混凝土中的组成材料及其作用

图2-2　混凝土结构

水泥混凝土是由水泥、砂、石、水四种材料组成的，有时为改善其性能，常加入适量的外加剂和外掺料。在混凝土中，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在集料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆与外加剂起润滑作用，赋予拌和物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将集料胶结成一个坚实的整体。砂、石称为集料，起骨架作用，砂子填充石子的空隙，砂、石构成的坚硬骨架可抑制由于水泥浆硬化和水泥石干燥而产生的收缩。混凝土的结构如图2-2所示。

混凝土的技术性质在很大程度上是由原材料的性质及其相对含量决定的，同时也与施工工艺（拌和、运输、浇筑、养护等）有关。因此，必须了解其原材料的性质、作用及其质量要求，合理选择材料，以保证混凝土的质量。

（一）水泥

1.品种选择

配制混凝土一般可选用硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。必要时也可以选用快硬水泥或其他水泥。

选用何种水泥，应根据工程特点和所处的环境条件，参照有关规范规定选用。

2.强度等级选择

水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。经验证明，一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0 倍；若以高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，水泥用量会偏少，影响和易性及密实度，应掺入一定数量的混合材料；如用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，水泥用量会过多，不经济，而且影响混凝土其他技术性质。

（二）细集料（砂）

粒径为0.15～4.75mm的集料称为细集料（砂）。砂按产源分为天然砂和人工砂。天然砂是岩石经风化、水流搬运和分选、堆积所形成的大小不等、由不同矿物散粒组成的混合物，包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂。人工砂是由人工采集的块石经破碎、筛分制成，包括机制砂、混合砂（机制砂和天然砂的混合）。工程中常选用河砂配制混凝土。

根据GB/T14684—2001《建筑用砂》规定，建筑用砂按技术要求分为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。

建筑用砂技术要求如下。

1.含泥量和泥块含量

含泥量是指砂中粒径小于0.08mm 颗粒的含量；泥块含量是指砂中粒径大于1.25mm，经水洗手捏后变成小于0.630mm颗粒的含量。

砂中含泥量影响混凝土的强度。泥块对混凝土的抗压、抗渗、抗冻等均有不同程度的影响，尤其是包裹型的泥更为严重。泥遇水成浆，胶结在砂石表面，不易分离，影响水泥与砂石的粘结力。天然砂中含泥量、泥块含量应符合表2-12 的规定。

表2-12　含泥量和泥块含量

2.有害物质

砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、煤渣等杂物。砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量不应超过表2-13 的规定。

砂中云母为表面光滑的小薄片，与水泥浆粘结差，会影响混凝土的强度及耐久性。有机物、硫化物及硫酸盐对水泥有侵蚀作用，而氯盐对混凝土中的钢筋有侵蚀作用。

表2-13　有害物质含量

3.坚固性

砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。天然砂采用硫酸钠溶液法进行检验，砂试样在饱和硫酸钠溶液中经五次循环浸渍后，其质量损失应符合表2-14的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，在规定的压力下，压碎指标值应符合表2-14的规定。

4.颗粒级配与粗细程度

砂的颗粒级配，是表示砂大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充的，空隙率越小，混凝土骨架越密实，所需水泥浆越少，且有助于混凝土强度和耐久性的提高。

砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体粗细程度。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆少。

所以，在拌制混凝土时，应同时考虑砂的颗粒级配和粗细程度。应选择颗粒级配好、粗细程度均匀的砂，即砂中含有较多的粗颗粒，并以适当的中颗粒及少量细颗粒填充其空隙，达到空隙率及总表面积均较小。这样的砂，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实性与强度。

可见控制砂的颗粒级配和粗细程度有很大的技术经济意义，因而它是评定砂质量的重要指标。

砂的颗粒级配和粗细程度，用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数（MX）表示砂的粗细。筛分析的方法，是用一套孔径（净尺寸）为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm及0.15mm 的标准筛，将质量500g 的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各个筛上的砂的质量，并计算出各筛上的分计筛余百分率α1，α2，α3，α4，α5，α6 （各筛上的筛余量占砂样总量的百分率）及累计筛余百分率A1，A2，A3，A4，A5 和A6 （各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率的和）。累计筛余与分计筛余的关系见表2-15。

表2-14　砂的坚固性指标　单位：%

表2-15　累计筛余与分计筛余的关系

根据下列公式计算砂的细度模数MX：

细度模数（MX）愈大，表示砂愈粗，建筑用砂的规格按细度模数划分，MX 在3.1～3.7为粗砂，MX 在2.3～3.0为中砂，MX 在1.6～2.2为细砂。混凝土用砂以中砂为好。

根据0.60mm筛孔的累计筛余量，分成三个级配区（表2-16），混凝土用砂的颗粒级配，应处于表2-16 中的任何一个级配区以内。但砂的实际筛余率，除4.75mm 和0.60mm筛号外，允许稍有超出，但其总量不应大于5%。

表2-16　砂级配区的规定

为便于应用，可将表2-16 中的数据，绘制成砂级配曲线图，即以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，画出砂的“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”三个区的级配曲线，如图2-3 所示。使用时，将砂子筛分试验测算得到的各累计筛余百分率，点绘到图2-3 中，并连成曲线，然后观察此筛分结果的曲线，只要曲线落在三个区的任何一个区内，判断砂子级配合格。

配制混凝土时，应优先选用Ⅱ区砂；采用Ⅰ区砂时，在混凝土配合比设计中应提高砂率并保持足够的水泥用量，以满足和易性；采用Ⅲ区砂时，应适当降低砂率，以保证混凝土强度。

5.砂的物理性质

（1）表观密度、堆积密度和空隙率。建筑用砂应满足表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350 kg/m3，空隙率小于47%。

（2）砂的含水状态。砂的含水状态分干燥、气干、饱和面干及湿润状态。水工混凝土多按饱和面干状态砂作为基准状态设计配合比。工业与民用建筑中则习惯用干燥状态的砂（含水率小于0.5%）及石子（含水率小于0.2%）来设计配合比。

（三）粗集料（石子）

混凝土中的粗集料是指粒径大于4.75mm的岩石颗粒，常用的有碎石和卵石。卵石又称砾石，它是由天然岩石经自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，按其产源可分为河卵石、海卵石及山卵石等几种，其中以河卵石应用较多。卵石中有机杂质含量较多，但与碎石比较，卵石表面光滑、棱角少、空隙率及表面积小、拌制的混凝土水泥浆用量少、和易性较好，但与水泥石胶结力差。在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低。碎石由天然岩石或卵石经破碎、筛分而成，表面粗糙，棱角多，较洁净，与水泥浆粘结比较牢固。

图2-3　砂的级配区曲线

Ⅰ区—点划线；Ⅱ区—细实线；Ⅲ区—虚线

根据GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》规定，按卵石、碎石技术要求，石子分为三类，Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级为C30～C60 及抗冻、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。

建筑用卵石、碎石技术要求如下。

1.最大粒径及颗粒级配

（1）最大粒径（DM）。粗集料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。当粗集料粒径增大时，其表面积随之减少。因此，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆的数量也相应减少。由试验研究证明，最佳的最大粒径取决于混凝土的水泥用量。集料最大粒径与单位水泥用量的关系如图2-4 所示。由此可以看出，当最大粒径小于150mm时，最大粒径增大，水泥用量明显减少；但当最大粒径大于150mm时，对节约水泥并不明显。因此，在大体积混凝土中，条件许可时，应尽量采用较大粒径。在水利、水港等大型工程中最大粒径常采用120mm 或150mm。集料最大粒径还受结构形式和配筋疏密限制，根据GB 50204—2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定，混凝土粗集料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得大于钢筋间最小净间距的3/4。对于混凝土实心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。

图2-4　粗集料最大粒径与水泥用量关系曲线

（2）颗粒级配。石子级配好坏对节约水泥和保证混凝土拌和物具有良好的和易性有很大关系。粗集料级配按供应情况可分为连续粒级和单粒粒级两种。连续级配（粒级）是将石子按其尺寸大小分级，分级尺寸是连续的，即从某一最大粒级以下依次有其他粒级。连续级配集料与天然集料情况比较接近，配制的混凝土一般工作性良好，不易发生离析，是最常用的集料，但不一定是级配最好的集料。单粒级集料能避免连续级配中的较大粒级集料在堆放及装卸过程中的离析现象，可以通过各粒级的不同组合，配制成各种不同要求的级配集料，以保证混凝土的质量和施工要求，便于大型混凝土搅拌厂使用。

水工混凝土所用粗集料粒径大、用量多，为获得级配良好的粗集料，同时为避免堆放、运输石子时产生分离，常常将石子筛分为若干单粒级，分别堆放，常分为四级，即5～20mm（小石）；20～40mm（中石）；40～80mm（大石）；80～120mm（或150mm）（特大石）。根据建筑物结构情况及施工条件，确定最大粒径后，在混凝土拌和时再选择采用一级、二级、三级或四级的石子配合使用。若石子最大粒径为20mm，采用一级配，即只用小石一级；最大粒径为40mm，采用二级配，即用小石与中石两粒级组合；最大粒径为80mm，采用三级配，即用小石、中石、大石三粒级组合；最大粒径为120 （或150）mm，采用四级配，即用小石、中石、大石、特大石四粒级组合。各级石子的配合比例，需通过试验来确定最佳的比例，其原理为空隙率达到最小或堆密度最大且满足混凝土拌和物和易性要求。表2-17 中配合比例可参考使用。

表2-17　粗集料级配选择参考值

另外还有一种间断级配，即有意剔除中间尺寸的颗粒，使大颗粒与小颗粒间有较大的“空当”，按理论上计算，当分级增大时集料空隙率的降低速率较连续级配大，可较好地发挥集料的骨架作用而减少水泥用量，使用于低流动性或干硬性混凝土。但间断级配集料配制的混凝土拌和物往往易于离析，和易性较差，工程中较少采用。

在实际工程中，必须将试验选定的最优级配与料场中天然级配结合起来考虑，要进行调整与平衡计算，以减少集料生产中的弃料。

施工现场的分级石子中往往存在超径或逊径现象。超（逊）径是指在某一级石子中混有大于（小于）这一级粒径的石子。规范规定，以原孔筛检验，超径量应小于5%，逊径量应小于10%。以超逊径筛检验，超径为零，逊径量小于2%。若不符合要求，要进行二次筛分或调整集料级配。

GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》规定，粗集料级配应符合表2-18的要求。

表2-18　碎石或卵石的颗粒级配范围

注　公称粒级的上限为该粒级的最大粒径。

2.强度及坚固性

为保证混凝土的强度要求，粗集料都必须质地致密、具有足够的强度。碎石或卵石的强度，用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示。在选择采石场或对粗集料强度有严格要求或对质量有争议时，宜用岩石立方体强度作检验。对经常性的生产质量控制则用压碎指标值检验较为简便。

岩石立方体强度是将岩石制成50mm×50mm×50mm 的立方体（或直径与高均为50mm的圆柱体）试件，在水饱和状态下，测其抗压强度（MPa），火成岩试件的强度应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。

压碎指标是将一定质量气干状态下9.5～19.0mm的石子装入一定规格的圆筒内，在压力机上按1kN/s的速度均匀加荷到200kN并稳定5s，卸荷后称取试样质量（m0），再用孔径为2.5mm的筛筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1）。

压碎指标：

式中　m0——试样的质量，g；

m1——压碎试验后筛余的试样质量，g。

压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，混凝土用碎石或卵石的压碎指标值愈小，表示石子抵抗破碎的能力愈强。压碎指标应符合表2-19 的规定。

表2-19　碎石、卵石压碎指标值　单位：%

粗集料的坚固性是反映碎石或卵石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗碎裂的能力，采用硫酸钠溶液法进行检验。按GB/T14685—2001 的技术要求，石子样品在硫酸钠饱和溶液中经5 次循环浸渍后，其质量损失应符合表2-20的规定。(www.chuimin.cn)

表2-20　碎石或卵石的坚固性指标

3.针片状颗粒含量

凡石子长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径的2.4倍者为针状颗粒，厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒。平均粒径指该粒级上、下限粒径尺寸的平均值。针片状颗粒易折断，还会使石子的空隙率增大，对混凝土的和易性及强度影响很大，其含量的限制指标见表2-21。

表2-21　碎石或卵石的针片状颗粒含量

4.有害物质

为保证混凝土的强度及耐久性，石子中不应混有草根、树叶、塑料、煤块和炉渣等杂物，其有害物质含量不得超过有关规定。

5.含泥量和泥块含量

含泥量是指石子中粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指石子中粒径大于75μm，经水洗手捏后变成小于2.36mm的颗粒含量。

6.表观密度、堆积密度、空隙率

表观密度、堆积密度、空隙率应符合以下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。

7.碱集料反应

指水泥、外加剂等混凝土构成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。由石子制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，且在规定的试验龄期的膨胀率小于0.1%时，碱集料反应合格。

（四）混凝土拌和及养护用水

拌制和养护混凝土用水应符合JGJ63—1989《混凝土拌和用水标准》的规定，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，凡符合国家标准的生活饮用水，均能用于拌制和养护混凝土。海水可用于拌制素混凝土，不得用于拌制钢筋混凝土及预应力混凝土，不宜用海水拌制有饰面要求的素混凝土。

（五）混凝土外加剂

在混凝土中掺适量外加剂可提高混凝土强度，改善混凝土各种性能，而且对减少用水量、节约水泥有着十分显著的效果。

混凝土外加剂是在拌制混凝土、水泥净浆过程中掺入，用以改善混凝土性能的化学物质。掺量不大于水泥质量的5% （特殊情况除外）。

根据GB8075—1987《混凝土外加剂的分类、命名与定义》，混凝土外加剂按其主要功能可分为四类：

（1）改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂和泵送剂等。

（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂和速凝剂。

（3）改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂和阻锈剂等。

（4）改善混凝土其他性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。

1.减水剂

在保持混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂，称为减水剂。

（1）减水剂的种类。

1）按照不同减水效果，可分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减缓剂五种：①普通减水剂在保持混凝土稠度不变的条件下，具有一般减水增强作用的外加剂，减水率在5%以上；②高效减水剂在保持混凝土稠度不变的条件下，具有大幅度减水增强作用的外加剂，减水率在12%以上；③早强减水剂兼有早强和减水作用的外加剂；④缓凝减水剂兼有缓凝和减水作用的外加剂；⑤引气减水剂兼有引气和减水作用的外加剂。

2）按化学成分可分为木质素磺酸盐系减水剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、水溶性树脂系减水剂和复合减水剂四种：①木质素磺酸盐系（木质素系）减水剂。主要品种有木质素磺酸钙（M剂）、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁。M 剂适宜掺量为水泥重量的0.2%～0.3%，在保持配合比不变的条件下，掺用M剂后坍落度可提高10cm左右；在保持混凝土强度和坍落度不变的条件下，可减水10%，节约水泥10%；保持混凝土坍落度和水泥用量不变的条件下，减水10%，提高强度10%～20%。M剂对混凝土有缓凝作用，一般缓凝1～3h，低温下缓凝性更强，掺量过多，缓凝严重。②萘磺酸盐甲醛缩合物（萘系）。其特点是缩合度高、分子链长、对水泥扩散力强、起泡力低、减水率高，能有效改善混凝土的物理力学性能，特别对提高混凝土的强度及提高流动性等有显著效果。其减水率为15%～25%，早强效果好，28d强度增长20%，可节约水泥10%～25%，最适宜掺量为0.2%～0.5%。适合于配制C50～C100的高强或超高强混凝土、大流动性泵送混凝土及冬季施工的混凝土。萘系减水剂一般在搅拌过程中先加水搅拌2～3min，然后加入减水剂，大坍落度混凝土不宜用翻斗车长距离运输，宜采用后掺法。③水溶性树脂系减水剂（树脂系）。被誉为减水剂之王，我国产品有SM，其主要成分为磺化三聚氰胺甲醛缩合物，简称密胺树脂，属阴离子表面活性剂。SM 属早强、非引气型高效减水剂，减水率高达20%～27%，最高可达30%。各龄期强度均有显著提高，一天强度提高一倍以上，7d即可达基准混凝土28d的强度，28d则增强30%～60%。若保持强度不变，可节约水泥25%左右。另外，混凝土的弹性模量、抗渗、抗冻等性能以及与钢筋的粘结力等，也均有改善和提高。SM减水剂可用于配制80～100MPa高强混凝土，也可用于配制耐火、耐高温（1000～1200℃）的混凝土。目前仅用于有特殊要求的混凝土工程。④复合减水剂。目前，国内外都在普遍研究使用复合外加剂，将某些品种的减水剂和其他外加剂复合使用，可取得满足不同施工要求及降低成本的效果。

（2）减水剂作用机理。减水剂是阴离子表面活性剂，本身不与水泥发生化学反应，而是通过表面活性剂的吸附—分散作用、润滑作用和润湿作用，改善新拌混凝土的和易性、水泥石的内部结构及混凝土的性能。由于阴离子表面活性剂的作用，使水泥颗粒更好地被水湿润，均匀分散，释放出被水泥颗粒包裹的游离水，在水泥颗粒周围形成一层溶剂化水膜及引入少量气泡等综合原因，使混凝土拌和物的流动性提高。

（3）减水剂的技术经济效果。在不同的使用条件下，混凝土中加入减水剂后，可获得以下效果：

1）在用水量不变时，可提高混凝土拌和物的流动性，坍落度可增大10～20cm。

2）保持混凝土的和易性不变，水泥用量不变，可减水10%～15%，混凝土强度可提高15%～20%。

3）保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%～15%。

4）水泥水化放热速度减慢，热峰出现推迟。

5）混凝土泌水、离析现象得到很大改善；混凝土透水性可降低40%～80%，提高抗渗、抗冻、耐化学腐蚀等能力。

6）可配制特种混凝土，比采用特种水泥更为经济、简便和灵活。

（4）减水剂的掺加方法。减水剂掺入混凝土拌和物中的方法不同，其效果也不同。

1）先掺法：是将粗细集料、粉状减水剂与水泥混合，然后加水搅拌。其优点是使用方便，省去了减水剂溶解、储存、冬季施工的防冻等工序和设施；缺点是塑化效果较差，特别是粉状减水剂受潮易结块或者有较大颗粒不易分散拌匀，直接影响使用效果。

2）同掺法：是将减水剂溶解成一定浓度的溶液，搅拌时同粗、细集料，水泥和水一起加入搅拌。其优点是与先掺法相比，容易搅拌均匀；与滞水法相比，搅拌时间短，搅拌机生产效率高；另外由于稀释为溶液，对计量和自动化控制比较方便。缺点是增加了减水剂的溶解、储存、冬季防冻保温等措施。减水剂中不溶物或溶解度较小的物质易沉淀，造成溶液浓度的差异，因此在使用中应注意充分溶解与搅拌，防止沉淀、随拌随用。

3）滞水法：是在搅拌过程中减水剂滞后于加水1～3min（当以溶液加入时称为溶液滞水法；以干粉加入时称为干粉滞水法）。其优点是能提高高效减水剂在某些水泥中的使用效果，可提高流动性、减水率、强度和节约更多的水泥，减少减水剂的掺量，提高减水剂对水泥的适应性；缺点是搅拌时间延长、搅拌机生产效率降低。

4）后掺法：其减水剂不在搅拌时加入，而是在运输途中或在施工现场分几次或一次加入，再经继续或两次、多次搅拌，成为混凝土拌和物。其优点是可减少、抑制混凝土在长距离运输过程中的分层离析和坍落度损失，可提高混凝土拌和物的流动性、减水率、强度和降低减水剂掺量，节约水泥等，并可提高减水剂对水泥的适应性；缺点是需要设置运输车辆及增加搅拌次数，延续搅拌时间。

2.早强剂及早强减水剂

早强剂是能提高混凝土早期强度并对后期强度无显著影响的外加剂，与减水剂复合兼有减水作用的为早强减水剂。早强减水剂既具有促进水泥水化和早强作用，又有减水剂减水作用。

早强剂及早强减水剂可用于蒸养混凝土及常温、低温条件下有早强要求的混凝土。在早强剂应用中应特别注意混凝土的耐久性能。

3.缓凝剂及缓凝减水剂

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，称为缓凝剂，兼有缓凝和减水作用的外加剂为缓凝减水剂。

我国使用最多的缓凝剂是糖钙、木钙，它具有缓凝及减水作用。

缓凝剂适用于要求延缓时间的施工中，如在气温高、运距长的情况下，可防止混凝土拌和物发生过早坍落度损失；又如分层浇筑的混凝土，为防止出现冷缝，也常加入缓凝剂。另外，在大体积混凝土中为了延长放热时间，也可掺入缓凝剂。

4.速凝剂

能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂称为速凝剂。速凝剂的主要种类有无机盐类和有机物类。

速凝剂主要用于引水涵洞、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。在实际工程中为了提高质量、节约材料、改善劳动条件，往往把速凝剂与减水剂复合使用。

5.引气剂及引气减水剂

在搅拌混凝土过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。

封闭的独立气泡起着滚珠轴承作用，减少拌和物流动时的滑动阻力，增加新拌混凝土的流动性。引气剂增加混凝土拌和物的黏聚力，使混凝土泌水率显著减少。大量的微细气泡对混凝土的冻融破坏起缓冲作用，能显著提高硬化混凝土的抗冻性和抗渗性，但混凝土中含气量的增加会降低混凝土强度。

引气剂适用于抗冻、防渗、抗硫酸盐、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻集料混凝土以及对饰面有要求的混凝土等。

6.防冻剂

防冻剂是能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。其组成、作用机理及使用方法可参阅相关文献，这里不作详细介绍。

7.膨胀剂

膨胀剂是能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。掺入膨胀剂后对混凝土力学性质不会带来大的影响，可提高混凝土的抗渗性和抗裂性。膨胀剂的种类有硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化镁类、金属类等。

掺硫铝酸钙类膨胀剂的膨胀混凝土（砂浆），不得用于长期处于环境温度为80℃以上的工程中。掺硫铝酸钙类或氧化钙类膨胀剂的混凝土，不宜使用氯盐类外加剂。掺铁屑膨胀剂的填充用膨胀砂浆，不得用于杂散电流的工程和与铝镁材料接触的部位。

混凝土外加剂虽然具有改善混凝土的性能、节约水泥用量等特点，但其使用方法和掺量有严格的规定，如不按规定施工，后果是严重的。

（六）混凝土的掺合料（外掺料）

为了节约水泥，改善混凝土性能，在普通混凝土中可掺入一些矿物粉末，称为掺合料。常用的有粉煤灰、烧黏土、硅粉及各种天然火山灰质混合材等。下面重点介绍粉煤灰及硅粉在混凝土中的应用。

1.粉煤灰

粉煤灰掺入混凝土时，粉煤灰具有火山灰活性作用，它吸收氢氧化钙后生成水化硅酸钙凝胶，成为胶凝材料的一部分；微珠球状颗粒，具有增大混凝土拌和物流动性、减少泌水、改善混凝土和易性的作用。粉煤灰水化反应很慢，它在混凝土中长期以固体颗粒形态存在，具有填充集料空隙的作用，可提高混凝土密实性。粉煤灰可代替部分水泥，成本低廉，可获得显著的经济效益。

混凝土中掺入粉煤灰的效果与粉煤灰的掺入方式有关。常用的方式有等量取代水泥法、粉煤灰代砂、超量取代水泥法。

当混凝土中掺入粉煤灰等量取代水泥时，称为等量取代水泥法。由于粉煤灰活性较低，混凝土早期及28d龄期强度降低，但随着龄期的延长，掺粉煤灰的混凝土强度可逐步赶上不掺粉煤灰的混凝土。因混凝土内水泥用量减少，同时减少了混凝土发热量，还可以改善和易性，提高抗渗性，故此法常用于大体积混凝土。

当掺入粉煤灰时仍保持混凝土中水泥用量不变，则混凝土拌和物的黏聚性及保水性将显著优于不掺粉煤灰的混凝土，此时，可减少砂的用量，称为粉煤灰代砂。由于粉煤灰的火山灰活性，混凝土强度将提高，和易性及抗渗性将显著改善。

为了保持混凝土28d强度及和易性不变，常采用超量取代法，即粉煤灰的掺入量大于所取代的水泥量，多出的粉煤灰取代同体积砂。

混凝土中掺入粉煤灰时，常与减水剂、引气剂或阻锈剂同时掺用，称为双掺技术。减水剂可以克服某些粉煤灰增大混凝土需水量的缺点；引气剂可以解决粉煤灰混凝土抗冻性能较低的问题；阻锈剂可以改善粉煤灰混凝土抗碳化性能，防止钢筋锈蚀。

2.硅粉（硅灰）

硅粉亦称硅灰，是从冶炼硅铁和其他硅金属工厂的废烟气中回收的副产品。硅粉呈灰白色，颗粒极细，是水泥粒径的1/100～1/50，比表面积为20～25m2/g。主要成分为SiO2，活性很高，是一种新型改善混凝土性能的掺合料。

硅粉掺入混凝土中，可获得如下效果。

（1）改善混凝土拌和物和易性。由于硅粉颗粒极细、比表面积大、需水量为普通水泥的130%～150%，故混凝土流动性随硅粉掺量增加而减小。为了保持混凝土流动性，必须掺用高效减水剂。硅粉的掺入，显著地改善了混凝土黏聚性及保水性，提高了混凝土抗离析性和抗泌水性。故适宜配制高流态混凝土、泵送混凝土及水下灌注混凝土。

（2）配制高强混凝土。当硅粉与高效减水剂配合使用时，硅粉与Ca（OH）2 反应生成水化硅酸钙凝胶体，填充水泥颗粒间的空隙，改善界面结构及粘结力，可显著提高混凝土强度。掺入适量高效减水剂，可配制出28d强度达100MPa的超高强混凝土。

（3）改善混凝土的孔隙结构，提高耐久性。混凝土中掺入硅粉后，大孔减小，超微细孔隙增加，改善了水泥石的孔隙结构，使掺硅粉混凝土的耐久性显著提高。硅粉掺量为10%～20%时，抗渗性可提高100倍以上，抗冻性也明显提高。

（4）硅粉混凝土的抗冲磨性随硅粉掺量的增加而提高，它比其他抗冲磨材料具有价廉、施工方便等优点，适用于水工建筑物的抗冲刷部位及高速公路路面。

（5）硅粉混凝土抗侵蚀性较好，适用于要求抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的工程。硅粉还具有抑制碱—集料反应、防止钢筋锈蚀的作用。

硅粉掺入混凝土的方法，有内掺法（取代等质量水泥）、外掺法（水泥用量不变）及硅粉和粉煤灰共掺法等多种。无论采用哪种掺法，都必须同时掺入适量高效减水剂，以使硅粉在水泥浆体内充分地分散。