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　　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，%）＜1.02.02.0

硫化物与硫酸盐含量（按SO3质量计，%）＜0.50.50.5

有机物含量（用比色法试验）＜合格合格合格

轻物质＜1.01.01.0

氯化物含量（以NaCl质量计，%）＜0.010.020.06

含泥量（按质量计，%）＜1.03.05.0

粘土块含量（按质重量计，%）＜01.02.

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≤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（%）

4.75m1

2.36m2

1.18m3

0.600m4

0.300m5

0.150m6

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

10.0000

4.7510～010～010～0

2.3635～525～015～0

1.1865～3550～1025～0

0.60085～7170～4140～16

0.30095～8092～7085～55

0.150100～90100～90100～90

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）4.752.361.180.6000.3000.150底盘合计

筛余量（g）28.557.673.1156.6118.555.59.7499.5

[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（%）a1a2a3a4a5a6

5.7111.5314.6331.3523.7211.11

累计筛余率（%）A1A2A3A4A5A6

5.7117.2431.8763.2286.9498.05

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。

　　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），%＜0.51.01.5

粘土块含量（按质重量计），%＜00.50.7

硫化物与硫酸盐含量（以SO3重量计），%＜0.51.01.0

针片状（按质量计），%＜51525

坚固性质量损失，%＜5812

碎石压碎指标，＜102030

卵石压碎指标，＜121616

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）

2.364.759.5016.019.026.531.537.553.063.075.090

连续粒级5～1095～10080～1000～150－－－－－－－－

5～1695～10085～10030～600～100－－－－－－－

5～2095～10090～10040～80－0～100－－－－－－

5～2595～10090～100－30～70－0～50－－－－－

5～31.595～10090～10070～90－15～45－0～50－－－－

5～40－95～10075～90－30～65－－0～50－－－

单粒级10～20－95～10085～100－0～150－－－－－－

16～31.5－95～100－85～100－－0～100－－－－

20～40－－95～100－80～100－－0～100－－－

31.5～63－－－95～100－－75～10045～75－0～100－

40～80－－－－95～100－－70～100－30～600～10

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。

　　一、水泥混凝土路面用粗集料压碎值

　　水泥混凝土路面用粗集料的压碎值指标试验方法（JTJ058T0315—1994）与前述普通混凝土相同。

　　二、沥青路面用粗集料压碎值

　　沥青路面用粗集料压碎值指标的测定，根据现行规程（JTJ058T0316—2000）的规定，是将13.2～16mm的试样m0克，装入专用试样筒中，逐级施加400KN的荷载，卸荷后用孔径2.36mm的筛子过筛，称取通过2.36mm筛孔的全部细料重量计作m1，则压碎值指标按下式计算：

（4-3）

式中：

——集料压碎值（%）；

m0——试验前试样重量（g）；

m1——试验后通过2.36mm筛孔的细料重量（g）。

三、道路用粗集料磨光值

　　高等级公路对路面的抗滑性能有一定的要求，作为路面用的集料，在车辆轮胎的作用下，不仅要求具有高的抗磨耗性能，而且要求具有高的抗磨光性。

根据现行规程（JTJ058T0321—94）的规定，集料的抗磨光性采用磨光值表示（简称PSV）。

磨光值的测试方法是选取10～15mm的试样，密排于试模中，用环氧树脂砂浆固结成一整体，每组4个试件。

加速磨光机的道路轮在试样表面以640±

10r/min的速度旋转，先用30号金刚砂水磨3h，再用280号金刚砂水磨3h，用摆式摩擦系数仪测定摩擦系数值，经换算后得磨光值（详见试验部分）。

　　集料的磨光值越高，表示抗滑性能越好。

高速公路和一级公路的集料磨光值要求不小于42，普通公路不小于35。

玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩的磨光值一般较高。

几种常用集料的磨光值列于表4-9。

表4-9常用岩石的磨光值

岩石名称石灰岩角页岩斑岩石英岩花岗岩玄武岩砂岩

磨光值平均值43455658596272

范围30～7040～5043～7145～6745～7045～8160～82

四、道路用粗集料冲击值

　　集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性，常用集料冲击值（LSV）表示。

根据现行规程（JTJ058T0322—2000）的规定，集料冲击值的测试是采用方孔筛筛取9.5～13.2mm的试样m克，装入金属盛样器中，在冲击值试验仪中用冲击锤自380±

5mm的高度自由落锤冲击15次，再用2.36mm的筛筛去被冲碎的细粒，称量筛余，计作m1，则冲击值指标LSV按下式计算：

（4-4）

LSV——集料的冲击值（%）；

m——原试样重量（g）；

m1——试验后通过2.36mm的试样重量（g）。

集料的冲击值越大，表明集料的抗冲击性能越差。

高速公路和一级公路的值要求不大于28%，普通公路不大于30%。

　　五、道路用粗集料磨耗值

　　集料磨耗值用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。

根据现行规程（JTJ058T0323—2000