土木工程材料土木工程材料 (13).pdf

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1、第第6章章 混凝土混凝土 6.4 普通普通混凝土的混凝土的基本基本组成材料组成材料粗粗骨料骨料 普通混凝土的粗集料有碎石和卵石两种。碎石是由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的粒径大于 5mm 的岩石颗粒。碎石具有表面粗糙、多棱角、较洁净、与水泥浆粘结比较牢固的特点，是土木工程中用量最大的粗骨料。卵石是由自然条件作用而形成的，粒径大于 5mm 的岩石颗粒，又称为砾石。按其产源不同可分为河卵石、海卵石及山卵石等几种，其中以河卵石应用较多。含泥量指粒径小于 0.080mm 颗粒的含量。泥块含量指集料中粒径大于 5mm,经水洗、手捏后变成小于 2.5mm 的颗粒的含量。粘土、淤泥、细屑等粉状杂质本身强度

2、极低，且总表面积很大。砂、石中的粘土、淤泥、细屑等粉状杂质含量增多，因包裹其表面所需的水泥浆量增加，造成混凝土的流动性降低。为保证拌合料的流动性，将使混凝土的拌合用水量增大，即水灰比增大；粘土等粉状物还粘附在骨料的表面，降低水泥石与砂、石间的界面粘结强度，从而导致混凝土的强度和耐久性降低，变形增大；若保持强度不降低，必须增加水泥用量，但这将使混凝土的收缩变形增大，降低混凝土的耐久性。泥块对混凝土性能的影响与上述粉状物的影响基本相同，但对强度和耐久性的影响程度更大。砂、石中的活性氧化硅会与水泥或混凝土中的碱产生碱骨料反应。该反应的结果是在骨料表面生成一种复杂的碱-硅酸凝胶，在潮湿条件下由于凝胶吸

3、水而产生很大的体积膨胀，胀裂硬化混凝土的水泥石与骨料界面，使混凝土的强度、耐久性等下降。碱骨料反应往往需几年、甚至十几年以上才表现出来，但对混凝土的损伤很大，因此必须限制砂、石中的活性氧化硅的含量。骨料颗粒的形状，最好是近似于球形或立方体的形状，薄片状或细长的骨料会增大其空隙率，需要更多量的水泥浆制才能配制出满足和易性要求的混凝土；有棱角的骨料，在增大空隙率的同时，也增加了骨料之间的摩擦力，也需要有多量的水泥浆。粗骨料中，针、片状颗粒受力容易折断，降低混凝土强度，增大骨料的空隙，同时也消耗更多的水泥，增加混凝土出现裂纹的机率，降低混凝土的耐久性，应予以严格控制。骨料的表面特征也影响拌合物的和易

4、性及混凝土的强度，表面粗糙的骨料拌制的混凝土和易性较差，强度较高；而表面光滑的骨料与水泥的粘结较差，拌制的混凝土和易性好，但强度稍低。粗集料颗粒级配的含义和目的与细集料相同，且同样通过筛分析试验来测定。石子筛分析标准筛一套 12 个，均为方孔，孔径分别是：2.36、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75、90mm。分计筛余百分率和累计筛余百分率的计算与砂相同。粗骨料的级配有连续级配、间断级配和单粒级之分。连续级配是将石子按其尺寸大小分级，其分级尺寸是连续的。连续级配的混凝土一般和易性良好，不易发生离析现象，是常用的级配方法。间断级配是有意剔除中间尺寸的颗粒

5、，使大颗粒与小颗粒间存在“断档”。按理论计算，当分级增大时，骨料空隙率降低的速率较连续级配快，因而间断级配可较好地发挥骨料的骨架作用而减少水泥用量。但容易产生离析现象，和易性较差。连续级配及间断级配一般由各种单粒级组合为所要求的级配。单粒级也可与连续级配混合使用，以改善级配或配成较大粒度的连续级配。单粒级不宜用单一的单粒级配制混凝土。如必须单独使用，则应作技术经济分析，并应通过试验证明不会发生离析或影响混凝土的质量。骨料级配的好坏与混凝土是否具有良好的和易性、密实性有很大的关系，好的级配可以减少混凝土的需水量、空隙率，提高混凝土的耐久性。粗骨料级配合理良好，其空隙率越小，填充在其间的砂子少，包

6、裹在砂子表面的水泥浆数量减少，单位体积混凝土的水泥砂浆用量降低。良好级配的骨料，不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。粗集料最大粒径与其总表面大小紧密相关。所谓粗集料最大粒径是指粗集料公称粒级的上限。当集料最大粒径增大时，其总表面积减少，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆数量减少。因此，在条件许可的情况下，粗集料的最大粒径应尽量选用大一些的。研究表明，对于贫混凝土（单位水泥用量不多于 170kg），采用大粒径集料是有利的；但当集料粒径大于 40mm 后，对于结构常用混凝土并无多大好处，甚至可能造成混凝土的强度下降。与细集料一样，为了节约混凝土的水泥用量，提高混凝

7、土的密实度和强度，混凝土粗集料的总表面积应尽可能减少，其空隙率应尽可能降低。粗集料最大粒径受结构形式和钢筋疏密的限制，根据混凝土结构工程施工质量验收规范 的规定，混凝土粗集料的最大粒径不得超过截面最小尺寸的 1/4，且不得大于钢筋最小净距的 3/4；对于混凝土实心板，集料最大粒径不宜超过板厚的 1/4 且不得超过 40mm；任何情况下，粗集料的最大粒径不得大于 150mm。粗集料的最大粒径也受施工条件的限制，石子粒径过大不利于混凝土的运输和搅拌。对于泵送混凝土，为防止混凝土泵送试管道堵塞和混凝土分层，不同泵送高度时粗集料的最大粒径和输送管径之比需满足不同的要求。混凝土中粗骨料起大的骨架作用。为

8、保证混凝土的强度要求。粗骨料必须质地致密、具有足够的强度，尤其在配制高强混凝土时，避免混凝土受压时粗骨料首先被压碎，导致混凝土强度降低，影响其耐久性。碎石的强度可用岩石的立方体抗压强度和压碎指标值表示；卵石的强度用压碎指标值表示。岩石的立方体抗压强度直接测定生产碎石的母岩的强度。碎石抗压强度的测定，是将粗集料的母岩制成边长为 50mm 的立方体，每组 6 个试件，试件在水中浸泡 48h 后，在压力机上测定其极限抗压强度值。碎石强度在混凝土强度等级为 C60 及以上时应进行岩石抗压强度检验，其他情况下如有怀疑或认为有必要时也可进行岩石的抗压强度检验。岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于 1

9、.5，且火成岩强度不宜低于 80MPa，变质岩不宜低于 60MPa，水成岩不宜低于 30MPa。集料在混凝土中呈堆积状态受力，而采用直接法测定粗集料抗压强度时，集料是相对面受力。为了模拟粗集料在混凝土中的实际受力状态，采用压碎指标法来间接表示粗集料强度。压碎指标试验，是将一定质量气干状态的粒径为9.519.0mm 的石子除去针片状颗粒后装入标准筒内，在 35min 内均匀加荷至200kN 并持荷 5s。卸荷后称取试样质量 m0，再用 2.36mm 孔径的方孔筛筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样质量 m1，按这个公式计算压碎指标值。压碎指标值010mmm 压碎指标值越小，说明粗集料抵抗受压破碎能力越强，其强度越大。