骨料、胶凝材料对混凝土性能的影响

骨料、胶凝材料对混凝土性能的影响福建科之杰新材料有限公司技术部：吴文贤厦门建科院集团砂石、水泥、掺合料是混凝土中用量最大的组分，其质量好坏对混凝土的各项性能影响显著砂、石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。骨料的基本要求：砂、石骨料用量对混凝土与净浆收缩比的影响骨料的特性及对混凝土性能的影响骨料的含水状态骨料的密度骨料的粒径与级配骨料的孔隙率骨料的形状骨料的表面特征骨料的弹性模量骨料的强度骨料的坚固性骨料的硬度混凝土配合比设计所要求影响新拌混凝土性能影响硬化混凝土性能砂、石细骨料的主要质量指标有：（1）、有害杂质含量。①粘土和云母。②有机质、硫化物及硫酸盐。氯离子对钢筋有严重的腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋混凝土时，海砂中氯离子含量要求小于0.06%（以干砂重计）；对预应力混凝土不宜采用海砂，若必须使用海砂时，需经淡水冲洗至氯离子含量小于0.02%。用海砂配制素混凝土，氯离子含量不予限制。海砂中的贝壳含量应予限制。砂、石砂含泥量–随着砂含泥量的增加，混凝土的坍落度减小，且经时损失明显–砂含泥量对混凝土强度的影响很大。随砂含泥量的增加，混凝土强度降低，工作性能变差。在相同的含泥量、混凝土强度和工作性的要求下要增加水泥用量和用水量（或增加外加剂掺量），增大了混凝土的成本–砂含泥量大的混凝土，其早期碳化较为严重，对混凝土的耐久性产生很大的影响–将砂中的总含泥量控制在1%以内，其混凝土各项性能均为稳定砂、石石粉：指人工砂及混合砂中的小于75μm以下的颗粒,人工砂中的石粉绝大部分是母岩被破碎的细粒，与天然砂中的泥不同，它们在混凝土中的作用也有很大的区别。石粉含量高一方面使砂的比表面积增大，增加用水量；另一方面细小的球形颗粒产生的滚珠作用又会改善混凝土和易性。因此不能将人工砂中的石粉视为有害物质。砂、石（2）、颗粒形状及表面特征。河砂和海砂颗粒表面少棱角、较光滑，混凝土流动性往往比山砂或机制砂好，但与水泥粘结性能相对较差；山砂和机制砂表面较粗糙，多棱角，混凝土拌合物流动性相对较差，但与水泥粘结性能较好。水灰比相同时，山砂或机制砂配制的混凝土强度略高；而流动性相同时，因山砂和机制砂用水量较大，故混凝土强度相近。砂、石（3）、坚固性。对某些重要工程或特殊环境下工的混凝土用砂，应做坚固性检验。（4）、粗细程度与颗粒级配。良好的级配使砂形成最密致的堆积状态，可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。砂颗粒级配示意图砂、石（5）、砂的碱活性试验（快速法）本条文为强制性条文，其前提条件一定是“对于长期处于潮湿环境的重要混凝土结构用砂”。其它条件如果有要求，也要检测。经过上述检验判断为有潜在危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3，或采用能抑制碱—骨料反应的有效措施。（6）、砂的含水状态。砂、石粗骨料的主要技术指标有：（1）、有害杂质。主要有粘土、硫化物及硫酸盐、有机物等。砂、石（2）、颗粒形态及表面特征。粗骨料中存在一定量的针、片状，使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的强度，特别是抗折强度。针状是指长度大于该颗粒所属粒级平均粒径的2.4倍的颗粒；片状是指厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒。粗骨料的表面特征指表面粗糙程度。碎石表面比卵石粗糙，且多棱角，因此，拌制的混凝土拌合物流动性较差，但与水泥粘结强度较高，配合比相同时，混凝土强度相对较高。思考？表面特征与形状对混凝土性能有何影响？•表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆——影响混凝土的成本。•表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状•颗粒不易流动——影响新拌混凝土的和易性。•粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大——影响混凝土中界面区的结合力。•影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料砂、石（3）、粗骨料最大粒径。在条件许可的情况下，应尽量选得较大粒径的骨料。（4）、粗骨料的颗粒级配。（5）、粗骨料的强度。（6）、粗骨料的坚固性。砂、石砂率砂率对和易性的影响非常显著：–对流动性的影响。在水泥用量和水灰比一定的条件下，由于砂子与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间起到润滑和辊珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，随砂率增大，混凝土流动性增大。另一方面，由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加，粗细骨料的总表积增大，在水泥浆用量一定的条件下，骨料表面包裹的浆量减薄，润滑作用下降，使混凝土流动性降低。所以砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降砂、石–对粘聚性和保水性的影响。砂率减小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，则粘聚性反而下降合理砂率的确定：合理砂率是指砂子填满石子空隙并有一定的富余量，能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减少粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土流动性达最大值。或者在保持流动性不变的情况下，使水泥浆用量达最小值。坍落度水泥用量合理砂率砂率Sp合理砂率砂率Sp（a）砂率与坍落度的关系（b）砂率与水泥用量的关系砂、石砂、石石子级配砂、石砂、石集浆比–在混凝土拌合物中，集料的表面和空隙要由水泥桨来包裹和填充，使得混凝土拌合物有一定的流动性。若集料的含量过多，则水泥浆的数量相对较少，不足以被浆体包裹和填充，则拌合物容易离析、粘聚性变差;相反，若集料的含量过少，水泥浆的数量相对过多，达一定限度时，将会出现流浆现象，使拌合物的粘聚性和保水性变差，同时，也会影响强度和耐久性水泥近年来随着商品混凝土的发展，对水泥的品质要求越来越高。除要求水泥（按国家标准规定的检验项目，如强度、凝结时间、安定性等）的性质稳定外，对水泥国标未作规定的指标要求也越来越高。很多水泥厂生产的水泥，虽完全满足水泥生产国家标准，但在配制、浇筑混凝土过程中出现很多问题，如凝结时间不正常、水泥用水量变化大等等水泥成分–水泥的主要在成份为C3S、C2S、C3A及C4AF这些矿物成份，其吸附活性顺序通常认为是C3AC4AFC3SC2S。其中C3A水化速度最快的吸附量最大，而使溶液中的减水剂大大减少，因此，在减水剂掺量一定时，混凝土流动性随着C3A含量增大而降低，坍落度经时损失率也随之增大，有人作多次试验，当水泥中C3A含量超过8％时，减水剂的适应性差。碱含量–水泥混凝土流动性随着碱含量的增加而提高，但是到达一定量时，水泥会急剧水化，水泥浆流动性大幅度下降,掺入减水剂后塑化效果也明显降低–减水剂用于商品混凝土及泵送混凝土，施工坍落度经时率增大。主要原因是水泥中的碱对铝酸三钙的溶出产生了促进作用，此时水泥在缓凝剂CaSO4·2H20参与下很快形成了一定量的AFt晶体，并包裹在C3A的表面，抑制了C3A直接水化，改善了水泥浆的流动性水泥–如果水泥中碱含量过高，必然会消耗大量的CaSO4·2H20，加速了C3A的水化，增大了对外加剂的吸附作用，反而使流动度下降，外加剂用于水泥适应性必然会降低，主要表现在减水率不够塑化效果差，坍落度经时损失率增大–一般水泥中可溶性碱最佳含量一般认为在0.4％～0.6％之间。水泥水泥标准稠度用水量–水泥标准稠度需水量是衡量水泥建筑性能的重要指标，因它影响混凝土的水灰比，因此影响到混凝土的强度和其他性能–一般说来，水泥标准稠度用水量少，则混凝土的单位需水量少，即水灰比小，混凝土较致密，强度高，耐久性比较好水泥水泥的颗粒形貌和分布–一般来说水泥磨得越细(比表面积越高)，细颗粒越多水泥水化越快，水化产物絮状结构形成快，水泥浆体流动性差，水泥与减水济相容性不好–减水剂在相同掺量情况下，对细度大的水泥，其塑化效果要差一些，同时，比表面积越高时，水泥与水接触的面积越大，水泥颗粒表面形成水膜所需水量就大，与外加剂相容性越差，水化热越大，甚至开裂敏感性越大水泥–从细颗粒的致密性作用角度出发：开流磨辊压机＋开流磨闭路磨辊压机＋闭路磨–使用助磨剂虽可以起到提产、节能的效果，但助磨剂的过量加入会使水泥颗粒更加集中，堆积孔隙率增大，对混凝土结构不利水泥石膏–石膏的品种不同，其溶解度和溶解速度差别较大，对水泥的缓凝作用不同，而对减水剂适应性影响也不同。–天然的二水石膏与高效减水剂适应性好。–硬石膏、工业副产品石膏等，对水泥与减水剂的影响较大。水泥–石膏的掺量也影响水泥与外加剂的适应性，掺量少水泥易发生“快凝”成为废品，与外加剂的适应性差，掺量多，水泥中SO3过高，影响水泥强度，起安定性不良，影响水泥与外加剂的适应性，为避免水泥外加剂的水相容，在水化过程中，石膏的掺入量要足以满足C3A能够在石膏、石灰的饱和溶液2中生成钙钒石，适量的SO3含量应根据水泥中C3A碱含量和比表面积来确定水泥混合材–粉煤灰中烧失量对外加剂相溶性影响最大，烧失量即粉煤灰中未燃尽的碳的含量，烧失量越大，未燃尽碳含量越高，与外加剂相溶性越差。未燃尽的碳为多孔颗粒，易吸水，在混凝土中需水量高，溢出后更会增大混凝土的泌水，并会增大混凝土收缩变形，还会影响水泥浆与集料界面的粘结性能水泥–粒化高炉矿渣除具有胶凝性和火山灰性，还具有微填充效应。矿渣微粉的细度比水泥颗粒细，在取代了部分水泥以后，这些小颗粒填充在水泥颗粒间的空隙中，置换其间的填充水，因而使料和物的表面水相应大量增加，促进了混凝土流动性改善同时，由于磨细矿渣的需水性低于水泥，因而替代部份水泥后所形成的胶凝体系的总需水量下降，富余的水分有利于提高混凝土的流动性。水泥水泥的存放时间及温度影响–水泥出磨存放时间较短的水泥称为“新鲜水泥”，由于水泥存放时间短，水泥温度较高，水泥水化速度极快，会造成石膏脱水，影响水泥的正常凝结，加之由于水泥在研磨过程中产生电荷颗粒之间相互吸附，影响了减水剂的分散作用，增大了混凝土坍落度损失率–出磨水泥的时间越短，水泥颗粒间吸附、凝聚的能力越强，因而致使外加剂的适应性变差.工程性质及其所处的环境对水泥的选择掺合料粉煤灰–和易性粉煤粉混凝土中胶凝物质——水泥和粉煤灰数量要比水泥混凝土多。粉煤灰比重较轻，同样重量粉煤灰的体积大于水泥的体积，胶凝材料的浆体体积增加将使混凝土有较好的塑性和较好的粘性，粉煤灰的球形颗粒将有利于混凝土的流动性能，这些有助于改善混凝土的和易性掺合料–泌水掺和粉煤灰会减少混凝土的泌水，粉煤灰含有较多的微细颗粒，有助于截断混凝土内泌水通道–改善泵送性能粉煤灰与水泥细度相近或比水泥还细，粘聚性强，提高了抗离析能力，提高了混凝土的稳定性，保持混凝土可泵性和匀质性。掺和粉煤灰的混凝土坍落度损失小，凝结时间延长，从而延长了允许的运送时间和运送距离，扩大了泵送混凝土应用范围，不仅改变混凝土的泵送性能，而且还可以延长泵送机械使用寿命。掺合料–减少碱—集料反应碱—集料反应机理是水泥中间（Na2O和K2O）的氢氧化物与某些集料中含有的无定形硅反应生成碱硅酸盐凝胶，反应中吸水产生体积膨胀导致混凝土破坏。掺加粉煤灰可以直接稀释混凝土中的水溶性碱的浓度，粉煤灰与水泥水化释放出来的氢氧化钙，有效地降低孔隙溶液中的PH值，因而降低集料中硅与碱的反应活性，粉煤灰中高度反应的无定形硅迅速消耗水泥中的碱，生成非膨胀的钙碱硅胶；粉煤灰有助于降低混凝土的透水性，降低水分向混凝土的渗透，而没有水分就不能充分进行碱—集基料反应掺合料耐久性–煤粉灰的形态效应可以减少新拌混凝土的用水量并能降低初始水灰比–粉煤灰的活性效应所形成的凝胶对因取代水泥而减少的凝胶在数量上起到补充作用，这将使得粉煤灰混凝土不仅强度得以提高，且耐久性也大为改善–粉煤灰活性微集料效应的加强，对水泥浆体孔隙起到填充与密实作用，直接“细化”孔隙并填塞细孔的通道，水泥石的孔结构发生变化，因而抗渗性明显提高掺合料–混凝土的强度值混凝土的抗压强度值通常作为评定混