废料、减少环境建筑垃圾、变废为宝的途径之一。将拆除建筑物的废料，如混凝土、砂浆、砖瓦等经加工而成的再生粗骨料(《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177—2010))，可以代替全部或部分石子配制混凝土，其强度、变形性能与再生粗骨料代替石子的比率有所不同。

总之，作为混凝土活性掺合料的天然火山灰质材料和工业副产品，必须具有足够的活性且不能含过量的对混凝土有害的杂质。掺合料需经磨细并通过试验确定其合适掺量及其对混凝土性能的影响。

【工程案例分析6-1】

集料杂质多危害混凝土强度

现象：某中学一栋砖混结构教学楼，在结构完工、进行屋面施工时，屋面局部倒塌。审查设计方面，未发现任何问题。对施工方面审查发现：所设计为C20的混凝土，施工时未留试块，事后鉴定其强度仅为C7.5左右，在断口处可清楚看出砂石未洗净，集料中混有鸽蛋大小的黏土块和树叶等杂质。此外，梁主筋偏于一侧，梁的受拉区1/3宽度内几乎无钢筋。

原因分析：集料的杂质对混凝土强度有重大的影响，必须严格控制杂质含量。树叶等杂质固然会影响混凝土的强度，而泥黏附在集料的表面，妨碍水泥石与集料的黏结，降低混凝土强度，还会增加拌和水量，加大混凝土的干缩，降低抗渗性。泥块对混凝土性能影响严重。

【工程案例分析6-2】

氯盐防冻剂锈蚀钢筋

现象：北京某旅馆的一层钢筋混凝土工程在冬季施工，为使混凝土防冻，在浇筑混凝土时掺入水泥用量3%的氯盐。建成使用两年后，在A柱柱顶附近掉下一块直径约40 mm的混凝土碎块。停业检查事故原因，发现除设计有失误外，其中一个重要原因是在浇筑混凝土时掺加的氯盐防冻剂，它不仅对混凝土有影响，而且腐蚀钢筋。观察底层柱破坏处钢筋，纵向钢筋及箍筋均已生锈，原直径为6 mm的钢筋锈蚀后仅为5.2 mm左右。锈蚀后较细及稀的箍筋难以承受柱端截面上纵向筋侧向压屈所产生的横拉力，使得箍筋在最薄弱处断裂，钢筋断裂后的混凝土保护层易剥落，混凝土碎块下掉。

防治措施：施工时加氯盐防冻，应同时对钢筋采取相应的阻锈措施。该工程因混凝土碎块下掉，引起了使用者的高度重视，停业卸去活荷载，并对症下药地对现有柱进行外包钢筋混凝土的加固措施，使房屋倒塌事故得以避免。

6.3　普通混凝土的技术性质

混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇筑质量。混凝土拌合物凝结硬化以后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计荷载，并应具有与所处环境相适应的耐久性。

6.3.1　混凝土拌合物的和易性

1)和易性的概念

和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇注、捣实)，并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术性能，包括流动性、黏聚性和保水性三个方面的含义。

(1)流动性(稠度)。流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣作用下能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。其大小直接影响施工时振捣的难易和成型的质量。

(2)黏聚性。黏聚性是指混凝土拌合物各组成材料之间具有一定的黏聚力，在运输和浇筑过程中不致产生离析和分层现象。它反映了混凝土拌合物保持整体均匀性的能力。

(3)保水性。保水性是混凝土拌合物在施工过程中，保持水分不易析出，不至于产生严重泌水现象的能力。有泌水现象的混凝土拌合物，分泌出来的水分易形成透水的开口连通孔隙，影响混凝土的密实性而降低混凝土的质量。

混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性，三者之间是对立统一的关系。流动性好的拌合物，黏聚性和保水性往往较差；而黏聚性、保水性好的拌合物，一般流动性可能较差。在实际工程中，应尽可能达到三者统一，既要满足混凝土施工时要求的流动性，同时也要具有良好的黏聚性和保水性。

2)和易性的测定方法

目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。通常是测定拌合物的流动性，同时辅以直观经验评定黏聚性和保水性。对塑性和流动性混凝土拌合物，采用坍落度与坍落扩展度法测定；对干硬性混凝土拌合物，用维勃稠度法测定。

图6-3　坍落度测定示意图

(1)坍落度与坍落扩展度法

坍落度与坍落扩展度法适用于骨料最大粒径不大于40 mm、坍落度不小于10 mm的混凝土拌合物稠度测定。

坍落度测定方法是将混凝土拌合物按规定的方法装入坍落度筒内，分层插实，装满刮平，垂直向上提起坍落度筒，拌合物因自重而向下坍落，其下落的距离(以mm为单位)，即为该拌合物的坍落度值，以T表示，如图6-3所示。

在测定坍落度的同时，应检查混凝土拌合物的黏聚性及保水性。黏聚性的检查方法是用捣棒在已坍落的拌合物锥体一侧轻轻敲打，若锥体缓慢下沉，表示黏聚性良好；如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象，则表示黏聚性不好。保水性以混凝土拌合物中稀浆析出的程度评定，提起坍落度筒后，如有较多稀浆从底部析出，拌合物锥体因失浆而骨料外露，表示拌合物的保水性不好。如提起坍落筒后，无稀浆析出或仅有少量稀浆从底部析出，则表示混凝土拌合物保水性良好。

坍落度在10～220 mm对混凝土拌合物的稠度具有良好的反应能力，但当坍落度大于220 mm时，由于粗骨料堆积的偶然性，坍落度就不能很好地代表拌合物的稠度，需做坍落扩展度试验。

坍落扩展度试验是在坍落度试验的基础上，当坍落度值大于220 mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在最大直径和最小直径的差值小于50 mm时，用其算术平均值作为其坍落扩展度值。

按《混凝土质量控制标准》(GB 50164—2011)的规定，混凝土拌合物的坍落度、扩展度等级划分见表6-23。

表6-23　混凝土拌合物的坍落度、维勃稠度、扩展度等级划分

图6-4　维勃稠度测定示意图

(2)维勃稠度法

维勃稠度法适用于骨料最大粒径不大于40 mm，维勃稠度值在5～30 s之间的混凝土拌合物稠度测定。

用维勃稠度仪测定，如图6-4所示。将混凝土拌合物按标准方法装入维勃稠度测定仪容器的坍落度筒内；缓慢垂直提起坍落度筒；将透明圆盘置于拌合物锥体顶面；开启振动台，并启动秒表计时，测出至透明圆盘底面完全被水泥浆布满所经历的时间(以s计)，即为维勃稠度值。维勃稠度值越大，混凝土拌合物越干稠。

混凝土拌合物的维勃稠度等级划分见表6-23。

3)流动性(稠度)的选择

混凝土拌合物坍落度的选择，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。一般来说，构件截面尺寸较小、钢筋较密，或采用人工拌和与振捣时，坍落度应选择大些。反之，如构件截面尺寸较大、钢筋较疏，或采用机械振捣时，坍落度应选择小些。混凝土浇筑时的坍落度，宜按表6-24选用。

表6-24　混凝土浇筑时的坍落度

注： (1)本表系采用机械振捣时的坍落度，当采用人工振捣时可适当增大。
(2)轻骨料混凝土拌合物，坍落度宜较表中数值减少10～20 mm。

4)影响和易性的主要因素

(1)水泥浆数量和单位用水量。在混凝土骨料用量、水胶比一定的条件下，填充在骨料之间的水泥浆数量越多，水泥浆对骨料的润滑作用较充分，则混凝土拌合物的流动性增大。但增加水泥浆数量过多，不仅浪费水泥，而且会使拌合物的黏聚性、保水性变差，产生分层、泌水现象。水泥浆过少，则不能填满骨料空隙或不能很好地包裹骨料表面，不宜成型。因此，水泥浆的数量应以满足流动性要求为准。

混凝土中的用水量对拌合物的流动性起决定性的作用。实践证明，在骨料一定的条件下，为了达到拌合物流动性的要求，所加的拌合水量基本是一个固定值，即使水泥用量在一定范围内改变(每立方米混凝土增减50～100 kg)，也不会影响流动性。这一法则在混凝土学中称为固定加水量法则。必须指出，在施工中为了保证混凝土的强度和耐久性，不允许采用单纯增加用水量的方法来提高拌合物的流动性，应在保持水胶比一定时，同时增加水和胶凝材料的数量，骨料绝对数量一定但相对数量减少，使拌合物满足施工要求。

(2)砂率。砂率是指混凝土拌合物中砂的质量占砂、石子总质量的百分数。单位体积混凝土中，在水泥浆量一定的条件下，若砂率过小，砂不能填满石子之间的空隙，或填满后不能保证石子之间有足够厚度的砂浆层，不仅会降低拌合物的流动性，而且还会影响拌合物的黏聚性和保水性。若砂率过大，骨料的总表面积及空隙率会增大，包裹骨料表面的水泥浆数量减少，水泥浆的润滑作用减弱，拌合物的流动性变差。因此，砂率不能过小也不能过大，应选取合理砂率，即在水泥用量和水胶比一定的条件下，拌合物的黏聚性、保水性符合要求，同时流动性最大的砂率。同理，在水胶比和坍落度不变的条件下，水泥用量最小的砂率也是合理砂率。

图6-5　合理砂率的确定

(3)原材料品种及性质。水泥的品种、颗粒细度，骨料的颗粒形状、表面特征、级配，外加剂等对混凝土拌合物的和易性都有影响。采用矿渣水泥拌制的混凝土流动性比用普通水泥拌制的混凝土流动性小，且保水性差；水泥颗粒越细，混凝土流动性越小，但黏聚性及保水性较好。卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流动性好；河砂拌制的混凝土流动性好；级配好的骨料，混凝土拌合物的流动性也好。加入减水剂和引气剂可明显提高拌合物的流动性；引气剂能有效地改善混凝土拌合物的保水性和黏聚性。

(4)施工方面。混凝土拌制后，随着时间的延长和水分的减少而逐渐变得干稠，流动性减小。施工中环境的温度、湿度变化，搅拌时间及运输距离的长短，称料设备及振捣设备的性能等，都会对混凝土和易性产生影响。因此，施工中为保证混凝土具有良好的和易性，必须根据环境温、湿度变化，采取相应的措施。

6.3.2　混凝土的强度

混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度等，其中抗压强度最高，因此混凝土主要用于承受压力的工程部位。

1)立方体抗压强度与强度等级

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)的规定，混凝土立方体抗压强度是指制作以边长为150 mm 的标准立方体试件，成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面，在温度为20℃±5℃的环境中静置一昼夜至两昼夜，然后在标准养护条件下(温度为20℃±2℃，相对湿度95%以上)或在温度为20℃±2℃的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中，养护至28 d龄期(从搅拌加水开始计时)，采用标准试验方法测得的混凝土极限抗压强度，用 fcu表示。

立方体抗压强度测定采用的标准试件尺寸为 150 mm×150 mm×150 mm。也可根据粗骨料的最大粒径选择尺寸为 100 mm×100 mm×100 mm 和 200 mm×200 mm×200 mm 的非标准试件，但强度测定结果必须乘以换算系数，具体见表6-25。

表6-25　混凝土试件尺寸选择与强度的尺寸换算系数

混凝土强度等级是根据混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别，采用符号C和混凝土立方体抗压强度标准值(fcu， k)表示。主要有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十四个强度等级。

混凝土立方体抗压强度标准值(fcu，k)系指按标准方法制作养护的边长为150 mm 的立方体试件，在规定龄期用标准试验方法测得的，具有95%保证率的抗压强度值。

2)轴心抗压强度

轴心抗压强度，是以150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试件为标准试件，在标准养护条件下养护28 d，测得的抗压强度，以fcp表示。

在钢筋混凝土结构设计中，计算轴心受压构件时都采用轴心抗压强度作为计算依据，因为其接近于混凝土构件的实际受力状态。混凝土轴心抗压强度值比同截面的立方体抗压强度要小，在结构设计计算时，一般取fcp=0.67fcu。

3)抗拉强度

混凝土的抗拉强度采用劈裂抗拉试验法测得，但其值较低，一般为抗压强度的 1/10～1/20。在工程设计时，一般不考虑混凝土的抗拉强度。但混凝土的抗拉强度对抵抗裂缝的产生具有重要意义，在结构设计中，混凝土抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。

4)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(拌合、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)胶凝材料强度和水胶比。混凝土中的水泥和活性矿物掺合料总称为胶凝材料。胶凝材料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，所用的胶凝材料强度越高，配制的混凝土强度也越高。当胶凝材料强度相同时，混凝土的强度主要取决于水胶比，水胶比愈大，混凝土的强度愈低。这是因为胶凝材料中水泥水化时所需的化学结合水一般只占水泥质量的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，约占水泥质量的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。但是，如果水胶比过小，拌合物过于干硬，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。试验证明，混凝土强度随水胶比的增大而降低，其规律呈曲线关系，而与胶水比呈直线关系。

根据工程实践经验，应用数理统计方法，可建立混凝土强度与胶凝材料强度及胶水比等因素之间的线性经验公式：

(6-3)

式中： fcu——混凝土28 d龄期的抗压强度值(MPa)；

fb——胶凝材料28 d抗压强度(MPa)；

C/B ——混凝土胶水比，即水胶比的倒数；

αa、αb——回归系数，与水泥、骨料的品种有关。

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αa、αb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，进行不同水胶比的混凝土强度试验，求出符合当地实际情况的αa、αb，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》(JGJ 55—2011)提供的经验数值：采用碎石时，αa=0.53， αb=0.20；采用卵石时，αa=0.49， αb=0.13。

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28 d可以达到的抗压强度。

【例6-2】　已知某混凝土用水泥强度为45.6 MPa，水灰比(水胶比的一种情况)0.50，碎石。试估算该混凝土28 d强度值。

解　因为W/C=0.50，所以C/W=1/0.5=2，碎石αa=0.53， αb=0.20

图6-6　养护温度对混凝土强度的影响

代入混凝土强度公式有：

fcu=0.53×45.6(2-0.20)=43.5 MPa

(2)骨料的种类和级配。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)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。

《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)规定，对已浇筑完毕的混凝土，应在12 h 内加以覆盖和浇水。覆盖可采用锯末、塑料薄膜、麻袋片等。对于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，浇水养护时间不得少于7 d；对掺缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土不得少于14 d，浇水次数应能保持混凝土表面长期处于潮湿状态。当日平均气温低于5℃时不得浇水。

(4)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7～14 d内，强度增长较快，28 d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3 d)，如下式所示：

(6-4)

式中： fn——n (n≥3)d龄期混凝土的抗压强度(MPa)；

f28——28 d龄期混凝土的抗压强度(MPa)。

(5)混凝土外加剂与掺合料。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；掺入一些掺合料可配制高强度混凝土。详细内容见混凝土外加剂和掺合料部分。

(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，拌合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。

6.3.3　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。混凝土的耐久性主要包括抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性、抗碳化及碱骨料反应等。

1)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度及内部孔隙的大小和构造特征有关。

混凝土的抗渗性用抗渗等级(P)表示，即以28 d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。混凝土的抗渗等级有P6、P8、P10、P12及以上等级。如抗渗等级P6表示混凝土能抵抗0.6 MPa的静水压力而不发生渗透。

2)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。

混凝土的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以28 d龄期的混凝土标准试件，在饱和水状态下，承受反复冻融循环，以强度损失不超过 25%，且质量损失不超过 5%时，混凝土所能承受的最大冻融循环次数来表示。混凝土抗冻等级划分为F50、F100、F150、F200、F250和F300等，分别表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为50、100、150、200、250和300。

混凝土的抗冻性主要决定于混凝土的孔隙率、孔隙特征及吸水饱和程度等因素。孔隙率较小，且具有封闭孔隙的混凝土，其抗冻性较好。

3)抗侵蚀性

当混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时，混凝土便会遭受侵蚀。侵蚀介质对混凝土的侵蚀主要是对水泥石的侵蚀，其侵蚀机理详见前面章节的水泥部分。随着混凝土在地下工程、海岸与海洋工程等恶劣环境中的应用，对混凝土的抗侵蚀性提出了更高的要求。

混凝土的抗侵蚀性与所用水泥品种、混凝土的密实程度和孔隙特征等有关，密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，抗侵蚀性较强。

4)抗碳化

混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中的氢氧化钙与空气中二氧化碳，在湿度适宜时发生化学反应，生成碳酸钙和水，碳化也称中性化。碳化是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，对混凝土的碱度、强度和收缩产生影响。

碳化对混凝土性能既有有利的影响，也有不利的影响。其不利影响首先是碱度降低减弱了对钢筋的保护作用。这是因为混凝土中水泥水化生成大量的氢氧化钙，使钢筋处在碱性环境中而在表面生成一层钝化膜，保护钢筋不易腐蚀。但当碳化深度穿透混凝土保护层而达钢筋表面时，钢筋钝化膜被破坏而发生锈蚀，此时产生体积膨胀，致使混凝土保护层产生开裂，开裂后的混凝土更有利于二氧化碳、水、氧等有害介质的进入，加剧了碳化的进行和钢筋的锈蚀，最后导致混凝土产生顺筋开裂而破坏。另外，碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗性能。

碳化作用对混凝土也有一些有利影响，即碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，以及碳化时放出的水分有助于未水化水泥的水化，从而可提高混凝土碳化层的密实度，对提高抗压强度有利。

影响碳化速度的主要因素有环境中二氧化碳的浓度、水泥品种、水胶比、环境湿度等。二氧化碳浓度高，碳化速度快；当环境中的相对湿度在50%～75%，碳化速度最快，当相对湿度小于25%或大于100%时，碳化将停止；水胶比愈小，混凝土愈密实，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度就慢；掺混合材料的水泥碱度降低，碳化速度随混合材料掺量的增多而加快。

5)碱骨料反应

碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨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。常见的碱骨料反应有碱-氧化硅反应、碱-硅酸盐反应、碱-碳酸盐反应三种类型。碱骨料反应后，会在骨料表面形成复杂的碱硅酸凝胶，吸水后凝胶不断膨胀而使混凝土产生膨胀性裂纹，严重时会导致结构破坏。碱骨料反应的发生必须具备三个条件：一是水泥、外加剂等混凝土原材料中碱的含量必须高；二是骨料中含有一定的碱活性成分；三是要有潮湿环境。因此，为了防止碱骨料反应，应严格控制水泥等混凝土原材料中碱的含量和骨料中碱活性物质的含量。

6)提高混凝土耐久性的措施

混凝土所处的环境和使用条件不同，其耐久性的要求也不相同，但影响耐久性的因素却有许多相同之处，混凝土的密实程度是影响耐久性的主要因素，其次是原材料的性质、施工质量等。提高混凝土耐久性的主要措施有：

(1)合理选择混凝土的组成材料

① 应根据混凝土的工程特点和所处的环境条件，合理选择水泥品种。

② 选择质量良好、技术要求合格的骨料。

(2)提高混凝土制品的密实度

① 严格控制混凝土的水胶比、最低强度等级和最小胶凝材料用量。混凝土的最大水胶比和最低强度等级应根据混凝土结构所处的环境类别按表6-26、表6-27确定。混凝土的最小胶凝材料用量应符合表6-28的规定。

② 选择级配良好的骨料及合理砂率值，保证混凝土的密实度。

③ 掺入适量减水剂，可减少混凝土的单位用水量，提高混凝土的密实度。

④ 严格按操作规程进行施工操作，加强搅拌、合理浇注、振捣密实、加强养护，确保施工质量，提高混凝土制品的密实度。

表6-26　混凝土结构的环境类别

续表6-26

注： (1)室内潮湿环境是指构件表面经常处于结露或湿润状态的环境。
(2)严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准《民用建筑热工设计规范》(GB 50176—1993)的有关规定。
(3)海岸环境和海风环境宜根据当地情况，考虑主导风向及结构所处迎风、背风部位等因素的影响，由调查研究和工程经验确定。
(4)受除冰盐影响环境为受到除冰盐盐雾影响的环境；受除冰盐作用环境指被除冰盐溶液溅射的环境以及使用除冰盐地区的洗车房、停车楼等建筑。

表6-27　结构混凝土材料的耐久性基本要求

注： (1)本表适用于设计使用年限为50 年的混凝土结构，对设计使用年限为100 年的混凝土结构应符合GB 50010—2010的相应规定。
(2)氯离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比。
(3)预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%；最低混凝土强度等级应按表中的规定提高两个等级。
(4)素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松。
(5)有可靠工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级。
(6)处于严寒和寒冷地区二b、三a类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数。
(7)当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。

表6-28　混凝土的最小胶凝材料用量

注：配制C15及其以下强度等级的混凝土不受此表限制。

(3)改善混凝土的孔隙结构

在混凝土中掺入适量引气剂，可改善混凝土内部的孔隙结构，可以提高混凝土的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性。

【工程案例分析6-3】

掺合料搅拌不均致使混凝土强度低

现象：某工程使用等量的42.5级普通硅酸盐水泥、粉煤灰配制C25混凝土，工地现场搅拌，为赶进度搅拌时间较短。拆模后检测，发现所浇筑的混凝土强度波动大，部分低于所要求的混凝土强度指标。

原因分析：该混凝土强度等级较低，而选用的水泥强度等级较高，故使用了较多的粉煤灰作掺合料。由于搅拌时间较短，粉煤灰与水泥搅拌不够均匀，导致混凝土强度波动大，以致部分混凝土强度未达到要求。

【工程案例分析6-4】

混凝土强度低屋面倒塌

现象：某县某小学1988年建砖混结构校舍，11月中旬气温已达零下十几度，因工人搅拌振捣，故混凝土搅拌得很稀，木模板缝隙又较大，漏浆严重。至12月9日，施工者准备内粉刷，拆去支柱，在屋面上用手推车推卸白灰炉渣以铺设保温层，大梁突然断裂，屋面塌落，并砸死在屋内取暖的两名女生。

原因分析：由于混凝土水灰比大，混凝土离析严重。从大梁断裂截面可见，上部只剩下砂和少量水泥，下部全为卵石，且相当多水泥浆已流走。现场用回弹仪检测，混凝土强度仅达到设计强度等级的一半。这是屋面倒塌的技术原因。

该工程为私人挂靠施工，包工者从未进行过房屋建筑，无施工经验。在冬期施工却不采取任何相应的措施，不具备施工员的素质，且工程未办理任何基建手续。校方负责人自任甲方代表，不具备现场管理资格，由包工者随心所欲施工。这是施工与管理方面的原因。

6.4　混凝土质量控制与强度评定

6.4.1　混凝土的质量控制

混凝土在施工过程中由于受原材料质量(如水泥的强度、骨料的级配及含水率等)的波动、施工工艺(如配料、拌合、运输、浇筑及养护等)的不稳定性、施工条件和气温的变化、施工人员的素质等因素的影响，因此，在正常施工条件下，混凝土的质量总是波动的。

混凝土质量控制的目的就是分析掌握其质量波动规律，控制正常波动因素，发现并排除异常波动因素，使混凝土质量波动控制在规定范围内，以达到既保证混凝土质量又节约用料的目的。

1)材料进场质量检验和质量控制

混凝土原材料包括水泥、骨料、掺合料、外加剂等，运至工地的原材料需具有出厂合格证和出厂检验报告，同时使用单位还应进行进场复验。

对于商品混凝土的原材料质量控制应在混凝土搅拌站进行。

2)混凝土的配合比

混凝土施工前应委托具有相应资质的试验室进行混凝土配合比设计，并且首次使用的混凝土配合比应进行开盘鉴定，其工作性应满足设计配合比的要求。

混凝土拌制前，应测定砂、石含水率并根据测试结果调整材料用量，提出施工配合比。

混凝土原材料每盘称量的偏差应符合表6-29的规定。

表6-29　原材料每盘称量的允许偏差

3)混凝土强度的检验

现场混凝土质量检验以抗压强度为主，并以边长150 mm的立方体试件的抗压强度为标准。用于检查结构构件混凝土强度的试件，应在混凝土的浇筑地点随机抽取。取样与试块留置应符合下列规定：

(1)每拌制100盘且不超过100 m3的同配合比的混凝土，取样不得少于一次。

(2)每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盘时，取样不得少于一次。

(3)当一次连续浇筑超过1 000 m3时，同一配合比的混凝土每200 m3取样不得少于一次。

(4)对房屋建筑，每一楼层、同一配合比的混凝土，取样不得少于一次。

(5)每次取样应至少留置一组标准养护试件，同条件养护试件的留置组数应根据实际需要确定。每组3个试件应由同一盘或同一车的混凝土中取样制作。

4)混凝土质量控制图

为了掌握分析混凝土质量波动情况，及时分析出现的问题，将水泥强度、混凝土坍落度、混凝土强度等检验结果绘制成质量控制图。

质量控制图的横坐标为按时间测得的质量指标试样编号，纵坐标为质量指标的特征值，中间一条横线为中心控制线，上、下两条线为控制界线，如图6-7所示。图中横坐标表示混凝土浇筑时间或试件编号，纵坐标表示强度测定值，各点表示连续测得的强度，中心线表示平均强度mfcu，上、下控制线为mfcu±3σ。

图6-7　混凝土强度控制图

从质量控制图的变动趋势，可以判断施工是否正常。如果测得的各点几乎全部落在控制界限内，并且控制界限内的点子排列是随机的，即为施工正常。如果各点显著偏离中心线或分布在一侧，尤其是有些点超出上下控制线，说明混凝土质量均匀性已下降，应立即查明原因，加以控制。

6.4.2　混凝土强度的评定

1)混凝土强度的波动规律

图6-8　混凝土强度正态分布曲线

试验表明，混凝土强度的波动规律是符合正态分布的。即在施工条件相同的情况下，对同一种混凝土进行系统取样，测定其强度，以强度为横坐标，以某一强度出现的概率为纵坐标，可绘出强度概率正态分布曲线，如图6-8所示。正态分布的特点为：以强度平均值为对称轴，左右两边的曲线是对称的，距离对称轴愈远的值，出现的概率愈小，并逐渐趋近于零；曲线和横坐标之间的面积为概率的总和，等于100%；对称轴两边，出现的概率相等，在对称轴两边的曲线上各有一个拐点，拐点距强度平均值的距离即为标准差。

2)混凝土强度数理统计参数

(1)强度平均值mfcu

混凝土强度平均值mfcu可用下式计算：

(6-5)

式中： mfcu——统计周期内n组混凝土立方体试件的抗压强度平均值(MPa)，精确到0.1 MPa；

fcu， i——第i组混凝土立方体试件的抗压强度值(MPa)，精确到0.1 MPa；

n——统计周期内相同强度等级的试件组数，n值不应小于30。

在混凝土强度正态分布曲线图(见图6-8)中，强度平均值mfcu处于对称轴上，也称样本平均值，可代表总体平均值。mfcu仅代表混凝土强度总体的平均值，但不能说明混凝土强度的波动状况。

(2)标准值(均方差)σ

标准差按下式计算，精确到0.01 MPa：

(6-6)

式中： σ——混凝土强度标准差(MPa)。

标准差是评定混凝土质量均匀性的主要指标，它在混凝土强度正态分布曲线图中表示分布曲线的拐点距离强度平均值的距离。σ值愈大，说明其强度离散程度愈大，混凝土质量也愈不稳定。(www.xing528.com)

表6-30　混凝土强度标准差(MPa)

注：预拌混凝土搅拌站和预制混凝土构件厂的统计周期可取一个月；施工现场搅拌站的统计周期可根据实际情况确定，但不宜超过三个月。

(3)变异系数(离差系数)Cv

变异系数可由下式计算：

(6-7)

Cv表示混凝土强度的相对离散程度。Cv值愈小，说明混凝土的质量愈稳定，混凝土生产的质量水平愈高。

(4)混凝土强度保证率P

混凝土强度保证率，是指混凝土强度总体分布中，大于或等于设计要求的强度等级值的概率，以正态分布曲线的阴影部分面积表示，如图6-8所示。强度保证率可按如下方法计算：

先根据混凝土设计要求的强度等级(fcu，k)、混凝土的强度平均值(mfcu)、标准差(σ)或变异系数(Cv)，计算出概率度t。

　或　

(6-8)

再根据t值，由表6-31查得强度保证率P(%)。

表6-31　不同t值的保证率P

《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)及《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)规定，同批试件的统计强度保证率不得小于95%。

3)混凝土强度检验评定标准

根据《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)的规定，混凝土强度评定方法可分为统计方法和非统计方法两种。

(1)统计方法评定

① 当连续生产的混凝土，生产条件在较长时间内保持一致，且同一品种、同一强度等级混凝土的强度变异性保持稳定时，一个检验批的样本容量应为连续的3组试件，其强度应同时符合下列要求：

mfcu≥fcu，k+0.7σ0

(6-9)

fcu，min≥fcu，k-0.7σ0

(6-10)

检验批混凝土立方体抗压强度的标准差应按下式计算：

(6-11)

当混凝土强度等级不高于C20 时，其强度的最小值尚应满足下式要求：

fcu，min≥0.85fcu，k

(6-12)

当混凝土强度等级高于C20 时，其强度的最小值尚应满足下式要求：

fcu，min≥0.90fcu，k

(6-13)

式中： mfcu——同一检验批混凝土立方体抗压强度的平均值(MPa)；

fcu，k——混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；

fcu，min——同一检验批混凝土立方体抗压强度的最小值(MPa)；

σ0——检验批混凝土立方体抗压强度的标准差(MPa)，当检验批混凝土强度标准差σ0计算值小于2.5 MPa时，应取2.5 MPa；

fcu，i——前一个检验期内同一品种、同一强度等级的第i组混凝土试件的立方体抗压强度代表值(MPa)，该检验期不应少于60 d，也不得大于90 d；

n——前一检验期内的样本容量，在该期间内样本容量不应少于45。

② 当混凝土的生产条件在较长时间内不能保持一致，且混凝土强度变异性不能保持稳定时，或在前一个检验期内的同一品种、同一强度等级混凝土，无足够多的数据用以确定检验批混凝土立方体抗压强度的标准差时，应由样本容量不少于10组的试件组成一个检验批，其强度应同时满足下列要求：

mfcu≥fcu，k+λ1·Sfcu

(6-14)

fcu，min≥λ2·fcu，k

(6-15)

同一检验批混凝土立方体抗压强度的标准差应按下式计算：

(6-16)

式中： Sfcu——同一检验批混凝土立方体抗压强度的标准差(MPa)，精确到0.01 MPa，当检验批混凝土强度标准差Sfcu计算值小于2.5 MPa时，应取2.5 MPa；

n——本检验期内的样本容量；

λ1、λ2——合格评定系数，按表6-32取用。

表6-32　混凝土强度的合格评定系数

(2)非统计方法评定

当用于评定的样本容量小于10组时，应采用非统计方法评定混凝土强度。

按非统计方法评定混凝土强度时，其强度应同时符合下列规定：

mfcu≥λ3·fcu，k

(6-17)

fcu，min≥λ4·fcu，k

(6-18)

式中： λ3、λ4——合格评定系数，按表6-33取用。

表6-33　混凝土强度的非统计方法合格评定系数

(3)混凝土强度的合格性评定

混凝土强度应分批进行检验评定，当检验结果满足以上规定时，则该批混凝土强度应评定为合格；当不能满足上述规定时，该批混凝土强度应评定为不合格。对不合格批混凝土制成的结构或构件，可采用钻芯法或其他非破损检验方法进行进一步鉴定。对不合格的结构或构件，必须及时处理。

6.5　普通混凝土的配合比设计

混凝土配合比是指混凝土中各组成材料用量之间的比例关系。常用的表示方法有两种：①以1 m3混凝土中各组成材料的质量来表示，如1 m3混凝土中水泥300 kg，水180 kg，砂子600 kg，石子1 200 kg；②以各组成材料相互间的质量比来表示，通常以水泥质量为1。将上例换算成质量比为水泥∶砂子∶石子=1∶2.0∶4.0，水胶比=0.60。

6.5.1　配合比设计的基本要求

混凝土配合比设计的任务，就是根据原材料的技术性能及施工条件，确定出能满足工程所要求的各项技术指标，并符合经济原则的各组成材料的用量。具体来说，混凝土配合比设计的基本要求包括以下几方面：

(1)满足混凝土结构设计所要求的强度等级。

(2)满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性。

(3)满足混凝土的耐久性，如抗冻等级、抗渗等级和抗侵蚀性等。

(4)在满足各项技术性质的前提下，使各组成材料经济合理，尽量节约水泥，降低混凝土成本。

6.5.2　配合比设计的三个重要参数

(1)水胶比。水胶比是混凝土中水与胶凝材料质量的比值，是影响混凝土强度和耐久性的主要因素。其确定原则是在满足工程要求的强度和耐久性的前提下，尽量选择较大值，以节约水泥。

(2)砂率。砂率是指混凝土中砂子质量占砂石总质量的百分比。砂率是影响混凝土拌合物和易性的重要指标。砂率的确定原则是在保证混凝土拌合物黏聚性和保水性要求的前提下，尽量取小值。

(3)单位用水量。单位用水量是指1 m3混凝土的用水量，反映混凝土中水泥浆与骨料之间的比例关系。在混凝土拌合物中，水泥浆的多少显著影响混凝土的和易性，同时也影响其强度和耐久性。其确定原则是在混凝土拌合物达到流动性要求的前提下取较小值。

水胶比、砂率、单位用水量是混凝土配合比设计的三个重要参数，其选择是否合理，将直接影响混凝土的性能和成本。

6.5.3　配合比设计的基本规定

(1)混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料；配合比设计所采用的细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。

(2)混凝土的最大水胶比应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的规定，见表6-27。

(3)除配制C15及其以下强度等级的混凝土外，混凝土的最小胶凝材料用量应符合表6-28的规定。

(4)矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时，钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表6-34的规定；预应力混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表6-35的规定。对基础大体积混凝土，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合掺合料的最大掺量可增加5%。采用掺量大于30% 的C 类粉煤灰的混凝土应以实际使用的水泥和粉煤灰掺量进行安定性检验。

表6-34　钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量

续表6-34

注： (1)采用其他通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入矿物掺合料。
(2)复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量。
(3)在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复合掺合料的规定。

表6-35　预应力混凝土中矿物掺合料最大掺量

注：(1)采用其他通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入矿物掺合料。
(2)复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量。
(3)在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复合掺合料的规定。

(5)混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量应符合表6-36的要求，其测试方法应符合现行行业标准《水运工程混凝土试验规程》(JTJ 270—1998)中混凝土拌合物中氯离子含量的快速测定方法的规定。

表6-36　混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量

(6)长期处于潮湿或水位变动的寒冷和严寒环境以及盐冻环境的混凝土应掺用引气剂。引气剂掺量应根据混凝土含气量要求经试验确定，混凝土最小含气量应符合表6-37的规定，最大含气量不宜超过7.0%。

表6-37　掺用引气剂的混凝土最小含气量

注：含气量为气体占混凝土体积的百分比。

(7)对于有预防混凝土碱骨料反应设计要求的工程，宜掺用适量粉煤灰或其他矿物掺合料，混凝土中最大碱含量不应大于3.0 kg/m3；对于矿物掺合料碱含量，粉煤灰碱含量可取实测值的1/6，粒化高炉矿渣粉碱含量可取实测值的1/2。

6.5.4　配合比设计的方法及步骤

1)计算配合比的确定

(1)确定混凝土的配制强度(fcu，0)

为了使所配制的混凝土在工程中使用时其强度标准值具有不小于95%的强度保证率，配合比设计时的混凝土配制强度应高于设计要求的强度标准值。混凝土配制强度应按下列规定确定。

① 当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式计算：

fcu， 0 ≥ fcu， k + 1.645σ

(6-19)

式中： fcu， 0——混凝土配制强度(MPa)；

fcu， k——混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土的设计强度等级值(MPa)；

σ ——混凝土强度标准差(MPa)。

式(6-19)中σ的大小表示施工单位的管理水平，σ越低，说明混凝土施工质量越稳定。混凝土强度标准差应按照下列规定确定：

当具有近1～3个月的同一品种、同一强度等级混凝土的强度资料，且试件组数不小于30 时，其混凝土强度标准差σ应按下式计算：

(6-20)

式中： σ——混凝土强度标准差(MPa)；

fcu， i——第i组的试件强度(MPa)；

mfcu——n组试件的强度平均值(MPa)；

n——试件组数。

对于强度等级不大于C30的混凝土，当混凝土强度标准差σ计算值不小于3.0 MPa时，应按式(6-20)计算结果取值；当混凝土强度标准差σ计算值小于3.0 MPa时，应取3.0 MPa。

对于强度等级大于C30且小于C60的混凝土，当混凝土强度标准差σ计算值不小于4.0 MPa时，应按式(6-20)计算结果取值；当混凝土强度标准差σ计算值小于4.0 MPa时，应取4.0 MPa。

当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差σ可按表6-38取值。

表6-38　混凝土强度标准差

② 当设计强度等级不小于C60时，配制强度应按下式计算：

fcu， 0 ≥1.15fcu， k

(6-21)

(2)确定混凝土水胶比(W/B )

① 满足强度要求的水胶比。当混凝土强度等级小于C60级时，混凝土水胶比宜按下式计算：

(6-22)

式中： W/B ——混凝土水胶比；

αa、αb——回归系数，根据工程所使用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定，当不具备上述试验统计资料时可按表6-39选用；

fb——胶凝材料28 d胶砂抗压强度(MPa)，可实测，且试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671—1999)执行；当无实测值时，可按式(6-23)确定。

表6-39　回归系数αa、αb取值表

当胶凝材料28 d胶砂抗压强度值(fb)无实测值时，可按下式计算：

fb=γfγsfce

(6-23)

式中： γf、γs——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表6-40选用；

fce——水泥28 d胶砂抗压强度(MPa)，可实测，当无实测值时也可按式(6-24)确定。

表6-40　粉煤灰影响系数(γf)和粒化高炉矿渣粉影响系数(γs)

注： (1)采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰宜取上限值。
(2)采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值，采用S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加0.05。
(3)当超出表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数应经试验确定。

当水泥28 d胶砂抗压强度(fce)无实测值时，可按下式计算：

fce=γc·fce，g

(6-24)

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，当缺乏实际统计资料时也可按表6-41选用。

表6-41　水泥强度等级值的富余系数(γc )

② 满足耐久性要求的水胶比。根据表6-26、表6-27查出满足混凝土耐久性的最大水胶比值。

同时满足强度、耐久性要求的水胶比，取以上两种方法求得的水胶比中的较小值。

(3)确定用水量(mwo)和外加剂用量(mao)

① 每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量应符合下列规定：

A.混凝土水胶比在 0.40～0.80 范围时，按表6-42和表6-43选取。

B.混凝土水胶比小于0.40时，可通过试验确定。

表6-42　干硬性混凝土的用水量(kg/m3)

表6-43　塑性混凝土的用水量(kg/m3)

注： (1)本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5～10 kg；采用粗砂时，则可减少5～10 kg。
(2)掺用矿物掺合料或外加剂时，用水量应相应调整。

② 掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量(mwo)可按下式计算：

(6-25)

式中： mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；

未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量(kg/m3)，以表6-43中90 mm坍落度的用水量为基础，按每增大20 mm坍落度相应增加5 kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到180 mm以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少；

β——外加剂的减水率(%)，应经混凝土试验确定。

③ 每立方米混凝土中外加剂用量(mao)应按下式计算：

mao=mboβa

(6-26)

式中： mao——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量(kg/m3)；

mbo——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m3)；

βa——外加剂掺量(%)，应经混凝土试验确定。

(4)计算胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量

① 每立方米混凝土的胶凝材料用量(mbo)应按下式计算：

(6-27)

式中： mbo——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m3)；

mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；

W/B——混凝土水胶比。

将计算出的胶凝材料用量和表6-28规定的混凝土最小胶凝材料用量比较，取两者中大者作为每立方米混凝土中胶凝材料用量。

② 每立方米混凝土的矿物掺合料用量(mfo)应按下式计算：

mfo=mboβf

(6-28)

式中： mfo——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量(kg/m3)；

βf——矿物掺合料掺量(%),βf应通过试验确定或根据W/B和表6-34、表6-35确定。

③ 每立方米混凝土的水泥用量(mco)应按下式计算：

mco=mbo-mfo

(6-29)

式中： mco——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3)。

(5)确定砂率(βs)

① 砂率应根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要求，参考既有历史资料确定。

② 当缺乏砂率的历史资料时，混凝土砂率的确定应符合下列规定：

A.坍落度小于10 mm的混凝土，其砂率应经试验确定。

B.坍落度为10～60 mm的混凝土，其砂率可根据粗骨料品种、最大公称粒径及水胶比按表6-44选取。

表6-44　混凝土砂率(%)

注：(1)本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率。
(2)采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大。
(3)只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。

C.坍落度大于60 mm的混凝土，其砂率可经试验确定，也可在表6-44的基础上，按坍落度每增大20 mm、砂率增大1%的幅度予以调整。

(6)计算粗骨料、细骨料用量(mgo、mso)

① 体积法。假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积及拌合物中所含空气的体积之和，用下式计算1 m3混凝土拌合物的砂石用量：

(6-30)

式中： ρc——水泥密度(kg/m3)，可按现行规范《水泥密度测定方法》(GB/T 208—1994)测定，也可取2 900～3 100 kg/m3；

ρf——矿物掺合料密度(kg/m3)，可按现行规范《水泥密度测定方法》(GB/T 208—1994)测定；

ρg——粗骨料的表观密度(kg/m3)；

ρs——细骨料的表观密度(kg/m3)；

ρw——水的密度(kg/m3)，可取1 000 kg/m3；

α——混凝土的含气量百分数，在不使用引气剂或引气型外加剂时，α可取1。

② 质量法。根据经验，如果原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固定值，可先假设每立方米混凝土拌合物的质量为mcp(kg/m3)，按下式计算：

(6-31)

式中： mfo——计算配合比每立方米混凝土的矿物掺合料用量(kg/m3)；

mco——计算配合比每立方米混凝土的水泥用量(kg/m3)；

mso——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量(kg/m3)；

mgo——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m3)；

mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；

βs——砂率(%)；

mcp——每立方米混凝土拌合物的假定质量(kg/m3)，可取2 350～2 450 kg/m3。

2)试拌配合比的确定

进行混凝土配合比试配时，应采用工程中实际使用的原材料，并应采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌方法宜与施工采用的方法相同。混凝土试配时，每盘混凝土的最小搅拌量应符合表6-45的规定，并不应小于搅拌机公称容量的1/4且不应大于搅拌机公称容量。

表6-45　混凝土试配时的最小搅拌量

在计算配合比的基础上应进行试拌，以检查拌合物的性能。当试拌得出的拌合物坍落度或维勃稠度不能满足要求，或黏聚性和保水性不好时，应在保持计算水胶比不变的条件下，通过调整配合比其他参数使混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出试拌配合比。

调整混凝土拌合物和易性的方法：若流动性太大，可在砂率不变的条件下，适当增加砂、石用量；若流动性太小，应在保持水胶比不变的条件下，增加适量的水和胶凝材料或外加剂；黏聚性和保水性不良时，实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或砂浆过多，可适当增大砂率或适当降低砂率，调整到和易性满足要求为止。

试拌调整完成后，应测出混凝土拌合物的实际表观密度ρc，t(kg/m3 )，并计算各组成材料调整后的拌合用量：水泥mcb、矿物掺合料mfb、水mwb、砂msb、石子mgb，则试拌配合比为：

(6-32)

式中： mcj、mfj、mwj、msj、mgj——分别为试拌配合比每立方米混凝土的水泥用量、矿物掺合料用量、用水量、细骨料用量和粗骨料用量(kg/m3)；

ρc，t——混凝土拌合物表观密度实测值(kg/m3)。

3)强度及耐久性复核，确定设计配合比(又称试验室配合比)

(1)在试拌配合比的基础上应进行混凝土强度试验，并应符合下列规定：

① 应采用三个不同的配合比，其中一个应为试拌配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加和减少0.05，用水量应与试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。

② 进行混凝土强度试验时，拌合物性能应符合设计和施工要求。

③ 进行混凝土强度试验时，每个配合比应至少制作一组试件，并应标准养护到28 d或设计规定龄期时试压。

(2)配合比调整应符合下述规定：

① 根据混凝土强度试验结果，宜绘制强度和胶水比的线性关系图或插值法确定略大于配制强度对应的胶水比。

② 在试拌配合比的基础上，用水量(mw)和外加剂用量(ma)应根据确定的水胶比作调整。

③ 胶凝材料用量(mb)应以用水量乘以确定的胶水比计算得出。根据矿物掺合料的掺量，计算出矿物掺合料用量(mf)和水泥用量(mc)。

④ 粗骨料和细骨料用量(mg和ms)应根据用水量和胶凝材料用量进行调整。

(3)混凝土拌合物表观密度和配合比校正系数的计算应符合下列规定：

① 配合比调整后的混凝土拌合物的表观密度应按下式计算：

ρc，c=mc+mf+mw+ms+mg

(6-33)

式中： ρc， c——混凝土拌合物的表观密度计算值(kg/m3)；

mc——每立方米混凝土的水泥用量(kg/m3)；

mf——每立方米混凝土的矿物掺合料用量(kg/m3)；

mw——每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；

ms——每立方米混凝土的细骨料用量(kg/m3)；

mg——每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m3)。

② 混凝土配合比校正系数按下式计算：

(6-34)

式中： δ——混凝土配合比校正系数；

ρc，t——混凝土拌合物的表观密度实测值(kg/m3)。

③ 当混凝土拌合物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，按上述第2)条得到的配合比(mw、mc、mf、ms、mg)即为确定的设计配合比；当两者之差超过2%时应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ，即为确定的设计配合比。

(4)配合比调整后，应测定拌合物水溶性氯离子含量，试验结果应符合表6-36的规定。

(5)对耐久性有设计要求的混凝土应进行相关耐久性试验验证。

(6)生产单位可根据常用材料设计出常用的混凝土配合比备用，并应在启用过程中予以验证或调整。遇有下列情况之一时，应重新进行配合比设计：

① 对混凝土性能有特殊要求时。

② 水泥、外加剂或矿物掺合料等原材料品种、质量有显著变化时。

4)施工配合比确定

试验室配合比中的砂、石子均以干燥状态下的用量为准。施工现场的骨料一般采用露天堆放，其含水率随气候的变化而变化，因此施工时必须在设计配合比的基础上进行调整。

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

(6-35)

【例6-3】　某教学楼工程，现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C30，施工要求坍落度为30～50 mm(混凝土采用机械搅拌，机械振捣)，施工单位无历史统计资料。采用原材料情况如下：

水泥：强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，实测强度为45.0 MPa，密度为3 000 kg/m3。

粉煤灰：F类Ⅰ级粉煤灰，密度为2 600 kg/m3，掺加量经试验确定为20%。

砂：中砂，Mx=2.7，表观密度ρs=2 650 kg/m3。

石子：碎石，最大粒径Dmax=40 mm，表观密度ρg=2 700 kg/m3。

水：自来水。

设计混凝土配合比(按干燥材料计算)，并求施工配合比。已知施工现场砂的含水率为3%，碎石含水率为1%。

解　(1)计算配合比的确定

① 确定混凝土的配制强度(fcu，0)。查表6-38，取标准差σ=5.0，则

fcu，0= fcu，k+ 1.645σ=30+1.645×5.0≈38.2MPa

② 确定混凝土水胶比(W/B )

A.满足强度要求的水胶比。查表6-40， γf=0.80,γs=1.00，则

fb=γfγsfce=0.80×1.00×45.0=36.0MPa

B.满足耐久性要求的水胶比。根据表6-26、表6-27查得，一类环境，即室内干燥环境中的最大水胶比为0.60。

因此，同时满足强度和耐久性要求的W/C=0.45。

③ 确定单位用水量(mwo)

查表6-43，按坍落度要求30～50 mm，碎石最大粒径40 mm，则1 m3混凝土的用水量可选用mwo=175 kg/m3。

④ 计算胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量

每立方米混凝土的胶凝材料用量(mbo)：

查表6-28，混凝土最小胶凝材料用量为330 kg/m3。所以取胶凝材料用量mbo=389 kg/m3。

每立方米混凝土的矿物掺合料用量(mfo)：mfo= mboβf=389×20%≈78kg/m3

每立方米混凝土的水泥用量(mco)：mco=mbo-mfo=389-78=311kg/m3

⑤ 确定砂率(βs)

由W/B=0.45，碎石最大粒径为40 mm，查表6-44，取βs=32%。

⑥ 计算砂、石子用量(mso、mgo )

A.体积法

解得　mso≈582kg/m3　mgo≈1 236kg/m3

B.质量法

假定1 m3混凝土拌合物的质量mcp=2 400 kg/m3，则由式(6-31)得：

mso+mgo=mcp-(mco+ mfo+ mwo)=2 400-311-78-175=1 836kg/m3

mso=(mso+mgo)×βs=1 836×32%≈588kg/m3

mgo=mcp-(mco+ mfo+ mwo)-mso=1 836-588=1 248kg/m3

(2)试拌配合比的确定

按计算配合比试拌混凝土25 L，其材料用量：水泥为311×0.025=7.78kg；粉煤灰为1.95 kg；水为4.38 kg；砂为14.70 kg；石子为31.20 kg。

通过试拌测得混凝土拌合物的黏聚性和保水性较好，坍落度为20 mm，低于要求的30～50 mm，应在保持水胶比不变的条件下增加水和胶凝材料。经试验，水和胶凝材料分别增加5%(保持水胶比不变，需增加水泥0.37 kg，粉煤灰0.10 kg，水0.22 kg)，测得坍落度为40 mm，符合施工要求。实测拌合物的表观密度ρc，t=2 390 kg/m3 。试拌后各种材料的实际用量：

水泥　　　　　mcb=7.78+0.37=8.15 kg

粉煤灰　mfb=1.95+0.10=2.05 kg

水　mwb=4.38+0.22=4.60 kg

砂　msb=14.70 kg

石子　mgb=31.20 kg

由式(6-32)计算试拌配合比：

×2 390≈321kg/m3

(3)强度复核，确定设计配合比

以试拌配合比的水胶比0.45，另取0.50和0.40共3个水胶比的配合比，分别拌制混凝土，测得和易性均满足要求，并分别制作试块，实测28 d抗压强度见表6-46。

表6-46　强度试验结果

图6-9　胶水比与强度关系曲线

据表6-46数据，作强度与胶水比线性关系图(见图6-9)，求出与配制强度fcu，o=38.2 MPa相对应的胶水比=2.15(水胶比W/B=0.46)，则符合强度要求的配合比为：用水量mw=mwj=181 kg/m3，胶凝材料用量mb=181×2.15≈389 kg/m3，粉煤灰用量mf=389×20%≈78 kg/m3，水泥用量mc=389-78=311 kg/m3；按混凝土拌合物表观密度2 390 kg/m3重新计算砂石用量(质量法)，得砂用量ms=582 kg/m3，石子用量mg=1 238 kg/m3。

最后，实测出混凝土拌合物表观密度ρc，t=2 400 kg/m3，计算表观密度：

ρc，c　=mw+mc+ mf+ms+mg

=181+311+78+582+1 238=2 390kg/m3

因此，配合比校正系数δ=2 400/2 390≈1.004，二者之差不超过计算值的2%，故可不再进行调整，设计配合比即为：mc=311 kg/m3，mf=78 kg/m3，mw=181 kg/m3，ms=582 kg/m3，mg=1 238 kg/m3。

(4)计算混凝土施工配合比

1 m3混凝土各材料用量如下：

水泥：

粉煤灰：

砂子：

石子：

水：　

6.6　其他品种混凝土

1)高性能混凝土

1990年5月，美国国家标准与技术研究所(NIST)和美国混凝土协会(NCI)首先提出了高性能混凝土的概念。目前，各国对高性能混凝土的定义尚有争议。综合各国学者的意见，高性能混凝土是以耐久性和可持续发展为基本要求，适应工业化生产与施工，具有高抗渗性、高体积稳定性(低干缩、低徐变、低温度应变率和高弹性模量)、良好工作性能(高流动性、高黏聚性，达到自密实)的混凝土。

虽然高性能混凝土是由高强混凝土发展而来，但高强混凝土并不就是高性能混凝土，不能将其混为一谈。高性能混凝土比高强混凝土具有更为有利于工程长期安全使用与便于施工的优异性能，它将会比高强混凝土具有更为广阔的应用前景。

高性能混凝土在配制时通常应注意以下几个方面：

(1)必须掺入与所用水泥具有相容性的高效减水剂，以降低水胶比，提高强度，并使其具有合适的工作性。

(2)必须掺入一定量活性的细磨矿物掺合料，如硅灰、磨细矿渣、优质粉煤灰等。在配制高性能混凝土时，掺加活性磨细掺合料，可利用其微粒效应和火山灰活性，以增强混凝土的密实性，提高强度和耐久性。

(3)选用合适的骨料，尤其是粗骨料的品质(如粗骨料的强度，针、片状颗粒含量，最大粒径等)对高性能混凝土的强度有较大影响。因此，用于高性能混凝土的粗骨料粒径不宜太大，在配制60～100 MPa的高性能混凝土时，粗骨料最大粒径不宜大于19.0 mm。

高性能混凝土是水泥混凝土的发展方向之一，它符合科学的发展观，随着土木工程技术的发展，它将广泛地应用于桥梁工程、高层建筑、工业厂房结构、港口及海洋工程、水工结构等工程。

2)轻骨料混凝土

轻骨料混凝土是指用粗、细骨料，轻砂(或普通砂)，水泥和水配制而成的干表观密度不大于1 950 kg/m3的混凝土。粗、细骨料均为轻骨料者，称为全轻混凝土；细骨料全部或部分采用普通砂者，称为砂轻混凝土。

轻骨料按其来源可分为：①工业废料轻骨料，如粉煤灰陶粒、自然煤矸石、膨胀矿渣珠、煤渣及轻砂；②天然轻骨料，如浮石、火山渣及其轻砂；③人造轻骨料，如页岩陶粒、黏土陶粒、膨胀珍珠岩轻砂。

轻骨料混凝土的强度等级按立方体抗压强度标准值划分为LC5.0、LC7.5、LC10、LC15、LC20、LC25、LC30、LC35、LC40、LC45、LC50、LC55和LC60。

强度等级为LC5.0的称为保温轻骨料混凝土，主要用于围护结构或热工结构的保温；强度等级≤LC15的称为结构保温轻骨料混凝土，用于既承重又保温的围护结构；强度等级≥LC15的称为结构轻骨料混凝土，用于承重构件或构筑物。

轻骨料混凝土的变形比普通混凝土大，弹性模量较小，极限应变大，利于改善构筑物的抗震性能。轻骨料混凝土的收缩和徐变比普通混凝土相应大20%～50%和30%～60%，热膨胀系数比普通混凝土小20%左右。

轻骨料混凝土的表观密度比普通混凝土减少1/4～1/3，隔热性能改善，可使结构尺寸减小，增加建筑物使用面积，降低基础工程费用和材料运输费用，其综合效益良好。因此，轻骨料混凝土主要适用于高层和多层建筑、软土地基、大跨度结构、抗震结构、要求节能的建筑等。

3)泵送混凝土

泵送混凝土是指在泵压的作用下经刚性或柔性管道输送到浇筑地点进行浇筑的混凝土。泵送混凝土除必须满足混凝土设计强度和耐久性的要求外，尚应使混凝土满足可泵性要求。因此，对泵送混凝土粗骨料、细骨料、水泥、外加剂、掺合料等都必须严格控制。

《混凝土泵送技术规程》(JGJ/T 10—2011)规定，泵送混凝土配合比设计时，胶凝材料总量不宜少于300 kg/m3；用水量与胶凝材料总量之比不宜大于0.6；掺用引气剂型外加剂的泵送混凝土的含气量不宜大于4%。粗骨料应满足以下要求：①粗骨料的最大粒径与输送管径之比，应符合表6-47的规定；②粗骨料应采用连续级配，且针、片状颗粒含量不宜大于10%。细骨料应满足以下要求：①宜采用中砂，其通过0.315 mm筛孔的颗粒不应少于15%；②砂率宜为35%～45%。

坍落度对混凝土的可泵性影响很大，泵送混凝土的入泵坍落度不宜小于10 cm，对于各种入泵坍落度不同的混凝土，其泵送高度不宜超过表6-48的规定。

表6-47　粗骨料的最大粒径与输送管径之比

表6-48　混凝土入泵坍落度与泵送高度关系

由于混凝土输送泵管路可以敷设到吊车或小推车不能到达的地方，并使混凝土在一定压力下充填灌注部位，具有其他设备不可替代的特点，改变了混凝土输送效率低下的传统施工方法，因此近年来在钻孔灌注桩工程中开始应用，并广泛应用于公路、铁路、水利、建筑等工程。

4)防水混凝土

防水混凝土是通过各种方法提高混凝土的抗渗性能，达到防水要求的混凝土。常用的配制方法有：骨料级配法(改善骨料级配)；富水泥浆法(采用较小的水胶比，较高的水泥用量和砂率，改善砂浆质量，减少孔隙率，改变孔隙形态特征)；掺外加剂法(如引气剂、防水剂、减水剂等)；采用特殊水泥(如膨胀水泥等)。

防水混凝土主要用于有防水抗渗要求的水工构筑物，给排水工程构筑物(如水池、水塔等)和地下构筑物，以及有防水抗渗要求的屋面等。

5)纤维混凝土

纤维混凝土是以混凝土为基体，外掺各种纤维材料而成。掺入纤维的目的是提高混凝土的抗拉强度，降低其脆性。常用的纤维材料有玻璃纤维、矿棉、钢纤维、碳纤维和各种有机纤维。

各类纤维中以钢纤维对抑制混凝土裂缝的形成、提高混凝土抗拉和抗弯强度、增加韧性效果最好。但为了节约钢材，目前国内外都在研制采用玻璃纤维、矿棉等来配制纤维混凝土。在纤维混凝土中，纤维的含量、纤维的几何形状以及纤维的分布情况，对于纤维混凝土的性能有着重要影响。钢纤维混凝土一般可以提高抗拉强度2倍左右；抗弯强度可提高1.5～2.5倍；抗冲击强度可提高5倍以上，甚至可达20倍；而韧性甚至可达100倍以上。纤维混凝土目前已逐渐地应用于飞机跑道、桥面、端面较薄的轻型结构和压力管道等。

6)泵送混凝土

泵送混凝土是指其拌合物的坍落度不低于100 mm，并用泵送施工的混凝土。泵送混凝土除需满足工程所需的强度外，还需要满足流动性、不离析和少泌水的泵送工艺的要求。由于采用了独特的泵送施工工艺，因而其原材料和配合比与普通混凝土不同。《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)对泵送混凝土作出了规定。

规定泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥，不宜采用火山灰水泥；并对其集料、外加剂及拌合料亦作出了规定。泵送混凝土配合比的计算和试配步骤除按普通混凝土配合比设计规程的有关规定外，还应符合以下规定：

(1)泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺合料的总量之比不宜大于0.60。

(2)泵送混凝土的水泥和矿物掺合料的总用量不宜小于300 kg/m3。

(3)泵送混凝土的砂率宜为35%～45%。

(4)掺用引气型外加剂时，其混凝土含气量不宜大于4%。

【工程案例分析6-5】

树脂混凝土应用分析

现象：某有色冶金厂的铜电解槽，使用温度为65～70℃。槽内使用的主要介质为硫酸、铜离子、氯离子和其他金属的阳离子。原使用传统的铅板作防腐衬里，易损坏，使用寿命较短。后采用整体呋喃树脂混凝土作电解槽，耐腐蚀，不导电，不仅保证电解铜的生产质量，还大大提高了金银的回收率，且使用寿命延长两年以上。

原因分析：树脂混凝土除强度高、抗冻融性能好以外，还具有一系列优良的性能。由于其致密，抗渗性好，耐化学腐蚀性能亦远优于普通混凝土。呋喃树脂混凝土耐酸、耐腐蚀，绝缘电阻亦相当高，对试件作测试可达7×107Ω。为此用作铜电解槽可有优异的性能。还需要说明的是，树脂混凝土的耐化学腐蚀性能又因树脂品种不同而异，若采用不饱和聚酯树脂的混凝土，除耐一般酸腐蚀外，还可以耐低浓度强酸的腐蚀。

【现代建筑材料知识拓展】钢筋混凝土海水腐蚀与防治

挑战性问题：不少海港码头的钢筋混凝土因海水腐蚀仅几年已出现明显的钢筋锈蚀，严重影响钢筋混凝土的寿命，请思考如何防治钢筋混凝土海水腐蚀。

创造性思维点拨：创造性思维有多种形式，求同思维与求异思维，发散思维与集中思维，逻辑思维与非逻辑思维，理性思维与非理性思维，以及正向思维和逆向思维等。本问题可应用逻辑思维和非逻辑思维去研究解决。从逻辑思维出发，从混凝土的角度来想，尽量使混凝土致密，以抵抗氯离子等有害组分的渗入，把混凝土保护层加厚，也有利于保护钢筋。从钢筋的角度来想，尽可能使用抗腐蚀能力较强的钢筋，如钢筋表面有好的抗锈层。另外，还可以从非逻辑思维出发，非逻辑思维形式通常指直觉、灵感、联想与想象。可在混凝土表面涂覆保护层，隔绝海水的侵蚀，特别是在浪溅区，特别加厚此涂覆保护层。还可以在混凝土内加入阻锈剂，阻止氯离子的渗入。

课后思考题

一、填空题

1.普通混凝土用砂的颗粒级配按_________mm筛的累计筛余百分率分为_________、_________和_________三个级配区；按_________模数的大小分为_________、_________和_________。

2.普通混凝土用粗骨料主要有_________和_________两种。

3.根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的_________，同时不得大于钢筋间最小净距的_________；对于混凝土实心板，粗骨料最大粒径不宜超过板厚的_________，且最大粒径不得超过_________mm。

4.混凝土拌合物的和易性包括_________、_________和_________三个方面的含义。通常采用定量测定_________，方法是塑性混凝土采用_________法，干硬性混凝土采用_________法；采取直观经验评定_________和_________。

5.混凝土立方体抗压强度是以边长为_________ mm的立方体试件，在温度为_________℃，相对湿度为_________以上的标准条件下养护_________d，用标准试验方法测定的极限抗压强度，用符号_________表示，单位为_________。

6.混凝土中掺入减水剂，在混凝土流动性不变的情况下，可以减少_________，提高混凝土的_________；在用水量及水胶比一定时，混凝土的_________增大；在流动性和水胶比一定时，可以_________。

7.混凝土的轴心抗压强度采用尺寸为_________的棱柱体试件测定。

8.泵送混凝土配合比设计时，胶凝材料总量不宜少于_________kg/m3，用水量与胶凝材料总量之比不宜大于_________，砂率宜为_________。

二、名词解释

1.颗粒级配和粗细程度　　　2.石子最大粒径　　　　　3.水胶比

4.混凝土拌合物和易性　　　5.混凝土砂率

三、单项选择题

1.级配良好的砂，它的(　　)。

A.空隙率小，堆积密度较大　B.空隙率大，堆积密度较小

C.空隙率和堆积密度均大　D.空隙率和堆积密度均小

2.测定混凝土立方体抗压强度时采用的标准试件尺寸为(　　)。

A.100 mm×100 mm×100 mm　B.150 mm×150 mm×150 mm

C.200 mm×200 mm×200 mm　D.70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm

3.在用较高强度等级的水泥配置较低强度等级的混凝土时，为满足工程的技术经济要求，应采用(　　)措施。

A.掺混合材料　B.增大粗骨料粒径

C.降低砂率　D.提高砂率

4.为提高混凝土的抗碳化性，下列(　　)措施是错误的。

A.采用火山灰水泥　B.采用硅酸盐水泥

C.采用较小的水胶比　D.增加保护层厚度

5.泵送混凝土施工应选用的外加剂是(　　)。

A.早强剂　B.速凝剂　C.减水剂　D.缓凝剂

6.钢筋混凝土构件的混凝土，为提高其早期强度而掺入早强剂，下列(　　)材料不能用作其早强剂。

A.氯化钠　B.硫酸钠　C.三乙醇胺　D.复合早强剂

7.维勃稠度法是用于测定(　　)的和易性。

A.低塑性混凝土　B.塑性混凝土　C.干硬性混凝土　D.流动性混凝土

8.某混凝土维持细骨料用量不变的条件下，砂的Mx愈大，说明(　　)。

A.该混凝土中细骨料的颗粒级配愈好

B.该混凝土中细骨料的颗粒级配愈差

C.该混凝土中细骨料的总表面积愈小，所需水泥用量愈少

D.该混凝土中细骨料的总表面积愈大，所需水泥用量愈多

9.设计混凝土配合比时，是为满足(　　)要求来确定混凝土拌合物坍落度的大小。

A.施工条件　B.设计要求　C.水泥的需水量　D.水泥用量

10.压碎指标是表示(　　)的强度指标。

A.砂　B.石子　C.混凝土　D.水泥

11.欲增加混凝土的流动性，应采取的正确措施是(　　)。

A.增加用水量　B.提高砂率　C.调整水胶比

D.保持水胶比不变，增加水和胶凝材料用量

12.配制大流动性混凝土，常用的外加剂是(　　)。

A.膨胀剂　B.普通减水剂　C.引气剂　D.高效减水剂

13.决定混凝土强度大小的最主要因素是(　　)。

A.温度　B.时间　C.fce　D.fb和W/B

14.混凝土立方体抗压强度测试，采用100 mm×100 mm×100 mm的试件，其强度换算系数为(　　)。

A.0.90　B.0.95　C.1.05　D.1.00

四、简述题

1.试述混凝土的特点及混凝土各组成材料的作用。

2.简述混凝土拌合物和易性的概念及其影响因素。

3.简述混凝土耐久性的概念及其所包含的内容。

4.简述提高混凝土耐久性的措施。

5.简述混凝土拌合物坍落度大小的选择原则。

6.简述混凝土配合比设计的三大参数的确定原则以及配合比设计的方法步骤。

7.简述混凝土配合比的表示方法及配合比设计的基本要求。

8.简述减水剂的概念及其作用原理。

五、计算题

1.某工地用天然砂的筛分析结果如下表所示，试评定砂的级配和粗细程度。

2.某钢筋混凝土构件截面最小边长为400 mm，采用钢筋为φ20，钢筋中心距为80 mm。试确定石子的最大粒径，并选择石子所属粒级。

3.采用普通水泥、卵石和天然砂配制混凝土，水胶比为0.50，制作一组边长为150 mm的立方体试件，标准养护28 d，测得的抗压破坏荷载分别为510 kN、520 kN和650 kN。试计算：

(1)该组混凝土试件的立方体抗压强度。

(2)该混凝土所用水泥的实际抗压强度。

4.某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C25，施工采用机械拌和和振捣，坍落度为30～50 mm，施工单位无历史统计资料。所用原材料如下：

水泥：普通水泥42.5，密度为3 100 kg/m3，实测抗压强度为45.0 MPa。

粉煤灰：F类Ⅰ级粉煤灰，密度为2 600 kg/m3，掺加量经试验确定为20%。

砂：中砂，级配2区合格，表观密度为2 600 kg/m3。

石子：碎石5～31.5 mm，表观密度为2 650 kg/m3。

水：自来水，密度为1 000 kg/m3。

试分别用体积法和质量法确定该混凝土的计算配合比。

5.某混凝土的试验室配合比为mc∶ms∶mg=1∶2.10∶4.60， mw/mc=0.50。现场砂、石子的含水率分别为2%和1%，堆积密度分别为1 600 kg/m3和1 500 kg/m3。1 m3混凝土的用水量mw=160 kg。试计算：

(1)该混凝土的施工配合比。

(2)1袋水泥(50 kg)拌制混凝土时其他材料的用量。

(3)500 m3混凝土需要砂、石子各多少立方米？水泥多少吨？