混凝土 第三节 骨料

第三节集料（骨料）一、定义与分类（一）定义：集料也称骨料，是混凝土的主要组成材料之一，在混凝土中起骨架和填充作用。粒径在0.16～5mm者称细集料；俗称砂。粒径大于5mm者称粗集料；俗称石子。（二）分类及特点1.粗集料(统称为石子)（1）碎石：由天然岩石或大卵石破碎、筛分得到；特点：粗糙，有棱角,粘结力强。（2）卵石：自然形成（水长期冲刷）。特点：表面光滑、空隙率小、总表面积小，使混凝土水泥用量少、和易性好、粘结力差。碎石及碎石混凝土卵石及卵石混凝土CementConcrete三峡大坝石料加工厂2.细骨料分类：按产源分为天然砂和人工砂。天然砂：是岩石风化所形成的大小不等、由不同矿物颗粒组成的混合物。河砂（湖砂）山砂海砂人工砂：机制砂混合砂天然砂的特点（1）山砂：山砂是从山谷或旧河床中采运而得，颗粒多带棱角，表面粗糙，但山砂含泥和软弱颗粒、有机物较多。（2）河砂（湖砂）：河砂长期经流水冲洗，颗粒形状较圆，介于海砂和山砂之间，较洁净。（3）海砂：海砂常混有贝壳碎片且氯盐含量较高，使用时应冲洗，氯盐和有机物不得超过国家规定。二、集料性质1.集料密度2.颗粒级配与粗细程度3.吸水率与含水率4.强度

5.坚固性6.有害杂质（一）集料密度一般石灰石堆积密度＞1350kg/m3

紧堆密度1600-1700kg/m3

表观密度2.7～2.9g/cm3意义：1）表观密度是混凝土配比设计参数之一；2）堆积密度是骨料贮运所需参数；3）影响混凝土性能：如防辐射混凝土。不同类岩石的表观密度(g/cm3)岩石名称变化范围岩石名称变化范围花岗岩2.6～3.0橄榄岩3.0～3.5正长岩2.7～2.9石英斑岩2.4～2.6闪长岩2.7～3.0辉绿岩2.8～3.0辉长岩2.8～3.1安山岩2.65～2.75燧石2.4～2.6玄武岩2.7～3.3砂岩1.9～2.9硬石灰岩

2.7～2.9

角页岩2.7～3.0软石英岩1.2斑岩2.6～2.9凝灰岩2.0～2.5（二）颗粒级配与粗细程度1.集料颗粒级配：是指集料大小颗粒的搭配，亦即各种粒径颗粒在集料中所占的比例。意义：良好的颗粒级配可使集料总空隙率、总表面积最小。混凝土密实；节约水泥；保证混凝土具有良好的和易性；提高混凝土的强度。骨料颗粒之间的搭配示意2.集料粗细程度骨料的粗细程度是指不同粒径的骨料混合在一起后的平均或总体粗细程度。意义：粗细程度不同，总表面积不同，使所需水泥浆的用量产生差异，对混凝土经济性及拌和物的工作性有较大影响。颗粒的粗细与总表面积示意3粗集料的颗粒级配与粗细程度测试方法：粗骨料的颗粒级配是通过筛分析试验来测定。标准筛的孔径为：2.5、5、10、16、20、25、31.5、40、50、63、80及100mm等十二个筛。筛从上到下孔径由大到小排列。筛分后计算筛余率分计筛余百分率：各筛上的筛余量占细集料总重的百分率。累计筛余百分率：各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率相加在一起。CementConcrete碎石或卵石的颗粒级配范围图粗集料的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（5mm—Dmax）,每一级骨料都占有一定比例。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，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，减小水泥用量。但混凝土拌和物易产生离析现象；单粒级——从中间某一粒径开始的粒级。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。粗集料的最大粒径定义：最大粒径是指粗骨料中公称粒级的上限。意义：对于粗集料，最大粒径对水泥混凝土性能的影响，往往比平均粗细程度的影响大，因此，在明确了级配要求后，还以最大粒径作为粗集料颗粒大小、粗细程度的表征。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）最大粒径限值《混凝土结构工程施工及验收规范》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1/2板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm；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。4.砂的粗细程度和颗粒级配测试方法：砂的粗细程度和颗粒级配，通常采用筛分析的方法进行测定。用细度模数表示砂的粗细。用级配区表示砂的级配。（1）筛分析方法是用一套孔径(净尺寸)为5、2.50、1.25、0.63、0.315、0.16mm的标准筛，将质量为500g的干砂试样由粗到细依次过筛。然后称得余留在各筛上的细集料重量；计算分计筛余百分率(各筛上的筛余量占细集料总重的百分率)α1、α2、α3、α4、α5和α6计算累计筛余百分率(各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和)A1、A2、A3、A4、A5和A6。筛孔尺寸（mm）分计筛余（％）累计筛余（％）5α1A1

=a12.5α2A2=a1+a21.25α3A3

=a1+a2+a30.63α4A4=a1+a2+a3+a40.315α5A5=a1+a2+a3+a4+a50.16α6A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6分计筛余与累计筛余百分率的计算（2）砂的粗细－细度模数（μf）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。μf在3.7－3.1为粗砂，

μf在3.0－2.3为中砂，

μf在2.2－1.6为细砂，

μf在1.5－0.7为特细砂（3）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0.63mm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，见表。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于表中的任何一个级配区中，才符合级配要求。除5mm及0.63mm筛外，允许有部分超出分区界限，但其总量不应大于5％。孔径（mm）累计筛余（％）Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区10.00005.0010~010~010~02.5035~525~515~01.2565~3550~1025~00.6385~7170~4140~16031595~8092~7085~550.16100~90100~90100~90砂的级配区范围（JGJ52－92）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（4）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。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。

（三）吸水率与含水率干燥状态—骨料含水率等于或接近于零；气干状态—骨料含水率与大气湿度相平衡，但末达到饱和状态；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；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。骨料的含水状态图示(a)干燥状态(b)气干状态(c)饱和面干状态(d)湿润状态砂子的湿涨现象砂吸水后表面会形成一层水膜，引起砂子体积的显著膨胀，这种现象称为砂的湿胀。湿胀的大小取决于砂子的含水率和砂的细度。一般含水率增大到5%～8%，湿胀最大，达20％～３０％。砂的湿胀现象在实际应用中需加注意，若按体积配料时根据砂的细度和含水量对所用的砂体积数乘以砂的湿胀系数(湿胀前后比值的倒数)进行体积校正。

（四）强度集料强度主要是对粗集料而言。

岩石立方体强度压碎指标1.岩石立方体强度岩石制成5cm×5cm×5cm立方体(或Φ5×5cm圆柱体)试件，在水饱和状态下测得的极限抗压强度值。通常要求岩石抗压强度值与混凝土比不应小于1.5。2.压碎指标压碎指标是指集料抵抗压碎的能力。它是反映集料强度的相对指标，在集料的抗压强度不便测定时，常用来评价集料的力学性能。PP骨料颗粒压碎试验示意图P实验方法

一定粒径的集料试样，在规定的条件下加荷施压后，用一定孔径的筛筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样质。

计算公式Qe—压碎值指标，％；

G1—试样的质量，g；

G2—压碎试验后筛余的试样质量，g。碎石的压碎指标值岩石品种混凝土强度等级碎石压碎指标值(%)水成岩C55～C40≤C35≤10≤16变质岩或深成的火成岩C55～Ｃ40≤C35≤12≤20火成岩C55～C40≤C35≤13≤30碎石的压碎指标值两者应用压碎指标：压碎指标检验实用方便，用于经常性的质量控制。岩石立方体强度：在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。（五）坚固性1.定义：集料坚固性是指集料在气候、外部或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。集料在长期受到各种自然因素的综合作用下，其物理力学性能会逐渐下降。这些自然因素包括温度变化、干湿变化和冻融循环等，其中，冻融循环的破坏作用占主导地位。2.测试方法常采用冻结法和硫酸盐浸泡法来检验颗粒抵抗膨胀应力的能力。硫酸盐浸泡法简便、周期短故最为常用。采用硫酸盐浸泡，经五次循环后，其重量损失应满足表中规定。

碎石或卵石的坚固性指标混凝土所处的环境条件循环后的重量损失(%)在严寒及寒冷地区室外使用，并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土≤8在其它条件下使用的混凝土≤12（六）有害杂质1.定义：有害杂质是指集料中含有妨碍水泥水化、凝结及削弱集料与水泥石粘结或能与水泥水化物发生化学反应并产生膨胀的物质的总称。2.有害杂质种类硫化物或硫酸盐及有机质对水泥有腐蚀作用；氯盐：对钢筋锈蚀；云母：表面光滑的层、片状物质,强度低、与水泥粘结力差，降低砼强度及耐久性；有机物：影响水化与凝结硬化；碱含量、活性氧化硅；含泥量、泥块含量；粗集料的针、片状颗粒含量。含泥量与泥块含量含泥量：是指粒径小于0.080mm的尘屑、淤泥和粘土的总含量。泥块含量：多指集料中原颗粒径大于5mm，经水洗手捏后可破碎成小于2.5mm的块状粘土