第二节 普通混凝土的组成材料
普通混凝土的基本组成材料是水泥、细集料（天然砂、机制砂等）、粗集料（石子等）和水，另外还掺加适量外加剂、掺合料。各组成材料在混凝土中起着不同的作用：砂、石等在混凝土中起骨架作用，因此也称为骨料，骨料还可对混凝土的变形起稳定性作用。水泥和水形成水泥浆，包裹在集料表面，并填充集料间的空隙，在混凝土硬化前起润滑作用，赋予混凝土拌和物一定的流动性以便于施工操作；在混凝土硬化后，水泥浆形成的水泥石又起胶结作用，把砂、石等骨料胶结成为坚硬的整体，并产生力学强度。
外加剂和掺合料，称为混凝土的第五、六组分，它们能有效地改善混凝土的性能，减少水泥用量，并改善混凝土的施工工艺。外加剂和掺合料更是配制高强混凝土、泵送混凝土、高性能混凝土时必不可少的组分。
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质、设计要
求和施工现场条件合理选择原材料的品种、质量和用量。要做到合理选择原材料，首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。
一、水泥
水泥在混凝土中是最主要的材料，正确、合理地选择水泥的品种和强度等级，是影响混凝土强度、耐久性及经济性的重要因素。
（一）水泥品种的选择
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，依据各种水泥的特性，合理选择。对于一般建筑结构和预制构件的普通混凝土宜采用通用硅酸盐水泥；高强混凝土和有抗冻性要求的混凝土宜采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥；有预防碱骨料反应的混凝土宜采用碱含量低于0.6%的水泥；大体积的混凝土工程宜选择中热、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，详见水泥的有关章节。
另外，还应考虑外加剂和不同水泥品种之间适应性存在差异的问题。（二）水泥强度等级的选择
水泥强度等级的选择原则为：混凝土设计强度等级越高，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。通常要求水泥的强度是混凝土强度的1.5～2.0倍；配制高强混凝土，可取0.9～1.5倍。这样要求的目的是保证混凝土中有足够的水泥，既不过多，也不过少。因为水泥用量过多（低强水泥配制高强度混凝土），不仅不经济，而且会使混凝土收缩和水化热增大，对耐久性不利。水泥用量过少（高强水泥配制低强度混凝土），混凝土的粘聚性变差，不易获得均匀密实的混凝土，严重影响混凝土的耐久性。
二、细骨料（砂）
混凝土用骨料，按其公称粒径大小不同分为细骨料和粗骨料。粒径在0.15～4.75mm之间的骨料称为细骨料，粒径大于4.75mm的称为粗骨料。粗、细骨料的总体积占混凝土体积的70%～80%，因此，骨料的性能对所配制的混凝土有很大影响。
砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂；人工砂包括机制砂和混合砂。
砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30～C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。
海砂可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制钢筋混凝土，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，使有害成分含量减少到限值以下。
山砂可以直接用于一般混凝土工程，但因山砂中含泥量及有机质等有害杂质较多，当用于重要结构物时，必须通过坚固性试验和碱活性试验。
人工砂是指经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂指由机械破碎、筛分制成、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒；混合砂指由机制砂和天然砂混合制成的砂。人工砂的原料为尾矿、卵石等，来源广泛，特别是在天然砂源缺乏及有大量尾矿、卵石需要处理和利用的地区，人工砂更具备发展条件。近些年来，针对
建筑业对砂石的需求日益增大而优质砂源日渐枯竭的现状，为保护环境，满足混凝土质量要求，特别是满足配制高性能混凝土的用砂要求，人工砂的用量逐年增长，人工砂替代自然砂是大势所趋。人工砂在应用中存在的主要问题是粗度大和石粉含量高，可通过改进设备技术予以解决。
河砂由于长期受水流的冲刷作用，颗粒表面比较圆滑、洁净，且产源较广，目前土木工程中一般多采用河砂作细骨料。
混凝土用砂的质量和技术要求主要有以下几方面。1.砂的质量和技术指标
混凝土用砂应颗粒坚实、清洁、不含杂质。但砂中常含有一些有害物质，会降低混凝土强度和耐久性，必须按照《建设用砂》（GB/T14684—2011）的规定严格控制其含量。
有害物质产生危害包括：泥和泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，降低强度并增加混凝土用水量，从而增大混凝土收缩；云母表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆黏结力差，易风化；有机质、硫化物及硫酸盐对水泥起腐蚀作用；氯盐会腐蚀钢筋。
（1）天然砂中含泥量和泥块含量。含泥量是指天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量。泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。含泥量和泥块含量应符合表31的规定。
表3 1
天然砂中含泥量和泥块含量
注 有抗冻、抗渗或其他特殊要求的小于或等于C25混凝土用砂，其含泥量不应大于3.0%，泥块含量不应大
于1.0%。
（2）机制砂中石粉含量和泥块含量。机制砂 MB值小于等于1.4或快速法试验合格时，石粉含量和泥块含量应符合表32的规定。机制砂 MB值大于1.4或快速法试验不合格时，石粉含量和泥块含量应符合表33的规定。
表3 2
石粉含量和泥块含量（机制砂MB值小于等于1.4或快速法试验合格）
表3 3
石粉含量和泥块含量（机制砂MB值大于1.4或快速法试验不合格）
注 MB值即亚甲蓝值，是用于判定机制砂中粒径小于75μm颗粒的吸附性能的指标。
（3）砂的坚固性。砂的坚固性是指在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。
砂是由天然岩石经自然风化作用而成，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混凝土用砂，应做坚固性检验。如有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的混凝土，严寒地区室外工程，并处于湿潮或干湿交替状态下的混凝土，有腐蚀介质存在或处于水位升降区的混凝土等。坚固性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。砂的质量损失应符合表34的规定。机制砂除了要满足表3 4的要求，压碎指标还应符合表3 5的规定。
表3 4
砂的坚固性指标
表3 5
砂的压碎指标
（4）有害物质。当砂中含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质时，其含量应符合表36的规定。
表3 6
砂中的有害物质含量
注 贝壳含量仅适用于海砂，其他砂种不作要求。对于有抗冻、抗渗要求的混凝土用砂，其云母含量不应大
于1.0%。
（5）碱集料反应。对于长期处于潮湿环境的重要混凝土结构用砂，应进行骨料的碱活性检验。经碱集料反应试验后，试件应无开裂、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.1%。碱活性检验判断为有潜在危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3，或采用能抑制碱—骨料反应的有效措施。
（6）砂的表观密度、松散堆积密度和空隙率。砂的表观密度、松散堆积密度和空隙率应符合下面的规定：
表观密度不小于2500kg/m3；松散堆积密度不小于1400kg/m3；空隙率不大于44%。
当地的砂中有害物质含量多时，又无合适砂源时，可以过筛并用清水冲洗后使用。
2.颗粒形状及表面特征
河砂和海砂经水流冲刷，颗粒多为近似球状，且表面少棱角、较光滑，配制的混凝土流动性往往比山砂或机制砂好，但与水泥的黏结性能相对较差；山砂和机制砂表面较粗糙，多棱角，故混凝土拌和物流动性相对较差，但与水泥的黏结性能较好。水灰比相同时，山砂或机制砂配制的混凝土强度略高；而流动性相同时，因山砂和机制砂用水量较大，故混凝土强度相近。
3.粗细程度与颗粒级配
砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合后的平均粗细程度。通常用细度模数表示，其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度。细度模数越大，表示砂越粗。在相同砂用量条件下，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。当混凝土中采用较细的砂时，因其总表面积较大，为保证混凝土骨料之间的充分润滑和黏结，包裹砂表面的水泥浆量就较多。一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥量要省。但砂子过粗，则颗粒间难以相互嵌固，使混凝土内部结构难以形成稳定的相互嵌固堆聚结构，拌出的混凝土黏聚性较差，易产生离析、泌水现象。因此，混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗，宜用中砂。
砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配的比例情况。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（图31）使砂形成较致密的堆积状态，空隙率达到较小值。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为节省水泥和提高混凝土的强度，就应尽量减少砂粒之间的空隙，就必须有大小不同的颗粒合理搭配。
砂的细度模数并不能反映砂的级配优劣，细度模数相同的砂，其级配不一定相同，而且还可能存在较大差异。因此，混凝土用砂应同时考虑细度模数和颗粒级配。若砂的级配不良，可采用人工掺配的方法来改善，即将粗砂、细砂按适当比例进行掺和使用。在实际工程中，由于连年采砂，致使很多地区的砂偏细，级配也不合格，通常就采用人工掺配方法满足混凝土用砂的要求。其中将机制砂和细砂混合以提高粗细程度和改善级配的方法正被普遍应用。
图31 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，用细度模数表示粗细，用级配区表示砂的级配。根据《建设用砂》（GB/T14684—2011）规
定，筛分析是用一套孔径为 4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm和
0.15mm的方孔标准筛，将500g干砂由粗到细依次过筛（详见试验），称量各筛上的筛余量mn（g），计算各筛上的分计筛余率（各筛上的筛余量占砂样总质量的百分率）和累计筛余率（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和），其计算关系见表37。
表3 7
累计筛余百分率与分计筛余百分率计算关系
细度模数根据式（31）计算（精确至0.01）：
Mx=（A2+A3+A4+A5+A6）-5A1
100-A1
（3 1）
根据细度模数将混凝土用砂分为：粗砂（3.1～3.7）、中砂（3.0～2.3）、细砂（2.2～1.6）。
砂的颗粒级配根据0.60mm筛孔对应的累计筛余百分率A4，分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区3个级配区，见表38。级配良好的粗砂应落在Ⅰ区；级配良好的中砂应落在Ⅱ区；细砂则在Ⅲ区。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于3个级配区中的任何1个中，才符合级配要求。实际使用的砂颗粒级配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.60mm对应的累计筛余率外，其余允许有不超过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，筛孔尺寸为横坐标，根据表38的级配区可绘制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级配区的筛分曲线，如图32所示。在筛分曲线上可以直观地分析砂的颗粒级配优劣。
表3 8
砂的颗粒级配区范围
注 Ⅰ区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，Ⅱ区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到
100～80，Ⅲ区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。
图32 砂的筛分曲线
配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。当采用Ⅰ区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，满足混凝土的和易性要求；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率。
工程中常用到的人工砂，一般粗颗粒含量较多，若小于160μm的石粉含量过少，则即使是砂子为细度模数较好的中砂，也会导致混凝土拌合物的黏聚性较差；但若石粉含量过多，又会使混凝土的单位用水量增大，不利于节约水泥并会影响混凝土的强度和耐久性。所以一般将人工砂中小于160μm的石粉含量控
制在6%～18%。
对于泵送混凝土，细骨料对混凝土的可泵
性有很大影响。混凝土拌合物之所以能在管道中输送，主要是由于粗骨料被包裹在砂浆中，且粗骨料是悬浮于砂浆中的，由砂浆直接与管壁接触起到润滑作用。因此，泵送混凝土宜选用中砂，细度模数为2.5～3.5，通过0.30mm筛孔的砂不应少于15%，通过0.15mm筛孔的砂不应少于5%。若含量过低，输送管易阻塞，拌合物难以泵送。但细砂过多以及黏土、粉尘含量太大也是有害的，因为细砂含量过大则需要较多的水，并形成黏稠的拌合物，输送阻力大大增加，需要较高的泵送压力。
【例31】某混凝土工程用河砂，经筛分析法试验，测得各号筛上的筛余量列于表39。试评定该砂的粗细程度和级配情况。
表3 9
筛分析试验结果
解：1）分计筛余率和累计筛余率计算结果列于表310。
表3 10
分计筛余率和累计筛余率计算结果
2）计算细度模数：
Mx=（A2+A3+A4+A5+A6）-5A1
100-A1
=（17.2+31.8+63.2+86.8+97.8）-5×5.6
100-5.6
=2.85
3）确定级配区：该砂样在0.60mm筛上的累计筛余率A4=63.2落在Ⅱ级区，其他
各筛上的累计筛余率也均落在Ⅱ级区规定的范围内，因此可以判定该砂为Ⅱ级区砂。
4）结果评定：该砂的细度模数为2.85，属中砂。
（2）砂的掺配使用。配制普通混凝土的砂宜优先选择Ⅱ区级配砂和中砂。但实际工程中往往出现砂偏细或偏粗的情况。当粗砂和细砂可同时提供时，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。
4.砂的含水状态
砂的含水状态有如下4种，如图33所示。
图33 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，如图33
（a）所示。
（2）气干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水。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，如图3 3（b）所示。
（3）饱和面干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和。
（4）湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水，如图3 3（d）所示。施工现场，特别是雨后常出现此种状况。
在拌制混凝土时，由于骨料（砂、石子）含水状态的不同，将影响混凝土的用水量和骨料的用量。骨料在饱和面干状态时的含水率，称为饱和面干吸水率。在计算混凝土中各材料的配合比时，如以饱和面干骨料为基准，则不会影响混凝土用水量和骨料用量，因为饱和面干骨料既不从混凝土中吸取水分，也不向混凝土拌合物中释放水分。因此一些大型水利工程、道路工程常以饱和面干骨料为基准，这样混凝土的用水量和骨料用量的控制比较准确。而在一般工业与民用建筑工程中设计混凝土配合比时，常以干燥状态骨料为基准。这是因为坚固的骨料其饱和面干吸水率一般不超过2%，而且在工程施工中，必须经常测定骨料的含水率，以及时调整混凝土组成材料实际用量的比例，从而保证混凝土的质量。
当细骨料被水湿润有表面水膜时，常会出现砂的堆积体积增大的现象。砂的这种性质在验收材料和配制混凝土按体积定量配料时具有重要意义。
三、粗骨料
颗粒粒径大于4.75mm的骨料为粗骨料。混凝土工程中常用的粗骨料有碎石和卵石两大类。碎石为岩石（有时采用大块卵石，称为碎卵石）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
类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级C30～C60及抗冻抗渗或其他重要混凝土；Ⅲ类用于强度等级小于C30的混凝土。
粗骨料的主要技术指标有：（一）有害杂质
与细骨料中的有害杂质一样，主要有黏土、硫化物及硫酸盐、有机物等。（1）碎石或卵石中含泥量和泥块含量应符合表311的规定。
表3 11
碎石或卵石中含泥量
注 1.对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求的混凝土，其所用碎石或卵石中含泥量不应大于1.0%、泥块含量不应大
于0.5%。
2.当所含泥是非黏土质的石粉时，其含泥量由表39中的0.5%、1.0%、2.0%，分别提高到1.0%、
1.5%、3.0%。
（2）碎石或卵石中的硫化物和硫酸盐含量以及卵石中有机物等有害物质含量，应符合
表312的规定。
表3 12
碎石或卵石中的有害物质含量
当碎石或卵石中含有颗粒状硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求后，方可采用。
（3）对于长期处于潮湿环境的重要结构混凝土，其所使用的碎石或卵石应进行碱活性检验。
进行碱活性检验时，首先应采用岩相法检验碱活性骨料的品种、类型和数量。当检验出骨料中含有活性二氧化硅时，应采用快速砂浆棒法和砂浆长度法进行碱活性检验；当检验出骨料中含有活性碳酸盐时，应采用岩石柱法进行碱活性检验。
经上述检验，当判定骨料存在潜在碱—碳酸盐反应危害时，不宜用作混凝土骨料；否则，应通过专门的混凝土试验，做最后评定。
当判定骨料存在潜在碱—硅反应危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3，或采用能抑制碱—骨料反应的有效措施。
（二）颗粒形状及表面特征
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，颗粒使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的强度，特别是抗折强度。针状是指长度大于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。针片状颗粒含量要符合表313的要求，而高强混凝土的针片状颗粒含量不宜大于5%。
表3 13
针、片状颗粒含量
粗骨料的表面特征指表面粗糙程度。碎石表面比卵石粗糙，且多棱角，因此，拌制的混凝土拌合物流动性较差，但与水泥黏结强度较高，配合比相同时，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，但黏结性能较差，强度相对较低。但若保持流动性相同，由于卵石可比碎石用水量有所减少，可一定程度地提高混凝土强度。
（三）粗骨料最大粒径
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，并改善混凝土性能。所以在条件许可的情况下，应尽量选择较大粒径的骨料。但对于用普通混凝土配合比设计方法配制结构混凝土，尤其是高强混凝土时，当粗骨料的最大粒径超过40mm后，由于减少用水量获得的强度提高，被较少的黏结面积及大粒径骨料造成不均匀性的不利影响所抵消，因而并没有什么好处。同时在实际工程上，骨料最大粒径也受到多种条件的限制，并且对运输和搅拌都不方便。
粗骨料的最大粒径会对混凝土的强度产生影响。对于水泥用量较少的中、低强度混凝土，DM增大时，混凝土强度将增大；而对于水泥用量较多的高强度混凝土，DM增至40mm时，混凝土强度最高，DM大于40mm后混凝土强度会有所降低。
骨料最大粒径也直接影响混凝土的耐久性。最大粒径大，则对混凝土的抗冻性、抗渗性有不良的影响，尤其会显著降低混凝土的抗气蚀性。因此，在混凝土配合比设计时，粗骨料最大粒径DM的选用应以满足混凝土性能要求为前提。如对大体积混凝土，在条件许可的情况下，在最大粒径150mm范围内，应尽可能选用较大值；对高强混凝土及有抗气蚀性要求的外部混凝土，粗骨料最大粒径应不超过25mm；对港工混凝土，粗骨料最大粒
径应不超过80mm。
另外，粗骨料最大粒径的选用，还应考虑混凝土结构或构件的断面尺寸、配筋情况及施工条件等的限制。混凝土粗骨料最大粒径DM不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净距的3/4；对混凝土实心板，DM不宜超过板厚的1/3，且不得超
过40mm。
对于泵送混凝土，为防止混凝土泵送时管道堵塞，其粗骨料的最大粒径与输送管内径之比应符合表314的要求。但粗骨料的粒径越小，空隙率就越大，从而增加了细骨料的体积，加大了水泥用量。所以为了改善混凝土的可泵性，而无原则地减少粗骨料的粒径，既不经济也无必要。
对大体积混凝土（如混凝土坝或围堤）或疏筋混凝土，为了减少水泥用量，降低混凝土的温度和收缩应力，常用较大的石块作骨料。但往往受到搅拌设备和运输、成型设备条
表3 14
粗骨料的最大粒径与输送管内径之比
件的限制。根据《水工混凝土施工规范》（DL/T5144—2001）要求，当混凝土拌和机的容量为0.8～1m3时，DM不宜大于80mm，当拌和机的容量大于1m3时，DM不宜大于150mm，否则容易打坏搅拌机叶片。当采用常规皮带输送机运输混凝土时，DM不宜大于80mm，当采用深槽皮带、胎带机、塔带机运输混凝土时，DM不宜大于150mm。另外，大型水利工程等的大体积混凝土，常使用毛石（形状不规则的大石块，一般尺寸在一个方向达300～400mm，质量约20～30kg）来填充，常称作毛石混凝土或抛石混凝土。
（四）粗骨料的颗粒级配
粗骨料的级配原理与细骨料基本相同，即将大小石子适当搭配，使粗骨料的空隙率及表面积都比较小，以减少水泥用量，保证混凝土质量。
石子的粒级分为连续粒级和间断级配（单粒级）两种。连续粒级指粗骨料按颗粒尺寸由小到大连续分级，每一粒径级占有一定比例。间断级配是各粒径级石子不相连，即抽去中间的一级、二级石子，一般从1/2最大粒径开始至Dmax。间断级配用于组成具有要求级配的连续粒级，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混凝土，如必须单独使用，则应作技术经济分析，并通过试验证明不发生离析或影响混凝土的质量。
石子的级配与砂的级配一样，也是通过筛分析试验确定，采用筛孔的公称直径为
2.5mm、5.0mm、10.0mm、16.0mm、20.0mm、25.0mm、31.5mm、40.0mm、50.0mm、63.0mm、80.0mm和100.0mm（方孔筛筛孔边长分别为2.36mm、4.75mm、9.5mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、
75.0mm和90.0mm）等12个筛子及底盘，并按需要选用相应筛号进行筛分，累计筛余百分率的计算与细骨料相同。碎石和卵石级配均应符合表315的要求。
表3 15
碎石或卵石的颗粒级配范围
续表
（五）粗骨料的强度
为保证混凝土的强度，要求粗骨料质地致密，具有足够的强度。碎石和卵石的强度可用岩石的抗压强度或压碎值指标两种方法表示。当混凝土强度等级大于或等于C60时，应进行岩石抗压强度检验。岩石强度首先应由生产单位提供，工程中可采用压碎值指标进行质量控制。
岩石的抗压强度采用直径和高度均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试样测定。一般要求岩石的抗压强度（饱水）应比所配制的混凝土设计强度高30%；且要求岩浆岩不宜低于80MPa（饱水），变质岩不宜低于60MPa，沉积岩不宜低于30MPa。
压碎值指标是将石子装入专用试样筒中，施加荷载至200kN，卸载后用孔径2.36mm的筛子筛去被压碎的细粒，其压碎的细颗粒占试样质量的百分数，即为压碎指标。压碎值越小，表示石子强度越高，反之亦然。碎石或卵石的压碎值指标应符合表316和表3
17的规定。
表3 16
碎石的压碎值指标
注 沉积岩包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩、橄
榄岩等；喷出的火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。
表3 17
卵石的压碎值指标
（六）粗骨料的坚固性
坚固性是卵石、碎石在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下抵抗破裂的能力。
骨料由于干湿循环或冻融交替等作用引起体积变化会导致混凝土破坏。具有某些特殊孔结构的岩石会表现出不良的体积稳定性。骨料越密实、强度越高、吸水率越小，其坚固性越好；而结构疏松，矿物成分越复杂、构造不均匀，其坚固性越差。有抗冻、耐磨、抗冲击性能要求的混凝土所用粗骨料，要求测定其坚固性，指标与砂相似，即用硫酸钠溶液法检验。在硫酸钠饱和溶液中经5次循环浸渍后的质量损失不应超过表318的规定值。
表3 18
碎石或卵石的坚固性指标
（七）粗骨料的表观密度、松散堆积密度和空隙率
用于拌制混凝土的碎石、卵石表观密度应大于2500kg/m3，松散堆积密度应大于
1350kg/m3，空隙率宜小于47%。
四、拌合用水
根据《混凝土拌和用水标准》（JGJ63—2006）的规定，凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制各种混凝土。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，对水泥石有侵蚀作用，对钢筋也会造成锈蚀，因此可拌制素混凝土，但不宜拌制有饰面要求的素混凝土；未经处理的海水严禁拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。
对混凝土拌合及养护用水的质量要求是：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度发展；不得降低混凝土的耐久性、加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断；不得污染混凝土表面。
近年来，为节约水资源，建筑工程用水开始使用中水及工业废水，但其水中物质含量限值应符合表319的要求。在对水质有怀疑时，应将该水与蒸馏水或饮用水进行水泥凝结时间、砂浆或混凝土强度对比试验。测得的初凝时间差和终凝时间差不得大于30min，其初凝和终凝时间还应符合水泥国家标准的规定。用该水制成的砂浆或混凝土28d抗压强度应不低于蒸馏水或饮用水制成的砂浆或混凝土抗压强度的90%。
表3 19
混凝土用水中物质含量限值
注 1.使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量不得超过350mg/L。
2.对于设计使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不得超过500mg/L。
3.碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。采用非碱活性骨料时，可不检验碱含量。
值得注意的是，在野外或山区施工采用天然水拌制混凝土时，均应对水的有机质、Cl-和SO24-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，一般不得用于拌制混凝土。混凝土拌和用水不应有漂浮明显的油脂和泡沫，不应有明显的颜色和异味。
五、混凝土外加剂
外加剂是指能有效改善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或胶凝材料总量的5%以下，却能显著改善混凝土的和易性、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；紧急抢修工程的早强速凝问题；大体积混凝土工程的水化热问题；纵长结构的收缩补偿问题；地下建筑物的防水抗渗问题等。
20世纪混凝土技术取得进展的3个里程碑是：①水灰比定则（1918年，Abrams），为配合比设计奠定了基础；②引气剂应用（20世纪50年代），使混凝土抵抗冻融能力大大提高，改变了混凝土技术的面貌；③高效减水剂（20世纪60年代），使水泥分散，水灰比得以降低，混凝土强度和耐久性得以提高，对混凝土技术带来的冲击更为明显，是混凝土技术另一次重大突破。混凝土技术是伴随外加剂的发展和使用而发展的。
外加剂是除水泥、砂、石、水之外的混凝土必不可少的第五种组成材料。混凝土外加剂的品种很多，一般根据其主要功能分类：
（1）改善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）调节混凝土凝结硬化性能的外加剂：主要有缓凝剂、速凝剂、早强剂等。（3）调节混凝土含气量的外加剂：主要有引气剂、加气剂、泡沫剂等。
（4）改善混凝土耐久性的外加剂：主要有引气剂、防水剂、阻锈剂等。
（5）提供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。
下面介绍建筑工程中常用的混凝土外加剂品种。（一）减水剂
减水剂是外加剂中应用最多的一种。减水剂品种很多，根据减水效果分为普通减水剂和高效减水剂两大类；按凝结时间分为标准型、早强型、缓凝型三种；按是否引气可分为引气型和非引气型两种。
1.减水剂的主要功能
（1）配合比不变时显著提高流动性。在用水量及水灰比不变时，混凝土坍落度可增大
100～200mm，且不影响混凝土的强度。
（2）流动性和水泥用量不变时，可减少用水量（约10%～15%），降低水灰比，可降低孔隙率，改善孔隙结构，提高强度（约15%～20%）和耐久性。
（3）保持流动性和强度不变（即水灰比不变）时，可以在减少拌和水量的同时，相应减少水泥用量。
2.减水剂的作用机理
减水剂提高混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散作用和润滑作用两方面。减水剂实际上为一种表面活性剂，其分子由亲水基团和憎水基团两个部分组成。其憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同电荷，如图
3 4所示。
图34 水泥浆的絮凝结构和减水剂作用示意图
减水剂的作用机理表现在以下3个方面。
（1）分散作用。水泥加水拌和后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，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，从而影响了混凝土拌和物的流动性[图3 4（a）]。当加入减水剂后，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，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性[图3 4（b）]。
（2）润滑作用。减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3 4（c）]，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。
（3）减水剂降低表面张力，水泥颗粒更易湿润，使水化比较充分，从而提高混凝土的强度。
3.常用减水剂品种
混凝土工程中常用减水剂分为普通减水剂和高效减水剂两类。
普通减水剂：木质素磺酸盐类，包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁及丹宁等。
高效减水剂有：
1）多环芳香族磺酸盐类：萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合的盐类、氨基磺酸盐等。2）水溶性树脂磺酸盐类：磺化三聚氰胺树脂、磺化古码隆树脂等。
3）脂肪族类：聚羧酸盐类、聚丙烯酸盐类、脂肪族羟甲基磺酸盐高缩聚物等。4）其他品种，如改性木质素磺酸钙、改性丹宁等。
（1）木质素系减水剂。木质素系减水剂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）3大类。工程上最常使用的为木钙。
MG是由生产纸浆的木质废液，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，掺量宜控制在0.2%～0.3%之间，超掺有可能导致凝结硬化时间延长，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%～15%，保持流动性不变，可提高混凝土强度10%～20%；若不减水则可增大混凝土坍落度约80～100mm；若保持和易性与强度不变时，可节约水
泥5%～10%。
MG主要适用于夏季混凝土施工、滑模施工、大体积混凝土和泵送混凝土施工，也可用于一般混凝土工程。木钙减水剂不宜单独用于冬季施工，在日最低气温低于5℃时，应与早强剂或防冻剂复合使用。MG不宜用于蒸汽养护混凝土制品和工程，以免蒸养后混凝土表面出现酥松现象。木钙减水剂也不宜用于预应力混凝土。
木质素磺酸盐减水剂属阴离子型表面活性剂，目前，在我国混凝土领域，该类减水剂仍然是应用面广、生产量大、成本低的普通减水剂。虽然木质素磺酸盐减水剂应用广泛，但是当混凝土要求有较大和易性时，随着木质素磺酸盐剂量的增加会带来过分缓凝和引气等问题，限制了其应用。但因价格较低，对其进行改性处理的研究已经取得成果。
（2）萘磺酸盐系减水剂。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分馏后为原料，经磺化、缩合等一系列复杂的工艺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。
萘系减水剂多数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28d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，具有早强功能。但混凝土的坍落度经时损失较大，故实际生产的萘系减水剂，大多数为复合型的，通常与缓凝剂或引气剂复合。
萘系减水剂对不同品种水泥的适应性较强，适用于配制高强、早强、流态和蒸养混凝土，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。最常用的有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%～27%，最高可达30%。混凝土3d强度提高30%～
100%，28d强度可提高20%～30%，长期强度也能提高，且可显著提高混凝土的抗渗、抗冻性和弹性模量。
掺SM减水剂的混凝土黏聚性较大，可泵性较差，且坍落度经时损失（混凝土拌和物坍落度随混凝土停放时间延长而降低）也较大，且价格较高，使用受到一定限制。目前主要用于配制高强混凝土、早强混凝土、流态混凝土、蒸汽养护混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土等。
（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和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%，减水率10%左右。主要用于大体积混凝土、大坝混凝土和有缓凝要求的混凝土工程。
（5）氨基磺酸盐减水剂。氨基磺酸盐是一种非引气型可溶性树脂减水剂（代号AS-
PF）。适宜掺量0.5%～1.0%，减水率可达13%～27%；掺量为1.5%时减水率达34%；
坍落度损失小，90min混凝土坍落度基本不变，适用于配制水灰比较小的高性能混凝土。氨基磺酸盐减水剂含碱量低，有利于防止碱—骨料反应；但其缺点是对掺量敏感，掺量稍过量就容易泌水。当与萘系减水剂复合时，混凝土既不泌水，也不发黏，坍落度损失又小。故工程应用中常与萘系减水剂复合，用于大流动度混凝土与高性能混凝土。
（6）聚羧酸盐类减水剂。聚羧酸盐类减水剂是新一代高效减水剂，现已被广泛采用，适用于高性能混凝土。聚羧酸盐类物质具有独特的蜂窝分子结构，具有以下特点：掺量低；减水率高（可达30%～40%）；坍落度损失小（1～2h坍落度基本不损失）；提高混凝土后期强度（28d强度增长20%以上）；与各种类型的水泥、外加剂适应性好；能提高用以替代水泥的粉煤灰及磨细矿渣的掺加量。
聚羧酸减水剂的性能优越，绿色环保，但价格也较高，是对传统减水剂技术的突破，具有广阔的发展潜力及市场前景。目前，该减水剂多与萘系减水剂、引气剂等复合使用，使混凝土的各项性能更优。
（7）复合减水剂。单一减水剂往往很难满足不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，组成早强型减水剂、缓凝型减水剂、引气型减水剂、缓凝引气型减水剂等。
4.减水剂的掺入方法
外加剂的掺入方法对其作用效果有时影响很大，因此应根据外加剂的种类和形态及具体情况选用掺入方法。外加剂掺量应以胶凝材料总量的百分比表示，或以mL/kg胶凝材料表示。
掺入方法有先掺法、同掺法、滞水法和后掺法。
先掺法：将减水剂与水泥混合后再与骨料、水一起搅拌。由于减水剂不易分散均匀，搅拌时间应适当延长。不溶于水的粉末状外加剂多采用先掺法。
同掺法：是将外加剂先溶于水形成溶液后再加入拌合物中一起搅拌。这种方法使用方便，计量准确且易搅拌均匀，在工程中常用。
滞水法：在搅拌过程中减水剂滞后1～3min加入。因搅拌时间延长，一般不常用，适宜拌制轻骨料混凝土。
后掺法：指在混凝土拌合物运送到浇筑地点后，才加入减水剂再次搅拌均匀进行浇筑。此法可避免混凝土在运输过程中的分层、离析和坍落度损失，提高减水剂的使用效果，改善减水剂对水泥的适应性。但需二次或多次搅拌，适用于商品混凝土（运距远），且有混凝土搅拌运输车。
液体减水剂宜与拌合水同时加入搅拌机内，粉剂减水剂宜与胶凝材料同时加入搅拌机内，需二次添加外加剂时，应通过试验确定，混凝土搅拌均匀方可出料，掺加外加剂的混凝土搅拌时间应延长1～2min。
根据工程需要，减水剂可与其他外加剂复合使用。其掺量应根据试验确定。配制溶液
时，如产生絮凝或沉淀等现象，应分别配制溶液并分别加入搅拌机内。
普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土，不宜单独用于蒸养混凝土；高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土。掺普通减水剂、高效减水剂的混凝土采用自然养护时，应加强初期养护；采用蒸养时，混凝土应具有必要的结构强度才能升温，蒸养制度应通过试验确定。
（二）早强剂
早强剂是指能加速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度，加速水化产物的早期结晶和沉淀。主要功能是缩短混凝土施工养护期，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混凝土工程及低温、负温施工混凝土、有防冻要求的混凝土、预制构件、蒸汽养护等。早强剂的主要品种有氯盐、硫酸盐和有机胺3大类，但更多使用的是它们的复合早强剂。
掺入混凝土后对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂。含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程。硝铵类严禁用于办公、居住等建筑工程。
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，
为白色粉末，适宜掺量0.5%～3%。由于Cl-对钢筋有腐蚀作用，故钢筋混凝土中掺量应控
制在1%以内。CaCl2早强剂能使混凝土3d强度提高50%～100%，7d强度提高20%～
40%，但后期强度不一定提高，甚至可能低于基准混凝土。此外，氯盐类早强剂对混凝土耐久性有一定影响，因此CaCl2早强剂及氯盐复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。这主要是防止泛卤。
（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、中级和重级吊车、屋架、落锤或锻锤基础。（7）预应力混凝土结构。
（8）含有活性骨料的混凝土结构。（9）电力设施系统混凝土结构。
此外，为消除CaCl2对钢筋的锈蚀作用，通常要求与阻锈剂亚硝酸钠复合使用。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、硫酸铝及硫酸铝钾（即明矾）等。建筑工程中最常用的为硫酸钠早强剂。
硫酸钠对钢筋无锈蚀作用，适用于不允许掺用氯盐的混凝土。硫酸钠为白色粉末，适宜掺量为0.5%～2.0%，当掺量为1%～1.5%时，达到混凝土设计强度70%的时间可缩短一半左右。早强效果不及CaCl2。对矿渣水泥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混凝土结构中的掺量不得大于1%；潮湿环境中的钢筋混凝
土结构中掺量不得大于1.5%；但由于它与氢氧化钙作用生成强碱NaOH，为防止碱骨料反应，硫酸钠严禁用于含有活性骨料的混凝土，同时严格控制最大掺量，应注意不能超量掺加，以免导致混凝土产生后期膨胀开裂破坏，强度下降；并防止混凝土表面产生“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的结构。（2）使用直流电源的工厂及电气化运输设施的钢筋混凝土结构。
3.有机胺类早强剂
有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、三异醇胺等，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，一般为水泥重的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，通常与其他早强剂复合使用。
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。
（三）缓凝剂
缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。1.工程中常用的缓凝剂
常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。木钙的掺量为水泥质量的
0.2%～0.3%，糖蜜的掺量0.1%～0.3%，延缓混凝土凝结时间2～4h。
柠檬酸、酒石酸及酒石酸钾钠等有更强烈的缓凝作用。当掺量为0.03%～0.10%时，可使水泥凝结时间延长数小时至十几小时。由于延缓了水泥的水化作用，可降低水泥的早期水化热。但掺用柠檬酸的混凝土拌合物，泌水性较大，黏聚性较差，硬化后混凝土的抗渗性稍差。
三聚磷酸钠，为白色粉末，能溶于水，掺量为1.0%左右，是无机缓凝剂之一，常与其他外加剂复合使用。
2.缓凝剂的适用范围
（1）缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝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、自流平免振混凝土、滑模施工或拉模施工的混凝土及其他需要延缓凝结时间的混凝土。缓凝高效减水剂可制备高强高性能混凝土。
（2）缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土，不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。
（3）柠檬酸及酒石酸钾钠等缓凝剂不宜单独用于水泥用量较低、水灰比较大的贫混凝土。
（4）当掺用含有糖类及木质素磺酸盐类物质的外加剂时应先做水泥适应性试验，合格
后方可使用。
3.缓凝剂的使用要求
（1）缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂的品种及掺量应根据环境温度、施工要求的混凝土凝结时间、运输距离、停放时间、强度等来确定。
（2）掺缓凝剂、缓凝减水剂及缓凝高效减水剂的混凝土浇筑、振捣后，应及时抹压并始终保持混凝土表面潮湿，终凝以后应浇水养护，当气温较低时，应加强保温保湿养护。
（四）引气剂
1.引气剂作用原理及常用品种
引气剂是指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。由于大量微小、封闭并均匀分布的气泡的存在，使混凝土的某些性能得到明显改善或改变。引气剂可以减少混凝土拌合物的泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻性、耐久性。目前，应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。混凝土工程中可采用由引气剂与减水剂复合而成的引气减水剂。引气剂的技术效果：
（1）改善混凝土拌合物的和易性。
（2）显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。
（3）降低混凝土强度。一般混凝土的含气量每增加1%时，其抗压强度将降低4%～
6%，抗折强度降低2%～3%。
2.引气剂的适用范围
引气剂及引气减水剂，可用于抗冻混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工骨料配制的普通混凝土、高性能混凝土以及有饰面要求的混凝土。但不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土，必要时，应经试验确定。
3.混凝土含气量控制
掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量，不宜超过表320规定的含气量。
表3 20
掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量
注 括号内数值为《建筑用卵石、碎石》标准中标准筛的尺寸。
4.引气剂的使用要求
（1）引气剂及引气减水剂，宜采用同掺法掺加。
（2）引气剂可与减水剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂复合使用。配制溶液时，如产生絮凝或沉淀等现象，应分别加入搅拌机内。
（3）掺引气剂及引气减水剂混凝土，必须采用机械搅拌，搅拌时间及搅拌量应通过试验确定。出料到浇筑的停放时间也不宜过长，采用插入式振捣时，振捣时间不宜超过20s。
（五）防冻剂
防冻剂是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂。常用的防冻剂有氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类。防冻剂用于负温条件下施工的混凝土。
防冻剂适用范围：
（1）含亚硝酸盐、碳酸盐的防冻剂严禁用于预应力混凝土结构。
（2）含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂，严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程。
（3）含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂，严禁用于办公、居住等建筑工程。（4）有机化合物类防冻剂可用于素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土工程。
（5）对水工、桥梁及有特殊抗冻融性要求的混凝土工程，应通过试验确定防冻剂品种及掺量。
防冻剂的选用应符合下列规定：在日最低气温为-5～-10℃、-10～-15℃、-15
～-20℃，采用保温措施时，宜分别采用规定温度为-5℃、-10℃、-15℃的防冻剂；
掺防冻剂的混凝土宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。
目前，国产防冻剂品种适用于0～-15℃的气温，当在更低气温下施工时，应增加其他混凝土冬季施工措施。
（六）速凝剂
速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐和有机物两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要有红星Ⅰ型、711型、728型、8604型等。
速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，1h就可产生强度，1d强度提高2～3倍，但后期强度会有所下降，28d强度约为不掺时的80%～90%。
速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、饮水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。
（七）膨胀剂
掺入混凝土中后能使其产生补偿收缩或微膨胀的外加剂称为膨胀剂。
混凝土工程常用的膨胀剂种类有：硫铝酸钙类；硫酸铝钙—氧化钙类；氧化钙类。（1）膨胀作用原理：硫铝酸钙类膨胀剂加入混凝土中以后，其中的无水硫铝酸钙可产
生水化并能与水泥水化产物反应，生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），使水泥石结构固相体积明显增加而导致宏观体积膨胀。氧化钙类膨胀剂的膨胀作用，主要是利用CaO水化生成Ca（OH）2晶体过程中体积增大的效果，使混凝土产生结构密实或宏观体积膨胀。
（2）膨胀剂的适用范围：
1）膨胀剂的适用范围应符合表321的规定。
表3 21
膨胀剂的适用范围
2）含硫铝酸钙类、硫铝酸钙—氧化钙类膨胀剂的混凝土（砂浆）不得用于长期环境
温度为80℃以上的工程。
3）含氧化钙类膨胀剂配制的混凝土（砂浆）不得用于海水或有侵蚀性水的工程。4）掺膨胀剂的大体积混凝土，其内部最高温度应符合有关标准的规定，混凝土内外
温差宜小于25℃。
（3）膨胀剂的使用。补偿收缩混凝土的膨胀剂掺量不宜大于12%，不宜小于6%；填充用膨胀混凝土的膨胀剂掺量不宜大于15%，不宜小于10%。
膨胀剂可与其他混凝土外加复合使用，品种和掺量应通过试验确定。膨胀剂不宜与氯盐类外加剂复合使用，与防冻剂复合使用时应慎重。
浇筑完成后，应立即保湿覆盖，养护期不宜少于7d。（八）泵送剂
泵送剂是指在新拌混凝土泵送过程中能显著改善其泵送性能的外加剂。
泵送剂主要是改善新拌混凝土和易性的外加剂，它所改进的主要是新拌混凝土在输送过程中的均匀稳定性和流动性，与减水剂的性能有所差别。
混凝土工程中，可采用由减水剂、保水剂、引气剂等复合而成的泵送剂。（九）防水剂
在混凝土中掺入防水剂，能够减少混凝土孔隙和填塞毛细管通道，以阻止水分渗透。防水剂一般分为无机防水剂、有机防水剂及复合防水剂。
常用的种类有以下几种。
无机化合物类：氯化铁、硅灰粉末、锆化合物等。
有机化合物类：脂肪酸及其盐类、有机硅表面活性剂（甲基硅醇钠、乙基硅醇钠、聚乙基羟基硅氧烷）、石蜡、地沥青、橡胶及水溶性树脂乳液等。
混合物类：无机类混合物、有机类混合物、无机类与有机类混合物。
复合类：上述各类与引气剂、减水剂、调凝剂等外加剂复合的复合型防水剂。
防水剂可用于工业与民用建筑的屋面、地下室、隧道、巷道、给排水池、水泵站等有防水抗渗要求的混凝土工程。含氯盐的防水剂可用于素混凝土、钢筋混凝土工程，严禁用于预应力混凝土工程。
六、混凝土掺合料
为改善混凝土性能、节约水泥、调节混凝土强度等级，在混凝土拌和时加入的天然或者人工矿物材料，统称为混凝土掺合料。掺合料能显著改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度、抗渗性、耐腐蚀性和强度，应用十分普遍，是混凝土的第六组分。混凝土掺合料分为活性矿物掺合料和非活性矿物掺合料。非活性矿物掺合料基本不与水泥组分起反应，如磨细石灰石、硬矿渣等。活性矿物掺合料本身不硬化或硬化速度很慢，但是，能与水泥水化生成的Ca（OH）2反应，生成具有胶凝能力的水化产物。活性矿物掺合料主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣（磨细矿渣粉）、硅灰、天然火山灰质材料（如沸石岩粉、凝灰岩粉等）等，其中粉煤灰的应用最为普遍。
（一）粉煤灰
粉煤灰是火力发电厂排放出来的烟道灰，其主要成分为SiO2、Al2O3以及少量FeO、CaO、MgO等。以直径在几个微米的实心和空心玻璃微珠体及少量莫来石、石英等结晶
物质组成。粉煤灰由于所使用煤的差别造成其成分含量波动较大。目前虽然大量用于混凝土中，但多数用于C40以下的混凝土中。
粉煤灰按其排放方式的不同，分为干排灰与湿排灰两种。湿排灰内含水量大，活性降低较多，质量不如干排灰。按收集方法的不同，分静电收尘灰和机械收尘灰两种。静电收尘灰颗粒细、质量好。机械收尘灰颗粒粗、质量较差，经磨细处理的称为磨细灰、未经加工的称为原状灰。
1.粉煤灰的质量要求
粉煤灰对于混凝土性能的改善在很大程度上取决于粉煤灰的品质，而粉煤灰的品质又取决于所燃煤的品种（化学成分）、烧结程度和形成状态等因素。当粉煤灰的CaO含量高于10%，通常将其称为高钙粉煤灰（C类灰）。一般由褐煤燃烧形成的粉煤灰呈黄色、浅黄色或褐黄色，具有火山灰活性，并具有自硬性。由烟煤和无烟煤燃烧形成的粉煤灰呈灰色或深灰色，氧化钙含量低，被称为低钙灰（F类灰），它虽然具有火山灰活性，但不具有自硬性。有些电厂在燃煤过程中会添加部分石灰石粉以达到脱硫的目的，也会使氧化钙含量较高，通常称为“增钙粉煤灰”或“改性粉煤灰”。目前我国大部分电厂的粉煤灰为
低钙粉煤灰。其密度一般为1.95～2.40g/cm3，干松堆积密度为550～800kg/m3。
细度是评定粉煤灰品质的重要指标之一。粉煤灰中实心微珠颗粒最细、表面光滑，是粉煤灰中需水量最小、活性最高的成分，如果粉煤灰中实心微珠含量较多、未燃尽碳及不规则的粗颗粒含量较少时，粉煤灰就较细，品质较好。未燃尽的碳粒，颗粒较粗，可降低粉煤灰的活性，增大需水性，是有害成分，可用烧失量来评定。多孔玻璃体等非球形颗粒，表面粗糙、粒径较大，可增加需水量，当其含量较多时，粉煤灰品质下降。SO3是有害成分，应限制其含量。
《用于水泥混凝土中的粉煤灰》（GB1596—2005）对粉煤灰的质量指标作了严格的规定，并根据细度、需水量比、烧失量、含水量和三氧化硫含量等指标，将其划分为Ⅰ级、
Ⅱ级、Ⅲ级3个级别，见表3 22。
表3 22
拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
注 代替细骨料或主要用以改善和易性的粉煤灰不受此限制。
按《粉煤灰混凝土应用技术规范》（GBJ146—90）规定：Ⅰ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土；Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土；
Ⅲ级粉煤灰适用于无筋混凝土。对强度等级大于等于C30的无筋粉煤灰混凝土，宜采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰。
2.粉煤灰掺入混凝土中的作用与效果
粉煤灰掺入混凝土后，不仅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保护环境，而且能改善混凝土的一系列性能，具有明显的技术经济效益。
粉煤灰是通过“形态效应”、“活性效应”和“微集料效应”而发生作用。
粉煤灰的“形态效应”，即微珠效应，粉煤灰中含有70%以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地致密。在混凝土中能起到减水作用、致密作用和匀质作用，改变拌合物的流变性质、初始结构，尤其对泵送混凝土，能起到良好的润滑作用。
粉煤灰的“活性效应”又称为“火山灰效应”。粉煤灰含有大量活性SiO2及Al2O3与Ca（OH）2等碱性物质发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，可提高混凝土（后期）强度。二次水化产物堵塞毛细孔隙，提高了密实度，并由于氢氧化钙的减少，从而提高混凝土的抗腐蚀能力。
粉煤灰的“微集料效应”粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑，能明显的改善和增强混凝土结构强度，提高匀质性和致密性。
在上述粉煤灰的三大效应中，形态效应是物理效应，活性效应是化学效应，而微集料效应既有物理效应又有化学效应。这三种效应相互关联，互为补充。粉煤灰的品质越高，效应越大。
综上所述，粉煤灰掺入混凝土的作用和效果可概括为以下几点：
（1）改善混凝土拌合物的和易性。掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌合料的流动性、黏聚性和保水性，特别是对泌水有明显的抑制作用，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。
（2）降低水化放热量。掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，可减少温度裂缝。这对大体积混凝土工程特别有利，所以水利水电工程多采用大掺量粉煤灰。
（3）提高混凝土的耐久性。由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，同时二次水化反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此可提高混凝土的抗渗性和抗腐蚀性。同时由于粉煤灰比表面积大，吸附能力强，可以吸附水泥中的碱，并与碱发生水化反应而消耗其数量，因此可以抑制或减少碱集料反应。
近年来，我国水泥含碱量的增加、混凝土中水泥用量的提高及含碱外加剂的普遍应用，更增加了碱集料反应破坏的潜在危险。在混凝土中掺加粉煤灰，可以有效地防止碱集料反应，提高混凝土的耐久性。
（4）可以提高混凝土的后期强度。粉煤灰对水泥颗粒有物理分散作用，使水泥水化更充分。在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度（28d以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。
（5）体积变形减小。粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩减小。密实度提高使徐变降低。
3.粉煤灰的掺加方法
混凝土中掺入粉煤灰的效果，与粉煤灰的掺入方法有关。常用的掺加方法有：等量取代法、超量取代法和外加法。
等量取代法：是指以等质量粉煤灰取代混凝土中的水泥。由于混凝土中水泥用量的减少，可节约水泥并减少混凝土放热量，还可以改善和易性，提高抗渗性，适用于掺Ⅰ级粉煤灰的混凝土、超强混凝土及大体积混凝土。
超量取代法：指掺入的粉煤灰量超过取代的水泥量，超出的粉煤灰取代同体积的砂，其超量系数按规定选用，目的是为了保持混凝土28d强度及和易性不变。
外加法：又称为粉煤灰代砂法，指在保持混凝土中水泥用量不变的情况下，外掺一定数量的粉煤灰，取代混凝土中的部分砂用量。
粉煤灰在混凝土中使用，应遵照《粉煤灰混凝土应用技术规范》（GBJ146—90）进行。粉煤灰在混凝土中取代水泥量（以质量计）应符合表323的限定。
表3 23
粉煤灰取代水泥的最大限量
注 当混凝土中钢筋保护层厚度小于50mm时，粉煤灰取代水泥的最大限量应比表中规定的相应值减少5%。
混凝土中掺入粉煤灰时，常与减水剂或引气剂等外加剂同时掺用，称为双掺技术。其他掺合料通常也都采用双掺技术。减水剂的掺入可以克服某些粉煤灰增大混凝土需水量的缺点；引气剂的掺入，可以解决粉煤灰混凝土抗冻性较差的问题；在低温条件下施工时，宜掺入早强剂或防冻剂。混凝土中掺入粉煤灰后，会使混凝土的抗碳化性能降低，不利于防止钢筋锈蚀。为改善混凝土抗碳化性能，也应采用双掺措施，或在混凝土中掺入阻锈剂。
粉煤灰主要用于泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下和水下工程混凝土、碾压混凝土等。随着混凝土技术的发展，掺量在50%以上的大掺量粉煤灰混凝土越来越多地得到应用。
（二）粒化高炉矿渣粉
将粒化高炉矿渣经干燥、磨细达到相当细度且符合相应活性指数的粉状材料，其细度
大于350m2/kg，一般为400～600m2/kg。试验显示，当矿渣粉的细度在350～400m2/kg
以上，活性才易激发。粒化高炉矿渣粉根据细度、活性指数和流动性比等技术指标，分为S105、S95和S753个级别，其质量应符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》
（GB/T18046—2000）的要求。
粒化高炉矿渣粉可以等量取代15%～50%的水泥，并降低水化热、提高抗渗性和耐蚀性（混凝土的干缩率显著减小）、抑制碱骨料反应和提高长期强度等，可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土工程。大掺量粒化高炉矿渣粉混凝土特别适用于大体积混凝土、地下和水下混凝土、耐硫酸盐混凝土等。
（三）硅灰
硅灰又称硅粉，是从生产硅铁或硅钢时排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘。硅灰
的颗粒极细，呈玻璃球状，其粒径为0.1～1.0μm，是水泥粒径的1/50～1/100，比表面
积为18.5～20m2/g，密度为2.1～2.2g/cm3，堆积密度为250～300kg/m3。硅粉中无定
形二氧化硅含量一般为85%～95%，具有很高的活性。由于比表面积高，需水量大，作为混凝土掺合料，必须与高效减水剂配合使用，才能保证混凝土的和易性。
掺入硅灰，能改善混凝土的孔结构，提高混凝土抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性，提高耐久性。另外混凝土的抗冲磨性随硅粉掺量的增加而提高，故适用于水工建筑物的抗冲刷部位及高速公路路面。
硅灰可提高混凝土强度，硅灰主要用于配制高强、超高强混凝土和高性能混凝土，掺入水泥质量5%～10%的硅灰，可配制出抗压强度达100MPa的超高强混凝土。掺入水泥质量20%～30%的硅灰，则可配制出抗压强度达200～800MPa的活性粉末混凝土。
硅灰用作混凝土掺合料，可改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性，采用双掺技术，适宜配制高流态混凝土、泵送混凝土及水下灌注混凝土。
掺入水泥质量4%～6%的硅灰，可有效抑制碱骨料反应。（四）沸石粉
沸石粉是天然的沸石岩磨细而成的一种火山灰质铝硅酸盐矿物掺合料。颜色为白色，含有一定量活性二氧化硅和三氧化铝，能与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成胶凝物质。
沸石粉用作混凝土掺合料可改善混凝土和易性，提高混凝土强度、抗渗性和抗冻性，抑制碱骨料反应。主要用于配制高强混凝土、流态混凝土及泵送混凝土。沸石粉具有很大的内表面积和开放性孔结构，还可用于配制调湿等功能的混凝土。
（五）超细微粒掺合料
硅灰是理想的超细微粒掺合料，但其资源有限，因此，采用超细粉磨的高炉矿渣、粉煤灰或沸石粉等作为超细微粒掺合料，它们经超细粉磨后具有很高的活性和极大的表面能，可以弥补硅灰资源的不足，满足配制不同性能要求的高性能混凝土的需求，常用于配制高强、超高强混凝土和高性能混凝土。超细微粒掺合料的材料组成不同，其作用也有所差别，通常具有以下几方面的作用：
（1）改善混凝土的流变性，可配制大流动性且不离析的泵送混凝土和自密实混凝土。（2）显著改善混凝土的力学性能，可配制100MPa以上的超高强混凝土。
（3）显著改善混凝土的耐久性，可减小混凝土的收缩，提高抗冻、抗渗性能。
超细微粒掺合料的生产成本低于水泥，使用超细微粒掺合料，可取得显著的技术经济效果，是配制高强、超高强混凝土和高性能混凝土的行之有效、经济实用的技术途径。