黄山山顶天气预报15天:混泥土基础知识

高强高性能混凝土

　　根据《高强混凝土结构技术规程》（CECS104：99），将强度等级大于等于C50的混凝土称为高强混凝土；将具有良好的施工和易性和优异耐久性，且均匀密实的混凝土称为高性能混凝土；同时具有上述各性能的混凝土称为高强高性能混凝土；而《普通混凝土配合比设计规范》（JGJ55－2000）中则将强度等级大于等于C60的混凝土称为高强混凝土；《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）则未明确区分普通混凝土或高强混凝土，只规定了钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，混凝土强度范围从C15～C80。综合国内外对高强混凝土的研究和应用实践，以及现代混凝土技术的发展，将大于等于C60的混凝土称为高强度混凝土是比较合理的。

　　获得高强高性能混凝土的最有效途径主要有掺高性能混凝土外加剂和活性掺合料，并同时采用高强度等级的水泥和优质骨料。对于具有特殊要求的混凝土，还可掺用纤维材料提高抗拉、抗弯性能和冲击韧性；也可掺用聚合物等提高密实度和耐磨性。常用的外加剂有高效减水剂、高效泵送剂、高性能引气剂、防水剂和其它特种外加剂。常用的活性混合材料有Ⅰ级粉煤灰或超细磨粉煤灰、磨细矿粉、沸石粉、偏高岭土、硅粉等，有时也可掺适量超细磨石灰石粉或石英粉。常用的纤维材料有钢纤维、聚酯纤维和玻璃纤维等。

　　一、高强高性能混凝土的原材料

　　（一）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/m3。

　　（二）掺合料

　　1．硅粉：它是生产硅铁时产生的烟灰，故也称硅灰，是高强混凝土配制中应用最早、技术最成熟、应用较多的一种掺合料。硅粉中活性SiO2含量达90%以上，比表面积达15000m2/kg以上，火山灰活性高，且能填充水泥的空隙，从而极大地提高混凝土密实度和强度。硅灰的适宜掺量为水泥用量的5%～10%。

　　研究结果表明，硅粉对提高混凝土强度十分显著，当外掺6～8%的硅灰时，混凝土强度一般可提高20%以上，同时可提高混凝土的抗渗、抗冻、耐磨、耐碱－骨料反应等耐久性能。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。

　　2．磨细矿渣：通常将矿渣磨细到比表面积350m2/kg以上，从而具有优异的早期强度和耐久性。掺量一般控制在20%～50%之间。矿粉的细度越大，其活性越高，增强作用越显著，但粉磨成本也大大增加。与硅粉相比，增强作用略逊，但其它性能优于硅粉。

　　3．优质粉煤灰：一般选用I级灰，利用其内含的玻璃微珠润滑作用，降低水灰比，以及细粉末填充效应和火山灰活性效应，提高混凝土强度和改善综合性能。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。

　　4．沸石粉：天然沸石含大量活性SiO2和微孔，磨细后作为混凝土掺合料能起到微粉和火山灰活性功能，比表面积500m2/kg以上，能有效改善混凝土粘聚性和保水性，并增强了内养护，从而提高混凝土后期强度和耐久性，掺量一般为5%～15%。

　　5．偏高岭土：偏高岭土是由高岭土（ ）在700～800℃条件下脱水制得的白色粉末，平均粒径1～2μm，SiO2和Al2O3含量90%以上，特别是Al2O3较高。在混凝土中的作用机理与硅粉及其他火山灰相似，除了微粉的填充效应和对硅酸盐水泥的加速水化作用外，主要是活性SiO2和Al2O3与Ca（OH）2作用生成CSH凝胶和水化铝酸钙（C4AH13、C3AH6）水化硫铝酸钙（C2A H8）。由于其极高的火山灰活性，故有超级火山灰（Super-Pozzolan）之称。

　　研究结果表明，掺入偏高岭土能显著提高混凝土的早期强度和长期抗压强度、抗弯强度及劈裂抗拉强度。由于高活性偏高岭土对钾、钠和氯离子的强吸附作用和对水化产物的改善作用，能有效抑制混凝土的碱－骨料反应和提高抗硫酸盐腐蚀能力。J.Bai的研究结果表明，随着偏高岭土掺量的提高，混凝土的坍落度将有所下降，因此需要适当增加用水量或高效减水剂的用量。A.Dubey的研究结果表明，混凝土中掺入高活性偏高岭土能有效改善混凝土的冲击韧性和耐久性。

　　我国《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736－2002）规定了用于高强高性能混凝土有矿物外加剂的技术性能要求。见表4－23。

        表4－23　高强高性能混凝土用矿物外加剂的技术要求

试验项目

指标

磨细矿渣

磨细粉煤灰

磨细天然沸石

硅灰

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

化学性能

MgO/%≤

14

1

－

－

SO3/%≤

4

3

－

－

烧失量/%≤

3

5

8

－

6

Cl/%≤

0.02

0.02

0.02

0.02

SiO2/%≥

－

－

－

85

吸铵值/mmol/100g≥

－

－

130

100

－

物理性能

比表面积/m2/kg≥

750

550

350

600

400

700

500

15000

含水率/%≤

1.0

1.0

－

－

3

胶砂性能

需水量比/%≤

100

95

105

110

115

125

活性指数

3d/%≥

85

70

55

－

－

－

－

－

7d/%≥

100

85

75

80

75

－

－

－

28d/%≥

115

105

100

90

85

90

85

85

              （三）外加剂

　　高效减水剂（或泵送剂）是高强高性能混凝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。为改善混凝土的施工和易性及提供其它特殊性能，也可同时掺入引气剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂、防冻剂等。掺量可根据不同品种和要求根据需要选用。

　　（四）砂、石料

　　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%。

　　二、高强高性能混凝土的配合比设计

　　高强高性能混凝土配合比设计理论尚不完善，一般可尊循下列原则进行。

　　（一）水灰比W/C

　　普通混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的混凝土已不尽适用，但水灰比仍是决定混凝土强度的主要因素，目前尚无完善的公式可供选用，故配合比设计时通常根据设计强度等级、原材料和经验选定水灰比。

　　（二）用水量和水泥用量

　　普通水泥中用水量根据坍落度要求、骨料品种、粒径选择。高强度高性能混凝土可参考执行，当由此确定的用水量导致水泥或胶凝材料总用量过大时，可通过调整减水剂品种或掺量来降低用水量或胶凝材料用量。也可以根据强度和耐久性要求，首先确定水泥或胶凝材料用量，再由水灰比计算用水量，当流动性不能满足设计要求时，再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。

　　（三）砂率

　　对泵送高强混凝土，砂率的选用要考虑可泵性要求，一般为34%～44%，在满足施工工艺和施工和易性要求时，砂率宜尽量选小些，以降低水泥用量。从原则上来说，砂率宜通过试验确定最优砂率。

　　（四）高效减水剂

　　高效减水剂的品种选择原则，除了考虑减水率大小外，尚要考虑对混凝土坍落度损失、保水性和粘聚性的影响，更要考虑对强度、耐久性和收缩的影响。

　　减水剂的掺量可根据减水率的要求，在允许掺量范围内，通过试验确定。但一般不宜因减水的需要而超量掺用。

　　（五）掺合料

　　其掺量通常根据混凝土性能要求和掺合料品种性能，结合原有试验资料和经验选择并通过试验确定。

　　其他设计计算步骤与普通混凝土基本相同。

　　三、高强高性能混凝土的主要技术性质

　　1．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—强度关系式（或图表），由早期强度推算后期强度。如C60～C80混凝土，3天强度约为28天的60%～70%；7天强度约为28天的80%～90%。

　　2．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。

　　3．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。

　　4．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。

　　5．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。

　　6．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。

　　四、高强高性能混凝土的应用

　　高强高性能混凝土作为建设部推广应用的十大新技术之一，是建设工程发展的必然趋势。发达国家早在20世纪50年代即已开始研究应用。我国约在20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用。高层建筑中应用则始于80年代末，进入90年代以来，研究和应用增加，北京、上海、广州、深圳等许多大中城市已建起了多幢高强高性能混凝土建筑。

　　随着国民经济的发展，高强高性能混凝土在建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中的应用将越来越广泛，强度等级也将不断提高，C50～C80的混凝土将普遍得到使用，C80以上的混凝土将在一定范围内得到应用。

高强高性能混凝土

　　根据《高强混凝土结构技术规程》（CECS104：99），将强度等级大于等于C50的混凝土称为高强混凝土；将具有良好的施工和易性和优异耐久性，且均匀密实的混凝土称为高性能混凝土；同时具有上述各性能的混凝土称为高强高性能混凝土；而《普通混凝土配合比设计规范》（JGJ55－2000）中则将强度等级大于等于C60的混凝土称为高强混凝土；《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）则未明确区分普通混凝土或高强混凝土，只规定了钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，混凝土强度范围从C15～C80。综合国内外对高强混凝土的研究和应用实践，以及现代混凝土技术的发展，将大于等于C60的混凝土称为高强度混凝土是比较合理的。

　　获得高强高性能混凝土的最有效途径主要有掺高性能混凝土外加剂和活性掺合料，并同时采用高强度等级的水泥和优质骨料。对于具有特殊要求的混凝土，还可掺用纤维材料提高抗拉、抗弯性能和冲击韧性；也可掺用聚合物等提高密实度和耐磨性。常用的外加剂有高效减水剂、高效泵送剂、高性能引气剂、防水剂和其它特种外加剂。常用的活性混合材料有Ⅰ级粉煤灰或超细磨粉煤灰、磨细矿粉、沸石粉、偏高岭土、硅粉等，有时也可掺适量超细磨石灰石粉或石英粉。常用的纤维材料有钢纤维、聚酯纤维和玻璃纤维等。

　　一、高强高性能混凝土的原材料

　　（一）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/m3。

　　（二）掺合料

　　1．硅粉：它是生产硅铁时产生的烟灰，故也称硅灰，是高强混凝土配制中应用最早、技术最成熟、应用较多的一种掺合料。硅粉中活性SiO2含量达90%以上，比表面积达15000m2/kg以上，火山灰活性高，且能填充水泥的空隙，从而极大地提高混凝土密实度和强度。硅灰的适宜掺量为水泥用量的5%～10%。

　　研究结果表明，硅粉对提高混凝土强度十分显著，当外掺6～8%的硅灰时，混凝土强度一般可提高20%以上，同时可提高混凝土的抗渗、抗冻、耐磨、耐碱－骨料反应等耐久性能。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。

　　2．磨细矿渣：通常将矿渣磨细到比表面积350m2/kg以上，从而具有优异的早期强度和耐久性。掺量一般控制在20%～50%之间。矿粉的细度越大，其活性越高，增强作用越显著，但粉磨成本也大大增加。与硅粉相比，增强作用略逊，但其它性能优于硅粉。

　　3．优质粉煤灰：一般选用I级灰，利用其内含的玻璃微珠润滑作用，降低水灰比，以及细粉末填充效应和火山灰活性效应，提高混凝土强度和改善综合性能。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。

　　4．沸石粉：天然沸石含大量活性SiO2和微孔，磨细后作为混凝土掺合料能起到微粉和火山灰活性功能，比表面积500m2/kg以上，能有效改善混凝土粘聚性和保水性，并增强了内养护，从而提高混凝土后期强度和耐久性，掺量一般为5%～15%。

　　5．偏高岭土：偏高岭土是由高岭土（ ）在700～800℃条件下脱水制得的白色粉末，平均粒径1～2μm，SiO2和Al2O3含量90%以上，特别是Al2O3较高。在混凝土中的作用机理与硅粉及其他火山灰相似，除了微粉的填充效应和对硅酸盐水泥的加速水化作用外，主要是活性SiO2和Al2O3与Ca（OH）2作用生成CSH凝胶和水化铝酸钙（C4AH13、C3AH6）水化硫铝酸钙（C2A H8）。由于其极高的火山灰活性，故有超级火山灰（Super-Pozzolan）之称。

　　研究结果表明，掺入偏高岭土能显著提高混凝土的早期强度和长期抗压强度、抗弯强度及劈裂抗拉强度。由于高活性偏高岭土对钾、钠和氯离子的强吸附作用和对水化产物的改善作用，能有效抑制混凝土的碱－骨料反应和提高抗硫酸盐腐蚀能力。J.Bai的研究结果表明，随着偏高岭土掺量的提高，混凝土的坍落度将有所下降，因此需要适当增加用水量或高效减水剂的用量。A.Dubey的研究结果表明，混凝土中掺入高活性偏高岭土能有效改善混凝土的冲击韧性和耐久性。

　　我国《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736－2002）规定了用于高强高性能混凝土有矿物外加剂的技术性能要求。见表4－23。

        表4－23　高强高性能混凝土用矿物外加剂的技术要求

试验项目

指标

磨细矿渣

磨细粉煤灰

磨细天然沸石

硅灰

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

化学性能

MgO/%≤

14

1

－

－

SO3/%≤

4

3

－

－

烧失量/%≤

3

5

8

－

6

Cl/%≤

0.02

0.02

0.02

0.02

SiO2/%≥

－

－

－

85

吸铵值/mmol/100g≥

－

－

130

100

－

物理性能

比表面积/m2/kg≥

750

550

350

600

400

700

500

15000

含水率/%≤

1.0

1.0

－

－

3

胶砂性能

需水量比/%≤

100

95

105

110

115

125

活性指数

3d/%≥

85

70

55

－

－

－

－

－

7d/%≥

100

85

75

80

75

－

－

－

28d/%≥

115

105

100

90

85

90

85

85

              （三）外加剂

　　高效减水剂（或泵送剂）是高强高性能混凝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。为改善混凝土的施工和易性及提供其它特殊性能，也可同时掺入引气剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂、防冻剂等。掺量可根据不同品种和要求根据需要选用。

　　（四）砂、石料

　　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%。

　　二、高强高性能混凝土的配合比设计

　　高强高性能混凝土配合比设计理论尚不完善，一般可尊循下列原则进行。

　　（一）水灰比W/C

　　普通混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的混凝土已不尽适用，但水灰比仍是决定混凝土强度的主要因素，目前尚无完善的公式可供选用，故配合比设计时通常根据设计强度等级、原材料和经验选定水灰比。

　　（二）用水量和水泥用量

　　普通水泥中用水量根据坍落度要求、骨料品种、粒径选择。高强度高性能混凝土可参考执行，当由此确定的用水量导致水泥或胶凝材料总用量过大时，可通过调整减水剂品种或掺量来降低用水量或胶凝材料用量。也可以根据强度和耐久性要求，首先确定水泥或胶凝材料用量，再由水灰比计算用水量，当流动性不能满足设计要求时，再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。

　　（三）砂率

　　对泵送高强混凝土，砂率的选用要考虑可泵性要求，一般为34%～44%，在满足施工工艺和施工和易性要求时，砂率宜尽量选小些，以降低水泥用量。从原则上来说，砂率宜通过试验确定最优砂率。

　　（四）高效减水剂

　　高效减水剂的品种选择原则，除了考虑减水率大小外，尚要考虑对混凝土坍落度损失、保水性和粘聚性的影响，更要考虑对强度、耐久性和收缩的影响。

　　减水剂的掺量可根据减水率的要求，在允许掺量范围内，通过试验确定。但一般不宜因减水的需要而超量掺用。

　　（五）掺合料

　　其掺量通常根据混凝土性能要求和掺合料品种性能，结合原有试验资料和经验选择并通过试验确定。

　　其他设计计算步骤与普通混凝土基本相同。

　　三、高强高性能混凝土的主要技术性质

　　1．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—强度关系式（或图表），由早期强度推算后期强度。如C60～C80混凝土，3天强度约为28天的60%～70%；7天强度约为28天的80%～90%。

　　2．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。

　　3．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。

　　4．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。

　　5．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。

　　6．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。

　　四、高强高性能混凝土的应用

　　高强高性能混凝土作为建设部推广应用的十大新技术之一，是建设工程发展的必然趋势。发达国家早在20世纪50年代即已开始研究应用。我国约在20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用。高层建筑中应用则始于80年代末，进入90年代以来，研究和应用增加，北京、上海、广州、深圳等许多大中城市已建起了多幢高强高性能混凝土建筑。

　　随着国民经济的发展，高强高性能混凝土在建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中的应用将越来越广泛，强度等级也将不断提高，C50～C80的混凝土将普遍得到使用，C80以上的混凝土将在一定范围内得到应用。

粉煤灰混凝土

　　粉煤灰混凝土是指以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成的混凝土。

　　一、粉煤灰的技术要求

　　粉煤灰的技术性能和主要功能在“水泥”一章中已有阐述，在混凝土中的主要功能是利用其火山灰活性、玻璃微珠改善和易性及粉末效应。根据《粉煤灰混凝土应用技术规程》（GBJ146—90）和《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596—96），粉煤灰按其品质指标分为三级，见表4-24。

表4-24 粉煤灰质量指标的分级

粉煤灰等级

细度（45μm）方孔筛筛余（%）

烧失量（%）

需水量比（%）

SO3含量（%）

Ⅰ级

≤12

≤5

≤95

≤3

Ⅱ级

≤20

≤8

≤105

≤3

Ⅲ级

≤45

≤15

≤115

≤3

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。

　　二、粉煤灰取代水泥的最大限量

　　混凝土中掺入粉煤灰后，虽然可以改善混凝土的某些性能（降低水化热、提高抗侵蚀性、提高密实度、改善抗渗性等），但由于粉煤灰的水化消耗了Ca（OH）2 ，降低混凝土的碱度，因而影响了混凝土的抗碳化性能，减弱了混凝土对钢筋锈蚀的保护作用。为了保证混凝土结构的耐久性，GBJ146—90中规定了粉煤灰的最大限量，见表4-25。

表4-25 粉煤灰取代水泥的最大限量（GBJ146-90）

混凝土种类

粉煤灰取代水泥的最大限量（%）

硅酸盐水泥

普通水泥

矿渣水泥

火山灰水泥

预应力钢筋混凝土

25

15

10

—

钢筋混凝土，高强度混凝土，高抗冻融性混凝土，蒸养混凝土

30

25

20

15

中、低强度混凝土，泵送混凝土，大体积混凝土，

水下混凝土，地下混凝土，压浆混凝土

50

40

30

20

碾压混凝土

65

55

45

35

三、粉煤灰混凝土配合比设计

　　粉煤灰混凝土配合比的设计是以普通混凝土初步计算配合比为标准，按等和易性、等强度原则，用超量取代法、等量取代法或外掺法设计计算，再经试配调整确定。最常用的方法是超量取代法，其配合比设计的基本原理如下。

　　1．按表4-25选择粉煤灰取代率（f）。

　　2．计算粉煤灰混凝土中水泥用量（C）。

                                      （4-39）

式中：C0——每m3混凝土初步计算水泥用量（kg）。

　　3．按表4-26选择超量系数（K）。

表4-26 粉煤灰超量系数（GBJ146-90）

粉煤灰级别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

超量系数K

1.0～1.4

1.3～1.7

1.5～2.0

4．计算1m2混凝土中的粉煤灰用量F（kg）。

                                       （4-40）

5．计算超量部分粉煤灰的体积（VR）。

                                          （4-41）

式中： 和 分别为粉煤灰和水泥的密度。

6．计算细骨料（砂）用量。根据粉煤灰混凝土的设计原理，要扣除与粉煤灰超量部分等体积的砂。按下式计算：

                                                         （4-42）

  7．水和粗骨料用量保持不变。

　　四、粉煤灰混凝土的主要技术性质

　　1．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。

　　2．粉煤灰混凝土的水化热较低，较适合于大体积混凝土工程。

　　3．粉煤灰混凝土的抗侵蚀性能较好。

　　4．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。

　　5．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。第十节    轻混凝土

　　轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m3的混凝土。可分为轻集料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土三类。轻混凝土的主要特点为：

　　1．表观密度小。轻混凝土与普通混凝土相比，其表观密度一般可减小1/4～3/4，使上部结构的自重明显减轻，从而显著地减少地基处理费用，并且可减小柱子的截面尺寸。又由于构件自重产生的恒载减小，因此可减少梁板的钢筋用量。此外，还可降低材料运输费用，加快施工进度。

　　2．保温性能良好。材料的表观密度是决定其导热系数的最主要因素，因此轻混凝土通常具有良好的保温性能，降低建筑物使用能耗。

　　3．耐火性能良好。轻混凝土具有保温性能好、热膨胀系数小等特点，遇火强度损失小，故特别适用于耐火等级要求高的高层建筑和工业建筑。

　　4．力学性能良好。轻混凝土的弹性模量较小、受力变形较大，抗裂性较好，能有效吸收地震能，提高建筑物的抗震能力，故适用于有抗震要求的建筑。

　　5．易于加工。轻混凝土中，尤其是多孔混凝土，易于打入钉子和进行锯切加工。这对于施工中固定门窗框、安装管道和电线等带来很大方便。

　　轻混凝土在主体结构的中应用尚不多，主要原因是价格较高。但是，若对建筑物进行综合经济分析，则可收到显著的技术和经济效益，尤其是考虑建筑物使用阶段的节能效益，其技术经济效益更佳。

　　一、轻骨料混凝土

　　用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）和水泥配制而成的混凝土，其干表观密度不大于1950kg/m3，称为轻骨料混凝土。当粗细骨料均为轻骨料时，称为全轻混凝土；当细骨料为普通砂时，称砂轻混凝土。

　　（一）轻骨料的种类及技术性质

　　1．轻骨料的种类。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1200kg/m3的轻质骨料，称为轻细骨料。

　　轻骨料按来源不同分为三类：①天然轻骨料（如浮石、火山渣及轻砂等）；②工业废料轻骨料（如粉煤灰陶粒、膨胀矿渣、自燃煤矸石等）；③人造轻骨料（如膨胀珍珠岩、页岩陶粒、粘土陶粒等）。

　　2．轻骨料的技术性质。轻骨料的技术性质主要有松堆密度、强度、颗粒级配和吸水率等，此外，还有耐久性、体积安定性、有害成分含量等。

　　（1）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：300、400、500、600、700、800、900、1000kg/m3。轻砂的松堆密度为410～1200kg/m3。

　　（2）强度：轻粗骨料的强度，通常采用“筒压法”测定其筒压强度。筒压强度是间接反映轻骨料颗粒强度的一项指标，对相同品种的轻骨料，筒压强度与堆积密度常呈线性关系。但筒压强度不能反映轻骨料在混凝土中的真实强度，因此，技术规程中还规定采用强度标号来评定轻粗骨料的强度。“筒压法”和强度标号测试方法可参考有关规范。

　　（3）吸水率：轻骨料的吸水率一般都比普通砂石料大，因此将显著影响混凝土拌合物的和易性、水灰比和强度的发展。在设计轻骨料混凝土配合比时，必须根据轻骨料的一小时吸水率计算附加用水量。国家标准中关于轻骨料一小时吸水率的规定是：轻砂和天然轻粗骨料吸水率不作规定，其他轻粗骨料的吸水率不应大于22%。

　　（4）最大粒径与颗粒级配：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。

　　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%。

　　（二）轻骨料混凝土的强度等级

　　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。强度等级按立方体抗压强度标准值分为CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50等11个等级。

　　按用途不同，轻骨料混凝土分为三类，其相应的强度等级和表观密度要求见表4-26。

表4-26 轻骨料混凝土按用途分类

类别名称

混凝土强度等级的合理范围

混凝土表观密度等级的合理范围

用 途

保温轻骨料混凝土

CL5.0

800

主要用于保温的围护结构或热工构筑物

结构保温轻骨料混凝土

CL5.0、CL7.5、CL10、CL15

800～1400

主要用于既承重又保温的围护结构

结构轻骨料混凝土

CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50

1400～1950

主要用于承重构件或构筑物

轻骨料混凝土由于其轻骨料具有颗粒表观密度小、总表面积大、易于吸水等特点，所以其拌合物适用的流动范围比较窄，过大的流动性会使轻骨料上浮、离析；过小的流动性则会使捣实困难。流动性的大小主要取决于用水量，由于轻骨料吸水率大，因而其用水量的概念与普通混凝土略有区别。加入拌合物中的水量称为总用水量，可分为两部分，一部分被骨料吸收，其数量相当于1h的吸水量，这部分水称为附加用水量，其余部分称为净用水量，使拌合物获得要求的流动性和保证水泥水化的进行。净用水量可根据混凝土的用途及要求的流动性来选择。另外，轻骨料混凝土的和易性也受砂率的影响，尤其是采用轻细骨料时，拌合物和易性随着砂率的提高而有所改善。轻骨料混凝土的砂率一般比普通混凝土的砂率略大。

　　对于轻骨料混凝土，由于轻骨料自身强度较低，因此其强度的决定因素除了水泥强度与水灰比（水灰比考虑净用水量）外，还取决于轻骨料的强度。与普通混凝土相比，采用轻骨料会导致混凝土强度下降，并且骨料用量越多，强度降低越大，其表观密度也越小。

　　轻骨料混凝土的另一特点是，由于受到轻骨料自身强度的限制，因此，每一品种轻骨料只能配制一定强度的混凝土，如要配制高于此强度的混凝土，即使降低水灰比，也不可能使混凝土强度有明显提高，或提高幅度很小。

　　轻骨料混凝土的变形比普通混凝土大，弹性模量较小，约为同级别普通混凝土的50%～70%，制成的构件受力后挠度较大是其缺点。但因极限应变大，有利于改善构筑物的抗震性能或抵抗动荷载能力。轻骨料混凝土的收缩和徐变比普通混凝土相应地大20%～50%和30%～60%，热膨胀系数则比普通混凝土低20%左右。

　　（三）轻骨料混凝土的制作与使用特点

　　1．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。

　　2．拌合物中粗骨料容易上浮，也不易搅拌均匀，应选用强制式搅拌机作较长时间的搅拌。轻骨料混凝土成型时振捣时间不宜过长，以免造成分层，最好采用加压振捣。

　　3．轻骨料吸水能力较强，要加强浇水养护，防止早期干缩开裂。

　　（四）轻骨料混凝土配合比设计要点

　　轻骨料混凝土配合比设计的基本要求与普通混凝土相同，但应满足对混凝土表观密度的要求。

　　轻骨料混凝土配合比设计方法与普通混凝土基本相似，分为绝对体积法和松散体积法。砂轻混凝土宜采用绝对体积法，即按每立方米混凝土的绝对体积为各组成材料的绝对体积之和进行计算。松散体积法宜用于全轻混凝土，即以给定每立方米混凝土的粗细骨料松散总体积为基础进行计算，然后按设计要求的混凝土表观密度为依据进行校核，最后通过试拌调整得出（详见规范JG51—90）。

　　轻骨料混凝土与普通混凝土配合比设计中的不同之处主要有两点，一是用水量为净用水量与附加用水量两者之和；二是砂率为砂的体积占砂石总体积之比值。

　　二、多孔混凝土

　　多孔混凝土中无粗、细骨料，内部充满大量细小封闭的孔，孔隙率高达60%以上。多孔混凝土可分为加气混凝土和泡沫混凝土两种。近年来，也有用压缩空气经过充气介质弥散成大量微气泡，均匀地分散在料浆中而形成多孔结构。这种多孔混凝土称为充气混凝土。

　　根据养护方法不同，多孔混凝土可分为蒸压多孔混凝土和非蒸压（蒸养或自然养护）多孔混凝土两种。由于蒸压加气混凝土在生产和制品性能上有较多优越性，以及可以大量地利用工业废渣，故近年来发展应用较为迅速。

　　多孔混凝土质轻，其表观密度不超过1000kg/m3，通常在300～800kg/m3之间；保温性能优良，导热系数随其表观度降低而减小，一般为0.09～0.17W/m·k；可加工性好，可锯、可刨、可钉、可钻，并可用胶粘剂粘结。

　　（一）蒸压加气混凝土

　　蒸压加气混凝土是用钙质材料（水泥、石灰）、硅质材料（石英砂、尾矿粉、粉煤灰、粒状高炉矿渣、页岩等）和适量加气剂为原料，经过磨细、配料、搅拌、浇注、切割和蒸压养护（在压力为0.8MPa～1.5MPa下养护6～8h）等工序生产而成。

　　加气剂一般采用铝粉膏，它能迅速与钙质材料中的氢氧化钙发生化学反应产生氢气，形成气泡，使料浆形成多孔结构。其化学反应过程如下：

除铝粉膏外，也可采用双氧水、碳化钙、漂白粉等作为加气剂。

　　蒸压加气混凝土通常是在工厂预制成砌块或条板等制品。蒸压加气混凝土砌块按其强度和表观密度划分产品等级。根据我国《蒸压加气混凝土砌块》（GB/T11968－1997）规定。

表4-27 蒸压加气混凝土砌块的立方体抗强度

强度等级

A1.0

A2.0

A2.5

A3.5

A5.0

A7.5

A10

平均值/MPa　　　　　　≥

1.0

2.0

2.5

3.5

5.0

7.5

10

单块最小值/MPa　　　　≥

0.8

1.6

2.0

2.8

4.0

6.0

8.0

强度级别分为A1.0，A2.0，A2.5，A3.0，A3.5，A5.0，A7.5，A10共七个级别，其强度平均值和单块最小值应分别满足表4－27的要求。体积密度级别分为B03，B04，B05，B06，B07，B08共六个级别。各强度级别和密度级别的要求见表4-28。

表4-28 蒸压加气混凝土砌块的强度级别和密度级别

密度等级

B03

B04

B05

B06

B07

B08

强度级别

优等品（A）

A1.0

A2.0

A3.5

A5.0

A7.5

A10.0

一等品（B）

A3.5

A5.0

A7.5

A10.0

合格品（C）

A2.5

A3.5

A5.0

A7.5

蒸压加气混凝土砌块在温度为20±2℃、相对湿度为41%～45%的条件下，测定的干燥收缩值不大于0.5mm/m。表观密度为B03，B04，B05的导热系数分别小于0.10 W/m·k ，0.12 W/m·k ，0.14W/m·k，可用作保温层。

　　蒸压加气混凝土砌块适用于承重和非承重的内墙和外墙。强度等级A3.5级、密度等级B05和B06级的砌块用于横墙承重的房屋时，其楼层数不得超过三层。总高度不超过10m; 强度等级A5.0级、密度等级B06级和B07级的砌块，一般不宜超过五层，总高度不超过16m。蒸压加气混凝土砌块可用作框架结构中的非承重墙。

　　加气混凝土条板可用于工业和民用建筑中，作承重和保温合一的屋面板和隔墙板。条板均配有钢筋，钢筋必须预先经防锈处理。另外，还可用加气混凝土和普通混凝土预制成复合墙板，用作外墙板。蒸压加气混凝土还可做成各种保温制品，如管道保温壳等。

　　蒸压加气混凝土的吸水率大，且强度较低，所以其所用砌筑砂浆及抹面砂浆与砌筑砖墙时不同，需专门配制。墙体外表面必须作饰面处理，与门窗固定方法也与砖墙不同。

　　（二）泡沫混凝土

　　泡沫混凝土是将由水泥等拌制的料浆与由泡沫剂搅拌造成的泡沫混合搅拌，再经浇注、养护硬化而成的多孔混凝土。

　　配制自然养护的泡沫混凝土时，水泥强度等级不宜低于32.5，否则强度太低。当生产中采用蒸汽养护或蒸压养护时，不仅可缩短养护时间，且能提高强度，还能掺用粉煤灰、煤渣或矿渣，以节省水泥，甚至可以全部利用工业废渣代替水泥。如以粉煤灰、石灰、石膏等为胶凝材料，再经蒸压养护，制成蒸压泡沫混凝土。

　　泡沫混凝土的技术性质和应用，与相同表观密度的加气混凝土大体相同。也可在现场直接浇注，用作屋面保温层。

　　三、大孔混凝土

　　大孔混凝土指无细骨料的混凝土，按其粗骨料的种类，可分为普通无砂大孔混凝土和轻骨料大孔混凝土两类。普通大孔混凝土是用碎石、卵石、重矿渣等配制而成。轻骨料大孔混凝土则是用陶粒、浮石、碎砖、煤渣等配制而成。有时为了提高大孔混凝土的强度，也可掺入少量细骨料，这种混凝土称为少砂混凝土。

　　普通大孔混凝土的表观密度在1500～1900kg/m3之间，抗压强度为3.5～10MPa。轻骨料大孔混凝土的表现密度在500～1500kg/m3之间，抗压强度为1.5～7.5MPa。

　　大孔混凝土的导热系数小，保温性能好，收缩一般较普通混凝土小30%～50%，抗冻性优良。

　　大孔混凝土宜采用单一粒级的粗骨料，如粒径为10～20mm或10～30mm。不允许采用小于5mm和大于40mm的骨料。水泥宜采用等级为32.5或42.5的水泥。水灰比（对轻骨料大孔混凝土为净用水量的水灰比）可在0.30～0.40之间取用，应以水泥浆能均匀包裹在骨料表面不流淌为准。

　　大孔混凝土适用于制做墙体小型空心砌块、砖和各种板材，也可用于现浇墙体。普通大孔混凝土还可制成滤水管、滤水板等，广泛用于市政工程。

第十一节    特种混凝土

　　一、抗渗混凝土

　　 抗渗混凝土系指抗渗等级不低于P6级的混凝土。即它能抵抗0.6MPa静水压力作用而不发生透水现象。为了提高混凝土的抗渗性，通常采用合理选择原材料、提高混凝土的密实程度以及改善混凝土内部孔隙结构等方法来实现。目前，常用的防水混凝土的配制方法有以下几种。

　　 （一）富水泥浆法

　　 这种方法是依*采用较小的水灰比，较高的水泥用量和砂率，提高水泥浆的质量和数量，使混凝土更密实。

　　 防水混凝土所用原材料应符合下列要求：

　　 （1）水泥强度等级不宜低于32.5，其品种应按设计要求选用，当有抗冻要求时，应优先选用硅酸盐水泥；

　　 （2）粗骨料的最大粒径不宜大于40mm，其含泥量不得大于1%，泥块含量不得超过0.5%；

　　 （3）细骨料的含泥量不得大于3%，泥块含量不得大于1%；

　　 （4）外加剂宜采用防水剂、膨胀剂、引气剂或减水剂。

　　 防水混凝土配合比计算应遵守以下几项规定：

　　 （1）每立方米混凝土中的水泥用量（含掺合料）不宜少于320kg；

　　 （2）砂率宜为35%～40%；灰砂比宜为1:2～2.5；

　　 （3）防水混凝土的最大水灰比应符合表4-29规定。

表4-29 防水混凝土的最大水灰比限值

抗渗等级

P6

P8～P12

P12以上

C20～C30

0.60

0.55

0.50

C30以上

0.55

0.50

0.45

（二）骨料级配法

　　 骨料级配法是通过改善骨料级配，使骨料本身达到最大密实程度的堆积状态。为了降低空隙率，还应加入约占骨料量5%～8%的粒径小于0.16mm的细粉料。同时严格控制水灰比、用水量及拌合物的和易性，使混凝土结构致密，提高抗渗性。

　　 （三）外加剂法

　　 这种方法与前面两种方法比较，施工简单，造价低廉，质量可*，被广泛采用。它是在混凝土中掺入适当品种的外加剂，改善混凝土内孔结构，隔断或堵塞混凝土中各种孔隙、裂缝、渗水通道等，以达到改善混凝土抗渗的目的。常采用引气剂（如松香热聚物）、密实剂（如采用FeCl3防水剂）、高效减水剂（降低水灰比）、膨胀剂（防止混凝土收缩开裂）等。

　　 （四）采用特种水泥

　　 采用无收缩不透水水泥、膨胀水泥等来拌制混凝土，能够改善混凝土内的孔结构，有效提高混凝土的致密度和抗渗能力。

　　 二、耐热混凝土

　　 耐热混凝土是指能长期在高温（200～900℃）作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。

　　 普通混凝土不耐高温，故不能在高温环境中使用。其不耐高温的原因是：水泥石中的氢氧化钙及石灰岩质的粗骨料在高温下均要产生分解，石英砂在高温下要发生晶型转变而体积膨胀，加之水泥石与骨料的热膨胀系数不同。 所有这些，均将导致普通混凝土在高温下产生裂缝，强度严重下降，甚至破坏。

　　 耐热混凝土是由合适的胶凝材料、耐热粗、细骨料及水，按一定比例配制而成。根据所用胶凝材料不同，通常可分为以下几种：

　　 （一）矿渣水泥耐热混凝土

　　 矿渣水泥耐热混凝土是以矿渣水泥为胶结材料，安山岩、玄武岩、重矿渣、粘土碎砖等为耐热粗、细骨料，并以烧粘土、砖粉等作磨细掺合料，再加入适量的水配制而成。耐热磨细掺合料中的二氧化硅和三氧化铝在高温下均能与氧化钙作用，生成稳定的无水硅酸盐和铝酸盐，它们能提高水泥的耐热性。矿渣水泥配制的耐热混凝土其极限使用温度为900℃。

　　 （二）铝酸盐水泥耐热混凝土

　　 铝酸盐水泥耐热混凝土是采用高铝水泥或硫铝酸盐水泥、耐热粗细骨料、高耐火度磨细掺合料及水配制而成。这类水泥在300～400℃下其强度会发生急剧降低，但残留强度能保持不变。到1100℃时，其结构水全部脱出而烧结成陶瓷材料，则强度重又提高。常用粗、细骨料有碎镁砖、烧结镁砖、矾土、镁铁矿和烧粘土等。铝酸盐水泥耐热混凝土的极限使用温度为1300℃。

　　 （三）水玻璃耐热混凝土

　　 水玻璃耐热混凝土是以水玻璃作胶结材料，掺入氟硅酸钠作促硬剂，耐热粗、细骨料可采用碎铁矿、镁砖、铬镁砖、滑石、焦宝石等。磨细掺合料为烧粘土、镁砂粉、滑石粉等。水玻璃耐热混凝土的极限使用温度为1200℃。施工时严禁加水；养护时也必须干燥，严禁浇水养护。

　　 （四）磷酸盐耐热混凝土

　　 磷酸盐耐热混凝土是由磷酸铝和高铝质耐火材料或锆英石等制备的粗、细骨料及磨细掺合料配制而成，目前更多的是直接采用工业磷酸配制耐热混凝土。这种混凝土具有高温韧性强、耐磨性好、耐火度高的特点，其极限使用温度为1500～1700℃。磷酸盐耐热混凝土的硬化需在150℃以上烘干，总干燥时间不少于24h，硬化过程中不允许浇水。

　　 耐热混凝土多用于高炉基础、焦炉基础，热工设备基础及围护结构、护衬、烟囱等。

　　 三、耐酸混凝土

　　 能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。

　　 （一）水玻璃耐酸混凝土

　　 水玻璃耐酸混凝土由水玻璃作胶结料，氟硅酸钠作促硬剂，与耐酸粉料及耐酸粗、细骨料按一定比例配制而成。耐酸粉料由辉绿岩、耐酸陶瓷碎料、石英质材料磨细而成。耐酸粗、细骨料常用石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。水玻璃耐酸混凝土的配合比一般为水玻璃：耐酸粉料：耐酸细骨料：耐酸粗骨料=0.6～0.7:1:1:1.5～2.0。水玻璃耐酸混凝土养护温度不低于10℃，养护时间不少于6天。

　　 水玻璃耐酸混凝土能抵抗除氢氟酸以外的各种酸类的侵蚀，特别是对硫酸、硝酸有良好的抗腐性，且具有较高的强度，其3d强度约为11MPa，28d强度可达15MPa。多用于化工车间的地坪、酸洗槽、贮酸池等。

　　 （二）硫磺耐酸混凝土

　　 它是以硫磺为胶凝材料，聚硫橡胶为增韧剂，掺入耐酸粉料和细骨料，经加热（160～170℃）熬制成硫磺砂浆，灌入耐酸粗骨料中冷却后即为硫磺耐酸混凝土。其抗压强度可达40MPa以上，常用于地面、设备基础、贮酸池槽等。

　　 四、泵送混凝土

　　 泵送混凝土系指坍落度不小于100mm，并用泵送施工的混凝土。它能一次连续完成水平运输和垂直运输，效率高、节约劳动力，因而近年来国内外应用也十分广泛。

　　 泵送混凝土拌合物必须具有较好的可泵性。所谓可泵性，即拌合物具有顺利通过管道、摩擦阻力小、不离析、不阻塞和粘聚性良好的性能。

　　 保证混凝土良好可泵性的基本要求是：

　　 （一）水泥

　　 泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

　　 （二）骨料

　　 泵送混凝土所用粗骨料宜用连续级配，其针片状含量不宜大于10%。最大粒径与输送管径之比，当泵送高度50m以下时，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5；泵送高度在50～100m时，碎石不宜大于1:4，卵石不宜大于1:3，泵送高度在100m以上时，不宜大于1:4.5。宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应少于15%，通过0.160mm筛孔的含量不应少于5%。

　　 （三）掺合料与外加剂

　　 泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂，并宜掺用粉煤灰或其他活性掺合料以改善混凝土的可泵性。

　　 （四）坍落度

　　 泵送混凝土入泵时的坍落度一般应符合表4-30的要求。

表4-30 混凝土入泵坍落度选用表

泵送高度（m）

30以下

30～60

60～100

100以上

坍落度（mm）

100～140

140～160

160～180

180～200

（五）泵送混凝土配合比设计

　　 泵送混凝土的水胶比不宜大于0.60，水泥和矿物掺合料总量不宜小于300kg/m3，且不宜采用火山灰水泥，砂率宜为35～45%。采用引气剂的泵送混凝土，其含气量不宜超过4%。实践证明，泵送混凝土掺用优质的磨细粉煤灰和矿粉后，可显著改善和易性及节约水泥，而强度不降低。泵送混凝土的用水量和用灰量较大，使混凝土易产生离析和收缩裂纹等问题。

　　 五、聚合物混凝土

　　 聚合物混凝土是由有机聚合物、无机胶凝材料和骨料结合而成的新型混凝土，常用的有以下两类。

　　 （一）聚合物浸渍混凝土（PIC）

　　 将已硬化的混凝土干燥后浸入有机单体中，用加热或辐射等方法使混凝土孔隙内的单体聚合，使混凝土与聚合物形成整体，称为聚合物浸渍混凝土。

　　 由于聚合物填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，从而增加了混凝土的密实度，提高了水泥与骨料之间的粘结强度，减少了应力集中，因此具有高强、耐蚀、抗冲击等优良的物理力学性能。与基材（混凝土）相比，抗压强度可提高2～4倍，一般可达150MPa。

　　 浸渍所用的单体有：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）、丙烯腈（AN）、聚脂—苯乙烯等。对于完全浸渍的混凝土应选用粘度尽可能低的单体，如MMA、S等，对于局部浸渍的混凝土，可选用粘度较大的单体如聚脂—苯乙烯等。

　　 聚合物浸渍混凝土适用于要求高强度、高耐久性的特殊构件，特别适用于输送液体的有筋管道、无筋管和坑道。

　　 （二）聚合物水泥混凝土（PCC）

　　 聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液拌和水泥，并掺入砂或其他骨料而制成。生产工艺与普通混凝土相似，便于现场施工。

　　 聚合物可用天然聚合物（如天然橡胶）和各种合成聚合物（如聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯等）。矿物胶凝材料可用普通水泥和高铝水泥。

　　 通常认为，在混凝土凝结硬化过程中，聚合物与水泥之间没有发生化学作用，只是水泥水化吸收乳液中水分，使乳液脱水而逐渐凝固，水泥水化产物与聚合物互相包裹填充形成致密的结构，从而改善了混凝土的物理力学性能，表现为粘结性能好，耐久性和耐磨性高，抗折强度明显提高，但不及聚合物浸渍混凝土显著，抗压强度有可能下降。

　　 聚合物水泥混凝土多用于无缝地面，也常用于混凝土路面和机场跑道面层和构筑物的防水层。

　　 六、纤维混凝土

　　 纤维混凝土是以混凝土为基体，外掺各种纤维材料而成。掺入纤维的目的是提高混凝土的抗拉、抗弯、冲击韧性，也可以有效改善混凝土的脆性性质。

　　 常用的纤维材料有钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维和合成纤维等。所用的纤维必须具有耐碱、耐海水、耐气候变化的特性。国内外研究和应用钢纤维较多，因为钢纤维对抑制混凝土裂缝的形成，提高混凝土抗拉和抗弯、增加韧性效果最佳，但成本较高，因此，近年来合成纤维的应用技术研究较多，有可能成为纤维混凝土主要品种之一。

　　 在纤维混凝土中，纤维的含量，纤维的几何形状以及纤维的分布情况，对其性质有重要影响。以钢纤维为例：为了便于搅拌，一般控制钢纤维的长径比为60～100，掺量为0.5%～1.3%（体积比），尽可能选用直径细、截面形状非圆形的钢纤维，钢纤维混凝土一般可提高抗拉强度2倍左右，抗冲击强度提高5倍以上。

　　 纤维混凝土目前主要用于复杂应力结构构件、对抗冲击性要求高的工程，如飞机跑道、高速公路、桥面面层、管道等。随着纤维混凝土技术的提高，各类纤维性能的改善，成本的降低，在建筑工程中的应用将会越来广泛。

　　 七、防辐射混凝土

　　 能遮蔽x、γ射线等对人体有危害的混凝土，称为防辐射混凝土。它由水泥、水及重骨料配制而成，其表观密度一般在3000kg/m3以上。混凝土愈重，其防护x、γ射线的性能越好，且防护结构的厚度可减小。但对中子流的防护，除需要混凝土很重外，还需要含有足够多的最轻元素——氢。

　　 配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水泥，最好使用硅酸锶等重水泥。采用高铝水泥施工时需采取冷却措施。常用重骨料主要有重晶石（BaSO4）、褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）、磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）等。另外，掺入硼和硼化物及锂盐等，也能有效改善混凝土的防护性能。

　　 防辐射混凝土主要用于原子能工业以及应用放射性同位素的装置中，如反应堆、加速器、放射化学装置、海关、医院等的防护结构。

　　 八、彩色混凝土

　　 彩色混凝土，也称为面层着色混凝土。通常采用彩色水泥或白水泥加颜料按一定比例配制成彩色饰面料，先铺于模底，厚度不小于10mm，再在其上浇筑普通混凝土，这称为反打一步成型。也可冲压成型。除此之外，还可采取在新浇混凝土表面上干撒着色硬化剂显色，或者采用化学着色剂渗入已硬化混凝土的毛细孔中，生成难溶且抗磨的有色沉淀物显示色彩。

　　 彩色混凝土目前多用于制作路面砖，有人行道砖和车行道砖两类，按其形状又分为普通型砖和异型砖两种。路面砖也有本色砖。普型铺地砖有方形、六角形等多种，它们的表面可做成各种图案花纹，异型路面砖铺设后，砖与砖之间相互产生联锁作用，故又称联锁砖。联锁砖的排列方式有多种，不同排列则形成不同图案的路面。采用彩色路面砖铺路面，可形成多彩美丽的图案和永久性的交通管理标志，具有美化城市的作用。

　　 九、碾压式水泥混凝土

　　 碾压式水泥混凝土是以较低的水泥用量和很小的水灰比配制而成的超干硬性混凝土，经机械振动碾压密实而成，通常简称为碾压混凝土。这种混凝土主要用来铺筑路面和坝体，具有强度高、密实度大、耐久性好和成本低等优点。

　　 （一）原材料和配合比

　　 碾压混凝土的原材料与普通混凝土基本相同。为节约水泥、改善和易性和提高耐久性，通常掺大量的粉煤灰。当用于路面工程时，粗集料最大粒径应不大于20mm，基层则可放大到30～40mm。为了改善集料级配，通常掺入一定量的石屑，且砂率比普通混凝土要大。

　　 碾压混凝土的配合比设计主要通过击实试验，以最大表观密度或强度为技术指标，来选择合理的集料级配、砂率、水泥用量和最佳含水量（其物理意义与普通混凝土的水灰比相似），采用体积法计算砂石用量，并通过试拌调整和强度验证，最终确定配合比。并以最佳含水率和最大表观密度值作为施工控制和质量验收的主要技术依据。

　　 （二）主要技术性能和经济效益

　　 1．主要技术性能。

　　 （1）强度高：碾压混凝土由于采用很小的水灰比（一般为0.3左右），集料又采用连续密级配，并经过振动式或轮胎式压路机的碾压，混凝土具有密实度和表观密度大的优点，水泥胶结料能最大限度地发挥作用，因而混凝土具有较高的强度，特别是早期强度更高。如水泥用量为200kg/m3的碾压混凝土抗压强度可达30MPa以上，抗折强度大于5MPa。

　　 （2）收缩小：碾压混凝土由于采用密实级配，胶结料用量低，水灰比小，因此混凝土凝结硬化时的化学收缩小，多余水分挥发引起的干缩也小，从而混凝土的总收缩大大下降，一般只有同等级普通混凝土的1/2～1/3左右。

　　 （3）耐久性好：由于碾压混凝土的密实结构，孔隙率小，因此，混凝土的抗渗性、耐磨性、抗冻性和抗腐蚀性等耐久性指标大大提高。

　　 2．经济效益。

　　 （1）节约水泥：等强度条件下，碾压混凝土可比普通混凝土节约水泥用量30%以上。

　　 （2）工效高、加快施工进度：碾压混凝土应用于路面工程可比普通混凝土提高工效2倍左右。又由于早期强度高，可缩短养护期、加快施工进度、提早开放交通。

　　 （3）降低施工和维护费用：当碾压混凝土应用于大体积混凝土工程时，由于水化热小，可以大大简化降温措施，节约降温费用。对混凝土路面工程，其养护费用远低于沥青混凝土路面，而且使用年限较长。

附录：习题与复习思考题

　　1. 砂颗粒级配、细度模数的概念及测试和计算方法。

　　2. 石子最大粒径、针片状、压碎指标的概念及测试和计算方法。

　　3. 粗骨料最大粒径的限制条件。

　　4. 路用石料有哪几项主要技术性能指标？

　　5. 石料的磨耗率大小与耐磨性能的关系。

　　6. 集料磨光值、磨耗值和冲击值表征石料的什么性能？这些数值对路面抗滑层用集料有什么实际意义？

　　7. 减水剂的作用机理和使用效果。

　　8. 从技术经济及工程持点考虑，针对大体积混凝土、高强混凝土、普通现浇混凝土、混凝土预制构件、喷射混凝土和泵送混凝土工程或制品，选用合适的外加剂品种，并简要说明理由。

　　9. 混凝土拌合物和易性的概念、测试方法、主要影响因素、调整方法及改善措施。

　　10. 混凝土立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗拉强度和劈裂抗拉强度的概念及相互关系。

　　11. 影响混凝土强度的主要因素及提高强度的主要措施有哪些？

　　12. 在什么条件下能使混凝土的配制强度与其所用水泥的强度等级相等？

　　13. 影响混凝土干缩值大小的主要因素有哪些？

　　14. 温度变形对混凝土结构的危害。

　　15. 混凝土抗磨性概念和表示方式。

　　16. 影响混凝土耐久性的主要因素及提高耐久性的措施有哪些？

　　17. 混凝土的合理砂率及确定的原则是什么？

　　18. 混凝土质量（强度）波动的主要原因有哪些？

　　19. 甲、乙两种砂，取样筛分结果如下：

筛孔尺寸（mm）

4.75

2.36

1.18

0.600

0.300

0.150

<0.150

筛余量（g）

甲 砂

0

0

30

80

140

210

40

乙 砂

30

170

120

90

50

30

10

（1）分别计算细度模数并评定其级配。

　　（2） 欲将甲、乙两种砂混合配制出细度模数为2.7的砂，问两种砂的比例应各占多少？混合砂的级配如何？

　　20. 某道路工程用石子进行压碎值指标测定，称取13.2～16mm的试样3000克，压碎试验后采用2.36mm的筛子过筛，称得筛上石子重2815克，筛下细料重185克。求该石子的压碎值指标。

　　21. 钢筋混凝土梁的截面最小尺寸为320mm，配置钢筋的直径为20mm，钢筋中心距离为80mm，问可选用最大粒径为多少的石子？

　　22. 某工程用碎石和普通水泥32.5级配制C40混凝土，水泥强度富余系数1.10，混凝土强度标准差4.0MPa。求水灰比。若改用普通水泥42.5级，水泥强度富余系数同样为1.10，水灰比为多少。

　　23. 三个建筑工地生产的混凝土，实际平均强度均为23.0MPa，设计要求的强度等级均为C20，三个工地的强度变异系数Cv值分别为0.102、0.155和0.250。问三个工地生产的混凝土强度保证率（P）分别是多少？并比较三个工地施工质量控制水平。

　　24. 某工程设计要求的混凝土强度等级为C25，要求强度保证率P＝95%。试求:

　　（1）当混凝土强度标准差 ＝5.5MPa时，混凝土的配制强度应为多少？

　　（2）若提高施工管理水平， 降为3.0MPa时，混凝土的配制强度为多少？

　　（3）若采用普通硅酸盐水泥32.5和卵石配制混凝土，用水量为180kg/m3，水泥富余系数Kc=1.10。问 从5.5MPa降到3.0MPa，每m3混凝土可节约水泥多少kg？

　　25. 某工程在一个施工期内浇筑的某部位混凝土，各班测得的混凝土28d的抗压强度值（MPa）如下：

　　22.6；23.6；30.0；33.0；23.2；23.2；22.8；27.2；21.2；26.0；24.0；30.8；22.4；21.2；24.4；24.4；23.2；24.4；22.0；26.20；21.8；29.0；19.9；21.0；29.4；21.2；24.4；26.8；24.2；19.0；20.6；21.8；28.6；26.8；28.6；28.8；37.8；36.8；29.2；35.6；28.0。（试件尺寸：150mm×150mm×150mm）

　　该部位混凝土设计强度等级为C20，试计算此批混凝土的平均强度 、标准差 、变异系数Cv及强度保证率P。

　　26. 已知混凝土的水灰比为0.60，每m3混凝土拌合用水量为180kg，采用砂率33%，水泥的密度 ＝3.10g/cm3，砂子和石子的表观密度分别为 ＝2.62g/cm3及 ＝2.70g/cm3。试用体积法求1m3混凝土中各材料的用量。

　　27. 某实验室试拌混凝土，经调整后各材料用量为：普通水泥4.5kg，水2.7kg，砂9.9kg，碎石18.9kg，又测得拌合物表观密度为2.38kg/L，试求：

　　（1）每m3混凝土的各材料用量；

　　（2）当施工现场砂子含水率为3.5%，石子含水率为1%时，求施工配合比；

　　（3）如果把实验室配合比直接用于现场施工，则现场混凝土的实际配合比将如何变化？对混凝土强度将产生多大影响？

　　28. 某混凝土预制构件厂，生产预应力钢筋混凝土大梁，需用设计强度为C40的混凝土，拟用原材料为：

　　水泥：普通硅酸盐水泥42.5，水泥强度富余系数为1.10， ＝3.15g/cm3：；

　　中砂： ＝2.66g/cm3，级配合格；

　　碎石： ＝2.70g/cm3，级配合格，Dmax＝20mm。

　　已知单位用水量W＝170kg，标准差 ＝5MPa。试用体积法计算混凝土配合比。并求出每拌三包水泥（每包水泥重50kg）的混凝土时各材料用量。

　　29. 试用抗弯强度为指标的方法，设计某高速公路路面用水泥混凝土的配合比。设计原始资料如下：

　　（1）交通量属于特重级，混凝土设计抗弯拉强度 =5.0MPa，施工水平较好，k=1.10。

　　（2）施工要求坍落度10～30mm。

　　（3）水泥：普通水泥42.5，水泥强度富余系数为1.10，实测抗弯拉强度为8.45MPa（按交通部标准），密度3.10。

　　（4）碎石：最大粒径为40mm，饱和面干密度为 =2.75g/cm3。

　　（5）河砂：细度模数为2.6，饱和面干密度为 =2.70g/cm3。

　　30. 今用普通硅酸盐水泥42.5，配制C20碎石混凝土，水泥强度富余系数为1.10，耐久性要求混凝土的最大水灰比为0.60，问混凝土强度富余多少？若要使混凝土强度不产生富余，可采取什么方法？

　　31. 某建筑公司拟建一栋面积5000m2的6层住宅楼，估计施工中要用125m3现浇混凝土，已知混凝土的配合比为1∶1.74∶3.56，W/C=0.56，现场供应的原材料情况为：

　　水泥：普通水泥32.5， ＝3.1g/cm3；

　　砂：中砂、级配合格， ＝2.60g/cm3；

　　石：5～40mm碎石，级配合格， ＝2.70g/cm3。

　试求：（1）1m3混凝土中各材料的用量；

　　（2）如果在上述混凝土中掺入1.5%的减水剂，并减水18%，减水泥15%，计算每m3混凝土的各种材料用量； 　　（3）本工程混凝土可节省水泥约多少吨？