1、土木工程材料Building and Construction Material土木与交通工程学院土木与交通工程学院材料工程系材料工程系北京建筑工程学院北京建筑工程学院5 5 混凝土混凝土 混凝土的概述混凝土的概述 混凝土的组成材料混凝土的组成材料 新拌混凝土的性能新拌混凝土的性能 混凝土的力学性能混凝土的力学性能5 5 混凝土混凝土 混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的耐久性混凝土的耐久性 混凝土配合比设计混凝土配合比设计5.1 5.1 混凝土的概述混凝土的概述 适当比例配合、拌制、成型、硬化适当比例配合、拌制、成型、硬化混混 凝凝 土土水水泥泥水水粗粗骨骨料料细细骨骨料料外外加加剂剂掺掺和和
2、料料人造石材（砼）人造石材（砼）公元公元2 2世纪古罗马在大型建筑中不同的结构采用世纪古罗马在大型建筑中不同的结构采用了不同的骨料，基础中用凝灰岩，穹顶中用浮石了不同的骨料，基础中用凝灰岩，穹顶中用浮石，说明古罗马人已使用了轻混凝土。，说明古罗马人已使用了轻混凝土。古埃及人用石膏作为胶结材料建造金字塔，中古埃及人用石膏作为胶结材料建造金字塔，中国修建长城曾在石灰中添加糯米汁（最早形式的国修建长城曾在石灰中添加糯米汁（最早形式的化学外加剂）。化学外加剂）。如罗马大圆剧场和著名的万神庙（被称为帝国建筑结如罗马大圆剧场和著名的万神庙（被称为帝国建筑结构的真正杰作）；构的真正杰作）；建于公元建于公元1
3、2-1412-14年的那不勒斯海港，现场观察，至今虽年的那不勒斯海港，现场观察，至今虽然被海浪磨光了表面，长满青苔，但混凝土却完好无损然被海浪磨光了表面，长满青苔，但混凝土却完好无损，数百米长的墙几乎无一裂缝。这说明这种混凝土具有，数百米长的墙几乎无一裂缝。这说明这种混凝土具有极好的耐久性。极好的耐久性。至今仍存在的古罗马大型建筑至今仍存在的古罗马大型建筑水泥混凝土的发展过程水泥混凝土的发展过程 石灰石灰-火山灰混凝土火山灰混凝土 硅酸盐水泥混凝土硅酸盐水泥混凝土 掺和料水泥混凝土掺和料水泥混凝土 高强度、早强混凝土高强度、早强混凝土 高性能混凝土（高性能混凝土（High Performanc
4、e Concrete)High Performance Concrete)建设速度要求建设速度要求地下、水下、大体积（断面地下、水下、大体积（断面80cm80cm）工程要求）工程要求强度要求强度要求耐久性、可持续发展要求耐久性、可持续发展要求优点：耐久，缺点：凝结缓慢优点：耐久，缺点：凝结缓慢凝结快、强度高，但水化热大凝结快、强度高，但水化热大耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低凝结较快、强度高，但耐蚀性差凝结较快、强度高，但耐蚀性差 以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求 高性能混凝土高性能混凝
5、土(HPC)(HPC)目前有关建筑法规中，一级建筑的安全使用期只定为目前有关建筑法规中，一级建筑的安全使用期只定为5050年；高性能混凝土由于其耐久性大幅度提高，安全使用期年；高性能混凝土由于其耐久性大幅度提高，安全使用期应更长：应更长：在不利的使用条件下和严峻环境中，冻融、海水、严寒、在不利的使用条件下和严峻环境中，冻融、海水、严寒、酷热等地区，经妥善设计和优质施工的酷热等地区，经妥善设计和优质施工的HPCHPC结构的安全使用结构的安全使用期应不低于期应不低于100100年；年；在正常环境中使用的结构，其安全使用期应达在正常环境中使用的结构，其安全使用期应达200200年；年；特殊重要工程在
6、采取必要措施后，其安全使用期应达特殊重要工程在采取必要措施后，其安全使用期应达300300年。年。高性能混凝土的特点高性能混凝土的特点 低水胶比，低水泥用量；低水胶比，低水泥用量；选用优质原材料；选用优质原材料；掺加足够数量的矿物细掺料；掺加足够数量的矿物细掺料；高效外加剂。高效外加剂。高性能混凝土已在国内的许多重要建筑得到应用，高性能混凝土已在国内的许多重要建筑得到应用，如上海南浦大桥、杨浦大桥、北京西客站、首都国际机如上海南浦大桥、杨浦大桥、北京西客站、首都国际机场、国家大剧院、中央电视台等。场、国家大剧院、中央电视台等。5.1.2 5.1.2 混凝土的分类混凝土的分类石灰石灰 气硬性气硬
7、性石膏石膏无机无机 水玻璃水玻璃硅酸盐水泥硅酸盐水泥 水硬性水硬性 铝酸盐水泥铝酸盐水泥胶凝材料胶凝材料 沥青沥青有机有机 树脂树脂 橡胶橡胶 按胶凝材料分类按胶凝材料分类 类别类别干表观密度干表观密度kg/mkg/m3 3特点特点重混凝土重混凝土26002600重晶石、钢屑为重骨料重晶石、钢屑为重骨料普通混凝土普通混凝土1950-25001950-2500普通砂、石为骨料普通砂、石为骨料轻轻混混凝凝土土轻集料混凝土轻集料混凝土800-1950800-1950浮石、陶粒等轻骨料浮石、陶粒等轻骨料多孔混凝土多孔混凝土300-1000300-1000泡沫砼、加气砼泡沫砼、加气砼普通大孔普通大孔15
8、00-19001500-1900无砂或少砂无砂或少砂 轻骨料大孔轻骨料大孔500-1500500-1500轻骨料，无砂或少砂轻骨料，无砂或少砂 混凝土按表观密度分类混凝土按表观密度分类防水混凝土防水混凝土耐热混凝土耐热混凝土耐碱混凝土耐碱混凝土耐酸混凝土耐酸混凝土保温混凝土保温混凝土结构混凝土结构混凝土混凝土按使用功能分类混凝土按使用功能分类离心成型离心成型混凝土混凝土泵送泵送混凝土混凝土普通浇注普通浇注混凝土混凝土喷射喷射混凝土混凝土混凝土按施工工艺分类混凝土按施工工艺分类钢筋混凝土钢筋混凝土纤维混凝土纤维混凝土素混凝土素混凝土预应力预应力混凝土混凝土混凝土按配筋情况分类混凝土按配筋情况分类
9、超高强混凝土超高强混凝土高强混凝土高强混凝土低强混凝土低强混凝土中强混凝土中强混凝土C30C30C30-C60C30-C60C60-C100C60-C100C100C100混凝土按强度分类混凝土按强度分类 混凝土的组织结构混凝土的组织结构粗骨料粗骨料细骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物气孔气孔 粗骨料粗骨料细骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物水泥水化产物水泥水化产物Ca(OH)Ca(OH)2 2AftAftC-S-HC-S-H 混凝土的结构混凝土的结构u 从粗观尺度上看，混凝土是由水泥石和骨料两相组成从粗观尺度上看，混凝土是由水泥石和骨料两相组成的复合材料；从细观尺度上看，水泥石又是各种水化物
10、的复合材料；从细观尺度上看，水泥石又是各种水化物和未水化颗粒、水、气等的多相复合体。各相之间的界和未水化颗粒、水、气等的多相复合体。各相之间的界面是混凝土内部结构重要的组成部分。面是混凝土内部结构重要的组成部分。u 在宏观现象上，普通混凝土的劣化或破坏往往出现在在宏观现象上，普通混凝土的劣化或破坏往往出现在界面处。在混凝土承受荷载作用以前，界面处就充满微界面处。在混凝土承受荷载作用以前，界面处就充满微裂缝；受到荷载作用以后，随着应力的增长，这些微裂裂缝；受到荷载作用以后，随着应力的增长，这些微裂缝的开展，最终将导致水泥石的断裂。缝的开展，最终将导致水泥石的断裂。混凝土的界面问题混凝土的界面问题
11、u 水泥石和骨料的弹性模量不同，当温度、湿度发生变水泥石和骨料的弹性模量不同，当温度、湿度发生变化时，水泥石和骨料变形不一致，致使在界面处形成细化时，水泥石和骨料变形不一致，致使在界面处形成细微的裂缝；微的裂缝；u 在混凝土硬化前，水泥浆体中的水分向亲水的骨料表在混凝土硬化前，水泥浆体中的水分向亲水的骨料表面迁移，在骨料表面形成一层水膜，从而在硬化的混凝面迁移，在骨料表面形成一层水膜，从而在硬化的混凝土中留下细小的缝隙；土中留下细小的缝隙；u 浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊。浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊。界面劣化机理界面劣化机理骨骨料料Ca(OH)Ca(OH)2 2 Aft Aft C-
12、S-H C-S-H过渡层过渡层0-1000-100 m m 混凝土界面过渡层模型混凝土界面过渡层模型 W/C W/C高（从骨料高（从骨料水泥石，水泥石，W/CW/C）；）；孔隙率大；孔隙率大；Ca(OH)Ca(OH)2 2和钙矾石多，和钙矾石多，C-S-HC-S-H的的CaO/SiOCaO/SiO2 2比大；比大；Ca(OH)Ca(OH)2 2和钙矾石结晶颗粒大；和钙矾石结晶颗粒大；Ca(OH)Ca(OH)2 2取向生长。取向生长。界面过渡层特点界面过渡层特点混凝土组成材料的作用混凝土组成材料的作用 在混凝土组成材料中，水泥和水组成水泥浆，它在混凝土组成材料中，水泥和水组成水泥浆，它包裹在所有
13、骨料的表面并填充在骨料空隙中。包裹在所有骨料的表面并填充在骨料空隙中。在混凝土硬在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用化前，水泥浆起润滑作用，赋于混凝土拌合物流动性，便，赋于混凝土拌合物流动性，便于施工；于施工；在混凝土硬化后起胶结作用在混凝土硬化后起胶结作用，把砂、石骨料胶结，把砂、石骨料胶结成为整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材砂、成为整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材砂、石是骨料，对混凝土起骨架作用，其中小颗粒的骨料填充石是骨料，对混凝土起骨架作用，其中小颗粒的骨料填充大颗粒的空隙。粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的大颗粒的空隙。粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的7070808
14、0，因此骨料质量的优劣，对混凝土各项性质的影，因此骨料质量的优劣，对混凝土各项性质的影响很大。响很大。5.2 5.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料混凝土原材料的选择混凝土原材料的选择u原则：在保证原材料质量的前提下，尽可能减少水泥，原则：在保证原材料质量的前提下，尽可能减少水泥，保证混凝土的强度和提高耐久性。保证混凝土的强度和提高耐久性。u方法：减小骨料间空隙，则填充骨料空隙的胶凝材料量方法：减小骨料间空隙，则填充骨料空隙的胶凝材料量减少；减小骨料的总表面积，则包裹骨料表面的胶凝材减少；减小骨料的总表面积，则包裹骨料表面的胶凝材料浆量减少。料浆量减少。u 水泥品种应根据混凝土工程特点、所处
15、的环境条件和施工条水泥品种应根据混凝土工程特点、所处的环境条件和施工条件等进行选择。件等进行选择。一般可选用硅酸盐水泥或掺混合材的硅酸盐水一般可选用硅酸盐水泥或掺混合材的硅酸盐水泥，必要时也可采用膨胀水泥、自应力水泥或快硬硅酸盐水泥泥，必要时也可采用膨胀水泥、自应力水泥或快硬硅酸盐水泥等其他水泥。等其他水泥。u 所用水泥的性能必须符合现行国家有关标准规定。所用水泥的性能必须符合现行国家有关标准规定。例如：在例如：在大体积混凝土工程中，为了避免水泥水化热过大，通常选用矿大体积混凝土工程中，为了避免水泥水化热过大，通常选用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；但也渣硅酸盐水泥、火山灰
16、硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；但也可使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，这时应掺入掺合料和必可使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，这时应掺入掺合料和必要的外加剂。要的外加剂。u 以上两种技术路线，可以殊途同归，达到使混凝土中胶凝材以上两种技术路线，可以殊途同归，达到使混凝土中胶凝材料体系适应使用环境之目的。料体系适应使用环境之目的。5.2.1 5.2.1 混凝土组成材料之一：混凝土组成材料之一：水泥水泥u 原则上配制高强度等级的混凝土应选用强度等级高的水原则上配制高强度等级的混凝土应选用强度等级高的水泥；配制低强度等级的混凝土，选用强度等级低的水泥。泥；配制低强度等级的混凝土，选用强度等级低的水泥。如
17、采用强度等级高的水泥配制低强度等级混凝土时，会使如采用强度等级高的水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏少，影响和易性和耐久性，必须掺入一定数量水泥用量偏少，影响和易性和耐久性，必须掺入一定数量的矿物掺合料。的矿物掺合料。u 目前，目前，采用强度等级低的水泥配制高强度等级混凝土已采用强度等级低的水泥配制高强度等级混凝土已经很普遍经很普遍。混凝土强度等级为。混凝土强度等级为C30C30以下时，可采用强度等级以下时，可采用强度等级为为32.532.5的水泥；混凝土强度等级大于的水泥；混凝土强度等级大于C30C30时，可采用强度等时，可采用强度等级为级为42.542.5以上的水泥。以上的水泥。u
18、 某施工队使用以煤渣掺量为某施工队使用以煤渣掺量为3030的火山灰水泥铺筑路面如图。的火山灰水泥铺筑路面如图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。u按按JTJ 012JTJ 0129494公路混凝土路面设计规范公路混凝土路面设计规范，对于水泥混凝，对于水泥混凝土路面，土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水酸盐水泥。中等及轻交通的路面，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。所以说火
19、山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。u 该路面已出现较多裂纹，可见表面水泥砂浆层干缩较大。该路面已出现较多裂纹，可见表面水泥砂浆层干缩较大。从资料可见，水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组从资料可见，水泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为成分别为 C3S 53C3S 53，C2S 25C2S 25，C3A 15C3A 15，C4AF 7C4AF 7。所选。所选用的水泥熟料矿物组成中用的水泥熟料矿物组成中C3AC3A含量较高，当水泥中含量较高，当水泥中C3AC3A含量较高，含量较高，其干缩较大，选用水泥不当。其干缩较大，选用水泥不当。5.2.2 5.2.2 混凝土组成材料之二：混凝
20、土组成材料之二：骨料骨料水泥水泥骨骨料料砂砂石石水水10vol.%10vol.%70vol.%70vol.%15vol.%15vol.%水泥的品种、强度等级水泥的品种、强度等级含泥量及有害杂质含量；含泥量及有害杂质含量；颗粒形状及表面特征；颗粒形状及表面特征；颗粒级配和粗细程度颗粒级配和粗细程度/最大粒径；最大粒径；强度和坚固性。强度和坚固性。包括饮用水、地表水、地下水、海包括饮用水、地表水、地下水、海水以及经过处理后的工业废水等，水以及经过处理后的工业废水等，JGJ63-2006JGJ63-2006混凝土拌合用水标准混凝土拌合用水标准 5.005.002.502.501.251.250.63
21、00.6300.3150.3150.1600.16010010080.080.063.063.050.050.040.040.031.531.525.025.020.020.016.016.010.010.05.05.0碎碎石石卵卵石石山山砂砂河河砂砂海海砂砂粗骨料粗骨料细骨料细骨料mmmmmmmm普通混凝土用碎石或普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方卵石质量标准及检验方法法JGJ53-92JGJ53-92普通混凝土用砂质普通混凝土用砂质量标准及检验方法量标准及检验方法JGJ52-92JGJ52-92 骨料的作用：骨架作用，传递应力骨料的作用：骨架作用，传递应力 抑制收缩，防止开裂抑制收缩，
22、防止开裂骨料（骨料（aggregateaggregate）u 骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机物，云母、骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机物，云母、轻物质等，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的轻物质等，会粘附在骨料表面，影响水泥石与骨料之间的胶结能力；或形成薄弱部分，或增大收缩，对混凝土的质胶结能力；或形成薄弱部分，或增大收缩，对混凝土的质量产生很大的影响。量产生很大的影响。u 因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。（1 1）骨料中的泥、有害杂质）骨料中的泥、有害杂质GB/T14684-2001GB/T14684-2001建
23、筑用砂建筑用砂规定了砂中有害物质含量的限规定了砂中有害物质含量的限制：制：砂中有害物质含量砂中有害物质含量砂中含泥量和泥块含量砂中含泥量和泥块含量u粗骨料有害物质：卵石和碎石中不应混有草根、树叶、粗骨料有害物质：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。其有害物质应符合树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。其有害物质应符合u 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）与骨料中的活性成分反应，生成碱硅酸凝胶体，它会吸水肿胀中的活性成分反应，生成碱硅酸凝胶体，它会吸水肿胀产生膨胀。使用含碱量小于产生膨胀。使用含碱量
24、小于0.60.6的水泥，或掺加能抑制的水泥，或掺加能抑制碱碱骨料反应的掺合料。骨料反应的掺合料。u 一般来说有一般来说有两类两类碱骨料反应：碱骨料反应：碱碱-碳反应碳反应：碱性物质与含：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是一类是碱碱-硅反应硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。u碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂膨胀性断裂，从，从而而导致混凝土结构开裂导致
25、混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害。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。和开裂，碱骨料反应的过程很慢。海砂含盐要警惕！海砂含盐要警惕！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%（2 2）骨料形状及表面特征）骨料形状及表面特征砂按产源分为天然砂、人工砂两类。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。u天然砂可分为：天然砂可分为：河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；河砂、湖砂：其颗粒圆滑，比较洁净，产源广；山砂：与河砂相比有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机山砂：与河砂相比有棱角，表面粗糙，但含
26、泥量和含有机杂质较多；杂质较多；淡化海砂：淡化海砂：虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含较多盐分。较多盐分。u 人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。（3 3）建筑用砂）建筑用砂-细骨料细骨料砂的粗细程度和颗粒级配砂的粗细程度和颗粒级配u颗粒级配：不同粒径砂相互搭配的情况颗粒级配：不同粒径砂相互搭配的情况u粗细程度：不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。粗细程度：不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。u良好的级配能使骨料堆积所形成的空隙率和总表面积均较小，良好的级配能使骨料堆积所形成的空隙率和总表面积均较小，
27、从而使所需水泥浆量较少，且提高混凝土的密实度和强度。从而使所需水泥浆量较少，且提高混凝土的密实度和强度。u测定方法：筛分析法测定方法：筛分析法级配区和细度模数级配区和细度模数 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
28、3+a+a4 4A A5 5=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4+a+a5 5A A6 6=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 3+a+a4 4+a+a5 5+a+a6 6(A(A2 2+A+A3 3+A+A4 4+A+A5 5+A+A6 6)-5A)-5A1 1100-A100-A1 1M Mx x=3.7-3.1 3.7-3.1 粗砂粗砂3.0-2.3 3.0-2.3 中砂中砂2.2-1.6 2.2-1.6 细砂细砂细度模数细度模数/%/%1 1区区2 2区区3 3区区/mm/mm图图4.2 4.2 砂的级配曲线砂的级配曲线/mm/mm/%/%u 超过超过3 3区往左
29、上偏时，区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土表示砂过细，拌制混凝土时需要的水泥浆量多，易时需要的水泥浆量多，易使混凝土强度降低，收缩使混凝土强度降低，收缩增大；增大；u超过超过1 1区往右下偏时，表区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易制，而且内摩擦大，不易振倒成型。振倒成型。u一般认为，处于一般认为，处于2 2区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区。配制混凝土的最理想的级配区。|例例1 1某干砂某干砂500g500g的筛分结果如下表所列的筛分
30、结果如下表所列,试计算该砂的细度试计算该砂的细度模数并评定其级配。模数并评定其级配。23456115100AAAAAAMxA（）43.31100510096805121）（计算细度模数：计算细度模数：根据细度模数，该砂属粗砂。在级配区内画出该砂的筛分根据细度模数，该砂属粗砂。在级配区内画出该砂的筛分曲线。该曲线落在区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级曲线。该曲线落在区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。配合格。注注 x x在在3.73.13.73.1为粗砂，为粗砂，x x在在3.02.33.02.3为中砂，为中砂，x x在在2.21.62.21.6为细砂，为细砂，x x在在1.50.71.5
31、0.7为特细砂。为特细砂。砂子的坚固性：砂子的坚固性：u指砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗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破裂的能力。通常天然砂以硫酸钠溶液干湿循环5 5次后的次后的质量损失来表示；人工砂采用压碎指标法进行试验。质量损失来表示；人工砂采用压碎指标法进行试验。类别类别项目项目I I类类类类类类云母（按质量计）云母（按质量计）()/%)/%1.01.02.02.02.02.0轻物质（按质量计）轻物质（按质量计）()/%)/%1.01.01.01.01.01.0有机物（比色法）有机物（比色法）合格合格合格合格合格合格
32、硫化物及硫酸盐（按硫化物及硫酸盐（按SOSO3 3质量计）质量计）()/%)/%0.50.50.50.50.50.5氯化物（以氯离子质量计）氯化物（以氯离子质量计）()/%)/%0.010.01 0.02 0.02 0.06 0.06质量损失质量损失()/%)/%8 88 81010单级最大压碎指标单级最大压碎指标()/%)/%202025253030u 根据有关规定，在桥梁上游米以及下游根据有关规定，在桥梁上游米以及下游米的水域属于禁止挖砂的区域。如果在桥梁附近进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用。挖砂将改变河床行挖砂，会对桥梁造成一定的危害作用。
33、挖砂将改变河床自然坡度及水流形态，导致河床随水流由高向低处不断下自然坡度及水流形态，导致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涮，导致桥基越来越浅，下切的河床与桥墩周边砂土被淘涮，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。如果遭遇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减弱。洪水或其他事故，桥梁的稳固性将大大减弱。u 20022002年年6 6月，从日晚至日中午，西安市持续月，从日晚至日中午，西安市持续降雨。日下午时许
34、开始，灞河河水暴涨，陇海铁路线降雨。日下午时许开始，灞河河水暴涨，陇海铁路线西安市灞桥段铁路桥桥墩被洪水冲击松动。此后，陇海线西安市灞桥段铁路桥桥墩被洪水冲击松动。此后，陇海线灞桥铁路桥第号桥墩、第号桥墩、第号、号和灞桥铁路桥第号桥墩、第号桥墩、第号、号和号桥墩相继发生塌陷，造成约多米的铁路桥完全垮号桥墩相继发生塌陷，造成约多米的铁路桥完全垮塌断裂，余乘客滞留西安。桥梁使用时间长、河塌断裂，余乘客滞留西安。桥梁使用时间长、河道挖砂加剧河床下切及洪水水势浩大，是陇海铁路灞河桥道挖砂加剧河床下切及洪水水势浩大，是陇海铁路灞河桥被洪水冲垮的重要原因。被洪水冲垮的重要原因。u 按照国家规定，在桥梁等建
35、筑物上下游按照国家规定，在桥梁等建筑物上下游500500米内米内不得进行挖砂等作业。铁路部门认为，这样的距离，对于不得进行挖砂等作业。铁路部门认为，这样的距离，对于一般的小河、小桥，可以保证安全系数。对于灞河这样的一般的小河、小桥，可以保证安全系数。对于灞河这样的大河、大桥，安全系数远远不够。大河、大桥，安全系数远远不够。2022-8-5482022-8-550u 据记者了解，在垮桥下方有据记者了解，在垮桥下方有3030多个砂站，每个砂站日存砂多个砂站，每个砂站日存砂可达可达600600多立方米，往往一天下来，有超过多立方米，往往一天下来，有超过1 1万方砂石被挖砂万方砂石被挖砂人从距离陇海线
36、不远的灞河铁路大桥屹立的灞河水中掏走。人从距离陇海线不远的灞河铁路大桥屹立的灞河水中掏走。盲目无度的非法盲目无度的非法采砂导致河床下陷，采砂导致河床下陷，使位于晋江上游西溪使位于晋江上游西溪上的漳（平）泉（州）上的漳（平）泉（州）线跨河铁路桥的桥墩线跨河铁路桥的桥墩基础严重裸露，直接基础严重裸露，直接威胁着铁路桥列车运威胁着铁路桥列车运行的安全行的安全(4)(4)建筑用石建筑用石粗骨料颗粒级配粗骨料颗粒级配粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同。级配试验采用筛分法测定，即用级配试验采用筛分法测定，即用2.362.36、4.754.75、9.59.5、16
37、.016.0、19.019.0、26.526.5、31.531.5、37.537.5、53.053.0、63.063.0、75.075.0和和9090等等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。十二种孔径的圆孔筛进行筛分。石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连续级石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的级较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的
38、级配。配。间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相断级配制成的混凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。差较大，混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石、卵石的颗粒级石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石、卵石的
39、颗粒级配规格见下表。配规格见下表。表表 4-3 卵卵石石或或碎碎石石的的颗颗粒粒级级配配范范围围（GB/T14685-2001）累累计计筛筛余余（%）筛筛孔孔尺尺寸寸（圆圆孔孔筛筛）（）级级配配情情况况 公公称称 粒粒级级（）2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.50 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90 510 95100 80100 015 0 516 95100 85100 3060 010 0 520 95100 90100 4080 010 0 525 95100 90100 3070 05 0 531.5 95100 90100 7090 154
40、5 05 0 连连续续粒粒级级 540 95100 7090 3065 05 0 1020 95100 85100 015 0 1631.5 95100 85100 010 0 2040 95100 80100 010 0 31.563 95100 75100 4575 010 0 单单粒粒级级 4080 95100 70100 3060 010 0 u压碎指标是将一定重量气干状态下压碎指标是将一定重量气干状态下10-2010-20的石子装入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一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到200200，卸荷后称取试样质量（卸荷后称取试样质量（0 0
41、），再用孔径为），再用孔径为2.362.36的筛的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m m1 1），用下），用下式计算压碎指标：式计算压碎指标：式中式中a a-压碎指标值，压碎指标值，%；0 0-试样质量，试样质量，g g；1 1-压碎试验后试样的筛余量，压碎试验后试样的筛余量，g g。压碎指标值越小，骨料的强度越高。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）（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2782781811812572571
42、14114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2626252252423423124124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。石的最大粒径（石的最大粒径（D Dmaxmax）石子最大粒径越大，总表面积越小，但是也要满足石子最大粒径越大，总表面积越小，但是也要满足混混凝土结构工程施工及验收规范凝土
43、结构工程施工及验收规范GB50204-92GB50204-92规定：规定：u 混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的的1/41/4，同时不得大于钢筋间最小净距的，同时不得大于钢筋间最小净距的3/43/4；u 对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/21/2，且不得超过，且不得超过50mm50mm；u 对于泵送混凝土，骨料最大粒径与输送管内径之比，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。粗骨料的
44、粒径效应粗骨料的粒径效应uD Dm m增大，削弱了粗集料与水泥浆体的黏结，增大了内部增大，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；结构的不连续性；u粗骨料对水泥硬化体收缩起约束作用，由于二者弹性模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，因而混凝土内部产生拉应力，量不同，因而混凝土内部产生拉应力，D Dm m增大，拉应力增大，拉应力增大；增大；uD Dm m增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增大。大。u 另外，细颗粒石子颗粒形状不合理，形状以针片状为另外，细颗粒石子颗粒形状不合理，形状以针片状为主。主。u 国
45、标规定针片状颗粒含量国标规定针片状颗粒含量15%15%，而自密实混凝土要求，而自密实混凝土要求其含量其含量5%5%。v 我国石子级配极不合理，其空隙率达我国石子级配极不合理，其空隙率达48%48%。美国、加拿大美国、加拿大C60-C100C60-C100C100C100D Dmaxmax20mm20mmD Dmaxmax10-12mm10-12mm日本日本C60C60D Dmaxmax10mm330L,Ves430LVe330L,Ves430L时，混凝土具有良好的工作性；时，混凝土具有良好的工作性；Ve430LVe430L时，混凝土泌水的可能性不大，时，混凝土泌水的可能性不大，但混凝土粘聚性、
46、和易性差；但混凝土粘聚性、和易性差；Ve330L,Ves330L,Ves430L时，混凝土保水性差，易泌水、时，混凝土保水性差，易泌水、离析、分层等。离析、分层等。u除了原材料的因素，在做混凝土配合比设计时，应除了原材料的因素，在做混凝土配合比设计时，应重点考重点考虑石子体积、浆体体积的比例。虑石子体积、浆体体积的比例。用用正确的思路正确的思路指导混凝土指导混凝土配合比的设计配合比的设计是最重要的是最重要的。混凝土的离析和泌水混凝土的离析和泌水泌水、离析的解决办法：泌水、离析的解决办法：离析、泌水离析、泌水提高砂率提高砂率Ve330LVe330LVes430LVes430L减少外加剂减少外加剂
47、减少用水量减少用水量增加水泥用量增加水泥用量增加粉煤灰量增加粉煤灰量增加含气量增加含气量增加砂浆含量。增加砂浆含量。提高保水性提高保水性提高粘聚性提高粘聚性增加水泥浆体含量，增加水泥浆体含量，改善和易性改善和易性混凝土的离析和泌水混凝土的离析和泌水u防止离析、泌水的具体措施：防止离析、泌水的具体措施：1 1、石子级配合理，单一粒径的石子应提高砂率；、石子级配合理，单一粒径的石子应提高砂率；2 2、引气可减小泌水，特别是用卵石配制低强度等级的大流、引气可减小泌水，特别是用卵石配制低强度等级的大流动性混凝土时；动性混凝土时；3 3、产生泌水的主要原因是砂率偏低，合理的砂率能保证混、产生泌水的主要原
48、因是砂率偏低，合理的砂率能保证混凝土的工作性和强度；凝土的工作性和强度；4 4、掺加粉煤灰，特别是配制低强度等级的大流动性混凝土，、掺加粉煤灰，特别是配制低强度等级的大流动性混凝土，粉煤灰掺量应适当提高，从而提高其保水性；粉煤灰掺量应适当提高，从而提高其保水性；5 5、掺加增稠剂提高混凝土的粘聚性和保水性，防止泌水和、掺加增稠剂提高混凝土的粘聚性和保水性，防止泌水和离析；离析；6 6、减少用水量或外加剂的掺量，使得游离水的比例减少，、减少用水量或外加剂的掺量，使得游离水的比例减少，提高混凝土的粘聚性等。提高混凝土的粘聚性等。以上措施应有针对性的应用，采取一种或综合方法。以上措施应有针对性的应用
49、，采取一种或综合方法。混凝土的滞后泌水混凝土的滞后泌水u滞后泌水：是指混凝土初始时工作性符合要求，但经过滞后泌水：是指混凝土初始时工作性符合要求，但经过一段时间后（比如一段时间后（比如1h1h）才产生大量泌水的现象。）才产生大量泌水的现象。u可能的原因为：砂率偏低、掺和料等的吸水和放水平衡、可能的原因为：砂率偏低、掺和料等的吸水和放水平衡、外加剂缓凝组分较多有关。外加剂缓凝组分较多有关。混凝土的滞后泌水混凝土的滞后泌水u产生滞后泌水的原因及对策：产生滞后泌水的原因及对策：原因原因对策对策真实砂率低、砂含石过高真实砂率低、砂含石过高提高砂率提高砂率砂子中细颗粒含量少砂子中细颗粒含量少提高掺和料用
50、量，做必要补充提高掺和料用量，做必要补充石子级配不合理、单一粒径石子级配不合理、单一粒径提高砂率提高砂率25%水泥、掺和料泌水率大水泥、掺和料泌水率大更换水泥、掺和料；增加增稠组分更换水泥、掺和料；增加增稠组分低强度等级或贫混凝土低强度等级或贫混凝土采用引气剂或提高胶凝材用量采用引气剂或提高胶凝材用量不明原因不明原因改变外加剂配方或以上综合措施改变外加剂配方或以上综合措施混凝土的异常凝结混凝土的异常凝结u急凝：混凝土搅拌后迅速凝结。日常工作中很少遇到。其急凝：混凝土搅拌后迅速凝结。日常工作中很少遇到。其原因不外乎：水泥过热、水泥中石膏严重不足、外加剂与原因不外乎：水泥过热、水泥中石膏严重不足、
