施工原材料教材

4.1

普通混凝土组成材料

ConstituentMaterialsofConcrete

现代混凝土组成材料1）胶凝材料：水泥2）骨料：粗骨料、细骨料3）水4）化学外加剂5）矿物掺合料（辅助胶凝材料）4.1.1水泥(硅酸盐水泥）

Portlandcement1、水泥的品种选择2、水泥强度等级选择水泥强度等级：32.5(R),42.5(R),52.5(R),62.5(R)注:水泥保存3个月要重新检验,按实际强度使用.4.1.2集料(aggregate,也称骨料)1、集料的分类细集料：粒径小于4.75mm(或5mm)的集料(sand,俗称砂).

天然砂:河砂,

湖砂,山砂,海砂人工砂:由岩石碎成砂粒的集料(又称机制砂)粗集料:粒径大于4.75mm(或5mm)的集料(gravel,俗称石).

碎石和卵石两种.

针状颗粒:颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍.

片状颗粒:厚度小于平均粒径0.4倍.2、集料的技术性质对混凝土性能的影响（1）颗粒级配及粗细程度颗粒级配表示集料大小颗粒的搭配情况，考虑颗粒级配的目的是减少颗粒之间的空隙率。石子的连续级配：5~10mm，10~20mm，20~40mm。（最好是分级供应？）间断级配：5~10mm，20~40mm。（不宜单独使用）细集料的粗细程度用细度模数表示（粗集料用最大粒径表示），目的是减少颗粒的总表面积。考虑颗粒级配及粗细程度的最终目的是尽量少用水泥。细集料的细度模数MX：

MX

=（A2+A3+A4+A5+A6-5A1）/（100-A1）式中A1，A2，A3，A4，A5，A6—分别为4.75mm,2.36mm,1.18mm,0.60mm,0.30mm,0.15mm筛的累计筛余百分率。分计筛余百分率：各号筛上的筛余量除以试样总量的百分率；累计筛余百分率：该号筛上的分计筛余百分率与大于该号筛的各筛上的分计筛余百分率之总和。砂的粗细程度:按细度模数分为粗砂（3.7~3.1)、中砂(3.0~2.3)和细砂(2.2~1.6)。（2）颗粒形状和表面特征颗粒形状：浑圆状，多棱角状，针状，片状。表面特征：光滑的，例如卵石，配制混凝土和易性好，但强度低；粗糙的，例如碎石，配制混凝土和易性差，但强度高。（3）强度粗集料的强度可用抗压强度和压碎指标值表示。抗压强度：边长为50mm的立方体（或直径与高度均为50mm的圆柱体）试件，在饱和水状态下测定。压碎指标：相对指标（4）坚固性定义：指集料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。用硫酸钠溶液法进行试验。（5）含泥量与泥块含量含泥量：粒径小于75µm的颗粒含量。泥块：砂中泥块，指粒径大于1.18mm,经水浸手捏小于0.60mm;

石中泥块,指粒径大于4.75mm,经水浸手捏小于2.36mm.泥和泥块对混凝土危害:减少强度,增加干缩,降低抗渗性和抗冻性.(6)有害物质有害物质种类:轻物质,云母,有机物,硫化物和硫酸盐,氯化物.(7)碱集料反应碱集料反应的三个条件:a)碱(Na2O或K2O):来自水泥或外加剂;b)活性集料:集料中含有活性成分(活性SiO2,碳酸盐);c)水.碱集料反应的产物是水化硅酸钠(或钾),该产物吸水膨胀,失水收缩,反复作用使混凝土开裂.(8)集料的含水状态1）烘干（Oven-drycondition）所有可蒸发水在加热到100℃已全部逸出；2）气干(Airdry)

在空气中自然干燥，孔隙部分充水。3）饱和面干（Saturated-surfacedrycondition）骨料的所有孔隙都充满水，但表面没有水膜。4）湿润(Wetordampcondition)

骨料水饱和，同时表面还有游离水分。一般民用建筑工程：集料以干燥状态为基础；大型水利工程：集料以饱和面干状态为基础。3、建筑用砂的技术要求

GB/T14684-2001《建筑用砂》（1）颗粒级配筛分析试验M=500g烘干砂，用孔径为(mm)4.75,2.36,1.18,0.60,0.30,0.15可称量每个筛的筛余量:m1,m2,m3,m4,m5,m6每个筛分计筛余量(%):a1=m1/m,a2,a3,a4,a5,a6每个筛累计筛余量(%):A1,A2,A3,A4,A5,A6根据筛分析试验,可以得到下列结果:1)根据砂的累计筛余量(%),判断颗粒集配是否合格?

如果累计筛余量完全落在同一区,说明砂的颗粒级配合格,否则不合格。见表4-1和图4-42）根据细度模数，评定砂的粗细程度：粗砂（3.7~3.1),中砂(3.0~2.3),细砂(2.2~1.6)(2)含泥量,石粉含量和泥块含量(3)有害物质(4)坚固性(5)表观密度,堆积密度,空隙率表观密度大于2500kg/m3;松散堆积密度大于1350kg/m3;空隙率小于47%.试验(P291):ρ0=[G0/(G0+G2-G1)]×

ρw?(6)碱集料反应按规定的方法膨胀率小于0.10%.4.建筑用卵石,碎石的技术要求

GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》（1）颗粒级配石子筛分析试验：称2~3kg烘干或风干的石子，选择筛的孔径(表4-5)。最大粒径Dmax=31.5mm,2.36,4.75,9.50,19.0,31.5,37.5(mm)

Dmax=40mm,-4.75,9.50,19.0,37.5,53.0(mm)

称量:m1,m2,m3,m4,m5,m6计算分计筛余量%:a1,a2,a3,a4,a5,a6计算累计筛余量%:A1,A2,A3,A4,A5,A6根据累计筛余量%和表4-5,判断:1)石子的颗粒级配是否合格?2)石子的最大粒径.(2)含泥量和泥块含量表4-6(共3类石子)(3)针片状颗粒含量表4-7(共3类石子)(4)有害物质表4-8(共3类石子)(5)坚固性经硫酸盐溶液干湿循环5次后,分3类石子.(6)强度

1)岩石抗压强度:火成岩≧80MPa;变质岩≧60MPa;水成岩≧30MPa2)压碎指标(生产性检验指标):Qe=(G1-G2)/G1×100%式中:Qe—压碎值指标，%G1—试样的质量，gG2—压碎试验后用2.36mm筛筛余的试样质量,g压碎指标越大,石子强度越低.(7)表观密度,堆积密度,空隙率表观密度大于2500kg/m3

堆积密度大于1350kg/m3

空隙率小于47%(8)碱集料反应按规定的方法膨胀率小于0.10%.4.1.3混凝土拌和及养护用水P94-P95(8条)简单的做法:1.城市:自来水

2.无自来水的山区:人或动物能喝的河水或井水就可以.3.对水不能确定是否可行:与用自来水配的混凝土做对比试验,3d和28d强度不降于90%就可以.4.1.4混凝土外加剂外加剂的定义:在拌制混凝土过程中掺入,用以改善混凝土性能的物质,外加剂掺量一般不大于水泥质量的5%.外加剂的种类:1.减水剂2.早强剂3.缓凝剂4.引气剂5.膨胀剂与减缩剂6.其它外加剂减水剂WaterReducer定义:在保证混凝土和易性不变的条件下,能减少用水量的外加剂.

1)普通减水剂减水率小于10%；

2)高效减水剂也称超塑化剂(HighRangeWaterReducer；Superplasticizer)

减水率大于12%，有的达30%以上。为什么加入减水剂后水泥浆变稀？(1)减水剂的机理和作用减水剂是表面活性剂:机理:使水泥颗粒带相同电荷,产生电性斥力.作用:1)释放游离水;2)水泥颗粒表面形成溶剂水膜;3)分散作用.

减水剂分散水泥的机理加减水剂前加减水剂后絮凝分散没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆(2)常用减水剂1)木质素系减水剂(又称木质素磺酸钙,或M型减水剂)生产:纸浆废液(含木质素—憎水基团)+硫酸→带酸性的产物+Ca（OH）2→木质素磺酸钙液体→棕色粉末（通过干燥）产品特点：1）普通减水剂，减水率约10%；2）缓凝作用，可缓凝2~3h；3）引气作用，可改善混凝土抗渗性和抗冻性等使用范围：大体积混凝土，泵送混凝土和夏季施工砼等；不使用：冬季施工、蒸养砼和预应力砼等。2）多环芳香族磺酸盐系减水剂（萘系）生产：煤焦油中的萘+硫酸→反应产物+NaOH→液体的萘系减水剂→粉状萘系减水剂产品特点：1）高效减水剂，减水率20%左右；

2）非引气型和引气型两类；适用：早强、高强及硫态混凝土等。3）水溶性树脂系减水剂生产：有三聚氰胺、古马隆树脂直接合成。特点：高效减水剂，减水率20%以上；价格高于萘系。适用：早强、高强及硫态混凝土等。高效减水剂

高效减水剂的应用，成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑，应用它可以配制出流动性满足施工需要且水灰比低，因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土，以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。高效减水剂的发展第一代：坍落度损失较快（30~45分）；第二代：与缓凝减水剂复合以延缓损失速率（90分以上），控制有困难；第三代：新品种；可保持几小时基本不损失。减水剂的作用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。能否同时兼顾？为什么？20世纪混凝土技术发展史上的里程碑1）水灰比定则（1918年，Abrams），为配合比设计奠基；2）引气剂（50年代）应用，使混凝土抵抗冻融能力大大提高；3）高效减水剂（60年代），使水泥分散，水灰比得以降低，提高强度和耐久性。2、缓凝剂

Retarder定义：指延长混凝土凝结时间的外加剂。作用：缓凝剂主要用于抵消因环境温度高（热天），混凝土凝结硬化加快的影响，使其在浇注期间保持工作度，并消除由于模板弯沉引起的开裂。它还用于分层浇注时保持工作度，以避免冷缝或结构不连续问题的出现。缓凝剂减小坍落度损失的效果，取决与水泥和其它外加剂的搭配。种类：1）木质素磺酸盐类：掺量0.2%~0.3%(以水泥量计),缓凝2~3h;2)糖密类:掺量0.1%~0.3%(以水泥量计),缓凝2~4h3)羟基羧酸类;掺量0.03%~0.1%(以水泥量计),缓凝4~10h.主要适用:大体积砼,泵送砼,长距离输送砼等.

注意:缓凝剂种类及掺量要经过试验确定.缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响3.早强剂

Accelerator早强剂能加速拌合物凝固和硬化混凝土的强度发展，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，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。种类:氯盐类(CaCl2,NaCl等),硫酸盐类,有机氨类等.适用:冬季施工,紧急抢修工程等.4.引气剂

airentrainingadmixture性质：是一类表面活性剂。种类：松香树脂类，烷基苯磺酸盐类，木质素磺酸盐类，脂肪醇类等。特性：1）改善混凝土拌合物的和易性：微小而封闭的气泡起滚珠作用；相当于减水率10%的作用；2）提高混凝土的抗渗性和抗冻性：割断砼中毛细管的作用，提高抗渗性；气泡对水结冰的体积膨胀有缓冲作用。3）降低混凝土强度：每增加1%（气体体积），抗压强度下降3%~5%；4）降低混凝土弹性模量：对提高混凝土的抗裂性有利；5）不能用于预应力砼和蒸气养护砼。亲水基团憎水组分气泡引气剂稳泡作用的机理5、膨胀剂与减缩剂

expansiveandshrinkagereducingadmixture1）膨胀剂：膨胀源主要是钙矾石，反应式为：C3AH6+3CaSO4·2H2O+26H2O→C3A·3CaSO4·32H2O还有CaO

＋H2O→Ca(OH)2或二者复合使用

我国正在大量生产和使用膨胀剂，用于地下或地上结构工程施工，以减少混凝土开裂和连续浇注不设后浇带等作用为目的。但由于应用和评价方法存在一些问题，有时出现效果不佳，甚至出现加剧开裂等现象。（目前在地下用得非常成功）

2）减缩剂（补充内容）

使用目的与膨胀剂有类似之处，即减少混凝土因收缩变形受约束引起的开裂现象。但两者的作用机理完全不同，前者通过受约束膨胀产生预压应力（储存膨胀能）起作用；后者则通过改变混凝土内水分的表面活性，影响其迁移，从而减小混凝土的收缩（包括干缩和自生收缩，但对温度收缩没有作用）。6.其它外加剂1）其它功能的外加剂：如防水剂、泵送剂、速凝剂等；2）复合功能的外加剂：如早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、减水膨胀剂、膨胀防水剂等；4.1.5混凝土矿物掺合料

早期在混凝土里掺用主要为两个目的：一为节约水泥，获取经济效益；二为减小大体积混凝土温升，避免温度裂缝。今天用矿物掺合料为改善混凝土的微结构和许多重要性能，而且还具有节约能源、保护资源和减小环境污染等多重意义。1.火山灰性质

一部分矿物掺合料含有玻璃态或者无定形的氧化硅，本身没有胶凝性，但是以细粉末状态存在时，能够与氢氧化钙和水在常温下起化学反应，生成有胶凝性产物的性质。例如天然火山灰。

火山灰反应：活性SiO2+Ca(OH)2+H2O

C-S-H

火山灰反应——二次反应的产物与水泥水化的产物一样是C-S-H。而且因为消耗了部分硅酸盐水泥水化放出的氢氧化钙，加强了过渡区的微结构，因而可以提高混凝土的抗渗透性能和强度（特别是后期强度），改善耐久性能。

1）粉煤灰煤粉在锅炉中燃烧后的灰份(表4-11）；

2）硅粉生产硅铁合金排出的烟气冷凝形成微细的粉末；

3）沸石粉、稻壳灰、石灰石粉、偏高岭土等;

4）粒状高炉矿渣高炉炼铁排出的废渣，经水淬并粉磨后使用（表4-12）.2.主要的矿物掺合料种类3.主要矿物掺合料的组成氧化物粉煤灰磨细矿渣硅粉水泥低钙高钙SiO24840369720Al2O32718

925Fe2O39810.1