混凝土基礎知識完整教程

混凝土基礎知識完整教程第一節(jié) 概述第二節(jié) 普通混凝土的組成材料第三節(jié) 道路與橋梁工程用石料的技術性質第四節(jié) 普通混凝土的技術性質第五節(jié) 混凝土外加劑第六節(jié) 混凝土的質量檢驗和評定第七節(jié) 普通混凝土的配合比設計第八節(jié) 高強高性能混凝土第九節(jié) 粉煤灰混凝土第十節(jié) 輕混凝土第十一節(jié) 特種混凝土附錄：習題與復習思考題第一節(jié) 概述一、混凝土的分類混凝土是指用膠凝材料將粗細骨料膠結成整體的復合固體材料的總稱?；炷恋姆N類很多，分類方法也很多。（一）按表觀密度分類1. 重混凝土。表觀密度大于 2600kg/m3 的混凝土。常由重晶石和鐵礦石配制而成。2. 普通混凝土。表觀密度為 19502500kg/m 3 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種。3. 輕混凝土。表觀密度小于 1950kg/m3 的混凝土。包括輕骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。（二）按膠凝材料的品種分類通常根據主要膠凝材料的品種，并以其名稱命名，如水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸鹽混凝土、瀝青混凝土、聚合物混凝土等等。有時也以加入的特種改性材料命名，如水泥混凝土中摻入鋼纖維時，稱為鋼纖維混凝土；水泥混凝土中摻大量粉煤灰時則稱為粉煤灰混凝土等等。（三）按使用功能和特性分類按使用部位、功能和特性通常可分為：結構混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、防輻射混凝土、補償收縮混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、自密實混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、高強混凝土、高性能混凝土等等。 二、普通混凝土普通混凝土是指以水泥為膠凝材料，砂子和石子為骨料，經加水攪拌、澆筑成型、凝結固化成具有一定強度的“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種。 “混凝土”一詞通?？珊喿鳌绊拧?。（一）普通混凝土的主要優(yōu)點1. 原材料來源豐富?；炷林屑s 70%以上的材料是砂石料，屬地方性材料，可就地取材，避免遠距離運輸，因而價格低廉。2. 施工方便?；炷涟韬衔锞哂辛己玫牧鲃有院涂伤苄?，可根據工程需要澆筑成各種形狀尺寸的構件及構筑物。既可現(xiàn)場澆筑成型，也可預制。3. 性能可根據需要設計調整。通過調整各組成材料的品種和數量，特別是摻入不同外加劑和摻合料，可獲得不同施工和易性、強度、耐久性或具有特殊性能的混凝土，滿足工程上的不同要求。4. 抗壓強度高?；炷恋目箟簭姸纫话阍?7.560MPa 之間。當摻入高效減水劑和摻合料時，強度可達 100MPa 以上。而且，混凝土與鋼筋具有良好的匹配性，澆筑成鋼筋混凝土后，可以有效地改善抗拉強度低的缺陷，使混凝土能夠應用于各種結構部位。5. 耐久性好。原材料選擇正確、配比合理、施工養(yǎng)護良好的混凝土具有優(yōu)異的抗?jié)B性、抗凍性和耐腐蝕性能，且對鋼筋有保護作用，可保持混凝土結構長期使用性能穩(wěn)定。（二）普通混凝土存在的主要缺點1. 自重大。1m 3 混凝土重約 2400kg，故結構物自重較大，導致地基處理費用增加。2. 抗拉強度低，抗裂性差。混凝土的抗拉強度一般只有抗壓強度的 1/101/20，易開裂。3. 收縮變形大。水泥水化凝結硬化引起的自身收縮和干燥收縮達 500106 m/m 以上，易產生混凝土收縮裂縫。（三）普通混凝土的基本要求1. 滿足便于攪拌、運輸和澆搗密實的施工和易性。2. 滿足設計要求的強度等級。3. 滿足工程所處環(huán)境條件所必需的耐久性。4. 滿足上述三項要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，節(jié)約成本，即經濟合理性。為了滿足上述四項基本要求，就必須研究原材料性能，研究影響混凝土和易性、強度、耐久性、變形性能的主要因素；研究配合比設計原理、混凝土質量波動規(guī)律以及相關的檢驗評定標準等等。這也是本章的重點和緊緊圍繞的中心。第二節(jié) 普通混凝土的組成材料混凝土的性能在很大程度上取決于組成材料的性能。因此必須根據工程性質、設計要求和施工現(xiàn)場條件合理選擇原料的品種、質量和用量。要做到合理選擇原材料，則首先必須了解組成材料的性質、作用原理和質量要求。一、水泥（一）水泥品種的選擇水泥品種的選擇主要根據工程結構特點、工程所處環(huán)境及施工條件確定。如高溫車間結構混凝土有耐熱要求，一般宜選用耐熱性好的礦渣水泥等等。詳見第三章水泥。（二）水泥強度等級的選擇水泥強度等級的選擇原則為：混凝土設計強度等級越高，則水泥強度等級也宜越高；設計強度等級低，則水泥強度等級也相應低。例如：C40 以下混凝土，一般選用強度等級 32.5 級；C45 C60 混凝土一般選用 42.5 級，在采用高效減水劑等條件下也可選用 32.5 級；大于 C60 的高強混凝土，一般宜選用 42.5級或更高強度等級的水泥；對于 C15 以下的混凝土，則宜選擇強度等級為 32.5 級的水泥，并外摻粉煤灰等混合材料。目標是保證混凝土中有足夠的水泥，既不過多，也不過少。因為水泥用量過多（低強水泥配制高強度混凝土），一方面成本增加。另一方面，混凝土收縮增大，對耐久性不利。水泥用量過少（高強水泥配制低強度混凝土），混凝土的粘聚性變差，不易獲得均勻密實的混凝土，嚴重影響混凝土的耐久性。二、細骨料公稱粒徑在 0.155.0mm 之間的骨料稱為細骨料，亦即砂。常用的細骨料有河砂、海砂、山砂和機制砂（有時也稱為人工砂、加工砂）等。通常根據技術要求分為類、類和類。類用于強度等級大于 C60 的混凝土；類用于 C30C60 的混凝土；類用于小于 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鋼筋混凝土，主要是氯離子含量高，容易導致鋼筋銹蝕，如要使用，必須經過淡水沖洗，使有害成份含量減少到要求以下。山砂可以直接用于一般工程混凝土結構，當用于重要結構物時，必須通過堅固性試驗和堿活性試驗。機制砂是指將卵石或巖石用機械破碎的方法，通過沖洗、過篩制成。通常是在加工碎卵石或碎石時，將小于 10mm 的部分進一步加工而成。細骨料的主要質量指標有：1. 有害雜質含量。細骨料中的有害雜質主要包括兩方面：粘土和云母。它們粘附于砂表面或夾雜其中，嚴重降低水泥與砂的粘結強度，從而降低混凝土的強度、抗?jié)B性和抗凍性，增大混凝土的收縮。有機質、硫化物及硫酸鹽。它們對水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的性能。因此對有害雜質含量必須加以限制。建筑用砂（GB/T14684-2001） 對有害物質含量的限值見表 4-1。普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法（JGJ52-1992）中對有害雜質含量也作了相應規(guī)定。其中云母含量不得大于 2%，輕物質含量和硫化物及硫酸鹽含量分別不得大于 1%，含泥量及泥塊含量的限值為：當小于 C30 時分別不大于 5%和1%，當大于等于 C30 時，分別不大于 3%和 1%。表 4-1 砂中有害物質含量限值項 目 類 類 類云母含量（按質量計，%） 1.0 2.0 2.0硫化物與硫酸鹽含量（按 SO3 質量計，% ） 0.5 0.5 0.5有機物含量（用比色法試驗） 合格 合格 合格輕物質 1.0 1.0 1.0氯化物含量（以 NaCl 質量計，%） 0.01 0.02 0.06含泥量（按質量計，%） 1.0 3.0 5.0粘土塊含量（按質重量計，%） 0 1.0 2.此外，由于氯離子對鋼筋有嚴重的腐蝕作用，當采用海砂配制鋼筋混凝土時，海砂中氯離子含量要求小于0.06%（以干砂重計）；對預應力混凝土不宜采用海砂，若必須使用海砂時，需經淡水沖洗至氯離子含量小于 0.02%。用海砂配制素混凝土，氯離子含量不予限制。2. 顆粒形狀及表面特征。河砂和海砂經水流沖刷，顆粒多為近似球狀，且表面少棱角、較光滑，配制的混凝土流動性往往比山砂或機制砂好，但與水泥的粘結性能相對較差；山砂和機制砂表面較粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流動性相對較差，但與水泥的粘結性能較好。水灰比相同時，山砂或機制砂配制的混凝土強度略高；而流動性相同時，因山砂和機制砂用水量較大，故混凝土強度相近。3. 堅固性。砂是由天然巖石經自然風化作用而成，機制砂也會含大量風化巖體，在凍融或干濕循環(huán)作用下有可能繼續(xù)風化，因此對某些重要工程或特殊環(huán)境下工作的混凝土用砂，應做堅固性檢驗。如嚴寒地區(qū)室外工程，并處于濕潮或干濕交替狀態(tài)下的混凝土，有腐蝕介質存在或處于水位升降區(qū)的混凝土等等。堅固性根據 GB/T14684 規(guī)定，采用硫酸鈉溶液浸泡烘干浸泡循環(huán)試驗法檢驗。測定 5 個循環(huán)后的重量損失率。指標應符合表 4-2 的要求。表 4-2 砂的堅固性指標項 目 類 類 類循環(huán)后質量損失（%） 8 8 104. 粗細程度與顆粒級配。砂的粗細程度是指不同粒徑的砂?；旌象w平均粒徑大小。通常用細度模數（M x）表示，其值并不等于平均粒徑，但能較準確反映砂的粗細程度。細度模數 Mx 越大，表示砂越粗，單位重量總表面積（或比表面積）越??；M x 越小，則砂比表面積越大。砂的顆粒級配是指不同粒徑的砂粒搭配比例。良好的級配指粗顆粒的空隙恰好由中顆粒填充，中顆粒的空隙恰好由細顆粒填充，如此逐級填充（如圖 4-1 所示）使砂形成最密致的堆積狀態(tài)，空隙率達到最小值，堆積密度達最大值。這樣可達到節(jié)約水泥，提高混凝土綜合性能的目標。因此，砂顆粒級配反映空隙率大小。圖 4-1 砂顆粒級配示意圖（1）細度模數和顆粒級配的測定。砂的粗細程度和顆粒級配用篩分析方法測定，用細度模數表示粗細，用級配區(qū)表示砂的級配。根據建筑用砂（GB/T146842001），篩分析是用一套孔徑為4.75，2.36，1.18，0.600，0.300，0.150mm 的標準篩，將 500 克干砂由粗到細依次過篩（詳見試驗），稱量各篩上的篩余量 （g），計算各篩上的分計篩余率 （%），再計算累計篩余率 （%）。 和的計算關系見表 4-3。（JGJ52 采用的篩孔尺寸為 5.00、2.50、 1.25、0.630、0.315 及 0.160mm。其測試和計算方法均相同，目前混凝土行業(yè)普遍采用該標準。）表 4-3 累計篩余與分計篩余計算關系篩孔尺寸（mm） 篩余量（g ） 分計篩余（%） 累計篩余（%）4.75 m12.36 m21.18 m30.600 m40.300 m50.150 m6底盤 m 低細度模數根據下式計算（精確至 0.01）：（4-1）根據細度模數 Mx 大小將砂按下列分類：M x3.7 特粗砂； Mx=3.13.7 粗砂；M x=3.02.3 中砂；M x=2.21.6 細砂；M x=1.50.7 特細砂。砂的顆粒級配根據 0.600mm 篩孔對應的累計篩余百分率 A4，分成區(qū)、區(qū)和區(qū)三個級配區(qū)，見表 4-4。級配良好的粗砂應落在 區(qū)；級配良好的中砂應落在區(qū)；細砂則在區(qū)。實際使用的砂顆粒級配可能不完全符合要求，除了 4.75mm 和 0.600mm 對應的累計篩余率外，其余各檔允許有 5%的超界，當某一篩檔累計篩余率超界 5%以上時，說明砂級配很差，視作不合格。以累計篩余百分率為縱坐標，篩孔尺寸為橫坐標，根據表 4-4 的級區(qū)可繪制、級配區(qū)的篩分曲線，如圖 4-2 所示。在篩分曲線上可以直觀地分析砂的顆粒級配優(yōu)劣。表 4-4 砂的顆粒級配區(qū)范圍累計篩余（）篩孔尺寸（mm） 區(qū) 區(qū) 區(qū)10.0 0 0 04.75 100 100 1002.36 355 250 1501.18 6535 5010 2500.600 8571 7041 40160.300 9580 9270 85550.150 10090 10090 10090圖 4-2 砂級配曲線圖例 4-1 某工程用砂，經烘干、稱量、篩分析，測得各號篩上的篩余量列于表 4-5。試評定該砂的粗細程度（M x）和級配情況。 表 4-5 篩分析試驗結果篩孔尺寸（ mm） 4.75 2.36 1.18 0.600 0.300 0.150 底 盤 合 計篩余量（g） 28.5 57.6 73.1 156.6 118.5 55.5 9.7 499.5解 分計篩余率和累計篩余率計算結果列于表 4-6。表 4-6 分計篩余和累計篩余計算結果a1 a2 a3 a4 a5 a6分計篩余率（%）5.71 11.53 14.63 31.35 23.72 11.11累計篩余率（%） A1 A2 A3 A4 A5 A65.71 17.24 31.87 63.22 86.94 98.05 計算細度模數： 確定級配區(qū)、繪制級配曲線：該砂樣在 0.600mm 篩上的累計篩余率 A4=63.22 落在級區(qū)，其他各篩上的累計篩余率也均落在級區(qū)規(guī)定的范圍內，因此可以判定該砂為級區(qū)砂。級配曲線圖見 4-3。 結果評定：該砂的細度模數 Mx=2.85，屬中砂；級區(qū)砂，級配良好?？捎糜谂渲苹炷?。圖 4-3 級配曲線（2）砂的摻配使用。配制普通混凝土的砂宜為中砂（M x=2.33.0 ），級區(qū)。但實際工程中往往出現(xiàn)砂偏細或偏粗的情況。通常有兩種處理方法： 當只有一種砂源時，對偏細砂適當減少砂用量，即降低砂率；對偏粗砂則適當增加砂用量，即增加砂率。 當粗砂和細砂可同時提供時，宜將細砂和粗砂按一定比例摻配使用，這樣既可調整 Mx，也可改善砂的級配，有利于節(jié)約水泥，提高混凝土性能。摻配比例可根據砂資源狀況，粗細砂各自的細度模數及級配情況，通過試驗和計算確定。5. 砂的含水狀態(tài)。砂的含水狀態(tài)有如下 4 種，如圖 4-4 所示。圖 4-4 骨料含水狀態(tài)示意圖 絕干狀態(tài)：砂粒內外不含任何水，通常在 1055條件下烘干而得。 氣干狀態(tài)：砂粒表面干燥，內部孔隙中部分含水。指室內或室外（天晴）空氣平衡的含水狀態(tài)，其含水量的大小與空氣相對濕度和溫度密切相關。 飽和面干狀態(tài)：砂粒表面干燥，內部孔隙全部吸水飽和。水利工程上通常采用飽和面干狀態(tài)計量砂用量。 濕潤狀態(tài)：砂粒內部吸水飽和，表面還含有部分表面水。施工現(xiàn)場，特別是雨后常出現(xiàn)此種狀況，攪拌混凝土中計量砂用量時，要扣除砂中的含水量；同樣，計量水用量時，要扣除砂中帶入的水量。三、粗骨料顆粒粒徑大于 5mm 的骨料為粗骨料?；炷凉こ讨谐Ｓ玫挠兴槭吐咽瘍纱箢?。碎石為巖石（有時采用大塊卵石，稱為碎卵石）經破碎、篩分而得；卵石多為自然形成的河卵石經篩分而得。通常根據卵石和碎石的技術要求分為類、類和類。類用于強度等級大于 C60 的混凝土；類用于 C30C60的混凝土；類用于小于 C30 的混凝土。粗骨料的主要技術指標有：1. 有害雜質。與細骨料中的有害雜質一樣，主要有粘土、硫化物及硫酸鹽、有機物等。根據建筑用卵石、碎石（GB/T14685-2001），其含量應符合表 4-7 的要求。JGJ53 普通混凝土用碎石和卵石質量標準及檢驗方法也作了相應規(guī)定。表 4-7 碎石或卵石中技術指標指標項 目 類 類 類含泥量（按質量計），% 0.5 1.0 1.5粘土塊含量（按質重量計），% 0 0.5 0.7硫化物與硫酸鹽含量（以 SO3 重量計），% 0.5 1.0 1.0有機物含量（用比色法試驗） 合格 合格 合格針片狀（按質量計），% 5 15 25堅固性質量損失，% 5 8 12碎石壓碎指標， 10 20 30卵石壓碎指標， 12 16 162. 顆粒形態(tài)及表面特征。粗骨料的顆粒形狀以近立方體或近球狀體為最佳，但在巖石破碎生產碎石的過程中往往產生一定量的針、片狀，使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的強度，特別是抗折強度。針狀是指長度大于該顆粒所屬粒級平均粒徑的 2.4 倍的顆粒；片狀是指厚度小于平均粒徑 0.4 倍的顆粒。各別類粗骨料針片狀含量要符合表 47 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動性較差，但與水泥粘結強度較高，配合比相同時，混凝土強度相對較高。卵石表面較光滑，少棱角，因此拌合物的流動性較好，但粘結性能較差，強度相對較低。但若保持流動性相同，由于卵石可比碎石少用適量水，因此卵石混凝土強度并不一定低。3. 粗骨料最大粒徑?；炷了么止橇系墓Q粒級上限稱為最大粒徑。骨料粒徑越大，其表面積越小，通?？障堵室蚕鄳獪p小，因此所需的水泥漿或砂漿數量也可相應減少，有利于節(jié)約水泥、降低成本，并改善混凝土性能。所以在條件許可的情況下，應盡量選得較大粒徑的骨料。但在實際工程上，骨料最大粒徑受到多種條件的限制：最大粒徑不得大于構件最小截面尺寸的 1/4，同時不得大于鋼筋凈距的3/4。對于混凝土實心板，最大粒徑不宜超過板厚的 1/3，且不得大于 40mm。對于泵送混凝土，當泵送高度在 50m 以下時，最大粒徑與輸送管內徑之比，碎石不宜大于 1:3；卵石不宜大于 1:2.5。對大體積混凝土（如混凝土壩或圍堤）或疏筋混凝土，往往受到攪拌設備和運輸、成型設備條件的限制。有時為了節(jié)省水泥，降低收縮，可在大體積混凝土中拋入大塊石（或稱毛石），常稱作拋石混凝土。4. 粗骨料的顆粒級配。石子的粒級分為連續(xù)粒級和單位級兩種。連續(xù)粒級指 5mm 以上至最大粒徑Dmmax，各粒級均占一定比例，且在一定范圍內。單粒級指從 1/2 最大粒徑開始至 Dmax。單粒級用于組成具有要求級配的連續(xù)粒級，也可與連續(xù)粒級混合使用，以改善級配或配成較大密實度的連續(xù)粒級。單粒級一般不宜單獨用來配制混凝土，如必須單獨使用，則應作技術經濟分析，并通過試驗證明不發(fā)生離析或影響混凝土的質量。石子的級配與砂的級配一樣，通過一套標準篩篩分試驗，計算累計篩余率確定。根據 GB/T14685，碎石和卵石級配均應符合表 4-8 的要求。JGJ53 的要求與此相似。表 4-8 碎石或卵石的顆粒級配范圍累計篩余（）篩孔尺寸（方孔篩）（mm）級配情況 公 稱粒 級（mm ） 2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90510 95100 80 100 015 0 516 95100 85 100 30 60 010 0 520 95100 90 100 40 80 010 0 525 95100 90 100 30 70 05 0 531.5 95100 90 100 70 90 15 45 05 0 連續(xù)粒級540 95 1 75 9 30 6 05 0 00 0 51020 95 100 85 100 015 0 1631.5 95 100 85 100 010 0 2040 95 100 80 100 010 0 31.563 95 100 75 100 45 75 010 0 單粒級4080 95 100 70 100 3060 0105. 粗骨料的強度。根據 GB/T14685 和 JGJ53 規(guī)定，碎石和卵石的強度可用巖石的抗壓強度或壓碎值指標兩種方法表示。巖石的抗壓強度采用 50mm50mm 的圓柱體或邊長為 50mm 的立方體試樣測定。一般要求其抗壓強度大于配制混凝土強度的 1.5 倍，且不小于 45MPa（飽水）。根據 GB/T14685，壓碎值指標是將 9.519mm 的石子 m 克，裝入專用試樣筒中，施加 200KN 的荷載，卸載后用孔徑 2.36mm 的篩子篩去被壓碎的細粒，稱量篩余，計作 m1，則壓碎值指標 Q 按下式計算：（4-2）壓碎值越小，表示石子強度越高，反之亦然。各類別骨料的壓碎值指標應符合表 47 的要求。6 粗骨料的堅固性。粗骨料的堅固性指標與砂相似，各類別骨料的質量損失應符合表 47 的要求。四、拌合用水根據混凝土拌合用水標準（JGJ6389）的規(guī)定，凡符合國家標準的生活飲用水，均可拌制各種混凝土。海水可拌制素混凝土，但不宜拌制有飾面要求的素混凝土，更不得拌制鋼筋混凝土和預應力混凝土。值得注意的是，在野外或山區(qū)施工采用天然水拌制混凝土時，均應對水的有機質、Cl -和 含量等進行檢測，合格后方能使用。特別是某些污染嚴重的河道或池塘水，一般不得用于拌制混凝土。第三節(jié) 道路與橋梁工程用石料的技術性質一、水泥混凝土路面用粗集料壓碎值水泥混凝土路面用粗集料的壓碎值指標試驗方法（JTJ058T03151994）與前述普通混凝土相同。二、瀝青路面用粗集料壓碎值瀝青路面用粗集料壓碎值指標的測定，根據現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T03162000）的規(guī)定，是將13.216mm 的試樣 m0 克，裝入專用試樣筒中，逐級施加 400KN 的荷載，卸荷后用孔徑 2.36mm 的篩子過篩，稱取通過 2.36mm 篩孔的全部細料重量計作 m1，則壓碎值指標按下式計算：（4-3 ）式中：集料壓碎值（%）；m0試驗前試樣重量（g）；m1試驗后通過 2.36mm 篩孔的細料重量（g）。三、道路用粗集料磨光值高等級公路對路面的抗滑性能有一定的要求，作為路面用的集料，在車輛輪胎的作用下，不僅要求具有高的抗磨耗性能，而且要求具有高的抗磨光性。根據現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T032194 ）的規(guī)定，集料的抗磨光性采用磨光值表示（簡稱 PSV）。磨光值的測試方法是選取 1015mm 的試樣，密排于試模中，用環(huán)氧樹脂砂漿固結成一整體，每組 4 個試件。加速磨光機的道路輪在試樣表面以 64010r/min 的速度旋轉，先用 30 號金剛砂水磨 3h，再用 280 號金剛砂水磨 3h，用擺式摩擦系數儀測定摩擦系數值，經換算后得磨光值（詳見試驗部分）。集料的磨光值越高，表示抗滑性能越好。高速公路和一級公路的集料磨光值要求不小于 42，普通公路不小于 35。玄武巖、安山巖、砂巖和花崗巖的磨光值一般較高。幾種常用集料的磨光值列于表 4-9。表 4-9 常用巖石的磨光值巖石名稱 石灰?guī)r 角頁巖 斑巖 石英巖 花崗巖 玄武巖 砂巖平均值 43 45 56 58 59 62 72磨光值范 圍 3070 4050 4371 4567 4570 4581 6082四、道路用粗集料沖擊值集料抵抗多次連續(xù)重復沖擊荷載作用的性能，稱為抗沖擊韌性，常用集料沖擊值（LSV）表示。根據現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T0322 2000）的規(guī)定，集料沖擊值的測試是采用方孔篩篩取 9.513.2mm 的試樣m 克，裝入金屬盛樣器中，在沖擊值試驗儀中用沖擊錘自 3805mm 的高度自由落錘沖擊 15 次，再用2.36mm 的篩篩去被沖碎的細粒，稱量篩余，計作 m1，則沖擊值指標 LSV 按下式計算：（4-4）式中： LSV集料的沖擊值（%）；m原試樣重量（g）；m1試驗后通過 2.36mm 的試樣重量（g）。集料的沖擊值越大，表明集料的抗沖擊性能越差。高速公路和一級公路的 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評定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。根據現(xiàn)行規(guī)程（JTJ058T03232000）的規(guī)定，集料磨耗值采用道瑞磨耗機測定。將 1015mm 的石子單層緊排于兩個試模內（每個試模內不少于 24 粒），用環(huán)氧樹脂砂漿固結成一整體，用石英砂磨料在磨盤上磨 500 轉，稱取磨耗前后的試樣重量，按下式計算集料的磨耗值。（4-5）式中： AAV集料道瑞磨耗值；m0磨耗前試件的重量（g）；m1磨耗后試件的重量（g）；集料飽和面干密度（g/cm3）。集料磨耗值越高，表示集料的耐磨性越差。高速公路和一級公路抗滑面層用集料的磨耗值不大于 14，普通公路不大于 16。六、道路用集料磨耗性磨耗性是石料抵抗撞擊、剪切和摩擦等綜合作用的性能。常用洛杉機法磨耗試驗（JTJ058T03172000）和狄法爾法磨耗試驗（礫石 JTJ058T03181994，碎石 JTJ058T03191994）兩種方法（詳見試驗部分），用磨耗損失大小評價石料的抗磨耗性。磨耗損失按下式計算：（4-6）式中：Q石料的磨耗率（%）；m0 試驗前石料的重量（g）；m1 試驗后石料在 1.7mm（方孔篩）或 2.0mm（圓孔篩）上的重量（g）。石料的磨耗率越大，表示石料的耐磨性能越差。七、道路用石料耐候性用于道路與橋梁工程的石料抵抗大氣自然因素作用的能力稱為耐候性。道路與橋梁工程由于都是暴露于大自然中無遮蓋的建筑物，長期受到各種自然因素的作用。如溫度升降引起的溫度應力作用；干濕循環(huán)引起的風化作用；冰凍引起的膨脹破壞作用等等。其力學性能將逐漸下降。通常用抗凍性和堅固性兩項指標來衡量石料的耐候性優(yōu)劣。對于用于橋梁工程的石料，當月平均氣溫低于10時，抗凍性試驗必須合格，其中耐凍系數（凍融循環(huán)前后飽水抗壓強度比）必須大于 0.75。八、道路用石料的技術要求道路工程用石料根據造巖礦物的成分、含量以及組織結構分為四大巖類：. 巖漿巖類：如花崗巖、正長巖、輝長巖、輝綠巖、閃長巖、橄欖巖、玄武巖、安山巖、流紋巖等。. 石灰?guī)r類：石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等。. 砂巖和片麻巖類：石英巖、砂巖、片麻巖、石英片麻巖等。. 礫石類。根據石料的飽水抗壓強度和磨耗率，各巖石類分為四個等級：1 級：最堅硬的巖石；2 級：堅硬的巖石；3 級：中等強度的巖石；4 級：較軟的巖石。常用天然石料的主要技術指標見表 4-10。表 4-10 常用天然石料的主要技術指標技術標準磨耗率（%）巖石類別 主要巖石名稱 石料等級 飽水強度（MPa） 洛杉機法 狄法爾法1 120 25 4 巖漿巖類 花崗巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖等2 100120 2530 453 80100 3045 574 4560 7101 100 30 52 80100 3035 563 6080 3550 612 石灰?guī)r類 石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等4 3060 5060 12201 100 30 52 80100 3035 573 5080 3545 710 砂巖和片麻巖類 石英巖、砂巖、片麻巖、石英片、麻巖等4 3050 4560 10151 20 52 2030 573 3050 712 礫石類 4 5060 1220第四節(jié) 普通混凝土的技術性質一、新拌混凝土的性能（一）混凝土的和易性1 和易性的概念。新拌混凝土的和易性，也稱工作性，是指拌合物易于攪拌、運輸、澆搗成型，并獲得質量均勻密實的混凝土的一項綜合技術性能。通常用流動性、粘聚性和保水性三項內容表示。流動性是指拌合物在自重或外力作用下產生流動的難易程度；粘聚性是指拌合物各組成材料之間不產生分層離析現(xiàn)象；保水性是指拌合物不產生嚴重的泌水現(xiàn)象。通常情況下，混凝土拌合物的流動性越大，則保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之間存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有滿足施工要求的流動性，又具有良好的粘聚性和保水性。因此，不能簡單地將流動性大的混凝土稱之為和易性好，或者流動性減小說成和易性變差。良好的和易性既是施工的要求也是獲得質量均勻密實混凝土的基本保證。2 和易性的測試和評定?；炷涟韬衔锖鸵仔允且豁棙O其復雜的綜合指標，到目前為止全世界尚無能夠全面反映混凝土和易性的測定方法，通常通過測定流動性，再輔以其他直觀觀察或經驗綜合評定混凝土和易性。流動性的測定方法有坍落度法、維勃稠度法、探針法、斜槽法、流出時間法和凱利球法等十多種，對普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和維勃稠度法。（1）坍落度法：將攪拌好的混凝土分三層裝入坍落度筒中（見圖 4-5a），每層插搗 25 次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土則在自重作用下坍落，以坍落高度（單位 mm）代表混凝土的流動性。坍落度越大，則流動性越好。粘聚性通過觀察坍落度測試后混凝土所保持的形狀，或側面用搗棒敲擊后的形狀判定，如圖 4-5 所示。當坍落度筒一提起即出現(xiàn)圖中（c）或（d）形狀，表示粘聚性不良；敲擊后出現(xiàn)（b）狀，則粘聚性好；敲擊后出現(xiàn)（c）狀，則粘聚性欠佳；敲擊后出現(xiàn)（d）狀，則粘聚性不良。保水性是以水或稀漿從底部析出的量大小評定（見圖 4-5b）。析出量大，保水性差，嚴重時粗骨料表面稀漿流失而裸露。析出量小則保水性好。圖 4-5 混凝土拌合物和易性測定根據坍落度值大小將混凝土分為四類： 大流動性混凝土：坍落度160mm； 流動性混凝土：坍落度 100150mm； 塑性混凝土：坍落度 1090mm； 干硬性混凝土：坍落度10mm坍落度法測定混凝土和易性的適用條件為：a. 粗骨料最大粒徑40mm；b. 坍落度10mm。對坍落度小于 10mm 的干硬性混凝土，坍落度值已不能準確反映其流動性大小。如當兩種混凝土坍落度均為零時，但在振搗器作用下的流動性可能完全不同。故一般采用維勃稠度法測定。（2）維勃稠度法：坍落度法的測試原理是混凝土在自重作用下坍落，而維勃稠度法則是在坍落度筒提起后，施加一個振動外力，測試混凝土在外力作用下完全填滿面板所需時間（單位：秒）代表混凝土流動性。時間越短，流動性越好；時間越長，流動性越差。見示意圖 4-6。圖 4-6 維勃稠度試驗儀1. 容器；2. 坍落度筒； 3. 圓盤；4. 滑棒；5. 套筒；6.13. 螺栓；7. 漏斗；8. 支柱；9. 定位螺絲；10. 荷重；11. 元寶螺絲；12. 旋轉架（3）坍落度的選擇原則：實際施工時采用的坍落度大小根據下列條件選擇。 構件截面尺寸大?。航孛娉叽绱螅子谡駬v成型，坍落度適當選小些，反之亦然。 鋼筋疏密：鋼筋較密，則坍落度選大些。反之亦然。 搗實方式：人工搗實，則坍落度選大些。機械振搗則選小些。 運輸距離：從攪拌機出口至澆搗現(xiàn)場運輸距離較遠時，應考慮途中坍落度損失，坍落度宜適當選大些，特別是商品混凝土。 氣候條件：氣溫高、空氣相對濕度小時，因水泥水化速度加快及水份揮發(fā)加速，坍落度損失大，坍落度宜選大些，反之亦然。一般情況下，坍落度可按表 4-11 選用。表 4-11 混凝土澆筑時的坍落度（mm）構件種類 坍落度基礎或地面等的墊層、無配筋的大體積結構（擋土墻、基礎等）或配筋稀疏的結構 1030板、梁和大型及中型截面的柱子等 3050配筋密列的結構（薄壁、斗倉、簡倉、細柱等） 5070配筋特密的結構 70903影響和易性的主要因素。（1）單位用水量單位用水量是混凝土流動性的決定因素。用水量增大，流動性隨之增大。但用水量大帶來的不利影響是保水性和粘聚性變差，易產生泌水分層離析，從而影響混凝土的勻質性、強度和耐久性。大量的實驗研究證明在原材料品質一定的條件下，單位用水量一旦選定，單位水泥用量增減 50100kg/m 3，混凝土的流動性基本保持不變，這一規(guī)律稱為固定用水量定則。這一定則對普通混凝土的配合比設計帶來極大便利，即可通過固定用水量保證混凝土坍落度的同時，調整水泥用量，即調整水灰比，來滿足強度和耐久性要求。在進行混凝土配合比設計時，單位用水量可根據施工要求的坍落度和粗骨料的種類、規(guī)格，根據 JGJ55-2000普通混凝土配合比設計規(guī)程按表 4-12 選用，再通過試配調整，最終確定單位用水量。表 4-12 混凝土單位用水量選用表卵石最大粒徑（mm ） 碎石最大粒徑（mm ）項目 指標10 20 31.5 40 16 20 31.5 401030 190 170 160 150 200 185 175 1653550 200 180 170 160 210 195 185 1755570 210 190 180 170 220 205 195 185坍落度（mm ）7590 215 195 185 175 230 215 205 1951620 175 160 - 145 180 170 - 1551115 180 165 - 150 185 175 - 160維勃稠度（s）510 185 170 - 155 190 180 - 165注：1. 本表用水量系采用中砂時的平均取值，如采用細砂，每立方米混凝土用水量可增加 510kg ，采用粗砂時則可減少 5 10kg。 2. 摻用各種外加劑或摻合料時，可相應增減用水量。3. 本表不適用于水灰比小于 0.4 時的混凝土以及采用特殊成型工藝的混凝土。（2）漿骨比漿骨比指水泥漿用量與砂石用量之比值。在混凝土凝結硬化之前，水泥漿主要賦予流動性；在混凝土凝結硬化以后，主要賦予粘結強度。在水灰比一定的前提下，漿骨比越大，即水泥漿量越大，混凝土流動性越大。通過調整漿骨比大小，既可以滿足流動性要求，又能保證良好的粘聚性和保水性。漿骨比不宜太大，否則易產生流漿現(xiàn)象，使粘聚性下降。漿骨比也不宜太小，否則因骨料間缺少粘結體，拌合物易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。因此，合理的漿骨比是混凝土拌合物和易性的良好保證。（3）水灰比水灰比即水用量與水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不變的情況下，水灰比增大，相當于單位用水量增大，水泥漿很稀，拌合物流動性也隨之增大，反之亦然。用水量增大帶來的負面影響是嚴重降低混凝土的保水性，增大泌水，同時使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小，否則因流動性過低影響混凝土振搗密實，易產生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流動性、保水性和粘聚性的良好保證。（4）砂率砂率是指砂子占砂石總重量的百分率，表達式為：（4-7）式中：砂率；S砂子用量（kg ）；G石子用量（kg）。砂率對和易性的影響非常顯著。 對流動性的影響。在水泥用量和水灰比一定的條件下，由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤滑和輥珠作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內，隨砂率增大，混凝土流動性增大。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，粗細骨料的總表積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低。所以砂率超過一定范圍，流動性隨砂率增加而下降，見圖 4-7a。圖 4-7 砂率與混凝土流動性和水泥用量的關系 對粘聚性和保水性的影響。砂率減小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易產生泌水、離析和流漿現(xiàn)象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率過大，當水泥漿不足以包裹骨料表面時，則粘聚性反而下降。 合理砂率的確定。合理砂率是指砂子填滿石子空隙并有一定的富余量，能在石子間形成一定厚度的砂漿層，以減少粗骨料間的摩擦阻力，使混凝土流動性達最大值?；蛘咴诒３至鲃有圆蛔兊那闆r下，使水泥漿用量達最小值。如圖 4-7b。合理砂率的確定可根據上述兩原則通過試驗確定。在大型混凝土工程中經常采用。對普通混凝土工程可根據經驗或根據 JGJ55 參照表 4-13 選用。表 4-13 混凝土砂率選用表卵石最大粒徑（mm ） 碎石最大粒徑（ mm）水灰比（W/C）10 20 40 16 20 400.40 2632 2531 2430 3035 2934 2732注：表中數值系中砂的選用砂率。對細砂或粗砂，可相應地減少或增大砂率；本砂率適用于坍落度為 1060mm 的混凝土。坍落度如大于 60mm 或小于 10mm 時，應相應增大或減小砂率；按每增大 20mm，砂率增大 1%的幅度予以調整。只用一個單粒級粗骨料配制混凝土時，砂率值應適當增大；摻有各種外加劑或摻合料時，其合理砂率值應經試驗或參照其他有關規(guī)定選用；對薄壁構件砂率取偏大值。 （5）水泥品種及細度水泥品種不同時，達到相同流動性的需水量往往不同，從而影響混凝土流動性。另一方面，不同水泥品種對水的吸附作用往往不等，從而影響混凝土的保水性和粘聚性。如火山灰水泥、礦渣水泥配制的混凝土流動性比普通水泥小。在流動性相同的情況下，礦渣水泥的保水性能較差，粘聚性也較差。同品種水泥越細，流動性越差，但粘聚性和保水性越好。（6）骨料的品種和粗細程度卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流動性較好，但粘聚性和保水性則相對較差。河砂與山砂的差異與上述相似。對級配符合要求的砂石料來說，粗骨料粒徑越大，砂子的細度模數越大，則流動性越大，但粘聚性和保水性有所下降，特別是砂的粗細，在砂率不變的情況下，影響更加顯著。（7）外加劑改善混凝土和易性的外加劑主要有減水劑和引氣劑。它們能使混凝土在不增加用水量的條件下增加流動性，并具有良好的粘聚性和保水性。詳見第五節(jié)。（8）時間、氣候條件隨著水泥水化和水分蒸發(fā)，混凝土的流動性將隨著時間的延長而下降。氣溫高、濕度小、風速大將加速流動性的損失。4 混凝土和易性的調整和改善措施（1）當混凝土流動性小于設計要求時，為了保證混凝土的強度和耐久性，不能單獨加水，必須保持水灰比不變，增加水泥漿用量。但水泥漿用量過多，則混凝土成本提高，且將增大混凝土的收縮和水化熱等?；炷恋恼尘坌院捅Ｋ砸部赡芟陆?。（2）當坍落度大于設計要求時，可在保持砂率不變的前提下，增加砂石用量。實際上相當于減少水泥漿數量。（3）改善骨料級配，既可增加混凝土流動性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的 75%左右，實際操作難度往往較大。（4）摻減水劑或引氣劑，是改善混凝土和易性的最有效措施。（5）盡可能選用最優(yōu)砂率。當粘聚性不足時可適當增大砂率。（二）混凝土的凝結時間混凝土的凝結時間與水泥的凝結時間有相似之處，但由于骨料的摻入，水灰比的變動及外加劑的應用，又存在一定的差異。水灰比增大，凝結時間延長；早強劑、速凝劑使凝結時間縮短；緩凝劑則使凝結時間大大延長?；炷恋哪Y時間分初凝和終凝。初凝指混凝土加水至失去塑性所經歷的時間，亦即表示施工操作的時間極限；終凝指混凝土加水到產生強度所經歷時間。初凝時間希望適當長，以便于施工操作；終凝與初凝的時間差則越短越好。混凝土凝結時間的測定通常采用貫入阻力法。影響混凝土實際凝結時間的因素主要有水灰比、水泥品種、水泥細度、外加劑、摻合料和氣候條件等等。第五節(jié) 混凝土外加劑外加劑是指能有效改善混凝土某項或多項性能的一類材料。其摻量一般只占水泥量的 5%以下，卻能顯著改善混凝土的和易性、強度、耐久性或調節(jié)凝結時間及節(jié)約水泥。外加劑的應用促進了混凝土技術的飛速進步，技術經濟效益十分顯著，使得高強高性能混凝土的生產和應用成為現(xiàn)實，并解決了許多工程技術難題。如遠距離運輸和高聳建筑物的泵送問題；緊急搶修工程的早強速凝問題；大體積混凝土工程的水化熱問題；縱長結構的收縮補償問題；地下建筑物的防滲漏問題等等。目前，外加劑已成為除水泥、水、砂子、石子以外的第五組成材料，應用越來越廣泛。一、外加劑的分類混凝土外加劑一般根據其主要功能分類：1 改善混凝土流變性能的外加劑。主要有減水劑、引氣劑、泵送劑等。2 調節(jié)混凝土凝結硬化性能的外加劑。主要有緩凝劑、速凝劑、早強劑等。3 調節(jié)混凝土含氣量的外加劑。主要有引氣劑、加氣劑、泡沫劑等。4 改善混凝土耐久性的外加劑。主要有引氣劑、防水劑、阻銹劑等。5 提供混凝土特殊性能的外加劑。主要有防凍劑、膨脹劑、著色劑、引氣劑和泵送劑等。二、建筑工程中常用的混凝土外加劑品種（一）減水劑減水劑是指在混凝土坍落度相同的條件下，能減少拌合用水量；或者在混凝土配合比和用水量均不變的情況下，能增加混凝土坍落度的外加劑。根據減水率大小或坍落度增加幅度分為普通減水劑和高效減水劑兩大類。此外，尚有復合型減水劑，如引氣減水劑，既具有減水作用，同時具有引氣作用；早強減水劑，既具有減水作用，又具有提高早期強度作用；緩凝減水劑，同時具有延緩凝結時間的功能等等。1 減水劑的主要功能。（1）配合比不變時顯著提高流動性。（2）流動性和水泥用量不變時，減少用水量，降低水灰比，提高強度。（3）保持流動性和強度不變時，節(jié)約水泥用量，降低成本。（4）配置高強高性能混凝土。2 減水劑的作用機理。減水劑提高混凝土拌合物流動性的作用機理主要包括分散作用和潤滑作用兩方而。減水劑實際上為一種表面活性劑，長分子鏈的一端易溶于水親水基，另一端難溶于水憎水基，如圖 4-17 所示。圖 4-17 表面活性劑（減水劑） 圖 4-18 減水劑作用機理示意圖（1）分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥顆粒分子引力的作用，使水泥漿形成絮凝結構，使 10%30%的拌合水被包裹在水泥顆粒之中，不能參與自由流動和潤滑作用，從而影響了混凝土拌合物的流動性（如圖4-18a）。當加入減水劑后，由于減水劑分子能定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有同一種電荷（通常為負電荷），形成靜電排斥作用，促使水泥顆粒相互分散，絮凝結構破壞，釋放出被包裹部分水，參與流動，從而有效地增加混凝土拌合物的流動性（如圖 4-18b）。（2）潤滑作用：減水劑中的親水基極性很強，因此水泥顆粒表面的減水劑吸附膜能與水分子形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜（圖 4-18c），這層水膜具有很好的潤滑作用，能有效降低水泥顆粒間的滑動阻力，從而使混凝土流動性進一步提高。3. 常用減水劑品種。（1）木質素系減水劑：木素質系減水劑主要有木質素磺酸鈣（簡稱木鈣，代號 MG），木質素磺酸鈉（木鈉）和木質素磺酸鎂（木鎂）三大類。工程上最常使用的為木鈣。MG 是由生產紙漿的木質廢液，經中和發(fā)酵、脫糖、濃縮、噴霧干燥而制成的棕黃色粉末。MG 屬緩凝引氣型減水劑，摻量擬控制在 0.2%0.3%之間，超摻有可能導致數天或數十天不凝結，并影響強度和施工進度，嚴重時導致工程質量事故。MG 的減水率約為 10%，保持流動性不變，可提高混凝土強度 8%10%；若不減水則可增大混凝土坍落度約 80100mm；若保持和易性與強度不變時，可節(jié)約水泥 5%10%；MG 主要適用于夏季混凝土施工、滑模施工、大體積混凝土和泵送混凝土施工，也可用于一般混凝土工程。MG 不宜用于蒸汽養(yǎng)護混凝土制品和工程。（2）萘磺酸鹽系減水劑：萘磺酸鹽系減水劑簡稱萘系減水劑，它是以工業(yè)萘或由煤焦油中分餾出含萘的同系物經分餾為原料，經磺化、縮合等一系列復雜的工藝而制成的棕黃色粉末或液體。其主要成分為萘磺酸鹽甲醛縮合物。品種很多，如 FDN、NNO、NF 、MF、 UNF、XP、SN 、建 1、NHJ 等等。萘系減水劑多數為非引氣型高效減水劑，適宜摻量為 0.5%1.2%，減水率可達 15%30%，相應地可提高 28 天強度 10%以上，或節(jié)約水泥 10%20%。萘系減水劑對鋼筋無銹蝕作用，具有早強功能。但混凝土的坍落度損失較大，故實際生產的萘系減水劑，極大多數為復合型的，通常與緩凝劑或引氣劑復合。萘系減水劑主要適用于配制高強、早強、流態(tài)和蒸養(yǎng)混凝土制品和工程，也可用于一般工程。（3）樹脂系減水劑：樹脂系減水劑為磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，通常稱為密胺樹脂系減水劑。主要以三聚氰胺、甲醛和亞硫酸鈉為原料，經磺化、縮聚等工藝生產而成的棕色液體。最常用的有 SM 樹脂減水劑。SM 為非引氣型早強高效減水劑，性能優(yōu)于萘系減水劑，但目前價格較高，適宜摻量 0.5%2.0%，減水率可達 20%以上，1 天強度提高一倍以上，7 天強度可達基準 28 天強度，長期強度也能提高，且可顯著提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性和彈性模量。摻