混凝土工藝學(xué)完整版課件

課程主要內(nèi)容第1章緒論第2章混凝土的結(jié)構(gòu)和組成材料第3章混凝土拌合物的性能第4章混凝土的力學(xué)性能第5章混凝土的配合比設(shè)計第6章混凝土的攪拌工藝第7章混凝土的輸送工藝第8章混凝土的成型及養(yǎng)護工藝第9章混凝土的耐久性第10章特種混凝土附錄1混凝土工程常見外觀質(zhì)量弊病1第1章緒論1.1、混凝土的發(fā)展概況及趨勢1.2、混凝土的基本特征2階段時間膠凝材料天然黏土?xí)r期新石器時代距今約4000—10000年天然黏土泥巴墻不抗水強度低1.1.1混凝土的發(fā)展概況——水泥3石塊、磚用石灰粘結(jié)人們發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r在火中煅燒脫水、在雨中膠結(jié)產(chǎn)生膠凝性，因而可用來調(diào)制砌筑砂漿。階段時間膠凝材料石膏—石灰時期公元前2000—3000年石灰、石膏4古羅馬萬神廟階段時間膠凝材料石灰一火山灰時期公元初至18世紀石灰、火山灰5階段時間膠凝材料天然水泥時期18世紀下半葉天然水泥石灰被人們用了數(shù)千年，一直到1756年史密頓遇上了“倒霉事”（英吉利海峽南端燈塔失火被燒毀）為止，發(fā)現(xiàn)了天然水泥。

1824年，英國工匠阿斯普丁在反復(fù)試驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)出石灰、黏土、礦渣等各種原料之間的比例以及生產(chǎn)這種混合料——“波特蘭水泥”的方法。61.1.1混凝土的發(fā)展概況——外加劑19世紀中葉，法國人約瑟夫?莫尼哀（1823-1906）制造出鋼筋混凝土花盆，并在1867年獲得了專利權(quán)。在1867年巴黎世博會上，莫尼哀展出了鋼筋混凝土制作的花盆、枕木。1928年，美國人Freyssinet發(fā)明了一種新型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，并于二次世界大戰(zhàn)后被廣泛地應(yīng)用于工程實踐。20世紀30年代年末，美國發(fā)明了松脂類引氣劑和紙漿廢液減水劑，使混凝土的耐久性、和易性得到前所未有的提高，昭示著外加劑使用和流動性混凝土?xí)r代的開始。在混凝土中摻入外加劑的做法并非現(xiàn)代才有，羅馬建筑告訴我們，當(dāng)時的混凝土中經(jīng)常加入雞蛋白或動物血，來改善混凝土的工作性和耐久性。唐宋以來用桐油、牛馬血、糯米汁、羊桃藤汁摻入石灰砂漿中提高防水與耐久性。71.1.1混凝土的發(fā)展概況——高層建筑跨入21世紀，計算機技術(shù)、機械工業(yè)技術(shù)、先進檢測分析研究技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)的飛速進步，我國預(yù)拌混凝土技術(shù)的發(fā)展與時具進，取得了世界矚目的成就。天津117大廈其混凝土泵送高度達621米，創(chuàng)下混凝土泵送高度吉尼斯世界紀錄。天津117大廈建成后將成為中國乃至世界的又一標志性建筑。從混凝土實際泵送高度上，621米的泵送高度一舉超越了迪拜哈利法塔601米的“凈身高”，同時也超越了上海中心大廈606米的混凝土泵送高度，創(chuàng)造了世界混凝土泵送第一高度。天津117大廈8吉隆坡國家石油雙子星座大廈（452米）9多倫多電視塔（549米）10上海環(huán)球金融中心（492米）迪拜摩天大樓（828米）國際金融中心（415米）11臺北101大廈（508米）121.1.2混凝土的發(fā)展趨勢（1）高性能化

混凝土的高性能主要體現(xiàn)在高工作性、高強度和高耐久性幾個方面。（2）智能化

所謂智能化，就是在混凝土原有的組分的基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分，使混凝土材料成為具有自感知、自記憶、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)特性的多功能材料。（3）綠色環(huán)?；?/p>

①以工業(yè)廢料代替水泥

②建筑垃圾循環(huán)利用13凡由膠凝材料、粗細骨料、水（必要的時候可加入外加劑）按一定比例，均勻攪拌、密實成型，經(jīng)過一定的時間養(yǎng)護硬化后而制成的一種人造石材，稱之為混凝土（也稱之為砼）。商品混凝土，又稱預(yù)拌混凝土，簡稱為“商砼”，是由水泥、骨料、水及根據(jù)需要摻入的外加劑、礦物摻合料等組分按照一定比例，在攪拌站經(jīng)計量、拌制后出售并采用運輸車，在規(guī)定時間內(nèi)運送到使用地點的混凝土拌合物。1.2.1混凝土的定義及分類1.混凝土的定義14混凝土的宏觀結(jié)構(gòu)粗骨料細骨料水泥石過渡區(qū)15攪拌后的混凝土施工后的混凝土1617建筑鋼筋混凝土施工現(xiàn)場1819各種各樣的混凝土混凝土多孔磚輕質(zhì)混凝土隔墻板20

混凝土主要用于土木建筑工程1、構(gòu)成了土木建筑工程結(jié)構(gòu)的主體或框架。是承受荷載和氣候環(huán)境侵蝕的主體

2、是目前世界上建筑工程中使用量最大、范圍最廣的工程材料

。2012年我國商品混凝土產(chǎn)量為88816.92萬立方米；2013年中國商品混凝土產(chǎn)量為116959.63萬立方米；2014年中國商品混凝土產(chǎn)量為155412.74萬立方米。21按表觀密度分輕混凝土普通筋混凝土重混凝土2.混凝土的分類22按坍落度大小分低塑性混凝土塑性混凝土流動性混凝土流態(tài)混凝土大流動性混凝土坍落度：測定混凝土拌和物和易性的一種指標，用拌和物在自重作用下向下坍落的高度表示。其單位為cm。2.混凝土的分類23按維勃稠度分特干硬性混凝土半干硬性混凝土干硬性混凝土超干硬性混凝土2.混凝土的分類24塑性混凝土、干硬性混凝土分別按坍落度、維勃稠度分為四級。見下表。名稱代號指標混凝土拌合物塑性混凝土（坍落度≥10mm）低塑性混凝土塑性混凝土流動性混凝土大流動性混凝土T1T2T3T410mm～40mm50mm～90mm100mm～150mm≥160mm干硬性混凝土（坍落度＜10mm）超干硬性混凝土特干硬性混凝土干硬性混凝土半干硬性混凝土V0V1V2V3＞31s30s～21s20s～11s10s～5s25按施工工藝分普通澆注混凝土噴射混凝土

泵送混凝土離心成型混凝土2.混凝土的分類26超高強混凝土高強混凝土低強混凝土按強度特征分中強混凝土2.混凝土的分類27按配筋情況分素混凝土鋼筋混凝土纖維混凝土2.混凝土的分類28

4.安全性高

3.經(jīng)濟性好

1.可塑性好

2.與鋼筋握裹力好

5.耐火性好

6.應(yīng)用范圍廣

7.耐久性好

8.能耗相對較低

1.2.2混凝土的特點——優(yōu)點29

4.體積穩(wěn)定性差

3.自重大

1.抗拉強度低

2.延展性差

5.導(dǎo)熱系數(shù)大，保溫性差

6.生產(chǎn)周期長

7.生產(chǎn)工藝復(fù)雜，質(zhì)量難以控制

1.2.2混凝土的特點——缺點30本章結(jié)束混凝土工藝學(xué)養(yǎng)護輸送攪拌配合比外觀弊病拌合物性能力學(xué)性能成型耐久性能原材料32第2章混凝土的結(jié)構(gòu)和組成材料2.1混凝土的結(jié)構(gòu)特征2.2水泥2.3礦物摻合料2.4骨料2.5外加劑2.6水331.普通混凝土組成及其各組分材料組成成分水泥凈漿膠凝材料礦物填充材料水泥膠體未水化的水泥顆粒毛細管孔膠體細孔空隙細集料（砂）粗集料（石）水泥水空氣占混凝土總體積的百分數(shù)（%）10~1515~201~320~3335~4822~351~366~782.1混凝土的結(jié)構(gòu)特點34（1）骨料的作用①由于骨料比水泥便宜很多，因此可作為廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量，降低混凝土的成本。②摻入骨料可以減少水泥用量，從而減少混凝土的收縮等不良現(xiàn)象，骨料的存在使混凝土比單純的水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性。352.普通混凝土中各組成材料的作用（1）骨料的作用③骨料表觀密度要低于水泥表觀密度，加入骨料還可以降低混凝土的表觀密度，特別是在輕骨料混凝土中，該作用表現(xiàn)更加明顯。④由于混凝土的耐磨性取決于骨料的耐磨性，因此，混凝土中摻入耐磨性較高的骨料，便可以改善混凝土的耐磨性。362.普通混凝土中各組成材料的作用（2）水泥漿①潤滑作用。與水形成水泥漿，砂石分散在水泥漿中，從而賦予新拌混凝土以流動性。②填充作用。水泥漿體顆粒較細，可以占據(jù)骨料的間隙，從而填充砂和石子的空隙，并包裹砂粒和石子。③膠結(jié)作用。水泥漿體能夠包裹在所有骨料表面，硬化前賦予混凝土以流動性，后期通過水泥漿的凝結(jié)硬化，將砂、石骨料膠結(jié)成整體，形成固體。372.普通混凝土中各組成材料的作用（3）外加劑①改善混凝土拌合物流變性能，主要包括減水劑、引氣劑等。②調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間和硬化性能，主要包括緩凝劑、速凝劑及早強劑等。③改善混凝土耐久性能，主要包括引氣劑、膨脹劑、防水劑及防銹劑等。④改善其他性能，如加氣劑、防凍劑及著色劑等。382.普通混凝土中各組成材料的作用（4）礦物摻合料①減少水泥用量。礦物摻合料取代部分水泥，不僅能夠降低水化熱，而且摻合料具有一定的活性，能夠保證混凝土的后期強度，因此，摻合料的摻入，能夠降低水泥用量。②改善混凝土性能。礦物摻合料的形態(tài)效應(yīng)可以改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的流動度，加入摻合料一般可以減少混凝土的用水量，但硅灰但需水量大，加入之后反而提高混凝土的用水量；礦物摻合料的火山灰效應(yīng)和微集料填充效應(yīng)可以提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性等性能。392.普通混凝土中各組成材料的作用（5）水①混凝土拌合物中加入的水為水泥的水化反應(yīng)提供所需水化用水，由于水泥水化用水一般不超過水泥質(zhì)量的25%，多余的水分有一部分被蒸發(fā)掉，還有一部分留在混凝土的孔（空）隙中，對混凝土的強度、抗?jié)B性等耐久性產(chǎn)生不利影響。因此，高性能混凝土中必須摻入高效減水劑，降低混凝土的水膠比。②賦予混凝土和易性。混凝土拌合用水在混凝土硬化前能夠使水泥形成水泥漿體，從而使混凝土拌合物具有一定的流動性。402.普通混凝土中各組成材料的作用（1）借鑒瀝青拌合物的物理結(jié)構(gòu)，可用兩種方式理解混凝土物理結(jié)構(gòu)的形成原理。①表面膠結(jié)原理②多級分散原理412.1.1混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述混凝土骨料骨架膠結(jié)料水泥石細骨料粗骨料混凝土（粗分散系）分散相：粗骨料連續(xù)相：砂漿（細分散系）分散相：細骨料連續(xù)相：水泥石（微分散系）分散相：晶體、顆粒等連續(xù)相：C-S-H凝膠（2）按照表面膠結(jié)原理和多級分散原理，為了形象地理解，又可以將混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三類：①懸浮-密實結(jié)構(gòu)（a）②骨架-空隙結(jié)構(gòu)（b）③密實-骨架結(jié)構(gòu)（c）422.1.1混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述水泥石作為混凝土中重要的組成部分，它由固、液、氣三相組成。水泥石孔中的水溶液構(gòu)成液相；當(dāng)孔中不含溶液時，則為氣相。固相則主要由C-S-H凝膠、氫氧化鈣（CH）、高硫型水化硫鋁酸鈣（也稱鈣礬石，AFt）、單硫型水化硫鋁酸鈣（AFm）、未水化的水泥顆粒以及混合材和摻合料中尚未水化的或惰性顆粒組成。432.1.2水泥石的組成界面過渡區(qū)是指硬化水泥漿（水泥基相）和骨料（分散基相）之間的薄層部分，也稱為混凝土的第3相。通常，其厚度約為10-50μm，存在于骨料的外圍，約占全部水泥漿體的1/3。該區(qū)域的密實性和強度都遠小于硬化水泥石本體，是混凝土結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)，該過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)與性能在很大程度上制約了水泥混凝土整體的結(jié)構(gòu)性能。442.1.3混凝土的界面過渡區(qū)45C-S-HAFtCH

骨料

過渡區(qū)

水泥石本體骨料混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu)凡細磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，通稱水泥（cement）。2.2水泥462.2.1水泥的組成與分類

通用水泥：用于大量土木建筑工程一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等。

專用水泥：

指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥特性水泥：

某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥等。47通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分類：硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥等

目前，水泥品種已達100余種，其中硅酸鹽系水泥用途最廣，本章即重點介紹。48硅酸鹽水泥為什么又叫波特蘭水泥?19世紀初期（1810-1825年），英國人Aspdin用人工配合原料，再經(jīng)煅燒、磨細以制造水硬性膠凝材料。這種膠凝材料凝結(jié)后的外觀顏色與當(dāng)時建筑上常用的英國波特蘭島出產(chǎn)的石灰石相似，故稱之為波特蘭水泥，我國稱為硅酸鹽水泥。PortlandCement√SilicateCement×49通用硅酸鹽水泥（GB175-2007）（commonportlandcement）以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。按照混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當(dāng)比例磨成細粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。50（1）硅酸鹽水泥的構(gòu)成和類別硅酸鹽水泥=水泥熟料+石膏+混合材P

Ⅰ（Ⅰ型硅酸鹽水泥）=硅酸鹽水泥熟料+石膏+OP

Ⅱ（Ⅱ型硅酸鹽水泥）=硅酸鹽水泥熟料+石膏+

5%石灰石或粒狀高爐礦渣51（2）硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程可以概括為“兩磨一燒”。石灰石粘土鐵礦石生料磨熟料磨燒成設(shè)備水泥產(chǎn)品52（3）熟料的礦物組成名稱分子式簡寫含量硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S37~60%

硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15~37%

鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A7~15%

鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10~18%次要成分：游離氧化鈣、游離氧化鎂、堿<10%53（4）各熟料礦物單獨與水作用的性質(zhì)C3SC2SC3AC4AF凝結(jié)硬化速度28d水化放熱量強度干燥、收縮抗腐蝕能力快多高較大較差慢少早期低、后期高小好最快最多低最大最差快多低小最好54（5）熟料單礦物水化程度(%)3天7天28天3月6月C3A71.876.479.788.390.8C3S33.242.365.592.293.1C4AF64.366.068.886.589.4C2S6.79.610.327.027.455

凝結(jié)時間分初凝和終凝。

初凝時間是指水泥從開始加水拌和起至水泥漿開始失去可塑性所需的時間；終凝時間是指從水泥開始加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強度所需的時間。水泥的凝結(jié)時間是按《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》(GB1346—2011)規(guī)定的方法測定的。國家標準規(guī)定:普通硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min終凝時間不得遲于600min。（1）

凝結(jié)時間2.2.2水泥的質(zhì)量標準56水泥漿體屈服值與凝結(jié)時間的關(guān)系屈服值鈣礬石形成（或二水石膏形成）初凝終凝C-S-H形成水化時間Ca2+、OH-Al(OH)4-SO42-C-S-HAftCSH2初凝時間取決于C3A、C4AF及C3S的水化；終凝時間主要受C3S水化控制。57凝結(jié)時間的測定——維卡儀試針支架試桿圓模試桿沉至底板3-5mm時，即為初凝狀態(tài)；當(dāng)下沉0.5mm，沒有壓痕時即為終凝狀態(tài)。影響凝結(jié)時間的因素：①C3A含量；②水泥的細度；③水灰比；④混合材摻量。58水泥在調(diào)水和凝結(jié)以后，必須不產(chǎn)生任何顯著的體積變化。體積安定性不良的水泥，在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生不均勻的膨脹，從而導(dǎo)致硬化漿體的開裂。安定性不良的原因：熟料中f-CaO、f-MgO，及水泥中石膏摻量過多f-CaO、f-MgO是過燒的，結(jié)構(gòu)致密，水化很慢，膨脹；過量石膏與硬化體中的水化鋁酸鈣作用生成鈣礬石，體積膨脹1.5倍，引起不均勻體積變化，造成破壞。（2）

安定性59安定性的檢驗方法

f-CaO：沸煮法(餅法)或雷氏法檢驗；

MgO：216℃，20atm×3h，試體膨脹率不超過0.5%。檢測煩瑣，故規(guī)定f-MgO<5.0%。SO3：試餅試驗：將試餅置于潮濕環(huán)境或浸入水中經(jīng)過28d或更長時間觀察有無明顯變形。其檢測煩瑣，規(guī)定SO3<3.5%。60

水泥強度是表示水泥力學(xué)性能的一項重要指標，是評定水泥強度等級的依據(jù)。根據(jù)GB/T175-2007/XG2-2015規(guī)定，硅酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6個強度等級，各強度等級水泥在各齡期的強度值不得低于表2-5中的數(shù)值。復(fù)合硅酸鹽水泥取消32.5等級，僅保留32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R五個等級。（3）水泥的強度與等級61表2-5硅酸鹽水泥的強度指標強度等級抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.062表2-6復(fù)合硅酸鹽水泥的強度要求強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d32.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.063（4）細度顆粒細，反應(yīng)快，早期和后期強度高，收縮大當(dāng)水泥顆粒＞90μm時幾乎沒有活性≤40μm時活性好磨的過細①電耗大，產(chǎn)量低，成本高②收縮大，易開裂③水化速度過大，凝結(jié)硬化快國標要求硅酸鹽水泥細度用比表面積表示≥300m2/kg；其它通用水泥用0.08mm篩余表示，要求不大于10%64

為了測定水泥的凝結(jié)時間及體積安定性等性能，應(yīng)該使水泥凈漿在一個規(guī)定的稠度下進行，這個規(guī)定的稠度稱為標準稠度。達到標準稠度時的用水量稱為標準稠度用水量，以水與水泥質(zhì)量之比的百分數(shù)表示，按《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》(GB1346—2011)規(guī)定的方法測定。（5）標準稠度用水量65

水化熱是指水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)時放出的熱量，通常用J/kg表示。水化熱的大小主要與水泥的細度及礦物組成有關(guān)。顆粒愈細，水化熱愈大；不同的礦物成分，其放熱量不一樣，礦物中C3S、C3A含量愈多，水化熱愈大。（6）水化熱66水泥熟料單礦物水化時特征

名稱硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣凝結(jié)硬化速度28d水化放熱量強度快多高慢少早期低，后期高最快最多低快中低672.2.3水泥的水化與凝結(jié)硬化

68

C3A在水泥中的實際水化情況:為Ca(OH)2飽和溶液3CaO

Al2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaO

Al2O3

13H2O水化極快，無強度，瞬時凝結(jié)—速凝或急凝。有石膏存在時（起緩凝作用）：4CaO

Al2O3

13H2O+3(CaSO4

2H2O)+14H2O=3CaO

Al2O3

3CaSO4

32H2O+Ca(OH)2高硫型水化硫鋁酸鈣（Aft)，即鈣礬石，為針狀晶體，包圍熟料顆粒，形成“保護膜”，延緩水化。當(dāng)石膏耗盡，而且3CaO

Al2O3量較多時：3CaO

Al2O3

3CaSO4

32H2O+2（3CaO

Al2O3）+4H2O=3（3CaO

Al2O3

CaSO4

12H2O）單硫型水化硫鋁酸鈣(Afm)69水泥的水化產(chǎn)物及其特性名稱水化硅酸鈣氫氧化鈣水化鋁酸三鈣水化鐵酸一鈣水化硫鋁酸鈣簡寫C-S-HCHC3AH6CFHAfm/AFt比例70%20%3%7%特性凝膠六方晶體立方晶體凝膠針狀晶體702.2.3.2硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程水泥加水拌和后，成為可塑的水泥漿，水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具有強度的過程，稱為水泥的“凝結(jié)”。隨后產(chǎn)生明顯的強度并逐漸發(fā)展而成為堅強的人造石——水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。水泥石的組成：水化產(chǎn)物---凝膠體和晶體未水化的水泥顆粒水（自由水和吸附水）和孔隙（毛細孔和凝膠孔）71水泥凝結(jié)硬化過程示意圖

(a)(b)(c)(d)12345631—水泥顆粒；2—水分；3—凝膠；4—晶體；5—水泥顆粒的未水化內(nèi)核；6—毛細孔(a)分散在水中未水化的水泥顆粒；(b)在水泥顆粒表面形成水化物膜層；(c)膜層長大并互相連接（凝結(jié)）；(d)水化物進一步發(fā)展，填充毛細孔（硬化）72水泥凝結(jié)硬化過程示意圖

階段放熱反應(yīng)速度持續(xù)時間主要的物理化學(xué)變化初始反應(yīng)期168J/（g?h）5～10min初始溶解和水化潛伏期4.2J/（g?h）約1h凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長凝結(jié)期在6h內(nèi)逐漸增加到21J/（g?h）約6h膜層增厚，水泥顆粒進一步水化硬化期在24h內(nèi)逐漸降低到4.2J/（g?h）6h至若干年凝膠體填充毛細孔732.2.3.3影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素（1）熟料礦物組成:C3S和C3A在熟料中的含量越多，水泥凝結(jié)硬化速率越快。（2）石膏摻量:石膏的適宜摻量主要取決于水泥中C3A的含量和石膏中SO3的含量，同時與水泥細度及熟料中SO3含量有關(guān)。石膏摻量一般為水泥質(zhì)量的3%～5%。（3）細度:水泥顆粒粉磨得越細，總表面積越大，與水接觸時的水化反應(yīng)面積也越大，則水化速度越快，凝結(jié)硬化也越快。（4）溫度和濕度（5）養(yǎng)護齡期742.2.4水泥組成對混凝土性能影響（1）水泥礦物組成對和易性的影響

水泥礦物組成當(dāng)中C3S和C3A含量越多，水泥的凝結(jié)硬化速度越快，在這方面不利于混凝土的和易性；而C2S的含量越多，C3S和C3A的含量越少則相對有利。（2）水泥混合材組成對和易性的影響

①混合材的酸堿性對和易性的影響

②混合材的活性、吸水性對和易性的影響2.2.4.1水泥組成對混凝土和易性影響752.2.4水泥組成對混凝土性能影響（3）水泥顆粒組成對和易性的影響

水泥的粉磨細度越細，比表面積越大，其物理吸水性越強，在配制混凝土?xí)r，不利于混凝土流動性的提高，但有利于混凝土黏聚性和保水性的提高。2.2.4.1水泥組成對混凝土和易性影響76（1）水泥礦物組成對強度的影響①硅酸三鈣（C3S）水化較快，28d強度可達其一年強度的70%～80%，就28d或1年強度而言，是四種礦物中最高的。②硅酸二鈣（C2S）水化較慢，早期強度低，1年以后趕上C3S。③鋁酸三鈣（C3A）水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，它的強度3d內(nèi)就大部分發(fā)揮出來，故早期強度較高，但絕對值不高，以后幾乎不再增長，甚至倒縮。④鐵鋁酸四鈣（C4AF）早期強度類似C3A，而后期還能不斷增長，類似于C2S。2.2.4.2水泥組成對混凝土強度的影響77（2）水泥混合材組成對強度的影響

①混合材的酸堿性對強度的影響

②混合材的活性、吸水性對強度的影響（3）水泥顆粒組成對強度的影響水泥的粉磨細度越細，水泥的早期強度越高，但后期強度增長率越低。3～30μm的水泥顆粒具有良好的水化活性，對強度起主要作用；小于3μm的細顆粒對凝結(jié)時間和早期強度有利；10～30μm的顆粒對7～28d的強度增長有重要作用；大于90μm的顆粒只能進行表面水化，基本上起微集料的作用。2.2.4.2水泥組成對混凝土強度的影響78（1）水泥礦物組成對混凝土耐久性的影響

①水泥礦物組成中高C3S含量會導(dǎo)致水泥水化產(chǎn)物中鈣硅比的提高，使水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降。

②水泥熟料中四種礦物的化學(xué)收縮作用，其大小都按下列次序排列：C3A>C4AF>C3S>C2S

③水泥熟料中四種礦物使自收縮產(chǎn)生的幅度，其大小仍按下列次序排列：C3A>C4AF>C3S>C2S

④水泥礦物組成對混凝土滲透性和抗凍性的影響2.2.4.3水泥組成對混凝土耐久性的影響79（2）水泥混合材組成對混凝土耐久性的影響

①混合材酸堿性、活性對化學(xué)收縮和自收縮的影響

②混合材吸水性對干燥收縮和自收縮的影響

③混合材組成對混凝土滲透性和抗凍性的影響2.2.4.3水泥組成對混凝土耐久性的影響80（3）水泥顆粒組成對混凝土耐久性的影響

①水泥顆粒組成對混凝土孔結(jié)構(gòu)和抗凍、腐蝕等性能的影響

②水泥顆粒組成對混凝土毛細孔壓力滲透性的影響

③水泥顆粒組成對混凝土干燥收縮、自收縮和水壓力滲透性的影響2.2.4.3水泥組成對混凝土耐久性的影響812.3礦物摻合料82以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要成分，摻入混凝土中代替部分水泥、改善新拌混凝土和硬化混凝土性能，且摻量一般不小于5%的具有火山灰活性或潛在水硬性的粉體材料。什么是混凝土礦物細粉摻和料？83（1）按礦物摻合料的化學(xué)活性分1）有膠凝性（或稱潛在水硬活性）的。如?；郀t礦渣、高鈣粉煤灰或增鈣液渣、沸騰爐燃煤脫硫排放的廢渣等。2）有火山灰活性的。如粉煤灰、原狀的或焙燒的酸性火山玻璃和硅藻土、某些燒頁巖和粘土，以及某些工業(yè)廢渣（如硅灰）等。3）惰性摻合料。如細磨的石灰?guī)r、石英砂、白云巖以及各種硅質(zhì)巖石的產(chǎn)物。礦物摻合料的分類84（3）按礦物摻合料的來源可分為天然、人工和工業(yè)廢料三大類。類別品種天然類火山灰、凝灰?guī)r、沸石粉、硅質(zhì)頁巖等人工類水淬高爐礦渣、燒頁巖、偏高嶺土等工業(yè)廢料類粉煤灰、硅灰等85（2）按礦物摻合料的化學(xué)成分根據(jù)堿性系數(shù)可分為堿性、中性、酸性摻合料三大類。礦物摻合料的分類

86常用的礦物摻合料有：粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、沸石粉、燃燒煤矸石等。粒化高爐礦渣粉和粉煤灰應(yīng)用最普遍。

87粉煤灰又稱飛灰，是由燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑，大部分由直徑以μｍ計的實心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫來石、石英等結(jié)晶物質(zhì)所組成。2.3.1粉煤灰從化學(xué)成分上，粉煤灰有高鈣灰（C類，一般CaO>10%）和低鈣灰（F類，CaO<10%）之分。F類粉煤灰是指由無煙煤或煙煤煅燒收集的粉灰，C類粉煤灰是由褐煤或次煙煤煅燒收集的粉煤灰。882.3.1.1粉煤灰的分類及技術(shù)要求

低鈣粉煤灰的密度一般為1.8～2.6g/cm3，松散容重為600～1000kg/m3，粉煤灰成品根據(jù)細度、需水量比、燒失量、含水量和三氧化硫含量劃分為I、II、III個級別，各項物理性能指標應(yīng)滿足下表的要求。2.3.1.1粉煤灰的分類及技術(shù)要求89粉煤灰物理性質(zhì)指標和要求指標級別IIIIII細度（0.045mm方孔篩篩余），％不大于122545需水量比，％不大于95105115燒失量，％不大于5815含水量，％不大于1三氧化硫，％不大于3游離氧化鈣，％不大于F類，1C類，4安定性（雷氏夾沸煮后增加距離），mm不大于5.090

粉煤灰的化學(xué)成分因煤的品種及燃燒條件而異。一般來說，粉煤灰化學(xué)成分的變動范圍為：SiO2含量約為40％～60％；Al2O3含量為20％～30％，F(xiàn)e203含量為5％～10％，CaO含量2%～8%，燒失量0.2％～8％，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的燒失量主要是未燃盡碳，其混凝土吸水量大，強度低，易風(fēng)化，抗凍性差，為粉煤灰中的有害成分。2.3.1.2粉煤灰的成分91火山灰效應(yīng)（活性效應(yīng)）形態(tài)效應(yīng)微集料效應(yīng)922.3.1.3粉煤灰的三大效應(yīng)（1）火山灰效應(yīng)（活性效應(yīng)）粉煤灰的火山灰效應(yīng)是指粉煤灰中的活性二氧化硅、活性氧化鋁等活性組分與氫氧化鈣反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣或水化硫鋁酸鈣等反應(yīng)產(chǎn)物。其中，氫氧化鈣可以來源于外摻的石灰，也可以來源于水泥水化時所放出的氫氧化鈣。93（2）形態(tài)效應(yīng)由外觀形貌、表面性質(zhì)、顆粒級配等產(chǎn)生的效應(yīng)。FA中的球形顆粒含量較高時，可增大混凝土的流動性。尖角狀顆粒含量很多，易導(dǎo)致混凝土泌水。94（3）微集料效應(yīng)摻和料中的微細顆粒均勻分布在水泥漿內(nèi)，填充毛細孔，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和增大密實度的效應(yīng)?；炷林袚饺脒m量的礦物摻合料混合均勻之后，粉體的顆粒級配更為合理，密實度提高。提高混凝土的抗?jié)B性與抗Cl-的侵蝕能力。95（1）對新拌混凝土和易性的影響FA摻量越高，拌合物坍落度越大，坍落度損失速率相應(yīng)有所降低。962.3.1.4粉煤灰對混凝土性能的影響（2）對混凝土不同齡期抗壓強度的影響早期強度均低于基準混凝土FA摻量合適，28d強度略高于基準混凝土FA摻量過大，各齡期的強度均低于基準混凝土97（3）對漿體凝結(jié)時間的影響FA摻量越大，漿體的凝結(jié)時間越長FA摻量超過30%，漿體的凝結(jié)時間漲幅增大。98（4）對混凝土塑性收縮的影響FA混凝土的塑性收縮低于不摻FA混凝土高鈣灰更有利于降低混凝土的塑性收縮99（5）對混凝土抗凍融性能的影響在經(jīng)歷相同的凍融循環(huán)次數(shù)后，F(xiàn)A混凝土的相對動彈模量低于基準混凝土，說明摻加FA后不利于混凝土的抗凍融性能100（6）對混凝土抗碳化性能的影響加入摻合料消耗掉混凝土中的部分Ca(OH)2，使混凝土的總體堿度降低，繼而加速碳化進程粉煤灰摻量30%之內(nèi)對混凝土的碳化性能影響幅度較低混凝土碳化后失去對鋼筋的保護作用，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不利。1012.3.1.5粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的問題與對策問題改善拌和物施工性，但坍落度太大時，(I級)粉煤灰顆粒易上浮發(fā)生泌漿；早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結(jié)緩慢；早期孔隙率大，碳化問題較突出(需采取對策)；對水敏感，在無保濕的條件下，因內(nèi)部黏度增加，阻礙持續(xù)泌水而會加劇塑性開裂。1022.3.1.5粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的問題與對策對策①要控制坍落度盡可能小。因為試驗表明大摻量粉煤灰混凝土坍落度為125mm時，可相當(dāng)于180mm的普通混凝土②注意不要過度振搗，防止粉煤灰上浮。③要降低水膠比，保證大摻量粉煤灰混凝土強度，尤其是早期強度。④注意及早、有效的養(yǎng)護以及足夠的濕養(yǎng)護時間。1032.3.2磨細礦渣粉通稱的“磨細礦渣”，全名應(yīng)是“?；郀t磨細礦渣粉”，是高爐煉鐵得到的以硅鋁酸鈣為主的熔融物，經(jīng)淬冷成粒的副產(chǎn)品。（一般比表面積為400?600m2/kg）。指標級別S105S95S75表面積，m2/kg≥500≥400≥300活性指數(shù)，7d28d≥95≥105≥75≥95≥55≥75流動度比，％≥951042.3.2.1磨細礦渣的化學(xué)成分和物理性質(zhì)（1）對新拌混凝土出機坍落度的影響礦粉摻量較低時，新拌混凝土出機坍落度增加。礦粉摻量較高時，新拌混凝土出機坍落度隨摻量的增大變化不大。1052.3.2.2磨細礦渣對混凝土性能的影響（2）對混凝土拌合物凝結(jié)時間的影響礦粉摻量越大，漿體的凝結(jié)時間越長漿體的凝結(jié)時間的延長與KF的摻量基本呈線性增長關(guān)系。106（3）對混凝土抗壓強度的影響KF的活性比FA大，僅從強度的角度考慮可實現(xiàn)更大摻量。早期強度高，摻量較低時強度高于基準混凝土。后期強度的增長低于同等摻量的粉煤灰混凝土107（4）礦粉對混凝土塑性收縮的影響摻量在25%以內(nèi)，混凝土的塑性收縮略有增大，但增大幅度很小摻量超過25%，混凝土的塑性增長幅度很大，易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生108粉煤灰與礦粉對混凝土塑性收縮的影響對比109（5）對混凝土耐久性影響1、抗硫酸鹽侵蝕性能顯著提高，因為在水泥石中缺乏或不存在游離石灰時形成具有膨脹作用的鈣礬石反應(yīng)不能進行；2、在有堿集料反應(yīng)產(chǎn)生的條件下礦物細粉摻合料能吸收和固定大量的鈉、鉀離子從而使混凝土中的有效堿含量大大減少，極大地減少了堿集料反應(yīng)的危害性。1103、礦物細粉摻合料的摻加它們填充集料和水泥顆粒的孔隙，使混凝土結(jié)構(gòu)和界面更為致密，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土抗?jié)B性大為提高。4、在低水膠比情況下，摻加礦物細粉摻合料，抗凍性大幅度提高。例如，水科院李金玉等人研究同為0.26的水膠比，不摻加礦物細粉摻合料的C60混凝土其抗凍融循環(huán)只達到F250，而摻加礦物細粉摻合料的混凝土抗凍融循環(huán)可達F1000以上。1115、對于碳化和鋼筋銹蝕的擔(dān)憂。摻加礦物細粉摻合料的可能帶來的負面影響是混凝土的堿度降低，抗碳化能力減弱，引起保護鋼筋的能力減弱。但是在低水膠比下，混凝土的堿度下降并不十分急劇。112

蒲心誠等人對大摻量粉煤灰水泥的堿度研究表明粉煤灰摻量從0提高至70%時PH值僅由12.6下降至12.06，說明粉煤灰摻加70%時，水泥膠砂的PH值仍然高于12，高于配筋結(jié)構(gòu)允許的最低堿度11.5。除此之外，摻加礦物細粉摻合料，在低水膠比時密實性很高，水分甚至氧和二氧化碳都難以進入，這同樣增大了混凝土的護筋性。1132.3.2.3磨細礦渣在混凝土中應(yīng)用時注意的問題（1）嚴格控制礦粉的細度和摻量：不宜太細。不宜太粗，會使混凝土粘聚性下降，出現(xiàn)離析和泌水，粘結(jié)時間延長，早期強度下降。（2）注意養(yǎng)護：對養(yǎng)護條件要求苛刻，需要加強養(yǎng)護，充分發(fā)揮摻合料的作用。（3）注意調(diào)整混凝土的凝結(jié)時間：礦粉對混凝土凝結(jié)時間與不摻礦粉混凝土相比，具有一定的緩凝效果。初凝、終凝時間比基準混凝土推遲1～2h。冬季施工時，控制礦粉摻量和使用早強型減水劑。（4）注意調(diào)整混凝土用水量：與高效減水劑復(fù)合使用時，具有輔助減水功能，所以在保證混凝土初始坍落度相同情況下，可以減水用水量。1142.3.3硅灰

硅灰又稱硅粉或硅煙灰，是從生產(chǎn)硅鐵合金或硅鋼等所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵，色呈淺灰到深灰。硅灰的顆粒是微細的玻璃球體，部分粒子凝聚成片或球狀的粒子。1152.3.3.1硅灰的物理性質(zhì)和化學(xué)成分硅灰的顆粒是微細的玻璃球體，部分粒子凝聚成片或球狀的粒子。其平均粒徑為0.1μｍ～0.2μｍ，是水泥顆粒粒徑的1/50～1/100,比表面積高達2.0×104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90％以上），它的活性要比水泥高1～3倍。以10％硅灰等量取代水泥，混凝土強度可提高25％以上。硅粉的火山灰活性指標高達110%，這與其化學(xué)成分有關(guān)。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，這種SiO2是非晶態(tài)、無定形的，易溶于堿溶液中，在早期即可與CH反應(yīng)，可以提高混凝土的早期強度。生成的水化硅酸鈣凝膠鈣硅比小，組織結(jié)構(gòu)致密。116

硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，耐磨性，抗腐蝕性提高。但自干燥收縮大，且不利于降低混凝土溫升。因此，復(fù)摻時，可充分發(fā)揮他們的各自優(yōu)點，取長補短。例如，可復(fù)摻粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期強度，用優(yōu)質(zhì)粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收縮，在加之顆粒的填充作用，使混凝土更密實。1172.3.3.2硅灰對混凝土性能的影響

由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很大，將其作為混凝土摻合料，須配以減水劑，方可保證混凝土的和易性。硅粉混凝土的特點是特別早強和耐磨，很容易獲得早強，而且耐磨性優(yōu)良。硅粉使用時摻量較少，一般為膠凝材料總重的5％～10％，且不高于15％，通常與其它礦物摻合料復(fù)合使用。在我國，因其產(chǎn)量低，目前價格很高，處于價格考慮，一般混凝土強度低于80MPa時，都不考慮摻加硅粉。1182.3.3.2硅灰對混凝土性能的影響1192.4骨料骨料相對而言比較便宜而且不會與水發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因此傳統(tǒng)觀念上人們把它作為混凝土的惰性填充料。然而，由于人們?nèi)找嬲J識到骨料對混凝土和易性、尺寸穩(wěn)？定性、耐久性、強度以及經(jīng)濟性方面的重要作用。因此我們必須象重視水泥那樣重視骨料。4.752.361.180.600.300.1590.075.063.053.037.531.526.519.016.09.504.751202.4.1骨料的定義與分類碎石卵石天然砂人工砂混合砂粗骨料細骨料mmmm定義：粗骨料是指粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。分類：有碎石和卵石。卵石又稱礫石，它是由天然巖石經(jīng)自然風(fēng)化、水流搬運和分選、堆積形成的，按其產(chǎn)源可分為河卵石、海卵石及山卵石等幾種，其中以河卵石應(yīng)用較多。碎石：經(jīng)破碎、沖洗、篩分制成的骨料相關(guān)規(guī)范：GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢測方法》121根據(jù)GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》按卵石、碎石技術(shù)要求，石子分為三類，Ⅰ類宜用于強度等級大于C60的混凝土；

Ⅱ類宜用于強度等級為C30～C60及抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；

Ⅲ類宜用于強度等級小于C30的混凝土。122123卵石124碎石1252.4.2骨料的作用

①由于骨料比水泥便宜很多，因此可作為廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量，降低混凝土的成本。②摻入骨料可以減少水泥用量，從而減少混凝土的收縮等不良現(xiàn)象，骨料的存在使混凝土比單純的水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性。③骨料表觀密度要低于水泥表觀密度，加入骨料還可以降低混凝土的表觀密度，特別是在輕骨料混凝土中，該作用表現(xiàn)更加明顯。④由于混凝土的耐磨性取決于骨料的耐磨性，因此，混凝土中摻入耐磨性較高的骨料，便可以改善混凝土的耐磨性。為什么把砂石稱為骨料？■在傳統(tǒng)觀念中把砂石叫做骨料的原因是認為骨料起強度作用而作為混凝土的骨架，這是針對于傳統(tǒng)低塑性混凝土的理解?！龉橇系墓羌茏饔弥饕欠€(wěn)定混凝土的體積而不是強度。純的水泥漿體硬化后收縮過大，無法用于結(jié)構(gòu)，必須有骨料對水泥漿體的收縮起約束作用，而且骨料在混凝土中必須占據(jù)大部分體積。1261272.4.3骨料的質(zhì)量與性能（1）泥和泥塊含量含泥量是指骨料中粒徑小于0.075mm顆粒的含量。需注意的是，泥塊含量在粗骨料和細骨料中定義不同，應(yīng)當(dāng)區(qū)分開。泥塊含量是指在細骨料中粒徑大于1.18mm，經(jīng)水洗、手捏后變成小于0.60mm的顆粒的含量；在粗骨料中則指粒徑大于4.75mm，經(jīng)水洗、手捏后變成小于2.36mm的顆粒的含量。表2?18砂石含泥量和泥塊含量規(guī)定項目指標IⅡⅢ含泥量（按質(zhì)量計，%）砂≤1.0≤3.0≤5.0石≤0.5≤1.0≤1.5泥塊含量（按質(zhì)量計，%）砂0≤1.0≤2.0石0≤0.5≤0.71282.4.3骨料的質(zhì)量與性能（2）有害物質(zhì)含量為保證混凝土的質(zhì)量，混凝土用砂和石不應(yīng)混有草根、樹葉、樹枝、塑料品、煤塊、爐渣等雜物。砂中常含有如云母、有機物、硫化物及硫酸鹽、氯鹽、黏土、淤泥等雜質(zhì)。表2-19砂中有害物質(zhì)限量類別IⅡⅢ云母（按質(zhì)量計，%）≤1.0≤2.0輕物質(zhì)（按質(zhì)量計，%）≤1.0有機物合格硫化物及硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計，%）≤0.5氯化物（以氯離子質(zhì)量計，%）≤0.01≤0.02≤0.06貝殼（按質(zhì)量計[1]，%）≤3.0≤5.0≤8.0注：[1]該指標僅適用于海砂，其他砂種不作要求。1292.4.3骨料的質(zhì)量與性能（2）有害物質(zhì)含量為保證混凝土的質(zhì)量，混凝土用砂和石不應(yīng)混有草根、樹葉、樹枝、塑料品、煤塊、爐渣等雜物。砂中常含有如云母、有機物、硫化物及硫酸鹽、氯鹽、黏土、淤泥等雜質(zhì)。表2-20石子中有害物質(zhì)限量類別IIIⅢ有機物合格硫化物及硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計，％）≤0.5≤1.0130堿骨料反應(yīng)：水泥中的堿性氧化物（Na2O、K2O）與骨料中的活性成分反應(yīng)，生成堿－硅酸凝膠體，它會吸水產(chǎn)生膨脹。使用含堿量小于0.6％的水泥，或摻加能抑制堿—骨料反應(yīng)的摻合料。堿骨料反應(yīng)的結(jié)果是吸水后在水泥骨料表面發(fā)生膨脹性斷裂，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂。比起由于鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的病害和開裂，堿骨料反應(yīng)的過程很慢。骨料中的堿活性物質(zhì)131一些規(guī)范和標準中為避免混凝土堿骨料病害發(fā)生，規(guī)定不得使用堿活性骨料，這樣的規(guī)定不利于資源的合理利用，我們應(yīng)該意識到目前混凝土水膠比降低，摻合料比例較高，發(fā)生堿骨料反應(yīng)的風(fēng)險已經(jīng)大大降低。難怪有人感慨地發(fā)問：堿骨料反應(yīng)你在哪里？與其嚴格控制堿活性骨料，不如嚴格控制骨料含泥量來的更實際、更有效？如何對待堿活性骨料？1322.4.3骨料的質(zhì)量與性能（3）堅固性

骨料的堅固性是指骨料在自然風(fēng)化和其他外界物理化學(xué)因素作用下抵抗破裂的能力。表2-21石子堅固性指標類別IⅡⅢ質(zhì)量損失（％）≤5≤8≤12表2-22砂堅固性指標類別IⅡⅢ質(zhì)量損失（％）≤8≤10表2-23人工砂壓碎指標類別IⅡⅢ單級最大壓碎指標（％）≤20≤25≤301332.4.3骨料的質(zhì)量與性能（4）級配和粗細程度骨料的級配，是指骨料中不同粒徑顆粒的分布情況。良好的級配應(yīng)當(dāng)能使骨料的空隙率和總表面積均較小，從而不僅使所需水泥漿量較少，而且還可以提高混凝土的密實度、強度及其他性能。

（a）

（b）

（c）

圖2?21骨料的顆粒級配堆積情況1342.4.3骨料的質(zhì)量與性能（5）骨料的形狀和表面特征骨料的顆粒形狀近似球狀或立方體形，且表面光滑時，表面積較小，對混凝土流動性有利，但是表面光滑的骨料與水泥石黏結(jié)較差。棱角狀渾圓狀針狀片狀≥C30，含量≤15%；＜C30，含量≤25%1352.4.3骨料的質(zhì)量與性能（6）吸水性和表面潮濕狀態(tài)當(dāng)所有可滲透孔都充滿水而表面沒有水膜時稱為飽和面干狀態(tài)（SSD）。吸水能力的定義是骨料從烘干到飽和面干狀態(tài)所需要的水分總量。有效吸水量的定義則是是骨料從氣干到飽和面干狀態(tài)的所需的水量。骨料吸水能力的測定較為方便，它還可以粗略的作為孔隙率和強度的量度。136砂子含水的三種狀態(tài)人工砂天然砂137■我國標準規(guī)定以絕干狀態(tài)作為混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ)，易誘發(fā)混凝土質(zhì)量波動?！鋈毡臼且燥柡兔娓蔂顟B(tài)為混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ)。飽和面干骨料中所含的水不參與水化和混凝土微結(jié)構(gòu)的形成，也不參與混凝土的拌和，是屬于骨料本身的一部分，只會在混凝土硬化后自由水減少后才能出來對界面起養(yǎng)護作用。138骨料的級配應(yīng)該比較好，只有這樣，較少的細顆粒才能填充滿粗顆粒之間的空隙，這有利于減少骨料骨架中的空隙率。砂石空隙又被膠凝材料漿體填充。2.4.4細骨料的技術(shù)要求139砂的篩分析實驗■砂的粗細程度是指不同粒徑的砂混合在一起后的總體平均粗細程度。通常有粗砂、中砂、細砂之分?！錾暗念w粒級配和粗細程度用篩分析的方法進行測定。用級配區(qū)表示砂的顆粒級配，用細度模數(shù)表示砂的粗細。140砂的篩分析方法是用一套孔徑為9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、及600μm、300μm、150μm的標準方孔篩，將質(zhì)量為500g的干砂試樣由粗到細依次過篩，然后稱得余留在各個篩上的砂子質(zhì)量（g），計算分計篩余百分率ai（各號篩的篩余量與試樣總量之比）、累計篩余百分率Ai（該號篩的篩余百分率加上該號篩以上各篩余百分率之和）。分計篩余與累計篩余的關(guān)系見表5.1。根據(jù)下列公式計算砂的細度模數(shù)(Mx)：141砂的粗細程度——細度模數(shù)Mx篩孔尺寸，mm分計篩余，%累計篩余，%5.002.501.250.6300.3150.160a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a63.7-3.1粗砂3.0-2.3中砂2.2-1.6細砂細度模數(shù)142/%1區(qū)2區(qū)3區(qū)/mm1區(qū)２區(qū)３區(qū)過細砂區(qū)過粗砂區(qū)/%

篩分曲線超過3區(qū)往左上偏時，表示砂過細，拌制混凝土?xí)r需要的膠凝材料漿量多，易使混凝土收縮增大；超過1區(qū)往右下偏時，表示砂過粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且內(nèi)摩擦大，不易振搗成型。處于2區(qū)級配的砂，其粗細適中，級配較好，是配制混凝土的最理想的級配區(qū)。143例2-9．某干砂500g的篩分結(jié)果如下表所列。試計算該砂的細度模數(shù)并評定其級配144145146147粗骨料粗骨料的級配原理和要求與細骨料基本相同。級配試驗采用篩分法測定，即用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90.0mm等12種孔徑的方孔篩進行篩分。粗骨料級配按供應(yīng)情況可分為連續(xù)粒級和單粒粒級兩種。連續(xù)級配是石子粒級呈連續(xù)性，即顆粒由小到大，每級石子占一定比例。連續(xù)級配骨料與天然骨料情況比較接近，是工程上最常用的級配。2.4.5粗骨料的技術(shù)要求148149粗骨料的分倉上料■為保證粗骨料的良好級配，降低空隙率，目前越來越多的重要工程和商品混凝土攪拌站采用5-10mm和10-20mm兩級配或三級配分別計量上料。■原因是即使采石場做到了級配，運到現(xiàn)場也沒有了級配，因此要求一律采用分單粒級進料分級封閉儲存，級配后分級上料。

用連續(xù)級配的骨料配制的混凝土混合料，和易性較好，不易發(fā)生離析現(xiàn)象。易于保證混凝土的質(zhì)量，便于大型混凝土攪拌站使用，適合泵送混凝土。單粒粒級骨料配制混凝土?xí)哟笏嘤昧?，對混凝土的收縮等性能造成不利影響，但它可以通過各粒級的不同組合，配制成各種不同要求的級配骨料，以保證混凝土的質(zhì)量和施工要求，也可與連續(xù)粒級混合使用，以改善其級配或配成較大粒度的連續(xù)粒級。150

另外還有一種間斷級配，是人為地剔除某些中間粒級顆粒，大骨料空隙由小許多的小粒徑顆粒填充，故能降低骨料的空隙率，增加密實度，節(jié)約水泥。按理論上計算，當(dāng)分級增大時骨料空隙率的降低速率較連續(xù)級配大，可較好地發(fā)揮骨料的骨架作用而減少水泥用量，適用于低流動性或干硬性混凝土。但間斷級配骨料配制的混凝土拌和物往往易于離析、和易性較差，施工困難，工程中較少采用。151

水工混凝土所用粗骨料粒徑大、用量多，為獲得級配良好的粗骨料，同時為避免堆放、運輸石子時產(chǎn)生分離，常常將石子先篩分為若干單粒級分別堆放。單粒級常分為4級，即：5～20mm（小石），20～40mm（中石），40～80mm（大石），80～120（或150）mm（特大石）。然后根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)情況及施工條件，確定最大粒徑后，在混凝土拌和時再選擇采用一級、二級、三級或四級的石子配合使用。152譬如：若石子最大粒徑為20mm，采用一級配，即只用小石一級；最大粒徑為40mm，采用二級配，即用小石與中石兩粒級組合；最大粒徑為80mm，采用三級配，即用小石、中石、大石三粒級組合；最大粒徑為120（或150）mm，采用四級配，即用小石、中石、大石、特大石四粒級組合。各級石子的配合比例，需通過試驗來確定最佳的比例，其原理為空隙率達到最小或堆密度最大且滿足混凝土拌合物和易性要求。附表1中配合比例可供參考使用。153154最大粒徑（mm）粒級（mm）總計(%)5～2020～4040～6040～8080～150（120）石子比例(%)406080150（120）45～6035～5025～3515～2540～5525～3515～2550～6535～5025～3530～45100100100100附表1粗骨料級配選擇參考值

在實際工程中，必須將試驗選定的最優(yōu)級配與料場中天然級配結(jié)合起來考慮，要進行調(diào)整與平衡計算，以減少骨料生產(chǎn)中的棄料。施工現(xiàn)場的分級石子中往往存在超、遜徑現(xiàn)象。超（遜）徑是指在某一級石子中混有大于（小于）這一級粒徑的石子。規(guī)范規(guī)定，以原孔篩檢驗，超徑量應(yīng)小于5%，遜徑量應(yīng)小于10%；以超遜徑篩檢驗，超徑為零，遜徑量小于2%。若不符合要求，要進行二次篩分或調(diào)整骨料級配。國家標準GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》規(guī)定，粗骨料級配應(yīng)符合表4.2的要求。155156石的最大粒徑（Dmax）■混凝土粗骨料的最大粒徑不得超過結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋間最小凈距的3/4；■對于混凝土實心板，骨料的最大粒徑不宜超過板厚的1/2，且不得超過50mm；■對于泵送混凝土，骨料最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5?！鰹楸苊饣炷岭y以流入模板和鋼筋之間的空隙，最大粒徑不得超過保護層厚度的2/3為宜。157最大粒徑對混凝土變化帶來兩種相反效果■膠凝材料和稠度相同，用通過粒徑較大的骨料比粒徑較小的骨料配制混凝土所需拌合水用量少；■粒徑較大的骨料使界面過渡區(qū)有更多微裂紋，從而更加薄弱；■對高強混凝土28天強度的影響更顯著?！鲆话闱闆r，水膠比一定時，減少骨料粒徑會提高拉-壓強度比。骨料粒徑大于保護層厚度造成的缺陷砂漿收縮是混凝土的兩倍158159粗骨料的粒徑效應(yīng)◆Dm增大，削弱了粗集料與水泥漿體的黏結(jié)，增大了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性；◆粗骨料對水泥硬化體收縮起約束作用，由于二者彈性模量不同，因而混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，Dm增大，拉應(yīng)力增大；◆Dm增大，界面過渡區(qū)的氫氧化鈣晶體的定向排列程度增大。160粗骨料的粒徑效應(yīng)水膠比越低，粗骨料粒徑對滲透性和強度的影響越大；抗?jié)B性和強度隨最大粒徑的減小而提高，彈性模量有所下降，收縮增大。161骨料粒徑對混凝土滲透性的影響162骨料粒徑與混凝土抗凍性的關(guān)系163石子粒徑和混凝土強度的關(guān)系164粗骨料強度碎石的強度可用抗壓強度和壓碎指標值表示，卵石的強度只用壓碎指標值表示。巖石立方強度試驗，是用母巖制成50×50×50mm立方體，或直徑與高度均為50mm的圓柱體試樣，浸泡水中4８ｈ，待吸水飽和后進行抗壓試驗。165強度與彈性模量現(xiàn)行標準中對于高強混凝土，要求粗骨料巖石抗壓強度至少應(yīng)比混凝土設(shè)計強度高30%。對于普通等級干硬性混凝土、塑性混凝土仍要求粗骨料巖石抗壓強度至少應(yīng)比混凝土設(shè)計強度高20%。配制C60以下的泵送混凝土?xí)r，對普通石子可不要求強度166強度與彈性模量

過去教科書中要求巖石強度與混凝土強度之比應(yīng)該不小于1.5的說法忽略了現(xiàn)代混凝土是以預(yù)拌泵送混凝土為主，石子在混凝土中呈懸浮狀態(tài)，混凝土強度基本上與骨料強度相關(guān)不大的現(xiàn)狀。至于玄武巖比石灰?guī)r配制的混凝土強度高的機理是不是由于強度高還有待研究。167主要儀器設(shè)備（1）壓力試驗機：量程300kN，示值相對誤差2%；（2）壓碎值測定儀（圓模）：見圖4.4；（3）天平、臺秤：稱量1kg，感量1g，臺秤：稱量10kg，感量10g；（4）方孔篩：孔徑分別為2.36mm、9.50mm及19.0mm篩各一只；（5）其他：直徑10mm墊棒，長500mm圓鋼。圖4.4壓碎指標測定儀（單位：mm）1-把手；2-加壓頭；3-圓模；4-底盤；5-手把試驗方法（1）按規(guī)定取樣，風(fēng)干后篩除大于19.0mm及小于9.5mm的顆粒，并除去針片狀顆粒，拌勻后分成大致相等的三份備用。（2）稱取試樣3000g，精確至1g。將試樣分兩次裝入圓模，每次裝完后，在底盤下墊放一根圓鋼，左右交替顛擊地面25次，平整模內(nèi)試樣表面，壓上蓋頭。當(dāng)圓模裝不下3000g試樣時，以裝至距圓模上口10mm為準。（3）將圓模放在壓力試驗機上，蓋上加壓頭，開動試驗機，按1kN/s的速度均勻加荷至200kN并穩(wěn)荷5s，然后卸荷。（4）取下加壓頭，到出試樣，用孔徑2.36mm的篩篩除被壓碎的顆粒，并稱取篩余量，精確至1g。168169計算壓碎指標：δa---------壓碎指標值，%；ｍ0--------試樣質(zhì)量，g；m1--------壓碎試驗后試樣的篩余量，g。壓碎指標值越小，骨料的強度越高。結(jié)果計算與評定（1）壓碎指標值按公式（4.1）計算，精確至0.1％：（2）取3次測定的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果，精確至1％。170各種巖石抗壓強度（美國）種類試樣數(shù)目抗壓強度（MPa）平均最大最小花崗巖278181257114石灰石24115924193砂巖7913124044大理石3411724451石英巖26252423124片麻巖3614723594多數(shù)巖石的強度在100-300MPa之間，同種巖石的強度相差很大，值得重視。171

骨料對混凝土強度的影響骨料強度對普通強度混凝土的影響很小，因為骨料的強度比混凝土中水泥石基體和界面過渡區(qū)的強度要高出數(shù)倍。換句話說，破壞是由其他兩相決定，絕大多數(shù)天然骨料的強度得不到利用。然而，除了強度，骨料的其他特性，如粒徑、形狀、表面結(jié)構(gòu)、級配和礦物組成都在不同程度上影響著混凝土的強度。172例如，骨料品種不同,親水性不同,拌和的混凝土強度也不同。為了使水泥漿能很好地包裹骨料表面,除水膠比外骨料還應(yīng)有良好的親水性。親水性能很好的骨料易被浸濕并形成水化物，增強了粘結(jié)力,提高了混凝土強度。相反,如果骨料表面憎水不易濕潤,將影響生成物與骨料共生條件,粘結(jié)力差,混凝土強度會降低。

骨料對混凝土強度的影響173骨料彈性模量對混凝土界面的影響骨料的彈性模量相差很大，花崗巖、暗色巖、玄武巖的彈性模量在70~140GPa之間；砂巖、石灰石巖和礫石的彈性模量在21~49GPa之間；輕骨料的彈性模量在14~21GPa之間；水泥基體的彈性模量在7~28GPa之間。粗骨料的彈性模量越高、用量越大，混凝土的彈性模量就越高，這主要體現(xiàn)在高強混凝土中。在中低等強度混凝土中使用高彈性模量石子對界面不利。2.5.1.1外加劑簡介古羅馬人用動物油脂、乳液和動物血來改善混凝土的工作性和耐久性；我國清乾隆年間用糯米、石灰加牛血建造永定河河堤；明代南京城墻用糯米汁石灰，并用桐油石灰封頂；宋代用糯米汁石灰建筑了安徽和州城墻。1742.5外加劑外加劑給混凝土帶來的影響175（1）實現(xiàn)混凝土的高流態(tài)176（2）降低用水量提高混凝土強度C60以上級別的混凝土的配制變得簡單超高性能混凝土得到迅速發(fā)展177（3）降低用水量提高混凝土耐久性原來混凝土可以耐上千年2.5.1.2混凝土外加劑的定義外加劑是在拌制混凝土過程中摻入，用以改善混凝土性能的物質(zhì)，摻量不大于水泥質(zhì)量的5%（特殊情況除外）。它能賦予新拌混凝土和硬化混凝土優(yōu)良的性能，如提高抗凍性、調(diào)節(jié)凝結(jié)時間和硬化時間、改善工作性、提高強度等等，是生產(chǎn)各種高性能混凝土和特種混凝土必不可少的組分。1782.5.1.3外加劑的分類（1）按主要功能分類①改善混凝土拌合物流變性能的外加劑：包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。②調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑：包括緩凝劑、早強劑和速凝劑。③改善混凝土耐久性的外加劑：包括減水劑、引氣劑、防凍劑、防水劑和阻銹劑等。④改善混凝土其他性能的外加劑：包括加氣劑、膨脹劑、著色劑等。1792.5.1.3外加劑的分類（2）按化學(xué)成分分類①無機物外加劑：包括各種無機鹽類、一些金屬單質(zhì)和少量氫氧化物等。如早強劑中的CaCl2和Na2SO4；加氣劑中的鋁粉；防水劑中的氫氧化鋁等。②有機物外加劑：其中大部分屬于表面活性劑的范疇，有陰離子型、陽離子型、非離子型表面活性劑等。如減水劑中的木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合物等。③復(fù)合外加劑：適當(dāng)?shù)臒o機物與有機物合制成的外加劑，往往具有多種功能或使某項性能得到顯著改善，這是協(xié)同效應(yīng)在外加劑技術(shù)中的體現(xiàn)，是外加劑的發(fā)展方向之一。1802.5.2減水劑減水劑定義減水劑是一種在混凝土拌和料坍落度相同條件下能減少拌和水量的外加劑。減水劑按其減水的程度分為普通減水劑和高效減水劑。減水率在5-10%的減水劑為普通減水劑，減水率大于10%的減水劑為高效減水劑。1812.5.2.1概述1、普通減水劑⑴木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑減水率10%，一般摻量0.25%⑵腐植酸減水劑減水率6-8%，一般摻量0.2-0.35%1822、高效減水劑⑴多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑。這類減水劑通常是由工業(yè)萘或煤焦油的萘、蒽、甲基萘等餾分，經(jīng)磺化、水解、縮合、中合、過濾、干燥而制成。由于其主要成分為萘的同系物的磺酸鹽與甲醛的縮合物，故又稱萘系減水劑，摻量0.5～1.0%,減水率10～20%。⑵水溶性樹脂系減水劑。水溶性樹脂減水劑是以一些水溶性樹脂為主要原料的減水劑，如三聚氰胺樹脂、古瑪隆樹脂等。此類減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.5%～2.0%，其減水率為15%～30%，混凝土的強度提高20%～30%，混凝土的其他力學(xué)性能和抗?jié)B性、抗凍性也得到提高，對混凝土的蒸養(yǎng)適應(yīng)性也優(yōu)于其它外加劑。1833、高