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土木工程材料第四章：混凝土
这是一个关于第四章：混凝土的思维导图，介绍了混凝土按照其表观密度进行的分类，包括普通混凝土和轻混凝土。普通混凝土的表观密度在2000到2800千克每立方米之间，而轻混凝土的表观密度则小于2000千克每立方米，并因其保温隔热性能好、质量轻等特点，多用于保温材料或高层、大跨度建筑的结构材料。混凝土还有其他分类方式，如按胶凝材料的品种分类，有硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；按使用功能和特性分类，有结构混凝土、道路混凝土、防水混凝土等；按生产方式分类，有预拌混凝土和现场搅拌混凝土；按施工方法分类，有泵送混凝土、喷射混凝土等；以及按强度等级分类，包括低强度混凝土、中强度混凝土、高强度混凝土和超高强度混凝土等。
编辑于2024-05-30 21:28:50- 混凝土
- 土木工程材料
- 土木工程材料第四章：混凝土
这是一个关于第四章：混凝土的思维导图，介绍了混凝土按照其表观密度进行的分类，包括普通混凝土和轻混凝土。普通混凝土的表观密度在2000到2800千克每立方米之间，而轻混凝土的表观密度则小于2000千克每立方米，并因其保温隔热性能好、质量轻等特点，多用于保温材料或高层、大跨度建筑的结构材料。混凝土还有其他分类方式，如按胶凝材料的品种分类，有硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；按使用功能和特性分类，有结构混凝土、道路混凝土、防水混凝土等；按生产方式分类，有预拌混凝土和现场搅拌混凝土；按施工方法分类，有泵送混凝土、喷射混凝土等；以及按强度等级分类，包括低强度混凝土、中强度混凝土、高强度混凝土和超高强度混凝土等。
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土木工程材料第四章：混凝土
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第四章：混凝土
混凝土的定义和分类
混凝土的定义
混凝土是由胶凝材料和粗、细骨料按适当比例混合加水拌制成拌合物，经成型硬化而成的复合人工食料
混凝土的分类
按表观密度分类
重混凝土
表观密度＞2800kg/m³，对Χ射线、γ射线有较高的屏蔽能力
普通混凝土
表观密度∈(2000，2800)kg/m³
轻混凝土
表观密度＜2000kg/m³，保温隔热性能好、质量轻，多用于保温材料或高层、大跨度建筑的结构材料
按胶凝材料的品种分类
通常根据主要胶凝材料的品种，并以其名称命名，如：
水泥混凝土
掺入钢纤维时称为钢纤维混凝土
掺大量粉煤灰时称为粉煤灰混凝土
石膏混凝土
水玻璃混凝土
硅酸盐混凝土
沥青混凝土
聚合物混凝土
按使用功能和特性分类
结构混凝土
道路混凝土
水工混凝土
耐热混凝土
耐酸混凝土
防辐射混凝土
补偿收缩混凝土
防水混凝土
泵送混凝土
自密实混凝土
纤维混凝土
聚合物混凝土
高强混凝土
高性能混凝土
按生产和施工方法分类
按生产方式分类
预拌混凝土
现场搅拌混凝土
按施工方法分类
泵送混凝土
喷射混凝土
碾压混凝土
挤压混凝土
离心混凝土
压力灌浆混凝土
按强度等级分类
低强度混凝土
抗压强度＜30MPa
中强度混凝土
抗压强度∈(30，60)MPa
高强度混凝土
抗压强度≥60MPa
超高强度混凝土
抗压强度＞100MPa
普通混凝土
普通混凝土的主要优点
经济性
可就地取材，避免远距离运输，结构建成后的维护费用也较低，因而价格低廉
施工方便
流动性和可塑性较好，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及建筑物，可现场浇筑成型，也可预制
易塑形
性能可根据需要设计调整
强度高
抗压强度一般在7.5～60MPa之间。当掺入高效减水剂和掺合料时强度可达100MPa以上
多用性
混凝土在土木工程中适用于多种结构形式，满足多种施工要求
耐火性
混凝土一般有1~2小时的防火时效，比钢铁安全
耐久性
具有优异的抗渗性，抗冻性和耐腐蚀性
普通混凝土的主要缺点
自重大
1m³混凝土约重2400kg
抗拉强度低，抗裂性差
混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/20～1/10，易开裂，是钢筋抗拉强度的1/100左右
收缩变形大
水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×10⁻⁶m/m以上
体积不稳定性
随着温度、湿度、环境、介质的变化易引发体积变化，产生裂纹。尤其当水泥浆量过大时，这一缺陷表现得更加突出
普通混凝土的基本要求
满足易于搅拌、运输和浇筑密实的施工和易性
满足设计要求的强度等级
满足工程所处环境所必需的耐久性
在满足上述三项要求的前提下，最大限度的降低水泥用量，节约成本
普通混凝土的组成材料
水泥
水泥品种的选择
根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定
水泥强度等级的选择
混凝土设计强度等级越高，水泥强度等级也要越高
细骨料
天然砂
河砂
海砂
山砂
人工砂
机制砂
混合砂
有害杂质含量限值
颗粒形状及表面特征
河砂和海砂经水流冲刷，颗粒多为近似球状，配置的混凝土流动性往往比山砂或机制砂好，但与水泥的黏结性能相对较差
山砂和机制砂表面粗糙，多棱角，混凝土拌合物流动性较差，但与水泥的黏结性能较好
水灰比相同时，山砂或机制砂配制的混凝土强度略高
流动性相同时，混凝土强度相近
坚固性
根据GB/T14684规定，采用硫酸钠溶液浸泡→烘干→浸泡循环试验法检验，测定5个循环后的质量损失率
砂的坚固性指标
粗细程度与颗粒级配
砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合体平均粒径大小
细度模数Mₓ越大，表示砂越粗，单位质量总表面积(或比表面积)越小
砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配比例
良好的级配
粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充
中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充
逐级填充，使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值(颗粒级配反映空隙率大小)，堆积密度达到最大值
节省水泥，提高混凝土综合性能
细度模数和颗粒级配的测定
细度模数
累计筛余与分计筛余计算关系
得到数据后
颗粒级配
砂的颗粒级配区范围
砂的掺配使用
配置普通混凝土的砂宜为中砂(Mₓ=2.3～3.0)
当只有一种砂源时，对偏细砂适当减少砂用量，即降低砂率；对偏粗砂则适当增加砂用量，即增加砂率。
当粗砂和细砂可同时提供时，宜将细砂和粗砂按一定比例掺配使用，这样既可调整M,也可改善砂的级配，有利于节约水泥，提高混凝土性能。
沙的含水状态
砂粒内外不含任何水，通常在105ºC±5ºC条件下烘干而得
砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水
砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和
砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水
粗骨料
有害杂质
碎石或卵石中技术指标
颗粒形态及表面特征
颗粒形态
颗粒形状以近立方体或近球状体为最佳
但在岩石破碎生产碎石的过程中往往产生一定量的针、片状，使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的强度，特别是抗折强度
表面特征
粗骨料的表面特征指表面粗糙程度
碎石表面比卵石粗糙，且多棱角，拌合物的流动性较差，与水泥粘结强度较高。配合比相同时，混凝土强度相对较高
卵石表面较光滑，少棱角，拌合物的流动性较好，黏结性较差，强度较低
粗骨料最大粒径
粗骨料的颗粒级配
碎石或卵石的颗粒级配范围
粗骨料的强度
岩石的抗压强度采用直径为50mm×50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试样测定。一般要求其抗压强度大于配制混凝土强度的1.5倍，且不小于45MPa（饱水）。
粗骨料的坚固性
与砂相似
拌合用水
一般河水、可饮用水均可用来配置
pH＜4以及硫酸盐含量＞1%的水不能用
海水不允许用来配制钢筋混凝土
含有对水泥水化有害的有机杂质和水不能用
需满足《JGJ63-2006混凝土用水标准》
新拌混凝土的和易性
和易性的概念
新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能
通常用流动性、黏聚性和保水性三项内容表示(以流动性为主)
流动性是指拌合物在自重或外力作用下产生流动的难易程度
黏聚性是指拌合物各组成材料之间不产生分层离析现象
保水性是指拌合物不产生严重的泌水现象
和异性的测试和评定
坍落度法
适用条件
粗骨料最大粒径≤40mm
坍落度≥10mm(对于坍落度小于10mm的混凝土，坍落度值已不能准确反映其流动性大小)
坍落度
将搅拌好的混凝土分三层装入坍落度筒中，每层插捣25次，抹平后垂直提筒，在自重作用下坍落，测量坍落度(坍落度越大，流动性越好)
黏聚性
当坍落度筒一提起即出现图中(c)或(d)形状，表示黏聚性不良
敲击后出现(b)状，则黏聚性好
敲击后出现(c)状，则黏聚性欠佳；敲击后出现(d)状,则黏聚性不良
保水性
保水性是以水或稀浆从b情况时的底部析出的量大小评定。析出量大，保水性差， 严重时粗骨料表面稀浆流失而裸露。析出量小则保水性好
根据坍落度值大小将混凝土分为四类
大流动性混凝土(坍落度≥160mm)
流动性混凝土(坍落度 100~150mm)
塑性混凝土(坍落度 10~90mm)
干硬性混凝土(坍落度<10mm)
坍落度的选择原则
构件截面尺寸大小
截面尺寸大，易于振捣成型,坍落度适当选小些，反之亦然
钢筋疏密
钢筋较密，则坍落度选大些，反之亦然
捣实方式
人工捣实，则坍落度选大些，机械振捣则选小些
运输距离
从搅拌机出口至浇捣现场运输距离较远时，应考虑途中坍落度损失，坍落度宜适当选大些，特别是商品混凝土
气候条件
气温高、空气相对湿度小时，因水泥水化速度加快及水分挥发加速，坍落度损失大，坍落度宜选大些，反之亦然
混凝土浇筑时的坍落度(一般可按此表选用)
维勃稠度法
坍落度简提起后，施加一个振动外力，测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间（单位:秒）代表混凝土流动性。 时间越短，流动性越好；时间越长，流动性越差
影响和易性的主要因素
单位用水量
混凝土单位用水量选用表
浆骨比
水泥浆用量/砂石用量
在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性
在混凝土凝结硬化以后，水泥浆主要赋予黏结强度
在水灰比一定的前提下，浆骨比越大(水泥浆量越大)，混凝土流动性越大
浆骨比不宜太大，否则易产生流浆现象，使黏聚性下降
浆骨比也不宜太小，否则因骨料间缺少黏结体，拌合物易发生崩塌现象
水灰比
水用量/水泥用量
砂率
对和易性的影响
对流动性的影响
在水泥用量和水灰比一定的条件下，由于砂子与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间起到润滑和辑珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，随砂率增大，混凝土流动性增大
由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加，粗细骨料的总表面积增大，在水泥浆用量一定的条件下，骨料表面包裏的浆量减薄，润滑作用下降，使混凝土流动性降低，所以砂率超过一定范围,流动性随砂率增加而下降。如图：
对黏聚性和保水性的影响
砂率减小，混凝土的黏聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象
砂率增大，黏聚性和保水性增加
但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，则黏聚性反而下降
合理砂率的确定
合理砂率是指砂子填满石子空隙并有一定的富余量
空隙能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减少粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土流动性达最大值
或者在保持流动性不变的情况下，使水泥浆用量达最小值，如图：
对普通混凝土工程可根据此表选用
表中数值系中砂的选用砂率。对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率
采用人工砂配制混凝土时，砂率值应适当增大
只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率值应适当增大
水泥品种及细度
水泥品种不同时，达到相同流动性的需水量往往不同，从而影响混凝土流动性
不同水泥品种对水的吸附作用往往不等，从而影响混凝土的保水性和黏聚性
如火山灰水泥、矿渣水泥配制的混凝土流动性比普通水泥小
在流动性相同的情况下，矿渣水泥的保水性能较差，黏聚性也较差
同品种水泥越细，流动性越差，但黏聚性和保水性越好
骨料的品种和粗细程度
卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流动性较好，但黏聚性和保水性则相对较差
河砂与山砂的差异与上述相似
对级配符合要求的砂石料来说， 粗骨料粒径越大，砂子的细度模数越大，则流动性越大，但黏聚性和保水性有所下降，特别是砂的粗细，在砂率不变的情况下，影响更加显著
外加剂
改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂。详细见水泥外加剂
时间、气候条件
随着水泥水化和水分蒸发，混凝土的流动性将随着时间的延长而下降
气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失
混凝土和易性的调整和改善措施
当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量。 但水泥浆用量过多，则混凝土成本提高，且将增大混凝土的收缩和水化热等。混凝土的黏聚性和保水性也可能下降
当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量
改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善黏聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大
掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施
尽可能选用最优砂率。当黏聚性不足时可适当增大砂率
混凝土的凝结时间
混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间有相似之处，但由于骨料的掺入，水灰比的变动及外加剂的应用，又存在一定的差异
水灰比增大，凝结时间延长
早强剂、速凝剂使凝结时间缩短
缓凝剂则使凝结时间大大延长
混凝土的凝结时间分初凝和终凝
初凝指混凝土加水至失去塑性所经历的时间(表示施工操作的时间极限)
终凝指混凝土加水到产生强度所经历时间
初凝时间希望适当长，以便于施工操作
终凝与初凝的时间差则越短越好
混凝土凝结时间的测定通常采用贯入阻力法
影响混凝土实际凝结时间的因素主要有水灰比、水泥品种、水泥细度、外加剂、掺合料和气候条件
混凝土外加剂
外加剂的分类
改善混凝土流变性能的外加剂，主要有减水剂、引气剂(引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡(100μm)，改善和易性，提高抗冻性、抗渗性，适用于港口、土工、地下防水混凝土工程)、泵送剂等
调节混凝土凝结硬化性能的外加剂，主要有缓凝剂(延迟凝结时间且不显著降低后强)、速凝剂(加速凝结时间且显著降低后强)、呈强剂等
调节混凝土含气量的外加剂，主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等
改善混凝土耐久性的外加剂，主要有引气剂、防水剂、阻锈剂等
提供混凝土特殊性能的外加剂，主要有防冻剂、膨胀剂、着色剂、引气剂和泵送剂等
建筑工程中常用的混凝土外加剂品种
减水剂
定义
减水剂是指在混凝土期落度相同的条件下，能减少拌合用水量
或者在混凝士配合比和用水量均不变的情况下，能增加混凝土坍落度的外加剂
功能
配合比不变时显著提高流动性
流动性和水泥用量不变时，减少用水量，降低水灰比，提高强度
保持流动性和强度不变时，节约水泥用量，降低成本
配置高强高性能混凝土
作用机理
减水剂实际上为一种表面活性剂，长分子链的一端易溶于水——亲水基，另一端难溶于水——憎水基
分散作用
水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用,，使水泥浆形成絮凝结构，使10% ～30%的拌合物被包裹在水泥颗粒之中，不能参写自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。如图：
当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。如图：
润滑作用
减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，如图。这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高
常用减水剂品种
木质素系减水剂
木质素磺酸钙（简称木钙，代号 MG)。工程上最常使用
MG 是由生产纸浆的木质废液，经中和发醉、脱糖、浓缩、喷雾干燥而制成的棕黄色粉末
MG 属缓凝引气型减水剂， 掺量宜控制在0.2% ~0.3%之间，超掺有可能导致数天或数十天不凝结，并影响强度和施工进度，严重时导致工程质量事故
MG的减水率约为10%,保持流动性不变，可提高混凝土强度8%~10%;若不减水则可增大混凝土坍落80~100mm;若保持和易性与强度不变时，可节约水泥5% ~10%
MG 主要适用于夏季混凝土施工、滑模施工、大体积混凝土和泵送混凝土施工，也可用于一般混凝土工程
MG 不宜用于蒸汽养护混凝土制品和工程
木质素磺酸钠（木钠)
木质素磺酸镁（木镁）
萘磺酸盐系减水剂(萘系减水剂)
萘系减水剂多数为非引气型高效减水剂， 适宜掺量为0.5% ~1.2%,减水率可达15%~30%, 相应地可提高28 天强度10%以上，或节约水泥10% ~20%
萘系减水剂对钢筋无锈蚀作用，具有早强功能
蔡系减水剂主要适用于配制高强、早强、流态和蒸养混凝土制品和工程，也可用于一般工程
树脂系减水剂
最常用的有SM树脂减水剂
SM 为非引气型早强高效减水剂，性能优于萘系减水剂，但目前价格较高，适宜掺量为0.5% ~2.0%, 减水率可达20%以上
1天强度提高一倍以上，7 天强度可达基准28 天强度，长期强度也能提高，且可显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性和弹性模量
掺SM 减水剂的混凝土黏聚性较大，可泵性较差，且坍落度经时损失也较大
主要用于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸汽养护混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土等
糖蜜类减水剂
糖蜜类减水剂是以制糖业的糖渣和废蜜为原料，经石灰中和处理而成的棕色粉末或液体
糖蜜减水剂与 MG 减水剂性能基本相同，但缓凝作用比MG强，故通常作为缓凝剂使用。适宜掺量为0.2% ~0.3%, 减水率为10%左右
主要用于大体积混凝土、大坝混凝土和有缓凝要求的混凝土工程
复合减水剂
单一减水剂往往很难满足不同工程性质和不同施工条件的要求，因此减水剂研究和生产中往往复合各种其他外加剂
早强减水剂
缓凝减水剂
引气减水剂
缓凝引气减水剂
早强剂
早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂
主要作用机理是加速水泥水化速度，加速水化产物的早期结晶和沉淀
主要功能是缩短混凝土施工养护期，加快施工进度，提高模板的周转率
早强剂的主要品种有氯盐、硫酸盐和有机胺三大类，但更多使用的是它们的复合早强剂
氯化钙早强剂
氯盐类早强剂主要有 CaCl₂、NaCl、AICI₃和FeCl₃等
工程上最常用的是CaCl₂，为白色粉末，适宜掺量为0.5% ～3%
由于CI⁻对钢筋有腐蚀作用，故钢筋混凝土中掺量应控制在1%以内
为消除 CaCl₂对钢筋的锈蚀作用，通常要求与阻锈剂亚硝酸钠复合使用
CaCl₂早强剂能使混凝士3天强度提高50%-100%，7天强度提高20% ~40%, 但后期强度不一定提高， 甚至可能低于基准混凝土
CaCl₂早强剂及氯盐复合早强剂不得在下列工程中使用
环境相对湿度大于8%、水位升降区、露天结构或经常受水淋的结构。主要是防止泛卤
镀锌钢材或铝铁相接触部位及有外露钢筋埋件而无防护措施的结构
含有酸碱或硫酸盐侵蚀介质中使用的结构
环境温度高于60℃的结构
使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构
给排水构筑物、薄壁构件、中级和重级吊车、屋架、落锤或锻锤基础
预应力混凝土结构
含有活性骨料的混凝土结构
电力设施系统混凝土结构
硫酸盐类早强剂
硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠（元明粉，俗称芒硝）、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸铝钾（明矾）等
建筑工程中最常用的为硫酸钠早强剂
硫酸钠为白色粉末，适宜掺量为0.5% ~2.0%;早强效果不及 CaCl₂。对矿渣水泥混凝土早强效果较显著，但后期强度略下降
在预应力混凝土结构中的掺量不得大于1%
潮湿环境中的钢筋混凝土结构中掺量不得大于1.5%
超掺可导致混凝土后期膨胀开裂，强度下降
硫酸钠早强剂不得用于下列工程
与镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构及外露钢筋预埋件而无防护措施的结构
使用直流电源的工厂及电气化运输设施的钢筋混凝土结构
含有活性骨料的混凝土结构
有机胺类早强剂
有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、三异醇胺等
工程上最常用的为三乙醇胺
为无色或淡黄色油状液体，呈碱性，易溶于水
三乙醇胺的掺量极微，一般为水泥重的0.02%~0.05%
但掺量不宜超过0.1%，否则可能导致混凝土后期强度下降
虽然早强效果不及 CaCl₂，但后期强度不下降并略有提高，且无其他影响混凝土耐久性的不利作用
为改善三乙醇胺的早强效果，通常与其他早强剂复合使用
复合早强剂
为了克服单一早强剂存在的各种不足，发挥各自特点，通常将三乙醇胺、硫酸钠、氯化钙、氯化钠、石膏及其他外加剂复配组成复合早强剂，效果大大改善，有时可产生超叠加作用
混凝土的力学性能
混凝土的受压破坏机理
I阶段：荷载到达“比例极限”（约为极限荷载的30%)以前，界面裂缝无明显变化，荷载与变形之间近似呈直线关系（图中曲线 OA段）。此阶段，混凝土表现出弹性变形特征
Ⅱ阶段：荷载超过“比例极限”以后，水泥浆与骨料的界面出现细微裂缝，界面尚无明显的砂浆裂缝。此时，变形增大的速度超过荷载增大的速度，呈塑性变形的特征，荷载与变形之间为曲线关系（图中曲线AB 段）
lll阶段：荷载超过“临界荷载”（极限荷载的70% ~90%)以后，界面裂缝的数量、长度、宽度均有所增加，水泥浆内的裂缝继续扩展，并且裂缝由断续裂缝扩展成为连续裂缝。荷载一变形曲线明显地弯向变形轴方向（图中曲线 BC 段）
V阶段:荷载超过极限荷载以后，连续裂缝迅速发展，混凝土的承载能力急剧下降，荷载减小而变形迅速增大，直至完全破坏，荷载一变形曲线逐渐下降而终止（图中曲线CD 段）
混凝土的力学性能
混凝土立方体抗压强度fcu
测定混凝土抗压强度时，也可以采用非标准试件，然后将测定结果乘以换算系数，换算成相当于标准试件的强度值
对于边长为100mm的立方体试件，应乘以强度换算系数0.95
对于边长为200mm 的立方体试件，应乘以强度换算系数1.05
混凝土立方体抗压标准强度( fcu,k)与强度等级
抗压标准强度(fcu,k)
混凝土立方体抗压标准强度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强度总体分布中具有不低于95%保证率的抗压强度值
强度等级
混凝土强度等级是按照立方体抗压标准强度来划分的
混凝土强度等级用符号 C 与立方体抗压强度标准值（以 MPa计)表示
普通混凝土划分为 C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60 等十二个等级
C7.5 ~C15：用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构，目前 C7.5 很少使用
C20 ~C25：用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构
C25 ~C30：用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等
C40~C50：用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于 25~30层高层建筑
C50~ C60：用于30~60 层以上高层建筑
C60~C80：用于高层建筑，采用高性能混凝土
C80~C120：采用超高强混凝土用于高层建筑
混凝土轴心抗压强度(fcp)
国家标准规定采用150mm ×150mm ×300mm 的标准棱柱体试件进行抗压强度试验(也可以采用非标准尺寸的棱柱体试件)
当混凝土强度等级小于C60时，用非标准试件测得的强度值均乘以尺寸换算系数
其值对于200mm ×200mm ×400mm 的试件为1.05
对于100mm ×100mm ×300mm 的试件为0.95
当混凝土强度等级大于 C60 时宜采用标准试件，使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定
在立方体抗压强度10~55MPa的范围内，轴心抗压强度(fcp)和立方体抗压强度(fcu)之比为0.70 ~0.80
劈裂抗拉强度(fts)
我国标准规定，劈裂抗拉强度采用标准试件为边长150mm 的立方体，按规定的劈裂抗拉装置检测劈拉强
混凝土抗折强度(fcf)
混凝土抗折强度试验采用边长为150mm ×150mm ×600mm（或550mm)的棱柱体试件作为标准试件，边长为100mm ×100mm×400mm的棱柱体试件作为非标准试件
当试件尺寸为100mm ×100mm ×400mm 非标准试件时，应乘以尺寸换算系数0.85
当混凝土强度等级≥ C60时，宜采用标准试件
按三分点加荷方式加载测得其抗折强
影响混凝土强度的因素
水泥强度与水胶比
胶凝材料浆体用量
骨料影响
矿物掺合料与外加剂
温度和湿度的影响
龄期的影响
提高混凝土强度的措施
混凝土的质量检测和评定
混凝土质量波动的原因
原材料的质量波动
施工养护引起的混凝土质量波动
试验条件变化引起的混凝土质量波动
混凝土质量(强度)波动的规律
曲线形态呈钟型，在对称轴的两侧曲线上各有一个拐点。拐点至对称轴的距离等于1个标准差
曲线以平均强度为对称轴两边对称，即小于平均强度和大于平均强度出现的概率相等。平均强度值附近的概率（峰值）最高。离对称轴越远，出现的概率越小
曲线与横坐标之间围成的面积为总概率，即100%
曲线越窄、越高，相应的标准差值（拐点离对称距离）也越小，表明强度越集中于平均强度附近，混凝土匀质性好，质量波动小，施工管理水平高。若曲线宽且矮，相应的标准差越大， 说明强度离散大、匀质性差、施工管理水平差
混凝土强度的匀质性评定
混凝土强度检验评定标准
普通混凝土的配合比设计
混凝土配合比设计基本要求
满足施工要求的和易性
满足设计的强度等级，并具有95%的保证率
满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求
经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本
混凝土配合比设计中的三个参数
水胶比
混凝土中水和胶凝材料的比例称为水胶比
单位用水量
在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位用水量，以节约水泥
砂率
砂子的用量填满石子的空隙略有富余
混凝土配合比设计方法和原理
体积法基本原理
质量法基本原理
混凝土配合比设计中砂、石料用量指的是干燥状态下的质量。水工、港工、交通系统常采用饱和面干状态下的质量
混凝土配合比设计步骤
实验室配合比
1.确定混凝土配制强度
fcu,k的取值规则
（C60fcu,k就是60）
标准差的取值表
2.确定水胶比（W/B）
（实测强度=水泥等级×水泥强度富余系数 如普通硅酸盐水泥32.5级，水泥富余系数Kc=1.12 ，那么fb=1.12×32.5）
水泥强度等级的富余系数
混凝土最小胶凝材料用量
3.确定用水量W₀
4.计算水泥用量C₀
C₀=W₀/水胶比
最大水灰比（水胶比）和最小水泥用量
5.确定砂率Sp
确定范围后用内插法缩小范围 如水胶比为0.57，碎石最大粒径为20mm 则取水胶比取0.5-0.6、最小值取32-35、最大值取37-40 设最小值为x，最大值为y 可列公式：0.5/0.57=32/x或者0.57/0.6=x/35 0.5/0.57=37/y或者0.57/0.6=y/40
6.计算砂S₀、石用量G₀
7.C：S：G W/B
施工配合比
设砂的含水率为a%；石子的含水率为b%，则 水泥：C'=C 砂子：S'=S（1+a%） 石子：G'=G（1+b%） 水：W'=W-S'·a%-G'·b%
高强高性能混凝土
原材料
水泥
水泥的品种通常选用硅酸盐水泥和普通水泥，也可采用矿渣水泥等
强度等级选择一般为 C50~C80 混凝土宜用强度等级42.5；C80 以上选用更高强度的水泥
1m³混凝土中的水泥用量要控制在500kg 以内，且尽可能降低水泥用量。水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m
掺合料
硅粉
生产硅铁时产生的烟灰，故也称硅灰
硅灰的适宜掺量为水泥用量的5% ~10%
硅粉对提高混凝土强度十分显著
但硅灰对混凝土也带来不利影响，如增大混凝土的收缩值、降低混凝土的抗裂性、减小混凝土流动性、加速混凝土的坍落度损失等
磨细矿渣
掺量一般控制在20%～50%之间
优质粉煤灰
一般选用Ⅰ级灰
掺量一般控制在20%~30%之间
Ⅰ级粉煤灰的作用效果与矿粉相似，且抗裂性优于矿粉
沸石粉
掺量一般为5%~15%
偏高岭土
外加剂
高效减水剂或泵送剂是高强高性能混擬土最常用的外加剂品种，减水率一般要求大于20%, 以最大限度降低水灰比，提高强度
可同时掺人引气剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂、防冻剂等
砂、石料
砂
一般宜选用级配良好的中砂，细度模数宜大于2.6
含泥量不应大于1.5%，当配制C70 以上混凝土，含泥量不应大于1.0%
有害杂质控制在国家标准以内
石子
宜选用碎石，最大骨料粒径一般不宜大于25mm，强度宜大于混凝土强度的1.20倍
对强度等级大于C80 的混凝土，最大粒径不宜大于20mm
针片状含量不宜大于5%，含泥量不应大1.0%
对强度等级大于 C100 的混凝土，含泥量不应大于0.5%
配合比设计
主要技术性质
高强混凝土的早期强度高，但后期强度增长率一般不及普通混凝土。故不能用普通混凝土的龄期一强度关系式。如 C60~C80 混凝土，3 天强度为28天的60% ~70%；7天强度为28 天的80% ~90%
高强高性能混凝土由于非常致密，故抗渗、抗冻、抗碳化、抗腐蚀等耐久性指标均十分优异，可极大地提高混凝土结构物的使用年限
由于混凝土强度高，因此构件截面尺寸可大大减小，从而改变“肥梁胖柱”的现状，减轻建筑物自重，简化地基处理，并使高强钢筋的应用和效能得以充分利用
高强混凝土的弹性模量高，徐变小，可大大提高构筑物的结构刚度。特别是对预应力混凝土结构，可大大减小预应力损失
高强混凝土的抗拉强度增长幅度往往小于抗压强度，即拉压比相对较低，且随着强度等级提高，脆性增大，韧性下降
高强混凝土的水泥用量较大， 故水化热大，自收缩大，干缩也较大，较易产生裂逢
应用
粉煤灰混凝土
技术要求
粉煤灰质量指标的分级
Ⅰ级灰的品位较高，具有一定减水作用，强度活性也较高，可用于普通钢筋混凝土，高强混凝土和后张法预应力混凝土
Ⅱ级灰一般不具有减水作用，主要用于普通钢筋混凝土
Ⅲ级灰品位较低，也较粗，活性较差，一般只能用于素混凝土和砂浆，若经专门试验也可以用于钢筋混凝土
粉煤灰取代水泥的最大限量
粉煤灰取代水泥的最大限量(GB/T50146 -2014) (单位:%)
对浇筑量比较大的基础钢筋混凝土，粉煤灰最大掺量可增加5% ~10%
当粉煤灰掺量超过本规定时，应进行试验论证
配合比设计
主要技术性质
粉煤灰混凝土的施工和易性优于普通混凝土，可泵性明显改善，特别是较易振捣密实，均质性良好，因而抗渗性能较好
粉煤灰混凝土的水化热较低，较适合于大体积混凝土工程
粉煤灰混凝土的抗侵蚀性能较好
粉煤灰混凝土的碱度降低，故抗碳化性能下降，对钢筋的保护作用有所下降
粉煤灰混凝土的早期强度较低，后期强度增长较大，因此地下结构和大体积混凝土宜采用56 天、60 天或90 天作为设计强度等级的龄期，地上结构有条件的也可采用56天或60 天龄期。对堤坝及某些大型基础混凝土结构甚至可以采用180 天龄期
轻混凝土
定义
轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m³的混凝土
分类
轻集料混凝土
多孔混凝土
无砂大孔混凝土
主要特点
表观密度小
保温性能好
耐火性能好
力学性能好
易于加工
轻骨料混凝土
种类
凡是骨料粒径为5mm以上，堆积密度小于1000kg/m³的轻质骨料，称为轻粗骨料
粒径小于5mm, 堆积密度小于1 200kg/m³的轻质骨料,称为轻细骨料
按来源分类
天然轻骨料（如浮石、火山渣及轻砂等）
工业废料轻骨料（如粉煤灰陶粒、膨胀矿渣、自燃煤矸石等）
人造轻骨料（如膨胀珍珠岩、页岩陶粒、黏土陶粒等）
技术性质
松堆密度
轻骨料的表现密度直接影响所配制的轻骨料混凝土的表观密度和性能
轻粗骨料按松堆密度划分为8个等级:300kg/m?、400kg/m'、500kg/m'、600kg/m'、700kg/m、800kg/m'、900kg/m'、 1 000kg/m。轻砂的松堆密度为410~1 200kgm
轻砂的松堆密度为410~1 200kg/m³
强度
吸水率
轻骨料的吸水率一般都比普通砂石料大
最大粒径与颗粒级配
最大粒径
保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻骨料，其最大粒径不宜大于40mm
结构轻骨料混凝土的轻骨料不宜大于20mm
颗粒级配
对轻粗骨料的级配要求，其自然级配的空隙率不应大于50%
轻砂的细度模数不宜大于4.0
大于5mm的筛余量不宜大于10%
强度等级
轻骨料混凝土按干表观密度一般为800~1950kg/m³， 共分为12个等级
度等级按立方体抗压强度标准值分为 CL5.0、C17.5、CL10、CL1S、CL20、C125、CL30、C135、CL40、CI45、CL50等11个等级
轻骨料混凝土按用途分类
制作与使用特点
轻骨料本身吸水率较天然砂、石为大，若不进行预湿，则拌合物在运输或浇注过程中的坍落度损失较大，在设计混凝土配合比时须考虑轻骨料附加水量
配合比设计要求
多孔混凝土
定义
分类
蒸压加气混凝土
泡沫混凝土
大孔混凝土
特种混凝土
抗渗混凝土
耐热混凝土
耐酸混凝土
泵送混凝土
聚合物混凝土
纤维混凝土
防辐射混凝土
彩色混凝土
碾压式水泥混凝土