混凝土组成材料剖析.ppt

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1、v混凝土组成材料之一混凝土组成材料之一关于水泥的几点说明关于水泥的几点说明 水泥品种应根据混凝土工程特点、所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。一处的环境条件和施工条件等进行选择。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，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。所用水泥或快硬硅酸盐水泥等其他水泥。所用水泥的性能必须符合现行国家有关标准的水泥的性能必须符合现行国家有关标准的规定。规定。例如：在大体积混凝土工程中，为了避例如：在大体积混凝土工程中，为了避免水泥水化热过大，免

2、水泥水化热过大，通常选用矿渣硅酸盐水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；泥、火山灰硅酸盐水泥、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，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要的外加剂。这时应掺入掺合料和必要的外加剂。以上两以上两种技术路线，可以殊途同归，达到使混凝土种技术路线，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。中胶凝材料体系适应使用环境之目的。原则上配制高强度等级的混凝土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，选用强度等级低的度等级的混凝土，

3、选用强度等级低的水泥。如采用强度等级高的水泥配制水泥。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。入一定数量的矿物掺合料。目前，目前，采用强度等级低的水泥配制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高强度等级混凝土已经很普遍。混凝土。混凝土强度等级为强度等级为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，可采用强度等级为时，可采用强度等级为42.542.5

4、以上的水泥。以上的水泥。某施工队使用以煤渣掺量为某施工队使用以煤渣掺量为30的火山灰水泥铺筑路面，见的火山灰水泥铺筑路面，见图图4-1。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。按裂缝。按JTJ 01294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，对于水泥混凝土路面，混凝土路面，“水泥可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道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泥。水泥。”所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。

5、所以说火山灰水泥铺筑路面是选用水泥不当。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，泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成从资料可见，泥混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为分别为 C C3 3S 53S 53，C C2 2S 25S 25，C C3 3A 15A 15，C C4 4AF 7AF 7。所选用的所选用的水泥熟料矿物组成中水泥熟料矿物组成中C C3 3A A含量较高，当水泥中含量较高，当水泥中C C3 3A A含量较高，其含量较高，其干缩较大，选用水泥不当。干缩较大，选用水泥不当。混凝土组成材料之三混凝

6、土组成材料之三 水水 混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。凡是能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制有害物质。凡是能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水、和养护混凝土。污水、pHpH值小于值小于4 4的酸性水、含硫酸盐（按的酸性水、含硫酸盐（按SOSO2 2计）超过计）超过1 1的水均不能使用。当对水质有疑问时，可将该水的水均不能使用。当对水质有疑问时，可将该水与蒸馏水或饮用水分别进行水泥凝结时间、砂浆或混凝土强度与蒸馏水或饮用水分别进行水泥凝结时间、砂浆或混凝土强度对比实验，初凝和终凝时间差均不得

7、大于对比实验，初凝和终凝时间差均不得大于3030分钟。如强度不低分钟。如强度不低于用蒸馏水或饮用水拌制的砂浆、混凝土的于用蒸馏水或饮用水拌制的砂浆、混凝土的90%90%，则此水可以，则此水可以用。一般情况下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸用。一般情况下不得用海水拌制混凝土，因海水中含有的硫酸盐、镁盐和氯化物会侵蚀水泥石和钢筋。盐、镁盐和氯化物会侵蚀水泥石和钢筋。混凝土组成材料之二混凝土组成材料之二 骨骨 料料水泥水泥骨骨料料砂砂石石水水10vol.%70vol.%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；颗颗粒形状及表面特征；粒形

8、状及表面特征；颗颗粒粒级级配配和和粗粗细细程度程度/最大粒径；最大粒径；强强度度和和坚坚固性。固性。包括包括饮饮用水、地表水、地下水、海用水、地表水、地下水、海水以及水以及经过处经过处理后的工理后的工业废业废水等，水等，JGJ63-89JGJ63-89混凝土拌合用水混凝土拌合用水标标准准 5.005.002.502.501.251.250.6300.6300.3150.3150.1600.16010010080.080.063.063.050.050.040.040.031.531.525.025.020.020.016.016.010.010.05.05.0骨料骨料（aggregateagg

9、regate）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卵石质普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法量标准及检验方法JGJ53-92JGJ53-92普通混凝土用砂质量标普通混凝土用砂质量标准及检验方法准及检验方法JGJ52-92JGJ52-92 骨料的作用骨料的作用骨架作用，传递应力抑制收缩，防止开裂我们应该重视骨料的品质骨料中的泥、有害杂质骨料中的泥、有害杂质v 骨料中的泥及其中的硫化物、硫酸盐、有机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

10、的胶结能力；或形成薄弱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，对混凝土的质量产生很大部分，或增大收缩，对混凝土的质量产生很大的影响。的影响。v 因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进因此标准对砂和石中的泥、有害杂质含量进行限制。行限制。GB/T14684-2001建筑用砂建筑用砂规定了砂中有害物质含量的限制：规定了砂中有害物质含量的限制：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v粗骨料有害物质：卵石和碎石中不应混有草粗骨料有害物质：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。根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。其有害物质应

11、符合其有害物质应符合vv 碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（碱骨料反应：水泥中的碱性氧化物（Na2ONa2O、K2OK2O）与骨）与骨料中的活性成分反应，生成碱硅酸凝胶体，它会吸水肿胀料中的活性成分反应，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。使用含碱量小于0.60.6的水泥，或掺加能抑制碱的水泥，或掺加能抑制碱骨料反应的掺合料。骨料反应的掺合料。一般来说有两类碱骨料反应：一般来说有两类碱骨料反应：一类是碱一类是碱-硅反应：碱性物硅反应：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；生化学反应；另

12、一类是碱另一类是碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐碳反应：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。类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应。碱骨料反应的碱骨料反应的结果是吸水后在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混结果是吸水后在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱凝土结构开裂。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。骨料反应的过程很慢。海砂含盐要警惕！海砂含盐要警惕！骨料形状及表面特征骨料形状及表面特征棱角状棱角状 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

13、25%25%请注意降低骨料的空隙率，减少浆请注意降低骨料的空隙率，减少浆体用量！体用量！请注意骨料的颗粒形状，灰影响混请注意骨料的颗粒形状，灰影响混凝土的和易性，增加浆体用量！凝土的和易性，增加浆体用量！请注意骨料的吸水率，会影响混凝请注意骨料的吸水率，会影响混凝土拌和物的和易性！增加单位体积用土拌和物的和易性！增加单位体积用水量！水量！建筑用砂的种类：建筑用砂的种类：砂按产源分为天然砂、人工砂两类，天然砂砂按产源分为天然砂、人工砂两类，天然砂可分为：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，但含泥山砂：与河砂

14、相比有棱角，表面粗糙，但含泥量和含有机杂质较多；量和含有机杂质较多；淡化海砂：淡化海砂：虽然有河砂的优点，但常混有贝虽然有河砂的优点，但常混有贝壳碎片和含较多盐分。壳碎片和含较多盐分。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。(1)使工作度最佳化（工作性）使工作度最佳化（工作性）(2)減少漿體用量（經濟性）減少漿體用量（經濟性）Vp=Vv+S.tmin-(5-1)式中式中 Vp：水泥漿體用量；水泥漿體用量；tmin：所需最少潤滑及粘結水泥漿厚度所需最少潤滑及粘結水泥漿厚度S：骨材表面積；和骨材表面積；和Vv：骨材間空隙；骨材間空隙；骨材級配的重要性骨材級

15、配的重要性骨材級配的重要性骨材級配的重要性篩分析最大骨材粒徑 細度模數 骨材級配的量化骨材級配的量化骨材級配的量化骨材級配的量化砂的粗细程度砂的粗细程度细度模数细度模数M Mx x砂的粗细程度，指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。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+a

16、3 3A A4 4=a=a1 1+a+a2 2+a+a3 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/%1区2区3区/mm图4.2砂的级配曲线/mm/%筛分曲线超过筛分曲线超过3 3区往左上偏时，

17、表示砂过细，拌制混凝区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土时需要的水泥浆量多，易使混凝土强度降低，收缩增大；土时需要的水泥浆量多，易使混凝土强度降低，收缩增大；超过超过1 1区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振倒成型。一般物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振倒成型。一般认为，处于认为，处于2 2区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区。混凝土的最理想的级配区。|例例4-1某干砂某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的筛分结果如下

18、表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配的细度模数并评定其级配砂子的坚固性，是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5次后的质量损失来表示；人工砂采用压碎指标法进行试验。类别项目I类类类云母（按质量计）()/%1.02.02.0轻物质（按质量计）()/%1.01.01.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）()/%0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计）()/%0.010.020.06质量损失()/%8810单级最大压碎指标()/%202530砂按技术要求分为三类：砂按技术要求分为三类：I类宜用于强度等级类宜用于强度等

19、级C60的混凝土的混凝土II类宜用于强度等级类宜用于强度等级C30C60的混凝土及有抗的混凝土及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；冻抗渗或其他要求的混凝土；III类宜用于强度等级类宜用于强度等级C30的混凝土和建筑砂的混凝土和建筑砂浆浆 根据有关规定，在桥梁上游米以及下根据有关规定，在桥梁上游米以及下游米的水域属于禁止挖砂的区域。如果在游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。挖砂将改变河床自然坡度及水流形态，导致用。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切。河床下切对大河床随水流由高向低处

20、不断下切。河床下切对大桥带来的直接影响是：桥墩基础周围的砂土被淘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。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如果遭遇洪水或其他事故，桥梁的稳固性将大大减弱。减弱。2002年年6月，从日晚至日中午，西安市持续降雨。月，从日晚至日中午，西安市持续降雨。日下午时许开始，灞河河水暴涨，陇海铁路线西安市日下午时许开始，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，陇海线灞桥铁灞

21、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、号和号桥墩路桥第号桥墩、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塌断裂，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、河道挖砂加余乘客滞留西安。桥梁使用时间长、河道挖砂加剧河床下切及洪水水势浩大，是陇海铁路灞河桥被洪水冲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。垮的重要原因。按照国家规定，在桥梁等建筑物上下游按照国家规定，在桥梁等建筑物上下游500米内不得米内不得进行挖砂等作业。铁路部门认为，这样的距离，对于一般进行挖砂等作业。铁路部门认为

22、，这样的距离，对于一般的小河、小桥，可以保证安全系数。对于灞河这样的大河、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。大桥，安全系数远远不够。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，多个砂站，每个砂站日存砂可达每个砂站日存砂可达600600多立方米，往往一天多立方米，往往一天下来，有超过下来，有超过1 1万方砂石被挖砂人从距离陇海万方砂石被挖砂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。线不远的灞河铁路大桥屹立的灞河水中掏走。盲目无度的非法采砂盲目无度的非法采砂导致河床下陷，使位导致河床下陷，使位于晋江上游西溪上的于晋江上游西溪

23、上的漳（平）泉（州）线漳（平）泉（州）线跨河铁路桥的桥墩基跨河铁路桥的桥墩基础严重裸露，直接威础严重裸露，直接威胁着铁路桥列车运行胁着铁路桥列车运行的安全的安全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。级配试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，即用验采用筛分法测定，即用2.362.36、4.754.75、9.59.5、16.016.0、19.019.0、26.526.5、31.531.5、37.537.5、53.053.0、63.063.0、75.075.0和和9090等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。等十二种孔径的圆孔筛进行筛分。石子的颗粒级

24、配可分为连续级配和间断级配。连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，每级石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是合料，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配。工程上最常用的级配。间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为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，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，连续，大骨

25、料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混凝土，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。由于其颗粒粒径相差较大，混凝可以节约水泥。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。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、卵石石子颗粒级配范围应符合规范要求。碎石、卵石的颗粒级配规格见下表。的颗粒级配规格见下表。骨料的强度骨料的强度v 为了保证混凝土的强度，骨料必须致密并具有足够的强度。v 碎石的强度可用抗压强度和压碎指标值表示，卵石的强度只用压碎指标值表示。v 岩石立方强度试验，是用母岩制成55

26、5 立方体，或直径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡水中4，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5。v压碎指标是将一定重量气干状态下10-20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200，卸荷后称取试样质量（0），再用孔径为2.36的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1），用下式计算压碎指标：v式中 a-压碎指标值，%；v0-试样质量，g；vm1-压碎试验后试样的筛余量，g。v压碎指标值越小，骨料的强度越高。各种岩石抗压强度各种岩石抗压强度（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

27、岗岩花岗岩278278181181257257114114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。石的最大粒石的最大粒径（径（D Dmaxmax）混凝土结构工程施工及验收规范混凝土结构工程施工及验收规范GB50204-9

28、2GB50204-92规定：规定：v 混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的寸的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；v 对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的的1/21/2，且不得超过，且不得超过50mm50mm；v 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。粗骨料的粒径效应粗骨料的粒径效应Dm增大，削弱了

29、粗集料与水泥浆体的黏结，增大了内部结构的不连续性；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，Dm增大，拉应力增大；Dm增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增大。v 另另外外，细细颗颗粒粒石石子子颗颗粒粒形形状状不不合合理理，形形状状以以针片状为主。针片状为主。v 国国标标规规定定针针片片状状颗颗粒粒含含量量15%15%，而而自自密密实实混混凝土要求其含量凝土要求其含量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 Dmaxmax

30、20mm20mmD Dmaxmax10-12mm10-12mm日本日本C60C60D Dmaxmax10mm10mm v【案例4-1】砂质量不合格导致混凝土凝结异常v概况概况 某工厂的钢筋混凝土条形基础，使用强度设计等级C30的混凝土，混凝土浇筑后，第二天检查发现部分硬化结块，部分呈疏松状，未完全硬化，轻轻敲击纷纷落下，混凝土基本无强度，工程被迫停工，从混凝土的形态上可以看出有部分砂粒表面无水泥浆，大部分砂粒间水泥浆较少。v分析分析经调查，混凝土用砂含泥量超过标准一倍以上，导致泥粉总面积大幅度增加，需要更多的水泥浆包裹它们。同时，泥粉本身强度低，降低了混凝土的强度。其次，砂子细度模数小，砂率偏

31、高，在质量相同情况下，表面积大大增加，需要更多的水泥浆包裹，而此工程混凝土配合比并没有充分考虑者以上情况，水泥用量偏低，砂粒表面没有被包裹层或包裹层太薄，这影响了混凝土的凝结和强度，第三，由于现场砂粒细、含泥量大，砂团不易分散，按常规搅拌时间，不能充分使水泥浆完全包裹砂粒。导致混凝土拌和物不均匀。v【案例4-2】骨料含有害杂质引发事故v概况概况某厂一座四层钢筋混凝土框架结构厂房，梁、柱为现浇混凝土。该厂房于1988年1月开工，工期为10个月，交付使用后一个月就在梁、柱等多处出现爆裂。半年后混凝土柱基、大梁根部等处混凝土也陆续出现爆裂，严重的导致大梁折断。v分析分析使用含有害杂质的工业废渣做骨料

32、。取裂缝处碎片进行X射线分析，发现其中晶体多为方镁石,并含有少量生石灰石，裂缝是由于方镁石、生石灰石水化膨胀造成。调查发现该厂为节省资金，使用含有MgO和CaO的工业废渣代替部分混凝土骨料，导致了事故的发生。【案例4-3】采用海水做拌合水导致混凝土腐蚀破坏v概况概况 某海口城市临近出海口建造7层综合楼，采用现浇钢筋混凝土框架结构，使用现场挖井取水配制C18混凝土，该工程于1994年竣工投入使用，至2000年住户陆续发现部分柱、梁、板混凝土出现顺筋开裂现象，个别地方混凝土崩落，钢筋外露锈蚀发展迅速。v分析分析 由于工程场地紧临出海口，每年秋冬时节均会出现海水倒灌的现象，经调查得知，混凝土拌合用水

33、氯离子及硫酸根离子超标。这是导致混凝土开裂和钢筋锈蚀的主要原因。由于混凝土界面粘结及界面结构差，形成大量界面裂缝和孔洞，促进了有害离子的渗透，加速混凝土劣化及钢筋锈蚀。高性能混凝土的原材料v1 1、我们需要怎样的骨料、我们需要怎样的骨料v2 2、粉煤灰在混凝土中、粉煤灰在混凝土中“做做”了什么？了什么？1 1、我们需要怎样的骨料、我们需要怎样的骨料 集料对混凝土的性能有重要的影响：集料对混凝土的性能有重要的影响：除了作为经济的填充料之外，通常还为混除了作为经济的填充料之外，通常还为混凝土带来了良好的和易性、体积稳定性、耐凝土带来了良好的和易性、体积稳定性、耐磨性和耐久性，可以影响混凝土的力学性

34、能磨性和耐久性，可以影响混凝土的力学性能和物理性能。和物理性能。从从HPCHPC角度考虑骨料的选择应注意以下几方面：角度考虑骨料的选择应注意以下几方面：具有足够高的强度和硬度。具有足够高的强度和硬度。应避免含有淤泥、黏土和有机杂质。淤泥和应避免含有淤泥、黏土和有机杂质。淤泥和黏土会增加混凝土的需水量，有机物可能影黏土会增加混凝土的需水量，有机物可能影响水泥的水化过程。响水泥的水化过程。要重视骨料的粒形要重视骨料的粒形:v我们希望使用较规则外形的骨料。英国我们希望使用较规则外形的骨料。英国BS812BS812标准将骨料形状分为：立方体（球形）标准将骨料形状分为：立方体（球形）、不规则、非常不规则

35、、扁平、细长几类。、不规则、非常不规则、扁平、细长几类。相对而言，扁平或片状骨料以及非常不规则相对而言，扁平或片状骨料以及非常不规则的骨料粒形对的骨料粒形对HPCHPC是不利的是不利的 由于胶凝材料浆体的需求量是由集料间由于胶凝材料浆体的需求量是由集料间需要填充的空隙和集料需要包裹的面积需要填充的空隙和集料需要包裹的面积决定的。所以希望选择空隙率低、比表决定的。所以希望选择空隙率低、比表面积相对较小的集料。细度模数：面积相对较小的集料。细度模数：2.82.83.03.0为宜。为宜。应避免含硫酸盐、氯盐等侵蚀性盐类超应避免含硫酸盐、氯盐等侵蚀性盐类超标的骨料。标的骨料。最大粒径最大粒径DmDma

36、)a)满足施工模具尺寸、钢筋等方面的规范满足施工模具尺寸、钢筋等方面的规范要求。要求。b)b)DmDm增大，（水泥粉煤灰）浆体需求量增大，（水泥粉煤灰）浆体需求量越小，可以节约水泥，提高混凝土的耐越小，可以节约水泥，提高混凝土的耐久性。但应注意的是，久性。但应注意的是，DmDm过大会产生内过大会产生内部应力，削弱强度，尤其是富浆混凝土部应力，削弱强度，尤其是富浆混凝土中，中，DmDm过大会引起强度降低。而对于高过大会引起强度降低。而对于高强混凝土，建议使用粗骨料的粒径（强混凝土，建议使用粗骨料的粒径（DmDm要小）至少应在要小）至少应在20mm20mm以下。以下。断级配骨料断级配骨料 所谓断级

37、配就是缺少一个或数个粒所谓断级配就是缺少一个或数个粒径的集料颗粒，这样的集料空隙率低，径的集料颗粒，这样的集料空隙率低，用于配制成本低的混凝土适用于干硬性用于配制成本低的混凝土适用于干硬性的低工作性并需要振动的混凝土。但不的低工作性并需要振动的混凝土。但不适用于流动性混凝土，会导致严重的离适用于流动性混凝土，会导致严重的离析问题。析问题。有害物质有害物质1 1）有机物）有机物2 2）硫化物与硫酸盐（产生过多的硫酸钙晶体，）硫化物与硫酸盐（产生过多的硫酸钙晶体，体积膨胀）体积膨胀）3 3）氯盐离子含量）氯盐离子含量0.3kg/m30.3kg/m3，日本氯化物含量，日本氯化物含量的容许极限是按的容

38、许极限是按NaClNaCl的绝干质量的的绝干质量的0.040.04。骨料的种类骨料的种类v骨料组成成分不同，对混凝土体积稳定性的骨料组成成分不同，对混凝土体积稳定性的影响不同影响不同混凝土组成材料之四混凝土组成材料之四 矿物细掺料矿物细掺料 矿物掺合料是指在混凝土拌合物中，为了节约水泥，改善混凝土性能加入的具有一定细度的天然或者人造的矿物粉体材料，也称为矿物外加剂，是混凝土的第六组分。常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉、燃烧煤矸石等。粉煤灰应用最普遍。粉煤灰又称飞灰，是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑，大部分由直径以计的实心和(或)中空玻璃微

39、珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成。v粉煤灰在混凝土中的作用活性行为和胶凝作用。粉煤灰的活性来源于它所含的玻璃体，他与水泥水化生成的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成C-S-H和C-A-H、水化硫铝酸钙，强化了混凝土界面过渡区，同时提高混凝土的后期强度。充填行为和致密作用。粉煤灰是高温煅烧的产物，其颗粒本身很小，且强度很高。粉煤灰颗粒分布于水泥浆体中水泥颗粒之间时，提高混凝土胶凝体系的密实性。需水行为和减水作用。由于粉煤灰的的颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰由于其“滚珠轴承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，提高混凝土的抗裂性。v降

40、低混凝土早期温升，抑制开裂。大掺量粉煤灰混凝土特别适合大体积混凝土。v二次水化和较低的水泥熟料量使最终混凝土中的Ca(OH)2大为减少，可以有效提高混凝土抵抗化学侵蚀的能力。v当掺加量足够大时，可以明显抑制混凝土碱骨料病害。v降低氯离子渗透能力，提高混凝土的护筋性。v以上作用在水胶比低于0.42时，较突出。(2)硅灰硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅铁合金或硅钢等所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘，色呈浅灰到深灰。硅灰的颗粒是微细的玻璃球体，部分粒子凝聚成片或球状的粒子。其平均粒径为0.10.2，是水泥颗粒粒径的1/501/100,比表面积高达2.0104m2/kg。其主要成分是SiO2（占9

41、0以上），它的活性要比水泥高13倍。以10硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高25以上。由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为混凝土掺合料，须配以减水剂，方可保证混凝土的和易性。硅粉混凝土的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一般为胶凝材料总重的510，且不高于15，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，处于价格考虑，一般混凝土强度低于80MPa时，都不考虑掺加硅粉。(3)粒化高炉矿渣粉粒化高炉矿渣粉是指将粒化高炉矿渣经干燥、磨细达到相当细度且符合相应活性指数的粉状材料，细度大于350m2/kg，一般为400-600m2

42、/kg。其活性比粉煤灰高。v粒化高炉矿渣在水淬时形成的大量玻璃体,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过400m2/kg，以较充分地发挥其活性，减少泌水性。研究表明矿渣磨得越细，其活性越高，掺入混凝土中后，早期产生的水化热越多，越不利于控制混凝土的温升，而且成本较高；当矿渣的比表面积超过400m2/kg后，用于很低水胶比的混凝土中时，混凝土早期的自收缩随掺量的增加而增大；矿渣粉磨得越细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝土拌和物越黏稠。因此，磨细矿渣的比表面积不宜过细。用于大体积混凝土时，矿渣的比表面积宜不超过420m2/kg 掺合料在混凝土中的作用掺合料在混凝土中的作用

43、v1)掺合料可代替部分水泥，成本低廉，经济效益显著。v2)增大混凝土的后期强度。矿物细掺料中含有活性的SiO2和Al2O3，与水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)2反应，生成生成CSH和CAH、水化硫铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得提出的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期强度随着掺量的增加而降低。v3)改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流动性后，很容易使混凝土产生离析和泌水，掺入矿物细掺料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的掺合料还可以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的耐久性。v4)降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝土

44、内部温度可达到5070，比外部温度高，产生温度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土随着气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩使得混凝土中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺合料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了水泥的水化热，降低混凝土温升。v5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性与水泥水化产生的Ca(OH)2密切相关，矿物细掺料和Ca(OH)2发生化学反应，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同时减少混凝土中大的毛细孔，优化混凝土孔结构，降低混凝土最可几孔径，使混凝土结构更加致密，提高了混凝土的抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。v6)6)抑制碱抑制碱骨料反应。试验证明，矿物掺合骨

45、料反应。试验证明，矿物掺合料掺量较大时，可以有效地抑制碱料掺量较大时，可以有效地抑制碱骨料反骨料反应。内掺应。内掺3030的低钙粉煤灰能有效地抑制碱的低钙粉煤灰能有效地抑制碱硅反应的有害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反硅反应的有害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反应，其掺量宜超过应，其掺量宜超过4040。v7)不同矿物细掺料复合使用的“超叠效应”。不同矿物细掺料在混凝土中的作用有各自的特点，例如矿渣火山灰活性较高，有利于提高混凝土强度，但自干燥收缩大；掺优质粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收缩和干燥收缩都很小，在低水胶比下可保证较好的抗碳化性能。硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，但自干燥收缩大，且不利于降

46、低混凝土温升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土更密实。附加知识一、低碱水化硅酸钙的特点一、低碱水化硅酸钙的特点 矿物细粉掺和料中的活性矿物细粉掺和料中的活性SiOSiO2 2和水泥水化生成和水泥水化生成的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生火山灰反应，的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生火山灰反应，生成低碱性水化硅酸钙。生成低碱性水化硅酸钙。1、低碱水化硅酸钙的强度比高碱水化硅酸钙高得多 低碱水化硅酸钙的硅氧链的聚合程度要高得多 低碱水化硅酸钙的晶体尺寸小，晶体

47、尺寸愈小，结晶的完整性愈好，其中的位错、孔隙、裂缝等缺陷愈少 比表面积大，其晶体连生体具有极多的接触点2、低碱性水化硅酸钙的稳定性也高于高碱性的水化硅酸钙3、矿物细粉掺和料的掺入在生成低碱性水化硅酸钙，使胶凝物质数量大幅度提高，游离石灰数量减少。二、矿物细粉掺和料的填充效应二、矿物细粉掺和料的填充效应矿物细粉掺合料有效减少集料空隙率，这一点人们早已充分认识，但人们忽视了混凝土材料中胶凝材料混凝土材料中胶凝材料（水泥（水泥+矿物细粉掺合料）的颗粒级配问题矿物细粉掺合料）的颗粒级配问题。通常水泥的平均粒径为20-30m，小于10m的粒子不足，因此水泥之间填充性不好。加入级粉煤灰、磨细矿粉、硅灰可以

48、不同程度地明显降低胶凝材料粒子的空隙率，提高水化凝胶体结构的特性。这对混凝土性能的影响很大。三、矿物细粉掺和料的耐久性改善效应三、矿物细粉掺和料的耐久性改善效应 由于和游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次水化，生成强度更高、稳定性更优、数量更多的低碱性水化硅酸钙，改善了水化胶凝物质的组成，并减少或消除了游离石灰，对提高混凝土耐久性作用极大。1 1、抗硫酸盐侵蚀性能显著提高，因为在水泥、抗硫酸盐侵蚀性能显著提高，因为在水泥石中缺乏或不存在游离石灰时形成具有膨胀作用石中缺乏或不存在游离石灰时形成具有膨胀作用的钙矾石反应不能进行；的钙矾石反应不能进行；2 2、在有碱集料反应产生的条件下由于矿物细粉掺、

49、在有碱集料反应产生的条件下由于矿物细粉掺合料的掺加在混凝土水化产物中形成大量低碱水合料的掺加在混凝土水化产物中形成大量低碱水化硅酸钙，它们能吸收和固定大量的钠、钾离子化硅酸钙，它们能吸收和固定大量的钠、钾离子从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，极大地从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，极大地减少了碱集料反应的危害性。减少了碱集料反应的危害性。3 3、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗粒的孔隙，使混凝土结构和界面更为致密，阻断粒的孔隙，使混凝土结构和界面更为致密，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大为提了可能形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大为

50、提高。高。4 4、在低水胶比情况下，掺加矿物细粉掺合料，混、在低水胶比情况下，掺加矿物细粉掺合料，混凝土中的可冻水很缺乏，抗冻性大幅度提高，当凝土中的可冻水很缺乏，抗冻性大幅度提高，当然高抗冻性与与低水胶比直接相关，但也与掺加然高抗冻性与与低水胶比直接相关，但也与掺加矿物细粉掺合料密不可分，例如，水科院李金玉矿物细粉掺合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同为等人研究同为0.260.26的水胶比，不掺加矿物细粉掺的水胶比，不掺加矿物细粉掺合料的合料的C60C60混凝土其抗冻融循环只达到混凝土其抗冻融循环只达到F250F250，而，而掺加矿物细粉掺合料的混凝土抗冻融循环可达掺加矿物细粉掺合料的