安徽建筑大学土木工程材料课件 4.2 普通混凝土的组成材料

4.2

普通混凝土的组成材料

水泥+水+砂+石子+掺和料和外加剂水泥+水——水泥浆（Paste）水泥浆＋砂——水泥砂浆（Mortar）水泥砂浆＋石子——混凝土（Concrete）外加剂－Admixture掺和料－mineralmixture混凝土中各组成材料的作用在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料。水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性，便于施工。水泥浆硬化后，起胶结作用，把砂石骨料胶结在一起，成为坚硬的人造石材——混凝土，并产生力学强度。

一、水泥的品质要求水泥品种的选择—依据工程性质、工程环境、施工条件等合理选择。水泥强度等级的选择—与配制的混凝土强度等级相适应。

当混凝土强度：

≤C30：fce=(1.5~2.0)fcu

＞C30：fce=(0.9~1.5)fcuC50~C80：不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。混凝土工程特点或所处环境条件优先选用可以使用不得使用环境条件在普通气候环境中普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥干燥环境中普通水泥矿渣水泥火山灰水泥、粉煤灰水泥在高湿环境中或永远处于水下矿渣水泥普通水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥严寒地区露天、寒冷地区处于水位升降区普通水泥矿渣水泥火山灰水泥严寒地区处于水位升降区普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥受侵蚀性环境水或侵蚀性气体作用根据侵蚀性介质的种类、浓度等具体条件按专门（或设计）规定选用工程特点厚大体积混凝土矿渣水泥、粉煤灰水泥普通水泥快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥要求快硬混凝土快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥高强混凝土硅酸盐水泥普通水泥、矿渣水泥火山灰水泥、粉煤灰水泥有抗渗性要求混凝土普通水泥、火山灰水泥矿渣水泥有耐磨性要求混凝土普通水泥、硅酸盐水泥骨

料对骨料要求主要有：有害杂质含量少具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度；表面粗糙，与水泥粘结牢固性能稳定、坚固耐久等。二、细骨料FineAggregate定义：粒径在（0.15－4.75）mm之间的岩石颗粒称为细骨料。分类：天然砂——天然砂是由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的。人工砂——人工砂是将天然岩石轧碎而成，其颗粒棱角多，较洁净，但片状颗粒及细粉含量较多，且成本较高，一般只在当地缺乏天然砂源时才采用人工砂。分

类天然砂：河砂、湖砂、海砂、山砂河砂、湖砂和海砂由于长期受水流的冲刷作用，颗粒表面比较圆滑，比较洁净，且产源较广，但海砂中常含有贝壳碎片及可溶盐等有害杂质。山砂颗粒多具棱角，表面粗糙，砂中含泥量及有机质等有害杂质较多。天然砂按其技术要求分为优等品、一等品、合格品三个等级。品质要求依据：《建筑用砂》（GB14684-2001）《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52－92)对细骨料的质量要求：

1、有害杂质含量

2、砂的粗细程度－细度模数

3、砂的级配－级配曲线1、有害杂质含量砂中有害杂质有：泥块、草根、树叶、树枝、塑料、煤渣等杂物，云母、硫化物、硫酸盐、氯盐和有机质等砂中有害杂质含量限值有害杂质的危害云母——表面光滑的层、片状物质，与水泥粘结性差，影响混凝土的强度和耐久性；硫化物及硫酸盐——对水泥有侵蚀作用；有机质——影响水泥的水化硬化；粘土、淤泥——粘附在砂粒表面妨碍水泥与砂的粘结，增大用水量，降低混凝土的强度和耐久性，并增大混凝土的干缩；海砂——含的氯化钠等氯化物对钢筋有锈蚀作用，因此对使用海砂配制混凝土时，其氯盐含量（折算成NaCl）不应大于0.1%,对预应力钢筋混凝土结构，不宜采用海砂。砂中有机杂质的处理当砂中有害杂质含量多，但又无合适砂源时，可过筛和用清水或石灰水（有机质含量多时）冲洗后使用，以符合就地取材原则。2、砂的粗细程度和颗粒级配砂的粗细程度——是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度。砂子通常分为——粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。在相同用砂量条件下，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。在混凝土中砂子表面需用水泥浆包裹，赋予流动性和粘结强度，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多，除不经济外，还会导致混凝土水化热大、收缩变形大、易开裂等。砂的颗粒级配定义：是指不同大小颗粒和数量比例的砂子的组合或搭配情况。在混凝土中

砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。从图可看出：同样粒径的砂，空隙率最大;两种粒径的砂搭配起来，空隙率就减小；三种粒径的砂搭配，空隙就更小。因此，要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。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。当砂中含有较多的粗颗粒，并以适量的中粗颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，则可达到空隙率及总表面积均较小，这种砂是比较理想的，不仅水泥用量少，而且还提高混凝土的密实性与强度。颗粒级配和粗细程度的定量表示砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的级配，用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法是用一套孔径（净尺寸）为4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15mm的6个标准筛，将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；计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、

a3

、a4、

a5、

a6、（各筛上的筛余量占砂样总重的百分率）及累计筛余百分率A1、A2、A3、

A4

、A5、

A6

（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和）。累计筛余百分率与分计筛余百分率的关系见下表。累计筛余与分计筛余百分率关系筛孔尺寸（mm）分计筛余（％）累计筛余（％）4.75a1A1=a12.36a2A2=a1+a21.18a3A3=a1+a2+a30.6a4A4=a1+a2+a3+a40.3a5A5=a1+a2+a3+a4+a50.15a6A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6砂的粗细－细度模数μf砂的粗细程度用细度模数μf表示，其计算公式为细度模数μf

愈大，表示砂愈粗，普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7-0.7；其中μf在3.7-3.1为粗砂，

3.0-2.3为中砂，

2.2-1.6为细砂，

1.5-0.7为特细砂砂的颗粒级配－级配曲线砂的颗粒级配用级配区表示；以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性；对细度模数为3.7-1.6的普通混凝土用砂，根据0.6mm孔径筛（控制粒级）的累计筛余百分率，划分成为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区三个级配区，见下表。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于下表中的任何一个级配区中，才符合级配要求。除4.75mm及0.6mm筛外，允许有部分超出分区界限，但其总量不应大于5％。方筛孔累计筛余率，％1区2区3区9.50mm4.75mm2.36mm1.18mm600μm300μm150μm010～035～565～3585～7195～80100～90010～025～050～1070～4192～70100～90010～015～025～040～1685～55100～901）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。2）1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。砂的级配区范围筛分曲线以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，根据上表的数值可以画出砂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级配区的筛分曲线，如下图。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。同时也可根据筛分曲线偏区情况大致判断砂的粗细程度，当筛分曲线偏向右下方时，表示砂较粗，筛分曲线偏向左上方时，表示砂较细。筛分曲线图砂的选择配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。当采用Ⅰ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Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以满足混凝土强度。砂级配的调整在实际工程中，若砂的级配不合适，可采用人工掺配的方法来改善，即将粗、细砂按适当的比例进行掺合使用；或将砂过筛，筛除过粗或过细颗粒。例6-1．某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配3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）定义：粒径＞4.75mm的岩石颗粒分类1、按产源分2、按技术要求分Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。石卵石碎石机制石混合石河卵石、、海卵石和山卵石等三、粗骨料卵石

碎石品质要求洁净坚硬表面粗糙级配合理粒径合适1、有害杂质含量的限值粗骨料中的有害杂质：

粘土物质、石粉（<0.15mm）、

硫化物、硫酸盐、氯化物、有机质、

针片状颗粒、云母、

风化颗粒、泥岩、活性骨料等项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（质量计，%）＜0.5＜1.0＜1.5泥块含量（质量计，%）0＜0.5＜0.7碎石、卵石含泥量和泥块含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐（%）（SO3质量计）＜0.5＜1.0＜1.0碎石、卵石有害物质含量2、强

度原

则：

骨料强度＞混凝土强度骨料强度指标：

岩石立方体强度

压碎指标压碎指标检验实用方便，用于经常性的质量控制。而配制C60以上混凝土时、选择采石场或对粗骨料有严格要求，以及对质量有争议时，宜采用岩石立方体强度作检验。岩石立方体强度检验方法——是将轧制碎石的母岩制成边长为5cm的立方体（或直径与高均为5cm的圆柱体）试件，在水饱和状态下，测定其极限抗压强度值。根据GB/T14685－2001的规定：

岩石的抗压强度应不小于混凝土抗压强度的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30MPa。压碎指标压碎指标检验——是将一定质量气干状态下粒径9.5－19.0mm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并稳定5s，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δa可按下式计算：压碎指标δa值愈小，表示粗骨料抵抗受压破坏的能力越强。PP

>1.5倍（

1.2~1.7）混凝土强度骨料颗粒压碎强度试验示意图普通混凝土用碎石和卵石的压碎指标项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜163、骨料颗粒形状及表面特征理想的颗粒形状——三维长度相等或相近的球形或立方体形颗粒；而三维长度相差较大的针、片状颗粒粒形较差。粗骨料中针、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碎石、卵石针片状颗粒含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒（%）（质量计）＜5＜15＜25骨料表面特征骨料表面特征——主要是指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等。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浆的孔隙特征，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。混凝土类型

Dmax（mm)大坝混凝土

150普通混凝土

40高强混凝土

25（碎石）

15（卵石）活性粉末混凝土

0.64、骨料最大粒径

(Dmax

)定义——公称粒级的上限（如20~40mm）最大粒径限值

《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—2002）规定:混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/3板厚的骨料，但最大粒径不得超过40mm；对泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1：2.5。5、颗粒级配粗骨料与细骨料一样，也要求有良好的颗粒级配，以减少空隙率，增强密实性，从而可以节约水泥，保证混凝土的和易性及混凝土的强度。粗骨料的级配也是通过筛分试验来确定，其标准筛的孔径为：

2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0及90mm等十二个筛。

分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算与砂相同。

连续级配和间断级配连续级配——是按颗粒尺寸大小由小到大连续分级（4.75mm—Dmax）,每一级骨料都占有一定比例。连续级配颗粒级差小（D/d≈2）,配制的混凝土拌和物和易性好，不易发生离析；间断级配——是人为剔除某些中间粒级颗粒，大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充，颗粒级差大（D/d≈6）,空隙率的降低比连续级配快得多，可最大限度地发挥骨料的骨架作用，减小水泥用量。但混凝土拌和物易产生离析现象；

单粒级宜用于组合成具有所要求级配的连续粒级，也可与连续粒级配合使用，以改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。工程中不宜采用单一的单粒级配制混凝土。6、骨料的体积稳定性

定义：当骨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。现象：具有某种特征孔结构的岩石会表现出不良的体积稳定性。如页岩、砂岩较易遭受冰冻以及骨料内盐类结晶所导致的破坏。检验方法：

硫酸钠溶液浸渍法骨料越密实，强度高，吸水率小时，其坚固性越好；而结构疏松，矿物成份越复杂不均匀，其坚固性越差。碎石或卵石的坚固性指标127、

骨料的含水状态

骨料的含水状态可分：a、干燥状态——骨料其含水率等于或接近于零；

b、气干状态——骨料含水率与大气湿度相平衡，但未达到饱和状态；

c、饱和面干状态——骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥；

d、湿润状态——骨料不仅内部孔隙含水达到饱和，而且表面还附着一部分自由水。

计算普通混凝土配合比时，一般以干燥状态的骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干状态的骨料为基准。

四、混凝土拌和及养护用水对混凝土用水的质量要求是:

不影响混凝土的凝结硬化

无损于混凝土强度发展及耐久性

不加快钢筋锈蚀

不引起预应力钢筋脆断

不污染混凝土表面拌和及养护用水的选择依《混凝土拌和用水标准》（JGJ63－2006）饮用水——可以直接使用；地表水和地下水——按标准规定检验合格后可使用。海水——可以拌制素混凝土；

不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土结构，

对有饰面要求的混凝土，也不得采用海水拌制；工业废水——经检验合格后可用于拌制混凝土。生活污水——水质比较复杂，不能用于拌制混凝土。对水质怀疑的处理用待检验水与蒸馏水分别做：

水泥凝结时间

砂浆或混凝土强度对比试验。对比试验测得的：

水泥初凝时间差和终凝时间差，均不得超过30min，且其初凝及终凝时间应符合国家水泥标准的规定。

用待检验水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水配制的对比砂浆或混凝土强度的90％水中物质含量限值（JGJ63-89)五、外加剂

混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不超过水泥质量的5％。外加剂的分类按其主要功能分为四类：（1）改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。（3）改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。（4）改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。使用外加剂的主要目的Ⅰ、改善新拌混凝土、砂浆、水泥浆的性能。如：不增加用水量而提高和易性、或和易性相同但能减少用水量；缩短或延长初凝时间；减少泌水和离析；大幅度提高可泵性；减小坍落度损失。使用外加剂的主要目的Ⅱ、改善硬化混凝土、砂浆、水泥浆的性能，如：延缓或减少水化热；加速早期强度增长率；提高混凝土强度（压、拉、弯）；提高耐久性，特别是抵抗严酷的暴露环境；阻止或减缓混凝土中钢筋的锈蚀；控制与减缓碱骨料反应造成的膨胀破坏。常用外加剂的性能与选用工程上常用的混凝土外加剂主要有：

各类减水剂

早强剂、防冻剂

引气剂

缓凝剂等1、减水剂定义——减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少其拌和水量的外加剂。分类——普通减水剂和高效减水剂两大类。减水剂的主要作用：

1、降低水灰比（水胶比），提高混凝土强度；

2、增大工作度，使混凝土易于浇注、成型密实；

3、不改变混凝土强度和工作度，在减少用水量的同时降低水泥用量。

4、改善混凝土拌合物的可泵性

目前常用的减水剂普通减水剂：

木质素系（木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、

木质素磺酸镁）

糖蜜系（糖化钙、低聚糖）

高效减水剂：

萘系（萘磺酸盐甲醛缩合物）

树脂系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物）

聚羧酸系2、早强剂定义——早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂。适于在低温施工时使用。在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂。用途——在低温和负温条件下它能够降低冰点，使拌合物中的水分不会很快结冰，使水泥继续水化，达到抵抗冰体膨胀的临界强度。多用于冬期施工和抢修工程。分类——主要有

氯盐类

硫酸盐类

有机胺类三种。3、缓凝剂缓凝剂——是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝剂主要有四类：

糖类，如糖蜜；

木质素磺酸盐类，如木钙、木钠；

羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸；

无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。4、引气剂定义——引气剂是指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌和物泌水离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。目前应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、