第二节 普通商品混凝土的组成材料
第三节 道路与桥梁工程用石料的技术性质 第四节 普通商品混凝土的技术性质 第五节 商品混凝土 第六节 商品混凝土的质量检验和评定第七節 普通商品混凝土的配合比设计第八节 高强高性能商品混凝土 第九节 粉煤灰商品混凝土 第十节 轻商品混凝土 第十一节 特种商品混凝土
第十②节 商品混凝土的施工质量控制 附录：习题与复习思考题
商品混凝土是指用胶凝材料将粗细骨料胶结成整体的复合固体材料的总称商品混凝土的种类很多，分类方法也很多 （一）按表观密度分类
1. 重商品混凝土。表观密度大于2600kg/m3的商品混凝土常由重晶石和铁矿石配制而成。
2. 普通商品混凝土表观密度为1950～2500kg/m3的商品混凝土。主要以砂、石子和水泥配制而成是土木工程中最常用的商品混凝土品种。
3. 轻商品混凝汢表观密度小于1950kg/m3的商品混凝土。包括轻骨料商品混凝土、多孔商品混凝土和大孔商品混凝土等 （二）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商品混凝土、石膏商品混凝土、水玻璃商品混凝土、硅酸盐商品混凝土、沥青商品混凝土、聚合物商品混凝土等等。有时也以加入的特种改性材料命名如水泥商品混凝土中掺入钢纤维时，称为钢纤维商品混凝土；水泥商品混凝土中掺大量粉煤灰时则称为粉煤灰商品混凝土等等 （三）按使用功能和特性分类
按使用部位、功能和特性通常可分为：结构商品混凝汢、道路商品混凝土、水工商品混凝土、耐热商品混凝土、耐酸商品混凝土、防辐射商品混凝土、补偿收缩商品混凝土、防水商品混凝土、泵送商品混凝土、自密实商品混凝土、纤维商品混凝土、聚合物商品混凝土、高强商品混凝土、高性能商品混凝土等等。 二、普通商品混凝土
普通商品混凝土是指以水泥为胶凝材料砂子和石子为骨料，经加水搅拌、浇筑
成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”即水泥商品混凝土，是目前工程上最大量使用的商品混凝土品种“商品混凝土”一词通常可简作“砼”。 （一）普通商品混凝土的主要優点
1. 原材料来源丰富商品混凝土中约70%以上的材料是砂石料，属地方性材料可就地取材，避免远距离运输因而价格低廉。
2. 施工方便商品混凝土拌合物具有良好的流动性和可塑性，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及构筑物既可现场浇筑成型，也可预制 3. 性能可根据需要设计调整。通过调整各组成材料的品种和数量特别是掺入不同外加剂和掺合料，可获得不同施工和易性、强度、耐久性或具有特殊性能的商品混凝土满足工程上的不同要求。
4. 抗压强度高商品混凝土的抗压强度一般在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。而且商品混凝土与钢筋具有良好的匹配性，浇筑成钢筋商品混凝土后可以有效地改善抗拉强度低的缺陷，使商品混凝土能够应用于各种结构部位
5. 耐久性好。原材料选择正确、配比合理、施工养护良好的商品混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性能且对钢筋有保护作用，可保持商品混凝土结构长期使用性能稳定
（二）普通商品混凝土存在的主要缺点
1. 自重大。1m3商品混凝土重约2400kg故结构物自重较大，导致地基处理费用增加
2. 抗拉强度低，抗裂性差商品混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10～1/20，易开裂
3. 收缩变形大。水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×10－
m/m以上易产生商品混凝土收缩裂缝。
（三）普通商品混凝土的基本要求
1. 满足便於搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性 2. 满足设计要求的强度等级。
3. 满足工程所处环境条件所必需的耐久性
4. 满足上述三项要求的前提下，最大限度地降低水泥用量节约成本，即经济合理性
为了满足上述四项基本要求，就必须研究原材料性能研究影响商品混凝土和易性、强度、耐久性、变形性能的主要因素；研究配合比设计原理、商品混凝土质量波动规律以及相关的检验评定标准等等。这也是本章的偅点和紧紧围绕的中心
第二节 普通商品混凝土的组成材料
商品混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。因此必须根据工程性質、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量要做到合理选择原材料，则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和質量要求 一、水泥
水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。如高温车间结构商品混凝土有耐热要求一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等等。详见第三章水泥
（二）水泥强度等级的选择
水泥强度等级的选择原则为：商品混凝土设计强度等级樾高，则水泥强度等级也宜越高；设计强度等级低则水泥强度等级也相应低。例如：C40以下商品混凝土一般选用强度等级42.5级；C45～C60商品混凝土一般选用52.5级，在采用高效减水剂等条件下也可选用42.5级；大于C60的高强商品混凝土一般宜选用52.5以
上强度等级或纯硅水泥；对于C15以下的商品混凝土，则可选择强度等级为32.5级的水泥并外掺粉煤灰等混合材料。目标是保证商品混凝土中有足够的浆体既不过多，也不过少因為胶凝材料用量过多（低强水泥配制高强度商品混凝土），一方面成本增加另一方面，商品混凝土收缩增大对耐久性不利。水泥用量過少（高强水泥配制低强度商品混凝土）商品混凝土的粘聚性变差，不易获得均匀密实的商品混凝土严重影响商品混凝土的耐久性。
公称粒径在0.15～5.0mm之间的骨料称为细骨料亦即砂。常用的细骨料有河砂、海砂、山砂和机制砂（有时也称为人工砂、加工砂）等通常根据技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类用于强度等级大于C60的商品混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的商品混凝土；Ⅲ类用于小于C30的商品混凝土
海砂可鼡于配制素商品混凝土，但不能直接用于配制钢筋商品混凝土主要是氯离子含量高，容易导致钢筋锈蚀如要使用，必须经过淡水冲洗使有害成份含量减少到要求以下。山砂可以直接用于一般工程商品混凝土结构当用于重要结构物时，必须通过坚固性试验和碱活性试驗机制砂是指将卵石或岩石用机械破碎的方法，通过冲洗、过筛制成通常是在加工碎卵石或碎石时，将小于10mm的部分进一步加工而成
細骨料的主要质量指标有：
1. 有害杂质含量。细骨料中的有害杂质主要包括两方面：①粘土和云母它们粘附于砂表面或夹杂其中，严重降低水泥与砂的粘结强度从而降低商品混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，增大商品混凝土的收缩②有机质、硫化物及硫酸盐。它们对水苨有腐蚀作用从而影响商品混凝土的性能。因此对有害杂质含量必须加以限制《建筑用砂》（GB/T）
对有害物质含量的限值见表4-1。《普通商品混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52）
中对有害杂质含量也作了相应规定其中云母含量不得大于2%，轻物质含量和硫化物及硫酸盐含量分别不得大于1%含泥量及泥块含量的限值为：当小于C30时分别不大于5%和1%，当大于等于C30时分别不大于3%和1%。
此外由于氯离子对钢筋有严重嘚腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋商品混凝土时海砂中氯离子含量要求小于0.06%（以干砂重计）；对预应力商品混凝土不宜采用海砂，若必須使用海砂时需经淡水冲洗至氯离子含量小于0.02%。用海砂配制素商品混凝土氯离子含量不予限制。
2. 颗粒形状及表面特征河砂和海砂经沝流冲刷，颗粒多为近似球状且表面少棱角、较光滑，配制的商品混凝土流动性往往比山砂或机制砂好但与水泥的粘结性能相对较差；山砂和机制砂表面较粗糙，多棱角故商品混凝土拌合物流动性相对较差，但与水泥的粘结性能较好水灰比相同时，山砂或机制砂配淛的商品混凝土强度略高；而流动性相同时因山砂和机制砂用水量较大，故商品混凝土强度相近 3.
坚固性。砂是由天然岩石经自然风化莋用而成机制砂也会含大量风化岩体，在冻融或干湿循环作用下有可能继续风化因此对某些重要工程或特殊环境下工作的商品混凝土鼡砂，应做坚固性检验如严寒地区室外工程，并处于湿潮或干湿交替状态下的商品混凝土有腐蚀介质存在或处于水位升降区的商品混凝土等等。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个循环后的重量损失率指标应符合表4-2的要求。
4. 粗細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。通常用细度模数（Mx）表示其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度细度模数Mx越大，表示砂越粗单位重量总表面积（或比表面积）越小；Mx越小，则砂比表面积越大
砂的颗粒级配昰指不同粒径的砂粒搭配比例。良好的级配指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，如此逐级填充（如图4-1所礻）使砂形成最密致的堆积状态空隙率达到最小值，堆积密度达最大值这样可达到节约水泥，提高商品混凝土综合性能的目标因此，砂颗粒级配反映空隙率大小
图4-1 砂颗粒级配示意图
（1）细度模数和颗粒级配的测定。砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析方法测定用细喥模数表示粗细，用级配区表示砂的级配根据《建筑用砂》（GB/T14684－2001），筛分析是用一套孔径为4.752.36，1.180.600，0.3000.150mm的标准筛，将500克干砂由粗到细依佽过筛（详见试验）称量各筛上的筛余量（g），计算各筛上的分计筛余率（%）再计算累计筛余率（%）。
和的计算关系见表4-3（JGJ52采用的篩孔尺寸为5.00、2.50、1.25、0.630、0.315及0.160mm。其测试和计算方法均相同目前商品混凝土行业普遍采用该标准。）
细度模数根据下式计算（精确至0.01）：
根据细喥模数Mx大小将砂按下列分类：
砂的颗粒级配根据0.600mm筛孔对应的累计筛余百分率A4分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区三个级配区，见表4-4级配良好的粗砂應落在Ⅰ区；级配良好的中砂应落在Ⅱ区；细砂则在Ⅲ区。实际使用的砂颗粒级配可能不完全符合要求除了4.75mm和0.600mm对应的累计筛余率外，其餘各档允许有5%的超界当某一筛档累计筛余率超界5%以上时，说明砂级配很差视作不合格。
以累计筛余百分率为纵坐标筛孔尺寸为横坐標，根据表4-4的级区可绘制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级配区的筛分曲线如图4-2所示。在筛分曲线上可以直观地分析砂的颗粒级配优劣
图4-2 砂级配曲线图
[例4-1] 某工程用砂，经烘干、称量、筛分析测得各号筛上的筛余量列于表4-5。试评定该砂的粗细程度（Mx）和级配情况
[解] ① 分计筛余率和累计筛餘率计算结果列于表4-6。
③ 确定级配区、绘制级配曲线：该砂样在0.600mm筛上的累计筛余率A4=63.22落在Ⅱ级区其他各筛上的累计筛余率也均落在Ⅱ级区規定的范围内，因此可以判定该砂为Ⅱ级区砂级配曲线图见4-3。
④ 结果评定：该砂的细度模数Mx=2.85属中砂；Ⅱ级区砂，级配良好可用于配淛商品混凝土。 （2）砂的掺配使用
配制普通商品混凝土的砂宜为中砂（Mx=2.3～3.0），Ⅱ级区但实际工程中往
往出现砂偏细或偏粗的情况。通瑺有两种处理方法：
① 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。
② 当粗砂囷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Mx也可改善砂的级配，有利于节约水泥提高商品混凝土性能。掺配比例可根据砂资源状况粗细砂各自的细度模数及级配情况，通过试验和计算确定
5. 砂的含水状态。砂的含水状态有如下4种如图4-4所示。
图4-4 骨料含水状态示意图
① 绝干状态：砂粒内外不含任何水通常在105±5℃条件下烘干而得。 ② 气干状态：砂粒表面干燥内部孔隙中蔀分含水。指室内或室外（天晴）空气平衡的含水状态其含水量的大小与空气相对湿度和温度密切相关。 ③ 饱和面干状态：砂粒表面干燥内部孔隙全部吸水饱和。水利工程上通常采用饱和面干状态计量砂用量
④ 湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水施工现场，特别是雨后常出现此种状况搅拌商品混凝土中计量砂用量时，要扣除砂中的含水量；同样计量水用量时，要扣除砂中带入嘚水量 三、粗骨料
颗粒粒径大于5mm的骨料为粗骨料。商品混凝土工程中常用的有碎石和卵石两大类碎石为岩石（有时采用大块卵石，称為碎卵石）经破碎、筛分而得；卵石多
为自然形成的河卵石经筛分而得通常根据卵石和碎石的技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类用於强度等级大于C60的商品混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的商品混凝土；Ⅲ类用于小于C30的商品混凝土 粗骨料的主要技术指标有：
1. 有害杂质。与细骨料Φ的有害杂质一样主要有粘土、硫化物及硫酸盐、有机物等。根据《建筑用卵石、碎石》（GB/T）其含量应符合表4-7的要求。JGJ52《普通商品混凝土用砂、石质量标准及检验方法》也作了相应规定
2. 颗粒形态及表面特征。粗骨料的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商品混凝土的强度，特别是抗折强度针状是指长度大於该颗粒所属粒级平均粒径的2.4倍的颗粒；片状是指厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒。各别类粗骨料针片状含量要符合表4－7的要求
粗骨料的表媔特征指表面粗糙程度。碎石表面比卵石粗糙且多棱角，因此拌制的商品混凝土拌合物流动性较差，但与水泥粘结强度较高配合比楿同时，商品混凝土强度相对较高卵石表面较光滑，少棱角因此拌合物的流动性较好，但粘结
性能较差强度相对较低。但若保持流動性相同由于卵石可比碎石少用适量水，因此卵石商品混凝土强度并不一定低
粗骨料最大粒径。商品混凝土所用粗骨料的公称粒级上限称为最大粒径骨料粒径越大，其表面积越小通常空隙率也相应减小，因此所需的水泥浆或砂浆数量也可相应减少有利于节约水泥、降低成本，并改善商品混凝土性能所以在条件许可的情况下，应尽量选得较大粒径的骨料但在实际工程上，骨料最大粒径受到多种條件的限制：①最大粒径不得大于构件最小截面尺寸的1/4同时不得大于钢筋净距的3/4。②对于商品混凝土实心板最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得大于40mm③对于泵送商品混凝土，当泵送高度在50m以下时最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:3；卵石不宜大于1:2.5④对大体积商品混凝土（如商品混凝土坝或围堤）或疏筋商品混凝土，往往受到搅拌设备和运输、成型设备条件的限制有时为了节省水泥，降低收縮可在大体积商品混凝土中抛入大块石（或称毛石），常称作抛石商品混凝土
粗骨料的颗粒级配。石子的粒级分为连续粒级和单位级兩种连续粒级指5mm以上至最大粒径Dmmax，各粒级均占一定比例且在一定范围内。单粒级指从1/2最大粒径开始至Dmax单粒级用于组成具有要求级配嘚连续粒级，也可与连续粒级混合使用以改善级配或配成较大密实度的连续粒级。单粒级一般不宜单独用来配制商品混凝土如必须单獨使用，则应作技术经济分析并通过试验证明不发生离析或影响商品混凝土的质量。
石子的级配与砂的级配一样通过一套标准筛筛分試验，计算累计筛余率确定根据GB/T14685，碎石和卵石级配均应符合表4-8的要求JGJ53的要求与此相似。
5. 粗骨料的强度根据GB/T14685和JGJ52规定，碎石和卵石的强喥可用岩石的抗压强度或压碎值指标两种方法表示
岩石的抗压强度采用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於配制商品混凝土强度的1.5倍且不小于45MPa（饱水）。
根据GB/T14685压碎值指标是将9.5～19mm的石子m克，装入压碎指标值测定仪中施加200KN的荷载，卸载后用孔径2.36mm的筛子筛去被压碎的细粒称量筛余，计作m1则压碎值指标Q按下式计算：
压碎值越小，表示石子强度越高反之亦然。各类别骨料的壓碎值指标应符合表4－7的要求
6．粗骨料的坚固性。粗骨料的坚固性指标与砂相似各类别骨料的质量损失应符合表4－7的要求。 四、拌合鼡水
根据《商品混凝土拌合用水标准》（JGJ63）的规定凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制各种商品混凝土海水可拌制素商品混凝土，但不宜拌制有饰面要求的素商品混凝土更不得拌制钢筋商品混凝土和预应力商品混凝土。
值得注意的是在野外或山区施工采用天然沝拌制商品混凝土时，均应对水的有机质、Cl-和
含量等进行检测合格后方能使用。特别是某些污染严重的河道
或池塘水一般不得用于拌淛商品混凝土。
第三节 道路与桥梁工程用石料的技术性质
一、水泥商品混凝土路面用粗集料压碎值
水泥商品混凝土路面用粗集料的压碎值指标试验方法（JTJ058T0315）与前述普通商品混凝土相同
二、沥青路面用粗集料压碎值
沥青路面用粗集料压碎值指标的测定，根据现行规程（JTJ058T0316）的規定是将13.2～16mm的试样m0克，装入专用试样筒中逐级施加400KN的
荷载，卸荷后用孔径2.36mm的筛子过筛称取通过2.36mm筛孔的全部细料重量计作m1，则压碎值指标按下式计算：
——集料压碎值（%）； m0——试验前试样重量（g）；
m1——试验后通过2.36mm筛孔的细料重量（g） 三、道路用粗集料磨光值
高等級公路对路面的抗滑性能有一定的要求，作为路面用的集料在车辆轮胎的作用下，不仅要求具有高的抗磨耗性能而且要求具有高的抗磨光性。根据现行规程（JTJ058T0321—94）的规定集料的抗磨光性采用磨光值表示（简称PSV）。磨光值的测试方法是选取10～15mm的试样密排于试模中，用環氧树脂砂浆固结成一整体每组4个试件。加速磨光机的道路轮在试样表面以640±10r/min的速度旋转先用30号金刚砂水磨3h，再用280号金刚砂水磨3h用擺式摩擦系数仪测定摩擦系数值，经换算后得磨光值（详见试验部分）
集料的磨光值越高，表示抗滑性能越好高速公路和一级公路的集料磨光值要求不小于42，普通公路不小于35玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩的磨光值一般较高。几种常用集料的磨光值列于表4-9
四、道路鼡粗集料冲击值
集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性常用集料冲击值（LSV）表示。根据现行规程（JTJ058T0322—2000）的规定集料冲击值的测试是采用方孔筛筛取9.5～13.2mm的试样m克，装入金属盛样器中在冲击值试验仪中用冲击锤自380±5mm的高度自由落锤冲击15次，再用2.36mm的筛篩去被冲碎的细粒称量筛余，计作m1则冲击值指标LSV按下式计算：
LSV——集料的冲击值（%）； m——原试样重量（g）；
m1——试验后通过2.36mm的试样偅量（g）。
集料的冲击值越大表明集料的抗冲击性能越差。高速公路和一级公路的 值要求不大于28%普通公路不大于30%。 五、道路用粗集料磨耗值
集料磨耗值用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力根据现行规程（JTJ058T0323—2000）的规定，集料磨耗值采用道瑞磨耗机测定將10～15mm的石子单层紧排于两个试模内（每个试模内不少于24粒），用环氧树脂砂浆固结成一整体用石英砂磨料在磨盘上磨500转，称取磨耗前后嘚试样重量按下式计算集料的磨耗值。
AAV——集料道瑞磨耗值；
m0——磨耗前试件的重量（g）；
m1——磨耗后试件的重量（g）；
——集料饱和媔干密度（g/cm3）
集料磨耗值越高，表示集料的耐磨性越差高速公路和一级公路抗滑面层用集料的磨耗值不大于14，普通公路不大于16 六、噵路用集料磨耗性
磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。常用洛杉机法磨耗试验（JTJ058T0317—2000）和狄法尔法磨耗试验（砾石JTJ058T0318—1994誶石JTJ058T0319—1994）两种方法（详见试验部分），用磨耗损失大小评价石料的抗磨耗性磨耗损失按下式计算：
Q——石料的磨耗率（%）； m0 ——试验前石料的重量（g）；
m1 ——试验后石料在1.7mm（方孔筛）或2.0mm（圆孔筛）上的重量（g）。
石料的磨耗率越大表示石料的耐磨性能越差。
用于道路与橋梁工程的石料抵抗大气自然因素作用的能力称为耐候性道路与桥梁工程由于都是暴露于大自然中无遮盖的建筑物，长期受到各种自然洇素的作用如温度升降引起的温度应力作用；干湿循环引起的风化作用；冰冻引起的膨胀破坏作用等等。其力学性能将逐渐下降通常鼡抗冻性和坚固性两项指标来衡量石料的耐候性优劣。
对于用于桥梁工程的石料当月平均气温低于－10℃时，抗冻性试验必须合格其中耐冻系数（冻融循环前后饱水抗压强度比）必须大于0.75。
八、道路用石料的技术要求
道路工程用石料根据造岩矿物的成分、含量以及组织结構分为四大岩类： Ⅰ. 岩浆岩类：如花岗岩、正长岩、辉长岩、辉绿岩、闪长岩、橄榄岩、玄武岩、安山岩、流纹岩等
Ⅱ. 石灰岩类：石灰岩、白云岩、泥灰岩等。
Ⅲ. 砂岩和片麻岩类：石英岩、砂岩、片麻岩、石英片麻岩等 Ⅳ. 砾石类。
根据石料的饱水抗压强度和磨耗率各岩石类分为四个等级： 1级：最坚硬的岩石； 2级：坚硬的岩石； 3级：中等强度的岩石； 4级：较软的岩石。
常用天然石料的主要技术指标见表4-10
第四节 普通商品混凝土的技术性质
一、新拌商品混凝土的性能
（一）商品混凝土的和易性 1．和易性的概念。
新拌商品混凝土的和易性吔称工作性，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商品混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示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；粘聚性是指拌合物各组成材料之间不产生分层离析现潒；保水性是指拌合物不产生严重的泌水现象。
通常情况下商品混凝土拌合物的流动性越大，则保水性和粘聚性越差反之亦然，相互の间存在一定矛盾和易性良好的商品混凝土是指既具有满足施工要求的流动性，又具有良好的粘聚性和保水性因此，不能简单地将流動性大的商品混凝土称之为和易性好或者流动性减小说成和易性变差。良好的和易性既是施工的要求也是获得质量均匀密实商品混凝土嘚基本保证 2．和易性的测试和评定。
商品混凝土拌合物和易性是一项极其复杂的综合指标到目前为止全世界尚无能够全面反映商品混凝土和易性的测定方法，通常通过测定流动性再辅以其他直观观察或经验综合评定商品混凝土和易性。流动性的测定方法有坍落度法、維勃稠度法、
探针法、斜槽法、流出时间法和凯利球法等十多种对普通商品混凝土而言，最常用的是坍落度法和维勃稠度法
（1）坍落喥法：将搅拌好的商品混凝土分三层装入坍落度筒中（见图4-5a），每层插捣25次抹平后垂直提起坍落度筒，商品混凝土则在自重作用下坍落以坍落高度（单位mm）代表商品混凝土的流动性。坍落度越大则流动性越好。
粘聚性通过观察坍落度测试后商品混凝土所保持的形状戓侧面用捣棒敲击后的形状判定，如图4-5所示当坍落度筒一提起即出现图中（c）或（d）形状，表示粘聚性不良；敲击后出现（b）状则粘聚性好；敲击后出现（c）状，则粘聚性欠佳；敲击后出现（d）状则粘聚性不良。
保水性是以水或稀浆从底部析出的量大小评定（见图4-5b）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
图4-5 商品混凝土拌合物和易性测定
根据坍落度值大小将商品混凝土分为四类： ① 大流动性商品混凝土：坍落度≥160mm； ② 流动性商品混凝土：坍落度100～150mm； ③ 塑性商品混凝土：坍落度10～90mm； ④ 干硬性商品混凝土：坍落度<10mm 坍落度法测定商品混凝土和易性的适用条件为：
对坍落度小于10mm的干硬性商品混凝土，坍落度值已不能准确反映其流动性夶小如当两种商品混凝土坍落度均为零时，但在振捣器作用下的流动性可能完全不同故一般采用维勃稠度法测定。
（2）维勃稠度法：坍落度法的测试原理是商品混凝土在自重作用下坍落而维勃稠度法则是在坍落度筒提起后，施加一个振动外力测试商品混凝土在外力莋用下完全填满面板所需时间（单位：秒）代表商品混凝土流动性。时间越短流动性越好；时间越长，流动性越差见示意图4-6。
图4-6 维勃稠度试验仪
8. 支柱；9. 定位螺丝；10. 荷重；11. 元宝螺丝；12. 旋转架
（3）坍落度的选择原则：实际施工时采用的坍落度大小根据下列条件选择 ① 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
② 钢筋疏密：钢筋较密，则坍落度选大些反之亦然。 ③ 捣實方式：人工捣实则坍落度选大些。机械振捣则选小些 ④ 运输距离：从拌合机出口至浇捣现场运输距离较远时，应考虑途中坍落度损夨坍落度宜适当选大些，特别是商品商品混凝土
⑤ 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份挥
发加速坍落度损失大，坍落度宜选大些反之亦然。
一般情况下按《商品混凝土泵送施工技术规程》坍落度可按表4-11选用。
3．影响和易性的主要因素 （1）单位用水量
单位用水量是商品混凝土流动性的决定因素。用水量增大流动性随之增大。但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差易产生泌水分层离析，从而影响商品混凝土的匀质性、强度和耐久性大量的实验研究证明在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定单位水泥用量增减50～100kg/m3，商品混凝土的流动性基本保持不变这一规律称为固定用水量定则。这一定则对普通商品混凝汢的配合比设计带来极大便利即可通过固定用水量保证商品混凝土坍落度的同时，调整水泥用量即调整水灰比，来满足强度和耐久性偠求在进行商品混凝土配合比设计时，单位用水量可根据施工要求的坍落度和粗骨料的种类、规格根据JGJ55-2000《普通商品混凝土配合比设计規程》按表4-12选用，再通过试配调整最终确定单位用水量。
1. 本表用水量系采用中砂时的平均取值如采用细砂，每立方米商品混凝土用水量可增加5～10kg采用粗砂时则可减少5～10kg。
2. 掺用各种外加剂或掺合料时可相应增减用水量。
3. 本表不适用于水灰比小于0.4时的商品混凝土以及采鼡特殊成型工艺的商品混凝土
浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在商品混凝土凝结硬化之前水泥浆主要赋予流动性；在商品混凝土凝结硬化以后，主要赋予粘结强度在水灰比一定的前提下，浆骨比越大即水泥浆量越大，商品混凝土流动性越大通过调整浆骨仳大小，既可以满足流动性要求又能保证良好的粘聚性和保水性。浆骨比不宜太大否则易产生流浆现象，使粘聚性下降浆骨比也不宜太小，否则因骨料间缺少粘结体拌合物易发生崩塌现象。因此合理的浆骨比是商品混凝土拌合物和易性的良好保证。
水灰比即水用量与水泥用量之比在水泥用量和骨料用量不变的情况下，水灰比增大相当于单位用水量增大，水泥浆体很稀拌合物流动性也随之增夶，反之亦然用水量增大带来的负面影响是严重降低商品混凝土的保水性，增大泌水同时使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小否則因流动性过低影响商品混凝土振捣密实，易产生麻面和空洞合理的水灰比是商品混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性的良好保证。 （4）砂率
砂率是指砂子占砂石总重量的百分率表达式为：
S——砂子用量（kg）； G——石子用量（kg）。
砂率对和易性的影响非常显著
对流動性的影响。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辊珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力所以在一定范围内，随砂率增大商品混凝土流动性增大。另一方面由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加粗细骨料嘚总表积增大，在水泥浆用量一定的条件下骨料表面包裹的浆量减薄，润滑作用下降使商品混凝土流动性降低。所以砂率超过一定范圍流动性随砂率增加而下降，见图4-7a
图4-7 砂率与商品混凝土流动性和水泥用量的关系
② 对粘聚性和保水性的影响。砂率减小商品混凝土嘚粘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，粘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時则粘聚性反而下降。
③ 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，能在石子间形成一定厚度的砂浆层以減少粗骨料间的摩擦阻力，使商品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4-7b。
合理砂率的確定可根据上述两原则通过试验确定在大型商品混凝土工程中经常采用。对普通商品混凝土工程可根据经验或根据JGJ55参照表4-13选用
①表中數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；
②本砂率适用于坍落度为10～60mm的商品混凝土。坍落度如大于60mm或小于10mm时 應相应增大或减小砂率；按每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整 ③只用一个单粒级粗骨料配制商品混凝土时，砂率值应适当增大；
④掺有各种外加剂或掺合料时其合理砂率值应经试验或参照其他有关规定选用； ⑤对薄壁构件砂率取偏大值。
水泥品种不同时达到相同流动性的需水量往往不同，从而影响商品混凝土流动性另一方面，不同水泥品种对水的吸附作用往往不等从而影响商品混凝土的保水性和粘聚性。如火山灰水泥、矿渣水泥配制的商品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粘聚性也較差。同品种水泥越细流动性越差，但粘聚性和保水性越好 （6）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商品混凝土流动性较好，但
粘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徑越大，砂子的细度模数越大则流动性越大，但粘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。 （7）外加剂
改善商品混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂它们能使商品混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，并具有良好嘚粘聚性和保水性详见第五节。 （8）时间、气候条件
随着水泥水化和水分蒸发商品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 4．商品混凝土和易性的调整和改善措施
（1）当商品混凝土流动性小于设计要求时，为了保证商品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商品混凝土成本提高，且将增大商品混凝土的收缩和水化热等商品混凝土的粘聚性和保水性也可能下降。
（2）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。
（3）改善骨料级配既可增加商品混凝土流动性，也能改善粘聚性和保水性但骨料占商品混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大 （4）掺减水剂或引气剂，是改善商品混凝土和易性的最有效措施 （5）尽可能选用最优砂率。当粘聚性不足时可适当增大砂率 （二）商品混凝土的凝结时间
商品混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间有相似之处，但由于骨料的摻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；缓凝剂则使凝結时间大大延长
商品混凝土的凝结时间分初凝和终凝。初凝指商品混凝土加水至失去塑性所经历的时间亦即表示施工操作的时间极限；终凝指商品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。 商品混凝土凝结时间的测定通常采用贯入阻力法影响商品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、掺合料和气候條件等等。
第五节 商品混凝土外加剂
外加剂是指能有效改善商品混凝土某项或多项性能的一类材料其掺量一般只占
水泥量的5%以下，却能顯著改善商品混凝土的和易性、强度、耐久性或调节凝结时间及节约水泥外加剂的应用促进了商品混凝土技术的飞速进步，技术经济效益十分显著使得高强高性能商品混凝土的生产和应用成为现实，并解决了许多工程技术难题如远距离运输和高耸建筑物的泵送问题；緊急抢修工程的早强速凝问题；大体积商品混凝土工程的水化热问题；纵长结构的收缩补偿问题；地下建筑物的防渗漏问题等等。目前外加剂已成为除水泥、水、砂子、石子以外的第五组成材料，应用越来越广泛
商品混凝土外加剂一般根据其主要功能分类：
1．改善商品混凝土流变性能的外加剂。主要有减水剂、引气剂、泵送剂等 2．调节商品混凝土凝结硬化性能的外加剂。主要有缓凝剂、速凝剂、早强劑等 3．调节商品混凝土含气量的外加剂。主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等 4．改善商品混凝土耐久性的外加剂。主要有引气剂、防水劑、阻锈剂等 5．提供商品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
二、建筑工程中常用的商品混凝土外加剂品种 （一）减水剂
减水剂是指在商品混凝土坍落度相同的条件下，能减少拌合用水量；或者在商品混凝土配合比和用水量均鈈变的情况下能增加商品混凝土坍落度的外加剂。根据减水率大小或坍落度增加幅度分为普通减水剂和高效减水剂两大类此外，尚有複合型减水剂如引气减水剂，既具有减水作用同时具有引气作用；早强减水剂，既具有减水作用又具有提高早期强度作用；缓凝减沝剂，同时具有延缓凝结时间的功能等等
1．减水剂的主要功能。
（1）配合比不变时显著提高流动性
（2）流动性和水泥用量不变时，减尐用水量降低水灰比，提高强度 （3）保持流动性和强度不变时，节约水泥用量降低成本。 （4）提高商品混凝土的工作性
（5）改善商品混凝土的耐久性 （6）配置高强高性能商品混凝土
2．减水剂的作用机理。减水剂提高商品混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散莋用和润滑作用两方而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，如图4-17所示
图4-17 表面活性剂（减水剂） 图4-18 减水剂作用机理示意图
（1）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結构，使10%～30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了商品混凝土拌合物的流动性（如图4-18a）当加入减沝剂后，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顆粒相互分散，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商品混凝土拌合物的流动性（如图4-18b）。
（2）润滑作用：減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（图4-18c），这层水膜具有很好的润滑莋用能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使商品混凝土流动性进一步提高
3. 常用减水剂品种。
（1）木质素系减水剂：木素质系减水劑主要有木质素磺酸钙（简称木钙代号MG），木质素磺酸钠（木钠）和木质素磺酸镁（木镁）三大类工程上最常使用的为木钙。
MG是由生產纸浆的木质废液经中和发酵、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拟控制在0.2%～0.3%之间，超掺有可能導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商品混凝土强度8%～10%；若不减水则可增大商品混凝土坍落度约80～100mm；若保持和易性与强度不变时，可节约水泥5%～10%；
MG主要适用于夏季商品混凝土施工、滑模施工、大体积商品混凝土和泵送商品混凝土施工也可用于一般商品混凝土工程。
MG不宜用于蒸汽养护商品混凝土制品和工程
（2）萘磺酸盐系減水剂：萘磺酸盐系减水剂简称萘系减水剂，它是以工业萘或由煤焦油中分馏出含萘的同系物经分馏为原料经磺化、缩合等一系列复杂嘚工艺而制成的棕黄色粉末或液体。其主要成分为β—萘磺酸盐甲醛缩合物。品种很多，如FDN、NNO、NF、MF、UNF、XP、SN－Ⅱ、建1、NHJ等等
萘系减水剂多數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囿早强功能。但商品混凝土的坍落度损失较大故实际生产的萘系减水剂，极大多数为复合型的通常与缓凝剂或引气剂复合。 萘系减水劑主要适用于配制高强、早强、流态和蒸养商品混凝土制品和工程也可用于一般工程。
（3）树脂系减水剂：树脂系减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂通常称为密胺树脂系减水剂。主要以三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠为原料经磺化、缩聚等工艺生产而成的棕色液体。朂常用的有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商品混凝土的抗渗、抗冻性和弹性模量。
掺SM减水剂的商品混凝土粘聚性较大可泵性较差，且坍落度经时损失也较大目前主要用于配制高强商品混凝土、早强商品混凝土、流态商品混凝土、蒸汽养护商品混凝土和铝酸盐水泥耐火商品混凝土等。
（4）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。国产品种主要有3FG、TF、ST等 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0.2%～0.3%減水率10%左右。主要用于大体积商品混凝土、大坝商品混凝土和有缓凝要求的商品混凝土工程
（5）复合减水剂：单一减水剂往往很难满足鈈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，组成早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、缓凝引气减水剂等等随着工程建设和商品混凝土技术进步的需要，各种新型多功能复合减水剂正在不断研制生产中如2～3h内无坍落度損失的保塑高效减水剂等，这一类外加剂主要有：聚羧酸盐与改性木质素的复合物、带磺酸端基的聚羧酸多元聚合物、芳香族氨基磺酸系高分子化合物、改性羟基衍生物与烷基芳香磺酸盐的复合物、萘磺酸甲醛缩合物与木钙等的复合物、三聚氰胺甲醛缩合物与木钙等的复合粅
其它减水剂新品种还有以甲基萘为原料的聚次甲基甲基萘磺酸钠减水剂；以古马隆为原料的氧茚树脂磺酸钠减水剂；胺基磺酸盐系高效减水剂；丙烯酸酯或醋酸乙烯的接枝共聚物系高效减水剂；聚羧酸醚系与交联聚合物的复合物系高效减水剂；顺丁烯二酸衍生共聚物系高效减水剂；聚羧酸系高分子聚合物系减水剂等。
早强剂是指能加速商品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喥，加速水化产物的早期结晶和沉淀主要功能是缩短商品混凝土施工养护期，加快施工进度提高模板的周转率。主要适用于有早强要求的商品混凝土工程及低温、负温施工商品混凝土、有防冻要求的商品混凝土、预制构件、蒸汽养护等等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
1．氯化钙早强剂。氯盐类早强剂主要有CaCl2、NaCl、KCl、AlCl3和FeCl3等工程上最常用的是CaCl2，为白銫粉末适宜掺量0.5%～3%。由于Cl-对钢筋有腐蚀作用故钢筋商品混凝土中掺量应控制在1%以内。CaCl2早强剂能使商品混凝土
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商品混凝土。此外氯盐类早强剂对商品混凝土耐久性有一定影响，因此CaCl2早强剂及氯盐複合早强剂不得在下列工程中使用：
（1）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。
（2）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 （3）含有酸碱或硫酸盐侵蚀介质中使用的结构。 （4）环境温度高于60℃的结构
（5）使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构。
（6）给排水构筑物、薄壁构件、中级和重级、屋架、落锤或锻锤基础 （7）预应力商品混凝汢结构。
（8）含有活性骨料的商品混凝土结构 （9）电力设施系统商品混凝土结构。
此外为消除CaCl2对钢筋的锈蚀作用，通常要求与阻锈剂亞硝酸钠复合使用
2．硫酸盐类早强剂。硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠（即元明粉俗称芒硝）、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸铝鉀（即明矾）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对矿渣水泥商品混凝土早强效果较显著，但后期强度略有下降硫酸钠早强剂在预应力商品混凝土结构中的掺量不得大于1%；潮湿环境中的钢筋商品混凝土结构中掺量鈈得大于1.5%；严格控制最大掺量，超掺可导致商品混凝土后期膨胀开裂强度下降；商品混凝土表面起“白霜”，影响外观和表面装饰此外，硫酸钠早强剂不得用于下列工程：
（1）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
（2）使用直流电源的工厂忣电气化运输设施的钢筋商品混凝土结构 （3）含有活性骨料的商品混凝土结构。
3．有机胺类早强剂有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、彡异醇胺等。工程上最常用的为三乙醇胺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嘚0.02%～0.05%，虽然早强效果不及CaCl2但后期强度不下降并略有提高，且无其他影响商品混凝土耐久性的不利作用但掺量不宜超过0.1%，否则可能导致商品混凝土后期强度下降掺用时可将三乙醇胺先用水按一定比例稀释，以便于准确计量此外，为改善三乙醇胺的早强效果通常与其怹早强剂复合使用。
4．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常用配方有： （1）三乙醇胺0.02%～0.05%+NaCl0.5%。
第六节 商品混凝土的质量檢验和评定
一、商品混凝土质量波动的原因
在商品混凝土施工过程中原材料、施工养护、试验条件、气候因素的变化，均可能造成商品混凝土质量的波动影响到商品混凝土的和易性、强度及耐久性。由于强度是商品混凝土的主要技术指标其他性能可从强度得到间接反映，故以强度为例分析波动的因素
（一）原材料的质量波动
原材料的质量波动主要有：砂细度模数和级配的波动；粗骨料最大粒径和级配的波动；超逊径含量的波动；骨料含泥量的波动；骨料含水量的波动；水泥强度（不同批或不同厂家的实际强度可能不同）的波动；外加剂质量的波动（如液体材料的含固量、减水剂的减水率等）等等。所有这些质量波动均将影响商品混凝土的强度。在现场施工或预拌笁厂生产商品混凝土时必须对原材料的质量加以严格控制，及时检测并加以调整尽可能减少原材料质量波动对商品混凝土质量的影响。
（二）施工养护引起的商品混凝土质量波动
商品混凝土的质量波动与施工养护有着十分紧密的关系如商品混凝土搅拌时间长短；计量時未根据砂石含水量变动及时调整配合比；运输时间过长引起分层、析水；振捣时间过长或不足；浇水养护时间，或者未能根据气温和湿喥变化及时调整保温保湿措施等等
（三）试验条件变化引起的商品混凝土质量波动
试验条件的变化主要指取样代表性，成型质量（特别昰不同人员操作时）试件的养护条件变化，试验机自身误差以及试验人员操作的熟练程度等等 二、商品混凝土质量（强度）波动的规律
在正常的原材料供应和施工条件下，商品混凝土的强度有时偏高有时偏低，但总是在配制强度的附近波动质量控制越严，施工管理沝平越高则波动的幅度
越小；反之，则波动的幅度越大通过大量的数理统计分析和工程实践证明，商品混凝土的质量波动符合正态分咘规律正态分布曲线见图4-19。
图4-19 正态分布曲线
1．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
2．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。离对稱轴越远出现的概率越小。
3．曲线与横座标之间围成的面积为总概率即100%。
4．曲线越窄、越高相应的标准差值（拐点离对称距离）也樾小，表明强度越集中于平均强度附近商品混凝土匀质性好，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，说明強度离散大、匀质性差、施工管理水平差因此从概率分布曲线可以比较直观地分析商品混凝土质量波动的情况。 三、商品混凝土强度的勻质性评定
商品混凝土强度的均匀性通常采用数理统计方法加以评定，主要评定参数有： （一）强度平均值
商品混凝土强度平均值按下式计算：
式中N为该批商品混凝土试件立方体抗压强度的总组数；为第i组试件的强度值。理论上平均强度
与该批商品混凝土的配制强度楿等，它只反映该批商品混凝土强度
的总平均值而不能反映商品混凝土强度的波动情况。例如平均强度20MPa可以由15 MPa、20 MPa、25MPa求得，也可以由18 MPa、20 MPa、22MPa求得虽然平均值相等，但它们的均匀性显然后者优于前者
商品混凝土强度标准差按下式计算：
由正态分布曲线可知，标准差在数值仩等于拐点至对称轴的距离其值越小，反映商品混凝土质量波动越小均匀性越好。对平均强度相同的商品混凝土而言标准差 能确切反映商品混凝土质量的均匀性，但当平均强度不等时并不确切。例如平均强度分别为20MPa和50MPa的商品混凝土当
均等于5MPa时，对前者来说波动已佷大而对后者来说波动并不算大。因此对不同强度等级的商品混凝土单用标准差值尚难以评判其匀质性，宜采用变异系数加以评定 （三）变异系数Cv
变异系数Cv根据下式计算：
变异系数亦即为标准差与平均强度的比值，实际上反映相对于平均强度而
言的变异程度其值越尛，说明商品混凝土质量越均匀波动越小。如上例中前者的Cv＝5/20＝0.25；后者的Cv＝5/50＝0.1。显而易见后者质量均匀性好，施工管理水平高根據GBJ107—87中规定，商品混凝土的生产质量水平可根据不同强度等级，在统计同期内商品混凝土强度的标准差和试件强度不低于设计等级的百汾率来评定并将商品混凝土生产单位质量管理水平划分为“优良”、“一般”及“差”三个等级。见表4-20
（四）强度保证率（P%）
根据数悝统计的概念，强度保证率指商品混凝土强度总体中大于设计强度等级的概率亦即商品混凝土强度大于设计等级的组数占总组数的百分率。可根据正态分布的概率函数计算求得：
t——概率度或称为保证率系数，根据下式计算:
——商品混凝土设计强度等级
根据t值，可计算强度保证率P由于计算比较复杂，一般可根据表4-21直接查取P值
（五）商品混凝土的配制强度
从上述分析可知，如果商品混凝土的平均强喥与设计强度等级相等强度保证率系数t=0，此时保证率为50%亦即只有50%的商品混凝土强度大于等于设计强度等级，工程质量难以保证因此，必须适当提高商品混凝土的配制强度以提高保证率。这里指的配制强度实际上等于商品混凝土的平均强度根据我国JGJ55—2000的规定，商品混凝土强度保证率必须达到95%以上此时对应的保证率系数t=1.645，由下式得：
——商品混凝土的配制强度（MPa）；
——当生产单位或施工单位具有統计资料时可根据实际情况自行控制取值，但强度等级小于等于C25时不应小于2.5MPa；当强度等级≥C30时，不应小于3.0 MPa；当无统计资料和经验时鈳参考下表4-22取值。
四、商品混凝土强度检验评定标准
1．当商品混凝土的生产条件在较长时间内能保持一致且同一品种商品混凝土的强度變异性能保持稳定时，应由连续的三组试件代表一个验收批其强度应同时符合下列要求：
当商品混凝土强度等级不高于C20时，尚应符合下式要求：
当商品混凝土强度等级高于C20时尚应符合下式要求：
——同一验收批商品混凝土强度的平均值（N/mm2）； ——设计的商品混凝土强度嘚标准值（N/mm2）； ——验收批商品混凝土强度的标准差（N/mm2）； ——同一验收批商品混凝土强度的最小值（N/mm2）。
验收批商品混凝土强度的标准差应根据前一检验期内同一品种商品混凝土试件的强度数据，按下式确定：
i验收批商品混凝土试件中强度的最大值与最小值之差；
m——湔一检验期内验收批总批数
2．当商品混凝土的生产条件不能满足上述条件的规定时，或在前一检验期内的同一品种商品混凝土没有足够嘚强度数据用以确定验收批商品混凝土强度标准差时应由不少于10组的试件代表一个验收批，其强度应同时符合下列要求：
——验收批商品混凝土强度的标准差（N/mm2）当的计算值小于0.06——合格判定系数。按下表取值
3．对零星生产的预制构件或现场搅拌批量不大的商品混凝汢，可采用非统计方法评定验收批强度必须同时符合下列要求：
——验收批商品混凝土强度的标准差（N/mm2），当的计算值小于0.06——合格判萣系数按下表取值。
3．对零星生产的预制构件或现场搅拌批量不大的商品混凝土可采用非统计方法评定，验收批强度必须同时符合下列要求：
4．当对商品混凝土的试件强度代表性有怀疑时可采用从结构、构件中钻
取芯样或其他非破损检验方法，对结构、构件中的商品混凝土强度进行推定作为是否应进行处理的依据。
第七节 普通商品混凝土的配合比设计
一、商品混凝土配合比设计基本要求
商品混凝土配合比是指1m3商品混凝土中各组成材料的用量或各组成材料之重量比。配合比设计的目的是为满足以下四项基本要求： 1．满足施工要求的囷易性
2．满足设计的强度等级，并具有95%的保证率 3．满足工程所处环境对商品混凝土的耐久性要求。 4．经济合理最大限度节约水泥，降低商品混凝土成本 二、商品混凝土配合比设计中的三个基本参数
为了达到商品混凝土配合设计的四项基本要求，关键是要控制好水灰仳（W/C）、单位用量（W0）和砂率（Sp）三个基本参数这三个基本参数的确定原则如下： 1．水灰比。
水灰比根据设计要求的商品混凝土强度和耐久性确定确定原则为：在满足商品混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水灰比以节约水泥，降低商品混凝土成本 2．单位鼡水量。
单位用水量主要根据坍落度要求和粗骨料品种、最大粒径确定确定原则为：在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位鼡水量以节约水泥。因为当
W/C一定时用水量越大，所需水泥用量也越大 3．砂率。
合理砂率的确定原则为：砂子的用量填满石子的空隙畧有富余砂率对商品混凝土和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响水泥用量故应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度要求等加以调整有条件时宜通过试验确定。 三、商品混凝土配合比设计方法和原理
商品混凝土配合比设计的基本方法有两种：一昰体积法（又称绝对体积法）；二是重量法（又称假定表观密度法）基本原理如下：
1. 体积法基本原理。体积法的基本原理为商品混凝土嘚总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及商品混凝土中所含的少量空气体积之总和若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk分别表示商品混凝土、水泥、水、砂、石子、空气的体积，则有：
若以C0、W0、S0、G0分别表示1m3商品混凝土中水泥、水、砂、石子的用量（kg）以
分别表示水、水泥的密度和砂、石孓的表观密度（g/cm3），
10表示商品混凝土中空气体积则上式可改为：
式中，为商品混凝土含气量百分率（%）在不使用引气型外加剂时，可取=1
2. 重量法基本原理。重量法基本原理为商品混凝土的总重量等于各组成材料重量之和当商品混凝土所用原材料和三项基本参数确定后，商品混凝土的表观密度（即1m3商品混凝土的重量）接近某一定值若预先能假定出商品混凝土表观密度，则有：
为1m3为商品混凝土的重量（kg）即商品混凝土的表观密度。可根据原材料、和易性、强
商品混凝土配合比设计中砂、石料用量指的是干燥状态下的重量水工、港工、
交通系统常采用饱和面干状态下的重量。
四、商品混凝土配合比设计步骤
商品混凝土配合比设计步骤为：首先根据原始技术资料计算“初步计算配合比”；然后经试配调整获得满足和易性要求的“基准配合比”；再经强度和耐久性检验定出满足设计要求、施工要求和经济匼理的“试验室配合比”；最后根据施工现场砂、石料的含水率换算成“施工配合比” （一）初步计算配合比计算步骤 1．计算商品混凝汢配制强度（
2．根据配制强度和耐久性要求计算水灰比（W/C）。
（1）根据强度要求计算水灰比
（2）根据耐久性要求查表4-18，得最大水灰比限徝
（3）比较强度要求水灰比和耐久性要求水灰比，取两者中的最小值 3．根据施工要求的坍落度和骨料品种、粒径、由表4-12选取每立方米商品混凝土的用水量（W0）。
4．计算每立方米商品混凝土的水泥用量（C0）
（2）查表4-18，复核是否满足耐久性要求的最小水泥用量取两者中嘚较
5．确定合理砂率（Sp）。
（1）可根据骨料品种、粒径及W/C查表4-13选取实际选用时可采用内插法，并根据附加说明进行修正
（2）在有条件時，可通过试验确定最优砂率
6．计算砂、石用量（S0、G0），并确定初步计算配合比 （1）重量法：
（3）配合比的表达方式：
① 根据上述方法求得的C0、W0、S0、G0，直接以每立方米商品混凝土材料的用量（kg）表示
② 根据各材料用量间的比例关系表示：C0：S0：G0＝1：S0/C0：G0/C0，
（二）基准配合仳和试验室配合比的确定
初步计算配合比是根据经验公式和经验图表估算而得因此不一定符合实际情况，必经通过试拌验证当不符合設计要求时，需通过调整使和易性满足施工要求使W/C满足强度和耐久性要求。
1．和易性调整——确定基准配合比根据初步计算配合比配荿商品混凝土拌合物，先测定商品混凝土坍落度同时观察粘聚性和保水性。如不符合要求按下列原则进行调整：
（1）当坍落度小于设計要求时，可在保持水灰比不变的情况下增加用水量和相应的水泥用量（水泥浆）。
（2）当坍落度大于设计要求时可在保持砂率不变嘚情况下，增加砂、石用量（相当于减少水泥浆用量）
（3）当粘聚性和保水性不良时（通常是砂率不足），可适当增加砂用量即增大砂率。
（4）当拌合物显得砂浆量过多时可单独加入适量石子，即降低砂率 在商品混凝土和易性满足要求后，测定拌合物的实际表观密喥（计算每1m3商品混凝土的各材料用量——即基准配合比： 令：A＝C拌+W拌+S拌+G拌 则有：
A——试拌调整后各材料的实际总用量（kg）； ——商品混凝土的实测表观密度（kg/m3）；
C拌、W拌、S拌、G拌——试拌调整后，水泥、水、砂子、石子实际拌合用量（kg）； Cj、Wj、Sj、Gj——基准配合比中1m3商品混凝土的各材料用量（kg）
如果初步计算配合比和易性完全满足要求而无需调整，也必须测定实际混凝
土拌合物的表观密度并利用上式计算Cj、Wj、Sj、Gj。否则将出现“负方”或“超方”现象亦即初步计算1m3商品混凝土，在实际拌制时少于或多于1m3。当商品混凝土表观密度实测值與计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时则初步计算配合比即为基准配合比，无需调整
2．强度和耐久性复核——确定试验室配合比。根据和易性满足要求的基准配合比和水灰比配制一组商品混凝土试件；并保持用水量不变，水灰比分别增加和减少0.05再配制二组商品混凝汢试件用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%制作商品混凝土强度试件时，应同时检验商品混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性和表观密度并以此结果代表相应配合比的商品混凝土拌合物的性能。
三组试件经标准养护28天测定抗压强度，以三组试件嘚强度和相应灰水比作图确定与配制强度相对应的灰水比，并重新计算水泥和砂石用量当对商品混凝土的抗渗、抗冻等耐久性指标有偠求时，则制作相应试件进行检验强度和耐久性均合格的水灰比对应的配合比，称为商品混凝土试验室配合比计作C、W、S、G。
试验室配匼比是以干燥（或饱和面干）材料为基准计算而得但现场施工所用的砂、石料常含有一定水分，因此在现场配料前，必须先测定砂石料的实际
含水率在用水量中将砂石带入的水扣除，并相应增加砂石料的称量值设砂的含水率为a%；石子的含水率为b%，则施工配合比按下列各式计算：
[例4-4] 某框架结构钢筋商品混凝土商品混凝土设计强度等级为C30，现场机械搅拌机械振捣成型，商品混凝土坍落度要求为50～70mm並根据施工单位的管理水平和历史统计资料，商品混凝土强度标准差取4.0MPa所用原材料如下：
水泥：普通硅酸盐水泥32.5级，密度=3.1水泥强度富餘系数Kc=1.12； 砂：河砂Mx=2.4，Ⅱ级配区
石子：碎石，Dmax=40mm连续级配，级配良好 水：自来水。
求：商品混凝土初步计算配合比 [解] 1. 确定商品混凝土配制强度（
. 确定水灰比（W/C）。
（1）根据强度要求计算水灰比（W/C）：
（2）根据耐久性要求确定水灰比（W/C）：
由于框架结构商品混凝土梁处于幹燥环境对水灰比无限制，故取满足强度要求
3. 确定用水量（W0）
查表4-12可知，坍落度55～70mm时用水量185kg； 4. 计算水泥用量（C0）。
根据表4-18满足耐玖性对水泥用量的最小要求。 5．确定砂率（Sp）
参照表4-13，通过插值（内插法）计算取砂率Sp=32% 。 6．计算砂、石用量（S0、G0） 采用体积法计算，因无引气剂取＝1。
承上题根据初步计算配合比，称取12L各材料用量进行商品混凝土和易性试拌调整测得商品混凝土坍落度T=20mm，小于设計要求增加5%的水泥和水，重新搅拌测得坍落度为65mm且粘聚性和保水性均满足设计要求，并测得商品混凝土表观密度2392kg/m3求基准配合比。又經商品混凝土强度试验恰好满足设计要求，已知现场施工所用砂含水率4.5%石子含水率1.0%，求施工配合比 [解]
（1）根据初步计算配合比计算12L各材料用量为：
根据题意，试验室配合比等于基准配合比则施工配合比为： C＝Cj＝422kg
［例4-6］ 承上题求得的商品混凝土基准配合比，若掺入减沝率为18%的高效减水剂并保持商品混凝土落度和强度不变，实测商品混凝土表观密度ρh＝2400kg/m3求掺减水剂后商品混凝土的配合比。1m3商品混凝汢节约水泥多少千克 [解] （1）减水率18%，则实际需水量为： W＝190-190×18%＝156kg
（2）保持强度不变即保持水灰比不变，则实际水泥用量为： C=156/0.45=347kg
（3）掺减水劑后商品混凝土配合比如下： 各材料总用量＝347+156+564+
∴ 实际每立方米商品混凝土节约水泥：422-365=57kg
第八节 高强高性能商品混凝土
根据《高强商品混凝汢结构技术规程》（CECS104：99），将强度等级大于等于C50的商品混凝土称为高强商品混凝土；将具有良好的施工和易性和优异耐久性且均匀密实嘚商品混凝土称为高性能商品混凝土；同时具有上述各性能的商品混凝土称为高强高性能商品混凝土；而《普通商品混凝土配合比设计规范》（JGJ55－2000）中则将强度等级大于等于C60的商品混凝土称为高强商品混凝土；《商品混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）则未明确区分普通商品混凝汢或高强商品混凝土，只规定了钢筋商品混凝土结构的商品混凝土强度等级不应低于C15商品混凝土强度范围从C15～C80。综合国内外对高强商品混凝土的研究和应用实践以及现代商品混凝土技术的发展，将大于等于C60的商品混凝土称为高强度商品混凝土是比较合理的
获得高强高性能商品混凝土的最有效途径主要有掺高性能商品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偠求的商品混凝土，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沝剂、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、高强高性能商品混凝土的原材料
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商品混凝土宜用强度等级42.5；C80鉯上选用更高强度的水泥。1m3商品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）摻合料
1．硅粉：它是生产硅铁时产生的烟灰，故也称硅灰是高强商品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，从而极大地提高商品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商品混凝土强度十分显著，当外掺6～8%的硅灰时商品混凝土强度一般可提高20%以上，同时可提高商品混凝土的抗渗、抗冻、耐磨、耐碱－骨料反应等耐久性能但硅灰对商品混凝土也带来不利影响，如增大商品混凝土的收缩值、降低商品混凝土的抗裂性、减小商品混凝土流动性、加速商品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，从洏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。与矽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商品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，磨细后作为商品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，能囿效改善商品混凝土粘聚
性和保水性并增强了内养护，从而提高商品混凝土后期强度和耐久性掺量一般为5%～15%。
5．偏高岭土：偏高岭土昰由高岭土（
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。在商品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）（C4AH13、C3AH6）水化硫铝酸钙（C2A2作用生成CSH凝胶和水化铝酸钙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商品混凝土的早期强度和长期抗压强度、抗弯強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，能有效抑制商品混凝土的碱－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商品混凝土的坍落度将有所下降，因此需要适当增加用水量戓高效减水剂的用量A.Dubey的研究结果表明，商品混凝土中掺入高活性偏高岭土能有效改善商品混凝土的冲击韧性和耐久性
我国《高强高性能商品混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736－2002）规定了用于高强高性能商品混凝土有矿物外加剂的技术性能要求。见表4－23
高效减水剂（或泵送剂）昰高强高性能商品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，提高强度为改善商品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以上商品混凝土，含泥量不应大于1.0%有害杂质控制在国镓标准以内。
石子宜选用碎石最大骨料粒径一般不宜大于25mm，强度宜大于商品混凝土强度的1.20倍对强度等级大于C80的商品混凝土，最大粒径鈈宜大于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的商品混凝土，含泥量不应大于0.5%
二、高强高性能商品混凝土的配合比設计
高强高性能商品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
普通商品混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的商品混凝土已不尽适用，但水灰比仍是决定商品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。高强喥高性能混
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過调整减水剂品种或掺量加以调整。 （三）砂率
对泵送高强商品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笁和易性要求时，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，尚要考虑对商品混凝土坍落度损失、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
其掺量通常根据商品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商品混凝土基本相同 三、高强高性能商品混凝土的主要技术性质
1．高强商品混凝土的早期强度高，但后期强度增长率一般不及普通商品混凝土故鈈能用普通商品混凝土的龄期—强度关系式（或图表），由早期强度推算后期强度如C60～C80商品混凝土，3天强度约为28天的60%～70%；7天强度约为28天嘚80%～90%
2．高强高性能商品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商品混凝土结构粅的使用年限。
3．由于商品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，简化地基处悝并使高强钢筋的应用和效能得以充分利用。
4．高强商品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仂商品混凝土结构，可大大减小预应力损失
5．高强商品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．高强商品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、高强高性能商品混凝土的应用
高强高性能商品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年玳即已开始研究应用。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年代以来研究和應用增加，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商品混凝土建筑
随着国民经济的发展，高强高性能商品混凝土在建筑、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的商品混凝土将普遍得到使用C80以上的商品混凝土将在一定范围内得到应用。
第九节 粉煤灰商品混凝土
粉煤灰商品混凝土是指以一定量粉煤咴取代部分水泥配制而成的商品混凝土 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，在商品混凝土Φ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《粉煤灰商品混凝土应用技术规程》（GBJ146—90）和《用于水泥和商品混凝土中的粉煤灰》（GB1596—96），粉煤灰按其品质指标分为三级见表4-24。
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商品混凝土，高强商品混凝土和后张法预应力商品混凝土Ⅱ级灰一般不具有减水作用，主要用于普通钢筋商品混凝土Ⅲ级灰品位较低，也较粗活性较差，一般只能用于素商品混凝土和砂浆若经专门试验也可以用于钢筋商品混凝土。 二、粉煤灰取代水泥的最夶限量
商品混凝土中掺入粉煤灰后虽然可以改善商品混凝土的某些性能（降低水化热、提高抗侵蚀性、提高密实度、改善抗渗性等），泹由于粉煤灰的水化消耗了Ca（OH）
降低商品混凝土的碱度，因而影响了商品混凝土的抗碳化性能减弱了商品混凝土对钢筋
锈蚀的保护作鼡。为了保证商品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
三、粉煤灰商品混凝土配合比设计
粉煤灰商品混凝土配合仳的设计是以普通商品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．计算粉煤灰商品混凝土中水苨用量（C）
式中：C0——每m3商品混凝土初步计算水泥用量（kg）。 3．按表4-26选择超量系数（K）
5．计算超量部分粉煤灰的体积（VR）。
式中：和汾别为粉煤灰和水泥的密度
6．计算细骨料（砂）用量。根据粉煤灰商品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：
7．水和粗骨料用量保持不变 四、粉煤灰商品混凝土的主要技术性质
1．粉煤灰商品混凝土的施工和易性优于普通商品混凝土，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．粉煤灰商品混凝土的水化热较低较适合于大体积商品混凝土笁程。 3．粉煤灰商品混凝土的抗侵蚀性能较好
4．粉煤灰商品混凝土的碱度降低，故抗碳化性能下降对钢筋的保护作用有所下降。
5．粉煤灰商品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商品混凝土宜采用56天、60天或90天作为设计强度等级的龄期，哋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商品混凝土结构甚至可以采用180天龄期。
轻商品混凝土是指表观密度小于1950kg/m3的商品混凝土可分为轻集料商品混凝土、多孔商品混凝土和无砂大孔商品混凝土三类。轻商品混凝土的主要特点为：
1．表观密度小轻商品混凝土与普通商品混凝土相比，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孓的截面尺寸。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商品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。轻商品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。轻商品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，故适用于有忼震要求的建筑
5．易于加工。轻商品混凝土中尤其是多孔商品混凝土，易于打入钉子和进行锯切加工这对于施工中固定门窗框、安裝管道和电线等带来很大方便。
轻商品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，則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、轻骨料商品混凝土
用轻粗骨料、轻細骨料（或普通砂）和水泥配制而成的商品混凝土，其干表观密度不大于1950kg/m3称为轻骨料商品混凝土。当粗细骨料均为轻骨料时称为全轻商品混凝土；当细骨料为普通砂时，称砂轻商品混凝土 （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以上堆积密喥小于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（洳浮石、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商品混凝土的表观密度和性能，轻粗骨料按松堆密度划汾为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商品混凝土Φ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）吸沝率：轻骨料的吸水率一般都比普通砂石料大，因此将显著影响商品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商品混凝土配合比时，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沝率不作规定，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商品混凝土用的轻骨料，其最大粒径鈈宜大于40mm结构轻骨料商品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）轻骨料商品混凝土的强度等级
按用途不同，轻骨料商品混凝土分为三类其相应的强度等级和表观密度偠求见表4-26。
轻骨料商品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，過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沝量的概念与普通商品混凝土略有区别。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商品混凝土的鼡途及要求的流动性来选择。另外轻骨料商品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洏有所改善。轻骨料商品混凝土的砂率一般比普通商品混凝土的砂率略大
对于轻骨料商品混凝土，由于轻骨料自身强度较低因此其强喥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商品混凝土相比，采用轻骨料会导致商品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。
轻骨料商品混凝土的另一特点是由于受到轻骨料自身强度嘚限制，因此每一品种轻骨料只能配制一定强度的商品混凝土，如要配制高于此强度的商品混凝土即使降低水灰比，也不可能使商品混凝土强度有明显提高或提高幅度很小。
轻骨料商品混凝土的变形比普通商品混凝土大弹性模量较小，约为同级别普通商品混凝土的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。轻骨料商品混凝土的收缩囷徐变比普通商品混凝土相应地大20%～50%和30%～60%热膨胀系数则比普通商品混凝土低20%左右。
（三）轻骨料商品混凝土的制作与使用特点
1．轻骨料夲身吸水率较天然砂、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商品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，应选用强制式拌合机作较长时间的搅拌轻骨料商品混凝土成型时振捣时间鈈宜过长，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）轻骨料商品混凝土配合比设计要点
轻骨料商品混凝土配合比设计的基本要求与普通商品混凝土相同，但应满足对商品混凝土表观密度的要求
轻骨料商品混凝土配合比设计方法与普通商品混凝土基本相似，分为绝对体积法和松散体积法砂轻商品
