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轻混凝土
第十一节
特种混凝土
附录：
习题与复习思考题
一、混凝土的分类
混凝土是指用胶凝材料将粗细骨料胶结成整体的复合固体材料的总称。
混凝土的种类很多，分类方法也很多。
（一）按表观密度分类
1.重混凝土。
表观密度大于2600kg/m3的混凝土。
常由重晶石和铁矿石配制而成。
2.普通混凝土。
表观密度为1950～2500kg/m3的水泥混凝土。
主要以砂、石子和水泥配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种。
3.轻混凝土。
表观密度小于1950kg/m3的混凝土。
包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。
（二）按胶凝材料的品种分类
通常根据主要胶凝材料的品种，并以其名称命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等等。
有时也以加入的特种改性材料命名，如水泥混凝土中掺入钢纤维时，称为钢纤维混凝土；
水泥混凝土中掺大量粉煤灰时则称为粉煤灰混凝土等等。
（三）按使用功能和特性分类
按使用部位、功能和特性通常可分为：
结构混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土、补偿收缩混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、高强混凝土、高性能混凝土等等。
二、普通混凝土
普通混凝土是指以水泥为胶凝材料，砂子和石子为骨料，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的“人工石材”，即水泥混凝土，是目前工程上最大量使用的混凝土品种。
“混凝土”一词通常可简作“砼”。
（一）普通混凝土的主要优点
1.原材料来源丰富。
混凝土中约70%以上的材料是砂石料，属地方性材料，可就地取材，避免远距离运输，因而价格低廉。
2.施工方便。
混凝土拌合物具有良好的流动性和可塑性，可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件及构筑物。
既可现场浇筑成型，也可预制。
3.性能可根据需要设计调整。
通过调整各组成材料的品种和数量，特别是掺入不同外加剂和掺合料，可获得不同施工和易性、强度、耐久性或具有特殊性能的混凝土，满足工程上的不同要求。
4.抗压强度高。
混凝土的抗压强度一般在7.5～60MPa之间。
当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。
而且，混凝土与钢筋具有良好的匹配性，浇筑成钢筋混凝土后，可以有效地改善抗拉强度低的缺陷，使混凝土能够应用于各种结构部位。
5.耐久性好。
原材料选择正确、配比合理、施工养护良好的混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性能，且对钢筋有保护作用，可保持混凝土结构长期使用性能稳定。
（二）普通混凝土存在的主要缺点
1.自重大。
1m3混凝土重约2400kg，故结构物自重较大，导致地基处理费用增加。
2.抗拉强度低，抗裂性差。
混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10～1/20，易开裂。
3.收缩变形大。
水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×
10－6m/m以上，易产生混凝土收缩裂缝。
（三）普通混凝土的基本要求
1.满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性。
2.满足设计要求的强度等级。
3.满足工程所处环境条件所必需的耐久性。
4.满足上述三项要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，节约成本，即经济合理性。
为了满足上述四项基本要求，就必须研究原材料性能，研究影响混凝土和易性、强度、耐久性、变形性能的主要因素；
研究配合比设计原理、混凝土质量波动规律以及相关的检验评定标准等等。
这也是本章的重点和紧紧围绕的中心。
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
硫化物与硫酸盐含量（按SO3质量计，%）
0.5
有机物含量（用比色法试验）
合格
轻物质
氯化物含量（以NaCl质量计，%）
0.01
0.02
0.06
含泥量（按质量计，%）
3.0
5.0
粘土块含量（按质重量计，%）
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
循环后质量损失（%）
≤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
累计筛余（％）
Ⅰ区
Ⅱ区
Ⅲ区
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