《建筑材料》第四章混凝土

4普通混凝土主要介绍了普通混凝土的组成材料，混凝土拌合物的和易性，硬化混凝土的强度、耐久性，混凝土外加剂的作用原理和应用，普通混凝土配合比设计方法等，简要介绍了其他品种混凝土，如体现混凝土发展动态的高强混凝土、高性能混凝土等。本章提要混凝土(Concrete,砼）是由胶凝材料、骨料和水，必要时掺入化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例配合，拌制成拌合物，经硬化而成的人造石材。按胶凝材料不同，分为水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；★按表观密度不同，分为重混凝土(ρ0＞2600kg/m3)、普通混凝土(ρ0=1950~2500kg/m3)、轻混凝土(ρ0＜1950kg/m3)；按使用功能不同，分为结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；按施工工艺不同，又分为喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。★混凝土的特点：可塑性好、性能可调、可用钢筋增强、耐久性好、原材料来源丰富；但自重大、呈脆性、施工过程影响因素多。本章内容4.1普通混凝土的组成材料4.2混凝土的主要技术性质4.3混凝土外加剂4.4普通混凝土配合比设计4.5其他品种混凝土4.1普通混凝土的组成材料普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌和，经硬化而成的一种人造石材。★砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚固的整体。其结构如图4.1。图4.1普通混凝土结构示意图1—石子；2—砂子；3—水泥浆；4—气孔1）水泥品种的选择配制混凝土时，一般可采用六大品种水泥，必要时也可采用快硬水泥、铝酸盐水泥等。详见第3章内容。1水泥水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。一般以水泥强度(以MPa为单位)为混凝土强度等级的1.5~2.0倍较适宜，水泥强度等级过高或过低，会导致水泥用量过少或过多，对混凝土的技术性能及经济效果都不利。2）水泥强度等级的选择普通混凝土的细骨料主要采用天然砂和人工砂。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。按产源不同，天然砂分为山砂、河砂和海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。2细骨料－砂子常用砂《建筑用砂》GB/T14684-2001砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30~C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。为了节约水泥，并使混凝土结构达到较高密实度，选择骨料时，应尽可能选用总表面积较小、空隙率较小的骨料，而砂子的总表面积与粗细程度有关，空隙率则与颗粒级配有关。(1)粗细程度砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。1）砂的粗细程度及颗粒级配(2)颗粒级配砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图4.2所示。图4.2骨料颗粒级配示意图(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径★(3)砂的粗细程度与颗粒级配的评定砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表4.1。砂子的筛分析试验总称量500g表4.1累计筛余率与分计筛余率计算关系筛孔尺寸筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)×100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)×100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)×100%A3=a1+a2+a3600μmm4a4=(m4/500)×100%A4=a1+a2+a3+a4300μmm5a5=(m5/500)×100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150μmm6a6=(m6/500)×100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6筛底m7a7=(m7/500)×100%A7=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下：建筑用砂按细度模数分为粗、中、细三种规粗砂：3.7~3.1中砂：3.0~2.3细砂：2.2~1.6。2345611()5100xAAAAAAMA砂的颗粒级配用级配区表示，以级配区或级配曲线判定砂级配的合格性。对细度模数为3.7~1.6的建筑用砂，根据600μm筛的累计筛余百分率分成3个级配区，见表4.2。为了更直观地反映砂的颗粒级配，以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，根据表4.2的数值可以画出砂子3个级配区的级配曲线，如图4.3所示。表4.2建筑用砂的颗粒级配(GB/T14684—2001)筛孔尺寸1区2区3区累计筛余百分率(%)9.50mm0004.75mm10~010~010~02.36mm35~525~015~01.18mm65~3550~1025~0600μm85~7170~4140~16300μm95~8092~7085~55150μm100~90100~90100~90图4.3砂的级配曲线【例题】用500g烘干砂进行筛分试验，其结果如表4.3所求。试分析该砂的粗细程度与颗粒级配。【解】计算细度模数Mx评定结果：将累计筛余百分率与表4.2作对照，或绘出级配曲线，此砂处于2区，级配良好；细度模数为2.66，属中砂。2345611()5100(13.923.361.682.198.5)55.52.661005.5xAAAAAAMA筛孔尺寸筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mm27.55.55.52.36mm428.413.91.18mm479.423.3600μm191.538.361.6300μm102.520.582.1150μm8216.498.5150μm7.51.5100表4.3砂样筛分结果含泥量是指天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。天然砂的含泥量应符合表4.4的规定。人工砂的石粉含量应符合表4.5的规定。砂中泥块含量应符合表4.4和表4.5的规定。2）含泥量、石粉含量和泥块含量表4.4天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）（%）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%）01.02.0表4.5人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类1亚甲蓝试验MB值＜1.40或合格石粉含量(按质量计)(%)3.05.07.02泥块含量(按质量计)(%)01.02.03MB值≥1.40或不合格石粉含量(按质量计)(%)1.03.05.04泥块含量(按质量计)(%)01.02.0国家标准规定砂中不应混有草根、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂物，砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表4.6的规定。3）有害物质含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(按质量计)(%，小于）1.02.02.0轻物质(按质量计)(%，小于）1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.50.50.5氯化物(以氯离子质量计)(%，小于)0.010.020.06表4.6砂中有害物质含量（GB/T14684—2001）砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物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表4.7的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表4.8的规定。4）坚固性表4.7坚固性指标(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失（%，小于）8810表4.8压碎指标(GB/T14684—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级最大压碎指标(%，小于)202530砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。5）表观密度、堆积密度、空隙率普通混凝土常用的粗骨料分卵石和碎石两类。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源不同可分为河卵石、海卵石、山卵石等。碎石是天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。3粗骨料－石子《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2001卵石、碎石按技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30~C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30混凝土。(1)最大粒径Dmax粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粗骨料的最大粒径增大，则其总表面积相应减小，包裹粗骨料所需的水泥浆量就减少，可节约水泥；或者在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。1）最大粒径和颗粒级配(2)颗粒级配良好的粗骨料，对提高混凝土强度、耐久性，粗骨料的颗粒级配分连续粒级和单粒粒级。粗骨料颗粒级配好坏的判定也是通过筛分析法进行的。据国家标准，建筑用卵石、碎石的颗粒级配应符合表4.9的规定。表4.9建筑用卵石、碎石的颗粒级配(GB/T14685—2001)粗骨料中含泥量是指粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。粗骨料中含泥量和泥块含量应符合表4.10的规定。2）含泥量和泥块含量表4.10含泥量和泥块含量(GB/T14685—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）（%）0.51.01.5泥块含量（按质量计）（%）00.50.7卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。针片状颗粒易折断，且会增大骨料的空隙率和总表面积，使混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性降低。其含量应符合表4.11的规定。3）针片状颗粒含量表4.11针片状颗粒含量(GB/T14685—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒(按质量计)(%，小于)51525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。卵石和碎石中如含有有机物、硫化物及硫酸盐，其含量应符合表4.12的规定。4）有害物质项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计)（%）0.51.01.0表4.12有害物质含量(GB/T14685—2001)坚固性是指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表4.13的规定。5）坚固性表4.13坚固性指标(GB/T14685—2001)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失(%，小于)5812(1)岩石抗压强度岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm的立方体试件或50mm×50mm的圆柱体试件，测得的其在饱和水状态下的抗压强度值。国家标准规定，岩石抗压强度：火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。★6）强度(2)压碎指标压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，将直径为10-20mm的碎石分三层装入标准圆筒内，按一定方法加压至200kN，再过2.36mm的筛。其值越小，说明强度越高。碎石、卵石的压碎指标应符合表4.14的规定。010mmm项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%，小于）102030卵石压碎指