2024年5月6日发(作者：叔燕晨)

建筑材料实验四

混凝土配合比设计

实验报告

第二组

一、实验名称：

1）C60高强泵送混凝土的配合比设计；

2) C60高强泵送混凝土的实配及拌合物性能测定；

3）C60高强泵送混凝土不同龄期的抗压强度测定。

二、实验目的：

1）掌握混凝土配合比设计的方法，学会通过查阅有关资料，在标准设计步骤指导下完

成基本符合预期要求的混凝土配合比方案；

2）掌握混凝土拌合工序，学会混凝土拌合物性能的测试；

3）配制出具有较好性能的C60高强泵送混凝土。

三、实验原理：

混凝土配合比设计步骤：

1、选择坍落度或VB稠度；

2、选择石子最大粒径；

3、选择用水量和含气量；

4、选择水灰比；

A、B—回归系数；f

ce

—水泥等级；f

cu

，

o

—混凝土立方体抗压强度标准值

（1）质量法： （2）体积法：

5、计算水泥用量；

6、选择砂率；

7、按照质量法或体积法得出粗细骨料用量

四、实验器材及设备：

。

混凝土实验室拌和：混凝土搅拌机、台秤、其他用具（量筒、天平、拌铲与拌板等）；

坍落度确定：坍落度筒、捣棒、装料漏斗、小铁铲、钢直尺、镘刀；

表观密度测定：容量筒、台秤、振动台；

试件的制作：试模、振动台、振动棒、钢制捣棒、混凝土标准养护室；

立方体抗压强度测试：压力试验机、钢尺。

五、实验步骤：

1）混凝土拌合物性能测试：

1、测坍落度；

2、测扩展度

2）试件成型：

1、100x100x100 3条；

2、100x100x400 1条；

3、100x100x200 3条；

3）立方体抗压强度测定。

六．混凝土配合比设计过程：

1） 原材料选择：

a) 水泥——制造厂: 北京水泥厂 京都P.O 42.5 28天实际强度 54.0MPa.

b) 石子——碎石，粒径5~20mm

c) 砂——产地 : 昌平 细度模数: 2.3-2.6 中砂 表观密度:2.60g/cm3

d) 水——普通自来水

e) 掺合料A 粉煤灰 产地 :元宝山 Ⅰ级灰

B 硅粉 挪威

f) 减水剂---- 聚羧酸高性能减水剂,掺量0.5%-0.8%减水率15-20%;1.0-1.5% 减水

率15-25%, 1.6-2.0%减水率25-30%,

2） 配合比设计：

1、 确定混凝土配制强度

由

f

cu,o

f

cu,k

1.645



取б=6,得到混凝土配置强度为69.9MPa

2 确定水灰比W/C

对于碎石，其中

A=0.46 B=0.07 w/c=34.7%

Fce=54.0MPa(水泥实际28天强度)

Fcu,o=69.9MPa

由经验公式

W/C

•

•

•

•

Af

ce

得

f

cu,o

ABf

ce

w/c=34.7%

•

•

2、 1 m

3

混凝土用水量m

w

的确定

按坍落度190mm设计则有

w0

掺外加减水剂2.0%，所得减水率约为30% ，则

m

w0

237.70.7166.4kg

m

c0

m

w0

(W/C)166.40.347

m21592.5237.5kg

479.5kg

体积法算基准配比粗细骨料

3

、

• ρc取为3000kg/m3

•

•

•

•

ρg为2700kg/m3(石子表观密度)

ρ s为2600kg/m3(表观密度)

ρw=1000kg/m3

α为含气量，介于1到2之间， 这里取1.5由此得到

1033.1kg

717.9kg

479.5kg

166.4kg

•

我们选用6%的粉煤灰以及6%的硅灰，硅灰和粉煤灰等量替代水泥。

计算结果如下（下述结果对应混凝土总密度2407kg/m3）

SF= 28.77kg（硅灰） FA = 28.77kg（粉煤灰）

减水剂质量：9.59kg(总胶结物质量乘以2%)

4、 砂率的选取

• 选取原因如下：

碎石最大粒径(mm)

水灰比

卵石最大粒径(mm)

(W/C)1020401620

0.426-3225-3124-3030-3529-34

0.530-3529-3428-3333-3832-37

0.633-3832-3731-3636-4135-40

0.736-4135-4034-3939-4438-43

砂率计算中，坍落度大于60mm的砂率,可经试验确定,也可在表4.0.2的基础上,按坍

落度每增大20mm,砂率增大1%的幅度予以调整.

此外，普通混凝土配合比设计规程中的限定如下：泵送混凝土的砂率宜为35%-45%;

所以，综合考虑上述所有因素，砂率选为41%

•

•

5配比：

25L混凝土对应的原料用量：

m

c

=10.550.5kg

m

w

=4.160.02kg

m

s

=17.90.2kg

m

g

=25.90.3kg

SF=71.90.3g

FA=71.90.3g

减水239.81g

m

c

:m

w:

m

s:

m

g:

SF:FA:减水

1:0.39:1.70:2.45:0.0068:0.0068:0.0227

最后在现场根据砂的含水率调整砂和水的用量

七．实验结果处理分析

1 塌落度：250mm， 扩展度：675mm

分析：对比实验的要求为：塌落度180mm以上，扩展度450mm以上。

此外实验中老师指出我们的混凝土在浇筑入模板后出现了少量的泌水与浮浆现象。这

些结果都显示了我们的拌合物塌落度过大了。

• 按坍落度190mm，减水剂减水率达到30%来设计则有

m

w0

237.70.7166.4kg

m

c0

m

w0

(W/C)166.40.347479.5kg

我们按照标准设计的用水量为166.4公斤，事实上实验中减水剂掺量为1.5%，减水效

率约为25%，可见上述国家标准对于塌落度达到180mm以上的混凝土设计并不适用。按照

标准计算的结果的用水量使得塌落度偏大。

外加剂对工作度的影响

我们选用6%的粉煤灰以及6%的硅灰，硅灰和粉煤灰等量替代水泥。单方用量均为

28.77kg.由于粉煤灰的粒径细小，成玻璃态，故可以降低需水量。硅粉具有独特的细度(1 p,rn

以下)、高硅(SiO2)含量及无定形性质，适宜代替部分胶凝材料。小的球状硅粉颗粒填充于

粗水泥颗粒间的部分空间，使细颗粒的粒度分布更合理，而且能置换出部分颗粒间填充的水

分。这种填充作用有助于拌合水改善混凝土的流动性。因此，改善水泥和硅粉的级配，能使

拌合物中可利用的自由水增加，达到所要求的稠度时，降低需水量。这也说明，掺入硅粉对

已给出用水量的混凝土，能改善流动性：另一方面，硅灰的平均粒径约0．1 m，比表面积

约20000m2／kg，硅粉㈣能吸附水分，从而增加用水量。硅粉对用水量要求的效果，取决于

几种因素，特别是外掺减水剂或超塑化剂时,水的用量与SF的掺量等有关。

2 ７天龄期抗压强度测定：

试件尺寸：100×100×100mm

1

2

3

取值

序号 抗压强度（MPa）（乘以0.95

的结果）

56.2

55.4

46.8舍

55.4

3

7天龄期抗压强度测定结果

=55.4（MPa）

（考虑到最小者与其余数据相对误差达到15%以上，可以舍弃，取中间值55.4

MPa）

• 按GB J107规范，混凝土28天抗压强度为平均不小于69Mpa，最小值不小于57兆

帕。我们的7天结果达到规范要求水平的77%（老师推荐为达到80%）。

分析：我们的混凝土采用硅灰与粉煤灰，但事先不知粉煤灰是高钙还是低钙的，并且掺量较

保守（6%）。强度结果略小于规范要求。文献对于外加剂影响总结如下：

a低钙粉煤灰的28天前强度较低，最终强度改善。

b高钙粉煤灰使得1、3天强度低，7天以后强度值增长明显。

c硅灰影响在早期和长期的强度均有显著提高

最后一个数据差异性较大，可能是振动密实程度不同或浇模过程中的浆体不均匀使得各

模具内混凝土性质有一定差异。

3 28天抗压强度实验

试件尺寸 序

号

100×100×100

1

2

3

抗压荷载

（KN）

抗压强度

（MPa）

取

（MPa

70.9

值

634

63.4

776

718

77.6

71.8

数据分析：按 GB J107规范，混凝土28天抗压强度为平均不小于69Mpa，

最小值不小于57兆帕。我们的实验结果比要求少了1.6

MPa。

渡区得到加强，断裂有可能穿过骨料发生。

混凝土的强度由孔隙、过渡区和裂缝扩展过程来确定。C60高强混凝土过

水泥、粗细集料性能、掺和料的性能及掺量、缓凝型高效缓凝减水剂的性

能及掺量是对C60混凝土性能起关键作用的因素，同时也是决定C6O混凝土

f

标准值

（MPa）

67.4

性能是否良好、是否经济的决定因素。

（1）粗细料的级配对强度的影响

级配对C60混凝土性能的影响是非常显著的。级配良好的集料具有较大的

堆积密度，同时也具有较小的空隙率，在混凝土中能形成坚强的骨架。换言之，

在其他条件相同时，堆积密度最大，即空隙率最小的集料，是理想的而且，C60

高强混凝土的骨料强度对整体强度起着很重要的影响。细集料品种对混凝土强度

的影响程度比粗集料小，所以混凝土公式中没有反映砂对混凝土强度的影响，但

砂的质量对混凝土强度也有一定影响。由于施工现场砂石质量变化相对较大，因

此应根据现场砂含水率及时调整水灰比，以保证混凝土配合比，不能把试验配合

比与施工配合比混为一谈。而我们在实验时并未根据实验状况及时调整，这也是

引起强度偏低的原因之一。

（2）矿物掺和料对强度的影响

掺粉煤灰的混凝土，由于延缓了其凝结时间，故早期强度与混凝土相比较低，

但后期强度得到较大的增长。粉煤灰与硬化水泥石的骨面层受到火山灰反应产物

的填充，相互结合强化，从而使粉煤灰混凝土的抗压强度和抗弯强度都比基准混

凝土要高。

硅灰颗粒非常微细，在高效减水剂和强力搅拌作用下，可以分散填充到水泥颗

粒的间隙中，大幅度降低水胶比，提高混凝土强度。加入SF一方面起到填充作

用，减少水泥石的空隙，使水泥石致密，降低透水和透气性；另一方面，SF与

Ca(0H)2反应生成CSH凝胶，该凝胶中Ca0／Si02变小，Ca0／Si02比越小，组

织结构越致密，对强度发展越有利.

所以混凝土初期强度较低也可能与硅灰和粉煤灰的慢反应速率对强度产生了影

响有关

。

（3）外加剂对强度的影响

高性能减水剂的高减水功能能达到大幅度降低混凝土水灰比、保证预期强度

的目的；其保塑功能达到泵送施工要求。矿物掺合料的掺入，减少了混凝土的水

泥用量，随之减少了水化热，从而减少了由于水化热引起的体积变形、开裂等一

系列问题；由于矿物掺合料的加入，水泥熟料与外加矿物的水化产物有相互填充

的作用，提高了混凝土的密实性；矿物掺合料与水泥熟料有二次以至多次水化反

应，致使混凝土的水泥基多相系矿物生成物发育充分。上述效应对混凝土的长期

性、耐久性及强度均有提高作用。

但是我们实验中的减水剂效率超出了实验预期，且出现了一定的泌水现象，

这也可能使混凝土初期强度降低。

八 结论

采用42．5 MPa普通硅酸盐水泥，外加高效减水剂，优质粉煤灰与硅灰，配以合适的粗细

骨料级配，可以配制C60高强泵送混凝土。

配比时对比优化方案，操作时严谨认真，严格控制各道程序质量，是成功配制C60高强混

凝土的关键所在。

九、实验总结&课外知识点补充

1、混凝土配合比设计， 填充包裹理论是最基本的理论。当然， 各材料的填充包裹， 井

非仅仅是对各材料“量” 的要求， 更要考虑它们是否容易相互填充包裹， 即各材料的整

体级配要求。C60 泵送混凝土， 对原材料的整体级配要求更严格。在保证原材料各自的级

配优良的前提下， 应考虑粗细集料混合料甚至其与胶凝材料的整体级配。因此， 选择砂率

时， 可按砂石混合料最大堆积密度来确定。同时掺人磨细矿物掺合料以改善水泥的级配。

在低水胶比情况下， 应限制石子的最大粒径， 以利提高混凝土强度。另外， 较小的石子

最大粒径， 容易使石子颗粒与砂颗粒形成连续的颗粒分布群， 有利于骨料强度的发挥。

通过这次实验我们将课本上的知识应用到实践中来，对配合比的基本设计方法有了更形

象直观更深刻的理解。明白了各个设计步骤间内在的联系与制约关系，整个实验中我们亲自

参与，体会到集体合作分工的高效率在工程建设中的重要性。作为土木工程师一定要有合作

讨论的精神和虚心听取别人意见的品质，加上老师耐心指导，我们意识到传统的配合比设计

方法存在的局限，意识到了随着科技的进步，材料技术的进步，混凝土配合比方法要及时改

进。这也让我们认识到土木工程不是纯理论的学科，它需要不断地联系实际，理论要与实际

情况不停地发生磨合，从而获得既符合经验和理论要求又满足实际需要的产品。

查阅课外资料得，影响混凝土质量的因素及防治措施

1原材料

原材料是组成混凝土的基础,原材料品质的优劣直接影响到混凝土质量的好坏,因此首先

要把好原材料质量关。

(1)水泥的强度和体积安定性直接影响混凝土的质量。水泥的强度上下波动,混凝土的强

度就会发生相应的变化;水泥的体积安定性差,就会使混凝土产生膨胀性裂缝。因此,要选择好

水泥品种,根据经验,大水泥厂生产的水泥质量比较稳定可靠。

(2)黄砂最关键的是细度模数和含泥量,砂子太细或含泥过多,会增加混凝土的干缩裂缝。

另外,砂石中含泥量高,不仅影响混凝土的强度,而且影响抗冻性、抗渗性和耐久性。因此,混凝

土最好采用中粗砂,且含泥量和有机质的含量必须满足规范要求。

(3)石子主要控制好级配、针片状含量和压碎值。经调研,目前,好多混凝土厂家的石子级

配都不是很好,因此,如何确保石子级配连续,且在生产中切实可行,还值得进一步探讨研究。

配合比

混凝土配合比是指单位体积的混凝土中各组成材料的重量比例。水灰比、单位用水量和

砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数,它们与混凝土各项性能之间有着非常密切的关

系。确定这三个基本参数的基本原则是:在满足混凝土强度和耐久性的基础上,确定混凝土水

灰比,在满足混凝土施工要求的和易性基础上,根据粗骨料的规格确定混凝土单位用水量,砂

在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

在施工实践中必须注意到配合比控制也是一个动态过程,不是一成不变的,要及时了解原

材料状况的动态信息,还要注意天气和季节的变化,要根据实际情况及时适当地调整和修改施

工配合比。

混凝土生产

混凝土生产过程中要注意两个问题:

(1)计量设备:混凝土搅拌站计量设备应定期校验,保证准确,特别是外加剂计量。经调查发

现,存在不少问题。由于计量不准,导致混凝土塌落度不稳定,甚至长时间不凝固,个别情况甚至

造成严重的质量事故。

(2)搅拌时间:混凝土的生产搅拌时间长短与混凝土的强度和均匀性有关,应从多次试验

和生产实践中选择最佳搅拌时间。搅拌时间太短会对混凝土的匀质性产生极大影响,太长会

产生泌水和离析现象。

混凝土运输

混凝土在运输过程中,特别是长距离运输或在闹市区运输,受到运输机械、气候条件、交

通状况等因素的影响,在此过程中如出现意外(如长时间堵车)或不规范行为(如往混凝土内加

水),混凝土的质量就会受到影响。因此,要加强混凝土运输过程中的管理和控制。为防止混凝

土误送或超过初凝时间到达工地,必须建立严格的收发制度。南京地铁工程要求混凝土出厂

时要出具详细的发料单据,填好收料单位、工程名称、混凝土强度等级、坍落度、发车时间

等内容,运至现场后要严格执行验收程序,填写到达时间及验收人,并做塌落度试验,对于不符

合要求的混凝土坚决拒收。

混凝土浇筑

混凝土浇筑对混凝土质量也有很大影响,在浇筑过程中,特别应注意以下几点:

(1)模板支设:模板支架要稳定牢固,模板接缝要严密,要清除模板表面的灰浆等垢物,刷好

隔离剂,以防支架失稳、跑模漏浆等。

(2)振捣:混凝土采用插入式振捣棒振捣时,要快插慢拔,振捣时间控制在20～30ｓ,待出现

泛浆或混凝土不下沉时即可停止振捣。混凝土振捣应连续、均匀,不得少振、漏振和过振。

少振、漏振会引起混凝土不密实,甚至出现空洞等;过振会导致混凝土产生泌水和分层离析现

象。混凝土浇筑后1～1.5ｈ,有条件的工地可对混凝土进行二次复振,复振可提高混凝土强度

10%左右,同时,复振还可以使混凝土二次液化以愈合构件的早期微裂缝。

(3)抹压:混凝土的抹平压光也很重要,直接影响表面混凝土的外观质量。抹压应在混凝土

初凝后、终凝前进行,抹压太早起不到消除裂纹的效果,抹压太迟则操作困难或甚至无法操作,

因此一定要把握好火候,第一遍为普通抹压,第二遍应重点寻找裂缝,抹压时用木抹子拍打,产

生振动压力,使混凝土再次液化,愈合裂缝。

养护

混凝土成型后的养护也直接影响混凝土的质量。混凝土终凝后,水泥还在继续水化,混凝

土强度在不断增长。因此,必须及时覆盖洒水,使混凝土表面保持足够润湿,避免混凝土表面因

干燥而产生干缩裂缝。特别要注意混凝土的早期养护、夏季养护、冬季养护和位于通风口部

位的混凝土养护。

试件制作

混凝土试件在一定程度上反映了混凝土实体的强度,也是混凝土进行质量评定的主要依

据,因此,混凝土试件必须认真制作,妥善养护。一方面,如果混凝土试件制作马虎,不注意养护,

则容易导致混凝土试件不合格,而实际上混凝土实体强度是满足要求的,从而带来不必要的麻

烦。另一方面,制作试件也不能弄虚作假,结果混凝土试件是合格了,但混凝土实体质量到底如

何很难确定,容易造成工程质量隐患。因此,制作试件一定要认认真真,实事求是,工地试验室的

建设也不能马虎随便,特别是在冬天,养护条件太差很容易造成混凝土试件的不合格。

2.关于高强混凝土

一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料

外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强

的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、

孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。

高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的

截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强

混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗

震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高

强度钢材和人为控制应力，从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围

内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。此外，利用

高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建（构）筑物，如原子能反应

堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要

求的工业用水池等。

3、[高强混凝土的优越性]

高强混凝土有四大优越性：

1）在一般情况下，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土30

－40％；受弯构件可节省混凝土10－20％。

2） 高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于减少了截面，结构自重减轻，这

对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义。再者，由于梁柱截面缩小，不但在建筑

上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积。以深圳贤成大厦为例，该建筑原

设计用C40级混凝土，改用C60级混凝土后，其底层面积可增大1060平方米，经济效益十

分显著。

3） 由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。因此，国外高

强混凝土除高层和大跨度工程外，还大量用于海洋和港口工程，它们耐海水侵蚀和海浪冲刷

的能力大大优于普通混凝土，可以提高工程使用寿命。

4）高强混凝土变形小，从而使构件的刚度得以提高，大大改善了建筑物的变形性能。

4、高强混凝土技术

以前高强混凝土一般是指强度等级在C45级以上的混凝土。随着科学技术的发展，高

强混凝土是指强度等级在C60级以上的混凝土。高强混凝土技术通常包括以下几个关键技

术：高性能的混凝土外加剂现代高强混凝土在施工中要解决下列技术问题：

1）低水灰比，大坍落度 高强混凝土一般要求低水灰比，这种低水灰比的混凝土早在

60年代末，我国就有过研究与应用，但由于混凝土在低水灰比的情况下，坍落度很小，甚

至没有坍落度，其成型和捣实都很困难，无法在现浇混凝土施工中应用。

2）坍落度损失问题 现代城市混凝土施工，一般采用预搅或商品混凝土。施工工地往往

与搅拌站相距很远，要把混凝土从搅拌站运到工地需用较长的时间。混凝土在运输的过程中，

其坍落度随时间的增加而减小，这对高强混凝土来说无疑又增加了难度。

3） 混凝土可泵性问题 泵送混凝土几乎是高层建筑施工的唯一方法。所以高强和泵送

几乎是不可分割的。所以对高强混凝土要解决混凝土可泵送的要求。要解决这一系列技术难

题，关键是研制一种高性能的外加剂。

5、高强混凝土的其他要求

1） 对原材料的选择

配置C60级高强混凝土，不需要用特殊的材料，但必须对本地区所能得到的所有

原材料进行优选，它们除了要有比较好的性能指标外，还必须质量稳定，即在施工期内

主要性能不能有太大的变化。

2） 工时的质量控制和管理

一般来说，在试验室配置符合要求的高强混凝土相对比较容易，但是要在整个施工

过程中，混凝土都要稳定在要求的质量水平功能上就比较困难了。一些在普通情况下不

太敏感的因素，在低水灰比的情况下会变得相当敏感，而对高强混凝土，设计时所留的

强度富余度又不可能太大，可供调节的余量较小，这就要求在整个施工过程中必须注意

各种条件、因素的变化，并且要根据这些变化随时调整配合比和各种工艺参数。对于高

强混凝土，一般检测技术如回弹、超声等在强度大于50MP A后已不能采用。唯一能进

行检测的钻心取样法来检验高强混凝土也有一定的困难（主要是研究资料较少和标准不

完善）。这说明加强现场施工质量控制和管理的必要性。

3） 超细活性掺合料的应用

对于强度等级为C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技术措施－掺入超细活

性掺合料。混凝土强度达到一定极限后就不可能再增加了，因为混凝土强度在水化时不

可避免地会在其内部形成一些细微的毛细孔。如果要使其强度进一步提高，就必须采取

措施把这些孔隙填满，进一步增加混凝土的密实性。最常用的方法是用极细（微米级）

的活性颗粒掺入混凝土，使它们在水浆中的细微孔隙中水化，减少和填充混凝土中的毛

细孔，达到增密和增强的作用。但是这些极细的颗粒需水量很大，就需要大量高效减水

剂加以塑化，否则难以施工。再者，超细活性颗粒在混凝土搅拌时，到处飞扬，很难加

入混凝土中，故必须对超细活性颗粒进行增密处理后才能使用。

6、如何提高混凝土的耐久性？

影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点：首先，在混凝土工程中为了

满足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，

约占水泥石总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种

侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性

的不足；其次，水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。例如，波特兰水

泥水化后的主要化合物是碱度较高的高碱性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。

此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰，它的强度极低、稳定性极差，在侵蚀条件

下，是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳

定性低的组分，特别是游离石灰。

提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：

1）掺入高效减水剂：在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，

减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，

会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混

凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增

加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使

水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的

悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放

出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管

孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。

2）掺入高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混

凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝

土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203，它们

能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反映，生成强

度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游

离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集

料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度

都有本质性的贡献。

3）消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混

凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。

例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫

酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须

减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1- 等可以引起

破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提

高混凝土的耐久性。

4）保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间

的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分

密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此

同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现

在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了

混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的

同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着

混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。

高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，

必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，

减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。

[参考文献]

《用多种矿物掺合料配制高强泵送混凝土的试验研究》

《普通混凝土配合比设计规程》

《高强高性能混凝土研制与应用》

《新型泵送混凝土技术及施工》

《高强高性能混凝土的研制及应用》[M]. 朱清江.北京： 中国建材工业出版社， 1999.

《建筑材料》[M]. 张君 北京： 清华大学出版社， 2007.

《超高强高性能混凝土》[M]. 蒲心成.重庆： 重庆大学出版社，2004.

2024年5月6日发(作者：叔燕晨)

建筑材料实验四

混凝土配合比设计

实验报告

第二组

一、实验名称：

1）C60高强泵送混凝土的配合比设计；

2) C60高强泵送混凝土的实配及拌合物性能测定；

3）C60高强泵送混凝土不同龄期的抗压强度测定。

二、实验目的：

1）掌握混凝土配合比设计的方法，学会通过查阅有关资料，在标准设计步骤指导下完

成基本符合预期要求的混凝土配合比方案；

2）掌握混凝土拌合工序，学会混凝土拌合物性能的测试；

3）配制出具有较好性能的C60高强泵送混凝土。

三、实验原理：

混凝土配合比设计步骤：

1、选择坍落度或VB稠度；

2、选择石子最大粒径；

3、选择用水量和含气量；

4、选择水灰比；

A、B—回归系数；f

ce

—水泥等级；f

cu

，

o

—混凝土立方体抗压强度标准值

（1）质量法： （2）体积法：

5、计算水泥用量；

6、选择砂率；

7、按照质量法或体积法得出粗细骨料用量

四、实验器材及设备：

。

混凝土实验室拌和：混凝土搅拌机、台秤、其他用具（量筒、天平、拌铲与拌板等）；

坍落度确定：坍落度筒、捣棒、装料漏斗、小铁铲、钢直尺、镘刀；

表观密度测定：容量筒、台秤、振动台；

试件的制作：试模、振动台、振动棒、钢制捣棒、混凝土标准养护室；

立方体抗压强度测试：压力试验机、钢尺。

五、实验步骤：

1）混凝土拌合物性能测试：

1、测坍落度；

2、测扩展度

2）试件成型：

1、100x100x100 3条；

2、100x100x400 1条；

3、100x100x200 3条；

3）立方体抗压强度测定。

六．混凝土配合比设计过程：

1） 原材料选择：

a) 水泥——制造厂: 北京水泥厂 京都P.O 42.5 28天实际强度 54.0MPa.

b) 石子——碎石，粒径5~20mm

c) 砂——产地 : 昌平 细度模数: 2.3-2.6 中砂 表观密度:2.60g/cm3

d) 水——普通自来水

e) 掺合料A 粉煤灰 产地 :元宝山 Ⅰ级灰

B 硅粉 挪威

f) 减水剂---- 聚羧酸高性能减水剂,掺量0.5%-0.8%减水率15-20%;1.0-1.5% 减水

率15-25%, 1.6-2.0%减水率25-30%,

2） 配合比设计：

1、 确定混凝土配制强度

由

f

cu,o

f

cu,k

1.645



取б=6,得到混凝土配置强度为69.9MPa

2 确定水灰比W/C

对于碎石，其中

A=0.46 B=0.07 w/c=34.7%

Fce=54.0MPa(水泥实际28天强度)

Fcu,o=69.9MPa

由经验公式

W/C

•

•

•

•

Af

ce

得

f

cu,o

ABf

ce

w/c=34.7%

•

•

2、 1 m

3

混凝土用水量m

w

的确定

按坍落度190mm设计则有

w0

掺外加减水剂2.0%，所得减水率约为30% ，则

m

w0

237.70.7166.4kg

m

c0

m

w0

(W/C)166.40.347

m21592.5237.5kg

479.5kg

体积法算基准配比粗细骨料

3

、

• ρc取为3000kg/m3

•

•

•

•

ρg为2700kg/m3(石子表观密度)

ρ s为2600kg/m3(表观密度)

ρw=1000kg/m3

α为含气量，介于1到2之间， 这里取1.5由此得到

1033.1kg

717.9kg

479.5kg

166.4kg

•

我们选用6%的粉煤灰以及6%的硅灰，硅灰和粉煤灰等量替代水泥。

计算结果如下（下述结果对应混凝土总密度2407kg/m3）

SF= 28.77kg（硅灰） FA = 28.77kg（粉煤灰）

减水剂质量：9.59kg(总胶结物质量乘以2%)

4、 砂率的选取

• 选取原因如下：

碎石最大粒径(mm)

水灰比

卵石最大粒径(mm)

(W/C)1020401620

0.426-3225-3124-3030-3529-34

0.530-3529-3428-3333-3832-37

0.633-3832-3731-3636-4135-40

0.736-4135-4034-3939-4438-43

砂率计算中，坍落度大于60mm的砂率,可经试验确定,也可在表4.0.2的基础上,按坍

落度每增大20mm,砂率增大1%的幅度予以调整.

此外，普通混凝土配合比设计规程中的限定如下：泵送混凝土的砂率宜为35%-45%;

所以，综合考虑上述所有因素，砂率选为41%

•

•

5配比：

25L混凝土对应的原料用量：

m

c

=10.550.5kg

m

w

=4.160.02kg

m

s

=17.90.2kg

m

g

=25.90.3kg

SF=71.90.3g

FA=71.90.3g

减水239.81g

m

c

:m

w:

m

s:

m

g:

SF:FA:减水

1:0.39:1.70:2.45:0.0068:0.0068:0.0227

最后在现场根据砂的含水率调整砂和水的用量

七．实验结果处理分析

1 塌落度：250mm， 扩展度：675mm

分析：对比实验的要求为：塌落度180mm以上，扩展度450mm以上。

此外实验中老师指出我们的混凝土在浇筑入模板后出现了少量的泌水与浮浆现象。这

些结果都显示了我们的拌合物塌落度过大了。

• 按坍落度190mm，减水剂减水率达到30%来设计则有

m

w0

237.70.7166.4kg

m

c0

m

w0

(W/C)166.40.347479.5kg

我们按照标准设计的用水量为166.4公斤，事实上实验中减水剂掺量为1.5%，减水效

率约为25%，可见上述国家标准对于塌落度达到180mm以上的混凝土设计并不适用。按照

标准计算的结果的用水量使得塌落度偏大。

外加剂对工作度的影响

我们选用6%的粉煤灰以及6%的硅灰，硅灰和粉煤灰等量替代水泥。单方用量均为

28.77kg.由于粉煤灰的粒径细小，成玻璃态，故可以降低需水量。硅粉具有独特的细度(1 p,rn

以下)、高硅(SiO2)含量及无定形性质，适宜代替部分胶凝材料。小的球状硅粉颗粒填充于

粗水泥颗粒间的部分空间，使细颗粒的粒度分布更合理，而且能置换出部分颗粒间填充的水

分。这种填充作用有助于拌合水改善混凝土的流动性。因此，改善水泥和硅粉的级配，能使

拌合物中可利用的自由水增加，达到所要求的稠度时，降低需水量。这也说明，掺入硅粉对

已给出用水量的混凝土，能改善流动性：另一方面，硅灰的平均粒径约0．1 m，比表面积

约20000m2／kg，硅粉㈣能吸附水分，从而增加用水量。硅粉对用水量要求的效果，取决于

几种因素，特别是外掺减水剂或超塑化剂时,水的用量与SF的掺量等有关。

2 ７天龄期抗压强度测定：

试件尺寸：100×100×100mm

1

2

3

取值

序号 抗压强度（MPa）（乘以0.95

的结果）

56.2

55.4

46.8舍

55.4

3

7天龄期抗压强度测定结果

=55.4（MPa）

（考虑到最小者与其余数据相对误差达到15%以上，可以舍弃，取中间值55.4

MPa）

• 按GB J107规范，混凝土28天抗压强度为平均不小于69Mpa，最小值不小于57兆

帕。我们的7天结果达到规范要求水平的77%（老师推荐为达到80%）。

分析：我们的混凝土采用硅灰与粉煤灰，但事先不知粉煤灰是高钙还是低钙的，并且掺量较

保守（6%）。强度结果略小于规范要求。文献对于外加剂影响总结如下：

a低钙粉煤灰的28天前强度较低，最终强度改善。

b高钙粉煤灰使得1、3天强度低，7天以后强度值增长明显。

c硅灰影响在早期和长期的强度均有显著提高

最后一个数据差异性较大，可能是振动密实程度不同或浇模过程中的浆体不均匀使得各

模具内混凝土性质有一定差异。

3 28天抗压强度实验

试件尺寸 序

号

100×100×100

1

2

3

抗压荷载

（KN）

抗压强度

（MPa）

取

（MPa

70.9

值

634

63.4

776

718

77.6

71.8

数据分析：按 GB J107规范，混凝土28天抗压强度为平均不小于69Mpa，

最小值不小于57兆帕。我们的实验结果比要求少了1.6

MPa。

渡区得到加强，断裂有可能穿过骨料发生。

混凝土的强度由孔隙、过渡区和裂缝扩展过程来确定。C60高强混凝土过

水泥、粗细集料性能、掺和料的性能及掺量、缓凝型高效缓凝减水剂的性

能及掺量是对C60混凝土性能起关键作用的因素，同时也是决定C6O混凝土

f

标准值

（MPa）

67.4

性能是否良好、是否经济的决定因素。

（1）粗细料的级配对强度的影响

级配对C60混凝土性能的影响是非常显著的。级配良好的集料具有较大的

堆积密度，同时也具有较小的空隙率，在混凝土中能形成坚强的骨架。换言之，

在其他条件相同时，堆积密度最大，即空隙率最小的集料，是理想的而且，C60

高强混凝土的骨料强度对整体强度起着很重要的影响。细集料品种对混凝土强度

的影响程度比粗集料小，所以混凝土公式中没有反映砂对混凝土强度的影响，但

砂的质量对混凝土强度也有一定影响。由于施工现场砂石质量变化相对较大，因

此应根据现场砂含水率及时调整水灰比，以保证混凝土配合比，不能把试验配合

比与施工配合比混为一谈。而我们在实验时并未根据实验状况及时调整，这也是

引起强度偏低的原因之一。

（2）矿物掺和料对强度的影响

掺粉煤灰的混凝土，由于延缓了其凝结时间，故早期强度与混凝土相比较低，

但后期强度得到较大的增长。粉煤灰与硬化水泥石的骨面层受到火山灰反应产物

的填充，相互结合强化，从而使粉煤灰混凝土的抗压强度和抗弯强度都比基准混

凝土要高。

硅灰颗粒非常微细，在高效减水剂和强力搅拌作用下，可以分散填充到水泥颗

粒的间隙中，大幅度降低水胶比，提高混凝土强度。加入SF一方面起到填充作

用，减少水泥石的空隙，使水泥石致密，降低透水和透气性；另一方面，SF与

Ca(0H)2反应生成CSH凝胶，该凝胶中Ca0／Si02变小，Ca0／Si02比越小，组

织结构越致密，对强度发展越有利.

所以混凝土初期强度较低也可能与硅灰和粉煤灰的慢反应速率对强度产生了影

响有关

。

（3）外加剂对强度的影响

高性能减水剂的高减水功能能达到大幅度降低混凝土水灰比、保证预期强度

的目的；其保塑功能达到泵送施工要求。矿物掺合料的掺入，减少了混凝土的水

泥用量，随之减少了水化热，从而减少了由于水化热引起的体积变形、开裂等一

系列问题；由于矿物掺合料的加入，水泥熟料与外加矿物的水化产物有相互填充

的作用，提高了混凝土的密实性；矿物掺合料与水泥熟料有二次以至多次水化反

应，致使混凝土的水泥基多相系矿物生成物发育充分。上述效应对混凝土的长期

性、耐久性及强度均有提高作用。

但是我们实验中的减水剂效率超出了实验预期，且出现了一定的泌水现象，

这也可能使混凝土初期强度降低。

八 结论

采用42．5 MPa普通硅酸盐水泥，外加高效减水剂，优质粉煤灰与硅灰，配以合适的粗细

骨料级配，可以配制C60高强泵送混凝土。

配比时对比优化方案，操作时严谨认真，严格控制各道程序质量，是成功配制C60高强混

凝土的关键所在。

九、实验总结&课外知识点补充

1、混凝土配合比设计， 填充包裹理论是最基本的理论。当然， 各材料的填充包裹， 井

非仅仅是对各材料“量” 的要求， 更要考虑它们是否容易相互填充包裹， 即各材料的整

体级配要求。C60 泵送混凝土， 对原材料的整体级配要求更严格。在保证原材料各自的级

配优良的前提下， 应考虑粗细集料混合料甚至其与胶凝材料的整体级配。因此， 选择砂率

时， 可按砂石混合料最大堆积密度来确定。同时掺人磨细矿物掺合料以改善水泥的级配。

在低水胶比情况下， 应限制石子的最大粒径， 以利提高混凝土强度。另外， 较小的石子

最大粒径， 容易使石子颗粒与砂颗粒形成连续的颗粒分布群， 有利于骨料强度的发挥。

通过这次实验我们将课本上的知识应用到实践中来，对配合比的基本设计方法有了更形

象直观更深刻的理解。明白了各个设计步骤间内在的联系与制约关系，整个实验中我们亲自

参与，体会到集体合作分工的高效率在工程建设中的重要性。作为土木工程师一定要有合作

讨论的精神和虚心听取别人意见的品质，加上老师耐心指导，我们意识到传统的配合比设计

方法存在的局限，意识到了随着科技的进步，材料技术的进步，混凝土配合比方法要及时改

进。这也让我们认识到土木工程不是纯理论的学科，它需要不断地联系实际，理论要与实际

情况不停地发生磨合，从而获得既符合经验和理论要求又满足实际需要的产品。

查阅课外资料得，影响混凝土质量的因素及防治措施

1原材料

原材料是组成混凝土的基础,原材料品质的优劣直接影响到混凝土质量的好坏,因此首先

要把好原材料质量关。

(1)水泥的强度和体积安定性直接影响混凝土的质量。水泥的强度上下波动,混凝土的强

度就会发生相应的变化;水泥的体积安定性差,就会使混凝土产生膨胀性裂缝。因此,要选择好

水泥品种,根据经验,大水泥厂生产的水泥质量比较稳定可靠。

(2)黄砂最关键的是细度模数和含泥量,砂子太细或含泥过多,会增加混凝土的干缩裂缝。

另外,砂石中含泥量高,不仅影响混凝土的强度,而且影响抗冻性、抗渗性和耐久性。因此,混凝

土最好采用中粗砂,且含泥量和有机质的含量必须满足规范要求。

(3)石子主要控制好级配、针片状含量和压碎值。经调研,目前,好多混凝土厂家的石子级

配都不是很好,因此,如何确保石子级配连续,且在生产中切实可行,还值得进一步探讨研究。

配合比

混凝土配合比是指单位体积的混凝土中各组成材料的重量比例。水灰比、单位用水量和

砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数,它们与混凝土各项性能之间有着非常密切的关

系。确定这三个基本参数的基本原则是:在满足混凝土强度和耐久性的基础上,确定混凝土水

灰比,在满足混凝土施工要求的和易性基础上,根据粗骨料的规格确定混凝土单位用水量,砂

在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

在施工实践中必须注意到配合比控制也是一个动态过程,不是一成不变的,要及时了解原

材料状况的动态信息,还要注意天气和季节的变化,要根据实际情况及时适当地调整和修改施

工配合比。

混凝土生产

混凝土生产过程中要注意两个问题:

(1)计量设备:混凝土搅拌站计量设备应定期校验,保证准确,特别是外加剂计量。经调查发

现,存在不少问题。由于计量不准,导致混凝土塌落度不稳定,甚至长时间不凝固,个别情况甚至

造成严重的质量事故。

(2)搅拌时间:混凝土的生产搅拌时间长短与混凝土的强度和均匀性有关,应从多次试验

和生产实践中选择最佳搅拌时间。搅拌时间太短会对混凝土的匀质性产生极大影响,太长会

产生泌水和离析现象。

混凝土运输

混凝土在运输过程中,特别是长距离运输或在闹市区运输,受到运输机械、气候条件、交

通状况等因素的影响,在此过程中如出现意外(如长时间堵车)或不规范行为(如往混凝土内加

水),混凝土的质量就会受到影响。因此,要加强混凝土运输过程中的管理和控制。为防止混凝

土误送或超过初凝时间到达工地,必须建立严格的收发制度。南京地铁工程要求混凝土出厂

时要出具详细的发料单据,填好收料单位、工程名称、混凝土强度等级、坍落度、发车时间

等内容,运至现场后要严格执行验收程序,填写到达时间及验收人,并做塌落度试验,对于不符

合要求的混凝土坚决拒收。

混凝土浇筑

混凝土浇筑对混凝土质量也有很大影响,在浇筑过程中,特别应注意以下几点:

(1)模板支设:模板支架要稳定牢固,模板接缝要严密,要清除模板表面的灰浆等垢物,刷好

隔离剂,以防支架失稳、跑模漏浆等。

(2)振捣:混凝土采用插入式振捣棒振捣时,要快插慢拔,振捣时间控制在20～30ｓ,待出现

泛浆或混凝土不下沉时即可停止振捣。混凝土振捣应连续、均匀,不得少振、漏振和过振。

少振、漏振会引起混凝土不密实,甚至出现空洞等;过振会导致混凝土产生泌水和分层离析现

象。混凝土浇筑后1～1.5ｈ,有条件的工地可对混凝土进行二次复振,复振可提高混凝土强度

10%左右,同时,复振还可以使混凝土二次液化以愈合构件的早期微裂缝。

(3)抹压:混凝土的抹平压光也很重要,直接影响表面混凝土的外观质量。抹压应在混凝土

初凝后、终凝前进行,抹压太早起不到消除裂纹的效果,抹压太迟则操作困难或甚至无法操作,

因此一定要把握好火候,第一遍为普通抹压,第二遍应重点寻找裂缝,抹压时用木抹子拍打,产

生振动压力,使混凝土再次液化,愈合裂缝。

养护

混凝土成型后的养护也直接影响混凝土的质量。混凝土终凝后,水泥还在继续水化,混凝

土强度在不断增长。因此,必须及时覆盖洒水,使混凝土表面保持足够润湿,避免混凝土表面因

干燥而产生干缩裂缝。特别要注意混凝土的早期养护、夏季养护、冬季养护和位于通风口部

位的混凝土养护。

试件制作

混凝土试件在一定程度上反映了混凝土实体的强度,也是混凝土进行质量评定的主要依

据,因此,混凝土试件必须认真制作,妥善养护。一方面,如果混凝土试件制作马虎,不注意养护,

则容易导致混凝土试件不合格,而实际上混凝土实体强度是满足要求的,从而带来不必要的麻

烦。另一方面,制作试件也不能弄虚作假,结果混凝土试件是合格了,但混凝土实体质量到底如

何很难确定,容易造成工程质量隐患。因此,制作试件一定要认认真真,实事求是,工地试验室的

建设也不能马虎随便,特别是在冬天,养护条件太差很容易造成混凝土试件的不合格。

2.关于高强混凝土

一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料

外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强

的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、

孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。

高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的

截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强

混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗

震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高

强度钢材和人为控制应力，从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围

内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。此外，利用

高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建（构）筑物，如原子能反应

堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要

求的工业用水池等。

3、[高强混凝土的优越性]

高强混凝土有四大优越性：

1）在一般情况下，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土30

－40％；受弯构件可节省混凝土10－20％。

2） 高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于减少了截面，结构自重减轻，这

对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义。再者，由于梁柱截面缩小，不但在建筑

上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积。以深圳贤成大厦为例，该建筑原

设计用C40级混凝土，改用C60级混凝土后，其底层面积可增大1060平方米，经济效益十

分显著。

3） 由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。因此，国外高

强混凝土除高层和大跨度工程外，还大量用于海洋和港口工程，它们耐海水侵蚀和海浪冲刷

的能力大大优于普通混凝土，可以提高工程使用寿命。

4）高强混凝土变形小，从而使构件的刚度得以提高，大大改善了建筑物的变形性能。

4、高强混凝土技术

以前高强混凝土一般是指强度等级在C45级以上的混凝土。随着科学技术的发展，高

强混凝土是指强度等级在C60级以上的混凝土。高强混凝土技术通常包括以下几个关键技

术：高性能的混凝土外加剂现代高强混凝土在施工中要解决下列技术问题：

1）低水灰比，大坍落度 高强混凝土一般要求低水灰比，这种低水灰比的混凝土早在

60年代末，我国就有过研究与应用，但由于混凝土在低水灰比的情况下，坍落度很小，甚

至没有坍落度，其成型和捣实都很困难，无法在现浇混凝土施工中应用。

2）坍落度损失问题 现代城市混凝土施工，一般采用预搅或商品混凝土。施工工地往往

与搅拌站相距很远，要把混凝土从搅拌站运到工地需用较长的时间。混凝土在运输的过程中，

其坍落度随时间的增加而减小，这对高强混凝土来说无疑又增加了难度。

3） 混凝土可泵性问题 泵送混凝土几乎是高层建筑施工的唯一方法。所以高强和泵送

几乎是不可分割的。所以对高强混凝土要解决混凝土可泵送的要求。要解决这一系列技术难

题，关键是研制一种高性能的外加剂。

5、高强混凝土的其他要求

1） 对原材料的选择

配置C60级高强混凝土，不需要用特殊的材料，但必须对本地区所能得到的所有

原材料进行优选，它们除了要有比较好的性能指标外，还必须质量稳定，即在施工期内

主要性能不能有太大的变化。

2） 工时的质量控制和管理

一般来说，在试验室配置符合要求的高强混凝土相对比较容易，但是要在整个施工

过程中，混凝土都要稳定在要求的质量水平功能上就比较困难了。一些在普通情况下不

太敏感的因素，在低水灰比的情况下会变得相当敏感，而对高强混凝土，设计时所留的

强度富余度又不可能太大，可供调节的余量较小，这就要求在整个施工过程中必须注意

各种条件、因素的变化，并且要根据这些变化随时调整配合比和各种工艺参数。对于高

强混凝土，一般检测技术如回弹、超声等在强度大于50MP A后已不能采用。唯一能进

行检测的钻心取样法来检验高强混凝土也有一定的困难（主要是研究资料较少和标准不

完善）。这说明加强现场施工质量控制和管理的必要性。

3） 超细活性掺合料的应用

对于强度等级为C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技术措施－掺入超细活

性掺合料。混凝土强度达到一定极限后就不可能再增加了，因为混凝土强度在水化时不

可避免地会在其内部形成一些细微的毛细孔。如果要使其强度进一步提高，就必须采取

措施把这些孔隙填满，进一步增加混凝土的密实性。最常用的方法是用极细（微米级）

的活性颗粒掺入混凝土，使它们在水浆中的细微孔隙中水化，减少和填充混凝土中的毛

细孔，达到增密和增强的作用。但是这些极细的颗粒需水量很大，就需要大量高效减水

剂加以塑化，否则难以施工。再者，超细活性颗粒在混凝土搅拌时，到处飞扬，很难加

入混凝土中，故必须对超细活性颗粒进行增密处理后才能使用。

6、如何提高混凝土的耐久性？

影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点：首先，在混凝土工程中为了

满足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，

约占水泥石总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种

侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性

的不足；其次，水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。例如，波特兰水

泥水化后的主要化合物是碱度较高的高碱性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。

此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰，它的强度极低、稳定性极差，在侵蚀条件

下，是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳

定性低的组分，特别是游离石灰。

提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：

1）掺入高效减水剂：在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，

减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，

会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混

凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增

加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使

水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的

悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放

出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管

孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。

2）掺入高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混

凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝

土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203，它们

能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反映，生成强

度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游

离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集

料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度

都有本质性的贡献。

3）消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混

凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。

例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫

酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须

减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1- 等可以引起

破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提

高混凝土的耐久性。

4）保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间

的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分

密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此

同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现

在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了

混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的

同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着

混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。

高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，

必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，

减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。

[参考文献]

《用多种矿物掺合料配制高强泵送混凝土的试验研究》

《普通混凝土配合比设计规程》

《高强高性能混凝土研制与应用》

《新型泵送混凝土技术及施工》

《高强高性能混凝土的研制及应用》[M]. 朱清江.北京： 中国建材工业出版社， 1999.

《建筑材料》[M]. 张君 北京： 清华大学出版社， 2007.

《超高强高性能混凝土》[M]. 蒲心成.重庆： 重庆大学出版社，2004.