土木工程材料——水泥混凝土

四、粗骨料（coarse-aggregates）
1、定义——粒径在4.75mm ～90mm的骨料称为粗骨料，常称作石子。
2、分类 ——按产源分 ——碎石、卵石
—— 按粒径尺寸分 —— 连续级配、单粒级（间断级配）
3、泥、泥块、有害物质
含泥量、泥块含量 有害物质——包括有机物、硫化物及硫酸盐 危害——详见细骨料 技术要求：符合《建筑用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-2006
少，从而节约水泥用量。
（3）测定——用筛分析方法（简称筛析法）测定。 （4）标准方孔筛
——4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm （5）评定——按0.6mm筛孔累计筛余百分率分成三个级配区 （Ⅰ、
Ⅱ、 Ⅲ区） 见表4-1，图4-3 （6）级配合格的标志 各筛孔累计筛余百分率（Ai）落在任一级配区，级配合格； 除4.75mm、0.6mm外，允许有少量超出，但超出总量不大于
或《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求
4、颗粒形状和表面特征 （1）颗粒形状
最佳形状——球形、正方体形 最差形状——针状颗粒、片状颗粒
（2）表面特征
——指骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等，影响混凝土的和易性和与胶 结料的粘结力。
针状颗粒——卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应 粒级的平均粒径的2.4倍；
某车间完工后发现顶层每个框架横梁上都出现不同程度的裂 缝。裂缝均于梁的上部，长约为梁高一半，裂缝上宽下窄，最 大宽为0.5mm。经设计复查，设计计算无误；整个车间坐落于 完整的砂岩地基上，没有不均匀沉降，材料全部合格，混凝土 强度满足要求。
经了解，在顶层施工中为赶进度，把混凝土的强度等级从 C20提高至C30，单位水泥用量增加了90kg，且当时使用的砂亦 恰好细度较细。
5%，级配合格。 ★配制混凝土时优先选用Ⅱ区砂
Ⅲ区
过细区
Ⅱ区 Ⅰ区
过粗区
标准筛
标准筛
砂的筛分析试验
(1)标准筛孔(方孔)——4.75mm，2.36mm, 1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm
(2)标准试样 M = 500g
4.75mm 2.36mm 1.18mm
筛孔尺寸 mm 4.75 2.36
【分析】：从裂缝形状看，可知不属荷载裂缝，为收缩变形产 生的裂缝。原因是施工中任意提高混凝土强度，加大水泥用量， 且采用细度模数小的砂，这两方面都会使收缩增大，从而导致 产生裂缝。
二、拌合及养护用水（water） 1、基本要求
不影响混凝土的凝结和硬化； 无损于混凝土强度发展和耐久性； 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。
第三章 水泥混凝土 (concrete)
本章知识点
【知识点】混凝土中各组成材料的作用，骨料的细度模数、颗 粒级配，混凝土拌合物流动性、粘聚性、保水性，混凝土立方 体抗压强度、强度标准值、强度等级，水胶比、砂率、单位用 水量，混凝土养护、变形、抗渗性、抗冻性、碳化、碱骨料反 应，混凝土的质量波动规律及检验评定，普通混凝土配合比设 计。 【重点】砂、石的质量要求，常用外加剂的种类与效能，影响 混凝土和易性、强度及耐久性的主要因素，提高混凝土性能的 主要措施，普通混凝土配合比设计原理与方法。 【难点】普通混凝土配合比设计原理与方法。
大；
【观察】 请观察图中A、B、C三种
石子的形状有何差别，分 析其对拌制混凝土性能会 有哪些影响。
A -碎石1
B-碎石2
C-卵石
5、最大粒径
（1）定义——粗骨料公称粒级的上限。 （2）目的→表示粗骨料的粗细程度→粗骨料总表面积较小→节约
水泥
★条件许可时，粗骨料的最大粒径大应尽量大（P83）。但大 于40mm时，有可能造成混凝土强度下降。 （3）《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)规定 ①混凝土梁、柱、墙的粗骨料的最大粒径≤1/4截面最小尺寸，
——水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。
（1）中、低强度等级混凝土（＜C60），水泥强度等级＝ （1.5～2.5）混凝土强度等级；
（2）高强度等级混凝土（≥C60），水泥强度等级＝（0.9 ～ 1.5）混凝土强度等级。
原则：高对高，低对低
3、用量——混凝土配合比设计计算确定
工程实例：混凝土干缩缝
按表观密度分
重混凝土 ρ0≥ 2800kg/m3 普通混凝土 2000＜ ρ0 ＜2800kg/m3 轻混凝土 ρ0 ≤ 1950kg/m3
按抗压强度标准值 （fcu,k）
低强度混凝土 中强度混凝土 高强度混凝土 超高强混凝土
＜ 30MPa 30～60MPa ≥ 60MPa ≥100MPa
四、混凝土中各组成材料的作用
混凝土概述
一、混凝土定义
——由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一 定时间硬化而成的人造石材。
二、混凝土特点
1、优点——就地取材；造价低；可塑性好；耐久性高；与钢筋有牢固的粘结；
性能可调整。
2、缺点——自重大；比强度小；抗拉强度低，性脆；导热系数大；硬化慢，
生产周期长。
三、混凝土分类
卵石
砂 砂 石子
颜色应不深于标准色，如深于标准色，应配制成混凝土 进行强度对比试验，抗压强度比应不低于0.95
≤2.0
≤1.0
≤8
≤15
≤25
4、粗细程度 （1）定义
——不同粒径的砂粒混合在一起后的平均（总体）粗细程度。 （2）目的
——使砂的总表面积较小，包裹砂粒表面的水泥浆较少，从 而节约水泥用量。
具有符合设计的强度等级；具有施工条件相适应的施工和易性；具有与
工程环境相适应的耐久性；经济合理。
3-1 普通混凝土的组成材料
品种
水泥(cement) 强度等级
分类
水(water) 洁净水
泥和泥块含量
有害物质含量
细骨料(fine-aggregates) 颗粒级配和粗细程度
混凝土
坚固性
分类
Concrete
（5）标准筛孔—— 2.36㎜，4.75㎜，9.5㎜，16.0㎜，19.0㎜，26.5㎜，31.5
㎜，37.5㎜，53.0㎜，63㎜，75.0㎜，90.0㎜。
技术要求：普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表4-6的规 定（P85）。
三、细骨料 （fine-aggregates）
1、定义
——粒径在0.15mm～4.75mm的骨料称为细骨料，常称作砂(sand)。
按产源分 天然砂河砂、湖砂、山砂、淡化海砂；
2、分类
人工砂机制砂、混合砂；
按细度模数分 ——粗砂、中砂、细砂; 3、泥、泥块、有害物质
（1）泥、泥块——定义
（2） 有害物质——包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、 氯盐等；
骨料 种类
砂 石子
砂 石子
砂 石子
配制不同强度等级混凝土时有害杂质限量指标
≥C60 ≤2.0 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.2
C55～C30 ≤3.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤0.5 ≤1.0 ≤1.0
≤C25 ≤5.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤0.7
颜色应不深于标准色，如深于标准色，应按水泥胶砂强 砂
度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比应不低于0.95
后其质量损失应符合国家标准标定。
7、碱活性
v 定义——水泥中的碱(Na2O＋0.659K2O)与骨料中的活性SiO2反应，生
成碱-硅酸凝胶(Na2SiO3)，并从周围介质中吸收水分而膨胀， 导致混凝土开裂而破坏的现象。反应慢，潜在危害相当大。
v 碱骨料反应的三个必要条件
水泥中含碱的含量大于0.6%（以 Na2O计 ）； 骨料中含有活性SiO2； 存在H2O
泥，泥块，云母，轻物质——粘附在砂的表面,妨碍水泥与砂的 粘结，降低混凝土的强度，增加混凝土的用水量，
加大混凝土的收缩，降低混凝土的抗渗性和抗冻性。
（3）危害 有机物、硫化物及硫酸盐——对水泥有腐蚀作用。
氯盐——对钢筋有腐蚀作用，具体要求见教材 （4）技术要求：符合《建筑用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-
筛余量 分计筛余(%) 累计筛余(%)
mi(g)
ai
Ai
Fra Baidu bibliotek
50
10.0
10 .0
90
18.0
28 .0
0.6mm 0.3mm 0.15mm 筛底
1.18
120
0.6
150
0.3
65
0.15
20
24 .0 30 .0 13 .0 4 .0
52 .0 82 .0 95 .0 99 .0
计算公式
mi
ai=mi/M×100
混凝土组成材料 —— 水泥、水、细骨料和粗骨料，以及适量
外加剂和掺合料。
水泥
混凝土未硬化前(fresh concrete) ——起润滑作用
水泥浆
水 （20%左右） 混凝土硬化后(concrete）—— 起胶结作用
细骨料
起骨架作用、抗风化
骨料
粗骨料 （60~80%左右） 抑制水泥浆收缩、耐磨
五、对混凝土质量的四项基本要求
2006或《建筑用砂》 GB/T14684-2001的要求
骨料中有害杂质含量限值（JGJ 52-2006）
有害杂质项目
含泥量 （按质量计，%）
泥块含量 （按质量计，%） 硫化物和硫酸盐含量 （折算为SO3，按质量计，%）
有机物含量 （用比色法试验）
云母含量（按质量计，%） 轻物质含量（按质量计，%） 针、片状颗粒（按质量计，%）
连续级配——指5 mm以上至最大粒径的粗骨料，在一定范围内 各粒级各占一定比例。连续粒级可以直接用于配制混凝土； 间断级配——从1/2最大粒径开始至最大粒径。
单粒级骨料一般不宜单独用来配制混凝土，如果单独使用，应作技术 经济分析，并通过试验证明混凝土不发生离析现象或影响混凝土质量。
单粒级宜用于组合成连续粒级，也可与连续粒级混凝土混合使用。
且≤3/4钢筋净距。 ②混凝土实心板的粗骨料最大粒径≤1/3板厚，且≤40mm。 【例】：
某混凝土柱断面为300×400mm，受力钢筋φ22mm，钢筋间距 66mm，则该混凝土柱所用石子的最大粒径应为 mm。
6、颗粒级配
（1）定义—— 石子中不同粒径颗粒的搭配情况 （2）目的—— 使石子的总空隙率较小→节约水泥用量 （3）测定—— 用筛分析方法(简称筛析法)测定 （4）类型—— 连续级配和单粒级(间断级配)
（3）测定 ——用筛分析方法（简称筛析法）测定。
（4）指标 ——细度模数
(A2 A3 A4 A5 A6)5A1
f
100 A1
（5）分类—— μf＝3.1～3.7为粗砂， μf ＝2.3～3.0为中砂， μf ＝1.6～2.2为细砂， μf ＝0.7～1.5为特细砂
★ 配制混凝土时优先选用中粗砂
5、颗粒级配 （1）定义——表示砂大小颗粒的搭配（组合）情况。 （2）目的——使砂的总空隙率较小，填充砂粒空隙的水泥浆较
碱活性
泥、泥块含量，有害物质
粗骨料 ( coarse - aggregates )
最大粒径
定义、分类
颗粒形状(针、片状颗粒含量)
外加剂(admixture) 作用
颗粒级配
减水剂、引气剂 强度
掺合料(additive) 定义、分类
碱活性
作用
坚固性
粉煤灰、磨细矿渣
一、水泥（cement） 1、品种 ——依据工程结构特点、施工条件及使用环境选择； 2、强度等级的选择
片状颗粒——厚度小于平均粒径的0.4倍； 平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值。
危害—— 拌合物和易性差，混凝土强度降低，耐久性差（骨 料空隙率大）
技术要求：符合《建筑用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-2006或
《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求。
碎石—表面粗糙，棱角多，且较洁净，与水泥石粘结牢固； 卵石—表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石粘结力较差； 在相同条件下，卵石混凝土强度较碎石混凝土强度低； 在单位用水量相同条件下，卵石混凝土流动性较碎石混凝土
2、满足
——《混凝土拌合用水标准》JGJ 63-2006的规定。凡是能饮 用的自来水和洁净的天然水，均可用于混凝土拌合和养护。
石料（碎石）生产线 人工砂生产线
骨料的用量和体积 在混凝土中占有较大比 例（70%~80%），其 来源与质量将直接关系 到所配制混凝土的技术 性能和质量。
国家及行业有关标 准对混凝土用骨料的质 量指标有明确要求。
Ai =∑ai
细度模数f ＝[(28+52+82+95+99)－5×10]/(100－10)=3.4，属粗砂
∵ A0.6=82.0%,∴按Ⅰ区评定。经检查所有筛孔Ai均落在Ⅰ区，则该 砂为Ⅰ区砂。∴级配合格
6、坚固性
（1）定义——砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗 破裂的能力。
（2）检测 天然砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行检验，砂样经5次循环