第四章 混凝土1骨料

混凝土与砂浆

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结构材料，每年世界混凝土消耗量为11亿吨，是钢材消耗量的10倍以上；混凝土是应用最广的结构材料，可用于桥梁、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动性和冲模性，容易浇注成各种形状和尺寸的结构构件；价格低廉，原材料储量丰富，分布很广。ItaipuDamSportsPalaceinRome钢丝网－砂浆2混凝土是由胶凝材料，水和粗细集料按适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。低强度混凝土＜20MPa中强度混凝土20～60MPa高强度混凝土≥60MPa按密度分按抗压强度标准值分（fcu,k）重砼＞2600kg/m3普通砼1950～2500kg/m3轻砼＜

1950kg/m3

34.1普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨料新拌混凝土100%体积60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂为了改善或提高混凝土的性能4各组成材料的作用骨料廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用降低水化热提供耐磨性水泥浆润滑作用——与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性胶结作用——包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体5各组成材料的作用水混凝土中的拌和水有两个作用:供水泥的水化反应赋予混凝土的和易性剩余水留在混凝土的孔（空）隙中使混凝土中产生孔隙对防止塑性收缩裂缝与和易性有利对渗透性、强度和耐久性不利6各组成材料的作用外加剂化学外加剂：改善混凝土的性能缓凝剂——使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂——使水泥浆凝结硬化速度加快；减水剂——减少拌和需水量；引气剂——在混凝土中引起封闭气孔；矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰硅灰矿渣7

4.1.1水泥

1.品种——五大品种水泥、特种水泥

2.强度等级——原则：高对高，低对低

3.用量——混凝土配合比设计计算确定84.1.2

骨料骨料种类来源不同：碎石、卵石(砾石)岩石种类：花岗岩、石灰石等；骨料的粒形等径多面体针片状多面体骨料表面状态表面光滑表面粗糙骨料颗粒尺寸与级配骨料的分布

91.混凝土中骨料的基本要求

具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。102、骨料的种类按照骨料粒径粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎石细骨料：粒径小于4.75mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、海砂按照骨料的密度普通骨料：堆积密度在1520~1680kg/m3的骨料

密度在2500～2700kg/m3轻骨料：堆积密度＜1120kg/m3的骨料

密度在～1000kg/m3重骨料：堆积密度＞2080kg/m3的骨料

密度在3500～4000kg/m3如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。如铁矿石、重晶石等。11碎石卵石骨料的种类12普通骨料轻骨料重骨料骨料的分类13骨料的种类按照骨料来源分为：天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、卵石、碎石等。按照岩石的主要成分分为：氧化硅矿物、碳酸盐矿物、氧化铁矿物、硫化物矿物、粘土矿物等。人工骨料：热加工骨料：膨胀页岩、膨胀蛭石等；工业副产物：矿渣、铁渣、粉渣等；再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖等。143、骨料的特性及其影响骨料的含水状态骨料的密度骨料的粒径与级配骨料的孔隙率骨料的形状骨料的表面特征骨料的弹性模量骨料的强度骨料的坚固性骨料的硬度混凝土配合比设计所要求影响新拌混凝土性能影响硬化混凝土性能15骨料的粒径及其分布骨料粒径及其分布粗骨料：最大粒径与颗粒级配；细骨料：细度模数与颗粒级配。骨料粒径与颗粒级配影响骨料堆积孔隙颗粒级配合理可减少堆积孔隙；单一粒径越大，堆积孔隙越多。粒径及其分布影响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缝

骨料粒径越大，堆积的空隙越多，所需水泥浆用量越大16关于骨料粒径及其分布的几个基本概念颗粒级配指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况——不同粒径颗粒的分布。粗细程度指的是不同粒径细骨料混合在一起的总体粗细程度——平均粒径大小。最大粒径指的是粗骨料公称粒级的上限—允许最大值。171）砂子的颗粒级配与粗细程度细度模数Mx细度模数表征砂的粗细程度，可以理解为质均粒径，由筛分法测定。细度模数越大，骨料越粗，根据细度模数将砂分为：细砂（2.2~1.6）；中砂（3.0~2.3）；粗砂（3.7~3.1）。级配曲线级配曲线表示不同粒径砂的颗粒搭配情况；根据级配曲线分为三个区：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。18颗粒级配与细度模数的测定筛分法：砂子标准筛：9.504.752.361.180.600.300.15mm共七个孔径的筛。方法：将500g烘干的砂子试洋由粗到细一次过筛，然后称出余留在各个筛上的砂子质量。计算：各个筛上的余量为分计筛余ai，各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余Ai。

则：累计筛余Ai=

ai

（i=1……i）然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线。并用下式计算细度模数：

uf

=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100—A1)19砂石集料在土木工程中，以矿质混合料的形式与结合料组配.组配要求：多种集料按照一定的比例搭配起来，以达到

较高的密实度

和较大的摩擦力及较小的比表面积。可采用的级配类型：有连续级配和间断级配两种。如图所示：20

天然砂规格筛孔尺寸通过各孔筛的质量百分率/%粗砂中砂细砂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砂子颗粒级配的调整筛孔尺寸甲乙4.75002.360401.1847060050903007095150100100级配区比Ⅱ区偏细比Ⅰ区偏粗22筛孔尺寸甲乙甲25%+乙75%甲50%+乙50%4.7500002.3604030201.1847053.5376005090807030070958982.5150100100100100级配区比Ⅱ区偏细比Ⅰ区偏粗符合Ⅰ区要求符合Ⅱ区要求23问题？砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什么？答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程度的差别。细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细度模数相同吗？答：细度模数相同，级配不一定相同；但级配相同，细度模数一定相同。242）石子的颗粒级配石子的级配有连续级配和间断级配两种：连续级配要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有适当比例，这种级配较好；间断级配是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成粒级的间断，大粒径骨料间的空隙由比其小几倍的小粒径颗粒填充，从而降低堆积空隙率。石子的颗粒级配也用筛分法测定。

25（3）骨料的形状与表面特征骨料的形状

骨料颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有：等径颗粒球形体颗粒：没有菱角和边；多面体颗粒：有菱角和边。针状颗粒—长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍；片状颗粒—厚度小于平均粒径的0.4倍。骨料的表面特征表面粗糙程度；是否有菱角；干净程度等。等径颗粒骨料针片状骨料颗粒针片状球状26表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响混凝土的成本。影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动。影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大。影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料27（4）骨料的含水状态

骨料含水有四种状态：完全干燥骨料表面及内部完全不含水；气干骨料表面完全不含水，而内部可能含小量水；饱和面干骨料的表面干燥而颗粒内部的孔隙含水饱和，此时的含水率为饱和面干吸水率。含水湿润骨料表面吸附水且湿润对应的含水量：吸水量；有效吸水量；表面含水量。28含水状态：完全干燥气干饱和面干含水湿润含水量：不含水＜有效含水量＝有效含水量＞有效含水量完全干燥气干饱和面干含水湿润（4）骨料的含水状态

29骨料含水量的影响骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。骨料在饱和面干状态时，既不会从混凝土中吸水，也不会给出水。所含的水对混凝土无有害作用。湿润状态下的自由水将成为混凝土拌和水的一部分，影响混凝土的和易性、强度和耐磨性。30（5）骨料的有害杂质有害杂质的种类：粘土、泥块、云母；硫酸盐、硫化物、有机质；活性SiO2；针片状颗粒等。有害杂质的危害：影响水泥的水化、腐蚀水泥石；影响混凝土的和易性影响混凝土的强度与耐磨性；增大混凝土的收缩；引起碱－骨料反应等。含泥量很大的骨料31（6）碱－骨料反应定义：

骨料中的活性SiO2与水泥中的Na＋、K＋等碱金属离子间的形成碱－硅酸盐凝胶的化学反应；危害：

在骨料与水泥石的界面产生的碱－硅酸盐凝胶吸水后体积膨胀，导致水泥石开裂；原因：水泥中的含碱(Na2O、K2O)量＞0.6%骨料中含有活性SiO2

；检验方法：

砂浆棒法，膨胀率＜0.10%。碱－硅酸盐凝胶32（7）骨料的坚固性与强度骨料的坚固性骨料不因干/湿循环或冻/融循环等气候变化而产生体积变化导致混凝土的劣化。骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。粗骨料的强度对混凝土强度有一定影响，要求骨料强度是混凝土配制强度的1.5倍。331）砂子的坚固性定义：砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力。测试方法：用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经5次循环后其质量损失率作为其评价指标。测试原理：硫酸钠(NaSO410H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。342）石子的强度与坚固性强度一般以碎石或卵石的立方体强度或压碎指标来表示。

立方体强度用505050mm3的立方体(或5050

mm的圆柱体)岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。压碎指标将气干状态下10~20mm的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在160~300s内加荷至200kN，卸荷后称取试样质量（G），然后用孔径为2.5mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（G1）。

压碎指标=[(G-G1)/G]100%

坚固性

可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固性。

354.

混凝土用砂的技术要求

混凝土用砂的级配曲线一般应在Ⅱ区，以中砂为宜。有害杂质含量符合国家标准(GB/T14684-2001)的要求。坚固性质量损失率

8%~10%。表观密度应大于2500kg/m3，堆积密度应大于1350kg/m3,空隙率应小于47％。经碱-骨料反应检验后，应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。365.混凝土用石子的技术要求

最大粒径Dmax要求：

中等强度的混凝土的最大粒径应40mm；高等级混凝土应25mm。对于钢筋混凝土，Dmax

结构断面尺寸的1/4、板厚的1/2，或钢筋间最小净距的3/4。岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于150%；颗粒级配符合JGJ53-92规定。有害杂质含量应符合表4-4的规定

371.拌和用水水质不纯最常见的危害①影响混凝土的和易性和凝结；②有损于混凝土强度发展；③降低混凝土耐久性,加快钢筋腐蚀,导致预应力钢筋脆断；④使混凝土表面出现污斑等。2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。水的分类：饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。

要求：能饮用的水均能用于制备砼。4.1.3砼拌和用水38

1.外加剂的定义

——在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量不大于水泥质量的5%。（砼第五组分）

2.功能:

（1）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂、灌浆剂等）（2）调节凝结时间硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等）（3）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）（4）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱-集料反应抑制剂等）

3.掺加方法：先掺法、后掺法、同掺法。4.1.4砼外加剂39

4.常用外加剂（1）减水剂

1）技术经济效益①工作性、水泥用量不变,可以减少用水量,提高混凝土强度②用水量、水泥用量不变,可增大混凝土的流变性③工作性、强度不变,可节约水泥用量40

2）减水剂的种类①木质素磺酸盐类②聚烷基芳族磺酸盐类③三氯氰氨胶甲醛树脂磺酸盐类

3）注意①掺量为水泥量的0.5%～1.0%，减水率为10%～27%；②28d强度提高30%～50%；③当水泥用量相同和强度相近时，可使塑性混凝土的坍落度增加150mm以上。④适用于蒸养混凝土、高强混凝主、早强混凝土及流态混凝土。41

1）机理：引气剂为憎水性表面活性物质，能使搅拌过程混进的空气形成微小而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。2）常用种类：有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等阴离子表面活性剂。3）适宜掺加量：为水泥用量的0.005%～0.01%,混凝土中含气量为3%～6%4）作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少泌水和离析对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离