第5章混凝土5.1混凝土的概述5.1.1混凝土的定义以胶凝材料、颗粒状集料（必要时加入的化学外加剂、掺合料、纤维等材料）为原材料, 按比例配料、拌合、成型，经硬化而形成的具有堆聚结构的人造石材，统称为混凝土，5.1.2混凝土的发展历史5.1.3混凝土的分类从结构及表观密度方面进行分类（1）按混凝土结构分1）普通结构混凝土2）细粒混凝土3）大孔混凝土4）多孔混凝土（2 ）按照表观密度分1）重混凝土2）普通混凝土3）轻混凝土4）特轻混凝土5. 1.4混凝土材料的特点（1 ）优点1）成木低2）可塑性好3）配制灵活，适应性好4）抗压强度高5）复合性能好6）耐久性好7）耐火性好8）生产能耗低。

（2 ）混凝土的缺点1）自重大、比强度小混凝土比强度比木材、钢材小。

2）抗拉强度低、变形能力小呈脆性、易开裂，抗拉强度约为抗压强度的1/10〜1/20。

5.2混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料主要有水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、细骨料（砂）。

有时,loo-A 为了改善某方面的性能，需加入外加剂或掺合料。

普通混凝土硬化后的宏观组织构造如图 5.1所示。

5.2.1水泥(1 )水泥品种的选择水泥品种的选择，需在分析工程特点、环境特点、施工条件的基础上，结合水泥的性能 特点来选择，(2 )水泥强度等级的选择水泥强度等级要与混凝土强度等级相适应。

(3) 水泥的技术性质对于所选水泥品种，应检验技术性质，需满足相关要求。

5. 2. 2细骨料公称粒径在0. 15-4. 75mm 之间的骨料称为细骨料，也叫砂。

砂按来源分为天然砂、人 工砂两类。

砂的技术要求主要有：(1 )砂的颗粒级配和粗细程度砂的颗粒级配是指砂了大小不同的颗粒搭配的比例情况。

砂的粗细程度是指砂了总体的粗细程度砂子的颗粒级配和粗细程度，可通过筛分析的方法来确定。

砂的粗细程度可通过计算细度模数确定。

细度模数根据(5.1)式计算(精确至O.ODoA + 旗 + &)-5卜M _ (& + A +(5.1) 式中：细度模数。

A 、盅、人3、人4、&、&一分别为4.751顶、2.36mm. 1.18mm 、 600 /Am 、300 /Jin 、150 /.un 筛的累计筛余百分率。

砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂：3. 7〜3.1 中砂：3.0〜2. 3 细砂：2. 2〜1.6(2 )含泥量(石粉含量和泥块含量)天然砂的含泥量和泥块含量应符合表5. 3规定。

(3) 有害物质砂中云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、藐盐等的含量应符合表5. 3的规定。

(4) 坚固性坚固性是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。

根据 GB/T1464-2001规定，天然砂采用硫酸钠溶液进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符 合表5. 4规定。

(5) 表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度大于2500 kg • m ；,松散堆积密度大于1350 kg ・m 3,空隙率小于47%。

(6 )碱集料反应指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中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。

(7 )砂的含水状态砂有四种含水状态(如图5. 4所示)：1) 绝干状态2)气干状态3)饱和面干状态4)湿润状态5. 2. 3粗骨料粒径大于4. 75mm的岩石颗粒，分为卵石和碎石两大类粗骨料的主要技术指标有：(1 )粗骨料最大粒径(2)粗骨料的颗粒级配普通混凝土用的碎石或卵石级配应符合表5. 8的要求，试样筛分所需筛号，也按表5. 8 规定的级配选用，累计筛余计算均与砂相同。

(3)含泥量和泥块含量含量应符合表5. 9的规定。

(4)有害物质其有害物质主要有有机物，硫化物及硫酸盐，对混凝土的危害与砂相似，其含量应符合表5. 9的规定。

(5)针、片状颗粒含量卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级平均粒径 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(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。

其含量应符合表4. 9的规定。

(6)坚固性指卵石、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，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表5. 11的规定。

(7 )强度卵石、碎石的强度，一般用压碎指标来反映，对于碎石也可以测定岩石的抗压强度来反映。

压碎指标愈高，表示石了抵抗碎裂的能力愈软弱，压碎指标值应小于表5. 10的规定。

(8)表观密度、堆积密度、空隙率表观密度大于2500kg - in3,松散堆积密度大于1350kg ・nf3,空隙率小于47%。

(9 )碱集料反应经碱集料反应试验后，由卵石、碎石制备的试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。

在规定的试验龄期的膨胀率小于0. l%o5. 2.4 水用来拌制和养护混凝土的水，不应含有能够影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质、汕脂和糖类等等。

凡可供饮用的自来或清洁的天然水，一般都可用来拌制和养护混凝土。

5. 2.5混凝土化学外加剂(1 )化学外加剂概述1)混凝土外加剂发展情况2)混凝土外加剂分类混凝土外加剂按其主要功能分为四类：改善混凝土拌合物流变性能的外加剂；调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂；改善混凝十•耐久性的外加剂；改善混凝土其他性能的外加剂。

混凝土外加剂按化学成分分为有机外加剂，无机外加剂和有机无机夏合外加剂。

混凝土外加剂按使用效果分为减水剂、调凝剂（缓凝剂、早强剂、速凝剂）、引气剂、加气剂、防水剂、阻锈剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、泉松剂以及复合外加剂（如早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂等）。

（2）常用混凝土外加剂定义普通减水剂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。

高效减水剂在混凝十•坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌企用水量的外加剂。

缓凝剂可延长混凝土凝结时间的外加剂。

早强剂可加速混凝土早期强度发展的外加剂。

引气剂在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布稳定而封闭的微小气泡的外加剂。

早强减水剂兼有早强和减水功能的外加剂缓凝减水剂兼有缓凝和减水功能的外加剂。

缓凝高效减水剂兼有缓凝和大幅度减少拌合用水量的外加剂。

引气减水剂兼有引气和减水功能的外加剂。

（4）化学外加剂的品种及主要功能1）减水剂%1减水剂品种及作用机理目前常用的普通减水剂主要有：木质素磺酸盐系减水剂、羟基孩酸系减水剂、糖密类减水剂和腐殖酸类减水剂等。

高效减水剂主要有：蔡系（B一蔡梭酸盐甲醛缩合物）减水剂、甲基蔡系减水剂、葱系减水剂、古马隆系减水剂、三聚轼胺系减水剂、多竣酸系减水剂、氨基硅酸盐系减水剂等。

减水剂的主要成分是表面活性剂，其对水泥的作用主要是表面活性作用，本身不与水泥发生化学反应。

减水剂在水泥混凝土中的作用包括：吸附分散作用、湿润作用、润滑作用等。

A.吸附分散作用如图5. 6所示。

B.润湿作用C.润滑作用%1减水剂主要成分%1减水剂的主要功能和适用范围2）引气剂%1品种及作用机理引气剂属于表面活性剂的范畴，根据其水溶液电高性质可分为阴离子、非高子、阳离子和两性离了四类，按组成又可分为以下几种类型：松香及其热聚物类；非离了型表面活性剂（主要成分是烷基酚环氧乙烷缩合物）；烷基苯磺酸盐类引气剂；皂角类引气剂等。

引气剂有界面活化作用及引气作用。

引气剂的界面活化作用指引气剂在水中被界面吸附，形成憎水化吸附层，降低界面能，使界面性质显著改变，尤其是能够吸附在混凝土拌和物在搅拌的过程中产生的无数微细气泡的表面，形成稳定的吸附膜，使气泡成为溶胶性气泡, 彼此独立、均匀的分布于混凝土拌和物中而不易破灭。

%1常用引气剂类别及其性能指标%1引气混凝土含气量推荐值见表5.13%1引气剂对混凝土性能影响引气剂能显著改善混凝土拌和物黏聚性、保水性，引气剂也能提高寒冷、严寒地区混凝土耐久性。

对干缩影响不大，抗中性化程度降低。

3）早强剂早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。

可用于蒸养混凝土及常温、低温和变温（最低气温不低于-5°C ）条件下施工的有早强或防冻要求的混凝土工程。

早强剂的主要种类有：无机物类（氯盐类、硫酸盐类、碳酸盐类等）；有机物类（有机胺类、梭酸盐类）；矿物类（天然矿物如明矶石，合成矿物如氟铝酸钙，无水硫铝酸钙等）, 但越来越多的是使用由它们组成的复合早强剂。

%1级盐类早强剂常用氯盐类早强剂主要有：氯化钙、氮化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等。

%1硫酸盐类早强剂硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠（即元明粉，俗称芒硝），硫代硫酸钠（即海波）、硫酸钙（即石膏）、硫酸铝及硫酸钾铝（即明矶）等。

%1有机胺类早强剂常用有机胺类早强剂主要有：三乙醇胺（简称TEA）、三异丙醇胺（简称TP）、二乙醇胺等。

以上三类常用早强剂在实际混凝土工程中应用时，其掺景应符合表5. 14规定。

%1复合早强剂4）缓凝剂按照化学成分，缓凝剂可分为有机缓凝剂和无机缓凝剂两类。

有机缓凝剂具有表面活性作用，能在水泥颗粒的固液界面吸附，改变了水泥颗粒表面的亲水性，形成一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜层，从而导致混凝十•凝结时间的延长；无机缓凝剂主要是在水泥颗粒表面形成一层不溶性的薄层，阻止•了水泥颗粒与水的接触，因而延缓了水泥的水化起到缓凝作用。

常用的缓凝剂掺量为：糖蜜类掺量0.1%〜0.3%；木质素磺酸盐0.2%〜0.3%；羟基竣酸及其盐类0. 01%〜0. 1%；无机缓凝剂0. 1%〜0. 2%o5. 2. 6混凝土矿物外加剂（1）作用机理由于掺用矿物外加剂，使水泥基材在水化前就有了密实的堆积。

水化时及水化后，矿物外加剂中的活性组分，与水泥水化生成的Ca（0H）2反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，从而改变了水泥石及水泥石与集料界面的结构，孔隙率降低，界面层厚度变薄，Ca（OH）z取向指数降低。

（2）矿物外加剂的品种当前广泛使用的矿物外加剂有磨细矿渣（S）、磨细粉煤灰（F）、磨细天然沸石（Z）、硅灰（SF）等。

1）矿渣微粉粒化高炉矿渣磨细后的细粉称为矿渣微分。

粒化高炉矿渣是熔化的矿渣在高温状态迅速水淬而成。

我国国家标准GB/18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》中对矿遣微粉等矿物外加剂规定了一系列技术要求。

矿渣微粉混凝土的性能特征简介如下：%1凝结时间矿清微粉对混凝土的初、终凝时间比普通混凝土有所延缓，但幅度不大。

%1流动性能改善流动性%1泌水性矿渣微粉混凝土具有良好的黏聚性，因而显著改善了混凝土的泌水性。

%1强度在相同的混凝土强度等级与自然养护的条件下，矿渣微粉混凝土的早期强度比普通混凝土略低，但28d即以后的强度增长显著多于普通混凝土。

%1耐久性矿沿微粉混凝土的抗渗性明显优于普通混凝土，提高了混凝土抗氯离了渗透能力和抗硫酸盐侵蚀性。