《混凝土原材讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土原材讲义（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第一篇 混凝土原材料1 砂石骨料骨料是混凝土的主要组成材料，占混凝土总体积得 3/4 左右，在混凝土中起着骨架作用，减少由于胶凝材料在凝结硬化过程中的化学收缩和膨胀，以及干缩和湿胀引起的体积变化。骨料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。在技术上，骨料的存在使混凝土比单纯水泥浆的体积稳定性更高，耐久性更好；在经济上，它比水泥便宜的多，作为水泥浆的廉价填充材料，使混凝土的材料成本低廉。水工混凝土所用骨料，通常分为天然骨料和人工骨料两种，一般是选用天然砂石料。当工程所在地附近缺少天然砂石料时，可考虑采用人工砂石料。向家坝主体工程采用的是人工骨料。骨料可按粒径分为细骨料(砂 )和粗骨料(石
2、子) 。通常混凝土用砂的粒径范围为 0.165.00，大于 5的列入粗骨料(石子)范围。1.1 砂石骨料的主要性能1.1.1 骨料的强度和弹性模量骨料的强度一般要高于混凝土的设计抗压强度。这是因为承载时混凝土中的骨料承受的应力可能大大超过混凝土的抗压强度。骨料强度一般用 505050mm 立方米的岩石抗压强度( 饱水状态)表示。骨料强度与混凝土设计强度的比值一般不小于 1.5。骨料的抗压强度，对人工骨料可以测定母岩的强度；但对天然骨料，因岩性较为复杂，强度不易测定和确定。另外岩石的抗压强度试验并不能完全反映骨料在混凝土中的受力情况。混凝土受压时，大量的骨料处于受折、剪的状态。混凝土内各个颗粒接
3、触点的实际应力可能会远远超过所施加标称压应力。所以，为了更接近地反映骨料实际受力情况，常用压碎指标间接地推测其相应的强度。工程中可采用压碎指标进行质量控制。建设部标准和三峡工程标准规定的骨料压碎指标值见表 1-1。表 1-1 骨料压碎指标值压碎指标值(%)骨料种类 岩石品种 混凝土强度等级JGJ53-2006 三峡工程标准C60C40 10 /沉积岩C35 16 16#C60C40 12 16变质岩或 深成的火成岩 C35 20 20C60C40 13 /碎石火成岩 C35 30 /C60C40 12 12卵石C35 16 16一般来说骨料的弹性模量越高，混凝土的弹性模量就越高，骨料的弹性模量
4、也影响混凝土的徐变和收缩。骨料的中等或低的强度和弹性模量对维持混凝土的耐久性很重要。如果骨料的弹性模量低变形能力大些，由于湿度和温度原因引起混凝土的体积变形，在水泥浆中产生的应力会低些。因此骨料的可压缩性可减少混凝土的龟裂，刚性骨料会导致周围水泥浆的开裂。应注意，不同骨料的2强度和弹性模量之间一般不存在关系。1.1.2 骨料的表观密度(颗粒密度 )和堆积密度骨料的表观密度反映了骨料本身的坚实性、耐久性和强度。骨料表观密度取决于骨料的组成矿物的密度和空隙的数量。孔隙分为两种类型，一种是与外界相隔绝的封闭孔隙，一种是开启的孔隙，开启孔隙能吸取水分，使骨料饱和。骨料的表观密度(颗粒密度)是指骨料在自
5、然状态下单位体积 (包含孔隙)的质量。可按下试计算：r = VG式中 ： r 表观密度，单位为 kg/m3；G骨料质量，单位为 kg；V骨料在自然状态下的体积，单位为 m3。骨料的表观密度有两种试验方法。一种是以干燥状态骨料的质量和体积测得的表观密度为干密度，一种是以饱和面干状态骨料的质量和体积测得的表观密度为饱和面干密度。后者更适合于水工混凝土的配料计算。饱和面干状态骨料毛细孔中所饱和的水并不参加水泥的水化反应，不影响混凝土拌和物的流动性，可以看作是骨料的组成部分。干燥状态的骨料在拌和物中却要吸收水分达到或接近饱和状态，影响有效水灰比。骨料的堆积密度是骨料在堆积状态下单位体积质量，单位体积中
6、包含了颗粒间的空隙。堆积密度取决于堆积方法(振实方法 )以及骨料的颗粒形状和大小分布。不同粒径的颗粒可使小颗粒填充在大颗粒内的孔隙中，增大堆积密度。对于表观密度一定的骨料而言，堆积密度愈大，意味着需要用水泥浆填充的孔隙愈少。骨料堆积密度有堆积密度和紧密密度之分，可用规定的方法进行测定。堆积密度可按下式计算：r0 = VG式中 r0堆积密度，/m 3；G骨料质量，；V骨料堆积体积，m 3 。根据骨料的表观密度和堆积密度，可以按下式计算出骨料的孔隙率 P：P= (1r 0 / r)100%1.1.3 吸水率和含水率骨料颗粒中存在孔径变化很大的孔隙，最大的孔肉眼可以看到，最小的孔一般比水泥石的凝胶孔
7、大。这些孔有的封闭在骨料内部，有的扩展到颗粒的表面。骨料的多孔性、渗透性和吸水性影响骨料的一些性能，如它和水泥净浆之间的粘结、混凝土的抗冻性以及它的化学稳定性和耐磨性等。骨料的表观密度也取决于孔隙率。普通岩石的孔隙率列于表 1-21中。骨料中的毛细孔会吸附水分，其含水状态根据气候条件及堆放位置而不同。图 1-1 为骨料的 4种含水状态。表 1-2 普通岩石的孔隙率岩石种类 孔隙率 (%)砂岩 0.048.0石英岩 1.915.1石灰岩 0.037.6花岗岩 0.43.83图 1-1 骨料的含水状态骨料的吸水率是表示饱和面干状态的含水率，它在一定程度上反映骨料孔隙的特性(孔隙率、孔大小及贯通性)
8、。骨料表面所含的水分称为自由水，以占饱和面干骨料重量的百分数表示表面含水率。骨料表面含水应当计入混凝土配合比的用水量中。骨料的含水量随脱水时间、堆放条件和气候条件而变化，同一料堆各个部位也可能不一样，因此必须经常测定，以便调整混凝土配合比中水和骨料的称量。1.1.4 砂的含水体积膨胀现象砂的体积随表面含水量变化而变化。潮湿的砂，颗粒表面有层水膜，引起一定重量的砂子体积显著增加，这种现象称为砂的容胀。按体积配料时，应事先测出各种含水状态时的体积换算系数，以准确配料。砂子含水体积膨胀的程度取决于砂子的含水率和细度。随着砂的含水率增加到大约 5% 8%时，砂得体积将增加20%30%。再增加含水率时，
9、砂粒表面的水膜增厚，水的自重超过砂粒表面对水的吸附作用而发生流动，并迁移到砂粒间的空隙中，砂粒表面的水膜消失。这时砂的体积随含水率的增加而减少，直到盛砂的容器中灌满水时，其体积近似地等于干砂体积。1.1.5 体积稳定性骨料的体积稳定性专指骨料抵抗由于自然条件的变化引起体积过分变化的能力。引起骨料体积变化的自然因素有温度变化、干湿交替等。骨料的体积变化可能导致混凝土的局部开裂、剥落甚至使整个建筑物处于危险状态。有些多孔燧石、页岩、带有膨胀粘土的石灰岩等常表现为体积稳定性差。例如已判明变质辉绿岩随干湿变化体积变形高达 60010-6 。含有这种骨料的混凝土在干湿交替变化时会发生破坏，在冻融情况下，
10、也会发生变化。多孔岩石制成的骨料，当它们吸水至临界值的水量时，容易受冻而破坏。骨料的抗冻性用坚固性表示。试验原理是将骨料试样侵入饱和硫酸钠或硫酸镁溶液中，并在烘箱中干燥，骨料孔隙中的盐形成结晶使骨料破坏，这与冰的作用相似。对有抗冻要求或有腐蚀性介质作用或经常处于水位变化区、地下结构或有抗疲劳、耐磨、抗冲等要求的混凝土，骨料的坚固性(重量损失) 应不大于8%，其他条件使用的混凝土坚固性应不大于 12%。值得注意的是，单纯的骨料和它在混凝土中的情况是不一样的。一方面是受自然因素侵害的条件不一样，另方面骨料的强度可能足以抵抗冻结引起的压力，但它的体积膨胀却可能引起水泥石的开裂。所以很难预言骨料的耐久
11、性对混凝土耐久性有什么确定的影响。因此，对骨料体积稳定性的图 1-2 砂体积与含水率关系4检验只能作为对骨料本身好坏的比较，或对骨料有怀疑的情况下才进行检验分析。1.1.6 颗粒形状和表面状态骨料颗粒的形状在很大程度上取决于原来岩石的强度和耐磨性及颗粒所受的磨损程度。对碎石而言，颗粒形状取决于原料的性质、破碎机的型式及它的破碎比。骨料愈接近球型，比表面积愈小。比表面积大的针片状颗粒，影响拌和物的和易性，并倾向于一个方向排列，在其下部有水和孔隙形成，对混凝土耐久性不利。一般要求针片状含量不大于 15%(混凝土强度等级C30)和 25%(混凝土强度等级C10 且45m 1h变为几分钟到十几分钟。混
12、凝土使用木钙减水剂，水泥中使用氟石膏(主要成分为无水石膏) ，因氟石膏对木钙有吸附作用，当氟石膏含量少时，木钙包裹了全部石膏，因而石膏没起到缓凝作用，水泥急速凝结，以致在拌合过程中水泥已初凝，使得碾压混凝土无凝聚力，出现现场混凝土不凝状况（实质上是混凝土产生了速凝）。4.1.4 减水剂与水泥的适应性混凝土中掺加外加剂是为了改善混凝土的某一方面或几方面的性能，若某种水泥与某种外加剂之间产生了应有的效果，则该水泥与这种外加剂相适应；若不能产生应有的效果或相反，则该水泥与这种外加剂不相适应。几乎所有品种的外加剂与水泥间都存在适应性问题。减水剂与水泥不相适应的时候，能够比较直观、快速地反映出来，如混凝
13、土流动性差、坍落度损失过快、拌合物离析、发热等。研究结果表明，熟料中的 C3A 含量及 R2O 含量对减水效果有较大影响，C 3A 和 R2O 含量少，减水效果好。C 3A 高的熟料对减水剂吸附量大，在同一掺量条件下，经 C3A 吸附后留在液相中的减水剂量少了，分散、塑化作用效果变差，相应减水效果变差；较高的 R2O 含量能与外加剂作用，破坏了塑化效果，减水效果差。水泥熟料冷却速度、水泥中的 SO3 与 C3A 匹配。水泥品种对减水效果的影响是矿渣水泥优于普通水泥，普通水泥优于硅酸盐水泥。掺用粉煤灰的水泥，由于粉煤灰也有吸附作用，因此，也需要增加剂量。234.1.5 减水剂对混凝土性能的影响(
14、1) 减水剂对新拌混凝土性能的影响减水：普通减水剂掺量木钙在 0.1%0.25% 范围，糖蜜在 0.1%0.2%范围；高效减水剂在 0.31.0%范围。减水率普通减水剂为 5%8%，高效减水剂为 10%25% ，高效减水剂能显著提高混凝土流动性，为配制高性能混凝土创造了条件。引气：木钙减水剂有引气作用，使混凝土含气量增加 1%3% ，含气量增加的多少与生产用的木材种类有关，针叶类引气量小，阔叶类木材引气量大，如以松木 70%、杨木 30%为原料的木钙的引气量较小，而以杨木为原料的广州木钙则含气量可达到 5%左右。糖蜜及羟基羧酸盐类减水剂不起引气作用。高效减水剂没有明显的引气作用，如 -萘磺酸盐
15、、三聚氰胺系、古马隆等。但 AF 多环芳烃系、建-1 甲基萘磺酸盐等有引气作用，它们由脱蒽油或萘残油为原料制备。建-1 中的甲基是引气的原因。凝结时间：普通减水剂有一定的缓凝性，如木钙、糖蜜、羟基羧酸类，均可作为缓凝剂使用，而高效减水剂没有明显的缓凝作用。缓凝高效减水剂则是用高效减水剂与缓凝剂复合而成。泌水：木钙类减水剂可减小泌水，高效减水剂不增大泌水，而羟基羧酸类、糖类减水剂可能增加泌水。泌水不一定都是不利的因素，在炎热、有风的条件下，适当泌水可减小混凝土塑性收缩，还是有利的。 坍落度损失：掺减水剂混凝土坍落度损失比不掺的要快些，高效减水剂坍落度损失比普通减水剂大。普通减水剂坍落度损失小，是
16、因其缓凝作用减小了坍落度损失。因此，掺入适量缓凝组分可减小坍落度损失。造成坍落度损失的原因是：(a)水分蒸发，特别是夏季；(b)C 3A 与石膏反应消耗了一部分水，而水化产物又要吸附一部分水，使得水泥浆稠化。(c)掺减水剂后，特别是掺高效减水剂后，混凝土用水量降低，水分的蒸发对降低流动性更敏感。(d)水泥颗粒分散度更大，早期C3A 与石膏反应加速。(e)有引气性质的减水剂或在拌合时引入的气泡不稳定，气泡逸出和破灭，使坍落度降低。(f)对小水灰比混凝土，由于超塑化剂的掺入，使可溶性 SO3 减少，导致钙矾石生成不足使水化加快，坍落度损失加快。减小混凝土坍落度损失的措施：a、高效减水剂与缓凝型减水剂复合；b、掺入一定的引气剂；c、在混凝土中加入一些高比表面积的物质(如沸石粉) ，先吸附一部分减水剂，然后再慢慢地释放出来，可使坍落度保持较长时间；d、减水剂后掺法：滞水法、后掺
