第四章混凝土1骨料

1、1混凝土与砂浆第 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；v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；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。Itaipu DamSports Palace in Rome钢丝网砂浆3混凝土是由胶凝材料，水和粗细集料按适当比例配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。合、拌制成拌和物，经一定时间

2、硬化而成的人造石材。低强度混凝土低强度混凝土 20MPa20MPa中强度混凝土中强度混凝土 202060MPa60MPa高强度混凝土高强度混凝土 60MPa 60MPa按密度分按密度分按抗压强度标准值分按抗压强度标准值分（fcu,kfcu,k）重砼重砼 2600kg/m2600kg/m3 3普通砼普通砼 195019502500kg/m2500kg/m3 3轻砼轻砼 1950kg/m1950kg/m3 3 44.1 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6075%715%2540%1421%2128%3942%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

3、5各组成材料的作用骨 料v廉价的填充材料，廉价的填充材料，节省水泥用量节省水泥用量v混凝土的混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展v传力作用传力作用v降低水化热降低水化热v提供耐磨性提供耐磨性水泥浆v润滑作用润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性性v胶结作用胶结作用包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结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，形成固体硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体6各组成材料的作用水v混凝土中的拌和水有两个作用混凝土中的拌和水有两个作用: :供水泥的水化反应供水泥的水化反应

4、赋予混凝土的和易性赋予混凝土的和易性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）隙中使混凝土中产生孔隙使混凝土中产生孔隙对防止塑性收缩裂缝与和易性对防止塑性收缩裂缝与和易性有利有利对渗透性、强度和耐久性对渗透性、强度和耐久性不利不利7各组成材料的作用外加剂v化学外加剂：改善混凝土的性能化学外加剂：改善混凝土的性能缓凝剂缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度加快；使水泥浆凝结硬化速度加快；减水剂减水剂减少拌和需水量；减少拌和需水量；引气剂引气剂在混凝土中引起封闭气孔；在混凝土中引起封闭气孔；v矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝

5、土性能矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰粉煤灰硅灰硅灰矿渣矿渣8 4.1.1 4.1.1 水泥水泥 1.1.品种品种五大品种水泥、特种水泥五大品种水泥、特种水泥 2.2.强度等级强度等级原则：高对高，低对低原则：高对高，低对低 3.3.用量用量混凝土配合比设计计算确定混凝土配合比设计计算确定94.1.2 骨料v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；v骨料的粒形等径多面体针片状多面体v骨料表面状态表面光滑表面粗糙v骨料颗粒尺寸与级配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；v骨料

6、颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力； v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； v具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。 112、骨料的种类v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v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 如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡

7、沫塑料颗粒等。如铁矿石、重晶石等。12碎 石卵 石骨料的种类13普通骨料轻骨料重骨料骨料的分类14骨料的种类按照骨料来源分为：v天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、卵石、碎石等。v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。v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；v再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖等。153、骨料的特性及其影响v骨料的含水状态v骨料的密度v骨料的粒径与级配v骨料的孔隙率v骨料的形状v骨料的表面特征v骨料的弹性模量v骨料的强度v骨料的坚固性v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

8、响硬化混凝土性能16骨料的粒径及其分布v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。v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。v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17关于骨料粒径及其分布的几个基本概念v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。v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。v最大粒径 指的是粗骨料公称粒级的上限允许最大值。181）砂子的颗

9、粒级配与粗细程度v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）。v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。19颗粒级配与细度模数的测定v筛分法 ：砂子标准筛：9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15mm 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

10、为累计筛余Ai。 则：累计筛余Ai = ai （i = 1i） 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 /(100A1) 20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：组配要求：多种集料按照一定的比例搭配起来，以达到多种集料按照一定的比例搭配起来，以达到 较高的密实度较高的密实度 和和 较大的摩擦力较大的摩擦力及及较小的比表较小的比表面积面积。 可采用的可采用的级配类型：级配类型：有有连续级配连续级配 和和 间断级配间断级配 两

11、种。如图两种。如图所示所示 ：21天然砂规格筛孔尺寸筛孔尺寸通过各孔筛的质量百分率通过各孔筛的质量百分率/%/%粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂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砂子颗粒级配的调整筛孔尺筛孔尺寸寸甲甲乙乙4.75002.360401.1847060050903007095150100100级配区级配区比比区区偏细偏细比比区偏区偏粗粗23筛孔尺寸筛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级配区级配区比比区偏区偏细细比比区区偏粗偏粗符合符合区要区要求求符合符合区区要求要求24问题？v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

13、程度的差别。v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。252）石子的颗粒级配v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。v石子的颗粒级配也用筛分法测定。 26（3）骨料的形状与表面特征v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

14、均粒径的2.4倍；片状颗粒 厚度小于平均粒径的0.4倍。v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27表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？v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。v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。v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。v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28（4）骨料的含水状态 v骨料含水有四种状态：完全干燥 骨料

15、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v对应的含水量：吸水量；有效吸水量；表面含水量。29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 30骨料含水量的影响v骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。v计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。v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。v湿润状态下的自由

16、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。31（5）骨料的有害杂质v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。v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32（6）碱骨料反应v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；v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；v原因：水泥中的含碱(Na2O、K2O)量0.6%骨料中含有活性SiO2 ；v检验方法：

17、 砂浆棒法，膨胀率0.10%。碱硅酸盐凝胶33（7）骨料的坚固性与强度v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。v骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。v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。341）砂子的坚固性v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。 v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。v测试原理： 硫酸钠(NaSO4 10H2O)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。352）石子的强度与坚

18、固性v强度强度 一般以碎石或卵石的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。 立方体强度立方体强度 用用50 50 50mm3的立方体的立方体(或或 50 50 mm的圆柱体的圆柱体)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。压碎指标压碎指标 将气干状态下将气干状态下1020mm的石子，按一定方的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在法装入特制的圆柱筒内，在160300s内加荷至内加荷至200kN，卸荷后称取试样质量（卸荷后称取试样质量（G），然后用孔径为），然后用孔径为2.5mm的筛的筛进行筛分，称取试样的筛余量（进行筛分

19、，称取试样的筛余量（G1）。 压碎指标压碎指标 = (G-G1 )/G 100% v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。性。 364. 混凝土用砂的技术要求 v混凝土用砂的级配曲线一般应在区，以中砂为宜。 v有害杂质含量 符合国家标准(GB/T14684-2001)的要求。v坚固性 质量损失率 8%10%。v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。v经碱-骨料反应检验后，应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。 375. 混凝土用石子的技术要求 v最大粒径最大粒径Dmax要

20、求：要求： 中等强度的混凝土的最大粒径应中等强度的混凝土的最大粒径应 40mm； 高等级混凝土应高等级混凝土应 25mm。 对于钢筋混凝土，对于钢筋混凝土，Dmax 结构断面尺寸的结构断面尺寸的1/4、板厚的、板厚的1/2，或钢筋间最小净距的，或钢筋间最小净距的3/4。v岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于150%； v颗粒级配颗粒级配 符合符合JGJ53-92规定。规定。v有害杂质含量有害杂质含量 应符合表应符合表4-4的规定的规定 381.1.拌和用水水质不纯最常见的危害拌和用水水质不纯最常见的危害 影响混凝土的和易性和凝结；影响混凝土的和易性和

21、凝结； 有损于混凝土强度发展；有损于混凝土强度发展； 降低混凝土耐久性降低混凝土耐久性, ,加快钢筋腐蚀加快钢筋腐蚀, ,导致预应力钢筋脆断；导致预应力钢筋脆断； 使混凝土表面出现污斑等。使混凝土表面出现污斑等。2.2.为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。为保证混凝土的质量和耐久性，必须使用合格水。水的分类：水的分类：饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理 或处置后的工业废水。或处置后的工业废水。 要求：要求：能饮用的水均能用于制备砼。能饮用的水均能用于制备砼。4.1.3 4.1.3 砼拌和用水砼拌和用水39 1.1.外加剂的定义外加剂的定

22、义 在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量在拌制砼过程中掺入能改善砼性能的物质，一般掺量 不大于水泥质量的不大于水泥质量的5%5%。（砼第五组分）（砼第五组分） 2.2.功能功能: : （1 1）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂、灌浆）改善流变性能（减水剂、引气剂、泵送剂、保水剂、灌浆剂等）剂等） （2 2）调节凝结时间）调节凝结时间 硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等）硬化性能（缓凝剂、早强剂、速凝剂等） （3 3）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等）改善耐久性（引气剂、阻锈剂、防水剂等） （4 4）改善其他性能（加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱）改善其他性能（加气剂

23、、膨胀剂、防冻剂、着色剂、碱- -集料反应集料反应 抑制剂等）抑制剂等） 3.3.掺加方法：掺加方法：先掺法、后掺法、同掺法。先掺法、后掺法、同掺法。4.1.4 4.1.4 砼外加剂砼外加剂40 4.4.常用外加剂常用外加剂 （1 1）减水剂）减水剂 1 1）技术经济效益）技术经济效益 工作性、水泥用量不变工作性、水泥用量不变, ,可以减少用水量可以减少用水量, ,提高混凝提高混凝土强度土强度 用水量、水泥用量不变用水量、水泥用量不变, ,可增大混凝土的流变性可增大混凝土的流变性 工作性、强度不变工作性、强度不变, ,可节约水泥用量可节约水泥用量41 2 2）减水剂的种类）减水剂的种类 木质素

24、磺酸盐类木质素磺酸盐类 聚烷基芳族磺酸盐类聚烷基芳族磺酸盐类 三氯氰氨胶甲醛树脂磺酸盐类三氯氰氨胶甲醛树脂磺酸盐类 3 3）注意）注意 掺量为水泥量的掺量为水泥量的0.5%0.5%1.0%1.0%，减水率为，减水率为10%10%27%27%； 28d 28d强度提高强度提高30%30%50%50%； 当水泥用量相同和强度相近时，可使塑性混凝土的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坍落度增加150mm150mm以上。以上。 适用于蒸养混凝土、高强混凝主、早强混凝土及流适用于蒸养混凝土、高强混凝主、早强混凝土及流态混凝土。态混凝土。421 1）机理：）机理：引气剂为憎水性表面活性

25、物质，能使搅拌过程混进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。的空气形成微小而稳定的气泡、均匀分布于混凝土中。2 2）常用种类：）常用种类：有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等阴有松香热聚物、烷基磺酸钠和烷基苯碳酸钠等阴离子表面活性剂。离子表面活性剂。3 3）适宜掺加量：）适宜掺加量：为水泥用量的为水泥用量的0.005%0.005%0.01%,0.01%,混凝土中含气量混凝土中含气量为为3%3%6%6%4 4）作用：）作用：由于气泡的存在，可改善新拌混凝土的和易性；减少由于气泡的存在，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

26、土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔泌水和离析对硬化后的混凝土，由于气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高通道，使水分不易渗入。又可缓冲其结冰膨胀的作用，因而提高混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。混凝土的抗冻性、抗渗性和抗蚀性。5 5）缺点：）缺点：由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。由于气泡的存在，混凝土强度有些降低。（2 2）引气剂）引气剂431 1）机理）机理 早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水有催化作用，能加速水泥的水化和硬化，而具有早强的作用。泥的水化和硬化，而具有早强的作用。2 2）种类）种类 常用的早强剂有三类：无机盐类、有机盐类和有机复合早常用的早强