三、水泥混凝土

　　混凝土是指以膠凝材料將骨料膠結成整體的工程復合材料的統稱。按所用膠凝材料的種類不同，混凝土可分為水泥混凝土、瀝青混凝土、樹脂混凝土、聚合物混凝土等。水泥混凝土是以水泥、骨料和水為主要原料，也可加入外加劑和礦物摻和料等材料，經拌和、成型、養護等工藝制成的、硬化后具有強度的工程材料。

　　1.水泥

　　2.砂

　　(2)粗細程度及顆粒級配

　　砂的粗細程度是指不同粒徑的砂混合在一起時的平均粗細程度。在砂用量相同的情況下，若砂子過粗，則拌制的混凝土黏聚性較差，容易產生離析、泌水現象;若砂子過細，砂子的總表面積增大，雖然拌制的混凝土黏聚性較好，不易產生離析、泌水現象，但水泥用量增大。所以，用于拌制混凝土的砂，不宜過粗，也不宜過細。

　　(3)堅固性。砂的堅固性是指砂在氣候、環境變化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。按現行國家標準《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ 52，砂的堅固性用硫酸鈉溶液檢驗，試樣經 5 次循環后其質量損失應符合該規范中的要求。

　　3.石子

　　(1)有害雜質含量。石子中含有黏土、淤泥、有機物、硫化物及硫酸鹽和其他活性氧化硅等雜質。有的雜質影響粘結力，有的雜質能和水泥產生化學作用而破壞混凝土結構。此外，針片狀顆粒的含量也不宜過多。石子中有害雜質含量不超過規范規定的標準。對于重要工程混凝土所用的卵石、碎石，還應進行堿活性檢驗，以確定其適用性。

　　(2)最大粒徑與顆粒級配

　　1)最大粒徑。石子中公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑。在石子用量一定的情況下，隨著粒徑的增大，總表面積隨之減小，故在滿足技術要求的前提下，最大粒徑盡可能選的大一些是有利的。根據《混凝土結構工程施工規范》GB 506666，粗骨料的最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的 1/4，且不超過鋼筋間最小凈距的 3/4。對于混凝土實心板，粗骨料最大粒徑不宜超過板厚的 1/3，且不得超過40mm。

　　對于泵送混凝土應根據粗骨料品種、泵送高度、輸送管徑確定最大粒徑，碎石的最大粒徑應不大于輸送管徑的 1/3，卵石的最大粒徑應不大于輸送管徑的 1/2.5。水泥混凝土路面混凝土板用粗骨料，其最大粒徑不應超過 40mm。

　　2)顆粒級配。石子級配分為連續級配與間斷級配兩種。測定石子的最大粒徑與顆粒級配仍采用篩分析法。將石子用標準篩篩分后，計算出各篩分計篩余百分率和累計篩余百分率。以公稱粒級的上限為該粒級的最大粒徑。

　　(3)強度與堅固性

　　1)強度

　　2)堅固性

　　4.水

　　5.外加劑

　　(1)外加劑的作用

　　(2)外加劑的分類

　　按主要功能分類：

　　①改善混凝土拌和物流變性能的外加劑，包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。

　　②調節混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等。

　　③改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑、防凍劑和阻銹劑等。

　　④改善混凝土其他性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、著色劑等。

　　(3)常用混凝土外加劑

　　1)減水劑。混凝土減水劑是指在保持混凝土坍落度基本相同的條件下，具有減水增強作用的外加劑。

　　混凝土摻入減水劑的技術經濟效果：

　　①保持坍落度不變，摻減水劑可降低單位混凝土用水量，從而降低了水灰比，提高混凝土強度，同時改善混凝土的密實度，提高耐久性;

　　②保持用水量不變，摻減水劑可增大混凝土坍落度(流動性);

　　③保持強度不變，摻減水劑可節約水泥用量。減水劑常用品種有普通減水劑、高效減水劑、高性能減水劑等。

　　①普通減水劑。主要成分為木質素磺酸鹽類，如木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、木質素磺酸鎂等，具有一定緩凝、減水和引氣作用，宜用于日最低氣溫 5℃以上強度等級為 C40 以下的混凝土，但不宜單獨用于蒸養混凝土。

　　②高效減水劑。混凝土工程可采用的高效減水劑有：萘和萘的同系磺化物與甲醛縮合的鹽類、氨基磺酸鹽等多環芳香族磺酸鹽類;磺化三聚氰胺樹脂等水溶性樹脂磺酸鹽類;脂肪族羥烷基磺酸鹽高縮聚物等脂肪族類。高效減水劑具有較高的減水率，較低的引氣量，是我國使用最廣，使用量最大的外加劑。

　　高效減水劑可用于素混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土。緩凝型高效減水劑可用于大體積混凝土、碾壓混凝土、炎熱氣候條件下施工的混凝土、大面積澆筑的混凝土、避免冷縫產生的混凝土、需較長時間停放或長距離運輸的混凝土、自密實混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需要延緩凝結時間且有較高減水率要求的混凝土;宜用于日最低氣溫 5℃以上施工的混凝土。標準型高效減水劑宜用于日最低氣溫 0℃以上施工的混凝土，也可用于蒸養混凝土。

　　③高性能減水劑。是近年來開發的新型外加劑，目前主要為聚羧酸鹽類產品，標準型、早強型和緩

　　凝型等品種。高性能減水劑比高效減水劑具有更高減水率、更好坍落度保持性能、較小干燥收縮，且具有一定引氣性能的減水劑。聚羧酸系高性能減水劑可用于素混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土。宜用于高強混凝土、自密實混凝土、泵送混凝土、清水混凝土、預制構件混凝土和鋼管混凝土，具有高體積穩定性、高耐久性或高工作性要求的混凝土。緩凝型聚羧酸系高性能減水劑宜用于大體積混凝土，不宜用于日最低氣溫 5℃以下施工的混凝土。早強型聚羧酸系高性能減水劑宜用于有早強要求或低溫季節施工的混凝土，但不宜用于日最低氣溫-5℃以下施工的混凝土，且不宜用于大體積混凝土。

　　2)早強劑。混凝土早強劑是指能提高混凝土早期強度，并對后期強度無顯著影響的外加劑。若外加劑兼有早強和減水作用則稱為早強減水劑。早強劑多用于搶修工程和冬季施工的混凝土。目前常用的早強劑有氯鹽、硫酸鹽、三乙醇胺和以它們為基礎的復合早強劑。早強劑宜用于蒸養、常溫、低溫和最低溫度不低于-5℃環境中施工的有早強要求的混凝土工程。炎熱條件以及環境溫度低于-5℃時不宜使用早強劑。早強劑不宜用于大體積混凝土。

　　①氯鹽早強劑。常用的有氯化鈣(CaCl2)和氯化鈉(NaCl)。摻入氯化鈣能縮短水泥的凝結時間，提高混凝土的密實度、強度和抗凍性。氯鹽早強劑不能用于預應力混凝土結構。

　　②硫酸鹽早強劑。常用的硫酸鈉(Na2S04)早強劑，又稱元明粉。不宜使用無機鹽類早強劑的情形有：處于水位變化的結構;露天結構及經常受水淋、受水流沖刷的結構;相對濕度大于 80%環境中使用的結構;直接接觸酸、堿或其他侵蝕性介質的結構;有裝飾要求的混凝土，特別是要求色彩一致或表面有金屬裝飾的混凝土。

　　③三乙醇胺[N(C2H4OH3)]早強劑。是一種有機化學物質，對鋼筋無銹蝕作用。三乙醇胺等有機胺類早強劑不宜用于蒸養混凝土。單獨使用三乙醇胺，早強效果不明顯。

　　3)引氣劑及引氣減水劑。

　　4)緩凝劑。

　　5)泵送劑。

　　6)膨脹劑

　　(二)普通混凝土的技術性質

　　1.混凝土的強度

　　(1)立方體抗壓強度(fcu)。

　　(2)抗拉強度。

　　(3)抗折強度。

　　(4)影響混凝土強度的因素

　　2.混凝土的和易性

　　(1)和易性概念。和易性是一項綜合技術指標，包括流動性、黏聚性、保水性三個主要方面。

　　①流動性：產生流動并均勻密實的充滿模板的能力。

　　②黏聚性：使混凝土保持整體均勻性的能力。

　　③保水性：混凝土拌和物在施工中不致發生嚴重的泌水現象。

　　(2)影響混凝土和易性的主要因素

　　1)水泥漿。水泥漿是普通混凝土和易性最敏感的影響因素。

　　2)骨料品種與品質。

　　3)砂率。在用水量及水泥用量一定的條件下，存在最佳砂率，使混凝土拌和物獲得最大的流動性，且保持黏聚性和保水性。

　　4)其他因素。①水泥與外加劑;②溫度和時間。

　　3.混凝土耐久性

　　(1)混凝土耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。包括混凝土的抗凍性、抗滲性、抗蝕性及抗碳化能力等。

　　(2)提高混凝土耐久性的措施。混凝土耐久性主要取決于組成材料的質量及混凝土密實度。

　　提高混凝土耐久性的主要措施有：

　　①根據工程環境及要求，合理選用水泥品種。

　　②控制水灰比及保證足夠的水泥用量。

　　③選用質量良好、級配合理的骨料和合理的砂率。

　　④摻用合適的外加劑。

　　(三)普通混凝土配合比設計

　　混凝土配合比是指混凝土中各組成材料之間的比例關系。混凝土配合比通常用每立方米混凝土中各種材料的質量來表示，或以各種材料用料量的比例表示。混凝土配合比的確定可根據工程特點、組成材料的質量、施工方法等因素，通過理論計算和試配來確定。

　　1.設計混凝土配合比的基本要求

　　①滿足混凝土設計的強度等級;

　　②滿足施工要求的混凝土和易性;

　　③滿足混凝土使用要求的耐久性;

　　④滿足上述條件下做到節約水泥和降低混凝土成本。從表面上看，混凝土配合比只是計算水泥、砂子、石子、水這四種組成材料的用量。實質上是根據組成材料的情況，確定滿足上述四項基本要求的三大參數：水灰比、單位用水量和砂率。

　　(四)特種混凝土

　　1.高性能混凝土

　　(1)特性

　　1)自密實性好。高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，具有較優異的填充性。因此，配合比恰當的大流動性高性能混凝土有較好的自密實性。

　　2)體積穩定性。高性能混凝土的體積穩定性較高，具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。

　　普通混凝土的彈性模量為 20～25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土彈性模可達40～50GPa。采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土 90 天齡期的干縮值低于 0.04%。

　　3)強度高。高性能混凝土的抗壓強度已超過 200MPa。28d 平均強度介于 100～120MPa 的高性能混凝土已在工程中應用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比較高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發展較快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。

　　4)水化熱低。由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應，因此，水化熱相應的降低。

　　5)收縮量小。高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比，強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環境溫度仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。

　　6)徐變少。高性能混凝土的徐變變形顯著低于普通混凝土，高性能混凝土與普通強度混凝土相比較，高性能混凝土的徐變總量(基本徐變與干燥徐變之和)有顯著減少。

　　7)耐久性好。高性能混凝土除通常的抗凍性、抗滲性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ滲透率明顯低于普通混凝土。高性能混凝土具有較高的密實性和抗滲性，其抗化學腐蝕性能顯著優于普通強度混凝土。

　　8)耐高溫(火)差。高性能混凝土在高溫作用下會產生爆裂、剝落。為克服這一性能缺陷，可在高性能混凝土中摻入有機纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發，形成許多連通的孔隙，使高溫作用產生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。

　　高性能混凝土是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。

　　(2)制備高性能混凝土的技術途徑

　　單方高性能混凝土用水量不宜大于 175kg/m3。膠凝材料總量宜為 450～600kg/m3，其中礦物微細粉用量不宜超過膠凝材料總量的 30%。水膠比不宜大于 0.38。砂率宜為 37～44%。高效減水劑摻量根據坍落度要求而定。

　　1)選用優質的、符合要求的水泥和粗細集料。

　　2)選用高效減水劑。

　　3)選用微細粉。選用具有一定潛在活性或者火山灰活性的礦物摻合料，如硅粉、粉煤灰、磨細礦渣粉、天然沸石粉、偏高嶺土粉及復合微細粉等。

　　4)改善混凝土的施工工藝。目前效果比較顯著的有以下幾種：

　　①水泥裹砂混凝土攪拌工藝。

　　②采用超聲波振動或高頻振動密實。

　　③對澆筑成型的新拌混凝土進行真空吸水。

　　④在真空吸水的同時，最好采用適當的機械振動從而促使新拌混凝土的“液化”而降低脫水阻力，

　　有利于同相顆粒位置的調整，有利于氣泡的排出。

　　2.高強混凝土

　　高強度混凝土是用普通水泥、砂石作為原料，采用常規制作工藝，主要依靠高效減水劑，或同時外加一定數量的活性礦物摻和料，使硬化后強度等級不低于 C60 的混凝土。

　　1)高強混凝土的優點

　　①高強混凝土可減少結構斷面，降低鋼筋用量，增加房屋使用面積和有效空間，減輕地基負荷;

　　②高強混凝土致密堅硬，其抗滲性、抗凍性、耐蝕性、抗沖擊性等諸方面性能均優于普通混凝土;

　　③對預應力鋼筋混凝土構件，高強混凝土由于剛度大、變形小，故可以施加更大的預應力和更早地施加預應力，以及減少因徐變而導致的預應力損失。

　　2)高強混凝土的不利條件

　　①高強混凝土容易受到施工各環節中環境條件的影響，所以對其施工過程的質量管理水平要求高;

　　②高強混凝土的延性比普通混凝土差。

　　(2)高強混凝土的物理力學性能

　　1)抗壓性能。與中、低強度混凝土相比密實的多，高強混凝土的抗壓性能與普通混凝土相比有相當大的差別。

　　2)早期與后期強度。高強混凝土的水泥用量大，早期強度發展較快，特別是加入高效減水劑促進水化，早期強度更高，早期強度高的后期增長較小，摻高效減水劑的混凝土后期強度增長幅度要低于沒有摻減水劑的混凝土。

　　3)抗拉強度。混凝土的抗拉強度雖然隨著抗壓強度的提高而提高，但它們之間的比值卻隨著強度的增加而降低。劈拉強度為立方體的抗壓強度 fcu的 1/15～1/18，抗折強度約為 fcu的 1/8～1/12，而軸拉強度約為 fcu的 1/20～1/24。在低強混凝土中，這些比值均要大得多。

　　4)收縮。高強混凝土的初期收縮大，但最終收縮量與普通混凝土大體相同，用活性礦物拌和料代替部分水泥還可進一步減小混凝土的收縮。

　　5)耐久性。混凝土的耐久性包括抗滲性、抗凍性、耐磨性及抗侵蝕性等。高強混凝土在這些方面的性能均明顯優于普通混凝土，尤其是外加礦物摻和料的高強度混凝土，其耐久性進一步提高。

　　(3)對高強混凝土組成材料的要求

　　3.輕骨料混凝土

　　輕骨料混凝土是指用輕砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于 1950kg/m3的混凝土。

　　4.防水混凝土

　　防水混凝土又叫抗滲混凝土，防水混凝土的抗滲性能不得小于 P6，設計抗滲等級有P6、P8、P10、P12。防水混凝土的施工配合比應通過試驗確定，試配混凝土的抗滲等級應比設計要求提高0.2MPa。

　　5.碾壓混凝土

　　碾壓混凝土是由級配良好的骨料、較低的水泥用量和用水量、較多的混合材料制成的超干硬性混凝土拌和物，經振動碾壓等工藝達到高密度、高強度的混凝土，是道路工程、機場工程和水利工程中性能好、成本低的新型混凝土材料。

　　6.纖維混凝土

　　纖維混凝土是以混凝土為基體，外摻各種纖維材料而成，摻入纖維的目的是提高混凝土的抗拉強度與降低其脆性。纖維的品種有高彈性模量纖維(如鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等)和低彈性模量纖維(如尼龍纖維、聚丙烯纖維)兩類。纖維混凝土目前已逐漸地應用在高層建筑樓面，高速公路路面，荷載較大的倉庫地面、停車場、貯水池等處。高彈性模量纖維中鋼纖維應用較多;低彈性模量纖維不能提高混凝土硬化后的抗拉強度，當能提高混凝土的抗沖擊強度，聚丙烯纖維應用較多。各類纖維中以鋼纖維對抑制混凝土裂縫形成、提高混凝土抗拉和抗彎強度、增加韌性效果最好。

　　7.聚合物混凝土

　　聚合物混凝土是由有機聚合物、無機膠凝材料、集料有效結合而形成的一種新型混凝土材料的總稱。

　　它是混凝土與聚合物的復合材料，克服了普通混凝土抗拉強度低、脆性大、易開裂、耐化學腐蝕性差等缺點，擴大了混凝土的使用范圍，是國內大力研究和發展的新型混凝土。聚合物混凝土主要分為：聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物膠結混凝土(樹脂混凝土)三類。

　　聚合物浸漬混凝土可作為高效能結構材料應用于特種工程，例如腐蝕介質中的管、樁、柱、地面磚、海洋構筑物和路面、橋面板，以及水利工程中對抗沖、耐磨、抗凍要求高的部位。也可應用于現場修補構筑物的表面和缺陷，以提高其使用性能。

　　聚合物水泥混凝土可應用于現場灌筑構筑物、路面及橋面修補，混凝土儲罐的耐蝕面層，新老混凝土的粘結以及其他特殊用途的預制品。

　　聚合物膠結混凝土(樹脂混凝土)可在工廠預制。與水泥混凝土相比，具有快硬、高強和顯著改善抗滲、耐蝕、耐磨、抗凍融以及粘結等性能，可現場應用于混凝土工程快速修補、地下管線工程快速修建、隧道襯里等。

　　四、瀝青混合料

　　瀝青混合料是一種黏彈塑性材料，具有良好的力學性能，一定的高溫穩定性和低溫柔性，修筑路面不需設置接縫，行車較舒適。而且，施工方便、速度快，能及時開放交通，并可再生利用。因此，是高等級道路修筑中的一種主要路面材料。

　　瀝青混合料是由礦料(粗集料、細集料和填料)與瀝青拌和而成的混合料。通常，包括瀝青混凝土混合料和瀝青碎(礫)石混合料兩類。瀝青混合料按集料的最大粒徑，分為特粗式、粗粒式、中粒式、細粒式和砂粒式瀝青混合料;按礦料級配，分為密級配瀝青混凝土混合料、半開級配瀝青混合料、開級配瀝青混合料和間斷級配瀝青混合料;按施工條件，分為熱拌熱鋪瀝青混合料、熱拌冷鋪瀝青混合料和冷拌冷鋪瀝青混合料。

　　(一)材料組成與結構

　　1.主要材料要求

　　2.瀝青混合料的組成結構

　　按礦質骨架的結構狀況，其組成結構分為以下三個類型。

　　(1)懸浮密實結構。

　　(2)骨架空隙結構。

　　(3)骨架密實結構。

　　(二)瀝青混合料的技術性質

　　瀝青混合料作為瀝青路面的面層材料，承受車輛行駛反復荷載和氣候因素的作用，而膠凝材料瀝青具有黏彈塑性的特點。因此，瀝青混合料應具有抗高溫變形、抗低溫脆裂、抗滑、耐久等技術性質以及施工和易性。

　　1.高溫穩定性

　　2.低溫抗裂性

　　3.耐久性

　　4.抗滑性

　　5.施工和易性

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