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

水泥混凝土

混凝土是以胶凝材料、颗粒状集料以及必要时加入化学外加剂和矿物掺和料等组分的混合料经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料。

由水泥、砂、石子、水、外加剂组成的叫普通混凝土。

一、混凝土的特点

1、混凝土的优点

混凝土材料在建筑工程中得到广泛应用是因为与其他材料相比且有许多优点：

1）材料来源广泛：

2）性能可调整范围大：

3）易于加工成型：

4）匹配性好，维修费用少。

2、混凝土的缺点

1）自重大，比强度小：

2）抗拉强度低，变形能力差而易产生裂缝：

3）硬化时间长，在施工中影响质量的因素较多，质量波动较大。

二、混凝土的应用与发展

随着科学技术的发展，混凝土的缺点下被逐渐克服。

如采用轻质骨料可显著降低混凝土的自重，提高强度；掺入纤维或聚合物，可提高抗强度，大大降低混凝土的脆性；掺入减水剂、早强剂等外加剂，可显著缩短硬化时间，改善力学性能。

混凝土的技术性能也在不断的发展，高性能混凝土（HPC）将是今后混凝土的发展方向之一。

高性能混凝土除了要求具有高强度（fcu≥60MPa）等级外，还必须具备良好的工作性、体积稳定性和耐久性。

目前，我国发展高性能混凝土的主要途径主要有以下方面；

1）采用高性能的原料以及与其相适应的工艺。

2）采用多种复合途径提高混凝土的综合性能；可在基本组成材料之外加入其他有效材料，好高效减水剂、早强剂、缓凝剂、硅灰、优质粉煤灰、沸石粉等一种或多种复合的外加组分以调整各改善混凝土的浇筑性能及内部结构，综合提高混凝土的性能和质量。

3）从节约资源、能源，减少工业废料排放和保护自然环境的角度考虑，则要求混凝土及原材料的开发、生产，建筑施工作业等均应既能满足当代人的建设需要，又不危及后代人的延续生存环境，因此绿色高性能混凝土（GHPC）也将成为今后的发展方向。

许多国家正在研究开发新技术混凝土，如灭菌、环境调色、变色、智能混凝土等，这些新的发展动态可以说明混凝土的潜力很大，混凝土技术与应用领域有待开拓。

三、对混凝土的基本要求

1）混凝土拌和物有一定的和易性，便于施工，并获得均匀密实的混凝土。

2）要满足结构安全所要求的强度，心承受荷载。

3）要有与工程环境相适应的耐久性。

4）在保证质量的前提下，尽量节省水泥，满足经济性的要求。

普通混凝土的组成材料

普通混凝土是以通用水泥为胶结材料，用普通砂石材料为集料，并以普通水为原材料，按专门设计的配合比，经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。

现代水水泥混凝土中，为了调节和改善其工艺性能和力学性能，还加入各种化学外加剂和磨细矿质掺合料。

砂石在混凝土中起骨架作用，故也称骨料或集料。

水泥和水组成水泥浆，包裹在砂石表面并填充砂石空隙，在拌和物中起润滑作用，赋予混凝土拌和物一定的流动性，使混凝土拌和物容易施工；在硬化过程中胶结砂、石，将集料颗粒牢固地黏结成整体，使混凝土有一定的强度。

混凝土的组成及各材料的大致比例如表一。

混凝土组成及各组分材料绝对体积比表一

组成成分

水泥

水

砂

石

空气

占混凝土总体积的（%）

10-15

15-20

20-30

35-48

1-3

25-35

66-78

1-3

一、水泥

1、水泥品种的正确选择

水泥是混凝土的胶结材料，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量，在保证混凝土性能的前提下，就尽量节约水泥，降低工程造价。

首先根据工程特点、所处环境气候条件，特别是工程竣工后可能遇到的环境因素以及设计、施工的要求进行分析，并考虑当地水泥的供应情况选用行当品种的水泥。

2、水泥强度等级的正确选择

水泥的强度等级，应与混凝土设计强度等级相适应。

用高强度等级的水泥配低强度等级混凝土时，水泥用量偏少，会影响和易性及强度，可掺适量混和材料（火山灰、粉煤灰、矿渣等）予以改善。

反之，如水泥强度等级选用过低，则混凝土中水泥用量太多，非但不经济，而且降低混凝土的某些技术品质（如收缩率增大等）。

一般情况下（C30以下），水泥强度为混凝土强度的1.5-2.0倍较合适（高强度混凝土可取0.9-1.5）。

若采用某些措施（如掺减水剂和掺合材料），情况则大不相同，用42.5级的水泥也能配制C60-C80的混凝土，其规律主要受水灰比定则控制。

3、水泥用量的确定

为保证混凝土的耐久性，水泥用量满足有关技术标准规定的最小和最大水泥用量的要求。

如果水泥用量少于规定的最小水泥用量，则取规定的最小水泥用量值；如果水泥用量大于规定的最大的水泥用量，应选择更高强度等级的水泥或采用其他措施使水泥用量满足规定要求。

水泥的具体用量由混凝土的配合比设计确定。

二、细集料——砂

在混凝土中粗细集料的总体积占混凝土体积的70%-80%，因些混凝土用集料的性能对于所配制的混凝土的性能有很大的影响。

集料按粒径大小分为细集料和粗集料，粒径在150um-4.75mm之间的集料称为细集料，粒径大于4.75mm的集料称为粗集料。

根据集料的密度的大小集料又可分为普通集料、轻集料及重集料。

1、细集料的质量要求

混凝土用砂要求砂粒的质地坚实、清洁、有害杂质含量要少。

砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

1）密度和空隙率要求

密度ps>2.5g/cm3；堆积密度pos>1400kg/m3；空隙率Ps<45%。

2）含泥量、泥块含量和石粉含量

含泥量是指砂中粒径小于75um的岩屑、淤泥和黏土颗粒总含量的百分数。

泥块含量是颗粒粒径大于1.18mm，水侵碾压后可成为小于600um块状黏土在淤泥颗粒的含量。

石粉含量是人工砂生产过程中不可避免的粒径小于75um的颗粒的含量，粉料径虽小，但与天然砂中的泥成分不同，粒径分布（40-75um）也不同，含量要求应符合表二。

3）有害杂质含量

砂在生产过程中，由于环境的影响和作用，常混有对混凝土性质有害的物质，主要有黏土、淤泥、黑云母、轻物质、有机质、硫化物和硫酸盐、氯盐等。

云母为光滑的小薄片，与水泥的黏结性差，影响混凝土的强度和耐久性；硫化物和硫酸盐对水泥有腐蚀作用等。

有害杂质含量限制见表二。

砂中有害杂质含量限制表表二

项目

指标

Ⅰ类

Ⅱ类

Ⅲ类

亚甲蓝试验

MB值<1.40或合格

石粉含量（按质量计）（%）

<3.0

<5.0

<7.0

泥块含量（按质量计）（%）

<1.0

<2.0

MB值>1.40或不合格

石粉含量（按质量计）（%）

<1.0

<3.0

<5.0

泥块含量（按质量计）（%）

<1.0

<2.0

云母（按质量计）（%）

<1.0

<2.0

轻物质（按质量计）（%）

<1.0

有机物（比色法）（%）

合格

硫化物和核酸盐（按SO3质量计）（%）

<0.5

氯化物（按氯离子质量计）（%）

<0.01

<0.5

<0.06

含泥量（按质量计）（%）

<1.0

<0.02

<5.0

泥块含量（按质量计）（%）

<1.0

<2.0

4）坚固性

天然砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行试验检测，砂样经5次循环后其质量损失就符合表三中的规定；人工砂采用压碎指标法进行试验检测，压碎指标值就小于表三中的规定。

坚固性指标表三

项目

指标

Ⅰ类

Ⅱ类

Ⅲ类

质量损失（小于）（%）

2、砂的粗细程度和颗粒级配

1）砂的粗细程度

砂的粗细程度，是指不同粒径砂粒混合在一起的平均粗细程度。

砂子通常分为粗砂、中砂、细砂三种规格。

在混凝土各种材料用量相同的情况下，若砂过粗，砂颗粒的表面积较小，混凝土的黏聚性、保水性较差；若砂过细，砂子颗粒表面积过大，虽黏聚性、保水性好，但因砂的表面积大，、需较多水泥浆来包裹砂粒表面，当水泥浆用量一定时，富裕的用于润滑的水泥浆较少，混凝土搅和物的流动性差，甚至还会影响混凝土的强度。

所以，拌混凝土用的砂，不宜过粗，也不不宜过细。

颗粒大小均匀的砂是级配不良的砂。

砂的粗细程度通常用细度模数（MX）表示

2）砂的颗粒级配

砂的颗粒级配是指不同粒径的颗粒互相搭配及组合的情况。

级配良好的砂，其大小颗粒的含量适当，一般有较多的粗颗粒，并且适当数量的中等颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，砂的总表面积及空隙率均较小。

使用级配良好的砂，填充空隙用的水泥浆较少，不仅可以节省水泥，而且混凝土的和易性好，强度耐久性也较高。

3）砂的粗细程度与颗粒级配的测定

砂粗细程度和颗粒级配是由砂的筛分试验来进行测定的。

筛分试验是采用过9.50mm方孔筛后500g烘干的待测砂，用一套孔径从大到小（孔径分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600um、300um、150um）的标准金属方孔筛进行筛分，然后称其各筛上所得的粗颗粒的质量（称为筛余量），将各筛余量分别除以500得到分计筛余百分率（%）a1、a2、a3、a4、a5、a6，再将其累加得到累计筛余百分率（简称累计筛余率）A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算过程见表四。

累计筛余百分率（%）与分计筛余百分率（%）的关系表四

筛孔尺寸（mm）

分计筛余

累计筛余百分率（%）

分计筛余量（g）

分计筛余百分（%）

4.75mm

A1=a1

2.36mm

A2=a1+a2

1.18mm

A3=a1+a2+a3

600um

A4=a1+a2+a3+a4

300um

A5=a1+a2+a3+a4+a5

150um

A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6

注；表中

4）砂的粗细及级配的判定

1.砂的粗细的判定

砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂3种规格，细度模数越大，砂越粗，反之越细。

细度模数按下式计算；

式中；

——细度模数。

——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600um、300um、150um筛的累计筛余百分率%。

细度模数越大，表示砂越粗，普通混凝土用砂的细度模数在3.7-1.6之间。

当Mx=3.7-3.1时为粗砂；Mx=3.0-2.3为中砂；Mx=2.2-1.6为细砂。

普通混凝土在可能的情况下应选用粗砂或中砂，以节约水泥。

2.砂的级配判定

砂的颗粒级配用级配区表示，以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性。

根据计算和实验结果，规定将砂的合理级配以600um级的累计筛余率为准，划分为3个级配区，分别称为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，任何一种砂，只要其累计筛余率A1-A6分别分布在某同一级配区的相应累计筛余率的范围内，即为级配合理，符合级配要求。

砂的颗粒级配要求见表五。

除4.75mm和600um级外，其他级的累计筛余可以略有超出，但超出总量应小于5%。

由表中数值可见，在3个级配区内，只有600um级的累计筛余率是重叠的，故称其为控制粒级，控制粒级使任何一个砂样只能处于某一级配区内，避免出现属两个级配区的现象。

其中Ⅰ区为粗砂区，用过粗的砂配制混凝土，拌和物的和易性不易控制，内摩擦角较大，混凝土振捣困难。

Ⅲ区砂较细，为细砂区，适宜配制富混凝土和低动流性混凝土。

超出Ⅲ区范围过细的砂，配成的混凝土不仅水泥用量大，而且强度将显著降低。

Ⅱ区为中砂区，应优先选择级配在Ⅱ区的砂；当采用Ⅱ区砂时，应适当提高砂率；当采用Ⅲ区砂时，应适当减小砂率，以保证混凝土强度。

工程中，若砂的级配不合适；可采用人工掺配的方法予以改善，即将粗、细砂按适当的比例掺和使用。

也可将砂过筛，筛除过粗或过细的颗粒。

砂的颗粒级配表五

级配区

方孔筛（mm）

Ⅰ（粗）

Ⅱ（中）

Ⅲ（细）

9.50

4.75

10-0

2.36

35-5

25-0

15-0

1.18

65-35

50-10

25-0

0.6（控制粒径）

85-71

70-41

40-16

0.3

95-80

92-70

85-55

0.15

100-90

注；1.表中的数据为累计筛余数（%）。

2.砂的实际颗粒级配与表列累计百分率相比，除4.75mm和0.6mm筛孔外，允许稍有超出界线，但其总量百分率不应大于5%。

3.Ⅰ区砂中0.15mm筛孔累计筛余可放宽100-85，Ⅱ区砂中0.15mm筛孔累计筛余可放宽100-80，Ⅲ区砂中0.15mm筛孔累计筛余可放宽100-75。

三、粗集料——石子

粗集料是指粒径大于4.75mm的岩石颗粒。

常用的粗集料有卵石（砾石）和碎石。

由人工破碎而成的石子称为碎石，或人工石子；由天然形成的石子称为卵石。

卵石按其产源特点，也可分为河卵石、海卵石和山卵石。

其各自的特点相应的天然砂类似，各有其优缺点。

通常，卵石的用量很大，故应按就地取材的原则给予选用。

卵石的表面光滑，混凝土拌和物比碎石流动性要好，但与水泥砂浆黏结力差，故强度较低。

卵石和碎石按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三个等级。

Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级C30-C60及抗冻、抗渗或有其他要求的混凝土；Ⅲ类适用于强度等级小于C30的混凝土。

1、最大粒径及颗粒级配

与细集料相同，混凝土对粗集料的基本要求也是颗粒的总表面积要小和颗粒大小搭配要合理，以达到节约水泥和逐级填充而形成最大的密实度的要求。

1）最大粒径

粗集料公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。

如公称粒级5-20mm的石子其最大粒径即20mm。

最大粒径反映了粗集料的平均粗细程度。

拌和混凝土中集料的最大粒径加大，总表面减小，单位用水量有效减少。

在用水量和水灰比固定不变的情况下，最大粒径加大，集料表面包裹的水泥浆层加厚，混凝土拌和物可获较高的流动性。

若在工作性一定的前提下，可减小水灰比，使强度和耐久性提高。

通常加大粒径可获得节约水泥的效果。

但最大粒径过大（大于150mm）不但节约水泥的效率不再明显，而且会降低混凝土的抗拉强度，会对施工质量，甚至对搅拌机械造成一定的损害。

根据规定；混凝土用的粗集料，其最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4.对混凝土的实心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过400mm。

2）颗粒级配

粗集料与细集料一样，也要有良好的颗粒级配，以减小空隙率，增强密实性，从而节约水泥，保证混凝土和和易性及强度。

特别是配制高强度混凝土，粗集料级配特别重要。

粗集料的颗粒级配也是通过筛分实验来确定，所采用的方孔标准筛孔径为2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm、90.0mm等12个。

根据各筛分计筛余量计算而得的分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算方法也与相同。

依据国家标准，普通混凝土用碎石及卵石的颗粒级配就符合表六规定。

卵石或碎石颗粒级配范围表六

筛孔（mm）

公称直径（mm）

累计筛余（%）

2.36

4.75

9.50

16.0

19.0

26.5

31.5

37.5

53.0

63.0

75.0

90.0

连续粒级

5-10

95-100

80-100

0-15

5-16

95-100

85-100

30-60

0-10

5-20

95-100

90-100

40-80

—

0-10

5-25

95-100

90-100

—

30-70

—

0-5

5-31.5

95-100

90-100

70-90

—

15-45

—

0-5

5-40

—

95-100

70-90

—

30-65

—

0-5

单粒粒级

10-20

95-100

85-100

0-15

16-31.5

95-100

80-100

0-10

20-40

95-100

80-100

0-10

31.5-63

95-100

75-100

45-75

0-10

40-80

95-100

70-100

30-60

0-10

粗集料的颗粒级配按供应情况分为连续和单粒粒级。

按实际使用情况分为连续级配和间断级配两种。

连续级配是石子的粒径从大到小连续分级，每一级都占适当的比例。

连续级配的颗粒大小搭配连续合理（最小粒径为4.75mm起），颗粒上下限粒径之比接近2，用其配制的混凝土拌和物工作性好，不易发生离析，在工程中应用较多。

但其缺点是，当最大粒径较大（大于37.5mm）时，天然形成的连续级配往往与理论最佳值有偏差，且在运输，堆放过程中易发生离析，影响到级配的均匀合理性。

实际应用时，除直接采用级配理想的天然连续级配外，常采用预先分级筛分形成的单粒粒级进行掺配组合成人工连续级配。

间断级配是石子粒级不连续，人为剔去某些中间粒级的颗粒而形成的级配方式。

间断级配更有效降低石子颗粒间的空隙率，使水泥达到最大很度的节约，但由于粒径相差较大，故混凝土拌和物易发生离析，间断级配需按设计进行掺配而成。

2、强度及坚固性

1）强度

粗集料在混凝土中要形成紧实的骨架，故其强度要满足一定的要求。

粗集料的强度有立方体挤压强度和压碎指标值两种。

立方体挤压强度是浸水泡和状态下的集料母体岩石制成的50mm×50mm×50mm立方体试件，在标准试验条件下测得的挤压强度值。

根据标准规定，要求岩石挤压强度火成岩不小于80MPa，变质岩不小于60MPa，水成岩不小于30MPa。

压碎指标是对粒状粗集料强度的另一种测定方法。

该各方法是将气干状态下9.5-13.5mm的石子按规定方法填充于压碎指标测定仪（内径152mm的圆筒）内，其上放置压头，在压力面试验上均匀加荷到200KN并稳荷5s，卸荷后称量试样质量（m1），然后再用孔径为2.36mm的筛进行筛分，称其筛余量（m2），则为压碎指标QC可用下式表示；

式中；

——压碎值指标，%；

——试样质量，g；

——试样的筛余量，g。

压碎指标值越大，说明集料的强度越小。

该种方法操作简便，在实际生产质量控制中应用较普遍。

根据标准粗集料的压碎指标值控制可参照表七选用。

卵石和碎石的压碎指标表七

项目

指标

Ⅰ类（C60以上）

Ⅱ类（C60-C30）

Ⅲ类（C30以下）

碎石压碎指标（%）

<10

<20

<30

卵石压碎指标（%）

<12

<16

2）坚固性

集料颗粒在气候、外力及其乳物理力学因素作用下抵抗碎裂的能力称为坚固性。

集料由于干湿循环或冻融交替等作用引起体积变化会导致混凝土破坏。

集料越密实，强度超高、吸水率越小时，其坚固性越好；而结构疏松，矿物成分越复杂、结构不均匀，其坚固必越差。

集料的坚固怀，采用硫酸溶液浸泡来检验。

该种方法是将集料颗粒在硫酸钠溶液中浸泡若干次，取出烘干后，测其在硫酸钠结晶晶体的膨胀作用下集料的质量损失率来说明集料的坚固性，其指标应符合表八所示的要求。

碎石和卵石的坚固性指标表八

项目

指标

Ⅰ类（C60以上）

Ⅱ类（C60-C30）

Ⅲ类（C30以下）

质量损失（%）

<10

3、针片状颗粒

为提高混凝土强度和减小骨料间的空隙，粗集料颗粒的理想形状应为三维长度相等或相近的立方体形或球形颗粒。

但实际集料产品中常会出现颗粒长度大于平均粒径4倍的针状颗粒和厚度小于平均粒径0.4倍的片状颗粒。

针片状颗粒的外形和较低的抗折能力，会降低混凝土的密实度和强度，并使其工作性变差，故其含量应予以控制，针、片状颗粒含量按标准规定的针状规准仪来逐粒测定，凡颗粒长度大于针状规准仪上相应间距者为针状颗粒；颗粒厚度小于片状规准仪上相应孔宽者，为片状颗粒。

卵石或碎石的针片状颗粒允许含量应符合表九规定。

4、含泥量和泥块含量

卵石、碎石的含泥量是指粒径小于75um的颗粒含量；泥块含量粒径大于4.75mm经水洗，手捏后小于2.36mm颗粒含量。

各类产品中泥量应符合表九所示的规定。

当粗细集料中含有活性二氧化硅（如蛋白石、凝灰岩、鳞石英等岩石）时，可与水泥中的碱性氧化物NaOH或KOH发生化学反应，生成体积膨胀的碱—硅酸凝胶体。

该种物质吸水体积膨胀，会造成硬化混凝土的严重开裂，甚到造成工程事故，这各有害作用称为碱—集料反应。

当集料中含有活性二氧化硅，而水泥含碱量超过0.6%时，需进行专门试验，以免发生碱—集料反应。

卵石或碎石中有害杂质质量限值表九

项目

指标

Ⅰ类

（C60以上）

Ⅱ类

（C60-C30）

Ⅲ类

（C30以下）

针片状颗粒含量（按质量计）（%）

含泥量（按质量计）（%）

<0.5

<1.0

<1.5

泥块含量（按质量计）（%）

0.5

0.7

有机物

合格

硫化物和硫酸盐（按SO3质量计）（%）

0.5

1.0

四、拌和用水

混凝土拌和用水按水源分为饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗刷水和海水。

拌制宜采用饮用水。

对混凝土拌和用水的质量要求是所含物质对混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土不应产生以下有害作用；

1）影响混凝土的工作性及凝结。

2）有碍于混凝土强度发展。

3）降低混凝土的耐久性，加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断。

4）污染混凝土表面。

根据以上要求，符合国家标准的生活用水（自来水、河水、江水、湖水）可直接拌制各种混凝土。

混凝土拌和用水水质要求应符合表十的规定。

对于使用年限为100年的结构混凝土，氯离子含量不超过500mg/L；对使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，氯离子含量不超过350mg/L。

被检验水样应与饮用水样进行水泥凝结时间对比试验。

对比试验的水泥初凝时间差及终凝时间差均不应大于30min；同时初凝时间应符合现行国家标准的规定。

被检验水样应与饮用水样进行水泥胶砂强度对比试验，被检验水样配制的水泥胶砂3d和28d强度不低于饮用水配制的水泥胶砂3d和28d强度的90%。

混凝土拌和用水水质要求表十

项目

预应力混凝土

钢筋混凝土

素混凝土

pH值（mg/L）

≥5.0

≥4.5

不溶物（mg/L）

≤2000

≤5000

可溶物（mg/L）

≤2000

≤5000

≤10000

氯化物（以Cl计）（mg/L）

≤500

≤1000

≤3500

硫化物（以SO42-计）（mg/L）

≤600

≤2000

≤2700

碱含量（mg/L）

≤1500

注；碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。

采用非碱活性骨料时，可不检验碱含量

五、掺和料

掺和料包括粉煤灰、火山灰质、粒化高炉矿渣（活性混合材料）等，应由生产专门加工，进行产品检验并出具产品合格证书。

使用单位对产品的质量有怀疑时，应对其质量进行复查，掺和料技术条件如下所述。

1、

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