普通混凝土的组成材料.docx
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普通混凝土的组成材料
普通混凝土的组成材料
混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。
因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。
要做到合理选择原材料，则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。
一、水泥
（一）水泥品种的选择
水泥品种的选择主要根据工程结构特点、工程所处环境及施工条件确定。
如高温车间结构混凝土有耐热要求，一般宜选用耐热性好的矿渣水泥等等。
详见第三章水泥。
（二）水泥强度等级的选择
水泥强度等级的选择原则为：
混凝土设计强度等级越高，则水泥强度等级也宜越高；设计强度等级低，则水泥强度等级也相应低。
例如：
C40以下混凝土，一般选用强度等级32.5级；C45～C60混凝土一般选用42.5级，在采用高效减水剂等条件下也可选用32.5级；大于C60的高强混凝土，一般宜选用42.5级或更高强度等级的水泥；对于C15以下的混凝土，则宜选择强度等级为32.5级的水泥，并外掺粉煤灰等混合材料。
目标是保证混凝土中有足够的水泥，既不过多，也不过少。
因为水泥用量过多（低强水泥配制高强度混凝土），一方面成本增加。
另一方面，混凝土收缩增大，对耐久性不利。
水泥用量过少（高强水泥配制低强度混凝土），混凝土的粘聚性变差，不易获得均匀密实的混凝土，严重影响混凝土的耐久性。
二、细骨料
公称粒径在0.15～5.0mm之间的骨料称为细骨料，亦即砂。
常用的细骨料有河砂、海砂、山砂和机制砂（有时也称为人工砂、加工砂）等。
通常根据技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。
Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的混凝土；Ⅲ类用于小于C30的混凝土。
海砂可用于配制素混凝土，但不能直接用于配制钢筋混凝土，主要是氯离子含量高，容易导致钢筋锈蚀，如要使用，必须经过淡水冲洗，使有害成份含量减少到要求以下。
山砂可以直接用于一般工程混凝土结构，当用于重要结构物时，必须通过坚固性试验和碱活性试验。
机制砂是指将卵石或岩石用机械破碎的方法，通过冲洗、过筛制成。
通常是在加工碎卵石或碎石时，将小于10mm的部分进一步加工而成。
细骨料的主要质量指标有：
1.有害杂质含量。
细骨料中的有害杂质主要包括两方面：
①粘土和云母。
它们粘附于砂表面或夹杂其中，严重降低水泥与砂的粘结强度，从而降低混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，增大混凝土的收缩。
②有机质、硫化物及硫酸盐。
它们对水泥有腐蚀作用，从而影响混凝土的性能。
因此对有害杂质含量必须加以限制。
《建筑用砂》（GB/T14684-2001）对有害物质含量的限值见表4-1。
《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-1992）中对有害杂质含量也作了相应规定。
其中云母含量不得大于2%，轻物质含量和硫化物及硫酸盐含量分别不得大于1%，含泥量及泥块含量的限值为：
当小于C30时分别不大于5%和1%，当大于等于C30时，分别不大于3%和1%。
表4-1砂中有害物质含量限值
项目
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
云母含量（按质量计，%）
＜
1.0
2.0
2.0
硫化物与硫酸盐含量（按SO3质量计，%）
＜
0.5
0.5
0.5
有机物含量（用比色法试验）
＜
合格
合格
合格
轻物质
＜
1.0
1.0
1.0
氯化物含量（以NaCl质量计，%）
＜
0.01
0.02
0.06
含泥量（按质量计，%）
＜
1.0
3.0
5.0
粘土块含量（按质重量计，%）
＜
0
1.0
2.
此外，由于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。
2.颗粒形状及表面特征。
河砂和海砂经水流冲刷，颗粒多为近似球状，且表面少棱角、较光滑，配制的混凝土流动性往往比山砂或机制砂好，但与水泥的粘结性能相对较差；山砂和机制砂表面较粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流动性相对较差，但与水泥的粘结性能较好。
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。
3.坚固性。
砂是由天然岩石经自然风化作用而成，机制砂也会含大量风化岩体，在冻融或干湿循环作用下有可能继续风化，因此对某些重要工程或特殊环境下工作的混凝土用砂，应做坚固性检验。
如严寒地区室外工程，并处于湿潮或干湿交替状态下的混凝土，有腐蚀介质存在或处于水位升降区的混凝土等等。
坚固性根据GB/T14684规定，采用硫酸钠溶液浸泡→烘干→浸泡循环试验法检验。
测定5个循环后的重量损失率。
指标应符合表4-2的要求。
表4-2砂的坚固性指标
项目
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
循环后质量损失（%）
≤8
≤8
≤10
4.粗细程度与颗粒级配。
砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合体平均粒径大小。
通常用细度模数（Mx）表示，其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度。
细度模数Mx越大，表示砂越粗，单位重量总表面积（或比表面积）越小；Mx越小，则砂比表面积越大。
砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配比例。
良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充（如图4-1所示）使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大值。
这样可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。
因此，砂颗粒级配反映空隙率大小。
图4-1砂颗粒级配示意图
（1）细度模数和颗粒级配的测定。
砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析方法测定，用细度模数表示粗细，用级配区表示砂的级配。
根据《建筑用砂》（GB/T14684－2001），筛分析是用一套孔径为4.75，2.36，1.18，0.600，0.300，0.150mm的标准筛，将500克干砂由粗到细依次过筛（详见试验），称量各筛上的筛余量
（g），计算各筛上的分计筛余率
（%），再计算累计筛余率
（%）。
和
的计算关系见表4-3。
（JGJ52采用的筛孔尺寸为5.00、2.50、1.25、0.630、0.315及0.160mm。
其测试和计算方法均相同，目前混凝土行业普遍采用该标准。
）
表4-3累计筛余与分计筛余计算关系
筛孔尺寸（mm）
筛余量（g）
分计筛余（%）
累计筛余（%）
4.75
m1
2.36
m2
1.18
m3
0.600
m4
0.300
m5
0.150
m6
底盘
m低
细度模数根据下式计算（精确至0.01）：
（4-1）
根据细度模数Mx大小将砂按下列分类：
Mx＞3.7特粗砂；Mx=3.1～3.7粗砂；Mx=3.0～2.3中砂；Mx=2.2～1.6细砂；Mx=1.5～0.7特细砂。
砂的颗粒级配根据0.600mm筛孔对应的累计筛余百分率A4，分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区三个级配区，见表4-4。
级配良好的粗砂应落在Ⅰ区；级配良好的中砂应落在Ⅱ区；细砂则在Ⅲ区。
实际使用的砂颗粒级配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.600mm对应的累计筛余率外，其余各档允许有5%的超界，当某一筛档累计筛余率超界5%以上时，说明砂级配很差，视作不合格。
以累计筛余百分率为纵坐标，筛孔尺寸为横坐标，根据表4-4的级区可绘制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级配区的筛分曲线，如图4-2所示。
在筛分曲线上可以直观地分析砂的颗粒级配优劣。
表4-4砂的颗粒级配区范围
筛孔尺寸（mm）
累计筛余（％）
Ⅰ区
Ⅱ区
Ⅲ区
10.0
0
0
0
4.75
10～0
10～0
10～0
2.36
35～5
25～0
15～0
1.18
65～35
50～10
25～0
0.600
85～71
70～41
40～16
0.300
95～80
92～70
85～55
0.150
100～90
100～90
100～90
图4-2砂级配曲线图
[例4-1]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。
试评定该砂的粗细程度（Mx）和级配情况。
表4-5筛分析试验结果
筛孔尺寸（mm）
4.75
2.36
1.18
0.600
0.300
0.150
底盘
合计
筛余量（g）
28.5
57.6
73.1
156.6
118.5
55.5
9.7
499.5
[解]①分计筛余率和累计筛余率计算结果列于表4-6。
表4-6分计筛余和累计筛余计算结果
分计筛余率（%）
a1
a2
a3
a4
a5
a6
5.71
11.53
14.63
31.35
23.72
11.11
累计筛余率（%）
A1
A2
A3
A4
A5
A6
5.71
17.24
31.87
63.22
86.94
98.05
②计算细度模数：
③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Ⅱ级区，其他各筛上的累计筛余率也均落在Ⅱ级区规定的范围内，因此可以判定该砂为Ⅱ级区砂。
级配曲线图见4-3。
④结果评定：
该砂的细度模数Mx=2.85，属中砂；Ⅱ级区砂，级配良好。
可用于配制混凝土。
图4-3级配曲线
（2）砂的掺配使用。
配制普通混凝土的砂宜为中砂（Mx=2.3～3.0），Ⅱ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：
①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。
②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。
5.砂的含水状态。
砂的含水状态有如下4种，如图4-4所示。
图4-4骨料含水状态示意图
①绝干状态：
砂粒内外不含任何水，通常在105±5℃条件下烘干而得。
②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。
③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。
④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。
三、粗骨料
颗粒粒径大于5mm的骨料为粗骨料。
混凝土工程中常用的有碎石和卵石两大类。
碎石为岩石（有时采用大块卵石，称为碎卵石）经破碎、筛分而得；卵石多为自然形成的河卵石经筛分而得。
通常根据卵石和碎石的技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。
Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的混凝土；Ⅲ类用于小于C30的混凝土。
粗骨料的主要技术指标有：
1.有害杂质。
与细骨料中的有害杂质一样，主要有粘土、硫化物及硫酸盐、有机物等。
根据《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2001），其含量应符合表4-7的要求。
JGJ53《普通混凝土用碎石和卵石质量标准及检验方法》也作了相应规定。
表4-7碎石或卵石中技术指标
项目
指标
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
含泥量（按质量计），%
＜
0.5
1.0
1.5
粘土块含量（按质重量计），%
＜
0
0.5
0.7
硫化物与硫酸盐含量（以SO3重量计），%
＜
0.5
1.0
1.0
有机物含量（用比色法试验）
＜
合格
合格
合格
针片状（按质量计），%
＜
5
15
25
坚固性质量损失，%
＜
5
8
12
碎石压碎指标，
＜
10
20
30
卵石压碎指标，
＜
12
16
16
2.颗粒形态及表面特征。
粗骨料的颗粒形状以近立方体或近球状体为最佳，但在岩石破碎生产碎石的过程中往往产生一定量的针、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。
各别类粗骨料针片状含量要符合表4－7的要求。
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。
卵石表面较光滑，少棱角，因此拌合物的流动性较好，但粘结性能较差，强度相对较低。
但若保持流动性相同，由于卵石可比碎石少用适量水，因此卵石混凝土强度并不一定低。
3.粗骨料最大粒径。
混凝土所用粗骨料的公称粒级上限称为最大粒径。
骨料粒径越大，其表面积越小，通常空隙率也相应减小，因此所需的水泥浆或砂浆数量也可相应减少，有利于节约水泥、降低成本，并改善混凝土性能。
所以在条件许可的情况下，应尽量选得较大粒径的骨料。
但在实际工程上，骨料最大粒径受到多种条件的限制：
①最大粒径不得大于构件最小截面尺寸的1/4，同时不得大于钢筋净距的3/4。
②对于混凝土实心板，最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得大于40mm。
③对于泵送混凝土，当泵送高度在50m以下时，最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:
3；卵石不宜大于1:
2.5。
④对大体积混凝土（如混凝土坝或围堤）或疏筋混凝土，往往受到搅拌设备和运输、成型设备条件的限制。
有时为了节省水泥，降低收缩，可在大体积混凝土中抛入大块石（或称毛石），常称作抛石混凝土。
4.粗骨料的颗粒级配。
石子的粒级分为连续粒级和单位级两种。
连续粒级指5mm以上至最大粒径Dmmax，各粒级均占一定比例，且在一定范围内。
单粒级指从1/2最大粒径开始至Dmax。
单粒级用于组成具有要求级配的连续粒级，也可与连续粒级混合使用，以改善级配或配成较大密实度的连续粒级。
单粒级一般不宜单独用来配制混凝土，如必须单独使用，则应作技术经济分析，并通过试验证明不发生离析或影响混凝土的质量。
石子的级配与砂的级配一样，通过一套标准筛筛分试验，计算累计筛余率确定。
根据GB/T14685，碎石和卵石级配均应符合表4-8的要求。
JGJ53的要求与此相似。
表4-8碎石或卵石的颗粒级配范围
级配情况
公称
粒级
（mm）
累计筛余（％）
筛孔尺寸（方孔筛）（mm）
2.36
4.75
9.50
16.0
19.0
26.5
31.5
37.5
53.0
63.0
75.0
90
连续粒级
5～10
95～100
80～100
0～15
0
－
－
－
－
－
－
－
－
5～16
95～100
85～100
30～60
0～10
0
－
－
－
－
－
－
－
5～20
95～100
90～100
40～80
－
0～10
0
－
－
－
－
－
－
5～25
95～100
90～100
－
30～70
－
0～5
0
－
－
－
－
－
5～31.5
95～100
90～100
70～90
－
15～45
－
0～5
0
－
－
－
－
5～40
－
95～100
75～90
－
30～65
－
－
0～5
0
－
－
－
单粒级
10～20
－
95～100
85～100
－
0～15
0
－
－
－
－
－
－
16～31.5
－
95～100
－
85～100
－
－
0～10
0
－
－
－
－
20～40
－
－
95～100
－
80～100
－
－
0～10
0
－
－
－
31.5～63
－
－
－
95～100
－
－
75～100
45～75
－
0～10
0
－
40～80
－
－
－
－
95～100
－
－
70～100
－
30～60
0～10
5.粗骨料的强度。
根据GB/T14685和JGJ53规定，碎石和卵石的强度可用岩石的抗压强度或压碎值指标两种方法表示。
岩石的抗压强度采用
50mm×50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试样测定。
一般要求其抗压强度大于配制混凝土强度的1.5倍，且不小于45MPa（饱水）。
根据GB/T14685，压碎值指标是将9.5～19mm的石子m克，装入专用试样筒中，施加200KN的荷载，卸载后用孔径2.36mm的筛子筛去被压碎的细粒，称量筛余，计作m1，则压碎值指标Q按下式计算：
（4-2）
压碎值越小，表示石子强度越高，反之亦然。
各类别骨料的压碎值指标应符合表4－7的要求。
6．粗骨料的坚固性。
粗骨料的坚固性指标与砂相似，各类别骨料的质量损失应符合表4－7的要求。
四、拌合用水
根据《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—89）的规定，凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制各种混凝土。
海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有饰面要求的素混凝土，更不得拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。
值得注意的是，在野外或山区施工采用天然水拌制混凝土时，均应对水的有机质、Cl-和
含量等进行检测，合格后方能使用。
特别是某些污染严重的河道或池塘水，一般不得用于拌制混凝土。
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