第四章 混凝土1骨料

混凝土與砂漿

第四章1混凝土在土木工程中的重要性混凝土是用量最大的結(jié)構(gòu)材料，每年世界混凝土消耗量為11億噸，是鋼材消耗量的10倍以上；混凝土是應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料，可用于橋梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程；原因混凝土具有耐久性，耐水、耐火；新拌混凝土具有很好的流動性和沖模性，容易澆注成各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；價格低廉，原材料儲量豐富，分布很廣。ItaipuDamSportsPalaceinRome鋼絲網(wǎng)－砂漿2混凝土是由膠凝材料，水和粗細集料按適當比例配合、拌制成拌和物，經(jīng)一定時間硬化而成的人造石材。低強度混凝土＜20MPa中強度混凝土20～60MPa高強度混凝土≥60MPa按密度分按抗壓強度標準值分（fcu,k）重砼＞2600kg/m3普通砼1950～2500kg/m3輕砼＜

1950kg/m3

34.1普通混凝土的組成水泥水水泥漿石子砂子骨料新拌混凝土100%體積60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝結(jié)硬化硬化混凝土混凝土外加劑為了改善或提高混凝土的性能4各組成材料的作用骨料廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展傳力作用降低水化熱提供耐磨性水泥漿潤滑作用——與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性膠結(jié)作用——包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結(jié)硬化，將砂、石骨料膠結(jié)成整體，形成固體5各組成材料的作用水混凝土中的拌和水有兩個作用:供水泥的水化反應(yīng)賦予混凝土的和易性剩余水留在混凝土的孔（空）隙中使混凝土中產(chǎn)生孔隙對防止塑性收縮裂縫與和易性有利對滲透性、強度和耐久性不利6各組成材料的作用外加劑化學外加劑：改善混凝土的性能緩凝劑——使水泥漿凝結(jié)硬化速度減慢；促凝劑——使水泥漿凝結(jié)硬化速度加快；減水劑——減少拌和需水量；引氣劑——在混凝土中引起封閉氣孔；礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰硅灰礦渣7

4.1.1水泥

1.品種——五大品種水泥、特種水泥

2.強度等級——原則：高對高，低對低

3.用量——混凝土配合比設(shè)計計算確定84.1.2

骨料骨料種類來源不同：碎石、卵石(礫石)巖石種類：花崗巖、石灰石等；骨料的粒形等徑多面體針片狀多面體骨料表面狀態(tài)表面光滑表面粗糙骨料顆粒尺寸與級配骨料的分布

91.混凝土中骨料的基本要求

具有良好的顆粒級配，使堆積空隙率小，顆?？偙缺砻娣e較小，以減少水泥漿用量；骨料顆粒表面干凈，以保證與水泥漿有良好的粘結(jié)力；含有害雜質(zhì)少，不得含有影響水泥凝結(jié)硬化和后期混凝土耐久性的成分；具有足夠的強度和堅固性，以保證起到骨架和傳力作用。102、骨料的種類按照骨料粒徑粗骨料：粒徑大于4.75mm的巖石顆粒，如卵石、碎石細骨料：粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，如河砂、山砂、海砂按照骨料的密度普通骨料：堆積密度在1520~1680kg/m3的骨料

密度在2500～2700kg/m3輕骨料：堆積密度＜1120kg/m3的骨料

密度在～1000kg/m3重骨料：堆積密度＞2080kg/m3的骨料

密度在3500～4000kg/m3如陶粒、煅燒頁巖、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、泡沫塑料顆粒等。如鐵礦石、重晶石等。11碎石卵石骨料的種類12普通骨料輕骨料重骨料骨料的分類13骨料的種類按照骨料來源分為：天然巖石骨料：由天然巖石組成的骨料，如砂、卵石、碎石等。按照巖石的主要成分分為：氧化硅礦物、碳酸鹽礦物、氧化鐵礦物、硫化物礦物、粘土礦物等。人工骨料：熱加工骨料：膨脹頁巖、膨脹蛭石等；工業(yè)副產(chǎn)物：礦渣、鐵渣、粉渣等；再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土磚等。143、骨料的特性及其影響骨料的含水狀態(tài)骨料的密度骨料的粒徑與級配骨料的孔隙率骨料的形狀骨料的表面特征骨料的彈性模量骨料的強度骨料的堅固性骨料的硬度混凝土配合比設(shè)計所要求影響新拌混凝土性能影響硬化混凝土性能15骨料的粒徑及其分布骨料粒徑及其分布粗骨料：最大粒徑與顆粒級配；細骨料：細度模數(shù)與顆粒級配。骨料粒徑與顆粒級配影響骨料堆積孔隙顆粒級配合理可減少堆積孔隙；單一粒徑越大，堆積孔隙越多。粒徑及其分布影響的混凝土性能混凝土的用水量；混凝土的水泥用量；新拌混凝土的和易性混凝土的微裂縫

骨料粒徑越大，堆積的空隙越多，所需水泥漿用量越大16關(guān)于骨料粒徑及其分布的幾個基本概念顆粒級配指的是大小粒徑的骨料顆粒的互相搭配的比例情況——不同粒徑顆粒的分布。粗細程度指的是不同粒徑細骨料混合在一起的總體粗細程度——平均粒徑大小。最大粒徑指的是粗骨料公稱粒級的上限—允許最大值。171）砂子的顆粒級配與粗細程度細度模數(shù)Mx細度模數(shù)表征砂的粗細程度，可以理解為質(zhì)均粒徑，由篩分法測定。細度模數(shù)越大，骨料越粗，根據(jù)細度模數(shù)將砂分為：細砂（2.2~1.6）；中砂（3.0~2.3）；粗砂（3.7~3.1）。級配曲線級配曲線表示不同粒徑砂的顆粒搭配情況；根據(jù)級配曲線分為三個區(qū)：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；級配間接反映了砂顆粒的堆積密度。18顆粒級配與細度模數(shù)的測定篩分法：砂子標準篩：9.504.752.361.180.600.300.15mm共七個孔徑的篩。方法：將500g烘干的砂子試洋由粗到細一次過篩，然后稱出余留在各個篩上的砂子質(zhì)量。計算：各個篩上的余量為分計篩余ai，各個篩及以上篩上的分計篩余的和為累計篩余Ai。

則：累計篩余Ai=

ai

（i=1……i）然后用Ai作縱坐標，篩孔尺寸作橫坐標，繪制級配曲線。并用下式計算細度模數(shù)：

uf

=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100—A1)19砂石集料在土木工程中，以礦質(zhì)混合料的形式與結(jié)合料組配.組配要求：多種集料按照一定的比例搭配起來，以達到

較高的密實度

和較大的摩擦力及較小的比表面積?？刹捎玫募壟漕愋停河羞B續(xù)級配和間斷級配兩種。如圖所示：20

天然砂規(guī)格篩孔尺寸通過各孔篩的質(zhì)量百分率/%粗砂中砂細砂9.51001001004.7590～10090～10090～1002.3665～9575～9085～1001.1835～6550～9075～1000.615～3030～6060～840.35～208～3015～450.150～100～100～100.0750～50～50～521砂子顆粒級配的調(diào)整篩孔尺寸甲乙4.75002.360401.1847060050903007095150100100級配區(qū)比Ⅱ區(qū)偏細比Ⅰ區(qū)偏粗22篩孔尺寸甲乙甲25%+乙75%甲50%+乙50%4.7500002.3604030201.1847053.5376005090807030070958982.5150100100100100級配區(qū)比Ⅱ區(qū)偏細比Ⅰ區(qū)偏粗符合Ⅰ區(qū)要求符合Ⅱ區(qū)要求23問題？砂的顆粒級配區(qū)與細度模數(shù)的意義相同嗎？為什么？答：不相同。顆粒級配區(qū)不能區(qū)別砂子的粗細程度的差別。細度模數(shù)相同，級配相同嗎？級配相同，細度模數(shù)相同嗎？答：細度模數(shù)相同，級配不一定相同；但級配相同，細度模數(shù)一定相同。242）石子的顆粒級配石子的級配有連續(xù)級配和間斷級配兩種：連續(xù)級配要求顆粒尺寸由大到小連續(xù)分級，每一級骨料都占有適當比例，這種級配較好；間斷級配是人為地剔除骨料中的某些粒級，造成粒級的間斷，大粒徑骨料間的空隙由比其小幾倍的小粒徑顆粒填充，從而降低堆積空隙率。石子的顆粒級配也用篩分法測定。

25（3）骨料的形狀與表面特征骨料的形狀

骨料顆粒的外觀幾何形狀，對于粗骨料有：等徑顆粒球形體顆粒：沒有菱角和邊；多面體顆粒：有菱角和邊。針狀顆?！L度大于顆粒所屬的平均粒徑的2.4倍；片狀顆粒—厚度小于平均粒徑的0.4倍。骨料的表面特征表面粗糙程度；是否有菱角；干凈程度等。等徑顆粒骨料針片狀骨料顆粒針片狀球狀26表面特征與形狀對混凝土性能的有何影響？表面粗糙和針片狀顆粒需要更多的水泥漿，影響混凝土的成本。影響新拌混凝土的和易性，表面光滑且等徑顆粒易于流動，而粗糙且針片狀顆粒不易流動。影響混凝土中界面區(qū)的結(jié)合力，粗糙表面骨料與水泥漿的界面結(jié)合力較大。影響混凝土的強度骨料表面越粗糙，與水泥漿接觸面越大，混凝土強度越高；針片狀骨料使混凝土強度低于圓形骨料；大粒徑骨料使混凝土強度低于小粒徑骨料27（4）骨料的含水狀態(tài)

骨料含水有四種狀態(tài)：完全干燥骨料表面及內(nèi)部完全不含水；氣干骨料表面完全不含水，而內(nèi)部可能含小量水；飽和面干骨料的表面干燥而顆粒內(nèi)部的孔隙含水飽和，此時的含水率為飽和面干吸水率。含水濕潤骨料表面吸附水且濕潤對應(yīng)的含水量：吸水量；有效吸水量；表面含水量。28含水狀態(tài)：完全干燥氣干飽和面干含水濕潤含水量：不含水＜有效含水量＝有效含水量＞有效含水量完全干燥氣干飽和面干含水濕潤（4）骨料的含水狀態(tài)

29骨料含水量的影響骨料的含水率以骨料的干質(zhì)量為基數(shù)計算。計算混凝土配合比時，應(yīng)扣除骨料所含的水。骨料在飽和面干狀態(tài)時，既不會從混凝土中吸水，也不會給出水。所含的水對混凝土無有害作用。濕潤狀態(tài)下的自由水將成為混凝土拌和水的一部分，影響混凝土的和易性、強度和耐磨性。30（5）骨料的有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)的種類：粘土、泥塊、云母；硫酸鹽、硫化物、有機質(zhì)；活性SiO2；針片狀顆粒等。有害雜質(zhì)的危害：影響水泥的水化、腐蝕水泥石；影響混凝土的和易性影響混凝土的強度與耐磨性；增大混凝土的收縮；引起堿－骨料反應(yīng)等。含泥量很大的骨料31（6）堿－骨料反應(yīng)定義：

骨料中的活性SiO2與水泥中的Na＋、K＋等堿金屬離子間的形成堿－硅酸鹽凝膠的化學反應(yīng)；危害：

在骨料與水泥石的界面產(chǎn)生的堿－硅酸鹽凝膠吸水后體積膨脹，導致水泥石開裂；原因：水泥中的含堿(Na2O、K2O)量＞0.6%骨料中含有活性SiO2

；檢驗方法：

砂漿棒法，膨脹率＜0.10%。堿－硅酸鹽凝膠32（7）骨料的堅固性與強度骨料的堅固性骨料不因干/濕循環(huán)或凍/融循環(huán)等氣候變化而產(chǎn)生體積變化導致混凝土的劣化。骨料的堅固性取決于孔隙率、裂縫和雜質(zhì)。粗骨料的強度對混凝土強度有一定影響，要求骨料強度是混凝土配制強度的1.5倍。331）砂子的堅固性定義：砂在氣候、環(huán)境變化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力。測試方法：用硫酸鈉溶液浸泡檢驗，試樣經(jīng)5次循環(huán)后其質(zhì)量損失率作為其評價指標。測試原理：硫酸鈉(NaSO410H2O)在砂的孔隙中結(jié)晶時將產(chǎn)生體積膨脹，使砂內(nèi)部產(chǎn)生作用于孔壁的應(yīng)力，如堅固性不好將會使砂碎裂。342）石子的強度與堅固性強度一般以碎石或卵石的立方體強度或壓碎指標來表示。

立方體強度用505050mm3的立方體(或5050

mm的圓柱體)巖石試件，吸水飽和后測定的試件抗壓強度。壓碎指標將氣干狀態(tài)下10~20mm的石子，按一定方法裝入特制的圓柱筒內(nèi)，在160~300s內(nèi)加荷至200kN，卸荷后稱取試樣質(zhì)量（G），然后用孔徑為2.5mm的篩進行篩分，稱取試樣的篩余量（G1）。

壓碎指標=[(G-G1)/G]100%

堅固性

可直接用凍融循環(huán)或硫酸鹽溶液進行快速檢驗石子的堅固性。

354.

混凝土用砂的技術(shù)要求

混凝土用砂的級配曲線一般應(yīng)在Ⅱ區(qū)，以中砂為宜。有害雜質(zhì)含量符合國家標準(GB/T14684-2001)的要求。堅固性質(zhì)量損失率

8%~10%。表觀密度應(yīng)大于2500kg/m3，堆積密度應(yīng)大于1350kg/m3,空隙率應(yīng)小于47％。經(jīng)堿-骨料反應(yīng)檢驗后，應(yīng)無裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象。365.混凝土用石子的技術(shù)要求

最大粒徑Dmax要求：

中等強度的混凝土的最大粒徑應(yīng)40mm；高等級混凝土應(yīng)25mm。對于鋼筋混凝土，Dmax

結(jié)構(gòu)斷面尺寸的1/4、板厚的1/2，或鋼筋間最小凈距的3/4。巖石強度與混凝土設(shè)計強度等級之比不應(yīng)小于150%；顆粒級配符合JGJ53-92規(guī)定。有害雜質(zhì)含量應(yīng)符合表4-4的規(guī)定

371.拌和用水水質(zhì)不純最常見的危害①影響混凝土的和易性和凝結(jié)；②有損于混凝土強度發(fā)展；③降低混凝土耐久性,加快鋼筋腐蝕,導致預應(yīng)力鋼筋脆斷；④使混凝土表面出現(xiàn)污斑等。2.為保證混凝土的質(zhì)量和耐久性，必須使用合格水。水的分類：飲用水、地表水、地下水、海水以及經(jīng)適當處理或處置后的工業(yè)廢水。

要求：能飲用的水均能用于制備砼。4.1.3砼拌和用水38

1.外加劑的定義

——在拌制砼過程中摻入能改善砼性能的物質(zhì)，一般摻量不大于水泥質(zhì)量的5%。（砼第五組分）

2.功能:

（1）改善流變性能（減水劑、引氣劑、泵送劑、保水劑、灌漿劑等）（2）調(diào)節(jié)凝結(jié)時間硬化性能（緩凝劑、早強劑、速凝劑等）（3）改善耐久性（引氣劑、阻銹劑、防水劑等）（4）改善其他性能（加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、堿-集料反應(yīng)抑制劑等）

3.摻加方法：先摻法、后摻法、同摻法。4.1.4砼外加劑39

4.常用外加劑（1）減水劑

1）技術(shù)經(jīng)濟效益①工作性、水泥用量不變,可以減少用水量,提高混凝土強度②用水量、水泥用量不變,可增大混凝土的流變性③工作性、強度不變,可節(jié)約水泥用量40

2）減水劑的種類①木質(zhì)素磺酸鹽類②聚烷基芳族磺酸鹽類③三氯氰氨膠甲醛樹脂磺酸鹽類

3）注意①摻量為水泥量的0.5%～1.0%，減水率為10%～27%；②28d強度提高30%～50%；③當水泥用量相同和強度相近時，可使塑性混凝土的坍落度增加150mm以上。④適用于蒸養(yǎng)混凝土、高強混凝主、早強混凝土及流態(tài)混凝土。41

1）機理：引氣劑為憎水性表面活性物質(zhì)，能使攪拌過程混進的空氣形成微小而穩(wěn)定的氣泡、均勻分布于混凝土中。2）常用種類：有松香熱聚物、烷基磺酸鈉和烷基苯碳酸鈉等陰離子表面活性劑。3）適宜摻加量：為水泥用量的0.005%～0.01%,混凝土中含氣量為3%～6%4）作用：由于氣泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；減少泌水和離析對硬化后的混凝土，由于氣泡彼此隔離