1、,第二章 混凝土的材料 与工程质量,主要内容： 集料粗细集料 外加剂减水剂 矿物掺合料粉煤灰，硅灰，矿渣 重点和难点： 重点：1混凝土原材料的性能对混凝土 质量的影响；2集料品质的衡量指标；3 砂的筛分析；4 减水剂减水机理与应用。 难点：1混凝土减水剂的减水机理；2对筛分析曲线的理解及其在工程中应用。, 2.1 概述,混凝土质量与建筑工程质量混凝土原材料的选用与施工技术 混凝土的质量混凝土质量不合格 建筑工程质量事故 对人类社会造成来严重危害,混凝土质量与建筑工程质量,2007年8月 美国明尼苏达,2007年越南第一在建长桥,广东佛山九江大桥,浙江金华大桥工地倒塌,肯尼亚内罗毕 一建筑倒塌,
2、建筑物破坏 引起火灾,美国纽约市曼哈顿区一幢4层建筑物,混凝土质量与建筑工程质量,建筑工程质量对混凝土材料的要求强度，耐久性，工作性，经济性 获得优质经济混凝土的基本条件选择原材料就在取材，质地优良确定混凝土配合比保证质量，经济节约加强施工控制，保证施工质量,混凝土质量与建筑工程质量,原材料性能与混凝土质量,普通混凝土的原材料（表2.1）粗集料，细集料，水泥，水其他组分第五组分（外加剂）第六组分（矿物掺合料）第七组分（纤维） 组成材料的作用水泥净浆胶凝材料：包裹集料表面并填充集料空隙；满足混凝土拌合物的工作性能及集料润滑材料；使硬化混凝土具有要求的强度、耐久性。集料的作用：填充材料，降低混凝土
3、成本；提高混凝土的体积稳定性和耐久性；减少水泥净浆的发热、干缩等不良作用。,原材料性能与混凝土质量,我国原材料存在问题水泥立窑水泥质量差，回转窑水泥质量波动大砂石规模小、工艺落后，质量差且不稳定外加剂技术水平低，质量参差不齐矿物掺合料未产业和正规化 质量低的原材料导致的建筑工程质量目前存在问题体积稳定性差，裂缝严重；均匀性差，较易离析、泌水；抗腐蚀能力低，使用寿命短。, 2.2 水泥（自学）,六大水泥的性能及其适用范围 硅酸盐水泥的生产与性能 水泥的建筑性能指标 水泥与混凝土工程质量水泥的选择： 优质的水泥需水量少、流动性好、与外加剂相容性好；胶砂强度高；颗粒分布合理；有害组分含量低 与混凝土
4、强度等级相适应是混凝土28d 强度的1.52.0倍（普通混凝土：1.5-2，高强混凝土：0.9-1.5倍） 正确选择水泥品种技术性能及适用范围，如在一般气候环境中使用砼，优先选 普通水泥；要求快硬高强 的混凝土，优先选用硅酸 盐水泥，不能用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥 妥善贮存和使用防潮、防水；贮存时间（时间长强度会降低）, 2.3 集料(aggregate),2.3.1 集料定义与分类 定义：均匀分布于胶凝材料之中，起填充、支撑或改性作用的颗粒状的材料，又叫骨料,是混凝土的主要组成部分，用量占砼总体积的70%80% 分类:,集 料 Aggregate,再生集料 Recycled
5、 concrete aggregate,原生集料 Primary aggregate,工业灰渣集料,依来源分,细集料（0.155mm） Fine Aggregate,粗集料（5mm） Coarse Aggregate,集 料 Aggregate,依尺寸分,目前大量工程中应用的是原生骨料，如砂和石。 地壳表面绝大多数的岩石可作用原生骨料。 骨料的性质对混凝土性质有很大的影响。,注意：,集 料 Aggregate,轻集料 10001100kg/m3,普通集料 26002700kg/m3,重集料 3000kg/m3,依密度分, 2.3.1 集料定义与分类,骨料的作用 起骨架作用； 稳定体积作用； 调
6、整混凝土密度的作用； 控制混凝土温度的变化（水泥的放热反应）； 降低混凝土成本（骨料占混凝土体积的7077） 与水泥石共同作用相互配合 二者之间较好黏结作用基础 性能匹配并相互协调如热膨胀系数, 2.3.2 细集料砂,定义与标准 分类 技术要求（） 有害杂质 颗粒形状与表面特征 级配 粗细程度,定义：粒径0.155mm的岩石颗粒，又称砂（sand） 标准 混凝土用砂质量标准 JGJ5292 建筑工程用砂质量标准 GB/T14684-2001 分类 按来源可分为 天然砂（常用）人工砂（岩石破碎）工业灰渣砂（资源利用，但质量不稳） 天然砂按产地又可分为 河砂 海砂 山砂,Sand,raw mate
7、rial,Hill sand,River sand,Natural sand,Artificial sand,细集料砂,定义与分类,选用原则： 就地取材 变废为宝 保护生态,Sea sand,砂的技术要求有害物质,定义：骨料中妨碍水泥水化或引起水泥石腐蚀，降低水泥石与骨料粘附性的各种物质或本身性能较差、不安定的颗粒。 种类：云母、粘土、淤泥和有机物等。,细集料砂,砂的技术要求有害物质,含泥量：小于0.08mm的尘屑、淤泥、黏土的总量粒径小，比表面积大；吸水性强 用水量增加 对混凝土和易性的影响 对混凝土抗压强度的影响 对混凝土抗拉强度的影响 对混凝土干缩的影响 对混凝土抗冻融性能影响,危害性影
8、响,表 细集料中含泥量和泥块含量的限值,砂的技术要求有害物质,云母含量: 薄片状，表面光滑，强度很低，易沿解理面错裂与水泥粘结性很差 对新拌浆体流动性的影响：运动阻力，流动性变差 对强度的影响：两方面的影响 对抗渗性的影响 对抗冻融的影响：水分的渗入 有机物质: 植物的腐植物妨碍水泥的水化反应常用比色法检验若结果比标准色深，应进行砂浆或混凝土强度对比试验 另外，还有煤粒、贝壳等轻物质,危害性影响,砂的技术要求有害物质,细集料砂,Tab. 有害杂质含量要求 (GB/T14684-2001),处理方法当砂中有害杂质含量多，但必须使用时，可用清水加以冲洗，如冲洗后符合要求，则可使用。有害杂质含量应符
9、 GB/T146842001(JGJ52-92) Tab. 2.12的要求。,砂的技术要求有害物质,砂的技术要求颗粒形状与表面特征,细集料砂,表 砂的颗粒形状与表面特征及其对混凝土性能的影响,山砂：多棱角，含较多软弱颗粒 海砂：球形，含有氯盐和贝壳 河砂：介于以上二者之间，最常用,砂的技术要求颗粒级配,细集料砂,颗粒级配指砂的大小颗粒搭配的情况。骨料颗粒级配 试验方法：筛分析法 取500g干砂，测其在各筛（一套标准筛）上的筛余量。 评价砂的粗细程度的方法级配曲线细度模数平均粒径,Fig. Screen Instrument,砂的技术要求颗粒级配,颗粒级配如下表所示,细集料砂,表 砂的颗粒级配,
10、注：筛余量: 分计筛余百分率：各筛的筛余量/砂的总量（g）。 累计筛余百分率：各筛的分计筛余率加上比该筛大的所有筛的分计筛余百分率之和。,砂的技术要求颗粒级配,颗粒级配区如下表所示,细集料砂,表 砂的颗粒级配区,级 配 区,级配区：按600m筛孔的累计筛余百分率划分为3个级配区。,级配曲线：以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标作图即为级配曲线。颗粒的级配区 砂的级配曲线分析 区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土 区:中砂为主,最适合配制普通混凝土 区:细砂为主,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩,砂的技术要求颗粒级配,细集料砂,砂的级配曲线图,级配曲线：以累计筛
11、余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标作图即为级配曲线。颗粒的级配区 砂的级配曲线分析 区:粗砂为主,易泌水,不易密实成型，可配制富混凝土 区:中砂为主,最适合配制普通混凝土 区:细砂为主,配制的混凝土拌合物粘性大,保水性好,但易干缩,砂的技术要求颗粒级配,细集料砂,砂的级配曲线图,砂的技术要求粗细程度,定义:不同粒径的砂混合在一起后总体的粗细程度. 表示方法:粗细程度用细度模数表示 细度模数: 各级筛上累计筛余百分数的总和（扣除A1）粗细程度的划分,细集料砂,平均粒径法粉体工程已学，此处不赘述,砂的技术要求颗粒级配举例,例题某工程用砂，经烘干、称量、筛分析，测得各号筛上的筛余量列于表4-5。试
12、评定该砂的粗细程度（Mx）和级配情况。,表 筛分析试验结果筛孔尺寸（mm）,细集料砂,表 分计筛余和累计筛余计算结果,砂的技术要求级配情况举例,解 分计筛余率和累计筛余率计算结果列于下表。,细集料砂, 计算细度模数：,砂的技术要求级配情况举例,细集料砂, 确定级配区、绘制级配曲线：该砂样在0.600mm筛上的累计筛余率A4=63.22落在级区，其他各筛上的累计筛余率也均落在级区规定的范围内，因此可以判定该砂为级配合格的级区砂。级配曲线图见下图。,图 级配曲线, 结果评定：该砂的细度模数Mx=2.85，属中砂；级区砂，级配良好。可用于配制混凝土。,砂的技术要求级配情况,合理级配 粗细颗粒含量适当
13、 空隙率小 总表面积小 水泥浆的用量少 混凝土的和易性好 密实度高 强度及耐久性高,细集料砂,思考: 对于不合理级配的砂可否用来配制混凝土?,砂的掺配使用： 配制普通混凝土的砂宜为中砂（Mx=2.33.0），级区。但实际工程中往往出现砂偏细或偏粗的情况。通常有两种处理方法： 当只有一种砂源时，对偏细砂适当减少砂用量，即降低砂率；对偏粗砂则适当增加砂用量，即增加砂率。 当粗砂和细砂可同时提供时，宜将细砂和粗砂按一定比例掺配使用，这样既可调整Mx，也可改善砂的级配，有利于节约水泥，提高混凝土性能。掺配比例可根据砂资源状况，粗细砂各自的细度模数及级配情况，通过试验和计算确定。,砂的技术要求级配情况,
14、砂的技术要求物理性能,含 水 状 态, 绝干状态：砂粒内外不含任何水，通常在1055条件下烘干而得。 气干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水。指室内或室外 （天晴）空气平衡的含水状态，其含水量的大小与空气 相对湿度和温度密切相关。 饱和面干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和。水利工程上通常采用饱和面干状态计量砂用量。 湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水。施工现场，特别是雨后常出现此种状况，搅拌混凝土中计量砂用量时，要扣除砂中的含水量；同样，计量水用量时，要扣除砂中带入的水量。,砂的技术要求物理性能,含 水 状 态,吸水率：饱和面干状态吸水量除以绝干状态的质量 含水率：气
15、干状态含水量除以绝干状态的质量,密度指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量（v-材料在绝对密实状态下的体积）表观密度: 指材料在自然状态下，单位体积的质量（v0-材料自然状态下的体积, 包括非贯通孔在内）测定方法绝干密度和面干密度 面干密度更适合于混凝土配制计算 堆积密度: 堆积程度粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量（ -材料的堆积体积）,砂的技术要求物理性能,材料的密度 表观密度 堆积密度,密度,空隙率与强度的关系见右图：随着孔隙率增大，表观密度提高，吸水率降低，强度和耐久性提高。,图 孔隙对材料性能的影响,砂的技术要求物理性能,密度,定义砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下
16、，抵抗破裂的能力。 检验方法天然砂：硫酸钠溶液法硫酸钠溶液浸泡 烘干浸泡循环试验法检验，测定5个循环后的重量损失率。 人工砂：压碎指标法,砂的技术要求物理性能,坚 固 性,小 结,混凝土质量与建筑工程质量 建筑工程质量对混凝土质量的要求 混凝土质量对原材料品质的要求 砂的技术要求 有害物质: 含泥量，云母，有机物质等 粗细程度与颗粒级配：级配曲线，细度模数 密度：表观密度 含水状态：含水率 坚固性：硫酸钠浸泡试验 颗粒形状与表面特征,The end of this Part. Thanks !,第二章 混凝土的材料与工程质量 集料（粗集料）,2.3.3 粗集料石子,定义与标准 分类 技术要求
17、有害杂质（碱骨料反应） 颗粒形状与表面特征 级配（级配理论） 粗细程度 最大粒径 石子强度,2.3.3 粗集料石子,定义粒径大于5mm的岩石颗粒 标准 混凝土用石质量标准 JGJ5392 建筑工程用石质量标准 GB/T14685-2001 分类 按来源分碎石、碎卵石和卵石，工程中常用碎石配制混凝土卵石山卵石：含杂质多海卵石：含有贝壳和盐类河卵石：比较洁净，适宜于制造混凝土碎石母岩大多数是花岗岩和石灰岩（应用广泛） 按技术要求分为3类: : 用于C60的混凝土 : 用于C30C60的混凝土 : 用于C30的混凝土及建筑砂浆,2.3.3 粗集料石子,粗骨料的主要技术指标有1. 有害杂质2. 颗粒形
18、态及表面特征3. 粗骨料最大粒径4. 粗骨料的颗粒级配5. 粗骨料的强度,粗集料的技术要求有害杂质,种类及含量限制 含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量及有害物含量等均应符合GB/T14685-2001(或JGJ52-92)的要求。 针状颗粒：长度大于平均粒径2.4倍片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍 危害：坍落度降低，黏聚性变差，抗压、抗拉强度下降，高强砼更明显,粗集料石,Fig. Needle and Slice Shape Particles,碱骨料反应（Alkali-Aggregaete Reaction，简称AAR） 水泥中碱性物质(氧化钠或氧化钾)过多，且粗骨料中含有活性成分（活性氧化
19、硅或活性氧化铝）,二者反应生成碱硅酸凝胶,引起体积膨胀,使混凝土开裂，最终破坏的现象。 碱活性与可用性的区别碱活性是本质特征，与碱反应的能力，与使用条件无关 可用性实际使用情况的表征，与使用条件关系密切 耐久性部分详述,粗集料的技术要求有害杂质,粗集料的技术要求有害杂质,粗集料的技术要求颗粒形状与表面特征,粗集料石,级配 碎石及卵石的级配要求见表2.8，级配实验方法及有关参数的计算与细骨料相同,只是筛孔尺寸和级配要求不同 标准筛:2.36（2.5）、4.75（5）、9.5（10）、16（15）、19（20）、26.5（25）、31.5、37.5（40）、53（50）、63、75（80）及90（
20、100）等共12个。,颗粒形状及表面特征与砂相同,粗集料的技术要求颗粒级配,石子级配分为 连续粒级：从小到大各占一定比例 单粒级：大部分颗粒集中在某一种或两种粒径上的颗粒，便于储运,粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料石,粗集料石,表 石子级配要求(GB/T14685-2001),粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料石,续表 石子级配要求(GB/T14685-2001),粗集料的技术要求颗粒级配,粗集料石,粗集料的技术要求颗粒级配,连续级配：颗粒尺寸由小到大连续分级，每级骨料都占有一定的比例。颗粒间级差小，上、下粒径之比接近2，配制的混凝土拌合物和易性好，不易发生离析，应用较为广泛。 间断级配：人为易
21、除某些中间粒级颗粒，大颗粒空隙由比它小的颗粒填充，颗粒级差大，上、下限粒径比接近6，空隙率降低比连续级配快得多，骨架作用发挥好，减少水泥用量，但会离析，工程应用少。可配制高强混凝土或干硬性混凝土,须强力振捣.,对颗粒级配的要求,较小的空隙率减小水泥浆体量，降低成本 较小的总表面积胶凝材料包裹量少 较好的连续性较大颗粒与浆体分离，避免离析,粗集料的技术要求最大粒径,石子公称粒级的上限Dmax如520是常用的一种粒级, 20mm是该粒级的上限，即最大粒径,粗集料石,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
22、，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。,粗集料的技术要求最大粒径,Dmax的限制条件 .经济性: Dmax增大,表面积减小,水泥用量减少 .结构限制: Dmax 1/4结构截面最小尺寸; Dmax 3/4钢筋最小净距; Dmax =1/2实心板厚度，且Dmax 50mm。 .施工方面：Dmax过大，在搅拌、运输以及振捣时易产生离析或易损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。,粗集料石,. 毛石：节省水泥，降低收缩（大体积或疏筋混凝土）,粗集料的技术要求石子的强度,强度测试方法 岩石立体强度 压碎指标 岩石的立方体强度：将岩石制成边长5cm的立方体，水饱和状态测抗压强度与设计要求的混凝土强
23、度等级之比 普通混凝土1.5 fcu 高强混凝土2.0 fcu,Fig. Sketch map to measure cubic strength,粗集料石,粗集料的技术要求石子的强度,石子强度也可根据岩石种类，参照下表选择,Tab. Aggregate Strength of different types,粗集料石,岩石立方体抗压强度并不能完全反映集料在混凝土中的受力情况混凝土受压时，大量集料处于受折、受剪状态,粗集料的技术要求石子的强度,压碎指标:石子压碎指标值试验 方法：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2.5mm的筛。 压碎指标压碎指
24、标的要求见下表,Fig. Sketch map to measure Crushing Index,表 石子的压碎值指标,粗集料石,粗集料的技术要求石子的强度,表 碎石的压碎指标值,Tab. 卵石的压碎指标 (GB/T14685-2001),石子的压碎指标值与混凝土强度等级的关系：,粗集料石,采用哪种石子强度: 岩石立体强度 压碎指标 岩石立体强度可用于高强混凝土. 当二种方法有争议时，以岩石立方体强度为准 二者没有数值上的关系，但定性地讲，是一致的,粗集料的技术要求石子的强度,粗集料石,受水泥浆与骨料黏结强度的影响 含软弱颗粒多的混凝土强度大幅度降低 对于高混凝土，要求高强度的骨料配合,骨料
25、强度与混凝土强度,粗集料石,思 考配制混凝土时，是否骨料强度越高混凝土性能越好呢？,粗集料的坚固性测定方法与砂的相同硫酸钠溶液法,粗集料的技术要求石子的坚固性,粗集料石,集料小结,有害物质 级配 强度 密度 坚固性 含水状态 颗粒形状与表面特征,课后讨论： 选择集料时要考虑哪些因素？,作业题,一、填空题 1普通混凝土由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）以及必要时掺入的（ ）组成。 2普通混凝土用细骨料是指（ ）的岩石颗粒。细骨料砂有天然砂和（ ）两类，天然砂按产源不同分为（ ）、（ ）和（ ）。 3普通混凝土用砂的颗粒级配按（ ）mm筛的累计筛余率分为（ ）、（ ）和（ ）三个级配区；按（ ）的大
26、小分为（ ）、（ ）和（ ）。 4普通混凝土用粗骨料石子主要有（ ）和（ ）两种。 5石子的压碎指标值越大，则石子的强度越（ ）。 6根据混凝土结构工程施工及验收规范（GBJ50204）规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的（ ），同时不得大于钢筋间最小净距的（ ）；对于实心板，可允许使用最大粒径达（ ）板厚的骨料，但最大粒径不得超过（ ）mm。 7石子的颗粒级配分为（ ）和（ ）两种。采用（ ）级配配制的混凝土和易性好，不易发生离析。 二、名词解释 1.颗粒级配和粗细程度 2.石子最大粒径 3.石子间断级配 三、计算题 1.某砂作筛分试验，分别称取各筛两次筛余量的平均值如下表所示：评定该砂的颗粒级配和粗细程度，并判断该砂可否用来配制混凝土。,The end of this Part. Thanks !,
