级大于C100的混凝土，含泥量不应大于0.5%。 二、高强高性能混凝土的配合比设计
高强高性能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
普通混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的混凝土已不尽适用，但水灰比仍是决定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。高强度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，再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。 （三）砂率
对泵送高强混凝土，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工和易性要求时，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混凝土基本相同。 三、高强高性能混凝土的主要技术性质
1．高强混凝土的早期强度高，但后期强度增长率一般不及普通混凝土。故不能用普通混凝土的龄期—强度关系式（或图表），由早期强度推算后期强度。如C60～C80混凝土，3天强度约为28天的60%～70%；7天强度约为28天的80%～90%。
2．高强高性能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，可极大地提高混凝土结构物的使用年限。
3．由于混凝土强度高，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，简化地基处理，并使高强钢筋的应用和效能得以充分利用。
4．高强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。特别是对预应力混凝土结构，可大大减小预应力损失。
5．高强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、高强高性能混凝土的应用
高强高性能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年代即已开始研究应用。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，研究和应用增加，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混凝土建筑。
随着国民经济的发展，高强高性能混凝土在建筑、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的混凝土将普遍得到使用，C80以上的混凝土将在一定范围内得到应用。
第九节 粉煤灰混凝土
粉煤灰混凝土是指以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成的混凝土。 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，在混凝土中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《粉煤灰混凝土应用技术规程》（GBJ146—90）和《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596—96），粉煤灰按其品质指标分为三级，见表4-24。
表4-24 粉煤灰质量指标的分级 粉煤灰等级 细度（45μm）方孔筛筛余（%） 烧失量（%） 需水量比（%） SO3含量（%） Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 ≤12 ≤20 ≤45 ≤5 ≤8 ≤15 ≤95 ≤105 ≤115 ≤3 ≤3 ≤3 Ⅰ级灰的品位较高，具有一定减水作用，强度活性也较高，可用于普通钢筋混凝土，高强混凝土和后张法预应力混凝土。Ⅱ级灰一般不具有减水作用，主要用于普通钢筋混凝土。Ⅲ级灰品位较低，也较粗，活性较差，一般只能用于素混凝土和砂浆，若经专门试验也可以用于钢筋混凝土。 二、粉煤灰取代水泥的最大限量
混凝土中掺入粉煤灰后，虽然可以改善混凝土的某些性能（降低水化热、提高抗侵蚀性、提高密实度、改善抗渗性等），但由于粉煤灰的水化消耗了Ca（OH）2 ，降低混凝土的碱度，因而影响了混凝土的抗碳化性能，减弱了混凝土对钢筋锈蚀的保护作用。为了保证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。
表4-25 粉煤灰取代水泥的最大限量（GBJ146-90） 粉煤灰取代水泥的最大限量（%） 混凝土种类 硅酸盐水泥 预应力钢筋混凝土 钢筋混凝土，高强度混凝土，高抗冻融性混凝土，蒸养混凝土 中、低强度混凝土，泵送混凝土，大体积混凝土， 水下混凝土，地下混凝土，压浆混凝土 碾压混凝土 25 30 50 65 普通水泥 15 25 40 55 矿渣水泥 10 20 30 45 火山灰水泥 — 15 20 35 三、粉煤灰混凝土配合比设计
粉煤灰混凝土配合比的设计是以普通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．计算粉煤灰混凝土中水泥用量（C）。
（4-39）
式中：C0——每m3混凝土初步计算水泥用量（kg）。 3．按表4-26选择超量系数（K）。
表4-26 粉煤灰超量系数（GBJ146-90） 粉煤灰级别 超量系数K 2Ⅰ 1.0～1.4 Ⅱ 1.3～1.7 Ⅲ 1.5～2.0 4．计算1m混凝土中的粉煤灰用量F（kg）。
（4-40）
5．计算超量部分粉煤灰的体积（VR）。
（4-41）
式中：
和
分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：
（4-42）
7．水和粗骨料用量保持不变。 四、粉煤灰混凝土的主要技术性质
1．粉煤灰混凝土的施工和易性优于普通混凝土，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．粉煤灰混凝土的水化热较低，较适合于大体积混凝土工程。 3．粉煤灰混凝土的抗侵蚀性能较好。
4．粉煤灰混凝土的碱度降低，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，地下结构和大体积混凝土宜采用56天、60天或90天作为设计强度等级的龄期，地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混凝土结构甚至可以采用180天龄期。
第十节 轻混凝土
轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m的混凝土。可分为轻集料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土三类。轻混凝土的主要特点为：
1．表观密度小。轻混凝土与普通混凝土相比，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，并且可减小柱子的截面尺寸。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，故适用于有抗震要求的建筑。
3
5．易于加工。轻混凝土中，尤其是多孔混凝土，易于打入钉子和进行锯切加工。这对于施工中固定门窗框、安装管道和电线等带来很大方便。
轻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，则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、轻骨料混凝土
用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）和水泥配制而成的混凝土，其干表观密度不大于1950kg/m，称为轻骨料混凝土。当粗细骨料均为轻骨料时，称为全轻混凝土；当细骨料为普通砂时，称砂轻混凝土。 （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，堆积密度小于1000kg/m的轻质骨料，称为轻粗骨料。粒径小于5mm，堆积密度小于1200kg/m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（如浮石、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混凝土的表观密度和性能，轻粗骨料按松堆密度划分为8个等级：300、400、500、600、700、800、900、1000kg/m。轻砂的松堆密度为410～1200kg/m。
（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混凝土中的真实强度，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）吸水率：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水率不作规定，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混凝土用的轻骨料，其最大粒径不宜大于40mm。结构轻骨料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）轻骨料混凝土的强度等级
轻骨料混凝土按干表观密度一般为800～1950kg/m，共分为12个等级。强度等级按立方体抗压强度标准值分为CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50等11个等级。
按用途不同，轻骨料混凝土分为三类，其相应的强度等级和表观密度要求见表4-26。
表4-26 轻骨料混凝土按用途分类 类别名称 保温轻骨料混凝土 结构保温轻骨料混凝土 混凝土强度等级的合理范围 混凝土表观密度等级的合理范围 800 用 途 主要用于保温的围护结构或热工构筑物 主要用于既承重又保温的围护结构 主要用于承重构件或构筑物 3
3
3
3
3
3
CL5.0 CL5.0、CL7.5、CL10、CL15 800～1400 结构轻骨料混CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、凝土 CL40、CL45、CL50 1400～1950
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