《混凝土工工藝與實習(xí)》 課件 第二章　混凝土材料認知

第一節(jié)混凝土組成材料第三節(jié)普通混凝土配合比設(shè)計第二節(jié)混凝土主要技術(shù)第二章混凝土材料認知5658混凝土基礎(chǔ)知識部分的內(nèi)容包括混凝土的材料組成、主要技術(shù)、配合比設(shè)計等，在掌握這些基礎(chǔ)知識后才能有效地進行混凝土施工技能訓(xùn)練。扎實的基礎(chǔ)知識是經(jīng)驗豐富的混凝土技術(shù)人員必備的專業(yè)素養(yǎng)。混凝土組成材料第一節(jié)5960一、混凝土的組成與分類混凝土是指用膠凝材料、粗細骨料及水、外加劑和礦物摻和料按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護、膠結(jié)成整體的復(fù)合固體材料的總稱?；炷猎县S富、價格低廉、生產(chǎn)工藝簡單，同時還具有抗壓強度高、耐久性好、強度等級范圍寬的特點，在各種工程建設(shè)中作為重要的建筑材料廣泛使用。611.?混凝土的主要組成材料（1）膠凝材料水泥是混凝土中最常用的膠凝材料，可以根據(jù)混凝土工程的特點、所處環(huán)境和設(shè)計、施工要求，并結(jié)合各種水泥的不同特性及適用范圍，合理地選擇水泥的品種與強度等級。（2）骨料骨料又稱為集料，是混凝土的重要組成部分，起到骨架和填充作用，可按粒徑分為粗骨料和細骨料。顆粒粒徑小于5mm的巖石顆粒為細骨料，即砂。顆粒粒徑大于5mm的巖石顆粒為粗骨料，即石子。62（3）水配制混凝土一般應(yīng)用干凈的自來水或淡河水，不得使用工業(yè)廢水，限制使用海水，以免鋼筋銹蝕或使混凝土抗凍性降低。除上述幾種材料外，在配置混凝土?xí)r，為了改善混凝土的性質(zhì)、節(jié)約水泥、降低成本，必要時可加入一些摻和料或外加劑。632.?混凝土的分類（1）按表觀密度分類1）重混凝土。重混凝土是指表觀密度大于2600kg/m3的混凝土，常由重晶石和鐵礦石配制而成。2）普通混凝土。普通混凝土是指以水泥為膠凝材料，砂和石子為骨料，經(jīng)加水?dāng)嚢?、澆筑成型、凝結(jié)固化成的具有一定強度的“人工石材”，即水泥混凝土，表現(xiàn)密度為

1950～2600kg/m3，是目前工程上使用量最大的混凝土品種。普通混凝土通?？珊喎Q為砼。3）輕混凝土。輕混凝土是指表觀密度小于1950kg/m3的混凝土，包括輕骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。64（2）按膠凝材料的品種分類混凝土通?？筛鶕?jù)主要膠凝材料的品種進行命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸鹽混凝土、瀝青混凝土、聚合物混凝土等。有時，混凝土也以加入的特種改性材料命名，如水泥混凝土中摻入鋼纖維時，稱為鋼纖維混凝土；水泥混凝土中摻大量粉煤灰時，則稱為粉煤灰混凝土等。65（3）按使用部位、功能和特性分類混凝土按使用部位、功能和特性不同，通?？煞譃榻Y(jié)構(gòu)混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、防輻射混凝土、補償收縮混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密實混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、普通混凝土、高強混凝土和高性能混凝土等。66二、常用水泥種類與特征常用水泥有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥等。白色硅酸鹽水泥的熟料礦物主要成分是硅酸鹽，國家標準《白色硅酸鹽水泥》（GB/T2015—2017）規(guī)定：白色硅酸鹽水泥按其強度分為32.5、42.5、52.5三個強度等級。白色硅酸鹽水泥配入耐堿礦物顏料可制得彩色水泥。67常用水泥的特性見下表，混凝土工程中常用水泥的選用見下表。常用水泥的特性68常用水泥的特性69混凝土工程中常用水泥的選用70混凝土工程中常用水泥的選用71三、混凝土骨料分類與使用要求混凝土骨料按來源可分為原生骨料和再生骨料。目前大量工程中應(yīng)用的是原生骨料，如砂和石子。地殼表面絕大多數(shù)的巖石可作為原生骨料。骨料按粒徑大小又可分為粗骨料和細骨料，其性質(zhì)對混凝土性質(zhì)有很大的影響。721.?細骨料——砂（1）定義粒徑小于5mm的巖石顆粒稱為細骨料。必須符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》（JGJ52—2006）的要求。（2）分類砂按來源可分為天然砂和人工砂。天然砂按來源又可分為河砂、海砂、山砂。砂按技術(shù)要求分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類。Ⅰ類砂用于強度等級大于C60的混凝土，Ⅱ類砂用于強度等級在C30和C60之間的混凝土，Ⅲ類砂用于強度等級小于C30的混凝土及建筑砂漿。73（3）砂的技術(shù)要求1）有害雜質(zhì)。有害雜質(zhì)是指骨料中妨礙水泥水化或引起水泥石腐蝕，降低水泥石與骨料黏附性的各種物質(zhì)，如云母、黏土、淤泥和有機物等。有害雜質(zhì)會妨礙水泥與骨料的黏結(jié)，影響混凝土強度，增大用水量和收縮，引起水泥石腐蝕。當(dāng)砂中有害雜質(zhì)含量多，但必須使用時，可用清水加以沖洗，如果沖洗后符合要求，則可使用。砂中有害雜質(zhì)含量應(yīng)符合國家標準《建設(shè)用砂》（GB/T14684—2022）的要求，見下表。74

砂中有害雜質(zhì)含量要求（GB/T14684—2022）%

75砂的顆粒形狀和表面特征及其對混凝土性能的影響2）顆粒形狀和表面特征。砂的顆粒形狀和表面特征及其對混凝土性能的影響見下表。76砂的粗細程度劃分3）粗細程度。砂的粗細程度是指不同粒徑的砂混合在一起后總體的粗細程度，用細度模數(shù)表示。砂的粗細程度劃分見下表。4）級配。砂的級配應(yīng)合理，確保粗細顆粒含量適當(dāng)，空隙率小，總表面積小，水泥漿的用量少，混凝土的和易性好，密實度高，強度及耐久性高。772.?粗骨料——石（1）定義粒徑大于5mm的巖石顆粒稱為粗骨料。（2）分類粗骨料按來源可分為碎石和卵石，工程中常用碎石配制混凝土。粗骨料按技術(shù)要求分為三類：Ⅰ類用于強度等級高于C60的混凝土，Ⅱ類用于強度等級在C30和C60之間的混凝土，Ⅲ類用于強度等級低于C30的混凝土及建筑砂漿。78（3）種類及含量限制1）有害雜質(zhì)種類及含量限制。含泥量、泥塊含量、針片狀顆粒含量及有害物質(zhì)含量等均應(yīng)符合國家標準《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T14685—2022）的要求。2）堿—骨料反應(yīng)。水泥中堿性物質(zhì)（氧化鈉或氧化鉀）過多，且粗骨料中含有活性成分（活性氧化硅或活性氧化鋁），二者會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成起體積膨脹，使混凝土開裂并最終破壞的現(xiàn)象，稱為堿—骨料反應(yīng)。793）級配。粗骨料級配試驗方法及有關(guān)參數(shù)的計算與細骨料相同，只是篩孔尺寸和級配要求不同。（4）顆粒級配石子級配分為連續(xù)級配和單粒級配。連續(xù)級配指從小到大每個粒級的石子均占一定比例。這種級配的和易性好，適合配制普通混凝土。單粒級配指剔除某些粒級的顆粒，使空隙率下降。這種級配易產(chǎn)生離析，可配制高強混凝土或干硬性混凝土，須強力振搗。80四、混凝土摻和料在制備混凝土拌合物時，為了節(jié)約水泥、改善混凝土性能而加入的礦物粉體材料，統(tǒng)稱為混凝土摻和料。常用的混凝土摻和料有粉煤灰、礦渣粉、硅灰、沸石粉等。1.?粉煤灰粉煤灰是從燃煤鍋爐煙氣中收集的煙道飛灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。812.?礦渣粉礦渣粉是由礦渣經(jīng)干燥、粉磨處理后達到一定細度且符合相應(yīng)活性指數(shù)的粉狀顆粒，是一種優(yōu)質(zhì)的混凝土摻和料。3.?硅灰硅灰又名硅微粉或硅粉，是冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時產(chǎn)生的二氧化硅和氣態(tài)硅與空氣中的氧氣迅速氧化并冷凝而形成的一種超細硅質(zhì)粉體材料。4.?沸石粉沸石粉是由沸石巖經(jīng)粉磨加工制成的以水化硅鋁酸鹽為主要成分的礦物火山灰質(zhì)活性摻和料。82五、混凝土外加劑的分類與作用1.?混凝土外加劑的種類混凝土外加劑按其主要功能分為四類：（1）改善混凝土拌合物流變性能的外加劑，包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。（2）調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等。（3）改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。（4）改善混凝土其他性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、著色劑、防水劑和泵送劑等。832.?外加劑作用與應(yīng)用（1）普通減水劑：在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌和用水量。（2）早強劑：能加速混凝土早期強度發(fā)展。（3）緩凝劑：能延長混凝土凝結(jié)時間。（4）引氣劑：在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡。（5）高效減水劑：在混凝土坍落度基本相同的條件下，能大幅度減少拌和用水量。（6）早強減水劑：兼有早強和減水功能。84（7）緩凝減水劑：兼有緩凝和減水功能。（8）引氣減水劑：兼有引氣和減水功能。（9）防水劑：能降低混凝土在靜水壓力下的透水性。（10）阻銹劑：能抑制或減輕混凝土中鋼筋或其他預(yù)埋金屬銹蝕。（11）加氣劑：能使混凝土制備過程中放出氣體，形成大量氣孔。（12）膨脹劑：能使混凝土體積產(chǎn)生一定膨脹。（13）防凍劑：能使混凝土在負溫下硬化，并在規(guī)定時間內(nèi)達到足夠防凍強度。（14）著色劑：能制備具有穩(wěn)定色彩的混凝土。（15）速凝劑：能使混凝土迅速硬化。（16）泵送劑：能改善混凝土拌合物泵送性能?；炷林饕夹g(shù)第二節(jié)8586一、混凝土的主要技術(shù)指標1.?混凝土的和易性（1）和易性的概念新拌混凝土的和易性也稱工作性，是指混凝土拌合物易于攪拌、運輸、澆搗成型，并獲得質(zhì)量均勻密實的混凝土的一項綜合技術(shù)性能，通常用流動性、黏聚性和保水性三項內(nèi)容表示。流動性是指混凝土拌合物在自重或外力作用下產(chǎn)生流動的難易程度；黏聚性是指混凝土拌合物各組成材料之間不產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象的難易程度；保水性是指混凝土拌合物不產(chǎn)生嚴重泌水現(xiàn)象的難易程度。87（2）和易性的測試和評定混凝土拌合物和易性是一項極其復(fù)雜的綜合指標，通常通過測定流動性，再輔以其他直觀觀察或經(jīng)驗進行綜合評定。流動性的測定方法有坍落度法、維勃稠度法、探針法、斜槽法、流出時間法和凱利球法等十多種，對普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和維勃稠度法。881）坍落度法。將攪拌好的混凝土分三層裝入坍落度筒中，每層插搗25次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土則在自重作用下坍落，以坍落度（單位為mm）代表混凝土的流動性。坍落度越大，則流動性越好?；炷涟韬衔锖鸵仔詼y定892）維勃稠度法。坍落度法的測試原理是混凝土在自重作用下坍落，而維勃稠度法則是在坍落度筒提起后，施加一個振動外力，測試混凝土在外力作用下完全填滿面板所需時間（單位為s）。時間越短，表示混凝土流動性越好；時間越長，表示混凝土流動性越差。維勃稠度儀如圖所示。90維勃稠度儀1—容器2—坍落度筒3—圓盤4—漏斗5—套筒6—定位器7—振動臺8—固定螺釘9—測杠10—支柱11—旋轉(zhuǎn)架12—荷重塊13—測桿螺釘91

混凝土澆筑時的坍落度一般情況下，混凝土澆筑時的坍落度可按下表選用。92（3）影響和易性的主要因素1）單位用水量。單位用水量是混凝土流動性的決定因素。用水量增大，流動性隨之增大。但用水量大帶來的不利影響是保水性和黏聚性變差，易產(chǎn)生泌水分層離析，從而影響混凝土的勻質(zhì)性、強度和耐久性。在進行混凝土配合比設(shè)計時，單位用水量可根據(jù)施工要求的坍落度和粗骨料的種類、規(guī)格，根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55—2011）按下表選用，再通過試配調(diào)整最終確定。93混凝土單位用水量選用表kg942）漿骨比。漿骨比指水泥漿用量與砂石用量之比。在混凝土凝結(jié)硬化之前，水泥漿主要賦予流動性；在混凝土凝結(jié)硬化以后，水泥漿主要賦予黏結(jié)強度。在水灰比一定的前提下，漿骨比越大，即水泥漿用量越大，混凝土流動性越大。調(diào)整漿骨比大小，既可以滿足流動性要求，又能保證良好的黏聚性和保水性。3）水灰比。水灰比即水用量與水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不變的情況下，水灰比增大，相當(dāng)于單位用水量增大，水泥漿很稀，混凝土拌合物流動性也隨之增大，反之亦然。954）砂率。砂率是指砂占砂石總質(zhì)量的百分率，砂率對和易性的影響非常顯著。①對流動性的影響。在水泥用量和水灰比一定的條件下，一方面，由于砂與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤滑作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內(nèi)，隨砂率增大，混凝土流動性增大；另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，粗細骨料的總表面積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低。因此，砂率超過一定范圍，流動性隨砂率增加反而下降。96②對黏聚性和保水性的影響。砂率減小，混凝土的黏聚性和保水性均下降，易產(chǎn)生泌水、離析和流漿現(xiàn)象。砂率增大，黏聚性和保水性增加。但砂率過大，當(dāng)水泥漿不足以包裹骨料表面時，則黏聚性反而下降。③合理砂率的確定。合理砂率是指砂填滿石子空隙并有一定的富余量時的砂率。合理砂率能在石子間形成一定厚度的砂漿層，減少粗骨料間的摩擦阻力，使混凝土流動性達最大值，或者在保持流動性不變的情況下，使水泥漿用量達最小值。97（4）和易性的調(diào)整和改善措施1）當(dāng)混凝土流動性小于設(shè)計要求時，為了保證混凝土的強度和耐久性，不能單獨加水，必須保持水灰比不變，增加水泥漿用量。但水泥漿用量過多，則會提高混凝土成本，且將增大混凝土的收縮和水化熱等，混凝土的黏聚性和保水性也可能下降。2）當(dāng)坍落度大于設(shè)計要求時，可在保持砂率不變的前提下，增加砂石用量，實際上相當(dāng)于減少水泥漿用量。3）改善骨料級配，既可增加混凝土流動性，也能改善黏聚性和保水性，但實際操作難度往往較大。4）摻減水劑或引氣劑，這是改善混凝土和易性的最有效措施。5）盡可能選用最優(yōu)砂率，當(dāng)黏聚性不足時可適當(dāng)增大砂率。982.?混凝土的強度強度是硬化混凝土最重要的性質(zhì)，混凝土的其他性能與強度均有密切關(guān)系?；炷恋膹姸纫彩桥浜媳仍O(shè)計、施工控制和質(zhì)量檢驗評定的主要技術(shù)指標，主要有抗壓強度、抗折強度、抗拉強度和抗剪強度等。其中，抗壓強度值最大，也是最主要的強度指標。99（1）混凝土的立方體抗壓強度和強度等級根據(jù)國家標準《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標準》（GB/T50081—2019）的規(guī)定，立方體試件的標準尺寸為150mm×150mm×150mm，標準養(yǎng)護條件為溫度（20±2）℃，相對濕度95%以上，標準齡期為28天。在上述條件下測得的抗壓強度值稱為混凝土立方體抗壓強度。100結(jié)構(gòu)混凝土強度等級的選用應(yīng)滿足工程結(jié)構(gòu)的承載力、剛度及耐久性需求。對設(shè)計工作年限為50年的混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)混凝土的強度等級尚應(yīng)符合下列規(guī)定；對設(shè)計工作年限大于50年的混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)混凝土的最低強度等級應(yīng)比下列規(guī)定提高。1011）素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C25；預(yù)應(yīng)力混凝土樓板的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30，其他混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C40；鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。2）承受重復(fù)荷載作用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。3）抗震等級不低于二級的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。4）采用500MPa及以上鋼級鋼筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。102（2）軸心抗壓強度軸心抗壓強度也稱為棱柱體抗壓強度。由于實際結(jié)構(gòu)物（如梁、柱）多為棱柱體構(gòu)件，因此采用棱柱體試件測試該強度更有實際意義。該強度一般是采用150mm×150mm×（300～450）mm的棱柱體試件，經(jīng)標準養(yǎng)護到28天測試而得。同一材料的軸心抗壓強度小于立方體抗壓強度，其比值為0.7～0.8。103（3）抗拉強度混凝土的抗拉強度很小，只有抗壓強度的1/20～1/10，混凝土強度等級越高，該比值越小。為此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般不考慮承受拉力，而是通過配置鋼筋，由鋼筋來承擔(dān)結(jié)構(gòu)的拉力。但抗拉強度對混凝土的抗裂性具有重要作用，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計中裂縫寬度和裂縫間距計算控制的主要指標，也是抵抗由于收縮和溫度變形而導(dǎo)致開裂的主要指標。104（4）抗折強度道路路面或機場道面用水泥混凝土通常以抗折強度為主要強度指標，抗壓強度僅作為參考指標。（5）影響混凝土強度的主要因素影響混凝土強度的因素很多，從內(nèi)因來說主要有水泥強度、水灰比和骨料質(zhì)量，從外因來說主要有施工條件、養(yǎng)護溫度、濕度、齡期、試驗條件和外加劑等。分析影響混凝土強度各因素的目的，在于可根據(jù)工程實際情況，采取相應(yīng)技術(shù)措施，提高混凝土的強度。1051）水泥強度和水灰比?；炷恋膹姸戎饕獊碜运嗍陨韽姸纫约芭c骨料之間的黏結(jié)強度。水泥強度越高，則水泥石自身強度及與骨料的黏結(jié)強度就越高，混凝土強度也越高，試驗證明，混凝土強度與水泥強度成正相關(guān)關(guān)系。2）骨料的品質(zhì)。骨料中的有害物質(zhì)含量高，則混凝土強度低。骨料自身強度不足，也可能降低混凝土強度，這在配制高強混凝土?xí)r尤為突出。3）施工條件。施工條件主要指攪拌和振搗成型。一般來說，機械攪拌比人工攪拌均勻，因此強度也相對較高；攪拌時間越長，混凝土強度越高，但考慮到能耗、施工進度等，一般要求控制在2～3min；投料方式對強度也有一定影響，如先投入粗骨料、水泥和適量水?dāng)嚢枰欢〞r間，再加入砂和其余水，比一次全部投料攪拌提高強度10%左右。1064）養(yǎng)護條件?；炷翝仓尚秃蟮酿B(yǎng)護溫度、濕度是決定強度發(fā)展的主要外部因素。養(yǎng)護環(huán)境溫度高，水泥水化速度加快，混凝土強度發(fā)展也快，早期強度高；反之亦然。5）齡期。齡期是指混凝土在正常養(yǎng)護下所經(jīng)歷的時間。隨齡期增長，水泥水化程度提高，凝膠體增多，自由水和孔隙率減少，密實度提高，混凝土強度也隨之提高。最初的7天內(nèi)強度增長較快，而后增幅下降，28天以后，強度增長更趨緩慢，但如果養(yǎng)護條件得當(dāng)，則在數(shù)十年內(nèi)強度仍將有所增長。1076）外加劑。在混凝土中摻入減水劑，可在保證相同流動性前提下，減少用水量，降低水灰比，從而提高混凝土的強度；摻入早強劑，可有效加速水泥水化速度，提高混凝土早期強度，但對28天強度不一定有利，后期強度還有可能下降。7）試驗條件對測試結(jié)果的影響。試驗條件是指試件的尺寸、形狀、表面狀態(tài)和加載速度等，它們對混凝土強度也有一定影響。108（6）提高混凝土強度的措施根據(jù)對上述影響混凝土強度因素的分析，提高混凝土強度可從以下幾方面采取措施：1）采用較高強度等級的水泥。2）盡可能降低水灰比，或采用干硬性混凝土。3）采用優(yōu)質(zhì)砂石骨料，選擇合理砂率。4）采用機械攪拌和機械振搗，確保攪拌均勻性和振搗密實性，加強施工管理。1095）改善養(yǎng)護條件，保證一定的溫度和濕度條件，必要時可采用濕熱處理，提高早期強度。特別是對摻混合材料的混凝土或用粉煤灰水泥、礦渣水泥、火山灰水泥配制的混凝土，濕熱處理的增強效果更加顯著，不僅能提高早期強度，后期強度也能提高。6）摻入減水劑或早強劑，可提高混凝土的強度或早期強度。1103.?混凝土的耐久性混凝土的耐久性是指混凝土在外部和內(nèi)部不利因素的長期作用下，保持其原有設(shè)計性能和使用功能的性質(zhì)，是混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用的重要指標。外部不利因素指的是酸、堿、鹽的腐蝕作用，以及冰凍破壞作用、水壓滲透作用、碳化作用、干濕循環(huán)引起的風(fēng)化作用、荷載應(yīng)力作用和振動沖擊作用等。內(nèi)部不利因素主要指的是堿—骨料反應(yīng)和自身體積變化。通常用抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化性、抗腐蝕性和堿—骨料反應(yīng)綜合評價混凝土的耐久性。111國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（2015年版）》（GB50010—2010）對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性作了明確界定，共分為五大環(huán)境類別，見右表。一類、二類和三類環(huán)境中，設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)符合下表的規(guī)定?；炷两Y(jié)構(gòu)的環(huán)境類別112結(jié)構(gòu)混凝土材料的耐久性基本要求113此外，一類環(huán)境中設(shè)計使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)符合下列規(guī)定：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強度等級為C30；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)為C40；最大氯離子含量為0.06%；宜使用非堿活性骨料，當(dāng)使用堿活性骨料時，最大堿含量為3.0kg/m3；保護層厚度相應(yīng)增加40%；使用過程中應(yīng)定期維護。對二類和三類環(huán)境中設(shè)計使用年限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取專門有效措施。對三類環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋；對預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具及連接器，應(yīng)采取專門防護措施。四類和五類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求應(yīng)符合有關(guān)標準的規(guī)定。114（1）混凝土的抗?jié)B性混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力液體（水、油、溶液等）滲透作用的能力，是決定混凝土耐久性最主要的技術(shù)指標?；炷量?jié)B性好，即混凝土密實性高，外界腐蝕介質(zhì)不易侵入混凝土內(nèi)部，從而抗腐蝕性能就好。115影響混凝土抗?jié)B性的主要因素有以下幾點。1）水膠比和水泥用量。水膠比和水泥用量是影響混凝土抗?jié)B透性能的最主要指標。水膠比越大，多余水分蒸發(fā)后留下的毛細孔道就越多，亦即孔隙率越大，又多為連通孔隙，故混凝土抗?jié)B性能越差。特別是當(dāng)水膠比大于0.6時，混凝土的抗?jié)B性能急劇下降。因此，為了保證混凝土的耐久性，必須對水膠比加以限制。1162）骨料含泥量和級配。一方面，骨料含泥量高，則總表面積增大，混凝土達到同樣流動性所需用水量增加，毛細孔道增多；另一方面，含泥量大的骨料界面黏結(jié)強度低，也將降低混凝土的抗?jié)B性能。3）施工質(zhì)量和養(yǎng)護條件。攪拌均勻、振搗密實是混凝土抗?jié)B性能的重要保證。適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護溫度和澆水養(yǎng)護是保證混凝土抗?jié)B性能的基本措施。117（2）混凝土的抗凍性混凝土的抗凍性是指混凝土在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性能。影響混凝土抗凍性的主要因素有：1）水灰比或孔隙率。水灰比大，則孔隙率大，導(dǎo)致吸水率增大，冰凍破壞嚴重，抗凍性差。2）孔隙特征。連通毛細孔易吸水飽和，凍害嚴重；封閉孔則不易吸水，凍害就?。蝗魹榇执罂锥?，則混凝土一離開水面水就流失，凍害也小。因此，無砂大孔混凝土的抗凍性較好，加入引氣劑也能提高混凝土的抗凍性。1183）吸水飽和程度。若混凝土的孔隙未完全吸水飽和，冰凍過程產(chǎn)生的壓力會促使水分向孔隙處遷移，從而降低冰凍膨脹應(yīng)力，對混凝土破壞作用就小。4）混凝土的自身強度。在相同的冰凍破壞應(yīng)力作用下，混凝土強度越高，凍害程度也就越低。此外，混凝土抗凍性還與降溫速度和冰凍溫度有關(guān)。119（3）混凝土的抗碳化性能1）混凝土碳化機理?；炷撂蓟侵富炷羶?nèi)水化產(chǎn)物氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳在一定濕度條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鈣和水的過程。2）碳化對混凝土性能的影響。一是碳化作用使混凝土的收縮增大，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而降低混凝土的抗拉強度和抗折強度，嚴重時直接導(dǎo)致混凝土開裂。二是碳化作用使混凝土的堿度降低，降低了強堿環(huán)境對鋼筋的保護作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕膨脹，嚴重時會使混凝土保護層沿鋼筋縱向開裂，直至剝落，進一步加速碳化和腐蝕，嚴重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性。1203）影響混凝土碳化速度的主要因素①混凝土的水灰比。水灰比大，混凝土的碳化速度就快。這是影響混凝土碳化速度的最主要因素。②水泥品種和用量。普通水泥水化產(chǎn)物中氫氧化鈣含量高，碳化同樣深度所消耗的二氧化碳量多，相當(dāng)于碳化速度減慢。③施工養(yǎng)護。攪拌均勻、振搗成型密實、養(yǎng)護良好的混凝土碳化速度較慢，蒸汽養(yǎng)護的混凝土碳化速度相對較快。④環(huán)境條件?？諝庵卸趸嫉臐舛却?，碳化速度加快。1214）提高混凝土抗碳化性能的措施。從前述對影響混凝土碳化速度因素的分析可知，提高混凝土抗碳化性能的關(guān)鍵是提高混凝土的密實性，降低孔隙率，阻止二氧化碳向混凝土內(nèi)部滲透。122（4）混凝土的耐磨性耐磨性是路面、機場跑道和橋梁混凝土的重要性能指標之一。用于高等級路面的混凝土必須具有較高的耐磨性能。橋墩、管渠、河壩等均要求混凝土具有較好的抗沖刷和耐磨性能。123（5）提高混凝土耐久性的措施雖然混凝土工程因所處環(huán)境和使用條件不同，對耐久性的要求也不同，但就影響混凝土耐久性的因素來說，良好的密實度是關(guān)鍵。因此，提高混凝土的耐久性可以從以下幾方面進行：1）控制混凝土最大水灰比和最小水泥用量。2）合理選擇水泥品種。3）選用合理的骨料質(zhì)量和級配。4）加強施工質(zhì)量控制。5）采用適宜的外加劑。6）摻入粉煤灰、礦粉、硅灰或沸石粉等。124二、混凝土試件的留置1.?現(xiàn)場攪拌混凝土根據(jù)國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50107—2010）的規(guī)定，用于檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強度的試件，應(yīng)在混凝土的澆筑地點隨機抽取。取樣與試件留置應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）每拌制100盤但不超過100m3的同配合比的混凝土，取樣次數(shù)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盤和100m3時，取樣次數(shù)不得少于一次。125（3）當(dāng)一次連續(xù)澆筑超過1000m3時，同一配合比的混凝土每200m3取樣不得少于一次。（4）對于房屋建筑，每一樓層、同一配合比的混凝土取樣不得少于一次。（5）每次取樣應(yīng)至少留置一組標準養(yǎng)護試件，同條件養(yǎng)護試件的留置組數(shù)應(yīng)根據(jù)實際需要確定。1262.?結(jié)構(gòu)實體檢驗用同條件養(yǎng)護試件根據(jù)國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204—2015）的規(guī)定，結(jié)構(gòu)實體檢驗用同條件養(yǎng)護試件的留置方式和取樣數(shù)量應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）對涉及混凝土結(jié)構(gòu)安全的重要部位應(yīng)進行結(jié)構(gòu)實體檢驗，其內(nèi)容包括混凝土強度、鋼筋保護層厚度及工程合同約定的項目等。（2）同條件養(yǎng)護試件應(yīng)由各方在混凝土澆筑入模處見證取樣。127（3）同一強度等級的同條件養(yǎng)護試件，按統(tǒng)計方法評定混凝土強度時，留置不宜少于10組；按非統(tǒng)計方法評定混凝土強度時，留置數(shù)量不應(yīng)少于3組。（4）當(dāng)試件達到等效養(yǎng)護齡期時，方可對相同條件養(yǎng)護試件進行強度試驗。所謂等效養(yǎng)護齡期，可取日平均溫度逐日累計達到600℃·d時所對應(yīng)的齡期，且不應(yīng)小于14d。一般情況下，溫度取當(dāng)天的平均溫度。日平均溫度為0℃及以下的齡期不計入。1283.?預(yù)拌混凝土預(yù)拌混凝土除應(yīng)在預(yù)拌混凝土廠內(nèi)按規(guī)定留置試塊外，運到施工現(xiàn)場后，還應(yīng)根據(jù)國家標準《預(yù)拌混凝土》（GB/T14902—2012）的規(guī)定取樣與檢驗。（1）混凝土出廠檢驗應(yīng)在攪拌地點取樣；混凝土交貨檢驗應(yīng)在交貨地點取樣，交貨檢驗試樣應(yīng)隨機從同一運輸車卸料量的1/4至3/4抽取。（2）混凝土交貨檢驗取樣及坍落度試驗應(yīng)在混凝土運到交貨地點時開始算起，20min內(nèi)完成；試件制作應(yīng)在混凝土運到交貨地點時開始算起，40min內(nèi)完成。129（3）混凝土強度檢驗的取樣頻率應(yīng)符合下列規(guī)定：1）出廠檢驗時，每100盤相同配合比混凝土取樣不應(yīng)少于1次，每一個工作班相同配合比混凝土達不到100盤時應(yīng)按100盤計，每次取樣應(yīng)至少進行一組試驗。2）交貨檢驗的取樣頻率應(yīng)符合國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50107—2010）的規(guī)定。130（4）混凝土坍落度檢驗的取樣頻率與強度檢驗相同。（5）統(tǒng)一配合比混凝土拌合物中的水溶性氯離子含量檢驗應(yīng)至少取樣一次。海砂混凝土拌合物中的水溶性氯離子含量檢驗的取樣頻率應(yīng)符合行業(yè)標準《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ206—2010）的規(guī)定。（6）混凝土耐久性能檢驗的取樣頻率應(yīng)符合行業(yè)標準《混凝土耐久性檢驗評定標準》（JGJ/T193—2009）的規(guī)定。（7）混凝土的含氣量、擴展度及其他項目檢驗的取樣頻率應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準和合同的規(guī)定。普通混凝土配合比設(shè)計第三節(jié)131132一、混凝土配合比參數(shù)混凝土配合比設(shè)計就是根據(jù)工程要求、結(jié)構(gòu)形式和施工條件確定混凝土各組成材料數(shù)量之間的比例關(guān)系。常用的表示方法有兩種：一種是以1m3混凝土中各組成材料的質(zhì)量表示，如某配合比為水泥240kg、水180kg、砂630kg、石子1280kg、礦物摻和料160kg，該混凝土1m3總質(zhì)量為2490kg；另一種是以各組成材料的質(zhì)量比表示（以水泥質(zhì)量為1），將上例換算成質(zhì)量比可得，水泥∶砂∶石子∶礦物摻和料=1∶2.63∶5.33∶0.67，水灰比=0.75。1331.?混凝土配合比設(shè)計的基本要求

混凝土配合比設(shè)計必須滿足以下5項基本要求：（1）滿足施工規(guī)定所需的和易性要求。（2）滿足設(shè)計的強度要求。（3）滿足與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性要求。（4）滿足業(yè)主或施工單位期望的經(jīng)濟性要求。（5）滿足可持續(xù)發(fā)展所必需的生態(tài)性要求。1342.?混凝土配合比設(shè)計的三個參數(shù)混凝土配合比設(shè)計的實質(zhì)是確定膠凝材料、水、砂和石子這四種組成材料用量之間的三個比例關(guān)系：（1）水與膠凝材料之間的比例關(guān)系，常用水灰比表示。（2）砂與石子之間的比例關(guān)系，常用砂率表示。（3）膠凝材料與骨料之間的比例關(guān)系，常用單位用水量（1m3混凝土的用水量）表示。135二、混凝土配合比設(shè)計方法與步驟

在進行混凝土配合比設(shè)計前，應(yīng)先收集的基本資料有：對混凝土的強度等級、耐久性的要求，對混凝土拌合物工作性的要求，施工管理水平，原材料品種及其物理力學(xué)性質(zhì)，混凝土的部位、結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況、施工條件等。136

137

138當(dāng)沒有近期的同一品種、同一強度等級混凝土的強度資料時，其強度標準差

σ

可按下表取值。混凝土強度標準差

σ

值1392.?計算水膠比（W/B）混凝土強度等級小于C60時，水膠比應(yīng)按下式計算：式中，αa、αb——回歸系數(shù)，可參照下表采用；

fb——膠凝材料28天膠砂抗壓強度，可實測，MPa。140回歸系數(shù)αa和αb選用表141當(dāng)膠凝材料28天膠砂抗壓強度（fb）無實測值時，其值可按下式確定：fb=γfγsfce式中，γf、γs——粉煤灰影響系數(shù)和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)，按表選用；

fce——水泥28天膠砂抗壓強度，可實測，MPa。142粉煤灰影響系數(shù)（γf）和粒化高爐礦渣粉影響系數(shù)（γs）143fce值還可根據(jù)3天強度或快測強度推定28天強度關(guān)系式得出。當(dāng)無水泥28天抗壓強度實測值時，其值可按下式確定：fce=γcfce，g式中，γc——水泥強度等級值的富余系數(shù)（可按實際統(tǒng)計資料確定），當(dāng)缺乏實際統(tǒng)計資料時，可按下表選用；

fce，g——水泥強度等級值，MPa。水泥強度等級值的富余系數(shù)（γc）1443.?確定每立方米混凝土用水量（1）干硬性和塑性混凝土用水量的確定水膠比在0.40～0.80范圍內(nèi)時，根據(jù)粗骨料的品種、粒徑及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按下表選取。干硬性混凝土的用水量

kg/m3145塑性混凝土的用水量

kg/m3146（2）流動性和大流動性混凝土用水量的確定1）以上表中坍落度90mm的塑性混凝土的用水量為基礎(chǔ)，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg計算未摻外加劑時的混凝土用水量。當(dāng)坍落度增大至180mm以上時，隨坍落度的增加，用水量相應(yīng)減少。1472）摻外加劑時的混凝土用水量可按下式計算：mwa=mwo（1-β）式中，mwa——滿足實際坍落度要求的每立方米混凝土用水量，kg/m3；

mwo

——未摻外加劑時每立方米混凝土的用水量，kg/m3；

β

——外加劑的減水率，應(yīng)經(jīng)試驗確定，%。1484.?確定每立方米混凝土膠凝材料用量（mbo）根據(jù)已選定的混凝土用水量（mwo）和水灰比（W/B），可求出膠凝材料用量：每立方米混凝土礦物摻和料用量（mfo）的確定：mfo=mboβf式中，βf——礦物摻和料摻量百分比，應(yīng)通過試驗確定，%。149采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥時，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土中礦物摻和料最大摻量宜分別符合下表的規(guī)定?；A(chǔ)大體積混凝土中，粉煤灰、?；郀t礦渣粉和復(fù)合摻和料的最大摻量可增加5%。采用摻量大于30%的C類粉煤灰的混凝土應(yīng)以實際使用的水泥和粉煤灰摻量進行安定性檢驗。150鋼筋混凝土中礦物摻和料最大摻量151預(yù)應(yīng)力混凝土中礦物摻和料最大摻量152每立方米混凝土水泥用量（mco）的確定：mco=mbo-mfo為保證混凝土的耐久性，由以上計算得出的膠凝材料用量還要滿足有關(guān)規(guī)定中最小膠凝材料用量的要求，如果算得的膠凝材料用量少于規(guī)定的最小膠凝材料用量，則應(yīng)取規(guī)定的最小膠凝材料用量值。1535.?確定砂率砂率可以根據(jù)以砂填充石子空隙并稍有富余的原則確定。根據(jù)此原則可列出砂率計算公式如下：154式中，βs——砂率，%；

mso、mgo——每立方米混凝土中砂及石子用量，kg；

V′so、V′go——每立方米混凝土中砂及石子松散體積，其中V′so=V′goP′，m