第五章-混凝土用集料课件

土木工程材料

2011.5第五章混凝土用集料1可编辑课件PPT第五章混凝土用集料课题引入：集料是由不同粒径矿物质颗粒组成的混合料，它包含各种天然砂、人工砂、卵石和碎石，以及各种工业冶金矿渣。它是各类建筑工程中用量最大的一种建筑材料，可用于道路或桥梁等的圬工结构，也可以作为水泥混凝土、沥青混合料的集料，特别是在混凝土中，起骨架和填充作用。由于集料具有一定的强度，而且分布范围广，取材容易，加工方便，价格低廉，所以在混凝土施工中得到广泛应用。

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第五章混凝土用集料本章主要内容细集料粗集料3可编辑课件PPT第五章混凝土用集料第一节细集料集料种类粒径大小细集料粗集料粒径在0.15mm～4.75mm之间的岩石颗粒粒径大于4.75mm的岩石颗粒4可编辑课件PPT第五章混凝土用集料砂的分类来源天然砂、人工砂、混合砂粗、中、细和特细砂技术要求Ⅰ：宜用于强度等级≥C60的混凝土Ⅱ：宜用于强度等级C55～C30，及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土Ⅲ：宜用于强度等级≤C25的混凝土粗细程度5可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

根据《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210—2001）和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)对砂子的质量要求和技术要求主要作了明确规定。一、有害杂质有害物质会影响混凝土的强度和耐久性。（一）含泥量和泥块含量1、概念含泥量：指粒径小于75µm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75µm的颗粒含量；泥块含量：指砂中粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600µm的颗粒含量。2、砂石的含泥量的测定：一般用冲洗法（流程图），求黏土杂质总量占集料质量百分比。天然砂的含泥量和泥块含量符合表5-1的规定。6可编辑课件PPT第五章混凝土用集料表5-1天然砂含泥量和泥块含量项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25

含泥量(按质量计)，％≤2.0≤3.0

≤5.0

泥块含量(按质量计)，％≤0.5≤1.0≤2.0注：①对于有抗冻、抗渗或其他要求的小于或等于C25混凝土的用砂，其含泥量不应大于3.0%，②对于有抗冻、抗渗或其他要求的小于或等于C25混凝土的用砂，其含泥块量不应大于1.0%。7可编辑课件PPT第五章混凝土用集料砂含泥量测试流程图含泥量取样水洗试样水洗试样烘干试样8可编辑课件PPT第五章混凝土用集料（二）有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，影响混凝土的强度和耐久性等。当砂中有害物质含量多，但又无合适砂源时，可以过筛并用清水或石灰水(有机物含量多时)冲洗后使用，以符合就地取材原则。其含量应符合表5-2的规定。9可编辑课件PPT第五章混凝土用集料表5-2砂中有害物质含量项目质量指标云母(按质量计），％≤2.0轻物质含量（按质量计)％≤1.0硫化物及硫酸盐(折算成SO3，按质量计)，％≤1.0有机物含量（用比色法试验）颜色应不深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95注：①对于有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土用砂，其云母含量不应大于1.0%，②当砂中发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时，方可采用。10可编辑课件PPT

第五章混凝土用集料（三）氯离子含量按照标准要求，应符合下列规定：1.对于钢筋混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.06%（以干砂质量的百分率计）；2.对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02%（以干砂质量的百分率计）。11可编辑课件PPT

第五章混凝土用集料（四）人工砂有害物质含量当采用机制砂（不宜采用砂岩轧制机制砂）、混合砂拌制强度等级低于C30的混时，其颗粒级配在Ⅰ、Ⅱ区内中150μm筛孔的累计筛余可酌情放宽5%～10%，有害物质含量应符合表5-3的规定。12可编辑课件PPT

第五章混凝土用集料（五）石粉含量通过研究和多年实践的结论认为，人工砂中适量的石粉对混凝土质量是有益的。因人工砂颗粒尖锐、多棱角，对混凝土的和易性不利，特别是低强度等级的混凝土和易性很差，而适量的石粉存在，可弥补这一缺陷。此外，由于石粉主要是由40～75µm的微粒组成，它能完善细集料的级配，从而提高混凝土密实性。所以当采用以专门机组生产的人工砂配置混凝土时，人工砂的石粉含量应符合表5-4。

13可编辑课件PPT第五章混凝土用集料项目混凝土强度等级小于C30泥块含量（按质量计），％≤0.5云母(按质量计），％

≤1.0

硫化物及硫酸盐(折算成SO3，质量计)，％≤1.0有机物含量（用比色法试验）颜色应不深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95表5-3机制砂、混合砂有害物质含量14可编辑课件PPT第五章混凝土用集料表5-4人工砂或混合砂中石粉含量项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25亚甲蓝试验MB值<1.4（合格）石粉含量(按质量计)(％)≤5.0≤7.0≤10.0MB值≥1.4（不合格）石粉含量(按质量计)(％)≤2.0≤3.0≤5.0注：亚甲蓝MB值用于判定人工砂中粒径小于75µm颗粒，含量主要是泥土被加工母岩化学成分相同的石粉的指标。15可编辑课件PPT第五章混凝土用集料（六）海砂中贝壳含量按标准规定，海砂中的贝壳含量应符合表5-5的规定：表5-5海砂中贝壳含量混凝土强度等级≥C40C35～C30C25～C15贝壳含量(按质量计)，％≤3≤5≤816可编辑课件PPT第五章混凝土用集料项目（所处的环境条件及其性能要求）5次循环后的质量损失（%）在严寒及寒冷地区室外使用并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土；对于有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的混凝土；有腐蚀介质作用或经常处于水位变化区的地下结构混凝土≤8其他条件下使用的混凝土≤10二、砂的坚固性砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。按《普通混泥土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)，用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后，其质量损失应符合表5-6的规定。表5-6砂的坚固性指标17可编辑课件PPT第五章混凝土用集料人工砂采用压碎指标法进行检验，压碎指标值应符合表5-7的规定。表5-7砂的压碎指标项目

混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25单级最大压碎指标，％

<20

<25

<3018可编辑课件PPT

第五章混凝土用集料三、砂的颗粒级配及粗细程度（一）砂的颗粒级配

定义：是指砂中大小不同的颗粒混合后相互搭配的情况。如图5-2所示：a）b）c）图5—2集料的颗粒级配（二）砂的粗细程度

定义：砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合后总体的粗细程度。19可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

砂的选择原则在条件允许的情况下，宜尽量选择颗粒级配良好的较粗的砂，以达到减小孔隙率和总表面积，节省水泥用量，降低造价的目的。20可编辑课件PPT第五章混凝土用集料（三）砂的颗粒级配和粗细程度的评定砂的颗粒级配和粗细程度常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细程度。1.筛分析的方法：1）主要工具：即一套孔径尺寸为9.5mm、4.75mm、2.36mm，1.18mm，0.60mm，0.30mm、0.15mm的标准筛(方孔筛)。21可编辑课件PPT第五章混凝土用集料2）主要步骤：如图5-3所示。清理筛子称取500g的干砂试样筛分→m1、m2、m3、m4、m5、m6、（m7）计算分计筛余率和累计筛余率：见表5-822可编辑课件PPT第五章混凝土用集料5-8分计筛余率与累计筛余率的计算关系注：

注：分计筛余率精确至0.1%，累计筛余率精确至0.1%。筛孔尺寸（mm）筛余质量（g）分计筛余率（%）累计筛余率（%）4.752.361.180.600.30

0.1523可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

图5—3砂筛分析试验四分法取样倒入套筛中装摇筛机上振摇24可编辑课件PPT第五章混凝土用集料颗粒级配评定按标准规定，根据各筛两次试验的累计筛余百分率的平均值（精确至1%），评定该试样的颗粒级配情况。即：除特细砂外，对细度模数为3.7～1.6的普通混凝土用砂，根据筛孔为0.60mm的累计筛余百分率分成Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区共三个级配区(表5-9)。一般而言，Ⅰ区为粗砂区，Ⅱ区为中砂区，Ⅲ区为细砂区。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于表5-9中的某一个级配区内，才符合级配要求；但除4.75mm和0.6mm筛号外，允许稍有超出分区界限，但其超出总量不应大于5％，否则级配不合格。

25可编辑课件PPT第五章混凝土用集料粗细评定砂的粗细程度用细度模数表示，即：

注意：筛分析试验应采用两个试样平行试验。细度模数取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1；如两次试验的细度模数之差超过0.20时，须重新试验。

µf越大，表示砂越粗。普通混凝用砂按细度模数不同分为四级，即：

粗砂：µf=3.7～3.1中砂：µf=3.0～2.3细砂：µf=2.2～1.6特细砂：µf=1.5～0.7

26可编辑课件PPT第五章混凝土用集料表5-9砂颗粒级配区级配区累计筛余率/%公称粒径（方孔筛孔径）/mmⅠⅡⅢ10（9.5）0005.0（4.75）10～010～010～02.5（2.36）35～525～015～01.25（1.18）65～3550～1025～00.630（0.60）85～7170～4140～160.315（0.30）95～8092～7085～550.160（0.15）100～90100～90100～9027可编辑课件PPT第五章混凝土用集料注：为了更直观地反映砂的级配情况，可按表5-9的规定画出级配区曲线图

图5—4筛分曲线28可编辑课件PPT第五章混凝土用集料【例5—1】某砂样500g经筛分试验，各筛上的筛余量见表5-10，试评定砂的粗细程度和颗粒级配。表5-10砂的筛分试验结果

筛孔尺寸/mm4.752.361.180.600.300.150.15<筛余量/g2080100100758540分计筛余率/%4.016.020.020.015.017.08.0累计筛余率/%4.020.040.060.0750.92.0100

29可编辑课件PPT第五章混凝土用集料【解】根据表5-10给定的各筛上的筛余量，计算出各筛上的分计筛余率和累计筛余率，填入表5-10内。计算细度模数：

30可编辑课件PPT第五章混凝土用集料注：实际测试中，要进行两次试验，结果取2次试验数值的算术平均值作为测定值。对照砂的细度模数范围，μf=2.78在2.3～3.0之间，可知该砂属于中砂。根据表5-9可知，此砂在0.60mm筛上的累计筛余率为60%，落在Ⅱ区范围，而该筛的其它各筛的累计筛余率均未超出Ⅱ区砂的规定范围，因此，该砂属于Ⅱ区砂，颗粒级配合格。四、表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度、堆积密度、空隙率符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3；松散堆积密度大于1350kg/m3；空隙率小于47%。

31可编辑课件PPT第五章混凝土用集料第二节粗集料来源技术要求粗集料分类天然卵石人工碎石Ⅰ：宜用于强度等级≥C60的混凝土Ⅱ：宜用于强度等级C55～C30，及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土Ⅲ：宜用于强度等级≤C25的混凝土和易性好；水泥用量少；混凝土强度低。和易性差；水泥用量多；混凝土强度高。拌混凝土区别32可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

根据《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210—2001）和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)对石子的质量要求和技术要求做了明确规定。一、含泥量和泥块含量卵石、碎石的含泥量是指粒径小于75µm的颗粒含量。泥块含量是指粒径大于4.75mm，经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。粗集料中含泥量及泥块含量应符合表5-11中的规定。二、有害杂质含量石子中所含的有害杂质及其对混凝土造成的危害基本上与砂子相同。粗集料中常含有一些有害杂质，如硫化物、硫酸盐、氯化物和有机质。它们的含量应符合表5-12的规定。33可编辑课件PPT第五章混凝土用集料注：①对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求的混凝土，其所用碎石或卵石中，含泥量不应大于1.0%。当碎石或卵石中的含泥量是非黏土质的石粉时，其含泥量由表5-11的0.5%、1.0%、2.0%，分别提高到1.0%、1.5%、3.0%。②对有抗冻、抗渗或其他特殊要求的强度等级小于C30的混凝土，，其所用碎石或卵石中，含泥块量不应大于0.5%。

项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25含泥量(按质量计)，％≤0.5≤1.0≤2.0泥块含量(按质量计)，％≤0.2≤0.5≤0.7表5-11碎石、卵石中含泥量和泥块含量34可编辑课件PPT第五章混凝土用集料注：当碎石或卵当集料用量一定时，其比表面积随着粒径的增大而减小，因而包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥；而且在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高强度。因此，粗集石中发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求后，方可采用。

项目质量要求硫化物及硫酸盐含量(折算成SO3，按质量计)(％)≤1.0卵石中有机物质含量(用比色法试验)／(％)颜色应不深于标准色，当颜色深于标准色，应配置成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95表5-12碎石、卵石中有害物质含量35可编辑课件PPT第五章混凝土用集料粒形要求理想粒形：从提高混凝土强度和减小集料空隙的角度，粗集料比较理想的颗粒形状是三维长度相等或相近的球形或立方体形颗粒。针片状颗粒：针状颗粒是指颗粒长度大于集料所属粒级平均粒径2.4倍者；

片状颗粒是指颗粒厚度小于集料所属粒级平均粒径的2/5者。

平均粒径是指该粒级上、下限粒径的算术平均值。根据标准规定，卵石和碎石的针、片状颗粒含量应符合下表规定。表5-13碎石、卵石的针、片状颗粒含量

项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25针、片状颗粒(按质量计)，％≤8≤15≤2536可编辑课件PPT第五章混凝土用集料三、最大粒径及颗粒级配（一)最大粒径1、定义：粗集料公称粒级的上限（dm）称为该粒级的最大粒径，如级配为5～40mm的石子，其dm=40mm。2、选择：当集料用量一定时，其比表面积随着粒径的增大而减小，因而包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥；而且在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高强度。因此，粗集粗集料的最大粒径应在条件许可的情况下，尽量选大些。

37可编辑课件PPT第五章混凝土用集料规范规定混凝土用粗集料的最大粒径不得超过板厚的1/2或结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋间最小净距的3/4,且不得超过100mm；对于建筑用混凝土实心板,集料最大粒径不得超过板厚的1/3，且不得超过40mm。对泵送混凝土，粗集料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于l：3，卵石不宜大于1：2.5。

38可编辑课件PPT第五章混凝土用集料（二）颗粒级配粗集料的级配好坏对节约水泥、保证混凝土拌和物良好的和易性及混凝土强度有很大关系。特别是配制高强混凝土，粗集料级配特别重要。对于粗集料，有连续级配和间断级配之分。

39可编辑课件PPT第五章混凝土用集料1、连续级配:就是指颗粒由小到大，每级粗集料都占有一定比例,相邻两级径之比为N=2。天然河卵石都属于连续级配。但是这种连续级配的粒级之间会出现干扰现象。如果相邻两级粒径之D:d=6，直径小的一级集料，正好填充大一级的集料的空隙，这时集料的空隙率最低。2、间断级配:是指在连续级配中剔除一个或几个粒级，大粒径集料间的空隙由比其小很多的小粒级颗粒来填充，从而降低空隙率；因此，用间断级配的石子拌制的混凝土可以节约水泥，但由于粒径相差较大，易使混凝土拌和物出现分层离析现象，故在工程中应用较少。

40可编辑课件PPT第五章混凝土用集料3、粗集料的级配也是通过筛分析试验来确定。

根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)的规定，采用标准方孔筛，其孔径为2.36mm、4.75mm、9.5mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm、90.0mm等十二个。分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算与砂相同。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表5-14的规定。

41可编辑课件PPT第五章混凝土用集料表5-14碎石或卵石的颗粒级配范围级配情况公称粒级mm累计筛余率（%）方孔筛筛孔边长尺寸（mm）2.364.759.516.019.026.531.537.553637590连续级配5～1095～10080～1000～150————————5～1695～10085～10030～600～100———————5～2095～10090～10040～80—0～100——————5～2595～10090～100—30～70—0～50—————5～31.595～10090～10070～90—15～45—0～50————5～40—95～10070～90—30～65——0～50———42可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

表5-14碎石或卵石的颗粒级配范围级配情况公称粒级（mm）累计筛余率（%）方孔筛筛孔边长尺寸（mm）2.364.759.516.019.026.531.537.553637590单粒粒级10～20—95～10085～100—0～150——————16～31.5—95～100—85～100——0～100————20～40——95～100—80～100——0～100———31.5～63———95～100——75～10045～75—0～100—40～80————95～100——70～100—30～600～10043可编辑课件PPT第五章混凝土用集料四、集料的强度为保证混凝土强度的要求，粗集料都必须是质地坚实、具有足够的强度。碎石和卵石的强度可采用岩石立方体强度和压碎指标两种方法来检验。(一)岩石立方体强度检验适用条件：在选择石子时，对其有严格的要求时，采用抗压强度检验。测试步骤：制作试件（一组6块，边长50mm）→浸泡48h吸水饱和→强度测试→数据处理。规范规定：根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52一2006)规定，岩石的抗压强度与设计要求的混凝土强度之比不应小于1.5，对于火成岩其强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。

44可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

(二)压碎指标检验（如图5-5所示）方法是：将一定质量的气干状态下10.0～20.0mm的石子除去针、片状颗粒，装入一定规格的圆筒内，在压力试验机上在160～300s内均匀加荷至200kN，并稳定5s，然后卸荷，取出测定筒，倒出筒中的试样并称其重量（m0），用孔径为2.36mm的筛筛去被压碎的细粒，称量剩留在筛上试样的重量（m1），则：式中——压碎指标，％，精确至0.1%；

——试样质量，——压碎试验后筛余的试样质量，g。；

45可编辑课件PPT第五章混凝土用集料

对多种岩石组成的卵石，应对公称粒径20.0mm以下和20.0mm以上的标准粒级（10.0～20.0mm）分别进行检验，则其总的压碎指标值应按下式计算：式中：——压碎指标值，％；

,——试样中20.0mm以下和20.0mm以上两粒级的颗粒含量百分率；

,——两粒级以标准粒级试验的分计压碎指标值。注意：以三次试验结果的算术平均值作为压碎指标测定值。压碎指标表示粗集料抵抗受压破坏的能力，其值越小，表示抵抗压碎的能力越强。压碎指标应符合表5-15和5-16的规定。

46可编辑课件PPT第五章混凝土用集料注：沉积岩包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；喷出的火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。

表5-15普通混凝土用碎石的压碎指标岩石品种混凝土强度等级碎石压碎指标(%)沉积岩C60～C40≤10≤C35≤16变质岩或深成的火成岩C60～C40≤12≤C35≤20喷出的火成岩C60～C40≤13≤C35≤3047可编辑课件PPT第五章混凝土用集料注：岩石立方体强度的检验，常用于配制C60以上混凝土，或在选择采石场对粗集料强度有严格要求，或对粗集料质量有争议，以及需经常对生产质量进行控制的混凝土。其测试流程如图5-5所示：

表5-16普通混凝土用卵石的压碎指标混凝土强度等级C60～C40≤C35压碎指标(%)≤12≤1648可编辑课件PPT第五章混凝土用集料四分法取样

试样装入圆筒中整平筒内试样放置试验机上盖好加压头

图5-5压碎指标测试流程49可编辑课件PPT第五章混凝土用集料五、坚固性当集料由于干湿循环或冻融交替等风化作用引起体积变化而导致混凝土破坏时，即认为体积稳定性不良。具有某种特征孔结构的岩石会表现出不良的体积稳定性。曾经发现由某些页岩、砂岩等配制的混凝土较易遭受冰冻以及集料内盐类结晶所导致的破坏。集料的体积稳定性，可用硫酸钠溶液浸渍法检验其坚固性来判定。集料越密实，强度高，吸水率小时，其坚固性越好；结构疏松，矿物成分越复杂不均匀，其坚固性越差。采用硫酸钠溶液法检验，碎石和卵石经5次循环后，其质量损失应符合表5-17的规定。

50可编辑课件PPT第五章混凝土用集料表5-17碎石、卵石的坚固性指标混凝土所处的环境条件及其性能要求5次循环后的质量损失(％)在严寒及寒冷地区室外使用，并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土；有腐蚀介质作用或经常处于水位变化区的地下结构或有抗疲劳、耐磨、抗