2023年《建筑材料》精品讲义-第四章-混凝土1.pdf

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1、学习必备 欢迎下载 第四章 混 凝 土 本章提要:本章主要介绍普通混凝土的组成材料、性能和影响性能的因素，以及配合比的基本设计方法。另外，还简单介绍了其他种类的混凝土。第一节 混凝土概述 一、混凝土的分类 混凝土：指胶凝材料、水、天然或人工的粗细骨料，必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，经过均匀拌制、密实成型及养护硬化而成的人工石材。混凝土的种类很多，分类方法也很多。（一）、按表观密度分（主要是骨料不同）：1、重混凝土：干表观密度大于 2600kg/m3的混凝土。常由高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成。主要用于辐射屏蔽方面。2、普通混凝土：干表观密度为 20002500kg/

2、m3的水泥混凝土。主要以天然砂、石子和水泥配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种。3.、轻混凝土：干表观密度小于 1950kg/m3的混凝土。包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土等。主要用于保温和轻质材料。（二）、按所用胶凝材料分类：通常根据主要胶凝材料的品种，并以其名称命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等等。有时也以加入的特种改性材料命名，如水泥混凝土中掺入钢纤维时，称为钢纤维混凝土；水泥混凝土中掺大量粉煤灰时则称为粉煤灰混凝土等等。（三）、按使用功能和特性分类：按使用部位、功能和特性通常可分为：结构混凝土、道路混凝土、水工混凝土、

3、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土、补偿收缩混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、高强混凝土、高性能混凝土等等。（四）、按施工工艺分：泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、造壳混凝土（裹砂混凝土）、碾压混凝土、压力灌浆混凝土（预填骨料混凝土）、热拌混凝土、太阳能养护混凝土等多种。（五）、按掺和料分：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、纤维混凝土等多种。（六）、按抗压强度分：低强混凝土（抗压强度小于 30Mpa）、中强混凝土（抗压强度 30Mpa）和高强混凝土（抗压强度大于等于 60Mpa）；按每立方米水泥用量又可分为：贫混凝土（水泥用量不亏过 1

4、70kg）和富混凝土（水泥用量不小于 230kg）等。二、普通混凝土：普通混凝土是指以水泥为胶凝材料，砂子和石子为骨料，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”，即水泥混凝土，是目前工程上最大量使用的混凝土品种。“混凝土”一词通常可简作“砼”。（一）普通混凝土的主要优点：1、原材料来源丰富：混凝土中约 70%以上的材料是砂石料，属地方性材料，学习必备 欢迎下载 可就地取材，避免远距离运输，因而价格低廉。2、施工方便：混凝土拌合物具有良好的流动性和可塑性，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及构筑物。既可现场浇筑成型，也可预制。3、性能可根据需要设计调整：通过调整各组成材料的

5、品种和数量，特别是掺入不同外加剂和掺合料，可获得不同施工和易性、强度、耐久性或具有特殊性能的混凝土，满足工程上的不同要求。4、抗压强度高：混凝土的抗压强度一般在 7.560MPa 之间。当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达 100MPa 以上。而且，混凝土与钢筋具有良好的匹配性，浇筑成钢筋混凝土后，可以有效地改善抗拉强度低的缺陷，使混凝土能够应用于各种结构部位。5、耐久性好：原材料选择正确、配比合理、施工养护良好的混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性能，且对钢筋有保护作用，可保持混凝土结构长期使用性能稳定。（二）普通混凝土存在的主要缺点:1、自重大：1m3混凝土重约 2400kg，故结构物

6、自重较大，导致地基处理费用增加。2、抗拉强度低，抗裂性差：混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的 1/101/20，易开裂。3、收缩变形大：水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达 500106m/m 以上，易产生混凝土收缩裂缝。（三）普通混凝土的基本要求:1.满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性。2.满足设计要求的强度等级。3.满足工程所处环境条件所必需的耐久性。4.满足上述三项要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，节约成本，即经济合理性。为了满足上述四项基本要求，就必须研究原材料性能，研究影响混凝土和易性、强度、耐久性、变形性能的主要因素；研究配合比设计原理、混凝土质量波动规律以及相关的

7、检验评定标准等等。这也是本章的重点和紧紧围绕的中心。第二节 普通混凝土的组成材料 混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。要做到合理选择原材料，则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。一、水泥：（一）水泥品种的选择：水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。如高温车间结构混凝土有耐热要求，一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等等。详见第三章水泥。（二）水泥强度等级的选择：水泥强度等级的选择，应与混凝土的设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会

8、对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 会使水泥用量偏少，从而影响耐久性能；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值为泥土强度等级标准值的 1.5-2.0 倍为宜。二、骨料：普通混凝土所用骨料按粒径大小分为两种，粒径大于 5mm 的称为粗骨料，粒径小于 5mm 的称为细骨料。普通混凝土中所用

9、细骨料，一般是由天然岩石长期风化等自然条件形成的天然砂。根据产源不同，天然砂可分为河砂、海砂、山砂三类。海砂可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制钢筋混凝土，主要是氯离子含量高，容易导致钢筋锈蚀，如要使用，必须经过淡水冲洗，使有害成份含量减少到要求以下。山砂可以直接用于一般工程混凝土结构，当用于重要结构物时，必须通过坚固性试验和碱活性试验。机制砂是指将卵石或岩石用机械破碎的方法，通过冲洗、过筛制成。通常是在加工碎卵石或碎石时，将小于 10mm的部分进一步加工而成。普通混凝土通常所用的粗骨料有碎石和卵石两种。粗、细骨料的总体积一般占混凝土体积的 60%-80%,所以骨料质量的优劣，将直接影响到混

10、凝土各项性质的好坏。为此，我国在普通混凝土用砂质量标准及检验方法JG52-92 和普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法JG53-92这两个行业标准中，对砂、石提出了明确的技术质量要求，下面作一概括性介绍。（一）泥和泥块含量：含泥量：是指骨料中粒径小于 0.08 mm 颗粒的含量。泥块含量在细骨料中是指粒径大于 1.25mm，经水洗、手捏后变成小于0.630mm 的颗粒的含量；在粗骨料中则指粒径大于 5mm，经水洗、手捏后变成小于 2.5 mm 的颗粒的含量。骨料中的泥颗粒极细，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的胶结能力。而泥块会在混凝土中形成薄弱部分，对混凝土的质量影响更大。据此，对

11、骨料中泥块含量必须严加限制。（二）有害杂质含量：普通混凝土用粗、细骨料中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、炉渣、煤块等杂物，并且骨料中所含硫化物、硫酸盐和有机物等，它们对水泥有腐蚀作用，从而影响混凝土的性能。因此对有害杂质含量必须加以限制。其含量要符合表4.1 的规定。对于砂，除了上面两项外，还有云母、轻物质（指密度小于 2000kg/m3的物质）含量也须符合表 4.1 的规定，它们粘附于砂表面或夹杂其中，严重降低水泥与砂的粘结强度，从而降低混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，增大混凝土的收缩。此外，由于氯离子对钢筋有严重的腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋混凝土时，海砂中氯离子含量要求小于 0.06%（以

12、干砂重计）；对预应力混凝土不宜采用海砂，若必须使用海砂时，需经淡水冲洗至氯离子含量小于 0.02%。用海砂配制素混凝土，氯离子含量不予限制。普通混凝土用砂质量标准及检验方法（JGJ52-1992）中对有害杂质含量也作了相应规定。其中云母含量不得大于 2%，轻物质含量和硫化物及硫酸盐含人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 量分别不得大于 1%，含泥量及泥块含量的限值为：当小于 C30时分别不大于 5%和 1%，当大于等于 C30时

13、，分别不大于 3%和 1%。表 4-1 砂中有害物质含量限值 项 目 类 类 类 云母含量（按质量计，%）1.0 2.0 2.0 硫化物与硫酸盐含量（按 SO3质量计，%）0.5 0.5 0.5 有机物含量（用比色法试验）合格 合格 合格 轻物质 1.0 1.0 1.0 氯化物含量（以 NaCl 质量计，%）0.01 0.02 0.06 含泥量（按质量计，%）1.0 3.0 5.0 粘土块含量（按质重量计，%）0 1.0 2.0 （三）颗粒形状及表面特征：河砂和海砂经水流冲刷，颗粒多为近似球状，且表面少棱角、较光滑，配制的混凝土流动性往往比山砂或机制砂好，但与水泥的粘结性能相对较差；山砂和机制

14、砂表面较粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流动性相对较差，但与水泥的粘结性能较好。水灰比相同时，山砂或机制砂配制的混凝土强度略高；而流动性相同时，因山砂和机制砂用水量较大，故混凝土强度相近。砂的颗粒较小，一般较少考虑起形貌，石子就必须考虑起针片状颗粒的含量，其中针状颗粒是指长度大于该颗粒所属粒级平均粒径的 2.4 倍者；片状颗粒是指其厚度小于平均粒径的 0.4 倍者。针片状颗粒不仅受力易折断，而且会增加骨料间的空隙，所以标准 JGJ5392 中对针片状颗粒含量做出了限量要求。碎石或卵石的针片状颗粒含量限制 混凝土强度要求 C30 C30 针、片状颗粒含量（按重量计），%15 25 （四）坚固性：骨料

15、是由天然岩石经自然风化作用而成，机制骨料也会含大量风化岩体，在冻融或干湿循环作用下有可能继续风化，因此对某些重要工程或特殊环境下工作的混凝土用骨料，应做坚固性检验。如严寒地区室外工程，并处于湿潮或干湿交替状态下的混凝土，有腐蚀介质存在或处于水位升降区的混凝土等等。坚固性根据 GB/T14684规定，采用硫酸钠溶液浸泡烘干浸泡循环试验法检验。测定 5 个循环后的重量损失率。指标应符合表 4-2 的要求。表 4-2 骨料的坚固性指标 项 目 类 类 类 循环后质量损失（%）8 8 10（五）碱含量：骨料中若含有活性氧化硅，会与水泥中的碱发生碱-骨料反应，产生膨胀并导致混凝土开裂。因此，当用于重要工

16、程或对骨料有怀疑时，须按标准规定，采用化学法或长度法对骨料进行碱性检验。（六）粗细程度与颗粒级配：（1）砂的粗细程度和颗粒级配：人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 砂的粗细程度：是指不同粒径的砂粒混合后平均粒径大小。通常用细度模数（Mx）表示，其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度。细度模数 Mx越大，表示砂越粗，单位重量总表面积（或比表面积）越小；Mx越小，则砂比表面积越大。砂的颗粒级配：是指不同粒径的砂粒搭配比例

17、。良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充（如图 4-1 所示）使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大值。这样可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。因此，砂颗粒级配反映空隙率大小。图 4-1 砂颗粒级配示意图 砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析方法测定，用细度模数表示粗细程度，用级配区表示砂的级配。根据建筑用砂（GB/T146842001），筛分析是用一套孔径为 5.00，2.5，1.25，0.63，0.315，0.160 mm 的标准筛，将 500 克干砂由粗到细依次过筛（详见试验），称量各筛上的筛余量 mi（g），计算各筛上的

18、分计筛余率 ai（%）（各筛上的筛余量占砂样总重量的百分率），再计算累计筛余率 Ai（%）（各筛与比该筛粗的所有筛的分计筛余百分率之和）。ai和 Ai的计算关系见表 4-3。表 4-3 累计筛余与分计筛余计算关系 筛孔尺寸（mm）筛余量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）5.00 m1 2.50 m2 1.25 m3 0.630 m4 0.315 m5 0.160 m6 底盘 m低 细度模数根据下式计算（精确至 0.01）：根据细度模数 Mx大小将砂按下列分类：Mx3.7 特粗砂；Mx=3.1 3.7 粗砂；Mx=3.0 2.3 中砂；Mx=2.2 1.6细砂；Mx=1.5 0.7 特细砂。砂的

19、颗粒级配根据 0.630 mm 筛孔对应的累计筛余百分率 A4，分成区、区和区三个级配区，见表 4-4。级配良好的粗砂应落在区；级配良好的中砂应落在区；细砂则在区。实际使用的砂颗粒级配可能不完全符合要求，除了5.00 mm 和 0.630 mm 对应的累计筛余率外，其余各档允许有 5%的超界，当某一人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 筛档累计筛余率超界 5%以上时，说明砂级配很差，视作不合格。以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸

20、为横坐标，根据表 4-4 的级区可绘制、级配区的筛分曲线，如图 4-2 所示。在筛分曲线上可以直观地分析砂的颗粒级配优劣。表 4-4 砂的颗粒级配区范围 筛孔尺寸（mm）累计筛余（）区 区 区 10.0 0 0 0 5.00 100 100 100 2.50 355 250 150 1.25 6535 5010 250 0.630 8571 7041 4016 0.315 9580 9270 8555 0.160 10090 10090 10090 图 4-2 砂级配曲线图 例 4-1 某工程用砂，经烘干、称量、筛分析，测得各号筛上的筛余量列于表 4-5。试评定该砂的粗细程度（Mx）和级配情况

21、。表 4-5 筛分析试验结果 筛孔尺寸（mm）5.00 2.50 1.25 0.630 0.315 0.160 底 盘 合 计 筛余量（g）28.5 57.6 73.1 156.6 118.5 55.5 9.7 499.5 解 分计筛余率和累计筛余率计算结果列于表 4-6。表 4-6 分计筛余和累计筛余计算结果 分计筛余率（%）a1 a2 a3 a4 a5 a6 5.71 11.53 14.63 31.35 23.72 11.11 累计筛余率（%）A1 A2 A3 A4 A5 A6 5.71 17.24 31.87 63.22 86.94 98.05 人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质

22、混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 计算细度模数：确定级配区、绘制级配曲线：该砂样在 0.630mm 筛上的累计筛余率A4=63.22 落在级区，其他各筛上的累计筛余率也均落在级区规定的范围内，因此可以判定该砂为级区砂。级配曲线图见 4-3。结果评定：该砂的细度模数 Mx=2.85，属中砂；级区砂，级配良好。可用于配制混凝土。图 4-3 级配曲线 细度模数越大，表示砂越粗。普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7-1.6 为粗砂，应当注意：砂的细度模数并不能反映其级配

23、的优劣，细度模数相同的砂，级配可以很不相同。所以，配制混凝土时必须同时考虑砂的颗粒级配和细度模数。（2）砂的掺配使用：配制普通混凝土的砂宜为中砂（Mx=2.33.0），级区。但实际工程中往往出现砂偏细或偏粗的情况。通常有两种处理方法：当只有一种砂源时，对偏细砂适当减少砂用量，即降低砂率；对偏粗砂则适当增加砂用量，即增加砂率。当粗砂和细砂可同时提供时，宜将细砂和粗砂按一定比例掺配使用，这样既可调整 Mx，也可改善砂的级配，有利于节约水泥，提高混凝土性能。掺配比例可根据砂资源状况，粗细砂各自的细度模数及级配情况，通过试验和计算确定。（3）砂的含水状态：砂的含水状态有如下 4 种，如图 4-4 所示

24、。人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 图 4-4 骨料含水状态示意图 绝干状态：砂粒内外不含任何水，通常在 1055条件下烘干而得。气干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水。指室内或室外（天晴）空气平衡的含水状态，其含水量的大小与空气相对湿度和温度密切相关。饱和面干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和。水利工程上通常采用饱和面干状态计量砂用量。湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水。施工现场，特别是雨后常出现此

25、种状况，搅拌混凝土中计量砂用量时，要扣除砂中的含水量；同样，计量水用量时，要扣除砂中带入的水量。（4）石子的颗粒级配和最大粒径：最大粒径：粗骨料中公称粒级的上限称为该骨料的最大粒径。当骨料粒径增大时，其总表面积减小，因此包裹它表面所需的水泥浆数量相应减少，可节约水泥，所以在条件许可的情况下，粗骨料最大粒径应尽量用得大些。在普通混凝土中，骨料粒径大于 40mm 并没有好处，有可能造成混凝土强度下降。根据混凝土结构工程施工及验收规范的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的 1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的 3/4；对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的 1/2，且不行超

26、过 50mm；对于泵送混凝土，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。石子粒径过大，对运输和搅拌都不方便。石子的颗粒级配用筛分析方法测定，筛分析是用一套孔径为 2.50，5.00，10.0，16.0，20.0，25.0，31.5,40.0,50.0,63.0,80.0,100mm 共 12 个标准筛，可按需要选用筛子进行筛分。称量各筛上的筛余量 mi（g），计算各筛上的分计筛余率 ai（%），再计算累计筛余率 Ai（%）。碎石和卵石的级配范围要求是相同的，应符合规范的规定。(七)、强度：骨料的强度是指粗骨料的强度，为了保证混凝土的强度，粗骨料必须致密并具有

27、足够的强度。碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。碎石的抗压强度测定，是将其母岩制成边长为 50mm 的立方体（或直径与高均为 50mm 的圆柱体）试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。碎石抗压强度一般在混凝土强度等级大于或等于 C60 时才检验，其它情况如有怀疑或必要时也可进行抗压强度检验。碎石和卵石的压碎性指标值是将一定量气干状态的 1020mm的石子，装入专用试样筒中，逐级施加 200KN的荷载，卸荷后城区式样重量 m0，再用孔径 2.5mm的筛子过筛，称取留在 2.5mm筛上试样重量计作 m1，则压碎值指标按下式计算：00010100mmma 压碎指

28、标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强。规范里也有明确的规定。见 P33 页表 4-8，4-9。人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 三、混凝土用水：混凝土用水的基本质量要求是：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。凡饮用的水和清洁的天然水，都可用于混凝土拌制和养护。四、外加剂：外加剂：是指能有效改善混凝土某项或多项性能的一类材料。其掺量一般只占水泥质量

29、的 5%以下，却能显著改善混凝土的和易性、强度、耐久性或调节凝结时间及节约水泥。外加剂的应用促进了混凝土技术的飞速进步，技术经济效益十分显著，使得高强高性能混凝土的生产和应用成为现实，并解决了许多工程技术难题。如远距离运输和高耸建筑物的泵送问题；紧急抢修工程的早强速凝问题；大体积混凝土工程的水化热问题；纵长结构的收缩补偿问题；地下建筑物的防渗漏问题等等。目前，外加剂已成为除水泥、水、砂子、石子以外的第五组成材料，（一）、外加剂的分类：混凝土外加剂一般根据其主要功能分类：1改善混凝土流变性能的外加剂。主要有减水剂、引气剂、泵送剂等。2调节混凝土凝结硬化性能的外加剂。主要有缓凝剂、速凝剂、早强剂等

30、。3调节混凝土含气量的外加剂。主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等。4改善混凝土耐久性的外加剂。主要有防水剂、阻锈剂、抗冻剂等。5提供混凝土特殊性能的外加剂。主要有防冻剂、膨胀剂、着色剂、引气剂和泵送剂等。（二）、建筑工程中常用的混凝土外加剂品种：1、减水剂：减水剂是指在混凝土坍落度相同的条件下，能减少拌合用水量；或者在混凝土配合比和用水量均不变的情况下，能增加混凝土坍落度的外加剂。根据减水率大小或坍落度增加幅度分为普通减水剂和高效减水剂两大类。此外，尚有复合型减水剂，如引气减水剂，既具有减水作用，同时具有引气作用；早强减水剂，既具有减水作用，又具有提高早期强度作用；缓凝减水剂，同时具有延缓凝结时间

31、的功能等等。1）减水剂的作用机理：减水剂提高混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散作用和润滑作用两方面。减水剂实际上为一种表面活性剂，长分子链的一端易溶于水亲水基，另一端难溶于水憎水基，如图 4-17所示。人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 图 4-17 表面活性剂（减水剂）图 4-18 减水剂作用机理示意图 （1）分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使 10%30%的拌合水被包裹在水

32、泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性（如图 4-18a）。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性（如图 4-18b）。（2）润滑作用：减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜（图 4-18c），这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。2）减水剂的主要功能：（1）配合比不变时显著提高流

33、动性。（2）流动性和水泥用量不变时，减少用水量，降低水灰比，提高强度。（3）保持流动性和强度不变时，节约水泥用量，降低成本。（4）配置高强高性能混凝土。3）、常用减水剂品种：（1）木质素系减水剂：木素质系减水剂主要有木质素磺酸钙（简称木钙，代号 MG），木质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）三大类。工程上最常使用的为木钙。（2）萘磺酸盐系减水剂：简称萘系减水剂，萘系减水剂多数为非引气型高效减水剂，适宜掺量为 0.5%1.2%，减水率可达 15%30%，相应地可提高 28 天强度 10%以上，或节约水泥 10%20%。萘系减水剂对钢筋无锈蚀作用，具有早强功能。但混凝土的坍落度损失较大，故实际

34、生产的萘系减水剂，极大多数为复合型的，通常与缓凝剂或引气剂复合。萘系减水剂主要适用于配制高强、早强、流态和蒸养混凝土制品和工程，也可用于一般工程。（3）树脂系减水剂：为非引气型早强高效减水剂，性能优于萘系减水剂，但目前价格较高，适宜掺量 0.5%2.0%，减水率可达 20%以上，1 天强度提高一倍以上，7 天强度可达基准 28 天强度，长期强度也能提高，且可显著提高混凝土的抗渗、抗冻性和弹性模量。掺 SM 减水剂的混凝土粘聚性较大，可泵性较差，且坍落度经时损失也较大。目前主要用于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸汽养护混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土等。（4）糖蜜类减水剂：糖蜜类减水剂是以

35、制糖业的糖渣和废蜜为原料，经石灰中和处理而成的棕色粉末或液体。适宜掺量 0.2%0.3%，减水率 10%左右。主要用于大体积混凝土、大坝混凝土和有缓凝要求的混凝土工程。（5）复合减水剂：单一减水剂往往很难满足不同工程性质和不同施工条件的要求，因此，减水剂研究和生产中往往复合各种其他外加剂，组成早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、缓凝引气减水剂等等。随着工程建设和混凝土技术进步的需要，各种新型多功能复合减水剂正在不断研制生产中，如 23h 内无坍落度损失的保塑高效减水剂等。2、早强剂：早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。1）、主要功能：是缩短混凝土施工养护期，加快施工进度，提高模板的周转

36、率。2）、主要作用机理：是加速水泥水化速度，加速水化产物的早期结晶和沉淀。人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 3）、主要用途：有早强要求的混凝土工程及低温、负温施工混凝土、有防冻要求的混凝土、预制构件、蒸汽养护等等。4）、主要品种：有氯盐、硫酸盐和有机胺三大类，但更多使用的是它们的复合早强剂。（1）氯化钙早强剂：适宜掺量 0.5%3%。由于 Cl-对钢筋有腐蚀作用，故钢筋混凝土中掺量应控制在 1%以内。CaCl2早强剂能使混凝

37、土 3 天强度提高 50%100%，7 天强度提高 20%40%，但后期强度不一定提高，甚至可能低于基准混凝土。此外，氯盐类早强剂对混凝土耐久性有一定影响。此外，为消除 CaCl2对钢筋的锈蚀作用，通常要求与阻锈剂亚硝酸钠复合使用。（2）硫酸盐类早强剂：建筑工程中最常用的为硫酸钠早强剂。适宜掺量为 0.5%2.0%；早强效果不及 CaCl2。对矿渣水泥混凝土早强效果较显著，但后期强度略有下降。硫酸钠早强剂在预应力混凝土结构中的掺量不得大于 1%；潮湿环境中的钢筋混凝土结构中掺量不得大于 1.5%；严格控制最大掺量，超掺可导致混凝土后期膨胀开裂，强度下降；混凝土表面起“白霜”，影响外观和表面装饰

38、。（3）有机胺类早强剂：工程上最常用的为三乙醇胺。三乙醇胺的掺量极微，一般为水泥重的 0.02%0.05%，虽然早强效果不及 CaCl2，但后期强度不下降并略有提高，且无其他影响混凝土耐久性的不利作用。但掺量不宜超过 0.1%，否则可能导致混凝土后期强度下降。掺用时可将三乙醇胺先用水按一定比例稀释，以便于准确计量。此外，为改善三乙醇胺的早强效果，通常与其他早强剂复合使用。（4）复合早强剂：为了克服单一早强剂存在的各种不足，发挥各自特点，通常将三乙醇胺、硫酸钠、氯化钙、氯化钠、石膏及其他外加剂复配组成复合早强剂效果大大改善，有时可产生超叠加作用。3、引气剂：引气剂是指混凝土在搅拌过程中能引入大量

39、均匀、稳定且封闭的微小气泡的外加剂。1）、作用机理：为引气剂作用于气液界面，使表面张力下降，从而形成稳定的微细封闭气孔。2）主要类型：松香树脂、烷基苯磺碱盐、脂肪醇磺酸盐等等。最常用的为松香热聚树脂和松香皂两种。掺量一般为 0.005%0.01%。严防超量掺用，否则将严重降低混土强度。当采用高频振捣时，引气剂掺量可适当提高。3）主要功能：（1）改善混凝土拌合物的和易性。在拌合物中，相互封闭的微小气泡能起到滚珠作用，减小骨料间的摩阻力，从而提高混凝土的流动性。若保持流动性不变，则可减少用水量，一般每增加 1%的含气量可减少用水量 6%10%。由于大量微细气泡能吸附一层稳定的水膜，从而减弱了混凝土

40、的泌水性，故能改善混凝土的保水性和粘聚性。（2）提高混凝土耐久性。由于大量的微细气泡堵塞和隔断了混凝土中的毛细孔通道，同时由于泌水少，泌水造成的孔缝也减少。因而能大大提高混凝土的抗渗性能。提高抗腐蚀性能和抗风化性能。另一方面，由于连通毛细孔减少，吸水率相应减小，且能缓冲水结冰时引起的内部水压力，从而使抗冻性大大提高。4）应用和注意事项：引气剂主要应用于具有较高抗渗和抗冻要求的混凝土工程或贫混凝土，提高混凝土耐久性，也可用来改善泵送性。工程上常与减水剂复合使用，或采用复合引气减水剂。由于引气剂导致混凝土含气量提高，混凝土有效受力面积减小，故混凝土强度将下降，一般每增加 1%含气量，抗压强度下降

41、5%左右，抗折强度下降 2%3%。故引气剂的掺量必须通过含气量试验严格加以控制，普通混凝土中含气量的限值可按表 4-19控制：人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 表 4-19 混凝土含气量限值 粗骨料最大粒径（mm）10 15 20 25 40 含气量（%）7.0 6.0 5.5 5.0 4.5 4、缓凝剂：缓凝剂是指能延长混凝土的初凝和终凝时间的外加剂。1）常用类型：为木钙和糖蜜。糖蜜的缓凝效果优于木钙，一般能缓凝 3h以上

42、。2）主要功能：a 降低大体积混凝土的水化热和推迟温峰出现时间，有利于减小混凝土内外温差引起的应力开裂。b便于夏季施工和连续浇捣的混凝土，防止出现混凝土施工缝。c便于泵送施工、滑模施工和远距离运输。d通常具有减水作用，故亦能提高混凝土后期强度或增加流动性或节约水泥用量。5、速凝剂：速凝剂是指能使混凝土迅速硬化的外加剂。一般初凝时间小于 5min，终凝时间小于 10h，1h 内即产生强度，3 天强度可达基准混凝土 3 倍以上，但后期强度一般低于基准混凝土。常用的速凝剂品种有红星 I 型、711 型、782 型和 8604 型等。速凝剂主要用于喷射混凝土和紧急抢修工程、军事工程、防洪堵水工程等。如

43、矿井、隧道、引水涵洞、地下工程岩壁衬砌、边坡和基坑支护等等。6、防冻剂：防冻剂指能使混凝土中水的冰点下降，保证混凝土在负温下凝结硬化并产生足够强度的外加剂。主要适用于冬季负温条件下的施工。值得说明的一点是，防冻组分本身并不一定能提高硬化混凝土抗冻性。常用防冻剂种类有：1氯盐类防冻剂，2氯盐类阻锈防冻剂，3 氯盐类防冻剂，4 无氯低碱/无碱类防冻剂。7、加气剂：以化学反应的方法引入大量封闭气泡，用以调节混凝土的含气量和表观密度，也可以用来生产轻混凝土。常用的加气剂有：1H2释放型加气剂，2O2释放型加气剂，3N2释放型加气剂，4C2H2释放型加气剂，5空气释放型加气剂，6高聚物型加气剂。综合考虑

44、引气质量、可控制性和经济因素，实际工程中以 Al 粉较常用。第三节 新拌混凝土的和易性 一、混凝土和易性的概念：新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示。流动性是指拌合物在自重或外力作用下产生流动的难易程度；粘聚性是指拌合物各组成材料之间不产生分层离析现象；保水性是指拌合物不产生严重的泌水现象。通常情况下，混凝土拌合物的流动性越大，则保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之间存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有满足施工要求的流动性，又具有良好的粘聚性和保水性。因此，不能简单地将流

45、动性大的混凝土称之为和易性好，或者流动性减小说成和易性变差。良好的和易性既是施工的要求人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 也是获得质量均匀密实混凝土的基本保证。二、和易性的测试和评定：混凝土拌合物和易性是一项极其复杂的综合指标，到目前为止全世界尚无能够全面反映混凝土和易性的测定方法，通常通过测定流动性，再辅以其他直观观察或经验综合评定混凝土和易性。流动性的测定方法有坍落度法、维勃稠度法、探针法、斜槽法、流出时间法和凯利球法等十

46、多种，对普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和维勃稠度法。（1）坍落度法：将搅拌好的混凝土分三层装入坍落度筒中（见图 4-5a），每层插捣 25 次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土则在自重作用下坍落，以坍落高度（单位 mm）代表混凝土的流动性。坍落度越大，则流动性越好。粘聚性通过观察坍落度测试后混凝土所保持的形状，或侧面用捣棒敲击后的形状判定，如图4-5所示。当坍落度筒一提起即出现图中（c）或（d）形状，表示粘聚性不良；敲击后出现（b）状，则粘聚性好；敲击后出现（c）状，则粘聚性欠佳；敲击后出现（d）状，则粘聚性不良。保水性是以水或稀浆从底部析出的量大小评定（见图 4-5b）。析出量大，保水性差

47、，严重时粗骨料表面稀浆流失而裸露。析出量小则保水性好。图 4-5 混凝土拌合物和易性测定 根据坍落度值大小将混凝土分为四类：大流动性混凝土：坍落度160mm；流动性混凝土：坍落度 100150mm；塑性混凝土：坍落度 5090mm；干硬性混凝土：坍落度 1040mm 坍落度法测定混凝土和易性的适用条件为：a.粗骨料最大粒径40mm；b.坍落度10mm。对坍落度小于 10mm 的干硬性混凝土，坍落度值已不能准确反映其流动性大小。如当两种混凝土坍落度均为零时，但在振捣器作用下的流动性可能完全不同。故一般采用维勃稠度法测定。（2）维勃稠度法：坍落度法的测试原理是混凝土在自重作用下坍落，而维勃稠度法则

48、是在坍落度筒提起后，施加一个振动外力，测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间（单位：秒）代表混凝土流动性。维勃稠度法测定混凝土和易性的适用条件为：a.粗骨料最大粒径40mm；人工的粗细骨料必要时加入化学外加剂和矿物质混合材料按适当比例配高密度骨料重晶石和铁矿石等配制而成主要用于辐射屏蔽方面普通混凝土和无砂大孔混凝土等主要用于保温和轻质材料二按所用胶凝材料分类学习必备 欢迎下载 b.维勃稠度在 530s 之间的混凝土拌合物的稠度测定。根据维勃稠度值大小将混凝土分为四类：超干硬性混凝土：维勃稠度31s；特干硬性混凝土：维勃稠度 3021s；干硬性混凝土：维勃稠度 2011s；半干硬性混凝土：维

49、勃稠度 105s 时间越短，流动性越好；时间越长，流动性越差。见示意图 4-6。图 4-6 维勃稠度试验仪 1.容器；2.坍落度筒；3.圆盘；4.滑棒；5.套筒；6.13.螺栓；7.漏斗；8.支柱；9.定位螺丝；10.荷重；11.元宝螺丝；12.旋转架（3）坍落度的选择原则：实际施工时采用的坍落度大小根据下列条件选择。构件截面尺寸大小：截面尺寸大，易于振捣成型，坍落度适当选小些，反之亦然。钢筋疏密：钢筋较密，则坍落度选大些。反之亦然。捣实方式：人工捣实，则坍落度选大些。机械振捣则选小些。运输距离：从搅拌机出口至浇捣现场运输距离较远时，应考虑途中坍落度损失，坍落度宜适当选大些，特别是商品混凝土。

50、气候条件：气温高、空气相对湿度小时，因水泥水化速度加快及水份挥发加速，坍落度损失大，坍落度宜选大些，反之亦然。一般情况下，坍落度可按表 4-11 选用。表 4-11 混凝土浇筑时的坍落度（mm）构件种类 坍落度 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 1030 板、梁和大型及中型截面的柱子等 3050 配筋密列的结构（薄壁、斗仓、简仓、细柱等）5070 配筋特密的结构 7090 三、影响和易性的主要因素：1、单位用水量的影响：单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大。但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，易产生泌水分层离析，从而影