水泥与混凝土基本知识之二——集料外加剂

1、水泥与混凝土基本知识骨料与外加剂骨料料内容 骨料的种类及基本要求 骨料的主要性能参数 骨料的技术质量要求p 混凝土的组成：水泥粗骨料(碎石或卵石)细骨料(砂)水（拌和）外加剂骨料骨料起骨架、支撑作用。本节问题：骨料的性能特征与技术指标要求？骨料骨料的定义与用途的定义与用途 骨料是岩石类材料 骨料在土木工程中的应用： 水泥混凝土、沥青混凝土、道路基础、砂浆 每年用量约为20亿吨 经济上：在不影响混凝土性能的条件下，在混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝土的成本； 骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。骨料骨料的种类的种类 按照骨料粒径粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石

2、、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15201680kg/m3的骨料 密度在25002700kg/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35004000kg/m3碎 石卵 石粗骨料的种类混凝土混凝土中骨料的基本要求中骨料的基本要求 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

3、到骨架和传力作用。 骨料骨料的主要性能参数料的主要性能参数骨料的性能（骨料的性能（1 1）：密度）：密度、表观密度与堆积、表观密度与堆积密度密度 密度测量 可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密度直接测得的密度实际是骨料的表观密度，但由于砂、石的孔隙率小，将此法测得的密度为视密度密度。大多数天然骨料的视密度为2.43.0。 堆积密度测量 砂、石的堆积密度一般用固定体积法测量；砂用5升的体积的质量确定；石用10升体积的质量确定。骨料堆积密度取决于颗粒粒径与级配 骨料的骨料的性能（性能（2 2）：骨料）：骨料的粒径及其分的粒径及其分布布 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

4、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。骨料的骨料的性能（性能（2 2）：骨料）：骨料的粒径及其分的粒径及其分布布级配不合理( (阻力大) )级配合理( (阻力小) )骨料的骨料的性能（性能（3 3）

5、：砂的）：砂的颗粒级配与粗细程度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（2.21.6）；中砂（3.02.3）；粗砂（3.73.1）。 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：、；级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。拌制砼以中砂为宜，普通砼用砂的细度模数为3.71.6砂的颗粒级配的评定方法方孔筛振筛机p 原理：通过筛分称出留在各筛上的砂重，算出各筛的筛余率，以及各筛的累积筛余率，描绘出颗粒级配曲线。p 分计筛余百分率：各号筛的筛余量与试样总量的比值p 累计筛余百分率：

6、该号筛及其以上筛的分计筛余百分率之和p 砂的细度模数：式中：A1、A2、 A3、A4、A5、 A6对应4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm、0.15mm筛的累计筛余百分率。骨料的性能（骨料的性能（3 3）：砂的颗粒级配与粗细程度）：砂的颗粒级配与粗细程度p 砂的级配曲线普通混凝土用砂的筛分曲线必须包容在三个级配曲线区域中的任一个区域以内。 单一粒径两种粒径多种粒径骨料的性能（骨料的性能（3 3）：砂的颗粒级配与粗细程度）：砂的颗粒级配与粗细程度骨料的性能骨料的性能（4 4）：）：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

7、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。 骨料的性能（5）：石子的形状与表面特征 骨料的表面特征表面粗糙程度；是否有菱角；干净程度等。 较理想的颗粒形状：三维长度相等，相近的球形或立方体颗粒。 较差的颗粒形状：三维长度相差较大的针、片状颗粒。针片状骨料等径骨料p 表面特征表面特征与形状对混凝土性能与形状对混凝土性能的影响的影响 表面粗糙和针片状颗粒需要更多水泥浆，影响混凝土成本。 影响新拌混凝土和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而

8、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骨料的性能（5）：石子的形状与表面特征抗压强度（MPa)骨料最大粒径（mm）富水泥浆的混凝土：小粒径骨料可使混凝土强度较高；大粒径可使混凝土强度较低。贫水泥浆的混凝土：大粒径骨料使混凝土强度较高；小粒径骨料使混凝土强度较低；p 表面特征与形状对混凝土强度的影响表面特征与形状对混凝土强度的影响骨料的性能（5）：石子的形状与表面特征抗压强度（psi)骨料最大粒径（i

9、n）水灰比越小，骨料粒径对混凝土强度的影响越明显； 混凝土强度随骨料粒径的增大而降低p 表面特征与形状对混凝土强度的影响表面特征与形状对混凝土强度的影响骨料的性能（5）：石子的形状与表面特征骨料的性能（6）：砂石的的含水状含水状态态 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 完全干燥 气干 饱和面干 含水润湿 完全干燥 气干 饱和面干 含水润湿 四种状态分别对应含水量： 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量 p 骨

10、料含水量的影响骨料含水量的影响 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。骨料的性能（6）：砂石的含水状态砂石的含水状态 骨料的性能（7）：有害有害杂质杂质 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 骨料的性能（8）：坚固性

11、坚固性与强度与强度 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。p 砂子的坚固性砂子的坚固性 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( (NaSONaSO4 4 10H10H2 2O O) )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。骨料的性能（8）：坚固性与强度坚固性与强度p 石子的强度与坚固性石子的强度与坚固性 强度强度 一般以碎石或卵石的

12、立方体强度或压碎指标来表示。一般以碎石或卵石的立方体强度或压碎指标来表示。 立方体立方体强度：强度：用用5050 5050 50mm50mm3 3的立方体的立方体( (或或 5050 5050 mmmm的圆柱的圆柱体体) )岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。压碎压碎指标：指标：将将气干状态下气干状态下1020mm1020mm的石子，按一定方法装入特的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在制的圆柱筒内，在160300s160300s内加荷至内加荷至200kN200kN，卸荷后称取试样，卸荷后称取试样质量（质量（G G），然后用孔径为），然后用孔径为2

13、.5mm2.5mm的筛进行筛分，称取试样的筛的筛进行筛分，称取试样的筛余量（余量（G G1 1）。 压碎指标压碎指标 = (G-= (G-G G1 1 )/G )/G 100%100% 坚固性坚固性 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。骨料的性能（8）：坚固性与强度坚固性与强度骨料骨料的特性的特性及对混凝土的影响及对混凝土的影响 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

14、骨料骨料的特性的特性及对混凝土的影响及对混凝土的影响骨料骨料的技术质量要求料的技术质量要求混凝土用砂的技术质量要求 砂是指粒径在4.75mm以下的颗粒。 分类 按产源分 按技术要求分 类 宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土； 类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。 砂天然砂人工砂机制砂混合砂河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等颗粒级配(GB/T 146842011) 级配类别(GB/T 146842011) 混凝土用砂的技术质量要求 含泥量是指天然砂中粒径小于80（75）m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于80（75）m的

15、颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于630（600）m的颗粒含量。 p 含泥量、石粉含量和泥块含量混凝土用砂的技术质量要求 天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 146842011) 项目 指标类类类 含泥量（按质量计）（%） 1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%） 01.02.0人工砂的石粉含量和泥块含量，MB值1.4或快速试验法合格人工砂的石粉含量和泥块含量，MB值1.4或快速试验法不合格混凝土用砂的技术质量要求 国家标准规定砂中不应混有草根、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂物，砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等。p 有害物质含量项目 指

16、标类类类 云母(按质量计)(%） 1.02.0轻物质(按质量计)(%） 1.0有机物（比色法） 合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.5氯化物(以氯离子质量计)(%) 0.010.020.06贝壳（按质量计）/%（仅用于海砂，其他不作要求）358砂中有害物质含量（GB/T 146842001） 混凝土用砂的技术质量要求 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。 天然砂坚固性采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表1的规定。 人工砂除满足表1中坚固性指标，还需采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表2的规定。 p坚固性坚固性指标(GB

17、/T 146842011) 项目 指标类类类 质量损失（%） 810 压碎指标(GB/T 146842011) 项目 指标类类类 单级最大压碎指标(%) 202530混凝土用砂的技术质量要求 砂的表观密度、松散堆积密度应符合如下规定：表观密度不小于2500kg/m3，松散堆积密度不小于1400kg/m3，空隙率不大于44%。 混凝土用砂的技术质量要求 建筑用卵石、碎石的颗粒级配(GB/T 146852011) 混凝土用石子的技术质量要求 p 卵石、碎石按技术要求分为卵石、碎石按技术要求分为、类类。类类宜用于强度等级大于宜用于强度等级大于C60C60的混凝土；的混凝土；类类宜用于强度等级宜用于强

18、度等级C30C60C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；凝土；类类宜用于强度等级小于宜用于强度等级小于C30C30混凝土。混凝土。 混凝土用石子的技术质量要求 粗骨料中含泥量是指粒径小于80（75）m的颗粒含量； 泥块含量是指原粒径大于5（4.75）mm，经水浸洗、手捏后小于2.5（2.36）mm的颗粒含量。p 含泥量和泥块含量项目 指标类类类 含泥量（按质量计）（%） 0.51.01.5泥块含量（按质量计）（%） 00.2羟基羧酸类木钙类高温条件缓凝效果依次为：糖类磷羧酸柠檬酸酒石酸聚羧酸无机磷酸盐多元醇。缓凝剂对硬化混凝土早期有所降低，后期有增加，收缩轻微增

19、加。超长缓凝时对混凝土早期、后期强度均有影响，须提高设计标号。超掺可能导致永久性不凝。 早强剂定义：可加速混凝土早期强度发展的外加剂。主要品种： 无机盐类早强剂 有机物类早强剂 复合早强剂 早强剂的特点无机盐早强剂降低混凝土新拌性能无机盐早强剂降低混凝土新拌性能氯盐早强剂不能用于预应力混凝土、大体积混凝土一般没有引气作用，降低混凝土泌水一般没有引气作用，降低混凝土泌水三乙醇胺对凝结时间影响不明确，无机盐类较高掺量促凝三乙醇胺对凝结时间影响不明确，无机盐类较高掺量促凝混凝土收缩增大混凝土收缩增大使用前需要进行水泥适应性试验，确定使用量使用前需要进行水泥适应性试验，确定使用量引气剂引气剂定义： 在

20、搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。品种：松香类引气剂皂苷类引气剂其他类型引气剂引气剂的特点引气剂的特点含气量对新拌性能的影响能够提高流动性降低混凝土泌水，避免离析含气量对硬化性能的影响优质引气剂可以提高混凝土抗渗性能在一定的含气量范围，混凝土强度有一定的降低大幅度提高混凝土的抗冻融性能提高混凝土抗碳化能力降低混凝土的弹性模量干缩稍有增加膨胀剂膨胀剂定义：定义：膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土（包括砂浆膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控制的膨胀以减少收缩的外加剂及水泥净浆）产生可控制的膨胀以减少收缩的外加剂。种类：种类：硫铝酸钙类膨胀剂（硫铝酸钙类膨胀剂（适当的水养护适当的水养护）氧化镁膨胀剂氧化镁膨胀剂石灰系膨胀剂石灰系膨胀剂铁粉系膨胀剂铁粉系膨胀剂复合型膨胀剂复合型膨胀剂膨胀剂的特点降低混凝土初始坍落度混凝土坍落度损失增加对混凝土泌水略有降低缩短混凝土凝结时间硬化混凝土早期强度有所下降，后期增加较快，膨胀过大，强度下降 需确保湿养护14天速凝剂定义 速凝剂是使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂速凝剂是使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂。产品类型以铝氧熟料为主体的速凝剂以铝氧熟料为主体的速凝剂水玻璃类速凝剂水玻璃类速凝剂铝酸盐液体速凝剂铝酸盐液体速凝剂新型无机低碱速