第六章混凝土6.1概述混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。它是一种主要的建筑材料，广泛应用于工业与民胜建筑、给水与排水工程、水利工程以及地下工程、国防建设等。混凝土也是世界上用量最大的人造材料。6.1.1混凝土分类混凝土可以分为很多类型。1）按照混凝土的结构分类（1）普通结构混凝土：由（重质或轻质）粗集料、（重质或轻质）细集料、胶结材和水拌合而成。若以碎石或卵石、砂、水泥和水则制成普通混凝土。（2）细粒混凝土：由细集料和胶结材制成。主要用于薄壁构件。（3）大孔混凝土：由粗集料和胶结材制成。主要用于保温外墙体。（4）多孔混凝土：这种混凝土无粗集料、细集料，全由磨细的胶结材和其它粉料加水拌成的料浆，有机械方法或化学方法使之形成许多微小的气泡后，再经硬化制成。2）按照混凝土的表观密度分类（1）重混凝土：表观密度大于2800kg/m3是用特别密实和特别重的骨料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透射线和射线的性能。（2）普通混凝土：表观密度为2000~2800kg/m3是，用天然的砂、石作内料配制成的，这类混凝土在土建工程中常用，如房屋用桥梁等承重结构，道路建筑中的路面等。（3）轻混凝土：表观密度小于1950kg/m3。此外，还有为满足不同工程的特殊要求而配制成的各种特种混凝土，如高强混凝土、流态混凝土、防护混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土，纤维混凝士、：聚合物混凝士和喷射混凝士等。6.1.2混凝土的特点混凝土具有以下优点：1．具有良好的塑性，成型性好；2.与钢筋有牢固的粘结力，协调性好；3.耐久性好；4.可根据需要配制各种不同性质、不同强度等级的混凝土，适用性好；
第六章 混凝土 6.1 概述 混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制 成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。它是一种主要的建筑材料，广泛应 用于工业与民胜建筑、给水与排水工程、水利工程以及地下工程、国防建设等。 混凝土也是世界上用量最大的人造材料。 6.1.1 混凝土分类 混凝土可以分为很多类型。 1）按照混凝土的结构分类 （1）普通结构混凝土：由（重质或轻质）粗集料、（重质或轻 质）细集料、胶结材和水拌合而成。若以碎石或卵石、砂、水泥和水则制成普通 混凝土。 （2）细粒混凝土：由细集料和胶结材制成。主要用于薄壁构件。 （3）大孔混凝土：由粗集料和胶结材制成。主要用于保温外墙 体。 （4）多孔混凝土：这种混凝土无粗集料、细集料，全由磨细的 胶结材和其它粉料加水拌成的料浆，有机械方法或化学方法使之形成许多微小的 气泡后，再经硬化制成。 2）按照混凝土的表观密度分类 （1）重混凝土：表观密度大于 2800kg/m3 是用特别密实和特别 重的骨料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透射线和射线的 性能。 （2）普通混凝土：表观密度为 2000~2800 kg/m3 是，用天然的 砂、石作内料配制成的，这类混凝土在土建工程中常用，如房屋用桥梁等承重结 构，道路建筑中的路面等。 （3）轻混凝土：表观密度小于 1950kg/m3。 此外，还有为满足不同工程的特殊要求而配制成的各种特种混 凝土，如高强混凝土、流态混凝土、防护混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土，纤 维混凝土、聚合物混凝土和喷射混凝土等。 6.1.2 混凝土的特点 混凝土具有以下优点： 1. 具有良好的塑性，成型性好； 2. 与钢筋有牢固的粘结力，协调性好； 3. 耐久性好； 4. 可根据需要配制各种不同性质、不同强度等级的混凝土，适用性好；
5.混凝土组成材料中砂、石等廉价的地方材料占80%以上，经济性好。混凝土也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大等缺点。为弥补这些缺点可配制预应力钢筋混凝土、自应力混凝土、聚合物混凝土、纤维混凝土等。6.2普通混凝土的组成材料普通混凝土（以下简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。6.2.1混凝土中各组成材料的作用在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料或集料；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。硬化前，水泥浆起润滑作用赋予混凝土半和物一定流动性，便于施工操作。水泥浆硬化后，则将砂、石骨料胶结成一个坚实的整体。砂、石一般不参与水泥与水的化学反应，主要作用是节约水泥、承担荷载，限制硬化水泥的收缩。外加剂、掺合料起节约水泥和改善混凝主性能的作用。混凝土中，骨料一般约占总体积的70%~80%，水泥浆（硬化后为水泥石）约占20%~30%，此外还含有少量的空气。6.2.2混凝土组成材料的技术要求1）水泥采用何种水泥，应根据混凝土工程特点和所处的环境条件。原则上是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。用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏少，影响和易性及密实度，所以应掺入一定数量的混合材料。须用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土时，使水泥用量过多，不经济，而且要影响混凝土其蛇技术性质。2）细骨料粒径在0.15mm~5.0mm之间的骨料称为细骨料，一般有河砂、海砂、山砂、机制砂。（1）有害杂质细骨料中常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质，其含量应符合规定。对砂中的无定形二氧化硅含量有怀疑时，应根据结构或构件的使用条件，进行专门试验测定其碱骨料反应的活性即碱活性后，再确定其适用性。（2）颗粒形状及表面特征。山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，用它拌制的混凝王强度较高，但拌合物的流性较差；河砂、海砂，其颗粒多呈圆珠笔形，表面光滑，与水泥的粘结较差，用来拌制混凝土，混凝土的强度则较低，但拌合物的流动较好
5. 混凝土组成材料中砂、石等廉价的地方材料占 80%以上，经济性好。 混凝土也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂， 自重大等缺点。为弥补这些缺点可配制预应力钢筋混凝土、自应力混凝土、聚合 物混凝土、纤维混凝土等。 6.2 普通混凝土的组成材料 普通混凝土（以下简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土 的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。 6.2.1 混凝土中各组成材料的作用 在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料或集料；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。硬化前，水泥浆起润滑作用， 赋予混凝土半和物一定流动性，便于施工操作。水泥浆硬化后，则将砂、石骨料 胶结成一个坚实的整体。砂、石一般不参与水泥与水的化学反应，主要作用是节 约水泥、承担荷载，限制硬化水泥的收缩。外加剂、掺合料起节约水泥和改善混 凝土性能的作用。 混凝土中，骨料一般约占总体积的 70%~80%，水泥浆（硬化后 为水泥石）约占 20%~30%，此外还含有少量的空气。 6.2.2 混凝土组成材料的技术要求 1）水泥 采用何种水泥，应根据混凝土工程特点和所处的环境条件。 原则上是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。 用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏 少，影响和易性及密实度，所以应掺入一定数量的混合材料。须用低强度等级水 泥配制高强度等级混凝土时，使水泥用量过多，不经济，而且要影响混凝土其蛇 技术性质。 2）细骨料 粒径在 0.15mm~5.0mm 之间的骨料称为细骨料，一般有河砂、海 砂、山砂、机制砂。 （1）有害杂质 细骨料中常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、 硫化物和有机杂质，其含量应符合规定。对砂中的无定形二氧化硅含量有怀疑时， 应根据结构或构件的使用条件，进行专门试验测定其碱骨料反应的活性即碱活性 后，再确定其适用性。 （2）颗粒形状及表面特征。 山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，用它拌 制的混凝土强度较高，但拌合物的流坳性较差；河砂、海砂，其颗粒多呈圆珠笔 形，表面光滑，与水泥的粘结较差，用来拌制混凝土，混凝土的强度则较低，但 拌合物的流动较好
（3）砂的颗粒级配及粗细程度砂的颗粒级配即表示砂大小颗粒的搭配情况。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。砂的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。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。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。砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法，是用一套孔径（净尺寸）为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛，将500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂的质量，并计算出各筛上的分计筛余百分率al、a2、a3、a4、a5和a6（各筛上的筛余量占砂样总量的百分率）及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率相加在一起）。累计筛余下分计筛余的关系见表4-1。表 4-1累计筛余与分计筛余的关系分计筛余（%）累计筛余（%）筛孔尺寸（mm）al4.75[Al= ala22.36A2= al+ a21.18a3A3=al+a2+a30.60a4A4=al+a2+ a3+a4a50.30A5=al+a2+a3+a4+a5A6=al+a2+a3+a4+a5+0. 15a6a6细度模数μf的公式：(A2+A, +A4 +As+A)5Ai100A1细度模数（μf）=细度模数（uf）愈大，表示砂愈粗。普通混凝土用砂的粗细程度按细度模数分为粗、中、细三级，其细度模数范围：μf在3.70~3.10为粗砂，μf在3.00~2.30为中砂，μf在2.20~1.60为细砂，μf在1.50~0.70为特细砂
（3）砂的颗粒级配及粗细程度 砂的颗粒级配即表示砂大小颗粒的搭配情况。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。 砂的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。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大， 而粗砂的总表面积较小。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。 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级 配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法，是用一套孔 径（净尺寸）为 4.75、2.36、1.18、0.60、0.30 及 0.15mm 的标准筛，将 500g 的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂的质量，并计算出 各筛上的分计筛余百分率 a1、a2、a3、a4、a5 和 a6（各筛上的筛余量占砂样总 量的百分率）及累计筛余百分率 A1、A2、A3、A4、A5、A6（各个筛和比该筛粗 的所有分计筛余百分率相加在一起）。累计筛余下分计筛余的关系见表 4-1。 表 4-1 累计筛余与分计筛余的关系 筛孔尺寸（mm） 分计筛余（%） 累计筛余（%） 4.75 a1 A1= a1 2.36 a2 A2= a1+ a2 1.18 a3 A3= a1+ a2+ a3 0.60 a4 A4= a1+ a2+ a3+ a4 0.30 a5 A5= a1+ a2+ a3+ a4+ a5 0.15 a6 A6= a1+ a2+ a3+ a4+ a5+ a6 细度模数 μf 的公式： 细度模数（μf）= 细度模数（μf）愈大，表示砂愈粗。普通混凝土用砂的粗细程 度按细度模数分为粗、中、细三级，其细度模数范围：μf 在 3.70~3.10 为粗砂， μf 在 3.00~2.30 为中砂，μf 在 2.20~1.60 为细砂，μf 在 1.50~0.70 为特细 砂
根据0.60mm筛孔的累计筛余量分成三个级配区（表4-2），混凝土用砂的颗粒级配，应处于表4-2中任何一个级配区以内。砂过粗（细度模数大于3.7）配成的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，且内摩擦大，不易振捣成型：砂过细（细度模数小于0.7）配成的混凝土，既要增加较多的水泥用量，而且强度显著降低。所以这两种砂未包括在级配区内。表4-2砂颗粒级配区级配区筛孔尺I区II区ⅢI区寸(mm）累计筛余（按质量计）(%)0009. 5010~04.7510~010~035~525~015~02.361.1850~1025~065~3585~7170~4140~160.600.3095~8092~7085~550. 15100~90100~90100~90注：①砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和0.60mm筛号外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。②I区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到100~85，I区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到100~80，IⅢl区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到100~75。如果砂的自然级配不合适，不符合级配区的要求，这时就要采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行试配，掺合使用。为调整级配，在不得已时，也可将砂加以过筛，筛除过粗或过细的颗粒。配制混凝土时宜优先选用IⅡI区砂：当采用I区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝王的和易性要求；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝主的强度。对于泵送混凝主，宜选用中砂。3）粗骨科普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石，粒径大于5mm。（1）有害杂质粗骨料中也常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质，它们的含量一般应符合规定。对重要工程的混凝土所使用的石子，应进行碱活性检验。（2）颗粒形状及表面特征
根据 0.60mm 筛孔的累计筛余量分成三个级配区（表 4-2），混 凝土用砂的颗粒级配，应处于表 4-2 中任何一个级配区以内。砂过粗（细度模数 大于 3.7）配成的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，且内摩擦大，不易振捣 成型；砂过细（细度模数小于 0.7）配成的混凝土，既要增加较多的水泥用量， 而且强度显著降低。所以这两种砂未包括在级配区内。 表 4-2 砂颗粒级配区 注： ①砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除 4.75mm 和 0.60mm 筛号外，可以略 有超出，但超出总量应小于 5%。 ②Ⅰ区人工砂中 0.15mm 筛孔的累计筛余可以放宽到 100~85，Ⅱ区人工砂中 0.15mm 筛孔的累计筛余可以放宽到 100~80，Ⅲ区人工砂中 0.15mm 筛孔的累计筛 余可以放宽到 100~75。 如果砂的自然级配不合适，不符合级配区的要求，这时就要采 用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行试配，掺 合使用。 为调整级配，在不得已时，也可将砂加以过筛，筛除过粗或过 细的颗粒。 配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂；当采用Ⅰ区砂时，应提高砂 率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性要求；当采用Ⅲ区砂时，宜 适当降低砂率，以保证混凝土的强度。对于泵送混凝土，宜选用中砂。 3）粗骨科 普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石，粒径大于 5mm。 （1）有害杂质 粗骨料中也常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸 盐、硫化物和有机杂质，它们的含量一般应符合规定。对重要工程的混凝土所使 用的石子，应进行碱活性检验。 （2）颗粒形状及表面特征 筛孔尺 寸（mm） 级配区 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 累计筛余（按质量计）（%） 9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0 10~0 35~5 65~35 85~71 95~80 100~90 0 10~0 25~0 50~10 70~41 92~70 100~90 0 10~0 15~0 25~0 40~16 85~55 100~90
粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。碎石具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，而卵石多为圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，在水泥用量和水用量相同的情况夏，碎石拌制的混凝土流动性较差，但强度较高，而卵石拌制的混凝土则流动性较好，但强度较低。如要求流动性相同，用卵石时用水量可少些，结果强度不一定低。粗骨料中针、片状颗粒过多，会使混凝土强度降低。（3）最大粒径及颗粒级配粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002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，可允许采用最大粒径达1/3板厚的骨料，但最大粒径不得超过40mm。石子级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大关系。特别是拌制高强度混凝土，石子级配更为重要。石子的级配也通过筛分试验来确定，石子的标准筛有孔径为2.5、5、10、16、20、25、31.5、40、50、63、80及100mm等12个筛子。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表4一5的规定。试样筛分所需筛号，应按表4-3中规定的级配要求选用。分计筛余百分率和累计筛余百分率计算均与砂的相同。表4-3碎石或卵石的颗粒级配范围累计筛余按质量计（%）公称级配粒级筛孔尺寸（圆孔筛）（mm）情况(mm)2.364.759.5016.019.026.531.537.553.063.075.090.095~80~o5~1001001001595~85~30~0-05~161001006010连续95~0~90~40~-5~200料级100100801095~90~30~5~250h1001007010~95~90~70-5~31.51001009045单粒30~95~85~5~40级1009065
粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混 凝土拌合物的流动性。碎石具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，而卵石多为 圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，在水泥用量和水用量相同的情况夏，碎石 拌制的混凝土流动性较差，但强度较高，而卵石拌制的混凝土则流动性较好，但 强度较低。如要求流动性相同，用卵石时用水量可少些，结果强度不一定低。 粗骨料中针、片状颗粒过多，会使混凝土强度降低。 （3）最大粒径及颗粒级配 粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。根据《混凝 土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 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，可允许采用最大粒径达 1/3 板厚的骨料，但最大粒径不得超过 40mm。 石子级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很 大关系。特别是拌制高强度混凝土，石子级配更为重要。 石子的级配也通过筛分试验来确定，石子的标准筛有孔径为 2.5、5、10、16、20、25、31.5、40、50、63、80 及 100mm 等 12 个筛子。普通 混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表 4—5 的规定。试样筛分所需筛号，应 按表 4-3 中规定的级配要求选用。分计筛余百分率和累计筛余百分率计算均与砂 的相同。 表 4-3 碎石或卵石的颗粒级配范围 级配 情况 公称 粒级 （mm） 累计筛余 按质量计(%) 筛孔尺寸（圆孔筛）（mm） 2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90.0 连续 料级 5～10 95～ 100 80～ 100 0～ 15 0 — — — — — — — — 5～16 95～ 100 85～ 100 30～ 60 0～ 10 0 — — — — — — — 5～20 95～ 100 90～ 100 40～ 80 — 0～ 10 0 — — — — — — 5～25 95～ 100 90～ 100 — 30～ 70 — 0～5 0 — — — — — 5～31.5 95～ 100 90～ 100 70～ 90 — 10～ 45 — 0～5 0 — — — — 单粒 级 5～40 — 95～ 100 85～ 90 — 30～ 65 — — 0～5 0 — — —