1.3混凝土的性能和应用

一、混凝土组成材料的技术要求

（一）水泥强度等级的选择，应与混凝土的设计强度等级相适应。一般水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5-2.0倍为宜，对于高强混凝土可取0.9-1.5倍。用低强度水泥配制高强度等级混凝土时，会使水泥用量大，不经济且会影响混凝土的其他技术性质。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。

（二）细骨料，粒径在4.75mm以下的骨料，在普通混凝土中指的是砂。

1.颗粒级配及粗细程度：应选用级配良好的粗砂或中砂比较好

2.有害杂质和碱活性：重要工程应进行碱活性检验，已确定其适用性

3.坚固性：砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力，用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后其质量损伤应符号规定。

（三）粗骨料，粒径在5mm以上的骨料，在普通混凝土中常用碎石或卵石。

1.颗粒级配及最大粒径：骨料粒径增大时，其表面积减小，混凝土中的水泥用量也减少，在满足技术要求的前提下，粗骨料粒径尽量选择大一些。在钢筋混凝土结构工程中，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40mrn。对于采用泵送的混凝土，碎石的最大粒径应不大于输送管径的1 /3，卵石的最大粒径应不大于输送管径的1 /2.5。

2.强度和坚固性

强度可用岩石抗压强度和压碎值两种方法表示。当混凝土强度等级为C60以上时，应进行岩石抗压强度检验。用于制造粗骨料的岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。对经常性的生产质量控制可用压碎值来检验。坚固性试验同细骨料。

3.有害杂质和针、片状颗粒

除和细骨料相同外。粗骨料中针、片状颗粒过多，会使混凝土的和易性变差，强度降低，故粗骨料中针、片状颗粒含量应符合规定。

（四）水

拌合用水质检验项目包括pH值、不溶物、可溶物、CL-、SO2-4、碱含量。被检水样还应与饮用水进行水泥凝结时间和水泥胶砂强度对比试验。

养护用水质检验项目包括pH值、CL-、SO2-4、碱含量。

（五）外加剂

1.掺量一般不大于水泥质量的5%；

2.受检混凝土性能指标：强制性（抗压强度比、收缩率比、相对耐久性）、推荐性（减水率、泌水率比、含气量、凝结时间之差、1h经时变化量）

3.匀质性指标：CL-、总碱量、含水率、密度、细度、pH值和硫酸钠含量。

4.混凝土膨胀剂技术要求包括化学成分和物理性能。化学成分包括氧化镁含量不应大于5%，碱含量属于选择性指标。物理性能包括细度、凝结时间、抗压强度和限制膨胀率（强制性指标）。

（六）矿物掺合料

1.非活性（不与水泥组分起反应）：磨细石英砂、石灰石、硬矿渣

2.活性（本身不硬或硬化速度很慢，但能与水泥水化生产二氧化钙，生成具有胶凝能力的水化产物）：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉等。

二、混凝土的技术性能

（一）混凝土拌合物的和易性

和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌、运输、浇筑、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能，又称工作性。和易性是一项综合的技术性质，包括流动性、黏聚性和保水性三方面的含义。

1.流动性：混凝土拌合物在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能；用坍落度试验来测定；对坍落度小于10mm的干硬性混凝土拌合物，则用维勃稠度作为流动性指标，稠度值越大表示流动性越小。

2.黏聚性：混凝土拌合物的组成材料之间有一定的黏聚力，在施工过程中不致发生分层和离析现象的性能；

3.保水性：混凝土拌合物具有一定的保水能力，在施工过程中不至产生严重泌水现象的性能。

4.影响因素：单位体积用水量、砂率、组成材料的性质、时间和温度等。

5.单位体积用水量决定水泥浆的数量和稠度，它是影响混凝土和易性的最主要因素。砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。

（二）混凝土的强度

1.混凝土立方体抗压强度

制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20 ± 2 ℃，相对湿度95％以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度，以fcu“表示，单位为N/mm2或MPa。

2.混凝土立方体抗压标准强度（或称立方体抗压强度标准值）是指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中具有不低于95％保证率的抗压强度值，以fcu, k表示。共14个等级。C30即表示混凝土立方体抗压强度标准值30MPa ≤fcu, k<35MPa。是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。

3.混凝土的轴心抗压强度

制作150mm*150mm*300mm的棱柱体为标准试件。实验表明，在立方体强度fcu=10-55 MPa的范围内，轴心抗压强度fc= （0.70*0.80）fcu。在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度，更加符合工程实际。

4.混凝土的抗拉强度

只有抗压强度的1/20-1/10，且随着混凝土强度等级的提高，比值有所降低。

5.影响混凝土强度的因素：原材料及生产工艺

原材料方面的因素包括水泥强度与水胶比，骨料的种类、质量和数量，外加剂和掺合料。

生产工艺方面的因素包括搅拌与振捣，养护的温度和湿度，龄期。

（三）混凝土的变形性能：非荷载型变形和荷载型变形。

1.非荷载型变形指物理化学因素引起的变形，包括温度变形、干湿变形、碳化收缩、化学收缩等。

2.荷载作用下的变形又可分为在短期荷载作用下的变形和长期荷载作用下的徐变。

（四）混凝土的耐久性

1.抗渗性：直接影响到混凝土的抗冻性和抗侵蚀性；抗渗等级分P4、P6、P8、P10、P12、>P12共六个等级。主要与其密实度和内部孔隙的大小和构造有关。

2.抗冻性：分F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350、F400、> F400共九个等级；抗冻等级F50以上的混凝土简称抗冻混凝土。

3.抗侵蚀性，侵蚀介质包括软水、硫酸盐、镁盐、碳酸盐、一般酸、强碱、海水。

4.混凝土的碳化（中性化）：是环境中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水；碳化使混凝土的碱度降低，削弱混凝土对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀，碳化显著增加混凝土的收缩，使混凝土抗压强度增大，但可能产生细微裂缝，而使混凝土抗拉强度、抗折强度降低。

5.碱骨料反应：是指水泥中的碱性氧化物含量较高时，会与骨料中所含的活性二氧化硅发生化学反应，并在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，吸水后在混凝土的长期使用过程中会产生较大的体积膨胀，导致混凝土胀裂的现象。

三、混凝土外加剂的功能、种类与应用

（一）外加剂的分类：

1.改善混凝土拌合物流动性的外加剂。包括各种减水剂、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。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。

3.改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。

4.改善混凝土其他性能的外加剂。包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。

（二）使用范围

1.减水剂：混凝土中掺入减水剂，若不减少拌合用水量，能显著提高拌合物的流动性；当减水而不减少水泥时，可提高混凝土强度；若减水的同时适当减少水泥用量，则可节约水泥。同时，混凝土的耐久性也能得到显著改善。

2.早强剂：可加速混凝土硬化和早期强度发展，缩短养护周期，加快施工进度，提高模板周转率。多用于冬期施工或紧急抢修工程。.

3.缓凝剂：主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送与滑模方法施工以及远距离运输的商品混凝土等，不宜用于日最低气温5 ℃以下施工的混凝土，也不宜用于有早强要求的混凝土和蒸汽养护的混凝土。缓凝剂的水泥品种适应性十分明显，不同品种水泥的缓凝效果不同，甚至出现相反的效果，在使用前必须进行试验，检测其缓凝效果。

4.引气剂：是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。引气剂可改善混凝土拌合物的和易性，减少泌水离析，并能提高混凝土的抗渗性和抗冻性。同时，含气量的增加，混凝土弹性模量降低，对提高混凝土的抗裂性有利。由于大量微气泡的存在，混凝土的抗压强度会有所降低。引气剂适用于抗冻、防渗、抗硫酸盐、泌水严重的混凝土等。

5.膨胀剂：使混凝土在硬化过程中产生微量体积膨胀。膨胀剂适用于补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土、灌浆用膨胀砂浆、自应力混凝土等。含硫铝膨胀剂 酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂的混凝土（砂浆）不得用于长期环境温度为80 ℃以上的工程；含氧化钙类膨胀剂配制的混凝土（砂浆）不得用于海水或有侵蚀性水的工程。

6.防冻剂：在规定的温度下，能显著降低混凝土的冰点，使混凝土液相不冻结或仅部分冻结，从而保证水泥的水化作用，并在一定时间内获得预期强度。含亚硝酸盐、碳酸盐的防冻剂严禁用于预应力混凝土结构；含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂，严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程；含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂，严禁用于办公、居住等建筑工程。

7.泵送剂：用于改善混凝土泵送性能的外加剂。由减水剂、调稠剂、引气剂、润滑剂等多种成分复合而成。特别适用于大体积混凝特别适用于大体积混凝土、高层建筑和超高层建筑，适用于滑模施工，也适用于水下灌注桩混凝土。

（三）使用时注意事项

1.根据工程设计和施工要求选择，通过试验及技术经济比较后确定。技术文件包括：产品说明书并应标明产品主要成分、出厂检验报告及合格证、掺外加剂混凝土性能检验报告。

2.几种外加剂复合使用时，应注意不同品种外加剂之间的相容性及对混凝土性能的影响。使用前应进行试验，满足要求后，方可使用。

3.严禁使用对人体产生危害，对环境产生污染的外加剂。

4.对钢筋混凝土和有耐久要求的混凝土，应按标准规定严格控制混凝土中氯离子含量和碱的数量。

5.由于聚羟酸系高性能减水剂的掺加量对混凝土性能影响很大，注意准确计量。

1.4砌体结构材料的性能和应用

一、块体的种类及强度等级

1.砖

（1）烧结砖有烧结普通砖、烧结多孔砖（多孔砖，其孔洞率不大于35％，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖，砌筑时孔洞垂直于受压面）和烧结空心砖（孔洞率不小于40％，孔的尺寸大而数量少的烧结砖。砌筑时孔洞水平，主要用于框架填充墙和自承重隔墙）等。

（2）蒸压砖，分为灰砂砖和粉煤灰砖，尺寸同普通砖。

（3）混凝土砖，可直接替代烧结普通砖、多孔砖用于承重的建筑墙体结构。

2.砌块：可减轻结构自重，保温隔热性能好，施工速度快，价格便宜

3.石材：抗压性强度高，耐久性好，多用于房屋基础、勒脚部位。

二、砂浆的种类及强度等级

强度、流动性和保水性是衡量砂浆质量的三大指标。

（一）砂浆的种类

砂浆按成分组成，通常分为水泥砂浆、混合砂浆和专用砂浆。

1.水泥砂浆：强度高、耐久性好，但流动性、保水性均稍差，一般用于房屋防潮层以下的砌体或对强度有较高要求的砌体。

2.混合砂浆：应用最广的混合砂浆还是水泥石灰砂浆。水泥石灰砂浆具有一定的强度和耐久性，且流动性、保水性均较好，易于砌筑，是一般墙体中常用的砂浆。

（二）砂浆的强度等级

将砂浆做成70.7mm × 70.7mm × 70.7mm的立方体试块，标准养护28天（温度 20 ± 2 ℃，相对湿度90％以上）。每组取3个试块进行抗压强度试验，抗压强度实验结果确定原则：

1.应以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的砂浆立方体试件抗压强度平均值（f2），精确到0.1MPa；

2.当三个测值的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15％时，则把最大值及最小值一并舍去，取中间值作为该组试件的抗压强度值；

3.当两个测值与中间值的差值均超过中间值的15％时，则该组试件的试验结果无效。

三、砌体结构材料的应用

1.在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖，如采用时，其孔洞应用不低于M10的水泥砂浆预先灌实。当采用混凝土空心砌块时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土预先灌实。

2.处于环境3-5类，有侵蚀性介质的砌体材料应符合以下规定：

（1）不应采用蒸压灰砂普通砖、蒸压粉煤灰砖；

（2）应采用实心砖（烧结砖、混凝土砖），砖的强度不应低于MU20，水泥砂浆的强度不应低于M10;

（3）混凝土砌块的强度不应低于MU15，灌孔混凝土的强度等级不应低于Cb30,砂浆的强度不应低于Mb10;

（4）应根据环境条件对砌体材料的抗冻指标和耐酸耐碱性能提出要求，或符合有关规范的规定。

1.5历年真题

（2019）3.水泥的初凝时间指( )。

A.从水泥加水拌合起至水泥浆失去可塑性所需的时间

B.从水泥加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间

C.从水泥加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间

D.从水泥加水拌合起至水泥浆开始产生强度所需的时间

【答案】B

【解析】水泥的初凝时间从水泥加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间。

（2020）3.常用较高要求抗震结构的纵向受力普通钢筋品种是（ ）。

A.HRBB500 B.HRBF500

C.HRB500E D.HRB600

【答案】C

【解析】有较高要求的抗震结构适用的钢筋牌号为带肋钢筋牌号后加E的钢筋。

（2020）4.施工现场常用坍落度试验来测定混凝土（ ）指标。

A.流动性 B.黏聚性 C.保水性 D.耐久性

【答案】A

【解析】工地上常用坍落度试验来测定混凝土拌合物的坍落度或坍落扩展度，作为流动性指标，坍落度或坍落扩展度愈大表示流动性愈大。

（2020）5.混凝土立方体抗压强度标准试件的边长（ ）mm。

A.7O.7 B.100 C.150 D.200

【答案】C

【解析】混凝土立方体抗压标准强度（或称立方体抗压强度标准值）是指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件。

（2020）6.在抢修工程中常用的混凝土外加剂是（ ）。

A.减水剂 B.早强剂 C.缓凝剂 D.膨胀剂

【答案】B

【解析】早强剂可加速混凝土硬化和早期强度发展，缩短养护周期，加快施工进度，提高模板周转率，多用于冬期施工或紧急抢修工程。

（2021）5.粉煤灰水泥主要特征是（ ）。

A.水化热较小 B.抗冻性好

C.干缩性较大 D.早期强度高

【答案】A

【解析】六大水泥主要特征

（2021）6.对 HRB400E 钢筋的要求，正确的是（ ）。

A.极限强度标准值不小于 400MPa

B.实测抗拉强度与实测屈服强度之比不大于 1.25

C.实测屈服强度与屈服强度标准值之比不大于 1.30

D.最大力总伸长率不小于 7%

【答案】C

【解析】钢筋的性能要求：（1）钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25（2）钢筋实测下屈服强度与屈服强度标准值之比不大于1.30（3）筋的最大力总伸长率不小于9%。

（2021）27.混凝土的非荷载型变形有（ ）。

A.化学收缩 B.碳化收缩 C.温度变形

D.干湿变形 E.徐变

【答案】ABCD

【解析】非荷载型变形指物理化学因素引起的变形，包括化学收缩、碳化收缩、干湿变形、温度变形等

荷载作用下的变形又可分为在短期荷载作用下的变形和长期荷载作用下的徐变。E选项徐变，属于在荷载下的变形，故错误。

思考题：

1.混凝土的和易性、耐久性分别包括哪些？

2.砂浆试块的抗压强度实验结果如何确定？