三、水泥混凝土

　　混凝土是指以胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。按所用胶凝材料的种类不同，混凝土可分为水泥混凝土、沥青混凝土、树脂混凝土、聚合物混凝土等。水泥混凝土是以水泥、骨料和水为主要原料，也可加入外加剂和矿物掺和料等材料，经拌和、成型、养护等工艺制成的、硬化后具有强度的工程材料。

　　1.水泥

　　2.砂

　　(2)粗细程度及颗粒级配

　　砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起时的平均粗细程度。在砂用量相同的情况下，若砂子过粗，则拌制的混凝土黏聚性较差，容易产生离析、泌水现象;若砂子过细，砂子的总表面积增大，虽然拌制的混凝土黏聚性较好，不易产生离析、泌水现象，但水泥用量增大。所以，用于拌制混凝土的砂，不宜过粗，也不宜过细。

　　(3)坚固性。砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。按现行国家标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52，砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，试样经 5 次循环后其质量损失应符合该规范中的要求。

　　3.石子

　　(1)有害杂质含量。石子中含有黏土、淤泥、有机物、硫化物及硫酸盐和其他活性氧化硅等杂质。有的杂质影响粘结力，有的杂质能和水泥产生化学作用而破坏混凝土结构。此外，针片状颗粒的含量也不宜过多。石子中有害杂质含量不超过规范规定的标准。对于重要工程混凝土所用的卵石、碎石，还应进行碱活性检验，以确定其适用性。

　　(2)最大粒径与颗粒级配

　　1)最大粒径。石子中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。在石子用量一定的情况下，随着粒径的增大，总表面积随之减小，故在满足技术要求的前提下，最大粒径尽可能选的大一些是有利的。根据《混凝土结构工程施工规范》GB 506666，粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的 1/4，且不超过钢筋间最小净距的 3/4。对于混凝土实心板，粗骨料最大粒径不宜超过板厚的 1/3，且不得超过40mm。

　　对于泵送混凝土应根据粗骨料品种、泵送高度、输送管径确定最大粒径，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。水泥混凝土路面混凝土板用粗骨料，其最大粒径不应超过 40mm。

　　2)颗粒级配。石子级配分为连续级配与间断级配两种。测定石子的最大粒径与颗粒级配仍采用筛分析法。将石子用标准筛筛分后，计算出各筛分计筛余百分率和累计筛余百分率。以公称粒级的上限为该粒级的最大粒径。

　　(3)强度与坚固性

　　1)强度

　　2)坚固性

　　4.水

　　5.外加剂

　　(1)外加剂的作用

　　(2)外加剂的分类

　　按主要功能分类：

　　①改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，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、防冻剂和阻锈剂等。

　　④改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、着色剂等。

　　(3)常用混凝土外加剂

　　1)减水剂。混凝土减水剂是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下，具有减水增强作用的外加剂。

　　混凝土掺入减水剂的技术经济效果：

　　①保持坍落度不变，掺减水剂可降低单位混凝土用水量，从而降低了水灰比，提高混凝土强度，同时改善混凝土的密实度，提高耐久性;

　　②保持用水量不变，掺减水剂可增大混凝土坍落度(流动性);

　　③保持强度不变，掺减水剂可节约水泥用量。减水剂常用品种有普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂等。

　　①普通减水剂。主要成分为木质素磺酸盐类，如木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁等，具有一定缓凝、减水和引气作用，宜用于日最低气温 5℃以上强度等级为 C40 以下的混凝土，但不宜单独用于蒸养混凝土。

　　②高效减水剂。混凝土工程可采用的高效减水剂有：萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合的盐类、氨基磺酸盐等多环芳香族磺酸盐类;磺化三聚氰胺树脂等水溶性树脂磺酸盐类;脂肪族羟烷基磺酸盐高缩聚物等脂肪族类。高效减水剂具有较高的减水率，较低的引气量，是我国使用最广，使用量最大的外加剂。

　　高效减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土。缓凝型高效减水剂可用于大体积混凝土、碾压混凝土、炎热气候条件下施工的混凝土、大面积浇筑的混凝土、避免冷缝产生的混凝土、需较长时间停放或长距离运输的混凝土、自密实混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需要延缓凝结时间且有较高减水率要求的混凝土;宜用于日最低气温 5℃以上施工的混凝土。标准型高效减水剂宜用于日最低气温 0℃以上施工的混凝土，也可用于蒸养混凝土。

　　③高性能减水剂。是近年来开发的新型外加剂，目前主要为聚羧酸盐类产品，标准型、早强型和缓

　　凝型等品种。高性能减水剂比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。聚羧酸系高性能减水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土。宜用于高强混凝土、自密实混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、预制构件混凝土和钢管混凝土，具有高体积稳定性、高耐久性或高工作性要求的混凝土。缓凝型聚羧酸系高性能减水剂宜用于大体积混凝土，不宜用于日最低气温 5℃以下施工的混凝土。早强型聚羧酸系高性能减水剂宜用于有早强要求或低温季节施工的混凝土，但不宜用于日最低气温-5℃以下施工的混凝土，且不宜用于大体积混凝土。

　　2)早强剂。混凝土早强剂是指能提高混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。若外加剂兼有早强和减水作用则称为早强减水剂。早强剂多用于抢修工程和冬季施工的混凝土。目前常用的早强剂有氯盐、硫酸盐、三乙醇胺和以它们为基础的复合早强剂。早强剂宜用于蒸养、常温、低温和最低温度不低于-5℃环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热条件以及环境温度低于-5℃时不宜使用早强剂。早强剂不宜用于大体积混凝土。

　　①氯盐早强剂。常用的有氯化钙(CaCl2)和氯化钠(NaCl)。掺入氯化钙能缩短水泥的凝结时间，提高混凝土的密实度、强度和抗冻性。氯盐早强剂不能用于预应力混凝土结构。

　　②硫酸盐早强剂。常用的硫酸钠(Na2S04)早强剂，又称元明粉。不宜使用无机盐类早强剂的情形有：处于水位变化的结构;露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构;相对湿度大于 80%环境中使用的结构;直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构;有装饰要求的混凝土，特别是要求色彩一致或表面有金属装饰的混凝土。

　　③三乙醇胺[N(C2H4OH3)]早强剂。是一种有机化学物质，对钢筋无锈蚀作用。三乙醇胺等有机胺类早强剂不宜用于蒸养混凝土。单独使用三乙醇胺，早强效果不明显。

　　3)引气剂及引气减水剂。

　　4)缓凝剂。

　　5)泵送剂。

　　6)膨胀剂

　　(二)普通混凝土的技术性质

　　1.混凝土的强度

　　(1)立方体抗压强度(fcu)。

　　(2)抗拉强度。

　　(3)抗折强度。

　　(4)影响混凝土强度的因素

　　2.混凝土的和易性

　　(1)和易性概念。和易性是一项综合技术指标，包括流动性、黏聚性、保水性三个主要方面。

　　①流动性：产生流动并均匀密实的充满模板的能力。

　　②黏聚性：使混凝土保持整体均匀性的能力。

　　③保水性：混凝土拌和物在施工中不致发生严重的泌水现象。

　　(2)影响混凝土和易性的主要因素

　　1)水泥浆。水泥浆是普通混凝土和易性最敏感的影响因素。

　　2)骨料品种与品质。

　　3)砂率。在用水量及水泥用量一定的条件下，存在最佳砂率，使混凝土拌和物获得最大的流动性，且保持黏聚性和保水性。

　　4)其他因素。①水泥与外加剂;②温度和时间。

　　3.混凝土耐久性

　　(1)混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。

　　(2)提高混凝土耐久性的措施。混凝土耐久性主要取决于组成材料的质量及混凝土密实度。

　　提高混凝土耐久性的主要措施有：

　　①根据工程环境及要求，合理选用水泥品种。

　　②控制水灰比及保证足够的水泥用量。

　　③选用质量良好、级配合理的骨料和合理的砂率。

　　④掺用合适的外加剂。

　　(三)普通混凝土配合比设计

　　混凝土配合比是指混凝土中各组成材料之间的比例关系。混凝土配合比通常用每立方米混凝土中各种材料的质量来表示，或以各种材料用料量的比例表示。混凝土配合比的确定可根据工程特点、组成材料的质量、施工方法等因素，通过理论计算和试配来确定。

　　1.设计混凝土配合比的基本要求

　　①满足混凝土设计的强度等级;

　　②满足施工要求的混凝土和易性;

　　③满足混凝土使用要求的耐久性;

　　④满足上述条件下做到节约水泥和降低混凝土成本。从表面上看，混凝土配合比只是计算水泥、砂子、石子、水这四种组成材料的用量。实质上是根据组成材料的情况，确定满足上述四项基本要求的三大参数：水灰比、单位用水量和砂率。

　　(四)特种混凝土

　　1.高性能混凝土

　　(1)特性

　　1)自密实性好。高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，具有较优异的填充性。因此，配合比恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。

　　2)体积稳定性。高性能混凝土的体积稳定性较高，具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。

　　普通混凝土的弹性模量为 20～25GPa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土弹性模可达40～50GPa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土 90 天龄期的干缩值低于 0.04%。

　　3)强度高。高性能混凝土的抗压强度已超过 200MPa。28d 平均强度介于 100～120MPa 的高性能混凝土已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展较快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。

　　4)水化热低。由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。

　　5)收缩量小。高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。

　　6)徐变少。高性能混凝土的徐变变形显著低于普通混凝土，高性能混凝土与普通强度混凝土相比较，高性能混凝土的徐变总量(基本徐变与干燥徐变之和)有显著减少。

　　7)耐久性好。高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ渗透率明显低于普通混凝土。高性能混凝土具有较高的密实性和抗渗性，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。

　　8)耐高温(火)差。高性能混凝土在高温作用下会产生爆裂、剥落。为克服这一性能缺陷，可在高性能混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能。

　　高性能混凝土是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

　　(2)制备高性能混凝土的技术途径

　　单方高性能混凝土用水量不宜大于 175kg/m3。胶凝材料总量宜为 450～600kg/m3，其中矿物微细粉用量不宜超过胶凝材料总量的 30%。水胶比不宜大于 0.38。砂率宜为 37～44%。高效减水剂掺量根据坍落度要求而定。

　　1)选用优质的、符合要求的水泥和粗细集料。

　　2)选用高效减水剂。

　　3)选用微细粉。选用具有一定潜在活性或者火山灰活性的矿物掺合料，如硅粉、粉煤灰、磨细矿渣粉、天然沸石粉、偏高岭土粉及复合微细粉等。

　　4)改善混凝土的施工工艺。目前效果比较显著的有以下几种：

　　①水泥裹砂混凝土搅拌工艺。

　　②采用超声波振动或高频振动密实。

　　③对浇筑成型的新拌混凝土进行真空吸水。

　　④在真空吸水的同时，最好采用适当的机械振动从而促使新拌混凝土的“液化”而降低脱水阻力，

　　有利于同相颗粒位置的调整，有利于气泡的排出。

　　2.高强混凝土

　　高强度混凝土是用普通水泥、砂石作为原料，采用常规制作工艺，主要依靠高效减水剂，或同时外加一定数量的活性矿物掺和料，使硬化后强度等级不低于 C60 的混凝土。

　　1)高强混凝土的优点

　　①高强混凝土可减少结构断面，降低钢筋用量，增加房屋使用面积和有效空间，减轻地基负荷;

　　②高强混凝土致密坚硬，其抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗冲击性等诸方面性能均优于普通混凝土;

　　③对预应力钢筋混凝土构件，高强混凝土由于刚度大、变形小，故可以施加更大的预应力和更早地施加预应力，以及减少因徐变而导致的预应力损失。

　　2)高强混凝土的不利条件

　　①高强混凝土容易受到施工各环节中环境条件的影响，所以对其施工过程的质量管理水平要求高;

　　②高强混凝土的延性比普通混凝土差。

　　(2)高强混凝土的物理力学性能

　　1)抗压性能。与中、低强度混凝土相比密实的多，高强混凝土的抗压性能与普通混凝土相比有相当大的差别。

　　2)早期与后期强度。高强混凝土的水泥用量大，早期强度发展较快，特别是加入高效减水剂促进水化，早期强度更高，早期强度高的后期增长较小，掺高效减水剂的混凝土后期强度增长幅度要低于没有掺减水剂的混凝土。

　　3)抗拉强度。混凝土的抗拉强度虽然随着抗压强度的提高而提高，但它们之间的比值却随着强度的增加而降低。劈拉强度为立方体的抗压强度 fcu的 1/15～1/18，抗折强度约为 fcu的 1/8～1/12，而轴拉强度约为 fcu的 1/20～1/24。在低强混凝土中，这些比值均要大得多。

　　4)收缩。高强混凝土的初期收缩大，但最终收缩量与普通混凝土大体相同，用活性矿物拌和料代替部分水泥还可进一步减小混凝土的收缩。

　　5)耐久性。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、耐磨性及抗侵蚀性等。高强混凝土在这些方面的性能均明显优于普通混凝土，尤其是外加矿物掺和料的高强度混凝土，其耐久性进一步提高。

　　(3)对高强混凝土组成材料的要求

　　3.轻骨料混凝土

　　轻骨料混凝土是指用轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表观密度不大于 1950kg/m3的混凝土。

　　4.防水混凝土

　　防水混凝土又叫抗渗混凝土，防水混凝土的抗渗性能不得小于 P6，设计抗渗等级有P6、P8、P10、P12。防水混凝土的施工配合比应通过试验确定，试配混凝土的抗渗等级应比设计要求提高0.2MPa。

　　5.碾压混凝土

　　碾压混凝土是由级配良好的骨料、较低的水泥用量和用水量、较多的混合材料制成的超干硬性混凝土拌和物，经振动碾压等工艺达到高密度、高强度的混凝土，是道路工程、机场工程和水利工程中性能好、成本低的新型混凝土材料。

　　6.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强度与降低其脆性。纤维的品种有高弹性模量纤维(如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等)和低弹性模量纤维(如尼龙纤维、聚丙烯纤维)两类。纤维混凝土目前已逐渐地应用在高层建筑楼面，高速公路路面，荷载较大的仓库地面、停车场、贮水池等处。高弹性模量纤维中钢纤维应用较多;低弹性模量纤维不能提高混凝土硬化后的抗拉强度，当能提高混凝土的抗冲击强度，聚丙烯纤维应用较多。各类纤维中以钢纤维对抑制混凝土裂缝形成、提高混凝土抗拉和抗弯强度、增加韧性效果最好。

　　7.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、集料有效结合而形成的一种新型混凝土材料的总称。

　　它是混凝土与聚合物的复合材料，克服了普通混凝土抗拉强度低、脆性大、易开裂、耐化学腐蚀性差等缺点，扩大了混凝土的使用范围，是国内大力研究和发展的新型混凝土。聚合物混凝土主要分为：聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物胶结混凝土(树脂混凝土)三类。

　　聚合物浸渍混凝土可作为高效能结构材料应用于特种工程，例如腐蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻要求高的部位。也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提高其使用性能。

　　聚合物水泥混凝土可应用于现场灌筑构筑物、路面及桥面修补，混凝土储罐的耐蚀面层，新老混凝土的粘结以及其他特殊用途的预制品。

　　聚合物胶结混凝土(树脂混凝土)可在工厂预制。与水泥混凝土相比，具有快硬、高强和显著改善抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能，可现场应用于混凝土工程快速修补、地下管线工程快速修建、隧道衬里等。

　　四、沥青混合料

　　沥青混合料是一种黏弹塑性材料，具有良好的力学性能，一定的高温稳定性和低温柔性，修筑路面不需设置接缝，行车较舒适。而且，施工方便、速度快，能及时开放交通，并可再生利用。因此，是高等级道路修筑中的一种主要路面材料。

　　沥青混合料是由矿料(粗集料、细集料和填料)与沥青拌和而成的混合料。通常，包括沥青混凝土混合料和沥青碎(砾)石混合料两类。沥青混合料按集料的最大粒径，分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式沥青混合料;按矿料级配，分为密级配沥青混凝土混合料、半开级配沥青混合料、开级配沥青混合料和间断级配沥青混合料;按施工条件，分为热拌热铺沥青混合料、热拌冷铺沥青混合料和冷拌冷铺沥青混合料。

　　(一)材料组成与结构

　　1.主要材料要求

　　2.沥青混合料的组成结构

　　按矿质骨架的结构状况，其组成结构分为以下三个类型。

　　(1)悬浮密实结构。

　　(2)骨架空隙结构。

　　(3)骨架密实结构。

　　(二)沥青混合料的技术性质

　　沥青混合料作为沥青路面的面层材料，承受车辆行驶反复荷载和气候因素的作用，而胶凝材料沥青具有黏弹塑性的特点。因此，沥青混合料应具有抗高温变形、抗低温脆裂、抗滑、耐久等技术性质以及施工和易性。

　　1.高温稳定性

　　2.低温抗裂性

　　3.耐久性

　　4.抗滑性

　　5.施工和易性

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