《混凝土原材讲义[1].doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土原材讲义[1].doc（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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(石子)。通
2、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触点的实际应力可能会远
3、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 骨料压碎指标值骨料种类岩石品种混凝土强度等级压碎指标值(%)JGJ53-2006三峡工程标准碎石沉积岩C60C4010/C351616#变质岩或 深成的火成岩C60C401216C352020火成岩C60C4013/C3530/卵石C60C401212C351616一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
4、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)是指骨料在自然状态下单位体积(包含孔隙)的质量。可按下试计算：r = 式中 ： r
5、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。
6、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 =式中 r0堆积密度，/m3；G骨料质量，；V骨料堆积体积，m3 。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= (1r0 / r)100%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0.43.81.1.3 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
7、的孔一般比水泥石的凝胶孔大。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。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)。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
8、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。图1-2 砂体积与含水率关系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，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
9、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，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
10、。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检验只能作为对骨料本身好坏的比较，或对骨料有怀疑
11、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C30)。骨料表面状态主要是指粗糙程度和孔的特征。它们影响骨料与水泥石的粘结，从而影响混凝土的强度，尤其是抗弯强度。特别是对高强混凝土、粘结强度往往低于水泥石的抗拉强度。一般来说，粗糙和
12、多孔骨料的表面与水泥石粘结性能好。骨料的颗粒形状和表面状态是影响新拌混凝土工作性的主要因素。细骨料的颗粒形状和表面状态仅仅影响新拌混凝土的工作性，而粗骨料的表面形态不仅影响新拌混凝土的工作性，还由于与机械咬合力有关，而影响硬化混凝土的力学性能。1.1.7 碱活性骨料骨料中含有某些有害成分，可以与水泥或环境中的碱发生化学反应，从而导致混凝土膨胀开裂和破坏，这种骨料称为碱活性骨料。碱骨料反应既有碱硅酸反应也有碱碳酸盐反应，特别是发现有二者共同作用引起的破坏。碱硅酸反应是碱与微晶或无定形氧化硅发生反应，生成碱的硅酸盐凝胶，吸水体积膨胀，使已硬化的混凝土产生裂缝。含活性氧化硅的矿物有蛋白石、黑硅石、燧
13、石、鳞石英、方石英、玉髓、火山玻璃及微晶或变形石英等。含这类矿物的岩石分布很广，有沉积岩、火成岩和变质岩，如硅质石灰岩、流纹岩、安山岩、凝灰岩、蛋白岩、钙质玉髓岩等。骨料中含有5%活性氧化硅足以产生严重的膨胀开裂。一般碳酸盐骨料是无害的，CaCO3 晶体与碱不起反应。碱碳酸盐反应是碱与白云质石灰岩(MgCO3.CaCO3)间的反应。含介稳态白云岩的粘土白云质石灰岩及石灰质白云岩以及有隐晶的石灰岩易与碱反应。其反应生成物可用下式表示：CaMg(CO3)2 + 2ROH Mg(OH)2 + CaCO3 +R2CO3式中，CaMg(CO3)2是白云质灰岩的主要成份，反应生成Mg(OH)2 具有膨胀性
14、，能导致已硬化混凝土产生裂缝。碱活性骨料的检测方法有：岩相分析法、化学法和砂浆棒长度法，以及中国工程建设标准化协会批准推荐的快速压蒸法。砂浆棒长度法不能正确地判断缓慢膨胀型的碱活性骨料反应，快速压蒸法对快速反应和慢速反应的活性骨料均适用。如果骨料属活性骨料，必须采取有效的措施抑制碱活性骨料反应。抑制措施主要有：限制水泥含碱量、限制混凝土中的总碱量、掺加一定数量的掺和料(如粉煤灰30%以上，矿渣50%以上，硅粉10%15%)。向家坝工程水泥碱含量小于0.6%，混凝土中的总碱量2.5Kg/m3。碱活性骨料岩种多、分布广，且不易识别，重要工程采用的骨料应作碱活性检验。1.1.8 骨料的热膨胀系数骨料
15、的热膨胀系数越高，混凝土的热膨胀系数也越高。混凝土热膨胀系数也取决于骨料含量。如果粗骨料与水泥净浆的热膨胀系数差别太大，温度剧烈变化时，会引起两种材料的胀缩变形而破坏骨料颗粒与周围浆体的粘着。在460范围内，热膨胀系数之间的大的差别不一定有害。但当两个系数相差超过5.510-6/时， 就会影响混凝土的抗冻融耐久性。硅酸盐水泥净浆的热膨胀系数在1110-6/1610-6/范围。1.1.9 骨料中的有害物质骨料中存在三类有害杂质：妨碍水泥水化的杂质；削弱骨料与水泥石的粘结的物质；能与水泥水化产物进行化学反应并产生有害膨胀的物质。这三种物质称为有害物质。(1) 有机质：有机质通常是植物的腐烂产物(主要是鞣酸和它的衍生物)，并以腐植土或有机壤土形式出现。有机质的存在妨碍水泥的水化降低混凝土(砂浆)强度。有机质含量是否多到影响混凝土性能的程度，一般是按标准方法进行比色试验。有机物含量越大，颜色越深。试样上部液体颜色浅于标准液，可以认为骨料有机质含量对混凝土(砂浆)无害；试样上部液体颜色比标准液深，如呈褐色或深褐色，说明骨料有机质含量较多，但不能肯定这种骨料不能用于混凝土。因
