1、混凝土组成材料混凝土组成材料骨料篇骨料篇BUCEA2012-12-18现代混凝土材料理论与应用培训本节前言本节前言 骨料相对而言比较便宜而且不会与水发生复杂的化学反应，因此传统观念上人们把它作为混凝土的惰性填充料。然而，由于人们日益认识到骨料对混凝骨料对混凝土和易性、尺寸稳定性、耐久性、强度土和易性、尺寸稳定性、耐久性、强度以及经济性方面的重要作用以及经济性方面的重要作用。因此我们必须象重视水泥那样重视骨料。象重视水泥那样重视骨料。2012-12-18 混凝土中最稳定的组分是骨料混凝土中最稳定的组分是骨料.如果如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料
2、组成具有工程所需要的良最大量的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。久的混凝土的。 我们必须充分认识到我们必须充分认识到：2012-12-18我们应该重视骨料的品质我们应该重视骨料的品质2012-12-18我国混凝土质量比西方国家的差，主要我国混凝土质量比西方国家的差，主要原因在于骨料的质量；原因在于骨料的质量；骨料质量首先不是强度，重要的是骨料质量首先不是强度，重要的是使用使用级配和粒形良好的骨料可以得到较小用级配和粒形良好的骨料可以得到较小用水量的拌和物水量的拌和物。2012-12-18授课提纲授课提纲 骨料的定义与分类
3、骨料的定义与分类 骨料的加工制备骨料的加工制备 骨料的作用骨料的作用 级配与粒径分布级配与粒径分布 粒形与表面织构粒形与表面织构 有害物质有害物质 吸水性和表面潮湿状态吸水性和表面潮湿状态 强度与弹性模量强度与弹性模量 关于机制砂关于机制砂2012-12-185.005.002.502.501.251.250.6300.6300.3150.3150.1600.16010010080.080.063.063.050.050.040.040.031.531.525.025.020.020.016.016.010.010.05.05.0骨料（骨料（aggregateaggregate）的定义与分类）
4、的定义与分类碎碎石石卵卵石石天天然然砂砂人人工工砂砂混混合合砂砂粗骨料粗骨料细骨料细骨料mmmmmmmm普通混凝土用砂、石质量标准及普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准检验方法标准JGJ52-2006JGJ52-2006骨料的制备骨料的制备需要提示注意的是需要提示注意的是破碎设备和工艺决定着颗粒破碎设备和工艺决定着颗粒的粒形的粒形。对于石灰石等层状沉积岩，。对于石灰石等层状沉积岩，鄂式破碎鄂式破碎机和反击式破碎机就容易产生扁平颗粒。机和反击式破碎机就容易产生扁平颗粒。目前比较先进目前比较先进的破碎工艺是由鄂式破碎机的破碎工艺是由鄂式破碎机圆锥式破碎机圆锥式破碎机竖轴冲击破碎机组成的加工竖轴
5、冲击破碎机组成的加工设备与工艺系统。设备与工艺系统。2012-12-182012-12-18骨料加工主要设备图示骨料加工主要设备图示 鄂破 圆锥破 竖轴冲击破不同工艺加工出碎石质量的对比不同工艺加工出碎石质量的对比2012-12-18骨料的作用骨料的作用 骨架作用，传递应力骨架作用，传递应力 抑制收缩，防止开裂抑制收缩，防止开裂 对于对于干硬性混凝土、低塑性混凝土和高干硬性混凝土、低塑性混凝土和高强泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土强度强泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土强度，普通泵送混凝土一般骨料可不要求立方体普通泵送混凝土一般骨料可不要求立方体抗压强度指标抗压强度指标。 2012-12-18为什么
6、把砂石称为骨料？为什么把砂石称为骨料？在传统观念中把砂石叫做骨料的原因是在传统观念中把砂石叫做骨料的原因是认为骨料起强度作用而作为混凝土的骨认为骨料起强度作用而作为混凝土的骨架，这是针对于传统低塑性混凝土的理架，这是针对于传统低塑性混凝土的理解。解。骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的体积而不是强度。体积而不是强度。纯的水泥浆体硬化后纯的水泥浆体硬化后收缩过大，无法用于结构，必须有骨料收缩过大，无法用于结构，必须有骨料对水泥浆体的收缩起约束作用，而且骨对水泥浆体的收缩起约束作用，而且骨料在混凝土中必须占据大部分体积。料在混凝土中必须占据大部分体积。 决定预拌混凝土强
7、度的不是骨料决定预拌混凝土强度的不是骨料对混凝土的强度其决定作用的是对混凝土的强度其决定作用的是混凝土的水灰比（水胶比），所以混凝土的水灰比（水胶比），所以目前用强度很低的轻骨料（陶粒）目前用强度很低的轻骨料（陶粒）已能配制出已能配制出C50C50的泵送混凝土。的泵送混凝土。 2011-11-29骨料对混凝土收缩的影响骨料对混凝土收缩的影响骨料的级配与粒径分布骨料的级配与粒径分布骨料的级配应该比较好，只有这样，骨料的级配应该比较好，只有这样，较少的细颗粒才能填充满粗颗粒之间的较少的细颗粒才能填充满粗颗粒之间的空隙，这有利于空隙，这有利于减少骨料骨架中的空隙减少骨料骨架中的空隙率。率。砂石空隙又
8、被胶凝材料浆体填充。砂石空隙又被胶凝材料浆体填充。 骨料的良好级配的特征骨料的良好级配的特征 骨料级配良好的重要考察指标是具有较骨料级配良好的重要考察指标是具有较低的低的空隙率空隙率。尤其是粗骨料的空隙率影响。尤其是粗骨料的空隙率影响着砂率和浆骨比。着砂率和浆骨比。 骨料具有适当小的表面积骨料具有适当小的表面积 在保证和易性的前提下，尽可能采用较在保证和易性的前提下，尽可能采用较多的大粒径骨料。多的大粒径骨料。有适当的细骨料，以满足工作性要求。有适当的细骨料，以满足工作性要求。良好的骨料级配可以控制用水量良好的骨料级配可以控制用水量2012-12-18粗骨料的分仓上料粗骨料的分仓上料为保证粗骨
9、料的良好级配，降低空隙率，为保证粗骨料的良好级配，降低空隙率，目前越来越多的重要工程和商品混凝土目前越来越多的重要工程和商品混凝土搅拌站采用搅拌站采用5-10mm5-10mm和和10-20mm10-20mm两级配或三两级配或三级配分别计量上料。级配分别计量上料。原因是即使采石场做到了级配，运到现原因是即使采石场做到了级配，运到现场也没有了级配，因此要求一律采用分场也没有了级配，因此要求一律采用分单粒级进料分级封闭储存，级配后分级单粒级进料分级封闭储存，级配后分级上料。上料。2012-12-18砂的筛分析实验砂的筛分析实验砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起后
10、的总体平均粗细程度。通常有粗一起后的总体平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。砂、中砂、细砂之分。砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析的方砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。配，用细度模数表示砂的粗细。 2012-12-18 砂的筛分析方法是用一套孔径为砂的筛分析方法是用一套孔径为9.50mm9.50mm、4.75mm4.75mm、2.36mm2.36mm、1.18mm1.18mm、及、及600600m m、300300m m、150150m m的标准方孔筛，将质量为的标准方孔筛，将质量为500g500
11、g的干砂试的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂子质量（筛上的砂子质量（g g），计算分计筛余百分率），计算分计筛余百分率aiai（各号筛的筛余量与试样总量之比）、累（各号筛的筛余量与试样总量之比）、累计筛余百分率计筛余百分率AiAi（该号筛的筛余百分率加上（该号筛的筛余百分率加上该号筛以上各筛余百分率之和）。分计筛余该号筛以上各筛余百分率之和）。分计筛余与累计筛余的关系见表与累计筛余的关系见表5.15.1。 根据下列公式计算砂的细度模数根据下列公式计算砂的细度模数( (M Mx)x)：1165432xA-100 5A-)AAAA(AM20
12、12-12-18砂的粗细程度砂的粗细程度细度模数细度模数M Mx x筛孔尺寸，筛孔尺寸，mmmm分计筛余，分计筛余，% %累计筛余，累计筛余，% %5.005.002.502.501.251.250.6300.6300.3150.3150.1600.160a a1 1a a2 2a a3 3a a4 4a a5 5a a6 6A A1 1=a=a1 1A A2 2=a=a1 1+a+a2 2A A3 3=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3A A4 4=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4A A5 5=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4+a+a5 5A
13、 A6 6=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4+a+a5 5+a+a6 63.7-3.1 3.7-3.1 粗粗 砂砂3.0-2.3 3.0-2.3 中中 砂砂2.2-1.6 2.2-1.6 细细 砂砂细度模数细度模数/%1区2区3区/mm图4.2 砂的级配曲线/mm/% 筛分曲线超过筛分曲线超过3 3区往左上偏时，表示区往左上偏时，表示砂过细，拌制砂过细，拌制混凝土时需要的胶凝材料浆量多，易使混凝土收缩增混凝土时需要的胶凝材料浆量多，易使混凝土收缩增大大；超过；超过1 1区往右下偏时，表示区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而
14、且内摩擦大，不土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振捣成型易振捣成型。处于处于2 2区级配的砂，其粗细适中，级配区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区较好，是配制混凝土的最理想的级配区。 例例4-14-1某干砂某干砂500g500g的筛分结果如下表所列。的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配试计算该砂的细度模数并评定其级配2012-12-18计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：分数如下表： 筛孔筛孔 尺寸尺寸(mm) 分计分计筛余筛余量（量（g） 分计筛余（）分计筛余（） 累计筛余累计筛余（）（
15、） 4.75 5 a1=5/500=1 A1=a1=1 2.36 100 a2=100/500=20 A2=A1+ a2=21 1.18 150 a3=150/500=30 A3=A2+ a3=51 0.60 145 a4=145/500=29 A4=A3+ a4=80 0.30 80 a5=80/500=16 A5=A4+ a5=96 0.15 20 a6=20/500=4 A6=A5+ a6=100 石的最大粒径（石的最大粒径（D Dmaxmax）混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的小尺寸的1/41/4，同时不得大于钢筋间最小净距的，同时
16、不得大于钢筋间最小净距的3/43/4；对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的板厚的1/21/2，且不得超过，且不得超过50mm50mm；对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内径对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于之比，碎石不宜大于1:31:3，卵石不宜大于，卵石不宜大于1:2.51:2.5。为避免混凝土难以流入模板和钢筋之间的空隙，为避免混凝土难以流入模板和钢筋之间的空隙，最大粒径不得超过保护层厚度的最大粒径不得超过保护层厚度的2/32/3为宜。为宜。2012-12-18最大粒径对混凝土变化带来两种相反效果最大粒径对混凝土变
17、化带来两种相反效果胶凝材料和稠度相同，用通过粒径较大胶凝材料和稠度相同，用通过粒径较大的骨料比粒径较小的骨料配制混凝土所需的骨料比粒径较小的骨料配制混凝土所需拌合水用量少；拌合水用量少；粒径较大的骨料是界面过渡区有更多微粒径较大的骨料是界面过渡区有更多微裂纹，从而更加薄弱；裂纹，从而更加薄弱；对高强混凝土对高强混凝土2828天强度的影响更显著。天强度的影响更显著。一般情况，水胶比一定时，减少骨料粒一般情况，水胶比一定时，减少骨料粒径会提高拉径会提高拉- -压强度比。压强度比。2012-12-18骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷砂浆收缩是混凝土的两倍砂浆收缩是混凝
18、土的两倍粗骨料的粒径效应粗骨料的粒径效应D Dm m增大，削弱了粗集料与水泥浆体的增大，削弱了粗集料与水泥浆体的黏结，增大了内部结构的不连续性；黏结，增大了内部结构的不连续性；粗骨料对水泥硬化体收缩起约束作用，粗骨料对水泥硬化体收缩起约束作用，由于二者弹性模量不同，因而混凝土由于二者弹性模量不同，因而混凝土内部产生拉应力，内部产生拉应力， D Dm m增大，拉应力增增大，拉应力增大；大； D Dm m增大，界面过渡区的氢氧化钙晶增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增大。体的定向排列程度增大。2012-12-18粗骨料的粒径效应粗骨料的粒径效应 水胶比越低，粗骨料粒径对渗水胶比越低，粗骨
19、料粒径对渗透性和强度的影响越大；抗渗性和透性和强度的影响越大；抗渗性和强度随最大粒径的减小而提高，弹强度随最大粒径的减小而提高，弹性模量有所下降，收缩增大。性模量有所下降，收缩增大。2012-12-18骨料粒径对混凝土渗透性的影响骨料粒径对混凝土渗透性的影响骨料骨料粒径粒径与混与混凝土凝土抗冻抗冻性的性的关系关系石子粒径和混凝土强度的关系石子粒径和混凝土强度的关系粒粒 形形骨料的粒形与级配同样重要。骨料的粒形与级配同样重要。我国标准对粒形的要求太低，例如我国标准对粒形的要求太低，例如普普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准标准JGJ52-2006JGJ52-
20、2006中允许粗骨料针片状中允许粗骨料针片状含量上限为含量上限为25%25%，这对我国骨料加工质，这对我国骨料加工质量非常不利。量非常不利。2012-12-18粗骨料针片状颗粒的定义粗骨料针片状颗粒的定义 碎石或卵石的针状颗粒（碎石或卵石的针状颗粒（即颗粒的即颗粒的长度大于该颗粒的平均粒径长度大于该颗粒的平均粒径2.42.4倍倍）和）和片状颗粒（片状颗粒（即颗粒的厚度小于该颗粒的即颗粒的厚度小于该颗粒的平均粒径平均粒径0.40.4倍倍）其含量过多既降低混）其含量过多既降低混凝土的泵送性能和强度，又影响混凝土凝土的泵送性能和强度，又影响混凝土的耐久性。的耐久性。2012-12-18粗骨料针片状颗
21、粒的定义粗骨料针片状颗粒的定义 英国英国BS812BS812规定：碎石或卵石的规定：碎石或卵石的针状颗粒（针状颗粒（即颗粒的长度大于该颗即颗粒的长度大于该颗粒的平均粒径粒的平均粒径1.81.8倍倍）和片状颗粒）和片状颗粒（即颗粒的厚度小于该颗粒的平均即颗粒的厚度小于该颗粒的平均粒径粒径0.60.6倍倍）2012-12-18骨料形状骨料形状棱角状棱角状 浑圆状浑圆状 针状针状 片状片状C30C30，含量，含量15%15%；C30C30，含量，含量25%25%2012-12-18粒粒 形形骨料的粒形与级配同样重要。骨料的粒形与级配同样重要。我国标准对粒形的要求太低，例如我国标准对粒形的要求太低，例
22、如普通普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准JGJ52-2006JGJ52-2006中允许粗骨料针片状含量上限中允许粗骨料针片状含量上限为为25%25%，这对我国骨料加工质量非常不利。，这对我国骨料加工质量非常不利。国外规定国外规定细长或者刀形颗粒应该尽可能避细长或者刀形颗粒应该尽可能避免或者限制不超过骨料总质量的免或者限制不超过骨料总质量的15%15%。这这不仅对粗骨料重要。而且对机制砂也同样不仅对粗骨料重要。而且对机制砂也同样重要。重要。2012-12-18 2012-12-18非常不规则颗粒图示非常不规则颗粒图示粒粒 形形在欧美扁平、片状骨料以及非常
23、不规则的在欧美扁平、片状骨料以及非常不规则的骨料一般不超过骨料一般不超过20%20%，而我国有时高达而我国有时高达80%80%。骨料粒形不好，直接导致浆骨比增多，骨料粒形不好，直接导致浆骨比增多，对混凝土和易性、强度和耐久性都产生不对混凝土和易性、强度和耐久性都产生不良影响。良影响。例如扁平、细长骨料宜在一个平面定向，例如扁平、细长骨料宜在一个平面定向，在其下部有水和空隙形成。在其下部有水和空隙形成。粒形对混凝土抗折强度影响更大，尤其粒形对混凝土抗折强度影响更大，尤其是在高强混凝土中。是在高强混凝土中。2012-12-18表面织构表面织构卵石表面光滑少棱角，空隙率和表面积均较小，拌制混凝土时所
24、需的水泥浆量较少，混凝土拌和物和易性较好。碎石表面粗糙，富有棱角，集料的空隙率和总表面积较大；与卵石混凝土比较，碎石具有棱角，表面粗糙，同样体积表面积大，混凝土拌合物集料间的摩擦力较大，对混凝土的流动阻滞性较强，因此所需包裹集料表面和填充空隙的浆体较多。2012-12-18粒粒 形形如果要求流动性相同，用卵石时用水量可少些，所配制混凝土的强度不一定低。但制备高强度混凝土时，最好使用碎石，这主要是因为碎石界面粘结和机械咬合力强。颗粒表面具有不渗透的结构特征，则不利于形成良好的粘结。骨料吸水率大则不利于抗冻性。 混凝土中充满哲学，有利就有弊，有好就有坏。2012-12-18骨料中有害杂质骨料中有害
25、杂质骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机物，云母、轻物质等，会粘附在骨料有机物，云母、轻物质等，会粘附在骨料表面，表面，影响水泥石与骨料之间的胶结能力影响水泥石与骨料之间的胶结能力或或形成薄弱部分或增大收缩或腐蚀混凝土形成薄弱部分或增大收缩或腐蚀混凝土，对混凝土的质量产生很大的影响。对混凝土的质量产生很大的影响。因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。否则对量进行限制。否则对混凝土强度和体积稳混凝土强度和体积稳定性非常不利定性非常不利。2012-12-18GB/T14684-2010GB/T14684-2010建筑用砂
26、建筑用砂规定砂中有害物质含规定砂中有害物质含量的限制量的限制：砂中有害物质含量砂中有害物质含量天然砂中含泥量和泥块含量天然砂中含泥量和泥块含量2012-12-18砂中有害物质含量砂中有害物质含量人工砂中含泥量和泥块含量人工砂中含泥量和泥块含量2012-12-18MB值大于1.4 机制砂坚固性 单级压碎指标2012-12-18粗骨料针片状含量粗骨料针片状含量 粗骨料坚固性粗骨料坚固性 粗骨料压碎指标粗骨料压碎指标2012-12-18 碱骨料反应：碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物水泥中的碱性氧化物（NaNa2 2O O、K K2 2O O）与骨料中的活性成分反应，）与骨料中的活性成分反应，生成碱硅酸
27、凝胶体，它会吸水肿胀产生生成碱硅酸凝胶体，它会吸水肿胀产生膨胀。膨胀。使用含碱量小于使用含碱量小于0.60.6的水泥，或的水泥，或掺加能抑制碱掺加能抑制碱骨料反应的掺合料。骨料反应的掺合料。 碱骨料反应的结果是吸水后在水泥骨碱骨料反应的结果是吸水后在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。害和开裂，碱骨料反应的过程很慢。 骨料中的碱活性物质骨料中的碱活性物质 一些规范和标准中为避免混凝土碱骨一些规范和标准中为避免混凝土碱骨料病害发生，规定不得使用碱活性骨
28、料，料病害发生，规定不得使用碱活性骨料，这样的规定不利于资源的合理利用，我们这样的规定不利于资源的合理利用，我们应该意识到目前混凝土水胶比降低，掺合应该意识到目前混凝土水胶比降低，掺合料比例较高，发生碱骨料反应的风险已经料比例较高，发生碱骨料反应的风险已经大大降低。难怪有人感慨地发问：碱骨料大大降低。难怪有人感慨地发问：碱骨料反应你在哪里？反应你在哪里？与其严格控制碱活性骨料，与其严格控制碱活性骨料，不如严格控制骨料含泥量来的更实际、更不如严格控制骨料含泥量来的更实际、更有效？有效？如何对待碱活性骨料？如何对待碱活性骨料？海砂含盐要警惕！海砂含盐要警惕！海砂中含氯盐易诱发混凝土钢筋锈蚀海砂中含
29、氯盐易诱发混凝土钢筋锈蚀 对于可能处于干湿交替、冻融循环下的对于可能处于干湿交替、冻融循环下的混凝土，粗、细骨料中的含泥量应分别低于混凝土，粗、细骨料中的含泥量应分别低于0.7%0.7%和和1%1%，粗、细骨料中的水溶性氯化物折，粗、细骨料中的水溶性氯化物折合氯离子含量均不应超过骨料质量的合氯离子含量均不应超过骨料质量的0.02%0.02%。如使用环境的季节或日夜温差剧烈，应选用如使用环境的季节或日夜温差剧烈，应选用线性系数较小的粗骨料，以提高混凝土的抗线性系数较小的粗骨料，以提高混凝土的抗裂。裂。 2012-12-18骨料中有害杂质骨料中有害杂质【案例案例4-14-1】 砂质量不合格导致混凝
30、土凝结异常砂质量不合格导致混凝土凝结异常n概况 某工厂的钢筋混凝土条形基础，使用强度设计等级C30的混凝土，混凝土浇筑后，第二天检查发现部分硬化结块，部分呈疏松状，未完全硬化，轻轻敲击纷纷落下，混凝土基本无强度，工程被迫停工，从混凝土的形态上可以看出有部分砂粒表面无水泥浆，大部分砂粒间水泥浆较少。2012-12-18n 经调查，混凝土用砂含泥量超过标准一经调查，混凝土用砂含泥量超过标准一倍以上，降低了混凝土的强度。倍以上，降低了混凝土的强度。n其次，砂子细度模数小，砂率偏高，在其次，砂子细度模数小，砂率偏高，在质量相同情况下，表面积大大增加，需质量相同情况下，表面积大大增加，需要更多的水泥浆包
31、裹，而此工程混凝土要更多的水泥浆包裹，而此工程混凝土配合比并没有充分考虑者以上情况，水配合比并没有充分考虑者以上情况，水泥用量偏低，砂粒表面没有被包裹层或泥用量偏低，砂粒表面没有被包裹层或包裹层太薄，这影响了混凝土的凝结和包裹层太薄，这影响了混凝土的凝结和强度。强度。n第三，由于现场砂粒细、含泥量大，砂第三，由于现场砂粒细、含泥量大，砂团不易分散，按常规搅拌时间，不能充团不易分散，按常规搅拌时间，不能充分使水泥浆完全包裹砂粒。导致混凝土分使水泥浆完全包裹砂粒。导致混凝土拌和物不均匀。拌和物不均匀。 2012-12-18【案例案例 4-24-2】骨料含有害杂质引发事故骨料含有害杂质引发事故n概况
32、某厂一座四层钢筋混凝土框架结构厂概况某厂一座四层钢筋混凝土框架结构厂房，梁、柱为现浇混凝土。该厂房于房，梁、柱为现浇混凝土。该厂房于19881988年年1 1月开工，工期为月开工，工期为1010个月，交付使用后一个月个月，交付使用后一个月就在梁、柱等多处出现爆裂。半年后混凝土就在梁、柱等多处出现爆裂。半年后混凝土柱基、大梁根部等处混凝土也陆续出现爆裂，柱基、大梁根部等处混凝土也陆续出现爆裂，严重的导致大梁折断。严重的导致大梁折断。2012-12-18 分析分析使用含有害杂质的工业废渣做骨料。使用含有害杂质的工业废渣做骨料。取裂缝处碎片进行取裂缝处碎片进行X X射线分析，发现其中晶射线分析，发现
33、其中晶体多为方镁石体多为方镁石, ,并含有少量生石灰石，裂缝并含有少量生石灰石，裂缝是由于方镁石、生石灰石水化膨胀造成。调是由于方镁石、生石灰石水化膨胀造成。调查发现该厂为节省资金，使用含有查发现该厂为节省资金，使用含有MgOMgO和和CaOCaO的工业废渣代替部分混凝土骨料，导致了事的工业废渣代替部分混凝土骨料，导致了事故的发生。故的发生。2012-12-18【案例案例4-34-3】爱尔兰砌块厂混凝土不凝结爱尔兰砌块厂混凝土不凝结分析：骨料中含有混凝土质量分析：骨料中含有混凝土质量0.11%0.11%的硫化铅的硫化铅或或0.15%0.15%的硫化锌。对于水泥的水化而言，的硫化锌。对于水泥的水
34、化而言，他们是相当有效的缓凝剂，因而在养护他们是相当有效的缓凝剂，因而在养护3 3天天后没有产生任何强度后没有产生任何强度2011-11-29吸水性和表面潮湿状态吸水性和表面潮湿状态 当所有可渗透孔都充满水而表面没有水膜时当所有可渗透孔都充满水而表面没有水膜时称为称为饱和面干状态（饱和面干状态（SSDSSD）。 吸水能力的定义吸水能力的定义是骨料从烘干到饱和面干状是骨料从烘干到饱和面干状态所需要的水分总量。态所需要的水分总量。 有效吸水量的定义有效吸水量的定义则是是骨料从气干到饱和则是是骨料从气干到饱和面干状态的所需的水量。面干状态的所需的水量。 骨料吸水能力的测定较为方便，它还可骨料吸水能力
35、的测定较为方便，它还可以粗略的作为孔隙率和强度的量度。以粗略的作为孔隙率和强度的量度。2012-12-18饱和面干试模和试验饱和面干试模和试验砂子含水的三种状态砂子含水的三种状态天然砂我国标准规定以绝干状态作为混凝土配合比设我国标准规定以绝干状态作为混凝土配合比设计的基础，易诱发混凝土质量波动计的基础，易诱发混凝土质量波动。日本是以饱和面干状态为混凝土配合比设计的日本是以饱和面干状态为混凝土配合比设计的基础。基础。饱和面干骨料中所含的水不参与水化和混凝土微结构的形成，也不参与混凝土的拌和，是属于骨料本身的一部分，只会在混凝土硬化后自由水减少后才能出来对界面起养护作用。2012-12-18骨料干
36、燥状态的选择骨料干燥状态的选择湿砂的湿胀现象湿砂的湿胀现象 湿砂会有湿胀现象因为水分产生的表面张力将颗粒推开，这取决于骨料的含水量和粒级。 由于绝大多数骨料是在潮湿状态下被送由于绝大多数骨料是在潮湿状态下被送到拌站的如果依照体积来配料，体积就到拌站的如果依照体积来配料，体积就会有相当大的波动。因此在验收材料和会有相当大的波动。因此在验收材料和配制混凝土按应该按照质量进行验收和配制混凝土按应该按照质量进行验收和配料。配料。2012-12-18配按照质量进行验收和配料按照质量进行验收和配料骨料的渗透性骨料的渗透性 由于忽略对骨料的研究，造成很多认识由于忽略对骨料的研究，造成很多认识上的误区。上的误
37、区。 例如：骨料与水泥浆体渗透系数的影响：例如：骨料与水泥浆体渗透系数的影响： 多数大理岩、暗色岩、闪长岩、玄武岩，以及多数大理岩、暗色岩、闪长岩、玄武岩，以及密实的花岗岩渗透系数在密实的花岗岩渗透系数在1101012 cm/sec左右，左右，有些品种的花岗岩、石灰岩、砂岩和燧石要大两个有些品种的花岗岩、石灰岩、砂岩和燧石要大两个数量级。一些岩石孔隙率不到数量级。一些岩石孔隙率不到10，而渗透性却比而渗透性却比水泥浆大得多的原因，是因为骨料中的毛细孔孔径水泥浆大得多的原因，是因为骨料中的毛细孔孔径通常要大得多。多数成熟水泥浆的毛细孔径为通常要大得多。多数成熟水泥浆的毛细孔径为10100nm，而
38、骨料的毛细孔平均要大于而骨料的毛细孔平均要大于10m。 摘自P. K. Mehta. Concrete: Structures, Properties and Materials.岩石种类岩石种类渗透系数（渗透系数（cm/sec） 渗透系数相同成熟渗透系数相同成熟水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比密实的暗色岩密实的暗色岩2.4710120.38石英闪长岩石英闪长岩8.2410120.42大理岩大理岩2.3910110.48大理岩大理岩5.7710100.66花岗岩花岗岩5.351090.70砂岩砂岩1.231080.71花岗岩花岗岩1.561080.71骨料的渗透系数与相对应水化水泥浆体的渗透系数骨
39、料的渗透系数与相对应水化水泥浆体的渗透系数摘自P. K. Mehta. Concrete: Structures, Properties and Materials. 在理论上，在水泥浆里掺用低渗透性的骨在理论上，在水泥浆里掺用低渗透性的骨料颗粒会降低体系（尤其是当水泥浆的水胶比料颗粒会降低体系（尤其是当水泥浆的水胶比大、龄期短，毛细孔孔隙率大）的渗透性，因大、龄期短，毛细孔孔隙率大）的渗透性，因为骨料颗粒会切断水泥浆基体内的流动通道。为骨料颗粒会切断水泥浆基体内的流动通道。与水泥净浆相比，水灰比和成熟度相同的砂浆与水泥净浆相比，水灰比和成熟度相同的砂浆或混凝土渗透系数应该比较小。但实际上试验
40、或混凝土渗透系数应该比较小。但实际上试验数据表明并非如此。数据表明并非如此。水泥浆或砂浆里掺入骨料水泥浆或砂浆里掺入骨料增大了渗透性。事实上，骨料的粒径越大，渗增大了渗透性。事实上，骨料的粒径越大，渗透系数越大。透系数越大。摘自P. K. Mehta. Concrete: Structures, Properties and Materials.骨料对混凝土渗透性的影响骨料对混凝土渗透性的影响强度与弹性模量强度与弹性模量一、强一、强 度度n碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。n 岩石立方强度试验，是用母岩制成555 立方体，或直径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡
41、水中4，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5的观点已经不再适用。2012-12-18强度与弹性模量强度与弹性模量n现行标准中对于高强混凝土，要求粗骨料岩石抗压强度至少应比混凝土设计强度高30%。n对于普通等级干硬性混凝土、塑性混凝土仍要求粗骨料岩石抗压强度至少应比混凝土设计强度高20%。n配制C60以下的泵送混凝土时，对普通石子可不要求强度2012-12-18石子强度和混凝土强度的关系石子强度和混凝土强度的关系 骨料强度对混凝土强度的影响随混凝土拌和物浆骨比的增大而增加：干硬性混凝土(贫混凝土)低塑性混凝土( 坍落度1040mm ) 塑性混凝土(
42、坍落度50100mm ) 流态混凝土(坍落度100mm 120mm ) 高流态混凝土(坍落度150mm）自密实混凝土(坍落度240mm）石子强度影响有小无2012-12-18强度与弹性模量强度与弹性模量n过去教科书中要求岩石强度与混凝土强度之比应该不小于1.5的说法忽略了现代混凝土是以预拌泵送混凝土为主，石子在混凝土中呈悬浮状态，混凝土强度基本上与骨料强度相关不大的现状。至于玄武岩比石灰岩配制的混凝土强度高的机理是不是由于强度高还有待研究。2012-12-18 压碎指标是将一定重量气干状态下10-20的石子装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到200，卸荷后称取试样质量（0），再用孔径
43、为2.36的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1），用下式计算压碎指标： a-压碎指标值，%； 0-试样质量，g； m1-压碎试验后试样的筛余量，g。 压碎指标值越小，骨料的强度越高。%100010mmma 各种岩石抗压强度各种岩石抗压强度（美国）种类种类试样数目试样数目抗压强度（抗压强度（MPaMPa）平均平均最大最大最小最小花岗岩花岗岩278278181181257257114114石灰石石灰石2412411591592412419393砂砂 岩岩79791311312402404444大理石大理石34341171172442445151石英岩石英岩2626252252423423
44、124124片麻岩片麻岩36361471472352359494 多数岩石的强度在多数岩石的强度在100-300MPa100-300MPa之间，同种岩石的强度之间，同种岩石的强度相差很大，值得重视。相差很大，值得重视。 骨料对混凝土强度的影响骨料对混凝土强度的影响 骨料强度对普通强度混凝土的影响很小，骨料强度对普通强度混凝土的影响很小，因为骨料的强度比混凝土中水泥石基体和因为骨料的强度比混凝土中水泥石基体和界面过渡区的强度要高出数倍。换句话说，界面过渡区的强度要高出数倍。换句话说，破坏是由其他两相决定，绝大多数天然骨破坏是由其他两相决定，绝大多数天然骨料的强度得不到利用。料的强度得不到利用。
45、然而，除了强度，骨料的其他特性，然而，除了强度，骨料的其他特性，如粒如粒径、形状、表面结构、级配和矿物组成径、形状、表面结构、级配和矿物组成都都在不同程度上影响着混凝土的强度。在不同程度上影响着混凝土的强度。2012-12-18 例如，骨料品种不同,亲水性不同,拌和的混凝土强度也不同。为了使水泥浆能很好地包裹骨料表面,除水胶比外骨料还应有良好的亲水性。亲水性能很好的骨料易被浸湿并形亲水性能很好的骨料易被浸湿并形成水化物成水化物, ,增强了粘结力增强了粘结力, ,提高了混凝土强度提高了混凝土强度。相反,如果骨料表面憎水不易湿润,将影响生成物与骨料共生条件,粘结力差,混凝土强度会降低。2012-1
46、2-18 骨料对混凝土强度的影响骨料对混凝土强度的影响骨料弹性模量对混凝土界面的影响骨料弹性模量对混凝土界面的影响n骨料的弹性模量相差很大，花岗岩、暗色岩、玄武岩的弹性模量在70-140GPa之间；砂岩、石灰石岩和砾石的弹性模量在21-49GPa之间；轻骨料的弹性模量在14-21GPa之间；水泥基体的弹性模量在7-28GPa之间。n粗骨料的弹性模量越高、用量越大，混凝土的弹性模量就越高，这主要体现在高强混凝土中。在中低等强度混凝土中使用高弹性模量石子对界面不利。2012-12-18 砂子的坚固性，是指砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。通常天然砂以硫酸钠溶液干湿循环5次后的
47、质量损失来表示；人工砂采用压碎指标法进行试验。 处于冻融循环下的重要工程混凝土，宜进处于冻融循环下的重要工程混凝土，宜进行骨料的坚固性试验，坚固性试验的失重率小行骨料的坚固性试验，坚固性试验的失重率小于于5%(5%(细料细料) )和和8%(8%(粗骨料粗骨料) )。 2012-12-18 根据有关规定，在桥梁上游米以及下根据有关规定，在桥梁上游米以及下游米的水域属于禁止挖砂的区域。如果在游米的水域属于禁止挖砂的区域。如果在桥梁附近进行挖砂，会对桥梁造成一定的危害作桥梁附近进行挖砂，会对桥梁造成一定的危害作用。挖砂将改变河床自然坡度及水流形态，导致用。挖砂将改变河床自然坡度及水流形态，导致河床随
48、水流由高向低处不断下切。河床下切对大河床随水流由高向低处不断下切。河床下切对大桥带来的直接影响是：桥墩基础周围的砂土被淘桥带来的直接影响是：桥墩基础周围的砂土被淘涮，导致桥基越来越浅，下切的河床与桥墩周边涮，导致桥基越来越浅，下切的河床与桥墩周边的水泥保护层之间形成空洞，防护层失掉支撑。的水泥保护层之间形成空洞，防护层失掉支撑。如果遭遇洪水或其他事故，桥梁的稳固性将大大如果遭遇洪水或其他事故，桥梁的稳固性将大大减弱。减弱。河砂的乱采乱挖与人工砂的利用河砂的乱采乱挖与人工砂的利用2012-12-18盲目无度的非法盲目无度的非法采砂导致河床下采砂导致河床下陷，使位于晋江陷，使位于晋江上游西溪上的漳
49、上游西溪上的漳（平）泉（州）（平）泉（州）线跨河铁路桥的线跨河铁路桥的桥墩基础严重裸桥墩基础严重裸露，直接威胁着露，直接威胁着铁路桥列车运行铁路桥列车运行的安全的安全做好机制砂是当前混凝土行业的一件大事做好机制砂是当前混凝土行业的一件大事 细骨料的品质不仅直接影响新拌混凝土细骨料的品质不仅直接影响新拌混凝土的工作性，影响混凝土的浆骨比，最终影的工作性，影响混凝土的浆骨比，最终影响混凝土的耐久性。随着优质河砂资源的响混凝土的耐久性。随着优质河砂资源的枯竭，机制砂已经和正在成为混凝土生产枯竭，机制砂已经和正在成为混凝土生产的主要砂源。的主要砂源。围绕机制砂加工产业的迅速围绕机制砂加工产业的迅速发展
50、，我们面临一个重大机会发展，我们面临一个重大机会，如果做得如果做得好，中国混凝土骨料的质量将实现跨跃性好，中国混凝土骨料的质量将实现跨跃性提高，这对中国混凝土产业和结构工程质提高，这对中国混凝土产业和结构工程质量具有战略意义量具有战略意义。 请注意降低骨料的空隙率，减少浆体请注意降低骨料的空隙率，减少浆体用量！用量！ 请注意骨料的颗粒形状和级配，会影请注意骨料的颗粒形状和级配，会影响混凝土的和易性，增加浆体用量！响混凝土的和易性，增加浆体用量！ 请注意骨料的吸水率，会影响混凝土请注意骨料的吸水率，会影响混凝土拌和物的和易性、强度和耐久性拌和物的和易性、强度和耐久性预拌混凝土需要怎样的骨料预拌混
