第六章 混凝土及砂浆

1. 第六章 混凝土及砂浆 普通混凝土的组成材料 混凝土拌合物的和易性 混凝土强度 本章主要内容 混凝土耐久性 混凝土外加剂 普通混凝土的质量控制和验收规则 其他品种混凝土 建筑砂浆

5. 第一节 绪 论 一、混凝土的定义 • 广义上混凝土是由胶凝材料、水和集料（粗细骨料和轻骨料），必要时掺入适量外加剂和矿物掺料，按适当比例配合，经拌合，密实成型及养护硬化而成的人造石材。 • 工程上使用最多的是以水泥为胶凝材料，砂、石为集料，加水或掺入适量外加剂和掺合料拌制而成的混凝土，干体积密度为2000～2800kg/m3，称为水泥混凝土，简称普通混凝土。 • 二、混凝土的分类 • （一）按表观密度分类 • 分为重混凝土、普通混凝土、轻混凝土 • （二）按所用胶凝材料分类 • 分为水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土等。

6. （三）按用途分类 • 分为结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土等。 • （四）按强度等级分类 • 分为普通混凝土、高强混凝土、超高强混凝土等。 • （五）按生产和施工方法 • 分为泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、离心混凝土、压力灌浆混凝土、预拌混凝土（商品混凝土）等。 • 三、混凝土的特点 • （一）优点 • 1、资源丰富，价格低廉。 • 2、性能可调整范围大。 • 3、硬化前有良好的塑性。 • 4、表面可做成各种花饰，具有一定的装饰效果。

7. 5、具有较高的力学强度和良好的耐久性。 • 6、热膨胀系数与钢盘接近，且与钢筋有牢固的黏结力，两者可结合在一起共同工作，制成钢盘混凝土。 • 7、耐火性好。 • （二）缺点 • 自重大、比强度小、脆性大、易开裂、抗拉强度低，仅为其抗压强度的1/10～1/20，施工周期长，质量波动较大。

8. 第二节 普通混凝土的组成材料 普通混凝土的基本组成材料是砂、石子、水泥和水，有时适量加入外加剂和外掺料。

9. 混凝土结构 • 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%。 • 混凝土的结构 • 水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土

10. 一、水泥 • 水泥是混凝土中最重要的组分。正确、合理选择水泥的品种和强度等级，是影响混凝土强度、耐久性及经济性的重要因素。 • （一）水泥品种的选择 • 水泥品种的选择，应当根据混凝土工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择。 • （二）水泥强度的选择 • 水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。原则上是配制高强度等级的混凝土选用高强度等级的水泥，低强度等级的混凝土选用低强度等级的水泥。 • 经验证明，配制C30以下的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.1～1.8倍，配制Ｃ40以上的混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.0～1.5倍，同时宜掺入高效减水剂。

12. 河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等 天然砂 砂 机制砂 人工砂 混合砂 • 二、 细骨料（砂） • （一）定义 • 由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75ｍｍ的岩石颗粒（砂）称为细骨料。 • （二）分类 • 1、按产源 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。

13. （三）砂的技术要求 • 根据我国《建筑用砂》（GB/T14684-2001），混凝土用砂的质量技术要求分述如下： • 1、有害杂质 • 1）定义 • 集料中含有妨碍水泥水化，或能降低集料与水泥石粘附性，以及能与水泥水化产物产生良化学反应的各种物质，称为有害杂质。 • 2）常见有害杂质 • （1）泥、石粉和泥块 A、含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量； B、泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手 捏后小于600μm的颗粒含量； C、石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的 颗粒含量。具体指标见表。 这三种有害杂质会妨碍集料与水泥净浆的粘结，影响混凝土的强度和耐久性。

14. 天然砂含泥量和泥块含量 人工砂石粉含量和泥块含量

15. （2）云母 • 云母呈薄片状，表面光滑，且极易沿节理裂开，因此它与水泥石的粘附性极差。砂中含有云母，对混凝土拌和物的和易性和硬化后混凝土的抗冻性和抗渗性都有不利的影响。 • （3）轻物质 • 砂中的轻物质是指相对密度小于2.0的颗粒（如煤或褐煤等）。轻物质会对混凝土的强度产生影响。 • （4）有机质 • 有机物通常指含碳元素的化合物,或碳氢化合物及其衍生物总称为有机物 （如动植物的腐殖质、腐殖土等），这类有机物质含量将延缓水泥的硬化过程，并降低混凝土的强度，特别是早期强度。 • （5）硫化物和硫酸盐 • 在天然砂中常掺杂有硫化铁或石膏的碎屑，如含量过多，将在已硬化的混凝土中与水化铝酸钙发生反应，生成水化硫酸钙结晶，体积膨胀，在混凝土内产生破坏作用。

16. 砂中有害物质含量规定

17. 2、颗粒形状及表面特征 • 细骨料的颗粒形状及表面特征会影响其与水泥的粘结及拌合物的流动性，若为河砂、海砂，因其颗粒多为圆球形，且表面光滑，故用此种细骨料拌制的混凝土拌合物流动性较好，但与水泥的粘结较差；反之用山砂，因其颗粒多具有棱角且表面粗糙，故用此种细骨料拌制的混凝土拌和物流动性较差，但与水泥的粘结较好，进而混凝土强度较高。 • 3、砂的粗细程度与颗粒级配 • 1）定义 • （1）粗细程度：是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同用量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。

18. （2）颗粒级配：即表示砂中大小颗粒的搭配情况。（2）颗粒级配：即表示砂中大小颗粒的搭配情况。 • 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。 • 2）检验方法 • 筛分法：是用一套孔径（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a及累计筛余百分率Ａ（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和）。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。

20. 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； • Ａi---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）粗细程度指标 • 细度模数（Ｍx）愈大，表示砂愈粗，砂的细度模数范围一般为3.7～0.7，其中Ｍx在3.7 ～ 3.１为粗砂，Ｍx在３.0～2.3为中砂，Ｍx在2.2～1.6为细砂，Ｍx在1.5～0.7为特细砂。 • 普通混凝土用砂的细度模数一般.在2.2 ～ 3.2之间较为适宜。

21. （2）颗粒级配指标 • 国家规范将细度模数为3.7 ～ 1.6的普通混凝土用砂，以0.60㎜筛孔的累计筛余量分成三个级配区。 • 级配合格判定：砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。 • 级配的选择：宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。

22. 砂的1、2、3级配区曲线

23. 例6-1．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例6-1．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

26. 4、砂的坚固性 • 骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过规范的规定。 • 三、粗骨料 • （一）定义 • 直径大于4.75ｍｍ的骨料为粗骨料（卵石和碎石）。

27. 河卵石、、海卵石和山卵石等 卵石 石 机制石 碎石 混合石 • （二）分类 • 1、按产源分 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。

28. （三）粗骨料的技术要求 • 1、有害杂质 • 粗骨料中常含有一些有害杂质，如泥、泥块、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质。它们的危害作用与在细骨料中相同。 碎石、卵石含泥量和泥块含量 碎石、卵石有害物质含量

29. 2、表面特征及颗粒形状 1）定义 （1）表面特征：指石料的表面形状。表面粗糙且多棱角的碎石与表面光滑的卵石相比，碎石配制成的混凝土，具有较高的强度，卵石配制成的混凝土具有较好的和易性。 （2）颗粒形状：是指粗集料的颗粒形状。粗集料较理想的颗粒形状是三维长度相等或相近的方圆形颗粒，而三维长度相差较大的针状颗粒粒形较差。 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。 碎石、卵石针片状颗粒含量

30. 3、最大粒径 • 1）定义 石子最大粒径（Dmax）：石子各粒级的公称上限粒径。石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。然而石子最大粒径（Dmax）过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。 2）技术要求 （1）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1/3，且不得超过40mm。 （2）从施工上考虑 • 对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：3～1：4，超高层建筑宜在1：4～1：5。

31. （3）从经济上考虑 • 当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加， 当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。 • 4、颗粒级配 • 1）定义 • 颗粒级配：同细骨料，表示石子大小颗粒的搭配情况。粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。 • 2）分类 （1）连续级配：石子由小到大连续分级（5mm～Dmax)，每级骨料都占有一定比例，用其配置的混凝土工作性好，不易发生离析。但当最大粒径大于40mm时，天然形成的连续级配往往与理论值有偏差，且在运输、堆放中易发生离析，影响级配的均匀性。 • 4、颗粒级配 • 1）定义 • 颗粒级配：同细骨料，表示石子大小颗粒的搭配情况。粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。

32. 2）分类 （1）连续级配：石子由小到大连续分级（5mm～Dmax)，每级骨料都占有一定比例，用其配置的混凝土工作性好，不易发生离析。但当最大粒径大于40mm时，天然形成的连续级配往往与理论值有偏差，且在运输、堆放中易发生离析，影响级配的均匀性。 （2）间断级配：人为剔除某些中间粒级颗粒，大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充，颗粒级差大（D/d≈6），空隙率的降低比连续级配快得多，可最大限度发挥骨料的骨架作用，减少水泥用量。但易产生离析，增加施工困难，应用较少。 • 3）试验方法： • 筛分法：用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90ｍｍ等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。其分计筛分百分率及累计筛分百分率的计算与砂相同。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合下表的规定。

34. 5、粗骨料的强度 • 1）强度实验方法 • （1）岩石立方体强度检验 • 岩石立方体强度试验：是用母岩制成5×5×5㎝ 立方体，或直径与高度均为5㎝的圆柱体试样，浸泡水中４８ｈ，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5。 • （2）压碎指标：压碎指标是将一定质量风干状态下9.50～19.0mm的颗粒装入标准圆模内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：

35. 碎石、卵石的压碎指标 • 6、石子体积稳定性 • 体积稳定性是指骨料因干湿或冻融交替等风化作用不致引起体积变化而导致混凝土破坏的性质。可用硫酸钠溶液浸渍法检验其坚固性。

36. 7、骨料的含水状态 • 图4－2骨料的含水状态 （ａ）全干状态，（ ｂ）气干状态（c）饱和面干状态（ｄ）湿润状态 • 1）全干状态：骨料含水率等于或接近于零。 • 2）气干状态：骨料含水与大气湿度相平衡。 • 3）饱和面干状态：颗粒表面干燥，而颗粒内部的孔隙含水饱和。 • 4）湿润状态：颗粒表面吸附了水的润湿状态。 • 当拌制混凝土时，由于骨料含水量的不同，将影响混凝土的用水量和骨料用量。计算混凝土中各项材料的配合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干的骨料为准。

37. 砂石骨料的这一特性，在设计和称料拌合混凝土中应加以注意，并作相应调整。如配合比设计是以干骨料作基准的，确定用水量时应考虑补充干骨料的吸水；当骨料是润湿态时，确定用水量时又应考虑扣除骨料的表面水。砂石骨料的这一特性，在设计和称料拌合混凝土中应加以注意，并作相应调整。如配合比设计是以干骨料作基准的，确定用水量时应考虑补充干骨料的吸水；当骨料是润湿态时，确定用水量时又应考虑扣除骨料的表面水。 • 四、混凝土拌合及养护用水 • 在拌制和养护混凝土用的水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。污水、PH值小于４的酸性水、含硫酸盐（按ＳＯ3计）超过水重１％的水均不得使用。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，对水泥石有侵蚀作用，对钢筋也会造成锈蚀，因此一般不得用海水拌制混凝土。

38. 第二节 混凝土拌合物的技术性质 • 一、和易性 • （一）定义 • 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。 • （二）内容 • 1、流动性：指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振动作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。 • 2、粘聚性：指混凝土各组成材料间具有一定粘聚力，不致产生分层和离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。 • 3、保水性：指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。

39. 二、流动性 • （一）检验方法 • 1、坍落度法 • 1）测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值——坍落度（单位mm）。 • 2）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、维勃稠度法 • 测定使拌合物密实所需要的时间，s。 • 适用范围 • 粗骨料最大粒径不大于40mm； • 坍落度小于10mm，维勃稠度在5s～30s之间的干硬性混凝土。

40. （二）流动性的选择

41. （三）流动性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。 见下表。

42. 三、影响和易性的主要因素 （一）组成材料及其用量之间的关系 1、水泥浆数量和单位用水量； 2、骨料的品种、级配和粗细程度； 3、砂率 ； 1）合理砂率的确定 合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小的砂率。

43. 水泥 水① 砂 石子 外加剂④ • 4、外加剂 。 见下图。 • 2.施工环境的温度、搅拌制度等。 • 四、混凝土强度 • （一）立方体抗压强度 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％以上的潮湿条件下或者在Ca（OH）2饱和溶液中养护，经28d龄期，采用标准试验方法测得的抗压极限强度。用fcu表示。 水泥浆① 骨料② 混凝土拌合物

44. C30 “30”代表fcu,k＝30.0MPa； “C”代表“混凝土”。 （二）混凝土强度等级 • 按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别。以“C”和混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）表示，主要有C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等十五个强度等级。 • 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%。 • 强度等级表示的含义： • 强度的范围：某混凝土，其fcu＝30.0～34.9MPa； • 某混凝土，其fcu≥30.0MPa的保证率为95%。

45. （三）轴心抗压强度 1、采用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件。在立方体抗压强度为0～55MPa范围内fcp=（0.7～0.8）fcu 。在结构设计计算时，一般取fcp＝0.67fcu。 2、非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为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。 3、 劈裂抗拉强度 式中：fts——劈裂抗拉强度，MPa； 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。

46. （四）影响抗压强度的因素 1、水泥的强度和水灰比 式中：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； ——混凝土灰水比，即水灰比的倒数； αa、αb——回归系数。 2、粗集料的品种 1）碎石形状不规则，表面粗糙、多棱角，与水泥石的粘结强度较高； 2）卵石呈圆形或卵圆形，表面光滑，与水泥石的粘结强度较低。 3）在水泥石强度及其它条件相同时，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。

47. ３、养护条件 １）在保证足够湿度情况下，温度越高，水泥凝结硬化速度越快，早期强度越高； ２）低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，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。 ３）混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。 4、龄期 １）龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。 ２）在正常的养护条件下，混凝土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，以后逐渐减慢，28d后强度发展更慢。 ３）由于水泥水化的原因，混凝土的强度发展可持续数十年。 ４）当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土，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。 ５、外加剂

48. （五）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。 五、混凝土的耐久性