二、普通混凝土的主要技术性质

　　(一)混凝土拌合物的和易性(又称工作性)

　　1.和易性的概念及指标

　　和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇筑、捣实)，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能，和易性为一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性、保水性三方面的含义。流动性以坍落度(cm)或维勃稠度(s)作为指标，坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物(坍落度值≥10mm，骨料最大粒径≤40mm)，维勃稠度适用于干硬性的混凝土拌合物(坍落度值<10mm，骨料最大粒径≤40mm，维勃稠度在5～30s之间)。粘聚性与保水性无指标，凭直观经验目测评定。

　　按坍落度值不同，可将混凝土拌合物分为大流动性混凝土(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)。

　　2.坍落度的选择

　　施工中选择混凝土拌合物的坍落度，一般依据构件截面的大小，钢筋疏密、捣实方法来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密或人工插捣时，坍落度可选择大些。在保证能顺利施工的前提下，坍落度尽量选小些为宜。

　　混凝土浇筑时的坍落度　　　　　　　　　　　　　　　表20-21

　　注：1.本表系指采用机械振捣的坍落度，采用人工捣实时可适当增大;

　　2.泵送混凝土拌合物坍落度不低于100mm，应掺用外加剂(如减水剂)。

　　3.影响和易性的主要因素

　　(1)水泥浆的数量与稠度

　　对混凝土拌合物和易性起决定作用的是用水量的多少。当使用确定的材料拌制混凝土时，水泥用量在一定范围内(1m3混凝土水泥用量增减不超过50～100kg)，为达到一定流动性，所需加水量为一常值。

　　(2)砂率

　　砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。在水泥浆含量不变的情况下，砂率过大或过小，均会使混凝土拌合物的流动性减小。因此，在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，应选用合理砂率值。所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值，从另一角度考虑，当采用合理砂率时，能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性，而水泥用量为最少。

　　确定砂率的方法较多，可参照表20—23选用。也可根据砂、石的表观密度与堆积密度等数据进行计算确定。

　　(3)水泥品种与骨料品种、性质

　　如用矿渣水泥时，拌合物的坍落度一般较用普通水泥时为小，泌水性则显著增加，一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流动性大，级配好的骨料拌制的混凝土拌合物的流动性也大。

　　(4)除以上所述外，影响混凝土拌合物和易性的因素，还有外加剂、时间、环境的温度与湿度等。

　　在实际工作中，调整拌合物的和易性(需考虑对混凝土强度、耐久性等的影响)的措施：

　　①尽可能采用合理砂率，以提高混凝土的质量与节约水泥;

　　②改善砂、石级配;

　　③尽量采用较粗的砂、石;

　　④当混凝土的配合比初步确定后，如发现当拌合物坍落度太小时，可保持水灰比不变，增加适量的水泥浆以提高混凝土坍落度，满足施工要求;当坍落度太大时，可增加适量砂、石，从而减小坍落度，达到施工要求，避免出现离析、泌水等不利现象;

　　⑤掺外加剂(减水剂、引气剂)，均可提高混凝土的流动性。

　　(二)混凝土的强度

　　1.混凝土立方体抗压强度及强度等级

　　将混凝土拌合物制成边长为150mm的立方体标准试件，在标准条件(温度20±3℃，相对湿度90%以上)下，养护到28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度值，称为混凝土立方体抗压强度，用fcu表示。非标准尺寸试件的抗压强度应折算成标准尺寸试件的抗压强度值，换算系数如表。

　　混凝土强度等级采用“C”与立方体抗压强度标准值fcu,k表示。指混凝土立方体抗压强度测定值的总体分布中，低于该值标准值fcu,k的百分率≤5%，普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为12个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。我国一般钢筋混凝土梁、板的混凝土强度等级为C15～C30。

　　2.混凝土轴心抗压强度(又称棱柱抗压强度)

　　实际工程中，混凝土受压构件大部分是棱柱体或圆柱体，为了与实际情况相符，在混凝土结构设计、计算轴心受压构件(如柱子、桁架的腹杆等)时，应采用轴心抗压强度作为设计依据。轴心抗压强度应采用150mm×l50mm×300mm的棱柱体作为标准试件，实验表明，轴心抗压强度约为立方体抗压强度的0.7～0.8。在结构设计中，设计采用的轴心抗压强度为立方体抗压强度的0.67倍。

　　3.混凝土抗拉强度

　　混凝土的抗拉强度很低，只有其抗压强度的1/10—1/20，且这个比值随着强度等级的提高而降低。混凝土抗拉强度对于混凝土抗裂性具有重要作用，是结构设计中确定混凝土抗裂度的主要指标，有时也用来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。一般采用劈裂法来测定混凝土的抗拉强度，简称劈拉强度。

　　4.影响混凝土抗压强度的因素：水泥强度和水灰比、温度和湿度、龄期

　　(1)水泥强度和水灰比

　　水泥强度、水灰比是影响混凝土强度最主要的因素。实验证明：水泥强度愈高，则混凝土的强度愈高;在水泥品种、强度相同时，混凝土的强度随着水灰比的增大而有规律地降低。水灰比增大，多余的水多(水泥水化所需的结合水，一般只占水泥质量的23%左右)，当混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔，大大地减少了混凝土抵抗荷载的实际有效断面，而且可能在孔隙周围产生应力集中，使混凝土强度降低，反之，水灰比越小，水泥浆硬化后强度越高，与骨料表面粘结力也增强，则混凝土强度也越高。但若水灰比过小，拌合物过于干稠，难捣密实，混凝土出现较多的蜂窝、空洞、强度也会下降。

　　(2)温度和湿度

　　混凝土所处环境的温度与湿度，对混凝土强度有很大影响。若温度升高，水泥水化速度加快，混凝土强度发展也就加快;反之，温度降低时，水泥水化速度降低，混凝土强度发展相应迟缓。当温度降至冰点以下时，水泥水化反应停止，混凝土的强度也停止发展，而且还会因混凝土中的水结冰产生体积膨胀导致开裂。所以冬期施工混凝土时，要特别注意保温养护，以免混凝土早期受冻破坏。

　　周围环境的湿度对混凝土强度也有显著影响。若湿度不够，混凝土会因失水干燥而影响水泥水化作用的正常进行，甚至停止水化。这将导致严重降低混凝土的强度，且因水化作用不充分，使混凝土结构疏松，或形成千缩裂缝，从而影响混凝土耐久性。因此，已浇筑完毕的混凝土，必须注意在一定时间内维持周围环境有一定温度和湿度。混凝土在自然条件下养护，称为自然养护，即在混凝土凝结后(一般在12h以内)，表面加以覆盖和浇水，一般硅酸盐水泥、普通水泥与矿渣水泥配制的混凝土，需浇水保温至少7d，使用火山灰水泥、粉煤灰水泥或掺用缓凝型外加剂，或有抗渗要求的混凝土，不少于14d。

　　(3)龄期

　　混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期的增加而增长，最初7～14d内，强度增长较快，28d以后增长缓慢，但只要有一定的温度与湿度，强度仍有所增长。可根据混凝土的早期强度大致估计其28d的强度。

　　5.提高混凝土抗压强度的措施

　　(1)采用低水灰比或低水胶比的混凝土

　　可提高混凝土28d的强度或后期强度。

　　(2)采用高强度等级水泥或早强类水泥

　　这类混凝土特点是用水量少，水灰比小(一般为0.3～0.5)，拌合物中游离水分少，从而硬化后留下的孔隙少，混凝土强度高。

　　(3)采用湿热养护——蒸汽养护与蒸压养护

　　蒸汽养护是将混凝土放在低于100℃的常压蒸汽中养护。目的是提高混凝土的早期强度。一般混凝土经16h左右蒸汽养护后，其强度可达正常条件下养护28d强度的70%～80%。蒸汽养护的最适宜温度，普通水泥或硅酸盐水泥为80℃左右，矿渣水泥及火山灰水泥为90℃左右。

　　蒸压养护是将混凝土放在温度175℃及8个大气压的蒸压釜中进行养护。水泥水化析出的氢氧化钙，不仅能与活性氧化硅结合，而且也能与结晶状态的氧化硅结合，生成结晶较好的水化硅酸钙，使水泥水化、硬化加速，可有效地提高混凝土的强度。

　　(4)采用机械搅拌与振捣

　　可提高混凝土均匀性、密实度与强度，对用水量少、水灰比小的干硬性混凝土，效果显著。

　　(5)掺入混凝土外加剂和掺合料

　　在混凝土中掺入早强剂，可显著提高混凝土早期强度。掺入减水剂，拌合水量减少，降低水灰比，可提高混凝土强度。在混凝土拌合物中，除掺入高效减水剂、复合外加剂外，还同时掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料，可配制高强度混凝土。

　　(三)混凝土的变形性能

　　1.化学收缩

　　混凝土的化学收缩是由于水泥水化引起的。这种收缩是不能恢复的，收缩量随龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40多天内增长较快，以后就渐趋稳定。总收缩量一般不大。

　　2.干湿变形

　　干湿变形是指混凝土随周围环境变化而产生的湿胀干缩变形。一般湿胀的变形量很小，无明显破坏作用，而干缩则显著且往往引起混凝土开裂。影响混凝土干缩的因素主要有水泥品种、细度与用量、水灰比、骨料品种与质量及养护条件等。一般来说，水泥用量大、水灰比大;砂石用量少，则干缩值大(水泥用量不宜大于550kg/m3)。

　　在一般工程设计中，通常采用混凝土的线收缩值为(15～20)×10-5，即每lm收缩0.15～0.20mm。

　　3.温度变形

　　温度变形即混凝土热胀冷缩的变形，其线胀系数约为1×10-5/℃，即温度每升高1℃，每lm膨胀0.01mm。

　　温度变形对大体积混凝土极为不利。混凝土中因水泥水化放出的热量聚积造成内部温度升高，而外部混凝土温度则随气温升降，有时内外温差达50～60℃，导致内胀外缩，在混凝土表面产生很大的拉应力，严重的会产生裂缝。因此，大体积混凝土应采用低热水泥、减少水泥用量、人工降温、对混凝土表层加强养护等措施。对纵长的钢筋混凝土结构应预留伸缩缝、在结构物内配置温度钢筋。

　　4.在荷载作用下的变形

　　(1)在短期荷载作用下的变形

　　混凝土静力弹性模量(简称弹性模量)的测定，是指应力为1/3轴心抗压强度时的割线弹性模量。混凝土的弹性模量主要取决于骨料与水泥石的弹性模量，以及它们之间的体积比和混凝土含气量。所以水灰比较小，水泥用量较少、骨料弹性模量较高、养护较好及龄期较长时，混凝土的弹性模量就较大。

　　(2)徐变

　　混凝土在长期荷载作用下随时间而增加的变形称为徐变。在荷载作用初期，徐变变形增长较快，以后逐渐变慢，一般延续2～3年渐趋于稳定。混凝土的徐变值与水泥品种、水泥用量、水灰比、混凝土的弹性模量、养护条件等因素有关。如水灰比较小或混凝土在水中养护、骨料用量较多时，其徐变较小。

　　混凝土的徐变作用：①消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力较均匀地重新分布;②消除一部分大体积混凝土因温度变形所产生的破坏应力。但会使预应力钢筋混凝土结构中钢筋的预加应力受到损失。

　　(四)混凝土的耐久性

　　混凝土除应具有适当的强度，能安全地承受荷载作用外，还应具有耐久性能，以满足在所处环境及使用条件下的经久耐用要求。耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、耐热性、碱一骨料反应、抗碳化性等。

　　1.抗渗性

　　混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水(或油等液体)渗透的性能。抗渗性是混凝土的一个重要性质，直接影响混凝土的抗冻性与抗侵蚀性。抗渗性主要取决于混凝土的密实度及内部孔隙的特征(大小、构造)。

　　混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是以28d龄期的标准抗渗试件，按规定方法试验，以不渗水时所能承受的最大水压来确定。如抗渗等级为P4、P6、P8、P10、P12分别表示能抵抗0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa的水压而不渗透。抗渗混凝土的抗渗等级≥P6。通常以提高混凝土的密实度的方法提高混凝土的抗渗性。

　　2.抗冻性

　　指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。

　　混凝土的抗冻性一般以抗冻等级表示。混凝土抗冻等级的测定，是以标准养护28d龄期的立方体试件，在吸水饱和后，进行冻融循环试验(-15℃，+20℃)，以同时满足抗压强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%时的最大循环次数表示。混凝土抗冻等级有F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300共七个等级，分别表示混凝土能承受反复冻融循环次数为25、50、100、150、200、250和300。抗冻混凝土的抗冻等级≥F50。

　　混凝土的抗冻性主要取决于混凝土中孔隙的数量、特征、充水程度、环境的温湿度与经历冻融的次数等。通常以①提高混凝土的密实度、②掺加引气剂以减小混凝土内孔隙的连通程度等方法提高混凝土的抗冻性。

　　3.碱一骨料反应

　　碱一骨料反应是指混凝土内水泥中的碱性氧化物(Na2O、K2O)与骨料中的活性二氧化硅或活性碳酸盐发生化学反应，生成碱一硅酸凝胶或碱一碳酸盐凝胶，该凝胶吸水后会产生很大的体积膨胀，导致混凝土产生膨胀开裂而破坏。这种碱性氧化物和骨料中活性成分之间的化学反应通常称为碱一骨料反应。

　　为防止碱—骨料反应对混凝土的破坏作用，应①严格控制水泥中碱(Na2O、K2O)的含量，②禁止使用含有活性氧化硅(如蛋白石)或活性碳酸盐的骨料，对骨料应进行碱—骨料反应检验，③可在混凝土配制中加入活性掺合料，以吸收Na+、K+，使反应不集中于骨料表面。

　　4.抗碳化性

　　指混凝土抵抗内部的Ca(OH)2与空气中的CO2在有水的条件下反应生成CaCO3，导致混凝土内部原来的碱性环境变为中性环境的能力。故又可称为抗中性化的能力。抗碳化性的高低主要意味着混凝土抗钢筋锈蚀能力的高低，因为混凝土内部的碱性环境是使钢筋得到保护而免遭锈蚀的环境，而中性环境则使钢筋易于锈蚀从而引起进一步的钢筋混凝土破坏。通常以提高混凝土密实度、增大混凝土内Ca(OH)2数量等方法提高混凝土的抗碳化性。

　　5.抗化学侵蚀性

　　混凝土的抗化学侵蚀性指混凝土抗各种化学介质侵蚀的能力，主要取决于混凝土中水泥的抗化学侵蚀性。

　　6.提高混凝土耐久性的措施

　　(1)选择适当品种的水泥。

　　(2)严格控制水灰比与水泥用量。选择与所处环境相应的混凝土最大水灰比和最小水泥用量。

　　(3)选用质量好的骨料。

　　(4)掺入减水剂、引气剂等外加剂。

　　(5)保证混凝土施工质量。