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1、混凝土组成材料骨料篇,BUCEA,2012-12-18,现代混凝土材料理论与应用培训,本节前言,骨料相对而言比较便宜而且不会与水发生复杂的化学反应，因此传统观念上人们把它作为混凝土的惰性填充料。然而，由于人们日益认识到骨料对混凝土和易性、尺寸稳定性、耐久性、强度以及经济性方面的重要作用。因此我们必须象重视水泥那样重视骨料。,2012-12-18,混凝土中最稳定的组分是骨料.如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。,我们必须充分认识到：,2012-12-18,我们应该重视骨料的品质,2012-12-18,我国混凝土质
2、量比西方国家的差，主要原因在于骨料的质量； 骨料质量首先不是强度，重要的是使用级配和粒形良好的骨料可以得到较小用水量的拌和物。,2012-12-18,授课提纲,骨料的定义与分类 骨料的加工制备 骨料的作用 级配与粒径分布 粒形与表面织构 有害物质 吸水性和表面潮湿状态 强度与弹性模量 关于机制砂,2012-12-18,5.00 2.50 1.25 0.630 0.315 0.160,100 80.0 63.0 50.0 40.0 31.5 25.0 20.0 16.0 10.0 5.0,骨料（aggregate）的定义与分类,碎 石,卵 石,天 然 砂,人 工 砂,混 合 砂,粗骨料,细骨料,
3、mm,mm,普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准JGJ52-2006,骨料的制备,需要提示注意的是破碎设备和工艺决定着颗粒的粒形。对于石灰石等层状沉积岩，鄂式破碎机和反击式破碎机就容易产生扁平颗粒。 目前比较先进的破碎工艺是由鄂式破碎机圆锥式破碎机竖轴冲击破碎机组成的加工设备与工艺系统。,2012-12-18,2012-12-18,骨料加工主要设备图示,鄂破 圆锥破 竖轴冲击破,不同工艺加工出碎石质量的对比,2012-12-18,骨料的作用,骨架作用，传递应力 抑制收缩，防止开裂 对于干硬性混凝土、低塑性混凝土和高强泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土强度，普通泵送混凝土一般骨料可不要求立方体抗
4、压强度指标。,2012-12-18,为什么把砂石称为骨料？,在传统观念中把砂石叫做骨料的原因是认为骨料起强度作用而作为混凝土的骨架，这是针对于传统低塑性混凝土的理解。 骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的体积而不是强度。纯的水泥浆体硬化后收缩过大，无法用于结构，必须有骨料对水泥浆体的收缩起约束作用，而且骨料在混凝土中必须占据大部分体积。,决定预拌混凝土强度的不是骨料,对混凝土的强度其决定作用的是混凝土的水灰比（水胶比），所以目前用强度很低的轻骨料（陶粒）已能配制出C50的泵送混凝土。,2011-11-29,骨料对混凝土收缩的影响,骨料的级配与粒径分布,骨料的级配应该比较好，只有这样，较少的细颗粒才
5、能填充满粗颗粒之间的空隙，这有利于减少骨料骨架中的空隙率。砂石空隙又被胶凝材料浆体填充。,骨料的良好级配的特征, 骨料级配良好的重要考察指标是具有较低的空隙率。尤其是粗骨料的空隙率影响着砂率和浆骨比。 骨料具有适当小的表面积 在保证和易性的前提下，尽可能采用较多的大粒径骨料。 有适当的细骨料，以满足工作性要求。,良好的骨料级配可以控制用水量,2012-12-18,粗骨料的分仓上料,为保证粗骨料的良好级配，降低空隙率，目前越来越多的重要工程和商品混凝土搅拌站采用5-10mm和10-20mm两级配或三级配分别计量上料。 原因是即使采石场做到了级配，运到现场也没有了级配，因此要求一律采用分单粒级进料
6、分级封闭储存，级配后分级上料。,2012-12-18,砂的筛分析实验,砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起后的总体平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。 砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。,2012-12-18,砂的筛分析方法是用一套孔径为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、及600m、300m、150m的标准方孔筛，将质量为500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂子质量（g），计算分计筛余百分率ai（各号筛的筛余量与试样总量之比）、累计筛余百分率Ai（该号筛的筛余百分率加上该号筛以上
7、各筛余百分率之和）。分计筛余与累计筛余的关系见表5.1。 根据下列公式计算砂的细度模数(Mx)：,2012-12-18,砂的粗细程度细度模数Mx,3.7-3.1 粗 砂 3.0-2.3 中 砂 2.2-1.6 细 砂,细度模数,筛分曲线超过3区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土时需要的胶凝材料浆量多，易使混凝土收缩增大；超过1区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振捣成型。处于2区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区。,例4-1某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配,2012-12-18,石的最
8、大粒径（Dmax）,混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4； 对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50mm； 对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。 为避免混凝土难以流入模板和钢筋之间的空隙，最大粒径不得超过保护层厚度的2/3为宜。,2012-12-18,最大粒径对混凝土变化带来两种相反效果,胶凝材料和稠度相同，用通过粒径较大的骨料比粒径较小的骨料配制混凝土所需拌合水用量少； 粒径较大的骨料是界面过渡区有更多微裂纹，从而更加薄弱； 对高强混凝土28天强度的影响更显
9、著。 一般情况，水胶比一定时，减少骨料粒径会提高拉-压强度比。,2012-12-18,骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷,砂浆收缩是混凝土的两倍,粗骨料的粒径效应,Dm增大，削弱了粗集料与水泥浆体的黏结，增大了内部结构的不连续性； 粗骨料对水泥硬化体收缩起约束作用，由于二者弹性模量不同，因而混凝土内部产生拉应力， Dm增大，拉应力增大； Dm增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增大。,2012-12-18,粗骨料的粒径效应,水胶比越低，粗骨料粒径对渗透性和强度的影响越大；抗渗性和强度随最大粒径的减小而提高，弹性模量有所下降，收缩增大。,2012-12-18,骨料粒径对混凝土渗透性的影响,
10、骨料粒径与混凝土抗冻性的关系,石子粒径和混凝土强度的关系,粒 形,骨料的粒形与级配同样重要。 我国标准对粒形的要求太低，例如普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准JGJ52-2006中允许粗骨料针片状含量上限为25%，这对我国骨料加工质量非常不利。,2012-12-18,粗骨料针片状颗粒的定义,碎石或卵石的针状颗粒（即颗粒的长度大于该颗粒的平均粒径2.4倍）和片状颗粒（即颗粒的厚度小于该颗粒的平均粒径0.4倍）其含量过多既降低混凝土的泵送性能和强度，又影响混凝土的耐久性。,2012-12-18,粗骨料针片状颗粒的定义,英国BS812规定：碎石或卵石的针状颗粒（即颗粒的长度大于该颗粒的平均粒径
11、1.8倍）和片状颗粒（即颗粒的厚度小于该颗粒的平均粒径0.6倍）,2012-12-18,骨料形状,棱角状 浑圆状 针状 片状,C30，含量15%； C30，含量25%,2012-12-18,粒 形,骨料的粒形与级配同样重要。 我国标准对粒形的要求太低，例如普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准JGJ52-2006中允许粗骨料针片状含量上限为25%，这对我国骨料加工质量非常不利。 国外规定细长或者刀形颗粒应该尽可能避免或者限制不超过骨料总质量的15%。这不仅对粗骨料重要。而且对机制砂也同样重要。,2012-12-18,2012-12-18,非常不规则颗粒图示,粒 形,在欧美扁平、片状骨料以及非
12、常不规则的骨料一般不超过20%，而我国有时高达80%。 骨料粒形不好，直接导致浆骨比增多，对混凝土和易性、强度和耐久性都产生不良影响。 例如扁平、细长骨料宜在一个平面定向，在其下部有水和空隙形成。 粒形对混凝土抗折强度影响更大，尤其是在高强混凝土中。,2012-12-18,表面织构,卵石表面光滑少棱角，空隙率和表面积均较小，拌制混凝土时所需的水泥浆量较少，混凝土拌和物和易性较好。碎石表面粗糙，富有棱角，集料的空隙率和总表面积较大； 与卵石混凝土比较，碎石具有棱角，表面粗糙，同样体积表面积大，混凝土拌合物集料间的摩擦力较大，对混凝土的流动阻滞性较强，因此所需包裹集料表面和填充空隙的浆体较多。,2
13、012-12-18,粒 形,如果要求流动性相同，用卵石时用水量可少些，所配制混凝土的强度不一定低。但制备高强度混凝土时，最好使用碎石，这主要是因为碎石界面粘结和机械咬合力强。 颗粒表面具有不渗透的结构特征，则不利于形成良好的粘结。 骨料吸水率大则不利于抗冻性。 混凝土中充满哲学，有利就有弊，有好就有坏。,2012-12-18,骨料中有害杂质,骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机物，云母、轻物质等，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的胶结能力或形成薄弱部分或增大收缩或腐蚀混凝土，对混凝土的质量产生很大的影响。 因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。否则对混凝土强度和体积稳定性非常不
14、利。,2012-12-18,GB/T14684-2010建筑用砂规定砂中有害物质含量的限制：,砂中有害物质含量,天然砂中含泥量和泥块含量,2012-12-18,砂中有害物质含量,人工砂中含泥量和泥块含量,2012-12-18,MB值大于1.4,机制砂坚固性 单级压碎指标,2012-12-18,粗骨料针片状含量 粗骨料坚固性 粗骨料压碎指标,2012-12-18,碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（Na2O、K2O）与骨料中的活性成分反应，生成碱硅酸凝胶体，它会吸水肿胀产生膨胀。使用含碱量小于0.6的水泥，或掺加能抑制碱骨料反应的掺合料。 碱骨料反应的结果是吸水后在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导
15、致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。,骨料中的碱活性物质,一些规范和标准中为避免混凝土碱骨料病害发生，规定不得使用碱活性骨料，这样的规定不利于资源的合理利用，我们应该意识到目前混凝土水胶比降低，掺合料比例较高，发生碱骨料反应的风险已经大大降低。难怪有人感慨地发问：碱骨料反应你在哪里？与其严格控制碱活性骨料，不如严格控制骨料含泥量来的更实际、更有效？,如何对待碱活性骨料？,海砂含盐要警惕！,海砂中含氯盐易诱发混凝土钢筋锈蚀,对于可能处于干湿交替、冻融循环下的混凝土，粗、细骨料中的含泥量应分别低于0.7%和1%，粗、细骨料中的水溶性氯化物折合氯离子含量均不应
16、超过骨料质量的0.02%。如使用环境的季节或日夜温差剧烈，应选用线性系数较小的粗骨料，以提高混凝土的抗裂。,2012-12-18,骨料中有害杂质,【案例4-1】 砂质量不合格导致混凝土凝结异常 概况 某工厂的钢筋混凝土条形基础，使用强度设计等级C30的混凝土，混凝土浇筑后，第二天检查发现部分硬化结块，部分呈疏松状，未完全硬化，轻轻敲击纷纷落下，混凝土基本无强度，工程被迫停工，从混凝土的形态上可以看出有部分砂粒表面无水泥浆，大部分砂粒间水泥浆较少。,2012-12-18,经调查，混凝土用砂含泥量超过标准一倍以上，降低了混凝土的强度。 其次，砂子细度模数小，砂率偏高，在质量相同情况下，表面积大大增加，需要更多的水泥浆包裹，而此工程混凝土配合比并没有充分考虑者以上情况，水泥用量偏低，砂粒表面没有被包裹层或包裹层太薄，这影响了混凝土的凝结和强度。,第三，由于
