骨料、矿物掺合料

第二节 混凝土组成材料 1 一 骨料的定义 均匀分布于胶凝材料之中 起填充 支撑或改性作用的颗粒状的材料 称之为骨料 又叫集料 2 二 骨料的分类 1 按照骨料的颗粒尺寸划分 细骨料 0 16mm 5mm 含5mm 粗骨料 5mm Dmax 2 按来源分类 天然骨料人造骨料工业灰渣骨料 3 细骨料 砂 4 一 细骨料的定义 粒径在0 16 5mm之间的岩石颗粒称为细骨料 又叫砂 sand 二 细骨料的分类天然砂 人工砂 0 16 5mm破碎岩石 工业灰渣砂 炉渣 矿渣 有利于资源利用 但质量不稳定 5 三 砂的性质及技术要求 6 1 砂的表观密度及堆密度 砂的表观密度 一般在2 6 2 7g cm3 表观密度越大 吸水率越小 干燥状态下堆密度 砂的堆积密度在1 35 1 55g cm3 一般可取1 45g cm3干燥状态下空隙率为35 45 7 砂的含水率计算 式中 w 材料的含水率 m 材料湿重 gm 材料干重 g 8 2 砂的含水状态对工程的意义 计算普通混凝土配合比时 一般以干燥状态的骨料为基准 按W C确定用水量时 应补充干骨料的吸水 当骨料是润湿态时 要考虑扣除骨料的表面水 按体积比例配料时 砂的湿胀现象需加以注意 9 2 砂中有害杂质及危害 含泥量 泥块含量 云母含量 硫化物及硫酸盐含量 轻物质含量 煤粒 贝壳粒 软颗粒 密度小于2 0g cm3 有机质含量 氯化物含量 10 3 砂的粗细程度 砂的粗细程度 是指不同粒径的砂粒 混合在一起后的总体的粗细程度 砂的粗细程度细度模数Mx砂的粗细程度对工程的意义在相同用砂量条件下 一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥为省 11 细度模数Mx的定义及测定 一套孔径 净尺寸 为4 75 2 36 1 18 0 60 0 300 0 15mm的6个标准筛 500g干砂试样由粗到细依次过筛 然后称量余留在各筛上的砂重 并计算出各筛上的分计筛余百分率 由分计筛余百分率计算累计筛余百分率 12 累计筛余与分计筛余百分率关系 13 细度模数的计算 14 称取干燥状态下的砂子500g 进行筛分试验 已知4 75 2 36 1 18 0 06 0 03 0 015 筛底各筛上的分计筛余重量为39g 77g 70g 78g 95g 106g 34g 求其细度模数 15 按细度模数将砂分类 普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3 7 0 7 理想的细度模数为2 75 其中 Mx在3 7 3 1为粗砂 Mx在3 0 2 3为中砂 Mx在2 2 1 6为细砂 Mx在1 5 0 7为特细砂 16 4 砂的级配 不同大小颗粒和数量比例的砂子的组合或搭配情况 谓之颗粒级配 常用砂的筛分析方法进行测定 用级配曲线表示砂的级配 17 级配曲线的作法 以累计筛余百分率为纵坐标 以筛孔尺寸为横坐标 画出砂的筛分曲线 通过观察所计算的砂的筛分曲线是否完全落在三个级配区的任一区内 即可判定该砂级配的合格性 18 砂的级配区范围 JGJ52 92 19 筛分曲线图 20 砂级配的选择 配制混凝土时宜优先选用 区砂 当采用 区砂时 应适当提高砂率 并保证足够的水泥用量 以满足混凝土的和易性 当采用 区砂时 宜适当降低砂率 以满足混凝土强度 21 5 砂的坚固性 定义 是指砂在气候 环境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力 按标准规定 用饱和硫酸钠溶液检验 砂样经5次循环后其质量损失应符合下表的规定 砂的坚固性指标 JGJ52 92 22 粗骨料 三峡大坝石料厂 23 一 粗骨料定义 粒径 5mm的岩石颗粒二 分类 1 按密度分类 重骨料 普通骨料 轻骨料2 按来源分类 24 三 粗骨料的性质及技术要求 25 1 表观密度 堆密度 吸水率 表观密度 og 2500 2900kg m3 堆密度 o 1500 1800kg m3 空隙率P 37 44 吸水率Wg 3 26 2 最大粒径 Dmax D95 公称粒级的上限 如20 40mm 正效应 随着石子粒径增大 混凝土强度与石子粒径正相关 负效应 当石子最大粒径超过一定值后 如40mm 混凝土强度与石子粒径负相关 27 Dmax选择原则 不能大于钢筋最小间隙3 4 不能大于结构截面最小尺寸1 4 28 3 Dmax与混凝土强度的关系 对于低强度砼贫砼 水泥80mm 越有利于提高强度 对于普通强度等级砼 C20 C40 当Dmax40mm时 Dmax 砼强度对于高强度砼宜选Dmax 25mm碎石 29 4 粗骨料的颗粒级配 定义 大小石子之间的相互搭配情况 级配测定的12个标准筛 2 5 5 10 16 20 25 31 5 40 50 63 80mm及100mm等 级配种类连续级配 骨料颗粒尺寸由大至小连续分布 其中每一级骨料都占有适当比例 间断级配或单级配 骨料粒级是间断的 缺少中间一级或几级的级配 30 碎石或卵石的颗粒级配范围图 31 理想的颗粒级配 在拌制混凝土时 砂的粗细和颗粒级配应同时考虑 32 5 有害杂质限量 含泥量泥块含量硫酸盐 硫化物含量有机物含量针 片状颗粒含量 33 6 骨料颗粒形状及表面特征 1 颗粒形状理想的颗粒形状 三维长度相等或相近的球形或立方体形颗粒 针 片状颗粒不仅本身受力时容易折断 影响混凝土的强度 而且会增大骨料的空隙率 针 片状颗粒含量要求 34 2 针 片状定义 针状颗粒 指颗粒长度大于颗粒平均粒径2 4倍者 片状颗粒 指颗粒平均厚度小于骨料平均粒径0 4倍者 平均粒径 指该粒级上 下限粒径的算术平均值 35 3 石子的表面特征 影响骨料与水泥石之间的粘结性能 进而影响混凝土的强度 碎石 表面粗糙而且具有吸收水泥桨的孔隙特征 所以它与水泥石的粘结能力强 卵石 表面光滑且少棱角 与水泥石的粘结能力较差 但混凝土拌合物的和易性较好 在相同条件下 碎石混凝土比卵石混凝土强度高10 左右 36 6 骨料的碱活性 骨料中的活性SiO2 如蛋白石 玉髓等 或活性碳酸盐 如白云石质石灰岩 方解石质白云岩 在有水分存在的情况下 与可溶性碱 NaOH KOH 反应生成膨胀型产物破坏硬化混凝土 将骨料的这种性质叫碱活性 具有碱活性的骨料叫碱活性骨料 37 7 粗骨料的强度 岩石强度法石子相应母岩的立方体或圆柱体 50 x50 x50mmor 50X50mm 在保水状态下的抗压强度 表示石子强度 所选石子强度应不小于所配砼强度的1 5倍 而且 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45MPa 38 压碎指标是将一定质量气干状态下粒径10 20mm的石子 装入一标准圆筒内 放在压力机上在3 5min内均匀加荷达200kN 卸荷后称取试样重m0 然后用孔径为2 36mm的筛筛除被压碎的细粒 再称出剩余在筛上的试样重m1 压碎指标 a可按下式计算 压碎指标 a值愈小 表示粗骨料抵抗受压破坏的能力越强 39 普通混凝土用碎石和卵石的压碎指标 40 8 粗骨料的坚固性 soundness 在受到干湿循环 冻融循环 化学侵蚀等作用下 骨料的强度降低 质量减少的程度 称之为坚固性 可采用直接冻融或硫酸盐浸泡法测定 如F25等于5次硫酸盐浸泡烘干循环 以其质量损失率表示坚固性 41 矿物掺合料 42 一 矿物掺合料定义 在配制混凝土过程中加入的无机粉末状材料 掺量大于水泥质量的5 加入混凝土中 早期无明显的化学反应 这样的物质叫矿物掺合料 二 矿物掺合料种类 1 非活性掺合料磨细石灰石 磨细石英粉等 2 活性矿物掺合料火山灰 硅灰 粉煤灰 矿渣 烧页岩 烧煤矸石 沸石粉等 43 常见矿物掺合料 44 一 粒化高炉矿渣 1 矿渣来源 高炉炼铁 浮渣 铁矿石中的非金属矿 SiO2 Al2O3 助熔剂 石灰石 白云石等 燃料灰分 SiO2 Al2O3 2 化学成分CaO MgO SiO2 Al2O3 与硅酸盐熟料相比 其CaO低 MgO SiO2 Al2O3高 CaO SiO2 Al2O3 90 45 3 活性 从成分上讲 碱性系数 Mo 1 碱性矿渣Mo 1 中性矿渣Mo 活性Mo 1 酸性矿渣 46 质量系数K K 活性一般要求K 1 2 当 1 6时 质量优良 47 1 经济作用 2 技术作用对混凝土拌合物性能的影响提高粘性 降低离析泌水 延缓初 终凝时间 对硬化混凝土性能的影响早期强度有所降低 但后期增长率大 降低水化热 有助于防止混凝土出现温度应力裂缝 混凝土致密 提高抗渗性 抗腐蚀性提高 4 掺入矿渣粉的作用 48 二 粉煤灰 1 来源 火电厂燃煤后除尘器收集的细粉2 种类 原状灰 烟道飞灰 分级灰 加工灰 磨细灰 原状灰经再磨而成 符合I II级FA标准要求 干排灰湿排灰增湿灰 I级灰II级灰III级灰 49 二 粉煤灰 FA flyash 3 化学成分主成分 SiO2 50 Al2O3 30 少量CaO 50 二 粉煤灰 FA flyash 4 掺FA的作用 1 经济作用 2 技术作用对混凝土拌合物性能的影响具有减水作用 提高流动性和泵送性能 延缓初 终凝时间 对硬化混凝土性能的影响早期强度有所降低 但后期增长率大 降低水化热 有助于防止混凝土出现温度应力裂缝 混凝土致密 提高抗渗性 抗腐蚀性提高抗碳化能力有所降低 51 三 硅灰 1 来源 硅铁厂冶炼硅铁或硅金属的副产品 2 化学组成