土木工程材料：4_1-4_2_4混凝土

1、第四章 混凝土 一、概述 二、普通混凝土組成材料 三、普通混凝土的技術(shù)性質(zhì) 四、混凝土質(zhì)量控制 五、混凝土配合比設(shè)計 六、綠色（裝飾）混凝土【教學(xué)目標(biāo)與要求】 掌握普通混凝土組成材料的品種、技術(shù)要求及選用。熟練掌握各種組成材料各項性質(zhì)的要求，測定方法及對混凝土性能的影響。 熟練掌握混凝土拌和物的性質(zhì)及其測定和調(diào)整方法。 熟練掌握硬化混凝土的力學(xué)性質(zhì)，變形性質(zhì)和耐久性及其影響因素。 熟練掌握普通混凝土的配合比設(shè)計方法。 了解混凝土技術(shù)的新進展及其發(fā)展趨勢?！窘虒W(xué)重點與難點】重點：混凝土的和易性，硬化混凝土的力學(xué)性能、變形性質(zhì)和耐久性。難點：混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比設(shè)計。第一節(jié) 概述一、

2、基本概念與分類二、混凝土的性能特點三、混凝土的發(fā)展趨向四、混凝土與可持續(xù)發(fā)展五、混凝土組成、結(jié)構(gòu)與性能 混凝土的研究方法第一節(jié) 概述一、基本概念與分類 混凝土”（concrete）一詞源自拉丁文術(shù)語“Concretus”,是共同生長的意思。 從廣義上講，由膠凝材料、骨料和水（或不加水）按適當(dāng)比例配合，拌和制成混合物，經(jīng)一定時間后硬化而成的人造石材叫做混凝土(砼）。 第一節(jié) 概述一、基本概念與分類 目前工程中最常用的是以水泥為膠凝材料、水和砂、石（粗、細(xì)骨料）為基本材料組成的混凝土，稱為水泥混凝土（cement concrete），它是當(dāng)今世界上用途最廣、用量最大的人造建筑材料。 目前，全世界的

3、混凝土用量大約在7080億m3，我國混凝土的總用量約30億m3。 1824年英國的阿斯普丁獲得波特蘭水泥專利以來，以水硬性水泥作為膠結(jié)材料的混凝土才得以發(fā)展。 1850年法國人朗波制造了第一只鋼筋混凝土小船 ，并獲得鋼筋混凝土專利,混凝土技術(shù)獲得了第一次突破； 1872年在紐約出現(xiàn)了第一所鋼筋混凝土房屋 1928年，法國人Freysslent首次設(shè)計了一種張拉鋼筋的錨具，開創(chuàng)了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的應(yīng)用，使混凝土技術(shù)獲得了第二次突破； 20世紀(jì)60年代，日本、德國分別研制成功了減水率達(dá)20的高效減水劑，混凝土的性質(zhì)和功能得到了很大的改善和提高，混凝土技術(shù)獲得了第三次突破。 混凝土的種類(表4-1）

4、（1）按干表觀密度分類重混凝土（heavy concrete2800kg/m3）采用重骨料重晶石、鐵礦石、鋼屑等配制而成，也可以同時采用重水泥一鋇水泥、鍶水泥進行配制。用于防輻射混凝土，例如核能工程的屏蔽結(jié)構(gòu)、核廢料容器等工程。 普通混凝土（ordinary concrete20002800kg/m3，多在2400左右。）用天然砂、石作骨料配制而成，土木工程中使用最為普遍的混凝土, 通常簡稱混凝土。 輕混凝土（light-weight concrete1950kg/m3）采用輕骨料或多孔結(jié)構(gòu)，具有保溫隔熱性能好、質(zhì)量輕等特點，多用于保溫或結(jié)構(gòu)兼保溫構(gòu)件。（2）按用途或使用部位分類 結(jié)構(gòu)混凝土、

5、防水混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土、大體積混凝土、膨脹混凝土、防輻射混凝土、道路混凝土等（3）按所用膠凝材料分類 水泥混凝土、聚合物混凝土、樹脂混凝土、石膏混凝土、瀝青混凝土、水玻璃混凝土、硅酸鹽混凝土等。（4）按強度分類低30MPa、中30-60、高強60、超高強100（5）按生產(chǎn)和施工方法分類 按照攪拌（生產(chǎn)）方式預(yù)拌混凝土（ready-mixed concrete商品混凝土）和現(xiàn)場攪拌混凝土。 預(yù)拌混凝土在攪拌站集中攪拌，用專門的混凝土運輸車運送到工地進行澆注?，F(xiàn)場攪拌混凝土將原材料直接運送到施工現(xiàn)場，在施工現(xiàn)場攪拌后直接澆注，適用于工程量較小的工程。 按照施工方法泵送混凝土

6、、噴射混凝土、壓力灌漿混凝土（預(yù)填骨料混凝土）、擠壓混凝土、離心混凝土、真空吸水混凝土、碾壓混凝土等。 混凝土種類繁多，實際工程中以普通的水泥混凝土使用最為普遍。如果沒有特殊說明，通常簡稱為普通混凝土或混凝土。本章重點講述水泥混凝土的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其在工程中的應(yīng)用。 二、混凝土的性能特點優(yōu)點：.砂、石等地方材料占80左右，符合經(jīng)濟性原則。.適應(yīng)性好改變混凝土組成材料的品種及比例，可制得不同物理力學(xué)性能的混凝土，以滿足各種工程不同使用功能的需求。.加工性好混凝土凝結(jié)前具有良好的可塑性，借助于模板可以澆注成任意形狀和尺寸的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物?？涩F(xiàn)澆和預(yù)制。.抗壓強度高、耐久性好、維護維修費用少5.耐

7、火性好6.與鋼筋粘結(jié)力好。 缺點：.自重大，比強度比較低，對高層、大跨度建筑不利，也給施工安裝帶來一定困難。.抗拉強度小，拉壓比只有1/101/20，為脆性材料，很多情況下必須配制鋼筋才能使用。具有體積不穩(wěn)定性（不可逆收縮大），且受拉變形能力差，容易開裂，. 4、保溫隔熱性差普通混凝土導(dǎo)熱系數(shù)為1.8W/（m. K），大約為普通燒結(jié)磚的3倍5、混凝土的硬化較慢，與鋼結(jié)構(gòu)比施工期長、施工效率較低、施工條件差三、混凝土的發(fā)展趨向1.提高并改善混凝土性能（1）高強化減輕建筑物的自重和減少混凝土的用量。目前C30C40，今后應(yīng)推廣C50C60及C80C100。應(yīng)提高高強混凝土的延性、抗裂性與抗拉強度。

8、（2）高性能化具有良好的耐久性、流動性與體積穩(wěn)定性，并且利用了大量的工業(yè)廢渣，在21世紀(jì)，HPC作為可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑材料將得到快速發(fā)展和應(yīng)用。（3）多功能化和智能化儲存太陽能的蓄熱混凝土、夜間導(dǎo)向的發(fā)光混凝土，監(jiān)測建筑物安全性的智能混凝土，光致變色混凝土、溫度變色混凝土、導(dǎo)電混凝土、滅菌混凝土、透水混凝土、植被混凝土等一批功能性混凝土將得到廣泛應(yīng)用。（4 ）藝術(shù)化在裝點自然、美化城市、改善人居環(huán)境等方面，混凝土將發(fā)揮越來越重要的作用。如用玻纖增強混凝土等制作人造石、雕塑、園林小品、仿生建筑和仿古建筑。 另外，混凝土在輕質(zhì)化、體積穩(wěn)定性的改善方面也將進行更多的研究和探索。 綠化混凝土透光混凝

9、土將光導(dǎo)纖維加入混凝土，按照設(shè)計要求形成不同的圖案，在燈光下達(dá)到其藝術(shù)效果。用透光混凝土可制成園林建筑制品、裝飾板材和裝飾砌塊，為建筑師的藝術(shù)想象與創(chuàng)作提供了實現(xiàn)的可能性（節(jié)能）。意大利館利用這種新型建筑材料來增加室內(nèi)光線同時調(diào)節(jié)館內(nèi)溫度。據(jù)介紹，展館將采用一種透明混凝土，也就是在傳統(tǒng)混凝土中加入玻璃質(zhì)地成分，利用各種成分的比例變化達(dá)到不同透明度的漸變。光線透過不同玻璃質(zhì)地的透明混凝土照射進來，營造出夢幻的色彩效果，而自然光的射入也可以減少室內(nèi)燈光的使用，從而節(jié)約能源。 2 、擴大工程應(yīng)用領(lǐng)域 由于混凝土性能的不斷完善和提高，未來混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大。 陸上建筑工程中，超高層的百層大樓（

10、空中城市）與跨度為400600m的橋梁將可由鋼筋混凝土來建造，屋蓋結(jié)構(gòu)的跨度可達(dá)30m以上。 海洋構(gòu)筑物中，包括開采海底石油的鉆井平臺、海上煉油廠、海上機場、海上城市、海上旅游設(shè)施、海上漁業(yè)養(yǎng)殖場與海底隧道等都將逐步興起并由混凝土建造。 國防軍事方面現(xiàn)俄羅斯正在研究用混凝土建造潛水艇。 在未來的宇宙開發(fā)中，混凝土也會占一席之地。在宇宙空間，混凝土系在失重狀態(tài)下硬化，而且還需經(jīng)受-150+150交替溫度變化。美國波特蘭水泥協(xié)會（PCA）早在1986年已開始研究直接利用月球表面的材料來制作混凝土，并認(rèn)為水泥混凝土在月球上是耐久的。3、生產(chǎn)工藝的改進與提高綠色化 節(jié)約生產(chǎn)混凝土及其制品的能源及資源是

11、混凝土制備工藝中永恒的課題。 水泥是混凝土組成材料中耗能最多的原材料，在制備混凝土?xí)r應(yīng)合理地減少水泥用量、大量使用工業(yè)廢渣、再生利用廢舊混凝土等 4 、提高混凝土的質(zhì)量控制 隨著混凝土向高強化、高性能化發(fā)展，以28d強度作為控制指標(biāo)已遠(yuǎn)不能滿足需要。 核子示蹤技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、同位素技術(shù)、紅外線攝影技術(shù)、磁學(xué)和自位測量技術(shù)將在混凝土及其工程與制品的質(zhì)量控制中得到廣泛應(yīng)用。 一種便于檢測混凝土質(zhì)量的“顯色劑”將作為“監(jiān)察性”外加劑而進入混凝土的“快速濕態(tài)驗收試驗”也將得到發(fā)展和應(yīng)用。 5 加強學(xué)科的理論研究 混凝土學(xué)科涉及工藝技術(shù)科學(xué)與材料科學(xué)。在水泥化學(xué)、材料力學(xué)、細(xì)觀力學(xué)、斷裂力學(xué)等多學(xué)科發(fā)

12、展的帶動與促進下，目前已形成以研究混凝土材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系和相互影響規(guī)律為主要內(nèi)容的混凝土材料科學(xué)一門獨立學(xué)科。 21世紀(jì)，它還將進一步充實和提高而形成。特別是在水泥混凝土與有機高分子材料的復(fù)合、與金屬的復(fù)合以及纖維增強等領(lǐng)域，對復(fù)合機理的進一步研究必將使水泥基復(fù)合材料得到進一步的發(fā)展和應(yīng)用。四、混凝土與可持續(xù)發(fā)展 巨大的水泥和混凝土產(chǎn)量給環(huán)境帶來極大的壓力，水泥和混凝土工業(yè)正面臨著前所未有的可持續(xù)發(fā)展問題的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。 人類必須在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和環(huán)境資源保護這兩個同等重要的社會需求之間，找出解決矛盾的辦法。 混凝土工業(yè)必須向綠色化方向發(fā)展：一是節(jié)約混凝土原材料（包括資源和能源）、大量利

13、用工業(yè)廢渣；二是提高混凝土的耐久性；三是解決混凝土生產(chǎn)和使用中的生態(tài)環(huán)境保護的問題；四是尋找能替代或部分替代硅酸鹽水泥的新材料，如輔助膠凝材料摻合料的應(yīng)用。 實現(xiàn)混凝土的可持續(xù)發(fā)展，更需要人的正確意識和對傳統(tǒng)思維觀念的更新。 加強混凝土科學(xué)技術(shù)知識的普及、宣傳和教育。 要推動和促進混凝土原材料行業(yè)（包括水泥、摻合料、外加劑、砂、石）、混凝土工業(yè)、工程管理、設(shè)計和施工行業(yè)的戰(zhàn)略一體化，避免行業(yè)分割帶來的諸多弊端。 混凝土科學(xué)技術(shù)是一門完整的系統(tǒng)科學(xué)，在混凝土技術(shù)的研究和教育中應(yīng)采用系統(tǒng)論、辯證法、實踐論等科學(xué)認(rèn)知方法。 對待混凝土的設(shè)計、生產(chǎn)、施工和使用的全過程，應(yīng)像對待人的成長過程一樣（ “C

14、oncretus”共同生長），應(yīng)賦予它更多的人性化內(nèi)涵，追求順勢而為，天人合一,從根本上改變目前許多人對混凝土認(rèn)識觀念上的偏差與不足，引起人們對混凝土問題的足夠重視，從而為實現(xiàn)混凝土的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。五、混凝土組成、結(jié)構(gòu)與性能混凝土的研究方法 組成（計算機設(shè)計） 工程中砼性能（整體）均勻、密實（引氣）體積穩(wěn)定（時、空上）六種材料空氣數(shù)量、質(zhì)量、品種和易性強度耐久性（裂縫）成本生態(tài)性其他功能設(shè)計施工長期保養(yǎng)荷載及環(huán)境作用測試條件及定期檢測結(jié)構(gòu) （整體）系統(tǒng)工程管理水泥漿大顆粒粗骨料小顆粒粗骨料細(xì)骨料材料組成（分布）均勻、密實（骨架）過渡區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖 密實-消除薄弱的過渡區(qū)(厚度約1050 m

15、) 集料、水泥漿體、砂漿、 骨料對塑性收縮的影響和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線 體積穩(wěn)定（時、空上） （密實骨架、骨料多體積穩(wěn)定）原材料質(zhì)量問題突出混凝土原材料（個體）混凝土（整體）混凝土裂縫的原因：施工15條、材料及配合比10條、使用及環(huán)境條件8條、設(shè)計7條（第2版）(肉眼可見裂縫0.05mm)把外荷載引起的滿足基本平衡條件的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力稱為一次應(yīng)力,而把相鄰結(jié)構(gòu)的約束或者結(jié)構(gòu)自身約束引起的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力稱為二次應(yīng)力實驗、檢測因素-美國：大橋坍塌誰之過？（國內(nèi)檢測又如何？） 2007/8/1，死亡7人79人受傷疲勞破壞美國：大橋坍塌誰之過？ 2007年08月09日15:36 南方周末 實習(xí)生

16、錢亦楠20世紀(jì)五六十年代美國的造橋熱以及出于節(jié)約成本的考慮，是造成I35W大橋悲劇的一個深層原因。中國橋梁專家認(rèn)為，美國的教訓(xùn)值得中國借鑒。20世紀(jì)90年代以來，中國也興起了一股世所罕見的橋梁潮。中國目前的突出問題還在于橋梁建設(shè)速度太快，施工質(zhì)量并不令人滿意，這就更需要在養(yǎng)護、維修上加以重視8月1日，美國明尼蘇達(dá)州境內(nèi)的一座跨越密西西比河的公路橋成了全美關(guān)注的焦點。這座標(biāo)號為I35W的高速公路橋是連接明尼阿波利斯市和圣保羅市的交通要道，向來車水馬龍，十分繁忙。傍晚6點，正值人們下班回家的高峰期，過橋的車輛排起了長龍，車流行駛緩慢。誰也沒料到，如此平和的晚歸場景竟成為一場災(zāi)難的序曲：大約18點0

17、5分，伴隨著一陣巨響，I35W公路橋轟然坍塌。在僅僅四秒的時間內(nèi)，長達(dá)150米的橋段分成三截，一一墜入25米之下的密西西比河中。一時間煙霧高高升起，到處是剎車聲、尖叫聲和哭泣聲。悲劇上演，舉國震驚。到目前為止，死亡7人，79人受傷，而被埋在鋼筋水泥廢墟中的失蹤者約為20人。據(jù)當(dāng)?shù)鼐酵嘎叮?dāng)時在坍塌橋面上有50多輛汽車。所幸的是，在大橋塌陷時，一輛載有50名學(xué)生的學(xué)校班車剛好通過坍塌橋段，因而未造成更嚴(yán)重的傷亡。大橋坍塌誰之過？這個問題成為籠罩在全美上空的疑云。評估機制失靈？英尺長以上的橋每兩年檢查一次，但自1993年起，明尼蘇達(dá)州就對I35W這樣車流量較大的橋每年都進行體檢。盡管每次檢查的結(jié)

18、果不十分滿意，但也并沒有顯示出嚴(yán)重危險的跡象。2001年明尼蘇達(dá)大學(xué)做的報告表明，盡管I35W大橋在引橋段出現(xiàn)很多疲勞痕跡，但在整個應(yīng)力系統(tǒng)(tension system)中最重要的主橋段上，并未發(fā)現(xiàn)有疲勞裂紋(fatigue cracking)。2005年一份類似報告的結(jié)論是：“I35W橋?qū)⒉粫驗槠诹鸭y而產(chǎn)生任何問題，所以不必提前更換，以避免為這一巨大工程而支就在去年，明尼蘇達(dá)州還委托一家獨立咨詢公司URS對該橋的情況行研究，但最終的分析仍然是，I35W遭受關(guān)鍵性疲勞損傷的可能性很小。于是一份份“亞健康”的報告慢慢堆積起來，但始終等不到一張“病危通知書”。而在此之前，I35W大橋也動過幾

19、次“小手術(shù)”。就在坍塌事故發(fā)生時，維修人員還正在對橋面的混凝土公路進行更換。因大橋是疏通南北的交通要沖，正常時期車流量高達(dá)每天14萬輛，所以仍開放兩條車道。誰知道這座正處于不惑之年(40歲)的大橋，未等“手術(shù)”做完，就先倒下了。事后一些工程師也承認(rèn)，在檢查過程中，存在一些疏漏是不可避免的。橋梁存在的問題其實非常復(fù)雜，其中有一些很難被檢測出來。比如對于那些由金屬疲勞引起的裂縫，要無一漏網(wǎng)地全部檢測出來，如果沒有特殊的影像采集設(shè)備的話，則非常困難。I35W大橋?qū)覚z屢過，卻最終塌陷，令人震驚之余也提醒著美國人，要重新審視他們曾經(jīng)引以為豪的橋梁評估機制。這樣的事件在美國并非首次。1983年，位于康涅狄

20、格州內(nèi)95號州際公路上的米亞努斯河大橋坍塌，而這座橋在九個月前剛剛做過一次“體檢”。1987年，紐約州內(nèi)一條高速公路橋轟然倒下，原因是橋梁底腳的混凝土橋基受到腐蝕。在此之前，這座橋一直被確診為“情況良好”。歷史遺留問題重慶綦江彩虹橋 鋼管混凝土人行拱橋，長約102米，是綦江縣城主要的人行橋。1996年2月15日投入使用。 1999年1月4日下午7時，大橋突然整體垮塌，造成40人死亡(包 括18名年輕武警戰(zhàn)士)。 14人受傷，直接經(jīng)濟損失631萬元管理混亂更要命？！ 月日，經(jīng)專家鑒定系重大責(zé)任事故，彩虹橋突然垮塌是由兩方面的原因造成的。：一、直接原因是工程質(zhì) 量問題主拱鋼管焊接存在嚴(yán)重缺陷，個別

21、焊縫出現(xiàn)陳舊性裂痕；焊接質(zhì)量不合格；鋼管內(nèi)混凝土強度不足，普遍低于設(shè)計標(biāo)號的13；連接橋梁、橋面與鋼拱架的拉索、鉚片、鉚具都有嚴(yán)重銹蝕。二間接原因間接原因 建設(shè)過程嚴(yán)重違反基本建設(shè)程序。未辦理立項及計劃審批手續(xù)，未辦理規(guī)劃、國土手續(xù)，未進行設(shè)計審查，未進行施工招投標(biāo)，未辦理建筑施工許可手續(xù)，未進行工程竣工驗收。 設(shè)計、施工主體資格不合格。私人設(shè)計，非法出圖；施工承包主體不合法；掛靠承包，嚴(yán)重違規(guī)。 管理混亂，負(fù)責(zé)項目管理的少數(shù)領(lǐng)導(dǎo)干部存在嚴(yán)重腐敗行為。 涉案的14名責(zé)任人分別被判刑。其中，綦江縣委原副書記林世元、書記張開科，因犯受賄罪、玩忽職守罪，分別被判處死刑，緩期二年執(zhí)行和無期徒刑（共振？

22、）。（煙臺汽車站）混凝土的研究方法1、具有職業(yè)人的素養(yǎng)作真人真事2、系統(tǒng)論的觀點 （1）整體性和綜合化原 則（2）聯(lián)系性原則（3）動態(tài)性原則（4）最優(yōu)化原則。 即整體和個體結(jié)合、中 西醫(yī)結(jié)合、 戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)結(jié)合單獨研究整體抓不住事物的本質(zhì)，分不清問題的原因單獨研究個體易脫離實際，得不出正確的結(jié)論混凝土的研究方法3、用辨證法的觀點看待、研究和應(yīng)用混凝土，努力作到因事、因時、因地、因人而宜，追求天時、地利、人和順勢而為，道法自然、天人合一（和諧）之最高境界，自覺應(yīng)用實踐論、一分為二、歷史和發(fā)展觀、量變和質(zhì)變、否定之否定等觀點。 （因事工民建、鐵路、水工、公路、樓高低、是否泵送，每個工程都是一個獨立的

23、個體，和每個獨立的人一樣，因材施教是最高境界）4、對待混凝土的設(shè)計、生產(chǎn)、施工和使用的全過程，應(yīng)像對待人的成長過程一樣（ “Concretus”共同生長），應(yīng)賦予它更多的人性化內(nèi)涵，從根本上改變目前許多人對混凝土認(rèn)識觀念上的偏差與不足，引起人們對混凝土問題的足夠重視，為實現(xiàn)混凝土的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)第二節(jié) 混凝土組成材料一、組成材料及作用二、水泥三、骨料（集料砂石）四、水五、摻合料六、外加劑 七、纖維。 一、組成材料及作用水泥漿占總體積的25-40%，砂石60-75%。水泥7-15%、水14-21%、空氣1-8%、砂25-30%、石30-50%。 為改善混凝土的性能還常加入適量的外加劑和摻合料

24、(纖維）（第五和第六組分）。 水泥漿，硬化之前起填充、包裹、潤滑作用，賦予混凝土拌合物整體的流動性（粘聚性、保水性）和可塑性，便于施工操作。硬化之后的水泥石，具有膠結(jié)作用，把砂石骨料膠結(jié)為堅固的整體，使混凝土產(chǎn)生強度，成為堅硬的人造石。 混凝土結(jié)構(gòu)示意圖 為改善混凝土的性能還常加入適量的外加劑和摻合料(纖維）（第五和第六組分）。 砂石起骨架、填充和體積穩(wěn)定作用，故稱為骨料，并且降低成本。與水泥石相比，骨料顆粒堅硬、體積穩(wěn)定性好，相互搭接可形成堅實的骨架，從而抵抗外力的作用；分散、抵抗水泥凝膠體的體積收縮。（E砼砂漿水泥石、減小徐變）混凝土結(jié)構(gòu)示意圖混凝土原材料的選擇原則：在保證原材料和施工質(zhì)量

25、的前提下，盡可能降低用水量和節(jié)省水泥，提高混凝土的強度和耐久性。方法：1、減小骨料間空隙，則填充骨料空隙的水泥漿量減少；減小骨料的總表面積，則包裹骨料表面的水泥漿量減少。2、選用合適的外加劑和摻合料。二、水泥(1) 水泥品種的選擇應(yīng)根據(jù)混凝土工程性質(zhì)、部位、施工條件、環(huán)境狀況等，結(jié)合設(shè)計、施工要求，按各品種水泥的特性作出合理的選擇。如大壩工程,宜用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。(2) 水泥強度等級的選擇選擇原則：水泥強度等級應(yīng)與混凝土設(shè)計強度等級相適應(yīng)混凝土設(shè)計強度等級越高，則水泥強度等級也宜越高；反之亦然。某施工隊使用以煤渣摻量為30的火山灰水泥鋪筑路面，見圖。使用兩年后，表面耐磨性差

26、，已出現(xiàn)露石，且表面有微裂縫。按JTJ 01294公路混凝土路面設(shè)計規(guī)范，對于水泥混凝土路面，“水泥可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和道路硅酸鹽水泥。中等及輕交通的路面，也可以采用礦渣硅酸鹽水泥?！彼哉f火山灰水泥鋪筑路面是選用水泥不當(dāng)。三、骨料（也稱集料砂石） 骨料總體積占混凝土體積的60-80，對混凝土性能和成本有重要影響。 骨料按粒徑大小分為粗骨料（coarse aggregate 4.75或5mm ）和細(xì)骨料（fine aggregate 0.15-4.75或0.16 -5mm ）兩種。 由于天然砂石資源的緊張及過度開采對環(huán)境的破壞，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源，充分利用一些工業(yè)廢渣（industr

27、ial waste）代替天然砂石，并加強對現(xiàn)有砂石生產(chǎn)的管理及工藝的改進，從而提高砂石的質(zhì)量。 骨料的主要技術(shù)性質(zhì)包括：有害物質(zhì)、顆粒級配及粗細(xì)程度、顆粒形態(tài)及表面特征、強度、堅固性等。普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)（JGJ522006）建設(shè)用砂GB/T14684-2011建設(shè)用卵石、碎石GB/T14685-2011 （一）細(xì)骨料（砂） 1、種類和特性（p55)按產(chǎn)源分為天然砂和人工砂。 天然砂（natural sand）是由自然條件作用而形成，粒徑在4.75mm以下的巖石顆粒。按其產(chǎn)源分為： 河砂、湖砂：其顆粒圓滑，比較潔凈，產(chǎn)源廣；混凝土流動性好、黏結(jié)強度低 山砂：與河砂相比有棱角，

28、表面粗糙，但含泥量和有機雜質(zhì)較多；混凝土流動性差、黏結(jié)強度高 淡化海砂：顆粒圓滑，但?；煊胸悮に槠秃^多鹽分。人工砂（manufactured sand）巖石經(jīng)機械破碎、篩分制成（機制砂）或機制砂和天然砂混合制成。 我國建筑用砂年需約6億噸左右。目前我國多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的是天然砂，天然砂資源是一種地方資源、是短時間內(nèi)不可再生和長距離運輸?shù)模S著基本建設(shè)的日益發(fā)展和環(huán)境保護的需要，在我國不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、砂質(zhì)量下降、限采或禁采天然砂的情況，混凝土用砂供需矛盾尤為突出，而砂的價格越來越高用砂高峰時甚至無砂可用影響了工程建設(shè)的進展。隨著混凝土技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代混凝土對砂的技術(shù)要求則越來

29、越高，特別是高強度等級和高性能混凝土對骨料的要求很嚴(yán)，能滿足其要求的天然砂數(shù)量越來越少，甚至沒有。因此，發(fā)展新砂源（人工砂）勢在必行。同時，我國有大量的金屬礦和非金屬礦，在采礦和加工過程中伴隨產(chǎn)生約40-60的尾礦，有相當(dāng)尾礦沒有合理利用、浪費資源、占用土地、造成環(huán)境污染，而如果經(jīng)過適當(dāng)分選與加工，不少尾礦就可以制成人工砂，既解決砂源和環(huán)境污染問題，又提高了資源利用率，形成綜合效益。 挖砂船砂場根據(jù)有關(guān)規(guī)定，在橋梁上游米以及下游米的水域?qū)儆诮雇谏暗膮^(qū)域。如果在橋梁附近進行挖砂，會對橋梁造成一定的危害作用。挖砂將改變河床自然坡度及水流形態(tài)，導(dǎo)致河床隨水流由高向低處不斷下切。河床下切對大橋帶來的

30、直接影響是：橋墩基礎(chǔ)周圍的砂土被淘涮，導(dǎo)致橋基越來越淺，下切的河床與橋墩周邊的水泥保護層之間形成空洞，防護層失掉支撐。如果遭遇洪水或其他事故，橋梁的穩(wěn)固性將大大減弱。亂采、亂挖、亂建、亂占、亂批的問題，“五亂”的直接后果就是河道損毀、砂堆林立，造成行洪不暢，嚴(yán)重危脅河道兩岸人民的生命財產(chǎn)安全。建筑工程混凝土用砂數(shù)量十分巨大。河濱及地下古河道是建筑用砂的重要來源。雖然如此，也不可小看了海濱建筑用砂的價值。美國就把這項資源看作一項重要的現(xiàn)實資源，并對其儲量進行了勘查計算；全美擁有普通海砂和礫石資源l400億噸。礫右不但是建筑材料，還是化肥、陶瓷生產(chǎn)不可缺少的球磨材料。我國遼東半島南端旅順口柏嵐子海

31、濱的礫石，一度成為國內(nèi)外有關(guān)廠家爭相購買的搶手貨。 70年代以來，世界每年開采海濱建筑用砂和礫石的價值，也在2億美元以上。我國改革開放以前，基建規(guī)模不大，河沙即可滿足需要。90年代以后，出現(xiàn)了亂挖亂采海沙的問題，已經(jīng)引起有關(guān)政府部門的重視。為了保護海岸穩(wěn)定和環(huán)境的優(yōu)美，海砂、礫石也不是可以隨意開采的。探明可供開采的地點和儲量也是必要的。 隨著周邊國家和地區(qū)如日本、香港大型工程項目的興建，廣東、廣西、福建、浙江、山東沿岸海砂開采活動日漸頻繁。 2、質(zhì)量要求有害物質(zhì)（content of harmful matter）：指骨料中含有妨礙水泥水化、或降低骨料與水泥石的粘附性、或與水泥石產(chǎn)生不良化學(xué)反

32、應(yīng)的各種物質(zhì)。 這些物質(zhì)包括:粘土、云母、貝殼、輕物質(zhì)、有機物、硫化物（如FeS2）及硫酸鹽、氯鹽、活性骨料、針片狀顆粒、以及草根、樹葉、樹枝、塑料、煤塊、爐渣等雜物（表4-3）。2、質(zhì)量要求有害物質(zhì)（content of harmful matter）：含泥量是指粒徑小于75m的粘土、淤泥與巖屑的總和；砂中泥塊是指原粒徑大于1.18mm，水洗手捏后變成小于600m的塊狀粘土。石中泥塊是指原粒徑大于4.75mm，水洗手捏后變成小于2.36mm的塊狀粘土。 云母、貝殼及輕物質(zhì)（表觀密度小于2000 kg/m3），它們本身強度低，與水泥石黏結(jié)不牢，因而會降低混凝土強度及耐久性。 硫化物、硫酸鹽、有

33、機物等對水泥石有腐蝕作用，會降低混凝土的耐久性。氯離子對鋼筋有腐蝕作用。（洗砂水、碳塊工程） (1) 與純水泥比，內(nèi)摻5% 泥后減水劑的摻量提高30% 后，才能控制凈漿流動度損失。（2）內(nèi)摻10% 泥后減水劑的摻量提高90% 后，才能控制凈漿流動度損失。聚羧酸高效減水劑聚羧酸高效減水劑含泥量3%以下對強度沒有太大影響，3%含泥量以上時每增加2%，強度降低5%，同時減水劑的摻量也得提高0.1%左右。FDN高效減水劑含泥量、泥塊含量導(dǎo)致混凝土流動性、適應(yīng)性、強度、耐久性下降、收縮增大砂中有害物質(zhì)含量砂中含泥量和泥塊含量GB/T14684-2011建設(shè)用砂規(guī)定了砂中有害物質(zhì)含量的限制（表4-3）：含

34、泥量實際遠(yuǎn) 超標(biāo)？沙漠和海灘細(xì)砂JGJ 206-2010 海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范海砂屋海砂橋顆粒粗細(xì)程度和顆粒級配（p57)（1）定義 砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂?；旌虾笃骄降拇笮。ǔＳ眉?xì)度模數(shù)（fineness modulus）（Mx）表示。 砂的顆粒級配（grain gradation ）是指不同粒徑的砂粒搭配比例。顆粒級配反映了砂的空隙率大小顆粒粗細(xì)程度和顆粒級配（2）意義 粗S小骨架作用好，節(jié)約水泥。若砂子過粗，易使混凝土拌合物產(chǎn)生離析、泌水等現(xiàn)象 級配好空隙率小骨架密實；節(jié)約水泥混凝土性能好、成本低 (3)測定方法粗細(xì)程度和顆粒級配用篩分析方法測定（sieve analysi

35、s）（實驗演示）。 將500g干砂試樣由粗到細(xì)依次過篩，稱得剩留在各個篩上的砂重量（m），并計算出各篩上的分汁篩余（a）和累計篩余（A）。方孔篩 砂的粗細(xì)程度用細(xì)度模數(shù)（Mx）表示，顆粒級配用級配區(qū)表示。 細(xì)度模數(shù)愈大，表示砂愈粗。 根據(jù)細(xì)度模數(shù)Mx大小將砂按下列分類(表4-6）：Mx3.7 特粗砂Mx=3.13.7 粗砂Mx=3.02.3 中砂Mx=2.21.6 細(xì)砂 Mx=1.50.7 特細(xì)砂 砂按060mm孔徑篩的累計篩余百分率，劃分成三個級配區(qū)（1區(qū)、 II區(qū)及III區(qū)），三個區(qū)的最大和最小孔徑篩的累計篩余相同，而其它孔徑篩的累計篩余有部分搭接，在工程中，混凝土所用砂的實際顆粒級配的累

36、計篩余百分率，除4.75mm和0.60mm篩號外，允許稍有超出分界線，但其總量百分率不應(yīng)大于5。p59圖4-2（4）應(yīng)用1)、級配合格方可以配制混凝土。細(xì)度模數(shù)不能反映級配的優(yōu)劣，細(xì)度模數(shù)相同的砂，級配可以不同。2）配制普通混凝土?xí)r粗細(xì)程度和顆粒級配應(yīng)同時考慮。中砂（Mx=2.33.0），區(qū)為宜。3）當(dāng)只有一種砂源時，對偏細(xì)砂適當(dāng)減少砂用量，即降低砂率；對偏粗砂則適當(dāng)增加砂用量，即增加砂率。（4）應(yīng)用4）當(dāng)粗砂和細(xì)砂可同時提供時，宜將細(xì)砂和粗砂按一定比例摻配使用。5）特細(xì)砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程DB50/50282004（重慶）質(zhì)量要求: 表觀密度2500 kg/m3 （2600-2700）； 松

37、散堆積密度1400 kg/m3（干砂松1350-1650 、緊1600-1700）； 空隙率44（一般35-45%，好的級配應(yīng)35%、最好40%，特細(xì)砂50%）; 注意風(fēng)化砂。（二）粗骨料（石） 粗骨料包括碎石、卵石和工業(yè)廢渣。 碎石（crushed stone）是由天然巖石或卵石經(jīng)破碎、篩分而得的粒徑大于4.75mm的巖石顆粒； 碎石是建筑工程中用量最大的粗骨料。 卵石（ gravel又稱礫石）是由自然風(fēng)化、水流搬運和分選、堆積而成的，粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。 按其產(chǎn)源分為河卵石、海卵石及山卵石等幾種，其中以河卵石應(yīng)用較多質(zhì)量要求如下：1.骨料形狀和表面特征（p56-4） 顆粒圓、表

38、面光滑時，表面積較小，對混凝土流動性有利，但骨料與水泥石的粘結(jié)較差、混凝土強度降低。 碎石表面粗糙、多棱角，成本高，配制的混凝土強度高、流動性低； 卵石反之。在相同條件下，卵石混凝土的強度較碎石混凝土低10%（w/c0.65開始出現(xiàn)差異， 0.4特別明顯）； 若保持流動性相同，卵石的拌合用水較碎石少，因此卵石混凝土強度并不一定低。，1.骨料形狀和表面特征 顆粒形狀以接近立方形或球形為好，針狀和片狀顆粒含量要少（ elongated flaky particle針狀顆粒是指顆粒長度大于骨料平均粒徑2.4倍者，片狀顆粒則是指顆粒厚度小于骨料平均粒徑0.4倍者。平均粒徑即指一個粒級的骨料其上、下限粒

39、徑的算術(shù)平均值）。針、片狀顆粒受力時易折斷，而且增大骨料空隙率和表面積，使混凝土流動性變差、強度降低、特別是抗折強度。， 2、有害物質(zhì)（要求同細(xì)骨料）： 堿骨料反應(yīng)（ASR/ACRp56-3，p74-4） （alkali-aggregate reaction） 水泥中堿性氧化物（Na2O、K2O）水解后形成的氫氧化物與骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)，在骨料表面生成堿硅酸凝膠吸水腫脹，把水泥石脹裂。 圖3-26 典型的堿-骨料反應(yīng)開裂形式常見的堿骨料反應(yīng)破壞形式Typical cracking patterns resulting from alkali silica reaction1）水泥或混

40、凝土的含堿量 ；2）活性氧化硅含量 ；3）骨料粒徑 ；4）環(huán)境潮濕，水分滲入混凝土；5）環(huán)境溫度 。堿-骨料反應(yīng)影響因素混凝土含堿量的閾值yu堿骨料破壞性膨脹從整體方法論看待堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展混凝土勻質(zhì)性差溫度與干燥收縮預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力過大微裂縫發(fā)生堿骨料反應(yīng)高堿水泥骨料有堿活性水分來源充分臨水結(jié)構(gòu)相對濕度大 堿骨料反應(yīng)（ASR/ACRp75表4-20）預(yù)防或抑制堿骨料反應(yīng)的措施有：使用含堿小于0.6的水泥，并且要控制混凝土各原材料的含堿量和混凝土總含堿量（3kg/m3、北京20年)混凝土所使用的碎石或卵石應(yīng)進行堿活性檢驗；使混凝土致密，防止水分進入混凝土內(nèi)部。采用能抑制堿骨料反應(yīng)的摻

41、合料，如粉煤灰、硅灰等。 一般來說有兩類堿骨料反應(yīng)：堿-碳反應(yīng)：堿性物質(zhì)與含有碳酸鹽類物質(zhì)的骨料（如白云石等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一類是堿-硅反應(yīng)：堿性物質(zhì)與含硅酸鹽類物質(zhì)的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。堿骨料反應(yīng)的結(jié)果是在水泥骨料表面發(fā)生膨脹性斷裂。比起由于鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的病害和開裂，堿骨料反應(yīng)的過程很慢。 堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生的網(wǎng)狀裂紋粗骨料中嚴(yán)禁混入煅燒過的白云石、石灰石、一些頁巖會吸水或結(jié)冰爆裂（2006年太原、榆次工地），3.顆粒級配（p60表4-9）： 分連續(xù)粒級（continuous grading）和單粒級(gap grading)。 單粒級一般不宜單獨用來配制混凝土。 （

42、空隙率應(yīng) 43-47，好的級配應(yīng)40%，目前接近50%，5-10mm沒有，高質(zhì)量混凝土w 160，現(xiàn)175-195，我國水泥用量高50-60kg，石子生產(chǎn)工藝落后，鄂式破碎差）。3.顆粒級配：實驗演示拋物線最大密度理想曲線 4、最大粒徑- p59（2）(maximum grain size) 粗骨料中公稱粒級的上限 最大粒徑增大時，骨料總表面積減小包裹和潤濕其表面所需的用水量和水泥漿量減少，可節(jié)約水泥和提高溫凝土強度。所以，在條件許可的情況下，應(yīng)盡量選用較大粒徑的骨料。 4、最大粒徑 研究表明，對于貧混凝土（lean concrete）（1m3 混凝土水泥用量170kg），采用大粒徑骨料是有利

43、的，如堤壩基礎(chǔ)、大體積無鋼筋混凝土等。 但是對于結(jié)構(gòu)常用混凝土，骨料粒徑大于40mm并無好處，因為這時由于減少用水量獲得的強度提高，被大粒徑骨料產(chǎn)生的薄弱過渡區(qū)和不均勻性的不利影響所抵消。 骨料最大粒徑還受結(jié)構(gòu)型式和配筋疏密等限制。 4、最大粒徑骨料最大粒徑還受結(jié)構(gòu)型式和配筋疏密等限制。 混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB50164-2011）的規(guī)定：最大粒徑不得大于構(gòu)件最小截面尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋最小凈距的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，骨料最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。5、強度（p60-6） 粗骨料要起骨架作用，必須有足夠的強度。以立方強度或壓碎指標(biāo)表示。a.立方強度