混凝土组成材料课件

混凝土概述与组成材料混凝土概述与组成材料Concrete 1Concrete 11适当比例配合、拌制、成型、硬化适当比例配合、拌制、成型、硬化混混 凝凝 土土水水泥泥水水粗粗骨骨料料细细骨骨料料外外加加剂剂掺掺合合料料人造石材（砼）人造石材（砼）2混凝土的组织结构混凝土的组织结构 粗骨料细骨料水泥水化产物气孔3主要内容主要内容4.04.0 前言前言4.14.1 混凝土的组成及结构混凝土的组成及结构4.24.2 混凝土的主要技术性质混凝土的主要技术性质4.34.3 混凝土强度的检验评定混凝土强度的检验评定4.44.4 普通混凝土的配合比设计普通混凝土的配合比设计4.54.5 混凝土外加剂混凝土外加剂4.64.6 混凝土掺合料（矿物细掺料）混凝土掺合料（矿物细掺料）4.74.7 轻混凝土轻混凝土4.84.8 其它品种混凝土简介其它品种混凝土简介42.0 2.0 前言前言2.0.12.0.1 最早的混凝土最早的混凝土 2.0.22.0.2 水泥混凝土的发展过程水泥混凝土的发展过程2.0.32.0.3 混凝土分类混凝土分类52.0.1 2.0.1 最早的混凝土最早的混凝土v 混凝土的历史可追溯到混凝土的历史可追溯到40004000年前的泥结卵石、年前的泥结卵石、石灰三合土等时代。郑州仰韶文化遗址发现，草石灰三合土等时代。郑州仰韶文化遗址发现，草筋泥土涂上细沙泥（一种粘土砂浆）。西安半坡筋泥土涂上细沙泥（一种粘土砂浆）。西安半坡遗址发现用粘土、碎陶或粘土石块掺和夯实作柱遗址发现用粘土、碎陶或粘土石块掺和夯实作柱子基础。子基础。v 真正意义上的最早混凝土是真正意义上的最早混凝土是25002500年前古罗马年前古罗马人利用维苏维火山灰加石灰、石料残渣、砖块、人利用维苏维火山灰加石灰、石料残渣、砖块、天然卵石，制成坚实的磐石。天然卵石，制成坚实的磐石。6v 公元公元2 2世纪古罗马在大型建筑中不同的结构采世纪古罗马在大型建筑中不同的结构采用了不同的骨料，基础中用凝灰岩，穹顶中用浮用了不同的骨料，基础中用凝灰岩，穹顶中用浮石，说明古罗马人已使用了轻混凝土。石，说明古罗马人已使用了轻混凝土。v 古埃及人用石膏作为胶结材料建造金字塔，古埃及人用石膏作为胶结材料建造金字塔，中国修建长城曾在石灰中添加糯米汁（最早形式中国修建长城曾在石灰中添加糯米汁（最早形式的化学外加剂）。的化学外加剂）。7v 如罗马大圆剧场和著名的万神庙（被称为帝如罗马大圆剧场和著名的万神庙（被称为帝国建筑结构的真正杰作）；国建筑结构的真正杰作）；v 建于公元建于公元12-1412-14年的那不勒斯海港，现场观察，年的那不勒斯海港，现场观察，至今虽然被海浪磨光了表面，长满青苔，但混凝至今虽然被海浪磨光了表面，长满青苔，但混凝土却完好无损，数百米长的墙几乎无一裂缝。这土却完好无损，数百米长的墙几乎无一裂缝。这说明这种混凝土具有极好的耐久性。说明这种混凝土具有极好的耐久性。至今仍存在的古罗马大型建筑至今仍存在的古罗马大型建筑8v 石灰石灰-火山灰混凝土火山灰混凝土v 硅酸盐水泥混凝土硅酸盐水泥混凝土v 掺和料水泥混凝土掺和料水泥混凝土v 高标号、早强混凝土高标号、早强混凝土v 高性能混凝土（高性能混凝土（High Performance Concrete)High Performance Concrete)2.0.2 2.0.2 水泥混凝土的发展过程水泥混凝土的发展过程建设速度要求建设速度要求地下、水下、大体积（断面地下、水下、大体积（断面80cm80cm）工程要求）工程要求强度要求强度要求耐久性、可持续发展要求耐久性、可持续发展要求优点：耐久，缺点：凝结缓慢凝结快、强度高，但水化热大耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低凝结较快、强度高，但耐蚀性差 以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求 9高性能混凝土（高性能混凝土（HPCHPC）目前有关建筑法规中，一级建筑的安全使用目前有关建筑法规中，一级建筑的安全使用期只定为期只定为5050年；高性能混凝土由于其耐久性大幅年；高性能混凝土由于其耐久性大幅度提高，安全使用期应更长：度提高，安全使用期应更长：v 在不利的使用条件下和严峻环境中，冻融、在不利的使用条件下和严峻环境中，冻融、海水、严寒、酷热等地区，经妥善设计和优质施海水、严寒、酷热等地区，经妥善设计和优质施工的工的HPCHPC结构的安全使用期应不低于结构的安全使用期应不低于100100年；年；v 在正常环境中使用的结构，其安全使用期应在正常环境中使用的结构，其安全使用期应达达200200年；年；v 特殊重要工程在采取必要措施后，其安全使特殊重要工程在采取必要措施后，其安全使用期应达用期应达300300年。年。10高性能混凝土的特点高性能混凝土的特点 低水胶比，低水泥用量；低水胶比，低水泥用量；选用优质原材料；选用优质原材料；掺加足够数量的矿物细掺料；掺加足够数量的矿物细掺料；高效外加剂。高效外加剂。高性能混凝土已在国内的许多重要高性能混凝土已在国内的许多重要建筑得到应用，如上海南浦大桥、杨浦大建筑得到应用，如上海南浦大桥、杨浦大桥、北京西客站、首都国际机场、国家大桥、北京西客站、首都国际机场、国家大剧院、中央电视台等。剧院、中央电视台等。114.0.3 4.0.3 混凝土分类混凝土分类 按胶凝材料分类按胶凝材料分类 按表观密度分类按表观密度分类 按使用功能分类按使用功能分类 按施工工艺分类按施工工艺分类 按配筋情况分类按配筋情况分类 按强度分类按强度分类 12混凝土按胶凝材料分类混凝土按胶凝材料分类 石灰石灰 气硬性气硬性石膏石膏无机无机 水玻璃水玻璃硅酸盐水泥硅酸盐水泥 水硬性水硬性 铝酸盐水泥铝酸盐水泥胶凝材料胶凝材料 沥青沥青有机有机 树脂树脂 橡胶橡胶 13v 石灰混凝土、石膏混凝土石灰混凝土、石膏混凝土 制品；制品；v 水泥混凝土（狭义混凝土或水泥混凝土（狭义混凝土或普通混凝土普通混凝土）水泥水泥 +砂砂 +石石 +水水 (+(+外加剂外加剂 +掺掺合料合料)；v 沥青混凝土、树脂混凝土、橡胶混凝土沥青混凝土、树脂混凝土、橡胶混凝土 有机胶凝材料具有不透水性，可制成防水材有机胶凝材料具有不透水性，可制成防水材料，如沥青防水材料、高聚物改性沥青防水材料、合成料，如沥青防水材料、高聚物改性沥青防水材料、合成高分子防水材料（树脂、橡胶、橡树共混）。高分子防水材料（树脂、橡胶、橡树共混）。14混凝土按表观密度分类混凝土按表观密度分类类别类别干表观密度干表观密度kg/mkg/m3 3特点特点重混凝土重混凝土26002600重晶石、钢屑为重骨料重晶石、钢屑为重骨料普通混凝土普通混凝土1950-25001950-2500普通砂、石为骨料普通砂、石为骨料轻轻混混凝凝土土轻集料混凝土轻集料混凝土800-1950800-1950浮石、陶粒等轻骨料浮石、陶粒等轻骨料多孔混凝土多孔混凝土300-1000300-1000泡沫砼、加气砼泡沫砼、加气砼普通大孔普通大孔1500-19001500-1900轻骨料大孔轻骨料大孔500-1500500-150015混凝土按使用功能分类混凝土按使用功能分类防水混凝土防水混凝土耐热混凝土耐热混凝土耐碱混凝土耐碱混凝土耐酸混凝土耐酸混凝土保温混凝土保温混凝土结构混凝土结构混凝土16离心成型离心成型混凝土混凝土泵送泵送混凝土混凝土混凝土按施工工艺分类混凝土按施工工艺分类普通浇注普通浇注混凝土混凝土喷射喷射混凝土混凝土17混凝土按配筋情况分类混凝土按配筋情况分类钢筋混凝土钢筋混凝土纤维混凝土纤维混凝土素混凝土素混凝土预应力预应力混凝土混凝土18混凝土按强度分类混凝土按强度分类 超高强混凝土超高强混凝土高强混凝土高强混凝土低强混凝土低强混凝土中强混凝土中强混凝土C30C30C30-C60C30-C60C60-C100C60-C100C100C100194.1 4.1 混凝土的组成及结构混凝土的组成及结构4.1.14.1.1 普通混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料4.1.2 4.1.2 混凝土的结构混凝土的结构202122v混凝土组成材料之一 关于水泥的几点说明23v水泥品种应根据混凝土工程特点、所处的环境条件和施工条件等进行选择。一般可选用硅酸盐水泥或掺混合材的硅酸盐水泥，必要时也可采用膨胀水泥、自应力水泥或快硬硅酸盐水泥等其他水泥。所用水泥的性能必须符合现行国家有关标准的规定。例如：在大体积混凝土工程中，为了避免水泥水化热过大，通常选用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；但也可使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，这时应掺入掺合料和必要的外加剂。以上两种技术路线，可以殊途同归，达到使混以上两种技术路线，可以殊途同归，达到使混凝土中胶凝材料体系适应使用环境之目的凝土中胶凝材料体系适应使用环境之目的。24v原则上配制高强度等级的混凝土应选用强度等级高的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用强度等级低的水泥。如采用强度等级高的水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏少，影响和易性和耐久性，必须掺入一定数量的矿物掺合料。目前，采用强度等级低的水泥配制高强度等级混凝土已经很普遍。混凝土强度等级为C30以下时，可采用强度等级为32.5的水泥；混凝土强度等级大于C30时，可采用强度等级为42.5以上的水泥。25 某施工队使用以煤渣掺量为某施工队使用以煤渣掺量为3030的火山灰水泥铺筑路面，的火山灰水泥铺筑路面，见图见图4-14-1。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。按微裂缝。按JTJ 012JTJ 0129494公路混凝土路面设计规范公路混凝土路面设计规范，对于水，对于水泥混凝土路面，泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。盐水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。26 该路面已出现较多裂纹，可见表面水泥砂浆层干缩较该路面已出现较多裂纹，可见表面水泥砂浆层干缩较大。从资料可见，泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物大。从资料可见，泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为组成分别为 C C3 3S 53S 53，C C2 2S 25S 25，C C3 3A 15A 15，C C4 4AF 7AF 7。所选。所选用的水泥熟料矿物组成中用的水泥熟料矿物组成中C C3 3A A含量较高，当水泥中含量较高，当水泥中C C3 3A A含量较高，含量较高，其干缩较大，选用水泥不当。其干缩较大，选用水泥不当。27混凝土组成材料之二混凝土组成材料之二 骨骨 料料水泥水泥骨骨料料砂砂石石水水10vol.%70vol.%15vol.%水泥的品种、强度等级水泥的品种、强度等级含泥量及有害杂质含量；含泥量及有害杂质含量；颗粒形状及表面特征；颗粒形状及表面特征；颗粒级配和粗细程度颗粒级配和粗细程度/最大粒径；最大粒径；强度和坚固性。强度和坚固性。包括饮用水、地表水、地下水、海包括饮用水、地表水、地下水、海水以及经过处理后的工业废水等，水以及经过处理后的工业废水等，JGJ63-89JGJ63-89混凝土拌合用水标准混凝土拌合用水标准 285.005.002.502.501.251.250.6300.6300.3150.3150.1600.16010010080.080.063.063.050.050.040.040.031.531.525.025.020.020.016.016.010.010.05.05.0骨料骨料（aggregateaggregate）碎碎石石卵卵石石山山砂砂河河砂砂海海砂砂粗骨料粗骨料细骨料细骨料mmmmmmmm普通混凝土用碎石或卵石质普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法量标准及检验方法JGJ53-92JGJ53-92普通混凝土用砂质量标普通混凝土用砂质量标准及检验方法准及检验方法JGJ52-92JGJ52-9229 骨料的作用骨料的作用 骨架作用，传递应力 抑制收缩，防止开裂30骨料中的泥、有害杂质骨料中的泥、有害杂质v 骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机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，对混凝土的质量产生很大部分，或增大收缩，对混凝土的质量产生很大的影响。的影响。v 因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。行限制。31GB/T14684-2001GB/T14684-2001建筑用砂建筑用砂规定了砂中有害物质含量的限制：规定了砂中有害物质含量的限制：砂中有害物质含量砂中有害物质含量砂中含泥量和泥块含量砂中含泥量和泥块含量32v粗骨料有害物质：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。粗骨料有害物质：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。其有害物质应符合其有害物质应符合v v v碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（Na2ONa2O、K2OK2O）与骨料中的活性成分反应，生）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0.60.6的水泥，或的水泥，或掺加能抑制碱掺加能抑制碱骨料反应的掺合料。骨料反应的掺合料。v 一般来说有两类碱骨料反应：碱一般来说有两类碱骨料反应：碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是碱骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是碱-硅反应：碱性物质与含硅酸盐硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。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。锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。33海砂含盐要警惕！海砂含盐要警惕！34骨料形状及表面特征骨料形状及表面特征棱角状棱角状 浑圆状浑圆状 针状针状 片状片状C30C30，含量，含量15%15%；C30C30，含量，含量25%25%35骨料的含水状态骨料的含水状态v骨料一般有干燥状态、气干状态、饱和面干状态和润湿状态四种含水状态；v大型水利工程、道路工程常以饱和面干状态骨料为基准，这样混凝土的用水量和骨料用量的控制较准确；v一般工业与民用建筑工程混凝土配合比设计常以干燥骨料为基准。36建筑用砂的种类：建筑用砂的种类：砂按产源分为天然砂、人工砂两类，天然砂可分砂按产源分为天然砂、人工砂两类，天然砂可分为：为：河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；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；有机杂质较多；淡化海砂：淡化海砂：虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含较多盐分。含较多盐分。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。37砂的粗细程度砂的粗细程度细度模数细度模数M Mx x砂的粗细程度，指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。筛孔尺寸，筛孔尺寸，mmmm分计筛余，分计筛余，%累计筛余，累计筛余，%5.005.002.502.501.251.250.6300.6300.3150.3150.1600.160a a1 1a a2 2a a3 3a a4 4a a5 5a a6 6A A1 1=a=a1 1A A2 2=a=a1 1+a+a2 2A A3 3=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3A A4 4=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4A A5 5=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4+a+a5 5A A6 6=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4+a+a5 5+a+a6 6(A(A2 2+A+A3 3+A+A4 4+A+A5 5+A+A6 6)-5A)-5A1 1100-A100-A1 1M Mx x=3.7-3.1 3.7-3.1 粗砂粗砂3.0-2.3 3.0-2.3 中砂中砂2.2-1.6 2.2-1.6 细砂细砂38/%1区2区3区/mm图4.2 砂的级配曲线/mm/%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水泥浆量多，易使混凝土强度降低，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，不易振倒成型。一般认为，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。39|例例4-14-1某干砂某干砂500g500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的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细度模数并评定其级配筛孔尺寸（mm）4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 筛余量()5 100 150 145 80 20 40计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：筛孔筛孔 尺寸尺寸(mm)分计筛余分计筛余量（量（g）分计筛余（）分计筛余（）累计筛余（）累计筛余（）4.75 5 a1=5/500=1 A1=a1=1 2.36 100 a2=100/500=20 A2=A1+a2=21 1.18 150 a3=150/500=30 A3=A2+a3=51 0.60 145 a4=145/500=29 A4=A3+a4=80 0.30 80 a5=80/500=16 A5=A4+a5=96 0.15 20 a6=20/500=4 A6=A5+a6=100 41计算细度模数：11654321005AAAAAAAMx）（43.31100510096805121）（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 4-1。该曲线落在 区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。注 x在 3.73.1 为粗砂，x在 3.02.3 为中砂，x在 2.21.6为细砂，x在 1.50.7 为特细砂。42 砂子的坚固性，是指砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。通常天然砂以硫酸钠溶液干湿循环5次后的质量损失来表示；人工砂采用压碎指标法进行试验。类别项目I类类类云母（按质量计）()/%1.02.02.0轻物质（按质量计）()/%1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）()/%0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计）()/%0.01 0.02 0.06质量损失()/%8810单级最大压碎指标()/%20253043砂按技术要求分为三类：砂按技术要求分为三类：I I类宜用于强度等级类宜用于强度等级C60C60的混凝土的混凝土IIII类宜用于强度等级类宜用于强度等级C30C60C30C60的混凝土及有抗的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；冻抗渗或其他要求的混凝土；IIIIII类宜用于强度等级类宜用于强度等级C30C30的混凝土和建筑砂的混凝土和建筑砂浆浆44 根据有关规定，在桥梁上游米以根据有关规定，在桥梁上游米以及下游米的水域属于禁止挖砂的区域。如及下游米的水域属于禁止挖砂的区域。如果在桥梁附近进行挖砂，会对桥梁造成一定的危果在桥梁附近进行挖砂，会对桥梁造成一定的危害作用。挖砂将改变河床自然坡度及水流形态，害作用。挖砂将改变河床自然坡度及水流形态，导致河床随水流由高向低处不断下切。河床下切导致河床随水流由高向低处不断下切。河床下切对大桥带来的直接影响是：桥墩基础周围的砂土对大桥带来的直接影响是：桥墩基础周围的砂土被淘涮，导致桥基越来越浅，下切的河床与桥墩被淘涮，导致桥基越来越浅，下切的河床与桥墩周边的水泥保护层之间形成空洞，防护层失掉支周边的水泥保护层之间形成空洞，防护层失掉支撑。如果遭遇洪水或其他事故，桥梁的稳固性将撑。如果遭遇洪水或其他事故，桥梁的稳固性将大大减弱。大大减弱。45 20022002年年6 6月，从日晚至日中午，西安市持续降月，从日晚至日中午，西安市持续降雨。日下午时许开始，灞河河水暴涨，陇海铁路线西雨。日下午时许开始，灞河河水暴涨，陇海铁路线西安市灞桥段铁路桥桥墩被洪水冲击松动。此后，陇海线灞安市灞桥段铁路桥桥墩被洪水冲击松动。此后，陇海线灞桥铁路桥第号桥墩、第号桥墩、第号、号和号桥铁路桥第号桥墩、第号桥墩、第号、号和号桥墩相继发生塌陷，造成约多米的铁路桥完全垮塌桥墩相继发生塌陷，造成约多米的铁路桥完全垮塌断裂，断裂，余乘客滞留西安。桥梁使用时间长、河道余乘客滞留西安。桥梁使用时间长、河道挖砂加剧河床下切及洪水水势浩大，是陇海铁路灞河桥被挖砂加剧河床下切及洪水水势浩大，是陇海铁路灞河桥被洪水冲垮的重要原因。洪水冲垮的重要原因。按照国家规定，在桥梁等建筑物上下游按照国家规定，在桥梁等建筑物上下游500500米内不米内不得进行挖砂等作业。铁路部门认为，这样的距离，对于一得进行挖砂等作业。铁路部门认为，这样的距离，对于一般的小河、小桥，可以保证安全系数。对于灞河这样的大般的小河、小桥，可以保证安全系数。对于灞河这样的大河、大桥，安全系数远远不够。河、大桥，安全系数远远不够。4647 据记者了解，在垮桥下方有据记者了解，在垮桥下方有3030多个砂多个砂站，每个砂站日存砂可达站，每个砂站日存砂可达600600多立方米，往往多立方米，往往一天下来，有超过一天下来，有超过1 1万方砂石被挖砂人从距离万方砂石被挖砂人从距离陇海线不远的灞河铁路大桥屹立的灞河水中掏陇海线不远的灞河铁路大桥屹立的灞河水中掏走。走。48盲目无度的非法采砂盲目无度的非法采砂导致河床下陷，使位导致河床下陷，使位于晋江上游西溪上的于晋江上游西溪上的漳（平）泉（州）线漳（平）泉（州）线跨河铁路桥的桥墩基跨河铁路桥的桥墩基础严重裸露，直接威础严重裸露，直接威胁着铁路桥列车运行胁着铁路桥列车运行的安全的安全49粗骨料颗粒级配粗骨料颗粒级配粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试粗骨料的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，即用验采用筛分法测定，即用2.362.36、4.754.75、9.59.5、16.016.0、19.019.0、26.526.5、31.531.5、37.537.5、53.053.0、63.063.0、75.075.0和和9090等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级续级配是石子粒级呈连续性，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混石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的级配。工程上最常用的级配。50 间断级配也称单粒级级配。间断级配是间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石、卵石石子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下表。的颗粒级配规格见下表。51表表 4-3 卵石或碎石的颗粒级配范围（卵石或碎石的颗粒级配范围（GB/T14685-2001）累计筛余（累计筛余（%）筛孔尺寸（圆孔筛）（）筛孔尺寸（圆孔筛）（）级级配配情情况况 公称公称 粒级粒级（）（）2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.50 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90 510 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 连连续续粒粒级级 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 单单粒粒级级 4080 95100 70100 3060 010 0 52骨料的强度骨料的强度v 为了保证混凝土的强度，骨料必须致密并具有足够的强度。v 碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。v 岩石立方强度试验，是用母岩制成555 立方体，或直径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡水中4，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。53v压碎指标是将一定重量气干状态下10-20的石子装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到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（m1），用下式计算压碎指标：v式中 a-压碎指标值，%；v0-试样质量，g；vm1-压碎试验后试样的筛余量，g。v压碎指标值越小，骨料的强度越高。%100010mmma 54各种岩石抗压强度各种岩石抗压强度（美国）种类种类试样数目试样数目抗压强度（抗压强度（MPaMPa）平均平均最大最大最小最小花岗岩花岗岩278278181181257257114114石灰石石灰石2412411591592412419393砂砂 岩岩79791311312402404444大理石大理石34341171172442445151石英岩石英岩2626252252423423124124片麻岩片麻岩36361471472352359494 多数岩石的强度在多数岩石的强度在100-300MPa100-300MPa之间，同种岩石的强度之间，同种岩石的强度相差很大，值得重视。相差很大，值得重视。55石的最大粒径（石的最大粒径（D Dmaxmax）混凝土结构工程施工及验收规范混凝土结构工程施工及验收规范GB50204-92GB50204-92规定：规定：v 混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的最小尺寸的1/41/4，同时不得大于钢筋间最小净距，同时不得大于钢筋间最小净距的的3/43/4；v 对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的过板厚的1/21/2，且不得超过，且不得超过50mm50mm；v 对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于径之比，碎石不宜大于1:31:3，卵石不宜大于，卵石不宜大于1:2.51:2.5。56粗骨料的粒径效应粗骨料的粒径效应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。57v 另外，细颗粒石子颗粒形状不合理，形状以另外，细颗粒石子颗粒形状不合理，形状以针片状为主。针片状为主。v 国标规定针片状颗粒含量国标规定针片状颗粒含量15%15%，而自密实混，而自密实混凝土要求其含量凝土要求其含量5%5%。v 我国石子级配极不合理，其空隙率达我国石子级配极不合理，其空隙率达48%48%。美国、加拿大美国、加拿大C60-C100C60-C100C100C100D Dmaxmax20mm20mmD Dmaxmax10-12mm10-12mm日本日本C60C60D Dmaxmax10mm10mm58 59v【案例4-1】砂质量不合格导致混凝土凝结异常v概况概况 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。60v分析分析 经调查，混凝土用砂含泥量超过标准一倍以上，导致泥粉总面积大幅度增加，需要更多的水泥浆包裹它们。同时，泥粉本身强度低，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，由于现场砂粒细、含泥量大，砂团不易分散，按常规搅拌时间，不能充分使水泥浆完全包裹砂粒。导致混凝土拌和物不均匀。61v【案例 4-2】骨料含有害杂质引发事故v概况概况某厂一座四层钢筋混凝土框架结构厂房，梁、柱为现浇混凝土。该厂房于1988年1月开工，工期为10个月，交付使用后一个月就在梁、柱等多处出现爆裂。半年后混凝土柱基、大梁根部等处混凝土也陆续出现爆裂，严重的导致大梁折断。62v分析分析使用含有害杂质的工业废渣做骨料。取裂缝处碎片进行X射线分析，发现其中晶体多为方镁石,并含有少量生石灰石，裂缝是由于方镁石、生石灰石水化膨胀造成。调查发现该厂为节省资金，使用含有MgO和CaO的工业废渣代替部分混凝土骨料，导致了事故的发生。63混凝土组成材料之三混凝土组成材料之三 水水v 混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。凡是能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水、凡是能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水、pHpH值小于值小于4 4的酸性水、含硫酸盐（按的酸性水、含硫酸盐（按SOSO2 2计）超过计）超过1 1的水均不能使用。当对的水均不能使用。当对水质有疑问时，可将该水与蒸馏水或饮用水分别进行水泥凝结时间、砂浆水质有疑问时，可将该水与蒸馏水或饮用水分别进行水泥凝结时间、砂浆或混凝土强度对比实验，初凝和终凝时间差均不得大于或混凝土强度对比实验，初凝和终凝时间差均不得大于3030分钟。如强度不分钟。如强度不低于用蒸馏水或饮用水拌制的砂浆、混凝土的低于用蒸馏水或饮用水拌制的砂浆、混凝土的90%90%，则此水可以用。一般情，则此水可以用。一般情况下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸盐、镁盐和氯化物会侵况下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸盐、镁盐和氯化物会侵蚀水泥石和钢筋。蚀水泥石和钢筋。6465【案例4-3】采用海水做拌合水导致混凝土腐蚀破坏v概况概况 某海口城市临近出海口建造7层综合楼，采用现浇钢筋混凝土框架结构，使用现场挖井取水配制C18混凝土，该工程于1994年竣工投入使用，至2000年住户陆续发现部分柱、梁、板混凝土出现顺筋开裂现象，个别地方混凝土崩落，钢筋外露锈蚀发展迅速。66v分析分析 由于工程场地紧临出海口，每年秋冬时节均会出现海水倒灌的现象，经调查得知，混凝土拌合用水氯离子及硫酸根离子超标。这是导致混凝土开裂和钢筋锈蚀的主要原因。由于混凝土界面粘结及界面结构差，形成大量界面裂缝和孔洞，促进了有害离子的渗透，加速混凝土劣化及钢筋锈蚀。67混凝土组成材料之四混凝土组成材料之四 矿物细掺料矿物细掺料 矿物掺合料是指在混凝土拌合物中，为了节约水泥，改善混凝土性能加入的具有一定细度的天然或者人造的矿物粉体材料，也称为矿物外加剂，是混凝土的第六组分。常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉、燃烧煤矸石等。粉煤灰应用最普遍。粉煤灰又称飞灰，是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑，大部分由直径以计的实心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成。68v粉煤灰在混凝土中的作用 活性行为和胶凝作用。粉煤灰的活性来源于它所含的玻璃体，他与水泥水化生成的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成C-S-H和C-A-H、水化硫铝酸钙，强化了混凝土界面过渡区，同时提高混凝土的后期强度。充填行为和致密作用。粉煤灰是高温煅烧的产物，其颗粒本身很小，且强度很高。粉煤灰颗粒分布于水泥浆体中水泥颗粒之间时，提高混凝土胶凝体系的密实性。需水行为和减水作用。由于粉煤灰的的颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰由于其“滚珠轴承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，提高混凝土的抗裂性。69v降低混凝土早期温升，抑制开裂。大掺量粉煤灰混凝土特别适合大体积混凝土。v二次水化和较低的水泥熟料量使最终混凝土中的Ca(OH)2大为减少，可以有效提高混凝土抵抗化学侵蚀的能力。v当掺加量足够大时，可以明显抑制混凝土碱骨料病害。v降低氯离子渗透能力，提高混凝土的护筋性。v以上作用在水胶比低于0.42时，较突出。70v(2)硅灰v 硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅铁合金或硅钢等所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘，色呈浅灰到深灰。硅灰的颗粒是微细的玻璃球体，部分粒子凝聚成片或球状的粒子。其平均粒径为0.10.2，是水泥颗粒粒径的1/501/100,比表面积高达2.0104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90以上），它的活性要比水泥高13倍。以10硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高25以上。由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为混凝土掺合料，须配以减水剂，方可保证混凝土的和易性。硅粉混凝土的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一般为胶凝材料总重的510，且不高于15，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，处于价格考虑，一般混凝土强度低于80MPa时，都不考虑掺加硅粉。71(3)粒化高炉矿渣粉 粒化高炉矿渣粉是指将粒化高炉矿渣经干燥、磨细达到相当细度且符合相应活性指数的粉状材料，细度大于350m2/kg，一般为400-600m2/kg。其活性比粉煤灰高。72v 粒化高炉矿渣在水淬时形成的大量玻璃体,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过400m2/kg，以较充分地发挥其活性，减少泌水性。研究表明矿渣磨得越细，其活性越高，掺入混凝土中后，早期产生的水化热越多，越不利于控制混凝土的温升，而且成本较高；当矿渣的比表面积超过400m2/kg后，用于很低水胶比的混凝土中时，混凝土早期的自收缩随掺量的增加而增大；矿渣粉磨得越细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝土拌和物越黏稠。因此，磨细矿渣的比表面积不宜过细。用于大体积混凝土时，矿渣的比表面积宜不超过420m2/kg 73掺合料在混凝土中的作用掺合料在混凝土中的作用v1)掺合料可代替部分水泥，成本低廉，经济效益显著。v2)增大混凝土的后期强度。矿物细掺料中含有活性的SiO2和Al2O3，与水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)2反应，生成生成CSH和CAH、水化硫铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得提出的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期强度随着掺量的增加而降低。v3)改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流动性后，很容易使混凝土产生离析和泌水，掺入矿物细掺料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的掺合料还可以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的耐久性。74v4)降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝土内部温度可达到5070，比外部温度高，产生温度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土随着气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩使得混凝土中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺合料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了水泥的水化热，降低混凝土温升。v5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性与水泥水化产生的Ca(OH)2密切相关，矿物细掺料和Ca(OH)2发生化学反应，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同时减少混凝土中大的毛细孔，优化混凝土孔结构，降低混凝土最可几孔径，使混凝土结构更加致密，提高了混凝土的抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。75v6)抑制碱骨料反应。试验证明，矿物掺合料掺量较大时，可以有效地抑制碱骨料反应。内掺30的低钙粉煤灰能有效地抑制碱硅反应的有害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反应，其掺量宜超过40。v7)不同矿物细掺料复合使用的“超叠效应”。不同矿物细掺料在混凝土中的作用有各自的特点，例如矿渣火山灰活性较高，有利于提高混凝土强度，但自干燥收缩大；掺优质粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收缩和干燥收缩都很小，在低水胶比下可保证较好的抗碳化性能。硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，但自干燥收缩大，且不利于降低混凝土温升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土更密实。764.1.2 4.1.2 混凝土的结构混凝土的结构 粗骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物Ca(OH)2AftC-S-H77混凝土的界面问题混凝土的界面问题v 从粗观尺度上看，混凝土是由水泥石和骨料从粗观尺度上看，混凝土是由水泥石和骨料两相组成的复合材料；从细观尺度上看，水泥石两相组成的复合材料；从细观尺度上看，水泥石又是各种水化物和未水化颗粒、水、气等的多相又是各种水化物和未水化颗粒、水、气等的多相复合体。各相之间的界面是混凝土内部结构重要复合体。各相之间的界面是混凝土内部结构重要的组成部分。的组成部分。v 在宏观现象上，普通混凝土的劣化或破坏往在宏观现象上，普通混凝土的劣化或破坏往往出现在界面处。在混凝土承受荷载作用以前，往出现在界面处。在混凝土承受荷载作用以前，界面处就充满微裂缝；受到荷载作用以后，随着界面处就充满微裂缝；受到荷载作用以后，随着应力的增长，这些微裂缝的开展，最终将导致水应力的增长，这些微裂缝的开展，最终将导致水泥石的断裂。泥石的断裂。78界面劣化机理界面劣化机理v 水泥石和骨料的弹性模量不同，当温度、湿水泥石和骨料的弹性模量不同，当温度、湿度发生变化时，水泥石和骨料变形不一致，致使度发生变化时，水泥石和骨料变形不一致，致使在界面处形成细微的裂缝；在界面处形成细微的裂缝；v 在混凝土硬化前，水泥浆体中的水分向亲水在混凝土硬化前，水泥浆体中的水分向亲水的骨料表面迁移，在骨料表面形成一层水膜，从的骨料表面迁移，在骨料表面形成一层水膜，从而在硬化的混凝土中留下细小的缝隙；而在硬化的混凝土中留下细小的缝隙；v 浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊。浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊。79(1)(1)混凝土界面过渡层模型混凝土界面过渡层模型骨骨料料Ca(OH)Ca(OH)2 2 Aft Aft C-S-H C-S-H过渡层过渡层0-1000-100 m m 80界面过渡层特点界面过渡层特点 W/C W/C高（从骨料高（从骨料水泥石，水泥石，W/CW/C）；）；孔隙率大；孔隙率大；Ca(OH)Ca(OH)2 2和钙矾石多，和钙矾石多，C-S-HC-S-H的的CaO/SiOCaO/SiO2 2比大；比大；Ca(OH)Ca(OH)2 2和钙矾石结晶颗粒大；和钙矾石结晶颗粒大；Ca(OH)Ca(OH)2 2取向生长。取向生长。811在水泥及用水用量相同的条件下，采用细度模数小的砂拌制的混凝土拌合物的流动性_。较小 2砂的粗细程度用_表示。细度模数 答案答案823体积密度小于1950 kg/m3的混凝土属于_混凝土。轻骨料 4混凝土用砂应选择粒径_的和级配_的。粗、好 答案答案835砂的粗细程度和颗粒级配是用_法确定的。砂的粗细程度用_表示，而颗粒级配是用_或_来判定的。筛分析法、细度模数、级配区、级配曲线 6 选择混凝土集料时，应使其()。A.总表面积大，空隙率大 B.总表面积大，空隙率小C.总表面积小，空隙率大 D.总表面积小，空隙小 D 答案答案847某混凝土搅拌站原使用砂的细度模数为2.5，后改用细度模数2.1的砂。改砂后原混凝土配方不变，发现混凝土坍落度明显变小。请分析原因。因砂粒径变细后，砂的总表面积增大，当水泥浆量不变时，包裹砂表面的水泥浆变薄，流动生变差，即坍落度变小。答案8.压碎指标越大,则石子的强度越大 答案错85v9 对粗集料强度有严格要求或对质量有争议时，宜用()做试验，对经常性的生产控制则用()值检验。A.压碎指标 B.抗冲性试验 C.硫酸盐溶液法 D.岩石立方体强度 D A答案8610 下列材料中，活性混合材料为()。vA.石灰石 B.石英砂 C.粉煤灰vD.粒化高炉矿渣 E.烧黏土v C D答案8711 砂的细度模数愈大，砂的空隙率愈小。错 12.两种砂细度模数相同，它们的级配也一定相同。错 答案答案8813 混凝土用砂为什么提出细度和级配要求？答案 细度是指不同粒径砂混合后的平均大小，它反映了砂的粗细程度，也表示砂的总表面积大小。级配是指不同粒径砂的搭配情况，反映了砂堆积后空隙率的大小。因砂的表面需浆体包裹，空隙需浆体填充，所以当砂 的总表面积和空隙率均比较小时，可使胶凝材料和水 用量少，而且可提高混凝土的密实度、强度和耐久性。89 因为单粒级石子的空隙率最大，会使水泥用量增加，或使混凝土的流动性、粘聚性、强度和耐久性下降，而使干缩和徐变增大。细砂、特细砂比表面积大，空隙率也较大，因而会使浆体用量和水用量增加，或使混凝土的流动性、强度和耐久性下降，而使干缩和徐变增大。14 为什么配制普通混凝土时，不采用单粒级石子，也不使用细砂或特细砂？答案9015 砂中泥块和石粉对混凝土的性能有何影响？砂中泥土包裹在颗粒表面，阻碍水泥凝胶体与砂粒间的粘结，降低界面强度、混凝土强度，并增加了混凝土的干缩，易产生开裂，影响混凝土的耐久性。石粉是一般碎石生产企业所称的石粉、石沫，是在生产人工砂过程中，在加工前经除土处理。加工后形成粒径小于75 um，其矿物组成和化学成分与母岩相同的物质与天然砂中的粘土成分在混凝土中所起的负面影响不同，它的掺入对完善混凝土细骨料级配，提高混凝土和易性与密实性有很大益处，进而起到提高混凝土综合性能的结果。答案91