(6.1)--第四章混凝土.pdf

《(6.1)--第四章混凝土.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(6.1)--第四章混凝土.pdf（49页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第 5 章 混 凝 土 教学提示：混凝土是当今最重要的结构材料，本章是全书的重点。以普通混凝土为学习基础，按“原材料硬化前的性能（和易性）硬化后的性能（强度，变形性能、耐久性）质量波动与配制强度配合比设计质量控制与评定”这一主线来学习。配合比设计是本章的重点，学习时首先掌握普通混凝土配合比设计方法，然后学习掺外加剂、粉煤灰等混凝土的配合比设计方法。学习时应了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。教学要求：熟练掌握各种组成材料各项性质的要求，测定方法及对混凝土性能的影响；混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法；硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性质及其影响因素；普通混凝土的配合比设计方法。掌握普通

2、混凝土组成材料的品种、技术要求及选用(包括砂、石、水泥、水、掺和料及外加剂)；掺减水剂混凝土配合比设计方法和粉煤灰混凝土配合比设计方法。了解其他混凝土的配制原理与性能，了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水(或不加水)按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。混凝土常简写为“砼”。混凝土材料的应用可追溯到古老年代。数千年前，我国劳动人民及埃及人就用石灰与砂配制成砂浆砌筑房屋。后来罗马人又使用石灰、砂及石子配制成混凝土，并在石灰中掺入火山灰配制成用于海岸工程的混凝土，这类混凝土强度不高，使用量少。现代意义上的混凝土，是在约瑟夫阿斯帕丁

3、1824 年发明波特兰水泥以后才出现。1830年前后水泥混凝土问世；1850 年出现了钢筋混凝土，使混凝土技术发生了第一次革命；1928年制成了预应力钢筋混凝土，产生了混凝土技术的第二次革命；1965 年前后混凝土外加剂，特别是减水剂的应用，使轻易获得高强度混凝土成为可能，混凝土的工作性显著提高，导致了混凝土技术的第三次革命。目前，混凝土技术正朝着超高强、轻质、高耐久性、多功能和智能化方向发展。水泥混凝土经过 170 多年的发展，已演变成了有多个品种的土木工程材料，混凝土通常从以下几个方面分类：按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏混凝土

4、和硅酸盐混凝土等几种。按干表观密度分为三类：重混凝土，其干表观密度大于 2 600kg/m3，采用重骨料和水泥配制而成，主要用于防辐射工程，又称为防辐射混凝土；普通混凝土，其干表观密度为2 0002 500 kg/m3，一般多在 2 400 kg/m3左右，用水泥、水与普通砂、石配制而成，是目前土木工程中应用最多的混凝土，广泛用于工业与民用建筑、道路与桥梁、海工与大坝、军事工程等工程，主要用作承重结构材料，目前全世界普通混凝土年用量达 40 多亿 m3，我国年用量在 15 亿 m3以上；轻混凝土，其干表观密度小于 1 950 kg/m3，包括轻骨料混凝土、大孔混凝土和多孔混凝土，可用作承重结构

5、、保温结构和承重兼保温结构。第 5 章章 混凝土 8181按施工工艺可分为泵送混凝土、预拌混凝土(商品混凝土)、喷射混凝土、真空脱水混凝土、自密实混凝土、堆石混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、造壳混凝土(裹砂混凝土)、离心混凝土、挤压混凝土、真空吸水混凝土、热拌混凝土和太阳能养护混凝土等多种。按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土和水下不分散混凝土等多种。按掺合料可分为：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、碱矿渣混凝土和纤维混凝土等多种。按抗压强度(fcu)大小可分为低强混凝土(fcu 30MPa)、中强混凝土(

6、fcu=3060MPa)、高强混凝土(fcu60MPa)和超高强混凝土(fcu100MPa)等。按每立方米中的水泥用量(C)分为贫混凝土(C170kg)和富混凝土(C230kg)。本章讲述的混凝土，如无特别说明，均指普通混凝土。普通混凝土与钢材、木材等常用土木工程材料相比有许多优点：原材料丰富，造价低廉，可以就地取材；可根据混凝土的用途来配制不同性质的混凝土；凝结前有良好的可塑性，可利用模板浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物；与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后能很好地共同工作等。普通混凝土也存在一些缺点：抗拉强度低，一般为抗压强度的110120，易产生裂缝，受拉

7、时易产生脆性破坏；自重大，比强度小，不利于建筑物(构筑物)向高层、大跨度方向发展；耐久性不够，在自然环境、使用环境及内部因素作用下，混凝土的工作性能易发生劣化，硬化较慢，生产周期长，在自然条件下养护的混凝土预制构件，一般要养护 714d方可投入使用。5.1 普通混凝土的组成材料 普通混凝土是由水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺入适量的外加剂和掺合料。砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故称为骨料(又叫集料)，砂子称为细骨料，石子称为粗骨料。水泥和水形成水泥浆包裹在骨料的表面并填充骨料之间的空隙，在混凝土硬化之前起润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；硬化之后起胶结作用，将砂石骨料胶结成一个

8、整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材。外加剂起改性作用。掺合料起降低成本和改性作用，混凝土的结构如图 5.1 所示。图 5.1 混凝土的结构 土木工程材料土木工程材料 82 82 5.1.1 水泥 水泥是混凝土中最重要的组分，同时是混凝土组成材料中总价最高的材料。配制混凝土时，应正确选择水泥品种和水泥强度等级，以配制出性能满足要求、经济性好的混凝土。1.水泥品种的选择 配制混凝土时，应根据工程性质、部位、施工条件和环境状况等选择水泥的品种。常用水泥的选择见表 4-7。2.水泥强度等级的选择 水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上配制高强度等级的混凝土，选用高强度等级的水

9、泥；配制低强度等级的混凝土，选用低强度等级的水泥。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土时，要满足强度要求，必然增大水泥用量，不经济；同时混凝土易于出现干缩开裂和温度裂缝等劣化现象。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土时，若只考虑满足混凝土强度要求，水泥用量将较少，难以满足混凝土和易性和耐久性等要求；若水泥用量兼顾了耐久性等性能，又会导致混凝土超强和不经济。根据经验，水泥的强度等级宜为混凝土强度等级的 1.3 倍1.7 倍，如配制 C30 混凝土时，水泥胶砂试件 28d 抗压强度宜在 39.0MPa51.0MPa 之间，宜选用 42.5 级水泥。当然，这种经验关系并不是严格的规定，

10、在实际应用时可略有超出。表 5-1 是各水泥强度等级的水泥宜配制的混凝土。表 5-1 水泥强度等级可配制的混凝土强度等级 水泥强度等级 宜配制的混凝土强度等级 水泥强度等级 宜配制的混凝土强度等级 32.5 C10、C15、C20、C25 52.5 C40、C45、C50、C60、C60 42.5 C30、C35、C40、C45 62.5 C60 5.1.2 细骨料 根据国家标准建筑用砂(GB/T 146842001)的规定，粒径在 150m4.75mm 之间的骨料称为细骨料。建设部行业标准普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ 521992)，将粒径0.16mm5.0mm 之间的骨料称为细

11、骨料。1.细骨料的种类及其特性 砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂包括河砂、湖砂、淡化海砂和山砂；人工砂包括机制砂和混合砂。GB/T 146842001 根据砂的技术要求，将砂分为类、类和类。天然砂是由天然岩石经自然条件作用而形成。河砂和湖砂因长期经受流水和波浪的冲洗，颗粒较圆，比较洁净，且分布较广，一般工程都采用这种砂。海砂因长期受到海流冲刷，颗粒圆滑，比较洁净且粒度一般比较整齐，但常混合有贝壳及盐类等有害杂质，在配制钢筋混凝土时，海砂中 Cl含量不应大于 0.06%(以全部 Cl换算成 NaCl 占干砂重量的百分率计)，超过该值时，应通过淋洗，使 Cl含量降低至 0.06%以下，或在拌

12、制的混凝土中第 5 章章 混凝土 8383掺入占水泥重量 0.6%1.0%的 NaNO2等阻锈剂，对于预应力钢筋混凝土，则不宜采用海砂。山砂是从山谷或旧河床中采运而得到，其颗粒多带棱角，表面粗糙，但含泥量和有机物杂质杂质较多，使用时应加以限制。机制砂是由天然岩石轧碎而成，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及细粉含量较大，且成本较高，只有在缺乏天然砂时才常采用。混合砂是机制砂和天然砂混合而的砂，其性能取决于原料砂的质量及其配制情况。类砂宜用于配制强度等级大于 C60 的混凝土，类砂宜用于配制强度等级 C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，类砂宜用于配制强度等级小于 C30 的混凝土和

13、建筑砂浆。2.细骨料的技术要求 细骨料质量的优劣，直接影响到混凝土质量的好坏。有关砂的标准，现有国家标准 建筑用砂(GB/T 146842001)和建设部行业标准普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ 521992)两个标准。GB/T 146842001 对混凝土用砂的质量提出了下列要求：下面主要根据它来学习有关内容。1)含泥量、石粉含量和泥块含量 含泥量是指天然砂中粒径小于 75m 的颗粒含量。石粉含量是指人工砂中粒径小于75m 的颗粒含量。泥块含量是指砂中原粒径大于 1.18mm，经水浸洗、手捏后小于 600m的颗粒含量。天然砂的含泥量和泥块含量应符合表 5-2 的规定，人工砂的石粉含量

14、和泥块含量应符合表 5-3 的规定。表 5-3 中亚甲蓝 MB 值是用于判定人工砂中粒径小于 75m 颗粒含量，主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉的指标。表 5-2 天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 146842001)项 目 I 类 II 类 II 类 含泥量(按质量计，%)1.0 3.0 5.0 泥块含量(按质量计，%)0 1.0 2.0 表 5-3 人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T 146842001)项 目 I 类 II 类 II 类 1 石粉含量(按质量计，%)3.0 5.0 7.0 2 MB 值 1.40 或合格 泥块含量(按质量计，%)0 1.0 2.0 3 石粉

15、含量(按质量计，%)1.0 3.0 5.0 4 亚甲蓝试验 MB 值1.40 或不合格 泥块含量(按质量计，%)0 1.0 2.0 注：根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定。泥、石粉和泥块对混凝土是有害的。泥包裹于砂子的表面，隔断了水泥石与砂子之间的粘结，影响混凝土的强度。当含泥量多时，会降低混凝土强度和耐久性，并增加混凝土的干缩。石粉会增大混凝土拌合物需水量，影响混凝土和易性，降低混凝土强度。泥块在混凝土内成为薄弱部位，引起混凝土强度和耐久性的降低。2)有害物质 砂子中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。砂中有害物质包括云土木工程材料土木工程材料 84

16、84 母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，它们的含量应符合表 5-4 的规定。表 5-4 砂有害物质含量限值(GB/T 146842001)指 标 项 目 I 类 II 类 III 类 1.0 2.0 2.0 云母(按质量计，%，)轻物质(按质量计，%，)1.0 1.0 1.0 有机物(比色法)合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐(按 SO3质量计，%，)0.5 0.5 0.5 氯化物(以氯离子质量计，%，)0.01 0.02 0.06 云母是表面光滑的小薄片，会降低混凝土拌合物和易性，也会降低混凝土的强度和耐久性。硫化物及硫酸盐主要由硫铁矿(FeS2)和石膏(CaSO4)等杂物带入。它们

17、与水泥石中固态水化铝酸钙反应生成钙矾石，反应产物的固相体积膨胀 1.5 倍，从而引起混凝土膨胀开裂。有机物主要来自于动植物的腐殖质、腐殖土、泥煤和废机油等，会延缓水泥的水化，降低混凝土的强度，尤其是早期强度。Cl是强氧化剂，会导致钢筋混凝土中的钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀和受力面减小，从而引起混凝土开裂。3)碱骨料反应 碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。当对砂的碱活性有怀疑时或用于重要工程的砂，须进行碱活性检验。检测方法及结果判定原则见“5.5.5 混凝土的碱骨料反应”。经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件应

18、无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于 0.10%。4)粗细程度和颗粒级配 在混凝土中，砂子的表面由水泥浆包裹，砂子之间的空隙由水泥浆来填充。为了节约水泥，提高混凝土密实度和强度，应尽可能减少砂子的总表面积，同时减少砂子的空隙率。砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂的粗细程度与其总表面有直接的关系，对于相同重量的砂，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。当混凝土拌合物和易性要求一定时，细砂较粗砂的水泥用量为省。但若砂子过粗，易使混凝土拌合物产生离析、泌水等现象。因此，混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂粒的搭配情况。粒径

19、相同的砂粒堆积在一起，会产生很大的空隙率，如图 5.2(a)所示；当用两种粒径的砂搭配起来，空隙率就减少了，如图 5.2(b)所示；而用三种粒径的砂搭配，空隙率就更小了，如图 5.2(c)所示。由此可见，要想减小砂粒间的空隙，就必须将大小不同的颗粒搭配起来使用。砂的粗细程度和颗粒级配通常用筛分析的方法进行测定。GB/T 146842001 规定，砂的筛分析法是用 4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m 和 150m 方孔筛，将 500g干砂样由粗到细依次过筛，然后称取留在各筛上砂的筛余量 Gi(G1、G2、G3、G4、G5、G6)和筛底盘上砂重量G底。然后计算各筛的分计筛

20、余百分率 ai(各筛上的筛余量占砂样总重的百分率)，()/100%iiiaGGG=+底，计算累计筛余百分率 Ai(各筛及比该筛粗的所有第 5 章章 混凝土 8585筛的分计筛余百分率之和)。累计筛余与分计筛余的关系见表 5-5。JGJ 521992规定的标准筛筛孔尺寸及筛孔形状为5 mm(圆孔)、2.5 mm(圆孔)、1.25 mm(方孔)、0.63 mm(方孔)、0.315 mm(方孔)和 0.16 mm(方孔)。(a)(b)(c)图 5.2 骨料的颗粒级配 表 5-5 分计筛余和累计筛余的关系 筛孔尺寸 分计筛余(%)累计筛余(%)4.75mm 2.36mm 1.18mm 600m 300

21、m 150m 底盘 a1 a2 a3 a4 a5 a6 A1=a1 A2=a1+a2 A3=a1+a2+a3 A4=a1+a2+a3+a4 A5=a1+a2+a3+a4+a5 A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6 砂的粗细程度根据累计筛余百分率计算而得的细度模数(Mx)来表示，其计算式为：()23456115100 xAAAAAAMA+=(5.1)用该式计算时，Ai用百分点而不是百分率来计算。如 A2=18.6%，计算时代入 18.6 而不是 0.186。细度模数越大，表示砂越粗。按细度模数将砂分为粗、中、细三种规格：粗砂 Mx=3.73.1，中砂 Mx=3.02.3，细砂 Mx=2.21

22、.6。在我国，有些地区(如四川和重庆的部分地区)，天然砂的细度模数小于上述范围。一般将 Mx=1.50.7 的称为特细砂，Mx 0.7 的称为粉砂。砂的细度模数不能反映砂的级配优劣。细度模数相同的砂，其级配可以很不相同。因此，在配制混凝土时，必须同时考虑砂的级配和砂的细度模数。GB/T 146842001 规定，根据 600m 筛孔的累计筛余，把 Mx在 3.71.6 之间的常用砂的颗粒级配分为三个级配区，如表 5-6 所示。将筛分析试验的结果与表 5-6 进行对照，来判断砂的级配是否符合要求。但用表 5-6来判断砂的级配不直观，为了方便应用，常用筛分曲线来判断。所谓筛分曲线是指以累计筛余百分

23、率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标所画的曲线。用表 5-6 的规定值画出 1、2、3三个级配区上下限值的筛分曲线得到图 5.3。试验时，将砂样筛分析试验得到的各筛累计筛余百分率标注在图 5.3 中，并连线，就可观察此筛分曲线落在哪个级配区。土木工程材料土木工程材料 86 86 表 5-6 建筑用砂颗粒级配(GB/T146842001)级配区 累计筛余(%)方孔筛 1 2 3 9.50mm 0 0 0 4.75mm 100 100 100 2.36mm 355 250 150 1.18mm 6535 5010 250 600m 8571 7041 4016 300m 9580 9270 8555 1

24、50m 10090 10090 10090 图 5.3 砂的级配区曲线 判定砂级配是否合格的方法如下：各筛上的累计筛余百分率原则上应完全处于表 5-6 所规定的任何一个级配区；允许有少量超出，但超出总量应小于 5%；4.75mm 和 600m 筛号上不允许有任何超出；1 区人工砂中 150m 筛孔的累计筛余可以放宽到 10085，2 区人工砂中 150m 筛孔的累计筛余可以放宽到10080，3 区人工砂中150m 筛孔的累计筛余可以放宽到10075。配制混凝土时宜优先选用 2 区砂。当采用 1 区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性。当采用 3 区砂时，宜适当降低砂率，

25、以保证混凝土强度。如果某地区的砂子自然级配不符合要求，可采用人工级配砂。配制方法是当有粗、细两种砂时，将两种砂按合适的比例掺配在一起。当仅有一种砂时，筛分分级后，再按一定比例配制。5)坚固性 砂的坚固性是指砂在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。第 5 章章 混凝土 8787天然砂的坚固性根据砂在硫酸钠溶液中经五次浸泡循环后质量损失的大小来判定。GB/T 146842001 规定，类和类砂浸泡试验后的质量损失小于 8%，类砂浸泡试验后的质量损失小于 10%。人工砂采用压碎指标法进行检验。将砂筛分成 300m600m，600m1.18mm，1.18mm2.36mm，2.36mm4.75

26、mm 四个单粒级，按规定方法对单粒级砂样施加压力，施压后重新筛分，用单粒级下限筛的试样通过量除以该粒级试样的总量即为压碎指标。GB/T 146842001 规定，类、类和类砂的单级最大压碎指标分别小于 20%、25%和 30%。(6)表观密度、堆积密度、空隙率 GB/T 146842001 规定，砂表观密度大于 2 500 kg/m3，松散堆积密度大于 1 350kg/m3，空隙率小于 47%。5.1.3 粗骨料 根据国家标准 建筑用卵石、碎石(GB/T 146852001)的规定，粒径在 4.75mm90mm之间的骨料称为粗骨料。建设部行业标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ

27、 531992)，将粒径 5mm100mm 之间的骨料称为粗骨料。1.粗骨料的种类及其特性 粗骨料有卵石(又称为砾石)和碎石两类。按粒径尺寸分为连续粒级和单粒级两种规格，亦可以根据需要采用不同单粒级卵石、碎石混合成特殊粒级的卵石、碎石。GB/T 146852001按技术要求将粗骨料分为类、类和类。碎石主要由天然岩石破碎、筛分而成，也可将大卵石轧碎、筛分而得。碎石表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结比较牢固。卵石由天然岩石经自然条件作用而形成。卵石表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石胶结力较差。在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低，在单位用水量相同的条件下，卵石混凝土的流动性较碎石混

28、凝土大。类粗骨料宜用于强度等级大于 C60 的混凝土；类粗骨料宜用于强度等级 C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类粗骨料宜用于强度等级小于 C30 的混凝土。2.粗骨料的技术要求 粗骨料质量的优劣，直接影响到混凝土质量的好坏。国家标准建筑用卵石、碎石(GB/T 146852001)和建设部行业标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ 531992)，对混凝土用卵石和碎石的质量均提出了要求。GB/T 146852001 对粗骨料的质量要求如下。1)含泥量和泥块含量 粗骨料中的泥、泥块和岩屑等杂质对混凝土的危害与细骨料的相同。卵石、碎石的含泥量和泥块含量应符合表 5-7 的规

29、定。土木工程材料土木工程材料 88 88 表 5-7 粗骨料含泥量和泥块含量(GB/T 146852001)项 目 I 类 II 类 III 类 含泥量(按质量计)，%0.5 1.0 1.5 泥块含量(按质量计)，%0 0.5 0.7 2)有害物质含量 卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物，粗骨料中的有害物质主要有机物、硫化物及硫酸盐，有时也有氯化物，它们对混凝土的危害与细骨料的相同。GB/T 146852001 规定，粗骨料有害物质含量应符合表 5-8 的要求。另外，粗骨料中严禁混入煅烧过的石灰石或白云石，以免过火生石灰引起混凝土的膨胀开裂。粗骨料中如发现含有颗粒状的

30、硫酸盐或硫化物杂质时，要进行专门试验，当确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。表 5-8 粗骨料有害物质(GB/T 146852001)项 目 I 类 II 类 III 类 有机物 合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐(按 SO3质量计，%)0.5 1.0 1.0 3)碱骨料反应 与细骨料一样，粗骨料也存在碱骨料反应，而且更为常见。当对粗骨料的碱活性有怀疑时或用于重要工程的粗骨料，须进行碱活性检验，检测方法见“5.5.5 混凝土的碱骨料反应”。若为含有活性 SiO2时，采用化学法或砂浆长度法检验；若为活性碳酸盐时，则采用岩石柱法进行检测。经上述检验的粗骨料，当被判定为具有碱碳酸反应潜在危害时，则不

31、能用作混凝土骨料；当被判定为有潜在碱硅酸反应危害时，则遵守以下规定方可使用：使用碱含量(Na2O+0.658K2O)小于 0.6%的水泥，或掺入硅灰、粉煤灰等能抑制碱集料反应的掺合料；当使用含钾、钠离子的混凝土外加剂时，必须进行专门的试验。4)最大粒径和颗粒级配 与细骨料一样，为了节约混凝土的水泥用量，提高混凝土密实度和强度，混凝土粗骨料的总表面积应尽可能减少，其空隙率应尽可能降低。粗骨料最大粒径与其总表面大小紧密相关。所谓粗骨料最大粒径是指粗骨料公称粒级的上限。当骨料最大粒径增大时，其总表面积减少，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆数量减少。因此，在条件许可的情况下，粗骨料的最大粒径应尽量用大些

32、。研究表明，对于贫混凝土(1 m3混凝土水泥用量170kg)，采用大粒径骨料是有利的。但是对于结构常用混凝土，骨料粒径大于 40mm，并无多大好处，甚至可能造成混凝土的强度下降。根据混凝土结构工程施工质量验收规范GB 502042002 的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过截面最小尺寸的 1/4，且不得大于钢筋最小净距的 3/4；对于混凝土实心板，骨料最大粒径不宜超过板厚的 1/3，且不得超过 40mm。粗骨料颗粒级配的含义和目的与细骨料相同，级配也是通过筛分析试验来测定。所用标准筛一套 12 个，均为方孔，孔径依次为 2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、第

33、 5 章章 混凝土 898926.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、75.0mm、90.0mm。试样筛分析时，按表 5-9 选用部分筛号进行筛分，将试样的累计筛余百分率结果与表 5-9 对照，来判断该试样级配是否合格。JGJ 531992 规定的标准筛均为圆孔，相应的筛孔尺寸为 2.5mm、5mm、10mm、16mm、20mm、25mm、31.5mm、40mm、50mm、63mm、80mm 及 100 mm。表 5-9 卵石和碎石的颗粒级配(GB/T 146852001)累计筛余(%)方筛孔(mm)级配情况 公称 粒级 mm 2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 2

34、6.5 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90.0 510 95100 80100 015 0 516 95100 85100 3060 010 0 520 95100 90100 4080 010 0 525 95100 90100 3070 05 0 531.5 95100 90100 7090 1545 05 0 连续粒级 540 95100 7090 3065 05 0 1020 95100 85100 015 0 1631.5 95100 85100 010 0 2040 95100 80100 010 0 31.563 95100 75100 4575 010 0

35、单粒级 4010 95100 70100 3060 010 0 粗骨料的颗粒级配分连续级配和间断级配两种。连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配；间断级配是指用小颗粒的粒级石子直接与大颗粒的粒级石子相配，中间缺了一段粒级的级配。土木工程中多采用连续级配，间断级配虽然可获得比连续级配更小的空隙率，但混凝土拌合物易产生离析现象，不便于施工，较少使用。单粒级不宜单独配制混凝土，主要用于组合连续级配或间断级配。5)颗粒形状 粗骨料颗粒外形有方形、圆形、针状(指颗粒长度大于骨料平均粒径 2.4 倍者)、片状(颗粒厚度小于骨料平均粒径 0.4 倍者)等。混凝土用粗骨料以接近球状或立方体形的为好，这样的骨料

36、颗粒之间的空隙小，混凝土更易密实，有利于混凝土强度的提高。粗骨料中针状、片状颗粒不仅本身受力时易折断，且易产生架空现象，增大骨料空隙率，使混凝土拌合物和易性变差，同时降低混凝土的强度。为此，GB/T 146852001 规定，类、类和类粗骨料的针片状颗粒含量按质量计，应分别小于 5%、15%和 25%。骨料平均粒径指一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。6)强度 为了保证混凝土的强度，粗骨料必须致密并具有足够的强度。粗骨料强度表示方法有直接法和间接法两种。所谓直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm的立方体(或直径与高均为50mm土木工程材料土木工程材料 90 90 的圆柱体)试件，

37、(每组六个试件。对有明显层理的岩石，应制作二组，一组保持层理与受力方向平行；另一组保持层理与受力方向垂直，分别测试。试件浸水 48h 后，测定其极限抗压强度值。碎石抗压强度一般在混凝土强度等级大于或等于 C60 时才检验，其他情况如有怀疑或必要时也可进行抗压强度检验。通常要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于 1.5。GB/T 146852001 规定，在水饱和状态下，其抗压强度火成岩应不小于 80MPa，变质岩应不小于 60MPa，水成岩应不小于 30MPa。骨料在混凝土中呈堆积状态受力，而采用直接法测定粗骨料抗压强度时，骨料是相对面受力。为了模拟粗骨料在混凝土中的实际受力状态，采用压

38、碎指标法来表示粗骨料强度，即所谓间接法。压碎指标法，它是将一定重量气干状态的 9.5mm19.0mm 石子装入标准筒内，在 3mm5min 内均匀加荷至 200kN。卸荷后称取试样重量 G0，再用 2.36mm 孔径的筛筛除被压碎的细粒。称出留在筛上的试样重量 G1，按下式计算压碎指标值 Qe。010100%eGGQG=(5.2)用压碎指标值间接反映粗骨料的强度大小。压碎指标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强，其强度越大。GB/T 146852001 规定，粗骨料压碎指标符合表 5-10 的规定。表 5-10 粗骨料压碎指标(%)(GB/T 146852001)项 目 I 类 II 类 I

39、II 类 碎石压碎指标，10 20 30 卵石压碎指标，4 4 4 不溶物 mg/L 2 000 2 000 5 000 可溶物 mg/L 2 000 5 000 10 000 氯化物(以 Cl-计)mg/L 500 1 200 3 500 硫酸盐(以 SO2-4计)mg/L 600 2 700 2 700 硫化物(以 S2-计)mg/L 3h 引气量(%)12 一般不引气，少数引气2 2 节约水泥(%)510 58 1020 1525 适宜的混凝土 工程 一般混凝土、大模板、大体积、滑模施工、夏季施工、泵送混凝土等。大体积混凝土、夏季施工等 早强、高强、泵送、防水、蒸汽养护等 早强、高强、泵

40、送、自密实、防水、蒸汽养护等 备 注 不宜单独用于冬季施工、蒸汽养护、预应力混凝土。不宜单独用于有早强要求、蒸汽养护的混凝土。对钢筋无锈蚀危害，混凝土拌合物坍落度损失大，不能单独用于泵送混凝土，常与缓凝剂复合使用。注：混凝土外加剂掺量不足时，达不到改性效果；如果掺量过大，又会引起混凝土质量的下降。指在保持混凝土强度和坍落度相近的条件下。指混凝土拌合物流动性随时间延长而降低的现象。硫酸盐类早强剂。主要有硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸钾铝等，其中应用最多的是硫酸钠。硫酸钠的早强机理是 Na2SO4与水泥水化生成的 Ca(OH)2反应生成CaSO42H2O，生成的 CaSO42H2O 高度

41、分散在混凝土中，它与 C3A 的反应较生产水泥时外掺的石膏与 C3A 的反应快得多，能迅速生成水化硫铝酸钙针状晶体，形成早期骨架。同时水化体系中 Ca(OH)2浓度的降低，C3S 水化也会加速。因此，混凝土早期强度得以提高。硫酸钠为白色粉末，其适宜掺量为水泥重量的 0.5%2.0%，达到混凝土强度的 70%的时间可缩短一半，对矿渣水泥混凝土效果更好，但 28d 强度稍有降低。有机胺类早强剂。主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等，其中三乙醇胺最为常用。三乙醇胺的早强机理是它是一种络合剂，在水泥水化的碱性溶液中，能与 Fe3+、Al3+等离子形成较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的

42、络盐并析出，有利于早期骨架的形成，从而使混凝土早期强度提高。三乙醇胺一般不单独使用，常与其他早强剂复合用，其掺量为水泥重量的 0.02%0.05%，能使水泥的凝结时间延缓 13h，使混凝土早期强度提高 50%左右，28d 强度不变或略有提高，对普通水泥的早强作用大于矿渣水泥。复合早强剂。采用二种或二种以上的早强剂复合，可以弥补不足，取长补短。通常用三乙醇胺、硫酸钠、氯化钠、亚硝酸钠和石膏等组成二元、三元或四元复合早强剂。复合早强一般可使混凝土 3d 强度提高 7080%，28d 强度可提高 20%左右。常用复合早强剂配方如表 5-13 所示。第 5 章章 混凝土 9595表 5-13 常用复合

43、早强剂配方 外加剂组分 配方(以水泥质量计，%)三乙醇胺+氯化钠 三乙醇胺+氯化钠+亚硝酸钠 三乙醇胺+二水石膏+亚硝酸钠 硫酸钠+氯化钠+二水石膏 硫酸钠+氯化钠+亚硝酸钠+二水石膏 硫酸钠+氯化钠+亚硝酸钠+二水石膏 硫酸钠+氯化钠 硫酸钠+亚硝酸钠 硫酸钠+三乙醇胺(0.020.05)+0.5(0.020.05)+0.5+(0.51)(0.020.05)+2.0+1.0(1.52.0)+(0.51.0)+2.0(1.52.0)+1.5+1.0+2.0(1.52.0)+2.0+2.0+2.0(0.51.5)+(0.30.5)(0.51.5)+1.0(0.51.5)+0.05 早强剂可用于蒸

44、汽养护的混凝土及常温、低温和最低温度不低于-5环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热环境条件下不宜使用早强剂和早强减水剂。掺入混凝土对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂，含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程，硝铵类严禁用于办公、居住等建筑工程。含强电解质无机盐类的早强剂和早强减水剂，严禁用于与镀锌钢材或铝铁相接触部分的结构，以及有外露钢筋预埋铁件而无防护措施的结构；使用直流电源的结构以及距高压直流电源 100m 以内的结构。氯离子会引起钢筋锈蚀，因此混凝土外加剂应用技术规范(GB 501192003)规定，下列结构中严禁采用含有氯盐配

45、制的早强剂及早强减水剂：预应力混凝土结构；相对湿度大于 80%环境中使用的结构、处于水位变化部分的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构；大体积混凝土；直接接触酸、碱或其他侵蚀性介质的结构；经常处于温度为60以上的结构，需经蒸养的钢筋混凝土预制构件；有装饰要求的混凝土，特别是要求色彩一致的或是表面有金属装饰的混凝土；薄壁混凝土结构，中级和重级工作制吊车的梁、屋架、落锤及锻锤混凝土基础等结构；使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；骨料具有碱活性的混凝土的结构。为了防止氯盐类的危害和硫酸钠掺量过大在混凝土表面产生盐板现象和对水泥石产生硫酸盐侵蚀，GB 501192003 规定了早强剂的掺量，见表

46、 5-14。表 5-14 常用早强剂掺量限值 混凝土种类 使用环境 早强剂名称 掺量限值(占水泥质量%，)预应力混凝土 干燥环境 三乙醇胺 硫酸钠 0.05 1.0 干燥环境 氯离子Cl 硫酸钠 与缓凝减水剂复合的硫酸钠 三乙醇胺 0.6 2.0 3.0 0.05 钢筋混凝土 潮湿环境 硫酸钠 三乙醇胺 1.5 0.05 土木工程材料土木工程材料 96 96 续表 混凝土种类 使用环境 早强剂名称 掺量限值(占水泥质量%，)有饰面要求的混凝土 硫酸钠 0.08 无筋混凝土 氯离子Cl 1.8 注：以无水氯化钙乘 0.6 折算成氯离子掺量。3)引气剂 引气剂是指在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分

47、布、稳定而封闭的微小气泡(直径10m100m)的外加剂。混凝土引气剂有松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、蛋白质盐及石油磺酸盐等几种。其中以松香树脂类应用最为广泛，这类引气剂的主要品种有松香热聚物和松香皂两种。引气剂为表面活性剂，由于在搅拌混凝土时会混入一些气泡，掺入的引气剂就定向排列在泡膜界面(气液界面)上，因而形成大量微小气泡。被吸附的引气剂离子增强了泡膜的厚度和强度，使气泡不易破灭。这些气泡均匀分散在混凝土中，互不相连，使混凝土的一些性能得以改善。(1)改善混凝土拌合物的和易性。封闭的小气泡在混凝土拌合物中好如滚珠，减少了骨料间的摩擦，增强了润滑作用，从而提高了混凝土拌合物的流动

48、性。同时微小气泡的存在可阻滞泌水作用并提高保水能力。(2)提高混凝土的抗渗性和抗冻性。引入的封闭气泡能有效隔断毛细孔通道，并能减少泌水造成的渗水通道，从而提高了混凝土的抗渗性。另外，引入的封闭气泡对水结冰产生的膨胀力起缓冲作用，从而提高抗冻性。(3)强度有所降低。气泡的存在，使混凝土的有效受力面积减少，导致混凝土强度的下降。一般混凝土的含气量每增加 1%，其抗压强度将降低 4%6%，抗折强度降低 2%3%。因此引气剂的掺量必须适当。松香热聚物和松香皂掺量，一般为水泥重量的 0.005%0.01%。混凝土中掺引气剂及引气减水剂后，混凝土强度会下降低，故 GB 501192003 规定了掺引气剂及

49、引气减水剂混凝土的含气量，见表 5-15。表 5-15 掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量 粗骨料最大粒径(mm)20 25 40 50 80 混凝土含气量(%)5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 引气剂及引气减水剂可用于抗冻混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工骨料配制的普通混凝土、高性能混凝土以及有饰面要求的混凝土。不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土，必要时，应经试验确定。4)缓凝剂 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。缓凝剂分为无机和有机两大类。有机缓凝剂包括木质素磺酸盐、羟基羧基及其盐、糖第 5 章章 混凝土

50、 9797类及碳水化合物、多元醇及其衍生物等；无机缓凝剂包括硼砂、氯化锌、碳酸锌、硫酸铁(铜、锌、镉等)、磷酸盐及偏磷酸盐等。有机类缓凝剂多为表面活性剂，掺入混凝土中，能吸附在水泥颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，使水泥颗粒相互排斥，阻碍水泥水化产物粘连和凝结，起缓凝作用；无机类缓凝剂，一般是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥的正常水化起阻碍作用，从而导致缓凝。常用缓凝剂的掺量及缓凝效果如表 5-16 所示。表 5-16 常用缓凝剂的掺量及缓凝效果 类 别 掺量(占水泥质量%)缓凝效果(h)糖类 0.20.5(水剂)，0.10.3(粉剂)24 木质素磺酸盐类 0.20.3 23 羟基羧酸盐