1、第5章 混凝土,返回总目录,普通混凝土的组成材料混凝土拌合物的和易性混凝土的强度混凝土的变形性能混凝土的耐久性 混凝土质量波动与混凝土 配制强度,本章内容,普通混凝土配合比设计 混凝土的质量控制 粉煤灰混凝土 轻骨料混凝土 其他品种混凝土思考题,混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水(或不加水)按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。混凝土常简写为“砼”。 水泥混凝土经过170多年的发展，已演变成了有多个品种的土木工程材料，混凝土通常从以下几个方面分类：按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏混凝土和硅酸盐混凝土等
2、几种。按干表观密度分为三类：重混凝土，其干表观密度大于2 600kg/m3，采用重骨料和水泥配制而成，主要用于防辐射工程，又称为防辐射混凝土；普通混凝土，其干表观密度为2 0002 500 kg/m3，一般多在2 400 kg/m3左右，用水泥、水与普通砂、石配制而成，是目前土木工程中应用最多的混凝土，广泛用于工业与民用建筑、道路与桥梁、海工与大坝、军事工程等工程，主要用作承重结构材料，目前全世界普通混凝土年用量达40多亿m3，我国年用量在15亿m3以上；轻混凝土，其干表观密度小于1 950 kg/m3，包括轻骨料混凝土、大孔混凝土和多孔混凝土，可用作承重结构、保温结构和承重兼保温结构。按施工
3、工艺可分为泵送混凝土、预拌混凝土(商品混凝土)、喷射混凝土、真空脱水混凝土、自密实混凝土、堆石混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、造壳混凝土(裹砂混凝土)、离心混凝土、挤压混凝土、真空吸水混凝土、热拌混凝土和太阳能养护混凝土等多种。,按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土和水下不分散混凝土等多种。按掺合料可分为：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、碱矿渣混凝土和纤维混凝土等多种。按抗压强度(fcu)大小可分为低强混凝土(fcu 30MPa)、中强混凝土(fcu =3060MPa)、高强混凝土(fcu60MPa)和超
4、高强混凝土(fcu100MPa)等。 按每立方米中的水泥用量(C)分为贫混凝土(C170kg)和富混凝土(C230kg)。 本章讲述的混凝土，如无特别说明，均指普通混凝土。普通混凝土与钢材、木材等常用土木工程材料相比有许多优点：原材料丰富，造价低廉，可以就地取材；可根据混凝土的用途来配制不同性质的混凝土；凝结前有良好的可塑性，可利用模板浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物；与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后能很好地共同工作等。普通混凝土也存在一些缺点：抗拉强度低，一般为抗压强度的 ，易产生裂缝，受拉时易产生脆性破坏；自重大，比强度小，不利于建筑物(构筑物)向高层、
5、大跨度方向发展；耐久性不够，在自然环境、使用环境及内部因素作用下，混凝土的工作性能易发生劣化，硬化较慢，生产周期长，在自然条件下养护的混凝土预制构件，一般要养护714d方可投入使用。,普通混凝土是由水泥、水、砂子和石子组成，另外还常掺入适量的外加剂和掺合料。砂子和石子在混凝土中起骨架作用，故称为骨料(又叫集料)，砂子称为细骨料，石子称为粗骨料。水泥和水形成水泥浆包裹在骨料的表面并填充骨料之间的空隙，在混凝土硬化之前起润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；硬化之后起胶结作用，将砂石骨料胶结成一个整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材。外加剂起改性作用。掺合料起降低成本和改性作用，混凝土
6、的结构如图5.1所示。,普通混凝土的组成材料,图5.1 混凝土的结构,一、 水泥水泥是混凝土中最重要的组分，同时是混凝土组成材料中总价最高的材料。配制混凝土时，应正确选择水泥品种和水泥强度等级，以配制出性能满足要求、经济性好的混凝土。 1. 水泥品种的选择配制混凝土时，应根据工程性质、部位、施工条件和环境状况等选择水泥的品种。常用水泥的选择见表4-7。 2. 水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上配制高强度等级的混凝土，选用高强度等级的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用低强度等级的水泥。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土时，要满足强度要求，必然增大水泥
7、用量，不经济；同时混凝土易于出现干缩开裂和温度裂缝等劣化现象。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土时，若只考虑满足混凝土强度要求，水泥用量将较少，难以满足混凝土和易性和耐久性等要求；若水泥用量兼顾了耐久性等性能，又会导致混凝土超强和不经济。根据经验，水泥的强度等级宜为混凝土强度等级的1.3倍1.7倍，如配制C30混凝土时，水泥胶砂试件28d抗压强度宜在39.0MPa51.0MPa之间，宜选用42.5级水泥。当然，这种经验关系并不是严格的规定，在实际应用时可略有超出。表5-1是各水泥强度等级的水泥宜配制的混凝土。,普通混凝土的组成材料,表5-1 水泥强度等级可配制的混凝土强度等级二、
8、细骨料 根据国家标准建筑用砂(GB/T 146842001)的规定，粒径在150m4.75mm之间的骨料称为细骨料。 建设部行业标准普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ 521992)，将粒径0.16mm5.0mm之间的骨料称为细骨料。 1. 细骨料的种类及其特性 砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂包括河砂、湖砂、淡化海砂和山砂；人工砂包括机制砂和混合砂。GB/T 146842001根据砂的技术要求，将砂分为类、类和类。,普通混凝土的组成材料,天然砂是由天然岩石经自然条件作用而形成。河砂和湖砂因长期经受流水和波浪的冲洗，颗粒较圆，比较洁净，且分布较广，一般工程都采用这种砂。海砂因长期受
9、到海流冲刷，颗粒圆滑，比较洁净且粒度一般比较整齐，但常混合有贝壳及盐类等有害杂质，在配制钢筋混凝土时，海砂中Cl含量不应大于0.06%(以全部Cl换算成NaCl占干砂重量的百分率计)，超过该值时，应通过淋洗，使Cl含量降低至0.06%以下，或在拌制的混凝土中掺入占水泥重量0.6%1.0%的NaNO2等阻锈剂，对于预应力钢筋混凝土，则不宜采用海砂。山砂是从山谷或旧河床中采运而得到，其颗粒多带棱角，表面粗糙，但含泥量和有机物杂质杂质较多，使用时应加以限制。机制砂是由天然岩石轧碎而成，其颗粒富有棱角，比较洁净，但砂中片状颗粒及细粉含量较大，且成本较高，只有在缺乏天然砂时才常采用。混合砂是机制砂和天然
10、砂混合而的砂，其性能取决于原料砂的质量及其配制情况。 类砂宜用于配制强度等级大于C60的混凝土，类砂宜用于配制强度等级C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，类砂宜用于配制强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,普通混凝土的组成材料,2. 细骨料的技术要求细骨料质量的优劣，直接影响到混凝土质量的好坏。有关砂的标准，现有国家标准建筑用砂(GB/T 146842001)和建设部行业标准普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ 521992)两个标准。GB/T 146842001对混凝土用砂的质量提出了下列要求：下面主要根据它来学习有关内容。1) 含泥量、石粉含量和泥块含量含泥量是指天然砂中粒径
11、小于75m的颗粒含量。石粉含量是指人工砂中粒径小于75m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600m的颗粒含量。天然砂的含泥量和泥块含量应符合表5-2的规定，人工砂的石粉含量和泥块含量应符合表5-3的规定。表5-3中亚甲蓝MB值是用于判定人工砂中粒径小于75m颗粒含量，主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉的指标。,普通混凝土的组成材料,表5-2 天然砂的含泥量和泥块含量(GB/T 146842001),普通混凝土的组成材料,表5-3 人工砂的石粉含量和泥块含量(GB/T 146842001),注：根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协
12、商确定。,泥、石粉和泥块对混凝土是有害的。泥包裹于砂子的表面，隔断了水泥石与砂子之间的粘结，影响混凝土的强度。当含泥量多时，会降低混凝土强度和耐久性，并增加混凝土的干缩。石粉会增大混凝土拌合物需水量，影响混凝土和易性，降低混凝土强度。泥块在混凝土内成为薄弱部位，引起混凝土强度和耐久性的降低。 2) 有害物质 砂子中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。砂中有害物质包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，它们的含量应符合表5-4的规定。 表5-4 砂有害物质含量限值(GB/T 146842001),普通混凝土的组成材料,云母是表面光滑的小薄片，会降低混凝土拌合物和易性，也会
13、降低混凝土的强度和耐久性。硫化物及硫酸盐主要由硫铁矿(FeS2)和石膏(CaSO4)等杂物带入。它们与水泥石中固态水化铝酸钙反应生成钙矾石，反应产物的固相体积膨胀1.5倍，从而引起混凝土膨胀开裂。有机物主要来自于动植物的腐殖质、腐殖土、泥煤和废机油等，会延缓水泥的水化，降低混凝土的强度，尤其是早期强度。Cl是强氧化剂，会导致钢筋混凝土中的钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀和受力面减小，从而引起混凝土开裂。3) 碱骨料反应碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。 当对砂的碱活性有怀疑时或用于重要工程的砂，须进行碱活性检验
14、。检测方法及结果判定原则见“5.5.5混凝土的碱骨料反应”。经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。4) 粗细程度和颗粒级配 在混凝土中，砂子的表面由水泥浆包裹，砂子之间的空隙由水泥浆来填充。为了节约水泥，提高混凝土密实度和强度，应尽可能减少砂子的总表面积，同时减少砂子的空隙率。,普通混凝土的组成材料,砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂的粗细程度与其总表面有直接的关系，对于相同重量的砂，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。当混凝土拌合物和易性要求一定时，细砂较粗砂的水泥用量为省。但若砂子过粗，易使混
15、凝土拌合物产生离析、泌水等现象。因此，混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂粒的搭配情况。粒径相同的砂粒堆积在一起，会产生很大的空隙率，如图5.2(a)所示；当用两种粒径的砂搭配起来，空隙率就减少了，如图5.2(b)所示；而用三种粒径的砂搭配，空隙率就更小了，如图5.2(c)所示。由此可见，要想减小砂粒间的空隙，就必须将大小不同的颗粒搭配起来使用。砂的粗细程度和颗粒级配通常用筛分析的方法进行测定。GB/T 146842001规定，砂的筛分析法是用4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m和150m方孔筛，将500g干砂样由粗到细依次过筛，然后称取留在
16、各筛上砂的筛余量Gi(G1、G2、G3、G4、G5、G6)和筛底盘上砂重量 。然后计算各筛的分计筛余百分率ai(各筛上的筛余量占砂样总重的百分率)， ，计算累计筛余百分率Ai(各筛及比该筛粗的所有筛的分计筛余百分率之和)。累计筛余与分计筛余的关系见表5-5。JGJ 521992规定的标准筛筛孔尺寸及筛孔形状为5 mm(圆孔)、2.5 mm(圆孔)、1.25 mm (方孔)、0.63 mm(方孔)、0.315 mm(方孔)和0.16 mm(方孔)。,普通混凝土的组成材料,表5-5 分计筛余和累计筛余的关系,普通混凝土的组成材料,图5.2 骨料的颗粒级配,砂的粗细程度根据累计筛余百分率计算而得的细
17、度模数(Mx)来表示，其计算式为：(5.1)用该式计算时，Ai用百分点而不是百分率来计算。如A2=18.6%，计算时代入18.6而不是0.186。细度模数越大，表示砂越粗。按细度模数将砂分为粗、中、细三种规格：粗砂Mx = 3.73.1，中砂Mx = 3.02.3，细砂Mx = 2.21.6。在我国，有些地区(如四川和重庆的部分地区)，天然砂的细度模数小于上述范围。一般将Mx = 1.50.7的称为特细砂，Mx 0.7的称为粉砂。砂的细度模数不能反映砂的级配优劣。细度模数相同的砂，其级配可以很不相同。因此，在配制混凝土时，必须同时考虑砂的级配和砂的细度模数。GB/T 146842001规定，根
18、据600m筛孔的累计筛余，把Mx在3.71.6之间的常用砂的颗粒级配分为三个级配区，如表5-6所示。将筛分析试验的结果与表5-6进行对照，来判断砂的级配是否符合要求。但用表5-6来判断砂的级配不直观，为了方便应用，常用筛分曲线来判断。所谓筛分曲线是指以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标所画的曲线。用表5-6的规定值画出1、2、3三个级配区上下限值的筛分曲线得到图5.3。试验时，将砂样筛分析试验得到的各筛累计筛余百分率标注在图5.3中，并连线，就可观察此筛分曲线落在哪个级配区。,普通混凝土的组成材料,表5-6 建筑用砂颗粒级配(GB/T146842001),普通混凝土的组成材料,级配区,
19、图5.3 砂的级配区曲线,判定砂级配是否合格的方法如下： 各筛上的累计筛余百分率原则上应完全处于表5-6所规定的任何一个级配区； 允许有少量超出，但超出总量应小于5%； 4.75mm和600m筛号上不允许有任何超出； 1区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10085，2区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10080，3区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10075。 配制混凝土时宜优先选用2区砂。当采用1区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性。当采用3区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。 如果某地区的砂子自然级配不符合要求，可采用人工级配砂。配制
20、方法是当有粗、细两种砂时，将两种砂按合适的比例掺配在一起。当仅有一种砂时，筛分分级后，再按一定比例配制。 5) 坚固性 砂的坚固性是指砂在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。天然砂的坚固性根据砂在硫酸钠溶液中经五次浸泡循环后质量损失的大小来判定。GB/T 146842001规定，类和类砂浸泡试验后的质量损失小于8%，类砂浸泡试验后的质量损失小于10 %。,普通混凝土的组成材料,人工砂采用压碎指标法进行检验。将砂筛分成300m600m，600m1.18mm，1.18mm2.36mm，2.36mm4.75mm四个单粒级，按规定方法对单粒级砂样施加压力，施压后重新筛分，用单粒级下限筛的试样
21、通过量除以该粒级试样的总量即为压碎指标。 GB/T 146842001规定，类、类和类砂的单级最大压碎指标分别小于20%、25%和30%。(6) 表观密度、堆积密度、空隙率 GB/T 146842001规定，砂表观密度大于2 500 kg/m3，松散堆积密度大于1 350kg/m3，空隙率小于47%。 三、 粗骨料根据国家标准建筑用卵石、碎石(GB/T 146852001)的规定，粒径在4.75mm90mm之间的骨料称为粗骨料。建设部行业标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ 531992)，将粒径5mm100mm之间的骨料称为粗骨料。1. 粗骨料的种类及其特性粗骨料有卵石(又称
22、为砾石)和碎石两类。按粒径尺寸分为连续粒级和单粒级两种规格，亦可以根据需要采用不同单粒级卵石、碎石混合成特殊粒级的卵石、碎石。GB/T 146852001按技术要求将粗骨料分为类、类和类。,普通混凝土的组成材料,碎石主要由天然岩石破碎、筛分而成，也可将大卵石轧碎、筛分而得。碎石表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结比较牢固。 卵石由天然岩石经自然条件作用而形成。卵石表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石胶结力较差。 在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低，在单位用水量相同的条件下，卵石混凝土的流动性较碎石混凝土大。 类粗骨料宜用于强度等级大于C60的混凝土；类粗骨料宜用于强度等级C30C
23、60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类粗骨料宜用于强度等级小于C30的混凝土。 2. 粗骨料的技术要求 粗骨料质量的优劣，直接影响到混凝土质量的好坏。国家标准建筑用卵石、碎石(GB/T 146852001)和建设部行业标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ 531992)，对混凝土用卵石和碎石的质量均提出了要求。GB/T 146852001对粗骨料的质量要求如下。 1) 含泥量和泥块含量 粗骨料中的泥、泥块和岩屑等杂质对混凝土的危害与细骨料的相同。卵石、碎石的含泥量和泥块含量应符合表5-7的规定。,普通混凝土的组成材料,表5-7 粗骨料含泥量和泥块含量(GB/T 14685200
24、1),普通混凝土的组成材料,2) 有害物质含量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，粗骨料中的有害物质主要有机物、硫化物及硫酸盐，有时也有氯化物，它们对混凝土的危害与细骨料的相同。GB/T 146852001规定，粗骨料有害物质含量应符合表5-8的要求。另外，粗骨料中严禁混入煅烧过的石灰石或白云石，以免过火生石灰引起混凝土的膨胀开裂。粗骨料中如发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，要进行专门试验，当确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。 表5-8 粗骨料有害物质(GB/T 146852001),3) 碱骨料反应与细骨料一样，粗骨料也存在碱骨料反应，而且更为常见。当对粗骨
25、料的碱活性有怀疑时或用于重要工程的粗骨料，须进行碱活性检验，检测方法见“5.5.5 混凝土的碱骨料反应”。若为含有活性SiO2时，采用化学法或砂浆长度法检验；若为活性碳酸盐时，则采用岩石柱法进行检测。经上述检验的粗骨料，当被判定为具有碱碳酸反应潜在危害时，则不能用作混凝土骨料；当被判定为有潜在碱硅酸反应危害时，则遵守以下规定方可使用：使用碱含量(Na2O+0.658K2O)小于0.6%的水泥，或掺入硅灰、粉煤灰等能抑制碱集料反应的掺合料；当使用含钾、钠离子的混凝土外加剂时，必须进行专门的试验。4) 最大粒径和颗粒级配与细骨料一样，为了节约混凝土的水泥用量，提高混凝土密实度和强度，混凝土粗骨料的
26、总表面积应尽可能减少，其空隙率应尽可能降低。粗骨料最大粒径与其总表面大小紧密相关。所谓粗骨料最大粒径是指粗骨料公称粒级的上限。当骨料最大粒径增大时，其总表面积减少，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆数量减少。因此，在条件许可的情况下，粗骨料的最大粒径应尽量用大些。研究表明，对于贫混凝土(1 m3混凝土水泥用量170kg)，采用大粒径骨料是有利的。但是对于结构常用混凝土，骨料粒径大于40mm，并无多大好处，甚至可能造成混凝土的强度下降。根据混凝土结构工程施工质量验收规范GB 502042002的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过截面最小尺寸的1/4，且不得大于钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板
27、，骨料最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。,普通混凝土的组成材料,粗骨料颗粒级配的含义和目的与细骨料相同，级配也是通过筛分析试验来测定。所用标准筛一套12个，均为方孔，孔径依次为2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、75.0mm、90.0mm。试样筛分析时，按表5-9选用部分筛号进行筛分，将试样的累计筛余百分率结果与表5-9对照，来判断该试样级配是否合格。JGJ 531992规定的标准筛均为圆孔，相应的筛孔尺寸为2.5mm、5mm、10mm、16mm、20mm、25mm、31.5mm、40mm
28、、50mm、63mm、80mm及100 mm。 表5-9 卵石和碎石的颗粒级配(GB/T 146852001),普通混凝土的组成材料,粗骨料的颗粒级配分连续级配和间断级配两种。连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配；间断级配是指用小颗粒的粒级石子直接与大颗粒的粒级石子相配，中间缺了一段粒级的级配。土木工程中多采用连续级配，间断级配虽然可获得比连续级配更小的空隙率，但混凝土拌合物易产生离析现象，不便于施工，较少使用。 单粒级不宜单独配制混凝土，主要用于组合连续级配或间断级配。5) 颗粒形状粗骨料颗粒外形有方形、圆形、针状(指颗粒长度大于骨料平均粒径2.4倍者)、片状(颗粒厚度小于骨料平均粒径0.
29、4倍者)等。混凝土用粗骨料以接近球状或立方体形的为好，这样的骨料颗粒之间的空隙小，混凝土更易密实，有利于混凝土强度的提高。粗骨料中针状、片状颗粒不仅本身受力时易折断，且易产生架空现象，增大骨料空隙率，使混凝土拌合物和易性变差，同时降低混凝土的强度。为此，GB/T 146852001规定，类、类和类粗骨料的针片状颗粒含量按质量计，应分别小于5%、15%和25%。骨料平均粒径指一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。6) 强度为了保证混凝土的强度，粗骨料必须致密并具有足够的强度。粗骨料强度表示方法有直接法和间接法两种。,普通混凝土的组成材料,所谓直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm的立
30、方体(或直径与高均为50mm的圆柱体)试件，(每组六个试件。对有明显层理的岩石，应制作二组，一组保持层理与受力方向平行；另一组保持层理与受力方向垂直，分别测试。试件浸水48h后，测定其极限抗压强度值。碎石抗压强度一般在混凝土强度等级大于或等于C60时才检验，其他情况如有怀疑或必要时也可进行抗压强度检验。通常要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。GB/T 146852001规定，在水饱和状态下，其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。骨料在混凝土中呈堆积状态受力，而采用直接法测定粗骨料抗压强度时，骨料是相对面受力。为了模拟粗骨料在混凝
31、土中的实际受力状态，采用压碎指标法来表示粗骨料强度，即所谓间接法。压碎指标法，它是将一定重量气干状态的9.5mm19.0mm石子装入标准筒内，在3mm5min内均匀加荷至200kN。卸荷后称取试样重量G0，再用2.36mm孔径的筛筛除被压碎的细粒。称出留在筛上的试样重量G1，按下式计算压碎指标值Qe。(5.2)用压碎指标值间接反映粗骨料的强度大小。压碎指标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强，其强度越大。GB/T 146852001规定，粗骨料压碎指标符合表5-10的规定。,普通混凝土的组成材料,表5-10 粗骨料压碎指标(%)(GB/T 146852001)碎石的强度可用抗压强度和压碎指标
32、值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。7) 坚固性粗骨料在混凝土中起骨架作用，必须有足够的坚固性。粗骨料的坚固性指在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。粗骨料的坚固性用试样在硫酸钠溶液中经五次浸泡循环后质量损失的大小来判定。GB/T 146852001规定，类、类和类粗骨料浸泡试验后的质量损失分别小于5%、8%和12%。8) 表观密度、堆积密度、空隙率GB/T 146852001规定，粗骨料的表观密度大于2 500 kg/m3，松散堆积密度大于1 350kg/m3，空隙率小于47%。,普通混凝土的组成材料,四、 水 混凝土拌合及养护用水水应不影响混凝土的凝结硬化，无损于混凝土强度发展
33、及耐久性，不加快钢筋锈蚀，不引起预应力钢筋脆断，不污染混凝土表面。根据混凝土拌合用水标准(JGJ 631989)规定，混凝土用水中的物质含量限值如表5-11所示。表5-11 混凝土用水中的物质含量限值,普通混凝土的组成材料,五、外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大于水泥重量的5%(特殊情况除外)。混凝土外加剂不包括生产水泥时加入的混合材料、石膏和助磨剂，也不同于在混凝土拌制时掺入的掺合料。外加剂在混凝土中的掺量不多，但可显著改善混凝土拌合物的和易性，明显提高混凝土的物理力学性能和耐久性。外加剂的研究和应用促进了混凝土生产和施工工艺，以及新型混凝
34、土的发展，外加剂的出现导致了混凝土技术的第三次革命。目前，外加剂在混凝土中的应用非常普遍，成为制备优良性能混凝土的必备条件，被称为混凝土第五组分。 1. 外加剂的分类外加剂按主要功能分为四类。(1) 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、引气剂和泵送剂等。(2) 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂和速凝剂等。(3) 改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂、防冻剂和阻锈剂等。(4) 改善混凝土其他性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、泵送剂、碱骨料反应抑制剂和道路抗折剂等。,普通混凝土的组成材料,2几种常用的混凝土外加剂1) 减水剂在混凝土组成材料种类和用
35、量不变的情况下，往混凝土中掺入减水剂，混凝土拌合物的流动性将显著提高。若要维持混凝土拌合物的流动性不变，则可减少混凝土的加水量。减水剂是指在混凝土拌合物坍落度(表示混凝土流动性的指标，见第5.2节)基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。是工程中应用最广泛的一种外加剂。减水剂之所以能减水，是由于它是一种表面活性剂。其分子是由亲水基团和憎水基团两部分组成，与其他物质接触时会定向排列，如图5.4所示。水泥加水拌合后，由于颗粒之间分子凝聚力的作用，会形成絮凝结构，如图5.5(a)所示，将一部分拌合用水包裹在絮凝结构内，从而使混凝土拌合物的流动性降低。当水泥中加入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附
36、于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒相互分开，絮凝结构解体，如图5.5(b)所示，释放出游离水，从而增大了混凝土拌合物的流动性。另外，减水剂还能在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，如图5.5(c)所示，这层水膜是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混凝土拌合物的流动性进一步提高。,普通混凝土的组成材料,图5.4 表面活性剂分子的定向排列,普通混凝土的组成材料,图5.5 减水剂减水机理示意图,在混凝土中加入减水剂后，可取得以下技术经济效果：(1) 在拌合物用水量不变时，混凝土流动性显著增大，混凝土拌合物坍落度可增大100mm200mm。(2) 保持混凝
37、土拌合物坍落度和水泥用量不变，可减水5%30%，混凝土强度可提高5%25%，特别是早期强度会显著提高。(3) 保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量5%25%。另外，缓凝型减水剂可使水泥水化放热速度减慢，热峰出现推迟；引气型减水剂可提高混凝土抗渗性和抗冻性。减水剂掺入混凝土的主要作用是减水，不同系列的减水剂的减水率差异较大，部分减水剂兼有早强、缓凝和引气等效果。减水剂品种繁多，根据化学成分可分为，木质素系、萘系、树脂系、糖蜜系和腐植酸系；根据减水效果可分为，普通减水剂和高效减水剂；根据对混凝土凝结时间的影响可分，标准型、早强型和缓凝型；根据是否在混凝土中引入空气可分为，引气型和非引气型；根据外形
38、可分为，粉体型和液体型。木质素系减水剂属于普通减水剂，是亚硫酸盐法生产纸浆的副产品，主要成分是木质素磺酸盐，又分为木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)和木质素磺酸镁(木镁)。应用最广泛的是木钙(又称为M剂)，它是以废纸浆或废纤维浆为原料，采用石灰乳中和，经发酵除糖、蒸发浓缩、喷雾干燥而制成，为棕色粉状物。M剂因含有一定的糖分，而具有缓凝等作用。,普通混凝土的组成材料,糖蜜系减水剂也属于普通减水剂，它以制糖后的糖渣或废蜜为原料，采用石灰中和处理而成，为棕色粉状物或糊状物。糖为多羟基碳水化合物，亲水性强，致使水泥颗粒表面的溶剂化水膜增厚，在较长时间内难于粘连与凝聚。因而，糖蜜系减水剂具有明显
39、缓凝作用。萘系减水剂属于高效减水剂，它以工业萘或煤焦油中分馏出的萘及萘的同系物为原料，经磺化、水解、缩合、中和、过滤和干燥而成，为棕色粉状物。 树脂系减水剂为高效减水剂，主要有三聚氰胺甲醛树脂(代号SM)和磺化古马龙树脂(代号CRS)。SM减水剂是由三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠按一定的比例，在一定条件下磺化、缩聚而成。常用减水剂的适宜掺量、效果和适用范围如表5-12所示。外加剂掺入混凝土中的方法，对其作用效果影响很大。减水剂的掺法有同掺法、先掺法和后掺法等。同掺法是指将减水剂预先溶于水中形成溶液，再加入拌合物中一起搅拌的方法。该掺法计量准确，搅拌均匀，工程上经常采用。先掺法是指将减水剂与水泥混合后
40、再与骨料和水一起搅拌的方法。该掺法使用方便，但减水剂有粗粒时不易分散，搅拌时间要延长，工程上不常采用。后掺法是指在混凝土拌合物运送到浇筑地点后，再分次加入减水剂进行搅拌的方法。该方法可避免混凝土在运输途中的分层、离析和坍落度损失，提高水泥的适应性，常用于商品混凝土。,普通混凝土的组成材料,2) 早强剂早强剂是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂能促进水泥的水化和硬化，提高早期强度，缩短养护周期，提高模板和场地周转率，加快施工速度。常用的早强剂有氯盐类、硫酸盐类、有机胺类以及它们的复合类。氯盐类早强剂。主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等，其中氯化钙应用最广。氯化钙的早强机理是
41、CaCl2能与水泥中的C3A作用，生成几乎不溶于水的水化氯铝酸钙(3CaOAl2O33CaCl232H2O)，又能与Ca(OH)2反应生成溶解度极小的氧氯化钙(CaCl23 Ca(OH)212H2O)。水化氯铝酸钙和氧氯化钙固相早期析出，形成骨架，加速水泥浆体结构的形成。同时，由于水泥浆中Ca(OH)2浓度的降低，有利于C3S水化反应的进行，使混凝土早期强度得以提高。氯化钙为白色粉末，其适宜掺量为水泥重量的0.5%1.0%，能使混凝土3d强度提高50%100%，7d强度提高20%40%。同时，能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻。,普通混凝土的组成材料,表5-12 常用减水剂的适宜掺量、
42、效果和适用范围,普通混凝土的组成材料,注： 混凝土外加剂掺量不足时，达不到改性效果；如果掺量过大，又会引起混凝土质量的下降。 指在保持混凝土强度和坍落度相近的条件下。 指混凝土拌合物流动性随时间延长而降低的现象。,硫酸盐类早强剂。主要有硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝及硫酸钾铝等，其中应用最多的是硫酸钠。硫酸钠的早强机理是Na2SO4与水泥水化生成的Ca(OH)2反应生成CaSO42H2O，生成的CaSO42H2O高度分散在混凝土中，它与C3A的反应较生产水泥时外掺的石膏与C3A的反应快得多，能迅速生成水化硫铝酸钙针状晶体，形成早期骨架。同时水化体系中Ca(OH)2浓度的降低，C3S水化也会
43、加速。因此，混凝土早期强度得以提高。硫酸钠为白色粉末，其适宜掺量为水泥重量的0.5%2.0%，达到混凝土强度的70%的时间可缩短一半，对矿渣水泥混凝土效果更好，但28d强度稍有降低。有机胺类早强剂。主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等，其中三乙醇胺最为常用。三乙醇胺的早强机理是它是一种络合剂，在水泥水化的碱性溶液中，能与Fe3+、Al3+等离子形成较稳定的络离子，这种络离子与水泥的水化物作用生成溶解度很小的络盐并析出，有利于早期骨架的形成，从而使混凝土早期强度提高。三乙醇胺一般不单独使用，常与其他早强剂复合用，其掺量为水泥重量的0.02%0.05%，能使水泥的凝结时间延缓13h，使混凝土早期强度提高5
44、0%左右，28d强度不变或略有提高，对普通水泥的早强作用大于矿渣水泥。复合早强剂。采用二种或二种以上的早强剂复合，可以弥补不足，取长补短。通常用三乙醇胺、硫酸钠、氯化钠、亚硝酸钠和石膏等组成二元、三元或四元复合早强剂。复合早强一般可使混凝土3d强度提高7080%，28d强度可提高20%左右。常用复合早强剂配方如表5-13所示。,普通混凝土的组成材料,表5-13 常用复合早强剂配方,普通混凝土的组成材料,早强剂可用于蒸汽养护的混凝土及常温、低温和最低温度不低于-5环境中施工的有早强要求的混凝土工程。炎热环境条件下不宜使用早强剂和早强减水剂。掺入混凝土对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用
45、作早强剂，含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程，硝铵类严禁用于办公、居住等建筑工程。含强电解质无机盐类的早强剂和早强减水剂，严禁用于与镀锌钢材或铝铁相接触部分的结构，以及有外露钢筋预埋铁件而无防护措施的结构；使用直流电源的结构以及距高压直流电源100m以内的结构。,氯离子会引起钢筋锈蚀，因此混凝土外加剂应用技术规范(GB 501192003)规定，下列结构中严禁采用含有氯盐配制的早强剂及早强减水剂：预应力混凝土结构；相对湿度大于80%环境中使用的结构、处于水位变化部分的结构、露天结构及经常受水淋、受水流冲刷的结构；大体积混凝土；直接接触酸、碱或其他侵蚀性
46、介质的结构；经常处于温度为60以上的结构，需经蒸养的钢筋混凝土预制构件；有装饰要求的混凝土，特别是要求色彩一致的或是表面有金属装饰的混凝土；薄壁混凝土结构，中级和重级工作制吊车的梁、屋架、落锤及锻锤混凝土基础等结构；使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；骨料具有碱活性的混凝土的结构。为了防止氯盐类的危害和硫酸钠掺量过大在混凝土表面产生盐板现象和对水泥石产生硫酸盐侵蚀，GB 501192003规定了早强剂的掺量，见表5-14。 表5-14 常用早强剂掺量限值,普通混凝土的组成材料,注：以无水氯化钙乘0.6折算成氯离子掺量。,3) 引气剂 引气剂是指在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微
47、小气泡(直径10m100m)的外加剂。 混凝土引气剂有松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、蛋白质盐及石油磺酸盐等几种。其中以松香树脂类应用最为广泛，这类引气剂的主要品种有松香热聚物和松香皂两种。 引气剂为表面活性剂，由于在搅拌混凝土时会混入一些气泡，掺入的引气剂就定向排列在泡膜界面(气液界面)上，因而形成大量微小气泡。被吸附的引气剂离子增强了泡膜的厚度和强度，使气泡不易破灭。这些气泡均匀分散在混凝土中，互不相连，使混凝土的一些性能得以改善。 (1) 改善混凝土拌合物的和易性。封闭的小气泡在混凝土拌合物中好如滚珠，减少了骨料间的摩擦，增强了润滑作用，从而提高了混凝土拌合物的流动性。同时微
48、小气泡的存在可阻滞泌水作用并提高保水能力。 (2) 提高混凝土的抗渗性和抗冻性。引入的封闭气泡能有效隔断毛细孔通道，并能减少泌水造成的渗水通道，从而提高了混凝土的抗渗性。另外，引入的封闭气泡对水结冰产生的膨胀力起缓冲作用，从而提高抗冻性。 (3) 强度有所降低。气泡的存在，使混凝土的有效受力面积减少，导致混凝土强度的下降。一般混凝土的含气量每增加1%，其抗压强度将降低4%6%，抗折强度降低2%3%。因此引气剂的掺量必须适当。松香热聚物和松香皂掺量，一般为水泥重量的0.005%0.01%。,普通混凝土的组成材料,混凝土中掺引气剂及引气减水剂后，混凝土强度会下降低，故GB 501192003规定了
49、掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量，见表5-15。 表5-15 掺引气剂及引气减水剂混凝土的含气量引气剂及引气减水剂可用于抗冻混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻骨料混凝土、人工骨料配制的普通混凝土、高性能混凝土以及有饰面要求的混凝土。不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土，必要时，应经试验确定。4) 缓凝剂缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。缓凝剂分为无机和有机两大类。有机缓凝剂包括木质素磺酸盐、羟基羧基及其盐、糖类及碳水化合物、多元醇及其衍生物等；无机缓凝剂包括硼砂、氯化锌、碳酸锌、硫酸铁(铜、锌、镉等)、磷酸盐及偏磷酸盐等。有机类缓凝剂多为表面活性剂，掺入混凝土中，能吸附在水泥颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，使水泥颗粒相互排斥，阻碍水泥水化产物粘连和凝结，起缓凝作用；无机类缓凝剂，一般是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥的正常水化起阻碍作用，从而导致缓凝。常用缓凝剂的掺量及缓凝效果如表5-16所示。,
