混凝土基礎知識教程
第一節概述
第二節普通混凝土的組成材料
第三節道路與橋梁工程用石料的技術性質
第四節普通混凝土的技術性質
第五節混凝土外加劑
第六節混凝土的質量檢驗和評定
第七節普通混凝土的配合比設計
第八節高強高效能混凝土
第九節粉煤灰混凝土
第十節輕混凝土
第十一節特種混凝土
第十二節混凝土的施工質量控制
附錄：習題與複習思考題
第一節概述
一、混凝土的分類
混凝土是指用膠凝材料將粗細骨料膠結成整體的復合固體材料的總稱。混凝土的種類很多，分類方法也很多。
（一）按表觀密度分類
1. 重混凝土。表觀密度大於2600kg/m3的混凝土。常由重晶石和鐵礦石配製而成。
2. 普通混凝土。表觀密度為1950～2500kg/m3的水泥混凝土。主要以砂、石子和水泥配製而成，是土木工程中最常用的混凝土品種。
3. 輕混凝土。表觀密度小於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。
（二）按膠凝材料的品種分類
通常根據主要膠凝材料的品種，並以其名稱命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、矽酸鹽混凝土、瀝青混凝土、聚合物混凝土等等。有時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等。
（三）按使用功能和特性分類
按使用部位、功能和特性通常可分為：結構混凝土、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、幫浦送混凝土、自密實混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、高強混凝土、高效能混凝土等等。
二、普通混凝土
普通混凝土是指以水泥為膠凝材料，砂子和石子為骨料，經加水攪拌、澆築成型、凝結固化成具有一定強度的「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種。「混凝土」一詞通常可簡作「砼」。
（一）普通混凝土的主要優點
1. 原材料**豐富。混凝土中約70%以上的材料是砂石料，屬地方性材料，可就地取材，避免遠距離運輸，因而**低廉。
2. 施工方便。混凝土拌合物具有良好的流動性和可塑性，可根據工程需要澆築成各種形狀尺寸的構件及構築物。既可現場澆築成型，也可預製。
3. 效能可根據需要設計調整。通過調整各組成材料的品種和數量，特別是摻入不同外加劑和摻合料，可獲得不同施工和易性、強度、耐久性或具有特殊效能的混凝土，滿足工程上的不同要求。
4. 抗壓強度高。混凝土的抗壓強度一般在7.
5～60mpa之間。當摻入高效減水劑和摻合料時，強度可達100mpa以上。而且，混凝土與鋼筋具有良好的匹配性，澆築成鋼筋混凝土後，可以有效地改善抗拉強度低的缺陷，使混凝土能夠應用於各種結構部位。
5. 耐久性好。原材料選擇正確、配比合理、施工養護良好的混凝土具有優異的抗滲性、抗凍性和耐腐蝕性能，且對鋼筋有保護作用，可保持混凝土結構長期使用效能穩定。
（二）普通混凝土存在的主要缺點
1. 自重大。1m3混凝土重約2400kg，故結構物自重較大，導致地基處理費用增加。
2. 抗拉強度低，抗裂性差。混凝土的抗拉強度一般只有抗壓強度的1/10～1/20，易開裂。
3. 收縮變形大。水泥水化凝結硬化引起的自身收縮和乾燥收縮達500×10－6m/m以上，易產生混凝土收縮裂縫。
（三）普通混凝土的基本要求
1. 滿足便於攪拌、運輸和澆搗密實的施工和易性。
2. 滿足設計要求的強度等級。
3. 滿足工程所處環境條件所必需的耐久性。
4. 滿足上述三項要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，節約成本，即經濟合理性。
為了滿足上述四項基本要求，就必須研究原材料效能，研究影響混凝土和易性、強度、耐久性、變形效能的主要因素；研究配合比設計原理、混凝土質量波動規律以及相關的檢驗評定標準等等。這也是本章的重點和緊緊圍繞的中心。
第二節普通混凝土的組成材料
混凝土的效能在很大程度上取決於組成材料的效能。因此必須根據工程性質、設計要求和施工現場條件合理選擇原料的品種、質量和用量。要做到合理選擇原材料，則首先必須了解組成材料的性質、作用原理和質量要求。
一、水泥
（一）水泥品種的選擇
水泥品種的選擇主要根據工程結構特點、工程所處環境及施工條件確定。如高溫車間結構混凝土有耐熱要求，一般宜選用耐熱性好的礦渣水泥等等。詳見第三章水泥。
（二）水泥強度等級的選擇
水泥強度等級的選擇原則為：混凝土設計強度等級越高，則水泥強度等級也宜越高；設計強度等級低，則水泥強度等級也相應低。例如：
c40以下混凝土，一般選用強度等級42.5級；c45～c60混凝土一般選用52.5級，在採用高效減水劑等條件下也可選用42.
5級；大於c60的高強混凝土，一般宜選用52.5以上強度等級或純矽水泥；對於c15以下的混凝土，則可選擇強度等級為32.5級的水泥，並外摻粉煤灰等混合材料。
目標是保證混凝土中有足夠的漿體，既不過多，也不過少。因為膠凝材料用量過多（低強水泥配製高強度混凝土），一方面成本增加。另一方面，混凝土收縮增大，對耐久性不利。
水泥用量過少（高強水泥配製低強度混凝土），混凝土的粘聚性變差，不易獲得均勻密實的混凝土，嚴重影響混凝土的耐久性。
二、細骨料
公稱粒徑在0.15～5.0mm之間的骨料稱為細骨料，亦即砂。
常用的細骨料有河砂、海砂、山砂和機制砂（有時也稱為人工砂、加工砂）等。通常根據技術要求分為ⅰ類、ⅱ類和ⅲ類。ⅰ類用於強度等級大於c60的混凝土；ⅱ類用於c30～c60的混凝土；ⅲ類用於小於c30的混凝土。
海砂可用於配製素混凝土，但不能直接用於配製鋼筋混凝土，主要是氯離子含量高，容易導致鋼筋鏽蝕，如要使用，必須經過淡水沖洗，使有害成份含量減少到要求以下。山砂可以直接用於一般工程混凝土結構，當用於重要結構物時，必須通過堅固性試驗和鹼活性試驗。機制砂是指將卵石或岩石用機械破碎的方法，通過沖洗、過篩製成。
通常是在加工碎卵石或碎石時，將小於10mm的部分進一步加工而成。
細骨料的主要質量指標有：
1. 有害雜質含量。細骨料中的有害雜質主要包括兩方面：
①粘土和雲母。它們粘附於砂表面或夾雜其中，嚴重降低水泥與砂的粘結強度，從而降低混凝土的強度、抗滲性和抗凍性，增大混凝土的收縮。②有機質、硫化物及硫酸鹽。
它們對水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的效能。因此對有害雜質含量必須加以限制。《建築用砂》（gb/t14684-2001） 對有害物質含量的限值見表4-1。
《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》（jgj52）中對有害雜質含量也作了相應規定。其中雲母含量不得大於2%，輕物質含量和硫化物及硫酸鹽含量分別不得大於1%，含泥量及泥塊含量的限值為：當小於c30時分別不大於5%和1%，當大於等於c30時，分別不大於3%和1%。
此外，由於氯離子對鋼筋有嚴重的腐蝕作用，當採用海砂配製鋼筋混凝土時，海砂中氯離子含量要求小於0.06%（以乾砂重計）；對預應力混凝土不宜採用海砂，若必須使用海砂時，需經淡水沖洗至氯離子含量小於0.02%。
用海砂配製素混凝土，氯離子含量不予限制。
2. 顆粒形狀及表面特徵。河砂和海砂經水流沖刷，顆粒多為近似球狀，且表面少稜角、較光滑，配製的混凝土流動性往往比山砂或機制砂好，但與水泥的粘結性能相對較差；山砂和機制砂表面較粗糙，多稜角，故混凝土拌合物流動性相對較差，但與水泥的粘結性能較好。
水灰比相同時，山砂或機制砂配製的混凝土強度略高；而流動性相同時，因山砂和機制砂用水量較大，故混凝土強度相近。
3. 堅固性。砂是由天然岩石經自然風化作用而成，機制砂也會含大量風化岩體，在凍融或乾濕迴圈作用下有可能繼續風化，因此對某些重要工程或特殊環境下工作的混凝土用砂，應做堅固性檢驗。
如嚴寒地區室外工程，並處於溼潮或乾濕交替狀態下的混凝土，有腐蝕介質存在或處於水位公升降區的混凝土等等。堅固性根據gb/t14684規定，採用硫酸鈉溶液浸泡→烘乾→浸泡迴圈試驗法檢驗。測定5個迴圈後的重量損失率。
指標應符合表4-2的要求。
4. 粗細程度與顆粒級配。砂的粗細程度是指不同粒徑的砂粒混合體平均粒徑大小。
通常用細度模數（mx）表示，其值並不等於平均粒徑，但能較準確反映砂的粗細程度。細度模數mx越大，表示砂越粗，單位重量總表面積（或比表面積）越小；mx越小，則砂比表面積越大。
砂的顆粒級配是指不同粒徑的砂粒搭配比例。良好的級配指粗顆粒的空隙恰好由中顆粒填充，中顆粒的空隙恰好由細顆粒填充，如此逐級填充（如圖4-1所示）使砂形成最密緻的堆積狀態，空隙率達到最小值，堆積密度達最大值。這樣可達到節約水泥，提高混凝土綜合性能的目標。
因此，砂顆粒級配反映空隙率大小。
圖4-1 砂顆粒級配示意圖
（1）細度模數和顆粒級配的測定。砂的粗細程度和顆粒級配用篩分析方法測定，用細度模數表示粗細，用級配區表示砂的級配。根據《建築用砂》（gb/t14684－2001），篩分析是用一套孔徑為4.
75，2.36，1.18，0.
600，0.300，0.150mm的標準篩，將500克乾砂由粗到細依次過篩（詳見試驗），稱量各篩上的篩餘量（g），計算各篩上的分計篩餘率（%），再計算累計篩餘率（%）。
和的計算關係見表4-3。（jgj52採用的篩孔尺寸為5.00、2.
50、1.25、0.630、0.
315及0.160mm。其測試和計算方法均相同，目前混凝土行業普遍採用該標準。）
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