建筑材料-水泥溷凝土.ppt

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1、建筑材料,水泥混凝土（砂浆）,5,6,4,2,通过本章的学习：掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用。熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。熟练掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性及其影响因素。熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法。了解砌筑砂浆的和易性的概念和表示方法,掌握其配比设计方法。了解抹面砂浆的特点。,教学目标,6.1 概 述,6.2 混凝土拌和物的和易性,6.3 硬化混凝土的强度,6.4 混凝土的耐久性,6.5 混凝土外加剂,6.6 混凝土的掺合料（外掺料）,6.7 普通混凝土配合比设计,6.8 其他混凝土,6.9 砂浆,6.10 水泥混凝土检测,6,7,8,9,1

2、0,本章内容,6.1 概 述,6.1.1 混凝土的定义及分类 混凝土是以胶凝材料、水和骨料按适当比例配合拌制成拌和物，经硬化后得到的人工石材。以水泥为胶凝材料、砂石为骨料的混凝土称为水泥混凝土，在建筑工程中最为常用。,6.1.1.1 按胶凝材料分类（1）无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土等；（2）有机胶凝材料混凝土,如沥青砼、聚合物砼等。6.1.1.2 按体积密度分类（1）重混凝土干表观密度大于2800kg/m3，采用特别密实和特别重的骨料（如重晶石、铁矿石、钢屑等）配制而成的。常用于防辐射工程或耐磨结构，也可用于工程配重；（2）普通混凝土干表观密度为20002800k

3、g/m3，是以天然的砂、石作骨料配制而成，在建筑工程中最常用，常用于房屋及桥梁的承重结构、道路路面、水工建筑物的堤坝等。（3）轻混凝土干表观密度小于2000kg/m3，是用较轻和多孔的骨料（如浮石、煤渣等）制成。常用作绝热、隔声或承重材料。,港工混凝土,水工混凝土,耐碱混凝土,耐酸混凝土,耐热混凝土,防水混凝土,二、混凝土的特性,混凝土的组成材料及各组成材料的作用 水泥混凝土是由水泥、砂、石、水四种材料组成的，有时为改善其性能，常加入适量的外加剂和外掺料。水泥浆：包裹作用、填充作用、润滑作用、胶结作用砂石骨料：起骨架作用，砂子填充石子的空隙，砂、石构成的坚硬骨架可抑制由于水泥浆硬化和水泥石干燥

4、而产生的收缩。,6.1.4 工程中对混凝土的基本要求1.混凝土拌和物应具有一定的和易性，便于施工浇筑、振捣密实，保证混凝土的均匀整体性。2.混凝土经养护至规定龄期，应达到设计所要求的强度。3.硬化后的混凝土应具有相应于所处环境的耐久性。4.在保证混凝土质量的前提下，各项材料的组成应经济合理，尽量节约水泥，降低造价。5.大体积混凝土，为防止温度裂缝，应满足低热性要求,6.2 混凝土拌和物的和易性,混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌和物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇筑质量；混凝土拌和物凝结硬化以后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计荷载；并应具有与所处环境相

5、适应的耐久性。6.2.1 和易性的概念 和易性是指混凝土拌和物易于各工序施工操作（搅拌、运输、浇筑、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合的技术指标，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的性能。（1）流动性 是指混凝土拌和物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。其大小直接影响施工时振捣的难易和成型的质量。,（2）粘聚性 是指混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。它反映了混凝土拌和物保持整体均匀性的能力。（3）保水性 是指混凝土拌和物在施工过程中，保持水分不易析出、不致产生严重泌水现象的能力。有

6、泌水现象的混凝土拌和物，分泌出来的水分易形成透水的开口连通孔隙，影响混凝土的密实性而降低混凝土的质量。混凝土拌和物的流动性、粘聚性和保水性之间是互相联系又互相矛盾的。如粘聚性好，则保水性往往也好，但流动性可能较差；当增大流动性时，粘聚性和保水性往往较差。因此，所谓拌和物的和易性良好，就是要使这三方面的性能，在某种具体条件下得到统一，达到均为良好的状况。,6.2.2 和易性的测定及指标选择6.2.2.1 测定 目前，尚没有能够全面反映混凝土拌和物和易性的测定方法。在工地和试验室，通常是测定拌和物的流动性，同时辅以直观经验评定粘聚性和保水性。对塑性和流动性混凝土拌和物，用坍落度测定，对干硬性混凝土

7、拌和物，用维勃稠度测定。（1）坍落度 在测量坍落度的同时，通过目测可检查拌和物的粘聚性和保水情况，评定其可塑性与稳定性，以便较全面地评定塑性混凝土拌和物的和易性。坍落度测定方法是将被测的混凝土拌和物按规定方法装入高为300mm的标准截圆锥筒（称坍落筒）内，分层插实，装满刮平，垂直向上提起坍落筒，拌和物因自重而下落，其下落的距离，以mm计（精确至5mm），即为该拌和物的坍落度，以T表示。,粘聚性的检查方法是用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打。如果锥体逐渐下沉，则表示粘聚性良好，如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象，则表示粘聚性不好。保水性以混凝土拌和物中稀浆析出的程度来评定，坍落筒提起后如有

8、较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而骨料外露，则表明此混凝土拌和物的保水性能不好。如坍落筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示此混凝土拌和物保水性良好。坍落度愈大，混凝土拌和物流动性愈大。据坍落度的大小，可将混凝土拌和物分为：低塑性混凝土（1040mm），塑性混凝土（5090mm），流动性混凝土（100150mm），大流动性混凝土（160190mm），流态混凝土（200220mm）等5种级别。,（2）维勃稠度（V.B稠度值）对于干硬或较干稠的混凝土拌和物（坍落度小于10mm），坍落度试验测不出拌和物稠度变化情况，宜用维勃稠度测定其流动性，以维勃稠度值时间秒数（s）作为拌和物

9、的稠度值。维勃稠度值越大，混凝土拌和物越干稠。维勃稠度测定仪（简称维勃计）是瑞士V勃纳（Bahrner）提出的测定混凝土混合料的一种方法，国际标准化协会予以推荐，我国定为测定混凝土拌和物干硬性的试验方法。这种测定方法适用于骨料不大于40mm、维勃稠度在530s之间的拌和物稠度的测定。,将坍落筒置于容器之内，并固定在规定的振动台上。先在坍落筒内填满混凝土，抽出坍落筒。然后，将附有滑杆的透明圆板放在混凝土顶部，开动马达振动至圆板的全部面积与混凝土接触时为止。测定所经过的时间秒数（s）作为拌合物的稠度值，称为维勃稠度值。维勃稠度值越大 混凝土拌合物越干稠。这种测定方法适用于骨料不大于40mm、维勃稠

10、度在5-30s之间的拌合物稠度的测定。混凝土按维勃稠度值大小可分四个等级：超干硬性（V31s）；特干硬性（V=3021s）；干硬性（V=2011s）；半干硬性（V=105s）。,6.2.2.2 流动性（坍落度）的选择 正确选择混凝土拌和物的坍落度，对于保证混凝土质量及节约水泥有着重要意义。坍落度的选择要根据结构类型、构件截面大小、钢筋疏密、输送方式和施工捣实方法等因素来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。,表6.1 水工混凝土在浇筑地点的坍落度（使用振捣器）(SL/T191-1996

11、),注 表中系指采用机械振捣的坍落度，采用人工振捣时可适当增大。有温控要求或低温季节浇筑混凝土时，混凝土的坍落度可根据具体情况酌量增减。,表6.2 混凝土浇筑时的坍落度(GB50204),注 表中系指采用机械振捣的坍落度，采用人工振捣时可适当增大。当需要配制大坍落度的混凝土拌和物时，则要掺用外加剂（减水剂）。,水泥浆的含量,水灰比,砂率,施工方面,原材料品质及性质,6.2.3 影响和易性的主要因素,6.2.3.1 水泥浆的数量 在混凝土拌合物中，水泥浆包裹骨料表面，填充骨料空隙，使骨料润滑，提高混合料的流动性；在水灰比不变的情况下，单位体积混合物内，随水泥浆的增多，混合物的流动性增大。若水泥浆

12、过多，超过骨料表面的包裹限度，就会出现流浆现象，这既浪费水泥又降低混凝土的性能；若水泥浆过少，达不到包裹骨料表面和填充空隙的目的，使粘聚性变差，流动性低，不仅产生崩塌现象，还会使混凝土的强度和耐久性降低。混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜。,6.2.3.2 水泥浆的稠度 水泥浆的稀稠，取决于水灰比的大小。水灰比小，水泥浆稠，拌合物流动性就小，混凝土拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象。水泥浆的数量和稠度取决于用水量和水灰比。实际上用水量是影响混凝土流动性最大的因素。当用水量一定时，水泥用量适当变化（增减501003）时，基本

13、上不影响混凝土拌合物的流动性，即流动性基本上保持不变。由此可知，在用水量相同的情况下，采用不同的水灰比可配制出流动性相同而强度不同的混凝土。,6.2.3.3 砂率 砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总用量的百分率。在混合料中，砂是用来填充石子的空隙。在水泥浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大，混凝土混合物就显得干稠，流动性小。如要保持一定的流动性，则要多加水泥浆，耗费水泥。若砂率过小，砂浆量不足，不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用，也会降低混合物的流动性，同时会使粘聚性、保水性变差，使混凝土混合物显得粗涩，粗骨料离析，水泥浆流失，甚至出现溃散现象。因此，砂率既

14、不能过大，也不能过小，应通过试验找出最佳（合理）砂率。,图6.1 砂率与坍落度及水泥用量的关系曲线（a）砂率与坍落度的关系曲线；（b）砂率与水泥用量的关系曲线,6.2.3.4 原材料品种及性质 水泥的品种、颗粒细度，骨料的颗粒形状、表面特征、级配，外加剂等对混凝土拌和物和易性都有影响。采用矿渣水泥拌制的混凝土流动性比普通水泥拌制的混凝土流动性小，且保水性差；水泥颗粒越细，混凝土流动性越小，但粘聚性及保水性较好。卵石拌制的混凝土拌和物比碎石拌制的流动性好；河砂拌制的混凝土流动性好；级配好的骨料，混凝土拌和物的流动性也好。加入减水剂和引气剂可明显提高拌和物的流动性；引气剂能有效地改善拌和物的保水性

15、和粘聚性。,6.2.3.5 施工方面 混凝土拌制后，随时间的延长和水分的减少而逐渐变得干稠，流动性减小。施工中环境的温度、湿度变化，搅拌时间及运输距离的长短，称料设备、搅拌设备及振捣设备的性能等都会对混凝土和易性产生影响。因此施工中为保证一定的和易性，必须注意环境温度的变化，采用相应的措施。在实际施工中，可采用如下措施调整混凝土拌和物的和易性：（1）通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率；（2）改善砂、石（特别是石子）的级配；（3）在可能条件下，尽量采用较粗的砂、石；（4）当混凝土拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石；（5）

16、有条件时尽量掺用外加剂（减水剂、引气剂等）。,振捣方法对混凝土强度的影响,6.3 硬化混凝土的强度,6.3.1 混凝土的抗压强度（1）混凝土的立方体抗压强度与强度等级 按照国家标准GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准，制作边长为150mm的立方体试件，在标准养护（温度（20+2）、相对湿度95%以上）条件下，养护至28天龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度，称为混凝土标准立方体抗压强度，以fcu表示。按照国家标准GB50010-2002混凝土结构设计规的规定，在立方体极限抗压强度总体分布中，具有95%强度保证率的立方体试件抗压强度，称为混凝土立方体抗压强度标准值（以MP

17、a即N/mm2 计），以fcu，k表示。立方体抗压强度标准值是按数据统计处理方法达到规定保证率的某一数值，它不同于立方体试件抗压强度。,边长为100mm的立方体试件,边长为200mm的立方体试件,边长为150mm的立方体件,换算系数为0.95,换算系数为1.05,换算系数为1.0,混凝土强度等级是按混凝土立方体抗压强度标准值来划分的，采用符号C和立方体抗压强度标准值表示，可分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80共16个强度等级。例如，强度等级为C25的混凝土，是指25MPafcu，k30MPa的混凝土

18、。钢筋混凝土、预应力混凝土结构的混凝土强度等级分别不低于C15和C30。（2）混凝土棱柱体抗压强度 按棱柱体抗压强度的标准试验方法，制成边长为150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，在标准养护28天的条件下，测其抗压强度，即为棱柱体抗压强度（fck）。通过试验分析，fck0.67fcu，k。,抗压试验,轴心抗压强度试验示意图,6.3.2 混凝土的抗拉强度 混凝土在直接受拉时,很小的变形就会开裂,它在断裂前没有残余变形，是一种脆性破坏。混凝土的抗拉强度一般为抗压强度的1/101/20。我国采用立方体（国际上多用圆柱体）的劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度，称为劈裂抗拉强度，劈裂抗拉强

19、度 与抗压强度之间的关系可近似地表示为=0.23fcu,k2/3。抗拉强度对于开裂现象有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。对于某些工程（如混凝土路面、水槽、拱坝），在对混凝土提出抗压强度要求的同时，还应提出抗拉强度要求。,6.3.3 影响混凝土强度的因素 6.3.3.1 水泥强度等级和水灰比 水泥是混凝土中的活性组分，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，配制的混凝土强度也越高。当用同一种水泥（品种及强度等级相同）时，混凝土的强度主要取决于水灰比。水灰比愈大，混凝土强度愈低，这是因为水泥水化时所需的化学结合水，一般只占水

20、泥质量的23%左右，但在实际拌制混凝土时，为了获得必要的流动性，常需要加入较多的水（占水泥质量的40%70%）。多余的水分残留在混凝土中形成水泡，蒸发后形成气孔，使混凝土密实度降低，强度下降。水灰比大，则水泥浆稀，硬化后的水泥石与骨料粘结力差，混凝土的强度也愈低。但是，如果水灰比过小，拌和物过于干硬，在一定的捣实成型条件下，无法保证浇筑质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，强度也将下降。试验证明，混凝土强度，随水灰比的增大而降低，呈曲线关系，而混凝土强度和灰水比的关系，则呈直线关系（图6.2）,图6.2 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系(a)强度与水灰比的关系；(b)强度与灰水比的关系,应用数

21、理统计方法，水泥的强度、水灰比、混凝土强度之间的线性关系可用公式（6.1）即强度公式表示：fcu=afce(C/W-b)（6.1）式中 fcu28d混凝土立方体抗压强度，MPa；fce28d水泥抗压强度实测值，MPa；a、b回归系数，与骨料品种、水泥品种等因素有关；C/W灰水比。一般水泥厂为了保证水泥的出厂强度等级，其实际强度往往比其强度等级要高。当无法取得水泥28d抗压强度实测值时，可用公式（6.2）估算：fce=cfce，g（6.2）式中 fce，g水泥强度等级值，MPa；c水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定。fce 值也可根据3d强度或快测强度推定28d强度关系式推定得出。,

22、强度公式适用于流动性混凝土和低流动性混凝土，不适用于干硬性混凝土。对流动性混凝土而言，只有在原材料相同、工艺措施相同的条件下a、b才可视为常数。因此必须结合工地的具体条件，如施工方法及材料的质量等，进行不同水灰比的混凝土强度试验，求出符合当地实际情况的a、b系数来，这样既能保证混凝土的质量，又能取得较高的经济效果。若无试验条件，可按普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）提供的经验数值：采用碎石时，a=0.46,b=0.07；采用卵石时,a=0.48,b=0.33。强度公式可解决两个问题：一是混凝土配合比设计时，估算应采用的W/C值；二是混凝土质量控制过程中，估算混凝土28d可以达到的

23、抗压强度。,6.3.3.2 骨料的种类与级配 骨料中有害杂质过多且品质低劣时，将降低混凝土的强度。骨料表面粗糙，则与水泥石粘结力较大，混凝土强度高。骨料级配良好、砂率适当，能组成密实的骨架，混凝土强度也较高。6.3.3.3 混凝土外加剂与掺和料 在混凝土中掺入早强剂可提高混凝土早期强度；掺入减水剂可提高混凝土强度；掺入一些掺和料可配制高强度混凝土。详细内容见混凝土外加剂及掺和料部分。,6.3.3.4 养护温度和湿度,抗压强度,养护温度对混凝土强度的影响,湿度的影响,混凝土结构工程施工质量验收规范(GB 502042002)规定，在混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖并保湿养护。,6.3.3.

24、5 硬化龄期 混凝土在正常养护条件下，其强度将随着龄期的增长而增长。最初714d内，强度增长较快，28d达到设计强度。以后增长缓慢，但若保持足够的温度和湿度，强度的增长将延续几十年。普通水泥制成的混凝土，在标准条件下，混凝土强度的发展大致与其龄期的对数成正比关系（龄期不小于3d），如公式（6.3）所示：（6.3）,式中 fnn（n3）天龄期混凝土的抗压强度，MPa；f2828天龄期混凝土的抗压强度，MPa；lgn、lg28n和28的常用对数。根据上述经验公式可由已知龄期的混凝土强度，估算其它龄期的强度。,6.3.3.6 施工工艺 混凝土的施工工艺包括配料、拌和、运输、浇筑、养护等工序，每一道工

25、序对其质量都有影响。若配料不准确，误差过大（例如：水泥品种的选择，砂子的级配和含水率的大小，石子的级配，外加剂的选用等）；搅拌不均匀（混凝土搅拌要按配合比严格计量，要求车车过磅；装料顺序：石子水泥砂子；如有添加剂时，应与水泥一并加入；为使混凝土搅拌均匀，搅拌时间不得少于90秒钟，当冬季施工或加有添加剂时，应延长30秒钟。）；拌和物运输过程中产生离析（混凝土自搅拌机卸出后应及时运送到浇筑地点）；振捣不密实（1）全面分层法（2）分段分层法（3）斜面分层法）；养护不充分等均会降低混凝土强度（保湿法，即在混凝土浇筑成型后，用蓄水、洒水或喷水养生；保温法是在混凝土成型后，覆盖塑料薄膜和保温材料养护或采用

26、薄膜养生液养护。）。因此，在施工过程中，一定要严格遵守施工规范，确保混凝土的强度。,6.3.3.7 试验条件对混凝土强度的影响(1)试件尺寸 相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。选用边长为100mm的立方体试件，换算系数为0.95；边长为150mm的立方体试件，换算系数为1.00；边长为200mm的立方体试件，换算系数为1.05。(2)试件的形状 当试件受压面积(aa)相同，高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。(3)表面状态 试件表面有、无润滑剂，其对应的破坏形式不一，所测强度值大小不同,当试件受压面上有油脂类润滑剂时，试件受压时的环箍效应大大减小，试件将出现直裂破坏，

27、测出的强度值也较低。(4)加荷速度 加荷速度越快，材料变形的增长落后于荷载的增加，测得的强度值越大。国标规定，混凝土抗压强度的加荷速度为0.308MPa，且应连续均匀地进行加荷。,6.4 混凝土的耐久性,硬化后的混凝土除了具有设计要求的强度外，还应具有与所处环境相适应的耐久性，如抗渗性、抗冻性、抗磨性、抗侵蚀性等。6.4.1 混凝土的抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗压力水、油等液体渗透的性能。混凝土的抗渗性主要与其密实度及内部孔隙的大小和构造有关。混凝土的抗渗性用抗渗等级（P）表示，即以28d龄期的标准试件，按标准试验方法进行试验时所能承受的最大水压力（MPa）来确定。混凝土的抗渗等级可划分为P2

28、、P4，P6，P8，P10，P12等6个等级，相应表示混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa。提高混凝土抗渗性能的措施有：提高混凝土的密实度，改善孔隙构造，减少渗水通道；减小水灰比；掺加引气剂；选用适当品种的水泥；注意振捣密实、养护充分等。,表6.3 混凝土抗渗等级最小允许值,注：表中H 为水头，i为最大水力梯度。水力梯度系指水头与该处结构厚度的比值。当建筑物的表层设有专门可靠的防水层时，表中规定的抗渗等级 可适当降低。承受侵蚀作用的建筑物，其抗渗等级不得低于P4。埋置在地基中的混凝土及钢筋混凝土结构构件（如基础

29、防渗墙等），可根据防渗要求参照表中第三项的规定选择其抗渗等级。对背水面能自由渗水的混凝土及钢筋混凝土结构构件，当水头小于10 m时，抗渗等级可根据表中第三项降低一级。对严寒、寒冷地区且水力梯度较大的结构，其抗渗等级应按表中的规定提高1个等级。,6.4.2 混凝土的抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下能经受多次冻融循环而不破坏，同时强度也不严重降低的性能。混凝土受冻后，混凝土中水分受冻结冰，体积膨胀，当膨胀力超过其抗拉强度时，混凝土将产生微细裂缝，反复冻融使裂缝不断扩展，混凝土强度降低甚至破坏，影响建筑物的安全。混凝土的抗冻性以抗冻等级（F）表示。抗冻等级按28d龄期的试件用快冻试验方

30、法测定，分为F50，F100，F150，F200，F300，F400等六个等级，相应表示混凝土抗冻性试验能经受50，100，150，200，300，400次的冻融循环。影响混凝土抗冻性能的因素主要有水泥品种、强度等级、水灰比、骨料的品质等。提高混凝土抗冻性的最主要的措施是：提高混凝土密实度；减小水灰比；掺加外加剂；严格控制施工质量，注意捣实，加强养护等。,注：气候分区划分标准为：严寒：最冷月平均气温低于-100C；寒冷：最冷月平均气温高于-100C，但低于-30C；温和：最冷月平均气温高于-30C；冬季水位变化区是指运行期可能遇到的冬季最低水位以下0。51m至冬季最高水位以上1m（阳面）、2m

31、（阴面）、4 m（水电站尾水区）的部位；阳面指冬季大多为晴天，平均每天有4小时阳光照射，不受山体或建筑物遮挡的表面，否则均按阴面考虑；最冷月平均气温低于-250C地区的混凝土抗冻等级应根据具体情况研究确定；在无抗冻要求的地区，混凝土抗冻等级也不宜低于F50。,表6.4 混凝土抗冻等级,6.4.3 混凝土的抗侵蚀性 混凝土在外界侵蚀性介质（软水，含酸、盐水等）作用下，结构受到破坏、强度降低的现象称为混凝土的侵蚀。混凝土侵蚀的原因主要是外界侵蚀性介质对水泥石中的某些成分（氢氧化钙、水化铝酸钙等）产生破坏作用所致。详见水泥一章中有关内容。6.4.4 混凝土的抗磨性及抗气蚀性 磨损冲击与气蚀破坏，是水

32、工建筑物常见的病害之一。当高速水流中挟带砂、石等磨损介质时，这种现象更为严重。因此，水利工程要有较高的抗磨性及抗气蚀性。提高混凝土抗侵蚀性的主要途径是：选用坚硬耐磨的骨料，选C3S含量较多的高强度硅酸盐水泥，掺入适量的硅粉和高效减水剂以及适量的钢纤维；采用C50以上的混凝土；骨料最大粒径不大于20mm；改善建筑物的体型；控制和处理建筑物表面的不平整度等。,6.4.5 混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是空气中二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。在硬化混凝土的孔隙中，充满了饱和氢氧化钙溶液，使钢筋表面产生一层难溶的三氧化二铁和四氧化

33、三铁薄膜，它能防止钢筋锈蚀。碳化引起水泥石化学组成发生变化，使混凝土碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，导致钢筋锈蚀；碳化还将显著增加混凝土的收缩，降低混凝土抗拉、抗弯强度。但碳化可使混凝土的抗压强度增大。其原因是碳化放出的水分有助于水泥的水化作用，而且碳酸钙减少了水泥石内部的孔隙。提高混凝土抗碳化能力的措施有：减小水灰比；掺入减水剂或引气剂；保证混凝土保护层的厚度及质量；充分湿养护等。,6.4.6 混凝土的碱骨料反应 混凝土的碱骨料反应，是指水泥中的碱（Na2O和K2O）与骨料中的活性SiO2发生反应，使混凝土发生不均匀膨胀，造成裂缝、强度下降等不良现象，从而威胁建筑物安全。常见的有碱氧化硅反

34、应、碱硅酸盐反应、碱碳酸盐反应三种类型。防止碱骨料反应的措施有：采用低碱水泥（Na2O小于0.6%）并限制混凝土总碱量不超过2.03.0kg/m3；掺入活性混合料；掺用引气剂和不用含活性SiO2的骨料；保证混凝土密实性和重视建筑物排水，避免混凝土表面积水和接缝存水。,严寒环境中的混凝土,应掺用引气剂,严格控制原材料的质量,掺用加气剂或减水剂,合理选择水泥品种,控制混凝土的水灰比及水泥用量,严格控制施工质量,提高混凝土耐久性的措施,提高混凝土 耐久性的措施,注 结构类型为薄壁或薄腹构件时，最大水灰比宜适当减小；处于三、四类环境条件又受冻严重或受冲刷严重的结构，最大水灰比应按照水工建筑物抗冰冻设计

35、规范的规定执行；承受水力梯度较大的结构，最大水灰比宜适当减小；当掺加有效外加剂及高效掺合料时，最小水泥用量可适当减小。,表6.5 水工混凝土最大水灰比,注：当活性掺合料取代部分水时,表中的最大水灰比及最小水泥量即为代替前的水灰比和水泥用量；配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。,表6.6 混凝土的最大水灰比及最小水泥用量（JGJ55-2000）,6.5 混凝土外加剂,在混凝土中掺适量外加剂可提高混凝土强度、改善混凝土各种性能，而且对减少用水量、节约水泥有着十分显著的效果。混凝土外加剂是在拌制混凝土、水泥净浆过程中掺入，用以改善混凝土性能的化学物质。掺量不大于水泥质量的5%（特殊情况

36、除外）。根据国家标准GB8075-1987混凝土外加剂的分类、命名与定义，混凝土外加剂按其主要功能可分为四类：（1）改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂和速凝剂。（3）改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其他性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。,外加剂的名称，其各自定义如下：1 普通减水剂：在混凝土塌落度基本相同条件 下，能减少拌合用水量的外加剂；2 早强剂：加速混凝土早期强度发展的外加剂；3 缓凝剂：延长混凝土凝结时间的外加剂；4 引气剂：在搅拌混凝土过程能引

37、入大量均匀分布，稳定而封闭的的微小气泡的外加剂；5 高效减水剂：在混凝土塌落基本相同条件下，能大幅度减少拌合物用水量的外加剂；6 早强减水剂：兼有早强和减水功能的减水剂；7 缓凝减水剂：兼有缓凝和减水功能的减水剂；8 引气减水剂：兼有引气和减水功能的外加剂；,9 防水剂：能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂；10 阻锈剂：能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂；11 加气剂：混凝土制备过程中因发生化学反应放出气体，能使混凝土形成大量气孔的外加剂；12 膨胀剂：能使混凝土体积产生一定膨胀的外加剂；13 防冻剂：能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂；14

38、着色剂：能制备具有稳定色彩混凝土的外加剂；15 速凝剂：能使混凝土迅速硬化的外加剂；16 泵送剂：能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。,6.5.1 减水剂6.5.1.1 减水剂的种类（1）按照不同减水效果分类普通减水剂：在保持混凝土稠度不变的条件下，具有一般减水增强作用的外加剂，减水率在5%以上。高效减水剂：在保持混凝土稠度不变的条件下，具有大幅度减水增强作用的外加剂，减水率在12%以上。早强减水剂：兼有早强和减水作用的外加剂。缓凝减水剂：兼有缓凝和减水作用的外加剂。引气减水剂：兼有引气和减水作用的外加剂。,各种减水剂尽管成分不同，但均为表面活性剂，所以其减水作用机理相似。表面活性剂是具有显著

39、改变(通常为降低)液体表面张力或二相间界面张力的物质，其分子由亲水基团和憎水基团二个部分组成。表面活性剂加入水溶液中后，其分子中的亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、固体或非极性液体并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面张力和二相间的界面张力。在液体中显示出表面活性作用。当水泥浆体中加入减水剂后，减水剂分子中的憎水基团定向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，在水泥颗粒表面形成单分子或多分子吸附膜，在电斥力作用下，使原来水泥加水后由于水泥颗粒间分子凝聚力等多种因素而形成的絮凝结构打开，把被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，这就是由减水剂分子吸附产生的分散作用。,水泥加水后，水泥颗粒被水湿

40、润，湿润愈好，在具有同样工作性能的情况下所需的拌和水量也就愈少，且水泥水化速度亦加快。当有表面活性剂存在时，降低了水的表面张力和水与水泥颗粒间的界面张力，这就使水泥颗粒易于湿润、利于水化。同时，减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面的溶剂化层增厚，增加了水泥颗粒间的滑动能力，又起了润滑作用图(a)、(b)。若是引气型减水剂，则润滑作用更为明显。,6.5.1.3 减水剂的技术经济效果 在不同的使用条件下，混凝土中加入减水剂后，可获得以下效果：（1）在用水量不变时，可提高混凝土拌和物的流动性，坍落度可增大1020cm。（2）保持混凝土的和易性不变，水泥用量不变，可减水

41、10%15%，混凝土强度可提高15%20%。（3）保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%15%。（4）水泥水化放热速度减慢，热峰出现推迟。（5）混凝土泌水、离析现象得到很大改善；混凝土透水性可降低40%80%，提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀等能力。（6）可配制特种混凝土，比采用特种水泥更为经济、简便和灵活。,6.5.2 早强剂及早强减水剂早强剂是能提高混凝土早期强度并对后期强度无显著影响的外加剂，与减水剂复合兼有减水作用的为早强减水剂。早强剂的作用机理 各类早强剂的早强作用机理不尽相同。(1)氯盐类 氯盐的掺入能增加水泥矿物的溶解度，加速水泥矿物的水化速度。例如CaCl2能与C3A作用生成几乎

42、不溶于水和CaCl2溶液的水化氯铝酸钙，CaCl2又能与水化产物Ca(OH)2反应，形成溶解度极小的氧氯化钙(CaCl23 Ca(OH)212H2O和CaCl2Ca(OH)2H2O)，使水泥浆中Ca(OH)2浓度降低，这就有利于C3S的水化反应的进行。水化氯铝酸钙和氧氯化钙固相的早期析出，加速水泥浆体结构的形成，利于早期强度的发展,(2)硫酸盐类 以硫酸钠为例，硫酸钠掺入后能发生如下反应：Na2S04+Ca(OH)2+2H2OCaSO2H2O+2NaOH反应中所生成的硫酸钙具有高度分散性，且分布均匀，这种硫酸钙极易与C3A反应，迅速形成水化硫铝酸钙晶体。同时上述反应的发生也能加快C3S的水化。

43、这就大大加快了混凝土的硬化速度，利于早期强度的发展。(3)有机胺类 以三乙醇胺为例，三乙醇胺是一种较好的络合剂，在水泥水化的碱性溶液中能与Fe3和AL3等离子形成比较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的络盐，因此三乙醇胺对水泥水化有较好的催化作用。同时随着体系中固相析出量的增加，水泥混凝土的早期强度提高。,早强剂的使用要点(1)氯盐类早强剂的掺入使混凝土中氯离子浓度增加，使钢筋与氯离子之间产生较大的电极电位，这就易使混凝土中钢筋锈蚀。因此，我国对氯盐的掺量都有限制。同时还规定在下列结构中不得掺用氯盐类早强剂：相对湿度大于80环境中使用的结构；处于水位升降部位、露天、经常受

44、水淋的结构；与镀锌钢材或铝铁相接触部位以及有外露预埋铁件而无防护措施的结构；与含有酸、碱或硫酸盐等侵蚀性介质相接触的结构；经常处于环境温度为60以上的结构；使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝配筋的结构；直接靠近直流电源或高压电源的结构；薄壁结构、预应力混凝土结构；含有活性骨料的混凝土结构等。为防止氯盐对钢筋的锈蚀，一般氯盐与阻锈剂(如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸盐、锰酸盐等氧化剂)复合使用，其中亚硝酸钠的阻锈效果最佳。,(2)硫酸盐对钢筋无锈蚀作用。硫酸钠的早强效果虽好，但若掺入量过多则会导致混凝土后期性能变差，且混凝土表面易析出”白霜”。影响外观与表面装饰，故对其掺量必须控制。此外，硫酸钠的掺入会提高混凝

45、土中碱含量，当混凝土中有活性骨料时，就会加速碱骨料反应，因此硫酸钠不得用于含有活性骨料的混凝土。同时，硫酸钠还不得用于下列结构：与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构；有外露钢筋预埋铁件而无防护措施的结构；使用直流电源的工厂及使用电气化运输设施的钢筋混凝土结构。(3)三乙醇胺对混凝土稍有缓凝作用，故必须严格控制掺量，掺量过多时会造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降。早强剂可加速混凝土硬化，缩短养护周期，加快施工进度，提高模板周转率。多用于冬季施工或紧急抢修工程。在实际应用中，早强剂单掺效果不如复合掺加。因此较多使用由多种组分配成的复合早强剂，尤其是早强剂与早强减水剂同时复合使用，其效果更好。,6.5.

46、3 缓凝剂及缓凝减水剂 我国使用最多的缓凝剂是糖钙、木钙，它具有缓凝及减水作用。其次有羟基羟酸及其盐类，为柠檬酸、酒石酸钾钠等。无机盐类为锌盐、硼酸盐。此外，还有胺盐及其衍生物、纤维素醚等。缓凝剂对水泥品种适应性十分明显，不同水泥品种缓凝效果不相同，甚至会出现相反效果。因此，使用前必须进行试拌，检测效果。缓凝剂一般掺量较少，使用时应严格控制掺量，过量掺入不仅会出现长时间不凝现象，有时还会出现速凝现象。缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送和滑模混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土，分层浇筑的混凝土，为防止出现冷缝，也常加入缓凝剂。缓凝剂不宜用于日最低气温5以下施工的混凝土，也不宜用于

47、有早强要求的混凝土和蒸养混凝土。,6.5.4 速凝剂 速凝剂加入混凝土后，其主要成分中的铝酸钠、碳酸钠在碱性溶液中迅速与水泥中的石膏反应形成硫酸钠，使石膏丧失其原有的缓凝作用，从而导致铝酸钙矿物迅速水化，并在溶液中析出其水化产物晶体。同时，速凝剂中的铝氧熟料、石灰、硫酸钙等组分又为形成溶解度很小的水化硫铝酸钙、次生石膏晶体提供有效组分，上述作用都能致使水泥混凝土迅速凝结。速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。在实际工程中为了提高旋工质量、节约材料、改善劳动条件，往往把速凝剂与减水剂复合使用。,6.5.5 引气剂及引气减水剂 引气剂是在搅

48、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。其主要作用有：(1)改善混凝土拌合物的和易性。引气剂的掺入使混凝土拌合物内形成大量微小的封闭球状气泡，这些微气泡如同滚珠一样，减少骨料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增加。若保持流动性不变，就可减少用水量。同时由于水分均匀分布在大量气泡的表面，这就使能自由移动的水量减少，混凝土拌合物的泌水量因此减少，而保水性、粘聚性相应随之提高。(2)降低混凝土的强度。由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。但引气剂有一定的减水作用(尤其象引气减水剂，减水作用更为显著)，水灰比的降低，使强度得到一定补偿。当水

49、灰比固定时，空气量每增加1体积时，混凝土的抗压强度要降低45，抗折强度降低23。因此，引气剂的掺量应严格控制，一般引气量以36为宜。此外，由于大量气泡的存在，使混凝土的弹性变形增大，弹性模量有所降低，这对提高混凝土的抗裂性是有利的。,(3)提高混凝土的抗渗性、抗冻性。引气剂使混凝土拌合物泌水性减小(一般泌水量可减少3040)。因此泌水通道的毛细管也相应减少。同时，大量封闭的微气泡的存在，堵塞或隔断了混凝土中毛细管渗水通道，改变了混凝土的孔结构，使混凝土抗渗性显著提高。气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高，耐久性也随之提高。引气剂的掺量

50、是根据混凝土含气量要求而定的，一般混凝土的含气量为3.5%7%；有冻融要求的混凝土，其含气量在5%7%。引气剂适用于抗冻、防渗、抗硫酸盐、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土以及对饰面有要求的混凝土等。,6.5.6 防冻剂 防冻剂是能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。我国常用的防冻剂是由多组分复合而成，其主要组分有防冻组分、减水组分、引气组分、早强组分等。防冻组分是复合防冻剂中的重要组分，按其成分可分为三类：氯盐类；氯盐阻锈类；无氯盐类。氯盐类防冻剂适用于无筋混凝土。氯盐防锈类防冻剂可用于钢筋混凝土。无氯盐类防冻剂，可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土，但硝酸盐、