2 混凝土的材料与工程质量——集料.pptx

1、,第二章 混凝土的材料 与工程质量,Chap.2混凝土的材料与工程质量,主要内容： 集料粗细集料 外加剂减水剂 矿物掺合料粉煤灰，硅灰，矿渣 重点和难点： 重点：1混凝土原材料的性能对混凝土 质量的影响； 2集料品质的衡量指标； 3 砂的筛分析； 4 减水剂减水机理与应用。 难点：1混凝土减水剂的减水机理； 2对筛分析曲线的理解及其在工程中应用。, 2.1 概述,混凝土质量与建筑工程质量 混凝土原材料的选用与施工技术 混凝土的质量 混凝土质量不合格 建筑工程质量事故 对人类社会造成来严重危害,混凝土质量与建筑工程质量,2007年8月 美国明尼苏达,2007年越南第一在建长桥,广东佛山九江大桥,

2、浙江金华大桥工地倒塌,肯尼亚内罗毕 一建筑倒塌,建筑物破坏 引起火灾,美国纽约市曼哈顿区一幢4层建筑物,混凝土质量与建筑工程质量,建筑工程质量对混凝土材料的要求 强度，耐久性，工作性，经济性 获得优质经济混凝土的基本条件 选择原材料就在取材，质地优良 确定混凝土配合比保证质量，经济节约 加强施工控制，保证施工质量,混凝土质量与建筑工程质量,原材料性能与混凝土质量,普通混凝土的原材料（表2.1） 粗集料，细集料，水泥，水 其他组分第五组分（外加剂） 第六组分（矿物掺合料） 第七组分（纤维） 组成材料的作用 水泥净浆胶凝材料：包裹集料表面并填充集料空隙； 满足混凝土拌合物的工作性能及集料润滑材料；

3、 使硬化混凝土具有要求的强度、耐久性。 集料的作用：填充材料，降低混凝土成本； 提高混凝土的体积稳定性和耐久性； 减少水泥净浆的发热、干缩等不良作用。,原材料性能与混凝土质量,我国原材料存在问题 水泥立窑水泥质量差，回转窑水泥质量波动大 砂石规模小、工艺落后，质量差且不稳定 外加剂技术水平低，质量参差不齐 矿物掺合料未产业和正规化 质量低的原材料导致的建筑工程质量目前存在问题 体积稳定性差，裂缝严重； 均匀性差，较易离析、泌水； 抗腐蚀能力低，使用寿命短。, 2.2 水泥（自学）,六大水泥的性能及其适用范围 硅酸盐水泥的生产与性能 水泥的建筑性能指标 水泥与混凝土工程质量 水泥的选择： 优质的

4、水泥需水量少、流动性好、与外加剂相容性好；胶砂强度高；颗粒分布合理；有害组分含量低 与混凝土强度等级相适应是混凝土28d 强度的1.52.0倍（普通混凝土：1.5-2，高强混凝土：0.9-1.5倍） 正确选择水泥品种技术性能及适用范围，如在一般气候环境中使用砼，优先选 普通水泥；要求快硬高强 的混凝土，优先选用硅酸 盐水泥，不能用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥 妥善贮存和使用防潮、防水；贮存时间（时间长强度会降低）, 2.3 集料(aggregate),2.3.1 集料定义与分类 定义：均匀分布于胶凝材料之中，起填充、支撑或改性作用的颗粒状的材料，又叫骨料,是混凝土的主要组成部分，

5、用量占砼总体积的70%80% 分类:,集料 Aggregate,再生集料 Recycled concrete aggregate,原生集料 Primary aggregate,工业灰渣集料,依来源分,细集料（0.155mm） Fine Aggregate,粗集料（5mm） Coarse Aggregate,集料 Aggregate,依尺寸分,目前大量工程中应用的是原生骨料，如砂和石。 地壳表面绝大多数的岩石可作用原生骨料。 骨料的性质对混凝土性质有很大的影响。,注意：,集料 Aggregate,轻集料 10001100kg/m3,普通集料 26002700kg/m3,重集料 3000kg/m3

6、,依密度分, 2.3.1 集料定义与分类,骨料的作用 起骨架作用； 稳定体积作用； 调整混凝土密度的作用； 控制混凝土温度的变化（水泥的放热反应）； 降低混凝土成本（骨料占混凝土体积的7077） 与水泥石共同作用相互配合 二者之间较好黏结作用基础 性能匹配并相互协调如热膨胀系数, 2.3.2 细集料砂,定义与标准 分类 技术要求（） 有害杂质 颗粒形状与表面特征 级配 粗细程度,定义：粒径0.155mm的岩石颗粒，又称砂（sand） 标准 混凝土用砂质量标准 JGJ5292 建筑工程用砂质量标准 GB/T14684-2001 分类 按来源可分为 天然砂（常用） 人工砂（岩石破碎） 工业灰渣砂（

7、资源利用，但质量不稳） 天然砂按产地又可分为 河砂 海砂 山砂,Sand,raw material,Hill sand,River sand,Natural sand,Artificial sand,细集料砂,定义与分类,选用原则： 就地取材 变废为宝 保护生态,Sea sand,砂的技术要求有害物质,定义：骨料中妨碍水泥水化或引起水泥石腐蚀，降低水泥石与骨料粘附性的各种物质或本身性能较差、不安定的颗粒。 种类：云母、粘土、淤泥和有机物等。,细集料砂,砂的技术要求有害物质,含泥量：小于0.08mm的尘屑、淤泥、黏土的总量 粒径小，比表面积大；吸水性强 用水量增加 对混凝土和易性的影响 对混凝土

8、抗压强度的影响 对混凝土抗拉强度的影响 对混凝土干缩的影响 对混凝土抗冻融性能影响,危害性影响,表 细集料中含泥量和泥块含量的限值,砂的技术要求有害物质,云母含量: 薄片状，表面光滑，强度很低，易沿解理面错裂 与水泥粘结性很差 对新拌浆体流动性的影响：运动阻力，流动性变差 对强度的影响：两方面的影响 对抗渗性的影响 对抗冻融的影响：水分的渗入 有机物质: 植物的腐植物 妨碍水泥的水化反应 常用比色法检验 若结果比标准色深，应进行砂浆或混凝土强度对比试验 另外，还有煤粒、贝壳等轻物质,危害性影响,砂的技术要求有害物质,细集料砂,Tab. 有害杂质含量要求 (GB/T14684-2001),处理方

9、法 当砂中有害杂质含量多，但必须使用时，可用清水加以冲洗，如冲洗后符合要求，则可使用。 有害杂质含量应符 GB/T146842001(JGJ52-92) Tab. 2.12的要求。,砂的技术要求有害物质,砂的技术要求颗粒形状与表面特征,细集料砂,表 砂的颗粒形状与表面特征及其对混凝土性能的影响,山砂：多棱角，含较多软弱颗粒 海砂：球形，含有氯盐和贝壳 河砂：介于以上二者之间，最常用,砂的技术要求颗粒级配,细集料砂,颗粒级配指砂的大小颗粒搭配的情况。 骨料颗粒级配 试验方法：筛分析法 取500g干砂，测其在各筛（一套标准筛）上的筛余量。 评价砂的粗细程度的方法 级配曲线 细度模数 平均粒径,Fi

10、g. Screen Instrument,砂的技术要求颗粒级配,颗粒级配如下表所示,细集料砂,表 砂的颗粒级配,注：筛余量: 分计筛余百分率：各筛的筛余量/砂的总量（g）。 累计筛余百分率：各筛的分计筛余率加上比该筛大的所有筛的分计筛余百分率之和。,砂的技术要求颗粒级配,颗粒级配区如下表所示,细集料砂,表 砂的颗粒级配区,级 配 区,级配区：按600m筛孔的累计筛余百分率划分为3个级配区。,级配曲线：以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标作图即为级配曲线。 颗粒的级配区 砂的级配曲线分析 区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土 区:中砂为主,最适合配制普通混凝土 区:细砂为主

11、,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩,砂的技术要求颗粒级配,细集料砂,砂的级配曲线图,级配曲线：以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标作图即为级配曲线。 颗粒的级配区 砂的级配曲线分析 区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土 区:中砂为主,最适合配制普通混凝土 区:细砂为主,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩,砂的技术要求颗粒级配,细集料砂,砂的级配曲线图,砂的技术要求粗细程度,定义:不同粒径的砂混合在一起后总体的粗细程度. 表示方法:粗细程度用细度模数表示 细度模数: 各级筛上累计筛余百分数的总和（扣除A1） 粗细程度的划分,细集料砂,平均粒径法粉体工程

12、已学，此处不赘述,砂的技术要求颗粒级配举例,例题某工程用砂，经烘干、称量、筛分析，测得各号筛上的筛余量列于表4-5。试评定该砂的粗细程度（Mx）和级配情况。,表 筛分析试验结果筛孔尺寸（mm）,细集料砂,表 分计筛余和累计筛余计算结果,砂的技术要求级配情况举例,解 分计筛余率和累计筛余率计算结果列于下表。,细集料砂, 计算细度模数：,砂的技术要求级配情况举例,细集料砂, 确定级配区、绘制级配曲线：该砂样在0.600mm筛上的累计筛余率A4=63.22落在级区，其他各筛上的累计筛余率也均落在级区规定的范围内，因此可以判定该砂为级配合格的级区砂。级配曲线图见下图。,图 级配曲线, 结果评定：该砂的

13、细度模数Mx=2.85，属中砂；级区砂，级配良好。可用于配制混凝土。,砂的技术要求级配情况,合理级配 粗细颗粒含量适当 空隙率小 总表面积小 水泥浆的用量少 混凝土的和易性好 密实度高 强度及耐久性高,细集料砂,思考: 对于不合理级配的砂可否用来配制混凝土?,砂的掺配使用： 配制普通混凝土的砂宜为中砂（Mx=2.33.0），级区。但实际工程中往往出现砂偏细或偏粗的情况。通常有两种处理方法： 当只有一种砂源时，对偏细砂适当减少砂用量，即降低砂率；对偏粗砂则适当增加砂用量，即增加砂率。 当粗砂和细砂可同时提供时，宜将细砂和粗砂按一定比例掺配使用，这样既可调整Mx，也可改善砂的级配，有利于节约水泥，

14、提高混凝土性能。掺配比例可根据砂资源状况，粗细砂各自的细度模数及级配情况，通过试验和计算确定。,砂的技术要求级配情况,砂的技术要求物理性能,含 水 状 态, 绝干状态：砂粒内外不含任何水，通常在1055条件下烘干而得。 气干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水。指室内或室外 （天晴）空气平衡的含水状态，其含水量的大小与空气 相对湿度和温度密切相关。 饱和面干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和。水利工程 上通常采用饱和面干状态计量砂用量。 湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水。施工现 场，特别是雨后常出现此种状况，搅拌混凝土中计量砂 用量时，要扣除砂中的含水量；同样，计量水用

15、量时， 要扣除砂中带入的水量。,砂的技术要求物理性能,含 水 状 态,吸水率：饱和面干状态吸水量除以绝干状态的质量 含水率：气干状态含水量除以绝干状态的质量,密度 指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量（v-材料在绝对密实状态下的体积） 表观密度: 指材料在自然状态下，单位体积的质量（v0-材料自然状态下的体积, 包括非贯通孔在内） 测定方法 绝干密度和面干密度 面干密度更适合于混凝土配制计算 堆积密度: 堆积程度 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量（ -材料的堆积体积）,砂的技术要求物理性能,材料的密度 表观密度 堆积密度,密 度,空隙率与强度的关系见右图：随着孔隙率增大，表观密度

16、提高，吸水率降低，强度和耐久性提高。,图 孔隙对材料性能的影响,砂的技术要求物理性能,密 度,定义 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。 检验方法 天然砂：硫酸钠溶液法硫酸钠溶液浸泡 烘干浸泡循环试验法检验，测定5个循环 后的重量损失率。 人工砂：压碎指标法,砂的技术要求物理性能,坚 固 性,小 结,混凝土质量与建筑工程质量 建筑工程质量对混凝土质量的要求 混凝土质量对原材料品质的要求 砂的技术要求 有害物质: 含泥量，云母，有机物质等 粗细程度与颗粒级配：级配曲线，细度模数 密度：表观密度 含水状态：含水率 坚固性：硫酸钠浸泡试验 颗粒形状与表面特征,The end

17、of this Part. Thanks !,第二章 混凝土的材料与工程质量集料（粗集料）,2.3.3 粗集料石子,定义与标准 分类 技术要求 有害杂质（碱骨料反应） 颗粒形状与表面特征 级配（级配理论） 粗细程度 最大粒径 石子强度,2.3.3 粗集料石子,定义 粒径大于5mm的岩石颗粒 标准 混凝土用石质量标准 JGJ5392 建筑工程用石质量标准 GB/T14685-2001 分类 按来源分碎石、碎卵石和卵石，工程中常用碎石配制混凝土 卵石山卵石：含杂质多 海卵石：含有贝壳和盐类 河卵石：比较洁净，适宜于制造混凝土 碎石母岩大多数是花岗岩和石灰岩（应用广泛） 按技术要求分为3类: : 用

18、于C60的混凝土 : 用于C30C60的混凝土 : 用于C30的混凝土及建筑砂浆,2.3.3 粗集料石子,粗骨料的主要技术指标有 1. 有害杂质 2. 颗粒形态及表面特征 3. 粗骨料最大粒径 4. 粗骨料的颗粒级配 5. 粗骨料的强度,粗集料的技术要求有害杂质,种类及含量限制 含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量及有害物含量等均应符合GB/T14685-2001(或JGJ52-92)的要求。 针状颗粒：长度大于平均粒径2.4倍 片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍 危害：坍落度降低，黏聚性变差，抗压、抗拉强度下降，高强砼更明显,粗集料石,Fig. Needle and Slice Shape Pa

19、rticles,碱骨料反应（Alkali-Aggregaete Reaction，简称AAR） 水泥中碱性物质(氧化钠或氧化钾)过多，且粗骨料中含有活性成分（活性氧化硅或活性氧化铝）,二者反应生成碱硅酸凝胶,引起体积膨胀,使混凝土开裂，最终破坏的现象。 碱活性与可用性的区别 碱活性是本质特征，与碱反应的能力，与使用条件无关 可用性实际使用情况的表征，与使用条件关系密切 耐久性部分详述,粗集料的技术要求有害杂质,粗集料的技术要求有害杂质,粗集料的技术要求颗粒形状与表面特征,粗集料石,级配 碎石及卵石的级配要求见表2.8，级配实验方法及有关参数的计算与细骨料相同,只是筛孔尺寸和级配要求不同 标准筛

20、:2.36（2.5）、4.75（5）、9.5（10）、16（15）、19（20）、26.5（25）、31.5、37.5（40）、53（50）、63、75（80）及90（100）等共12个。,颗粒形状及表面特征与砂相同,粗集料的技术要求颗粒级配,石子级配分为 连续粒级：从小到大各占一定比例 单粒级：大部分颗粒集中在某一种或两种粒径上的颗粒，便于储运,粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料石,粗集料石,表 石子级配要求(GB/T14685-2001),粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料石,续表 石子级配要求(GB/T14685-2001),粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料石,粗集料的技术要求颗粒级配,连续

21、级配：颗粒尺寸由小到大连续分级，每级骨料都占有一定的比例。颗粒间级差小，上、下粒径之比接近2，配制的混凝土拌合物和易性好，不易发生离析，应用较为广泛。 间断级配：人为易除某些中间粒级颗粒，大颗粒空隙由比它小的颗粒填充，颗粒级差大，上、下限粒径比接近6，空隙率降低比连续级配快得多，骨架作用发挥好，减少水泥用量，但会离析，工程应用少。可配制高强混凝土或干硬性混凝土,须强力振捣.,对颗粒级配的要求,较小的空隙率 减小水泥浆体量，降低成本 较小的总表面积 胶凝材料包裹量少 较好的连续性 较大颗粒与浆体分离，避免离析,粗集料的技术要求最大粒径,石子公称粒级的上限Dmax 如520是常用的一种粒级, 20

22、mm是该粒级的上限，即最大粒径,粗集料石,石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。,粗集料的技术要求最大粒径,Dmax的限制条件 .经济性: Dmax增大,表面积减小,水泥用量减少 .结构限制: Dmax 1/4结构截面最小尺寸; Dmax 3/4钢筋最小净距; Dmax =1/2实心板厚度，且Dmax 50mm。 .施工方面：Dmax过大，在搅拌、运输以及振捣时易产生离析或易损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。,粗集料石,. 毛石：节省水泥，降低收缩

23、（大体积或疏筋混凝土）,粗集料的技术要求石子的强度,强度测试方法 岩石立体强度 压碎指标 岩石的立方体强度：将岩石制成边长5cm的立方体，水饱和状态测抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比 普通混凝土1.5 fcu 高强混凝土2.0 fcu,Fig. Sketch map to measure cubic strength,粗集料石,粗集料的技术要求石子的强度,石子强度也可根据岩石种类，参照下表选择,Tab. Aggregate Strength of different types,粗集料石,岩石立方体抗压强度并不能完全反映集料在混凝土中的受力情况 混凝土受压时，大量集料处于受折、受剪状态,粗集料的技术要求石子的强度,压碎指标:石子压碎指标值试验 方法：将直径为10-20mm的碎石分三层装入标 准圆筒内，按一定方法加压至200kN，再过2.5mm的筛。 压碎指标 压碎指标的要求见下表,Fig. Sketch map to measure Crushing Index,表 石子的压碎值指标,粗集料石,粗集料的技术要求石子的强度,表 碎石的压碎指标值,Tab. 卵石的压碎指标 (GB/T14685-2001),石子的压碎指标值与混凝土强度等级的关系：,粗集料石,采用哪种石子强度: 岩石立体强度 压碎指标 岩石立体强