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1、第五章 水泥混凝土 CONCRETE,Part 2,第三节 水泥混凝土的骨料 及拌和（养护）用水,四大组成材料：水泥、水、砂、石 混凝土的第5组分外加剂（Admixture） 混凝土的第6组分掺合料,各组成材料的作用：,砂、石骨料 骨架作用（小颗粒填充大颗粒的空隙） 水泥、水水泥浆 硬化前：润滑作用（赋予混凝土流动性，便于施工） 硬化后：胶结作用（将骨料胶结为整体，使混凝土产生强度）,各组成材料的作用,外加剂 化学外加剂：改善混凝土的性能 缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢； 促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢； 减水剂减少拌和需水量； 引气剂在混凝土中引起封闭气孔； 矿物掺合料：减少水泥用量，改
2、善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 矿渣,混凝土中的骨料,经济上： 在不影响混凝土性能的条件下，在混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝土的成本；,技术上： 骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。,混凝土中骨料的基本要求,具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量； 骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力； 含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分； 具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。,一、细骨料（砂）（0.165mm） (Fine aggregate),天然砂：天然岩石风化而成。 （河砂、海砂、山砂、湖砂） 人
3、工砂：天然岩石轧碎而成。,（一）颗粒形状及表面特征,根据产源不同，天然砂可分为： 河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广； 山砂：与河砂相比有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多； 淡化海砂： 虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含较多盐分。 一般工程上多使用河砂，如使用山砂和海砂应按技术要求进行检验。,砂按技术要求分为三类：,I类宜用于强度等级C60的混凝土 II类宜用于强度等级C30C60的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土； III类宜用于强度等级C30的混凝土和建筑砂浆,（二）有害杂质,表5-1砂中有害杂质含量的规定（GB/T14684-2001）,含泥量很大的骨料,此外：,砂
4、中不应含有活性氧化硅。 因为砂中含有的活性氧化硅，能与水泥中的碱分（2及2）起作用，产生碱骨料反应，使混凝土发生膨胀开裂。,碱硅酸盐凝胶,（三）砂的粗细程度及颗粒级配 (Gradation),粗细程度指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。 颗粒级配是指砂中不同粒径颗粒的组配情况。,1) 测定方法：筛析法,用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。 标准筛：孔径（净尺寸）为9.50、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15,细度模数的计算公式为：,式中 ai-分计筛余百分率，即该号筛的筛余量除以试样总量； i-累计筛余百分率，即该号筛与大于该号各筛分计筛余百分率之和
5、。,细度模数愈大，表示砂愈粗； 砂的细度模数范围一般为3.70.7，其中 粗砂：3.7 3.， 中砂：.02.3， 细砂：2.21.6， 特细砂：1.50.7。 普通混凝土用砂的细度模数一般在2.2 3.2之间较为适宜。,表5-3普通混凝土用砂级配区的规定（GB/T14684-2001）,图5-1砂的1、2、3级配区曲线,例5-2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。,计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：,计算细度模数：,根据细度模数，该砂属粗砂。 在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图 5-1。该曲线落在 区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。,当
6、砂中含有较多的粗颗粒、适量的中粗颗粒及少量的细颗粒时，砂的空隙率、总表面积均较小，级配较好。 经济、和易性、密实性、强度均较好 2区砂优先选用。 1区砂较粗，应提高砂率、水泥用量，保证和易性， 3区砂较细，应降低砂率，保证强度。,（四）物理性质,1)视密度、堆积密度和空隙率 应符合如下规定： 表观密度大于2 500 kg/m3； 松散堆积密度大于1 350 kg/m3； 空隙率小于47。,含水状态：完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水量： 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,骨料的含水状态,2)含水状态及饱和面干吸水率,3) 坚固性,定义：
7、砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力。 骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。,坚固性的测定,A. 天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合规定。 测试原理： 硫酸钠(NaSO410H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。,B. 人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标应小于5-5规定。,4) 石粉含量（人工砂）,规定：6%12%。 石粉少，粘聚性差； 石粉过多，增大用水量，W/C变大，强度降低。,二、粗骨料（卵石与碎石）(Coarse Aggregate),种类： 卵石（砾石,Gravel）：河卵
8、石、海卵石、山卵石 碎石(Broken Stone)：天然岩石或大卵石破碎、筛分而成。,（一）颗粒形状与表面特征,以接近立方体或球状为好，针片状颗粒含量要少。 针状颗粒：长度大于平均粒径的2.4 倍或3倍 片状颗粒：厚度小于平均粒径的0.4倍或1/3 表面粗糙的骨料：和易性较差，但与胶结料的粘结力较强； 表面光滑的骨料：和易性较好，一般与胶结料的粘结力较差。,骨料的形状与表面特征,骨料的形状 骨料颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有： 等径颗粒 球形体颗粒：没有菱角和边； 多面体颗粒：有菱角和边。 针状颗粒 长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍； 片状颗粒 厚度小于平均粒径的0.4倍。 骨料的表面
9、特征 表面粗糙程度； 是否有菱角； 干净程度等。,等径颗粒骨料,针片状骨料颗粒,针片状,球状,骨料中针状颗粒含量，应符合规范中的规定：,混凝土强度等级30 针片状颗粒15% C25C15 针片状颗粒25% C10 针片状颗粒40%,（二）有害杂质,与砂类似。 碱活性骨料：对于重要工程的混凝土用石，先用岩相法检验出活性骨料的品种、类型、含量。 活性二氧化硅：化学法或砂浆长度法碱硅酸盐反应，不合格，按下述规定。 活性碳酸盐：岩石柱法碱碳酸盐反应不合格，弃用。 规定： 1）使用低碱水泥或掺用某些掺合料。 2）当使用含钾、钠的外加剂时，必须进行专门的检验。,水泥混凝土用粗骨料中有害杂质的含量，应符合G
10、B/T14685-2001的规定，见表5-7。,表5-7 水泥混凝土用粗骨料中有害杂质含量的规定（按质量计）,（三）最大粒径及颗粒级配,1.石子最大粒径（DM） 石子各粒级的公称上限粒径。 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。,DM过大，由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。 受结构和施工条件等方面的限制。 我国钢筋混凝土施工规范规定： 混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面的短边长度的； 不得大于钢筋最小净距的
11、。 受搅拌机以及输送管道等条件的限制。,粒径越大越好？,骨料最大粒径对混凝土强度的影响,抗压强度（MPa),骨料最大粒径（mm）,对于富水泥浆的混凝土： 小粒径骨料可使混凝土强度较高； 大粒径可使混凝土强度较低。,对于贫水泥浆的混凝土： 大粒径骨料使混凝土强度较高； 小粒径骨料使混凝土强度较低；,骨料最大粒径 ( Dmax ),混凝土类型 Dmax(mm ),大坝混凝土 150 普通混凝土 40 高强混凝土 25（碎石） 15（卵石） 活性粉末混凝土 0.6,（2）颗粒级配,原理和要求与细骨料基本相同。 级配试验采用筛分法测定: 即用2.36、4.75、9.5、16.0、19.0、26.5、3
12、1.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。,粗骨料的颗粒级配范围应符合规范要求。 碎石、卵石的颗粒级配规格见表5-8 (P83表 5-8)。,表4-3 卵石或碎石的颗粒级配范围（GB/T14685-2001）,连续级配和间断级配,连续级配:石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土和易性较好，不易发生离析现象。 间断级配：空隙率小。由间断级配制成的混凝土，可以节约水泥。但容易产生离析现象，导致施工困难。 连续级配是工程上最常用的级配。,超径和逊径,超径不得大于5%； 逊径不得大于10%。,（四）物理力学性质,1.视
13、密度、堆积密度及空隙率 应符合如下规定： 表观密度大于2500 kg/m3； 松散堆积密度大于1350 kg/m3； 空隙率小于47。 2.吸水率 要求：视密度大，吸水率小。,3.强度,（1）母岩的立方体抗压强度碎石 用母岩制成555立方体，或直径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡水中48，待吸水饱和后进行抗压试验。 石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5。 火成岩80MPa 变质岩60MPa 水成岩45MPa,(2)压碎指标,气干状态下1020的石子装入一定规格的金属圆桶内， 加荷到200，卸荷后称取试样质量（0），再用孔径为2.36的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（
14、m1），用下式计算压碎指标： 式中 a-压碎指标值，%； 0-试样质量，g； m1-压碎试验后试样的筛余量，g。 压碎指标值越小，骨料的强度越高。,P,P,骨料颗粒压碎强度试验示意图, 1.5倍 （ 1.2 1.7） 混凝土强度,表5-9压碎指标,3) 坚固性,骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。,四、混凝土拌合及养护用水,按水源可分为： 饮用水：可用 地表水：须检验可用 地下水：须检验可用 海水：一般不用 生活污水：不能用 工业废水：不能用,对混凝土用水的质量要求：,不影响混凝土的凝结硬化； 无损于混凝土强度发展和耐久性； 不加快钢筋锈蚀；
15、 不引起预应力钢筋脆断； 不污染混凝土表面。,注意事项：,污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐（按SO2计）超过1的水均不能使用。 当对水质有疑问时，可将该水与洁净水分别配制混凝土，做强度对比实验，如达到下述要求，则此水可以用。 凝结时间差不大于30分钟； 强度比不小于90%。 预应力钢筋混凝土结构，氯离子含量不大于350mg/l。 缺乏淡水时，海水可拌制素混凝土，应加强强度检验，有抗冻要求W/C应下降0.05。一般情况下不得用海水拌制混凝土。,第四节 混凝土外加剂(Chemical Admixture),混凝土的第五组分 定义：在拌制混凝土过程中掺入的不超过水泥重量的5%（特殊情况除外），且能使混凝土按需要改变性质的物质，称为混凝土外加剂。,为什么要使用外加剂？,单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题 用水量与良好和易性间的矛盾； 施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求； 耐久性对低连通孔隙率的要求。 外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径； 现在有7080以上的混凝土使用了外加剂。,化学外加剂 分为两类： 通过影响水的表面
