第四章混凝土1骨料

1、1混凝土與砂漿第 四 章2混凝土在土木工程中的重要性v混凝土是用量最大的結構材料，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；v混凝土是應用最廣的結構材料，可用于橋梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程；v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構構件；價格低廉，原材料儲量豐富，分布很廣。Itaipu DamSports Palace in Rome鋼絲網(wǎng)砂漿3混凝土是由膠凝材料，水和粗細集料按適當比例配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。合、拌制成拌和物，經(jīng)一定時間

2、硬化而成的人造石材。低強度混凝土低強度混凝土 20MPa20MPa中強度混凝土中強度混凝土 202060MPa60MPa高強度混凝土高強度混凝土 60MPa 60MPa按密度分按密度分按抗壓強度標準值分按抗壓強度標準值分（fcu,kfcu,k）重砼重砼 2600kg/m2600kg/m3 3普通砼普通砼 195019502500kg/m2500kg/m3 3輕砼輕砼 1950kg/m1950kg/m3 3 44.1 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6075%715%2540%1421%2128%3942%凝結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

3、5各組成材料的作用骨 料v廉價的填充材料，廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量節(jié)省水泥用量v混凝土的混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展v傳力作用傳力作用v降低水化熱降低水化熱v提供耐磨性提供耐磨性水泥漿v潤滑作用潤滑作用與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性性v膠結作用膠結作用包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結硬化，將砂、石骨料膠結成整體，形成固體硬化，將砂、石骨料膠結成整體，形成固體6各組成材料的作用水v混凝土中的拌和水有兩個作用混凝土中的拌和水有兩個作用: :供水泥的水化反應供水泥的水化反應

4、賦予混凝土的和易性賦予混凝土的和易性v剩余水留在混凝土的孔（空）隙中剩余水留在混凝土的孔（空）隙中使混凝土中產(chǎn)生孔隙使混凝土中產(chǎn)生孔隙對防止塑性收縮裂縫與和易性對防止塑性收縮裂縫與和易性有利有利對滲透性、強度和耐久性對滲透性、強度和耐久性不利不利7各組成材料的作用外加劑v化學外加劑：改善混凝土的性能化學外加劑：改善混凝土的性能緩凝劑緩凝劑 使水泥漿凝結硬化速度減慢；使水泥漿凝結硬化速度減慢；促凝劑促凝劑 使水泥漿凝結硬化速度加快；使水泥漿凝結硬化速度加快；減水劑減水劑減少拌和需水量；減少拌和需水量；引氣劑引氣劑在混凝土中引起封閉氣孔；在混凝土中引起封閉氣孔；v礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝

5、土性能礦物摻合料：減少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰粉煤灰硅灰硅灰礦渣礦渣8 4.1.1 4.1.1 水泥水泥 1.1.品種品種五大品種水泥、特種水泥五大品種水泥、特種水泥 2.2.強度等級強度等級原則：高對高，低對低原則：高對高，低對低 3.3.用量用量混凝土配合比設計計算確定混凝土配合比設計計算確定94.1.2 骨料v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；v骨料的粒形等徑多面體針片狀多面體v骨料表面狀態(tài)表面光滑表面粗糙v骨料顆粒尺寸與級配v骨料的分布 101.混凝土中骨料的基本要求 v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；v骨料

6、顆粒表面干凈，以保證與水泥漿有良好的粘結力； v含有害雜質少，不得含有影響水泥凝結硬化和后期混凝土耐久性的成分； v具有足夠的強度和堅固性，以保證起到骨架和傳力作用。 112、骨料的種類v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v按照骨料的密度普通骨料：堆積密度在15201680kg/m3的骨料 密度在25002700kg/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35004000kg/m3 如陶粒、煅燒頁巖、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、泡

7、沫塑料顆粒等。如鐵礦石、重晶石等。12碎 石卵 石骨料的種類13普通骨料輕骨料重骨料骨料的分類14骨料的種類按照骨料來源分為：v天然巖石骨料：由天然巖石組成的骨料，如砂、卵石、碎石等。v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。v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；v再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土磚等。153、骨料的特性及其影響v骨料的含水狀態(tài)v骨料的密度v骨料的粒徑與級配v骨料的孔隙率v骨料的形狀v骨料的表面特征v骨料的彈性模量v骨料的強度v骨料的堅固性v骨料的硬度混凝土配合比設計所要求影響新拌混凝土性能影

8、響硬化混凝土性能16骨料的粒徑及其分布v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。v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。v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17關于骨料粒徑及其分布的幾個基本概念v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。v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。v最大粒徑 指的是粗骨料公稱粒級的上限允許最大值。181）砂子的顆

9、粒級配與粗細程度v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（2.21.6）；中砂（3.02.3）；粗砂（3.73.1）。v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)：、；級配間接反映了砂顆粒的堆積密度。19顆粒級配與細度模數(shù)的測定v篩分法 ：砂子標準篩：9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15mm 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

10、為累計篩余Ai。 則：累計篩余Ai = ai （i = 1i） 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 /(100A1) 20砂石集料在土木工程中，以礦質混合料的形式與結合料組配砂石集料在土木工程中，以礦質混合料的形式與結合料組配. .組配要求：組配要求：多種集料按照一定的比例搭配起來，以達到多種集料按照一定的比例搭配起來，以達到 較高的密實度較高的密實度 和和 較大的摩擦力較大的摩擦力及及較小的比表較小的比表面積面積。 可采用的可采用的級配類型：級配類型：有有連續(xù)級配連續(xù)級配 和和 間斷級配間斷級配 兩

11、種。如圖兩種。如圖所示所示 ：21天然砂規(guī)格篩孔尺寸篩孔尺寸通過各孔篩的質量百分率通過各孔篩的質量百分率/%/%粗砂粗砂中砂中砂細砂細砂9.59.51001001001001001004.754.759090100100909010010090901001002.362.36656595957575909085851001001.181.18353565655050909075751001000.60.61515303030306060606084840.30.35 520208 83030151545450.150.150 010100 010100 010100.0750.0750 05

12、50 05 50 05 522砂子顆粒級配的調(diào)整篩孔尺篩孔尺寸寸甲甲乙乙4.75002.360401.1847060050903007095150100100級配區(qū)級配區(qū)比比區(qū)區(qū)偏細偏細比比區(qū)偏區(qū)偏粗粗23篩孔尺寸篩孔尺寸甲甲乙乙甲甲25%+乙乙75%甲甲50%+乙乙50%4.7500002.3604030201.1847053.5376005090807030070958982.5150100100100100級配區(qū)級配區(qū)比比區(qū)偏區(qū)偏細細比比區(qū)區(qū)偏粗偏粗符合符合區(qū)要區(qū)要求求符合符合區(qū)區(qū)要求要求24問題？v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

13、程度的差別。v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。252）石子的顆粒級配v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。v石子的顆粒級配也用篩分法測定。 26（3）骨料的形狀與表面特征v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。針狀顆粒 長度大于顆粒所屬的平

14、均粒徑的2.4倍；片狀顆粒 厚度小于平均粒徑的0.4倍。v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27表面特征與形狀對混凝土性能的有何影響？v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。v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。v影響混凝土中界面區(qū)的結合力，粗糙表面骨料與水泥漿的界面結合力較大。v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28（4）骨料的含水狀態(tài) v骨料含水有四種狀態(tài)：完全干燥 骨料

15、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v對應的含水量：吸水量；有效吸水量；表面含水量。29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) 30骨料含水量的影響v骨料的含水率以骨料的干質量為基數(shù)計算。v計算混凝土配合比時，應扣除骨料所含的水。v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。v濕潤狀態(tài)下的自由

16、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。31（5）骨料的有害雜質v有害雜質的種類：粘土、泥塊、云母；硫酸鹽、硫化物、有機質；活性SiO2；針片狀顆粒等。v有害雜質的危害：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；引起堿骨料反應等。 含泥量很大的骨料32（6）堿骨料反應v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；v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；v原因：水泥中的含堿(Na2O、K2O)量0.6%骨料中含有活性SiO2 ；v檢驗方法：

17、 砂漿棒法，膨脹率0.10%。堿硅酸鹽凝膠33（7）骨料的堅固性與強度v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。v骨料的堅固性取決于孔隙率、裂縫和雜質。v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。341）砂子的堅固性v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。 v測試方法： 用硫酸鈉溶液浸泡檢驗，試樣經(jīng)5次循環(huán)后其質量損失率作為其評價指標。v測試原理： 硫酸鈉(NaSO4 10H2O)在砂的孔隙中結晶時將產(chǎn)生體積膨脹，使砂內(nèi)部產(chǎn)生作用于孔壁的應力，如堅固性不好將會使砂碎裂。352）石子的強度與堅

18、固性v強度強度 一般以碎石或卵石的立方體強度或壓碎指標來表示。一般以碎石或卵石的立方體強度或壓碎指標來表示。 立方體強度立方體強度 用用50 50 50mm3的立方體的立方體(或或 50 50 mm的圓柱體的圓柱體)巖石試件，吸水飽和后測定的試件抗壓強度。巖石試件，吸水飽和后測定的試件抗壓強度。壓碎指標壓碎指標 將氣干狀態(tài)下將氣干狀態(tài)下1020mm的石子，按一定方的石子，按一定方法裝入特制的圓柱筒內(nèi)，在法裝入特制的圓柱筒內(nèi)，在160300s內(nèi)加荷至內(nèi)加荷至200kN，卸荷后稱取試樣質量（卸荷后稱取試樣質量（G），然后用孔徑為），然后用孔徑為2.5mm的篩的篩進行篩分，稱取試樣的篩余量（進行篩分

19、，稱取試樣的篩余量（G1）。 壓碎指標壓碎指標 = (G-G1 )/G 100% v堅固性堅固性 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。性。 364. 混凝土用砂的技術要求 v混凝土用砂的級配曲線一般應在區(qū)，以中砂為宜。 v有害雜質含量 符合國家標準(GB/T14684-2001)的要求。v堅固性 質量損失率 8%10%。v表觀密度應大于2500kg/m3，堆積密度應大于1350kg/m3 ,空隙率應小于47。v經(jīng)堿-骨料反應檢驗后，應無裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象。 375. 混凝土用石子的技術要求 v最大粒徑最大粒徑Dmax要

20、求：要求： 中等強度的混凝土的最大粒徑應中等強度的混凝土的最大粒徑應 40mm； 高等級混凝土應高等級混凝土應 25mm。 對于鋼筋混凝土，對于鋼筋混凝土，Dmax 結構斷面尺寸的結構斷面尺寸的1/4、板厚的、板厚的1/2，或鋼筋間最小凈距的，或鋼筋間最小凈距的3/4。v巖石強度與混凝土設計強度等級之比不應小于巖石強度與混凝土設計強度等級之比不應小于150%； v顆粒級配顆粒級配 符合符合JGJ53-92規(guī)定。規(guī)定。v有害雜質含量有害雜質含量 應符合表應符合表4-4的規(guī)定的規(guī)定 381.1.拌和用水水質不純最常見的危害拌和用水水質不純最常見的危害 影響混凝土的和易性和凝結；影響混凝土的和易性和

21、凝結； 有損于混凝土強度發(fā)展；有損于混凝土強度發(fā)展； 降低混凝土耐久性降低混凝土耐久性, ,加快鋼筋腐蝕加快鋼筋腐蝕, ,導致預應力鋼筋脆斷；導致預應力鋼筋脆斷； 使混凝土表面出現(xiàn)污斑等。使混凝土表面出現(xiàn)污斑等。2.2.為保證混凝土的質量和耐久性，必須使用合格水。為保證混凝土的質量和耐久性，必須使用合格水。水的分類：水的分類：飲用水、地表水、地下水、海水以及經(jīng)適當處理飲用水、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?；蛱幹煤蟮墓I(yè)廢水。 要求：要求：能飲用的水均能用于制備砼。能飲用的水均能用于制備砼。4.1.3 4.1.3 砼拌和用水砼拌和用水39 1.1.外加劑的定義外加劑的定

22、義 在拌制砼過程中摻入能改善砼性能的物質，一般摻量在拌制砼過程中摻入能改善砼性能的物質，一般摻量 不大于水泥質量的不大于水泥質量的5%5%。（砼第五組分）（砼第五組分） 2.2.功能功能: : （1 1）改善流變性能（減水劑、引氣劑、泵送劑、保水劑、灌漿）改善流變性能（減水劑、引氣劑、泵送劑、保水劑、灌漿劑等）劑等） （2 2）調(diào)節(jié)凝結時間）調(diào)節(jié)凝結時間 硬化性能（緩凝劑、早強劑、速凝劑等）硬化性能（緩凝劑、早強劑、速凝劑等） （3 3）改善耐久性（引氣劑、阻銹劑、防水劑等）改善耐久性（引氣劑、阻銹劑、防水劑等） （4 4）改善其他性能（加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、堿）改善其他性能（加氣劑

23、、膨脹劑、防凍劑、著色劑、堿- -集料反應集料反應 抑制劑等）抑制劑等） 3.3.摻加方法：摻加方法：先摻法、后摻法、同摻法。先摻法、后摻法、同摻法。4.1.4 4.1.4 砼外加劑砼外加劑40 4.4.常用外加劑常用外加劑 （1 1）減水劑）減水劑 1 1）技術經(jīng)濟效益）技術經(jīng)濟效益 工作性、水泥用量不變工作性、水泥用量不變, ,可以減少用水量可以減少用水量, ,提高混凝提高混凝土強度土強度 用水量、水泥用量不變用水量、水泥用量不變, ,可增大混凝土的流變性可增大混凝土的流變性 工作性、強度不變工作性、強度不變, ,可節(jié)約水泥用量可節(jié)約水泥用量41 2 2）減水劑的種類）減水劑的種類 木質素

24、磺酸鹽類木質素磺酸鹽類 聚烷基芳族磺酸鹽類聚烷基芳族磺酸鹽類 三氯氰氨膠甲醛樹脂磺酸鹽類三氯氰氨膠甲醛樹脂磺酸鹽類 3 3）注意）注意 摻量為水泥量的摻量為水泥量的0.5%0.5%1.0%1.0%，減水率為，減水率為10%10%27%27%； 28d 28d強度提高強度提高30%30%50%50%； 當水泥用量相同和強度相近時，可使塑性混凝土的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坍落度增加150mm150mm以上。以上。 適用于蒸養(yǎng)混凝土、高強混凝主、早強混凝土及流適用于蒸養(yǎng)混凝土、高強混凝主、早強混凝土及流態(tài)混凝土。態(tài)混凝土。421 1）機理：）機理：引氣劑為憎水性表面活性

25、物質，能使攪拌過程混進引氣劑為憎水性表面活性物質，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。的空氣形成微小而穩(wěn)定的氣泡、均勻分布于混凝土中。2 2）常用種類：）常用種類：有松香熱聚物、烷基磺酸鈉和烷基苯碳酸鈉等陰有松香熱聚物、烷基磺酸鈉和烷基苯碳酸鈉等陰離子表面活性劑。離子表面活性劑。3 3）適宜摻加量：）適宜摻加量：為水泥用量的為水泥用量的0.005%0.005%0.01%,0.01%,混凝土中含氣量混凝土中含氣量為為3%3%6%6%4 4）作用：）作用：由于氣泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；減少由于氣泡的存在，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

26、土，由于氣泡彼此隔離，切斷毛細孔泌水和離析對硬化后的混凝土，由于氣泡彼此隔離，切斷毛細孔通道，使水分不易滲入。又可緩沖其結冰膨脹的作用，因而提高通道，使水分不易滲入。又可緩沖其結冰膨脹的作用，因而提高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性和抗蝕性?；炷恋目箖鲂?、抗?jié)B性和抗蝕性。5 5）缺點：）缺點：由于氣泡的存在，混凝土強度有些降低。由于氣泡的存在，混凝土強度有些降低。（2 2）引氣劑）引氣劑431 1）機理）機理 早強劑是加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑。早強劑對水早強劑是加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑。早強劑對水泥中的硅酸三鈣和硅酸二鈣等礦物的水有催化作用，能加速水泥中的硅酸三鈣和硅酸二鈣等礦物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早強的作用。泥的水化和硬化，而具有早強的作用。2 2）種類）種類 常用的早強劑有三類：無機鹽類、有機鹽類和有機復合早常用的早強