混凝土原材料及配合比

1、混凝土原材料及施工配合比工程局2008年項(xiàng)目總工程師及項(xiàng)目后備總工程師資格培訓(xùn)材料水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院:謝凱軍,介紹內(nèi)容（一）,1 混凝土原材料簡(jiǎn)介 1.1 水泥 1.2 摻合料 1.3 砂石骨料 1.4 混凝土外加劑 1.5 水,介紹內(nèi)容（二）,2 混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn) 2.1 混凝土單位用水量的確定 2.2 混凝土含砂率 2.3 混凝土配合計(jì)算方法 2.4 混凝土配合比的應(yīng)用及調(diào)整 2.5 混凝土的性能試驗(yàn) 2.6 混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題,介紹內(nèi)容（三）,3 高性能混凝土簡(jiǎn)介 3.1 何謂高性能混凝土 3.2 混凝土環(huán)境作用類別 3.3 高性能混凝土主要性能 3.4 高性能混

2、凝土的施工,1 混凝土原材料簡(jiǎn)介,1.1 水泥 水工混凝土常用的水泥有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、中熱和低熱礦渣硅酸鹽水泥等，此外還有快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、膨脹水泥等（P1表3-1）。當(dāng)混凝土骨料中含有堿活性骨料時(shí)，應(yīng)采用低堿水泥（如中、低熱水泥等）。水泥中礦物成份的及其特性見(jiàn)表1-1；水泥熟料的化學(xué)成分及特點(diǎn)見(jiàn)表1-2；水工混凝土常用水泥的適用范圍見(jiàn)表1-3。為了加快工程施工，防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，國(guó)內(nèi)工程上采用了硫酸鹽型的低熱微膨脹水泥和MgO型的的延遲性膨脹水泥。,表1-1 水泥礦物成份及其特性,表1-2 水泥

3、熟料的化學(xué)成分及作用特點(diǎn),表1-3 常用水泥的適用范圍,水泥選擇應(yīng)注意的問(wèn)題,水泥中的MgO含量不得超過(guò)5.0%，經(jīng)壓蒸合格后可以放寬到6.0%。無(wú)論外摻和內(nèi)含均按此要求限定。 水泥中的SO3含量不得超過(guò)3.5%， SO3含量對(duì)水泥的強(qiáng)度有較大的影響，每種水泥SO3合適的量有一定差異，一般來(lái)說(shuō)中熱水泥由于其C3A含量較低(6%)，其SO3合適的量要偏低一些，以三峽中使用的石門(mén)中熱525#水泥為例，其SO3合適的量在2.5%左右。 從水泥成本角度考慮：有特殊要求的水泥售價(jià)較高，在同強(qiáng)度等級(jí)水泥中，中熱硅酸鹽水泥價(jià)格較普通硅酸鹽水泥高，如工程混凝土無(wú)其它特殊要求，應(yīng)盡量選擇價(jià)格較低的水泥。,水泥的

4、等級(jí),（見(jiàn)P3表3-3）。 水泥是混凝土中水化熱的主要來(lái)源，如果沒(méi)有特殊的原因（如堵漏、搶險(xiǎn)等）盡量不選用早強(qiáng)型水泥，避免因早期發(fā)熱量高而使用混凝土產(chǎn)生過(guò)多的裂縫。 水工混凝土工程量巨大，技術(shù)要求高，水泥用量大且集中，選擇水泥時(shí)需要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理上綜合進(jìn)行考慮，要求廠家盡量固定，水泥品種和強(qiáng)度等級(jí)盡可能單一。,1.2 摻和料 為了改善混凝土性能、減少水泥用量及降低水化熱而摻入混凝土中的活性或惰性材料稱為摻合料。 摻合料分活性和非活性兩大類?；钚該胶狭弦匝趸?、氧化鋁為主要活性成份，本身不具有或只有極低的膠凝特性，但在常溫下能與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣生成膠凝性水化物，并在空氣中或水中硬化。非活

5、性摻合料是不具有活性或活性極低的人工或天然的礦物材料。 摻合料品種和摻量選擇，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源條件、混凝土技術(shù)要求等通過(guò)試驗(yàn)論證確定。,在我國(guó)水工混凝土施工中常用的摻合料有：粉煤灰、礦渣、火山灰質(zhì)材料、硅粉和巖石粉等。 粉煤灰： 是從燃煤火電廠鍋爐煙道中收集的粉塵，是一種人工火山灰質(zhì)材料，具有火山灰活性。粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率高。利用粉煤灰混凝土后期強(qiáng)度可以充分發(fā)揮粉煤灰的活性效應(yīng)。用于水泥和混凝土中的粉煤灰 技術(shù)要求見(jiàn)表1-4。 粒化高爐礦渣粉：凡在高爐冶煉生鐵時(shí)，所得到硅酸鈣與鋁酸鈣為主要成份的熔融物，經(jīng)淬冷成粒后，即為?；郀t礦渣，簡(jiǎn)稱礦渣。其主要化學(xué)成份是CaO、S

6、iO2和Al2O3，占總量的90%以上。 礦渣粉能優(yōu)化混凝土孔結(jié)構(gòu)，提高抗?jié)B性能，降低氯離子擴(kuò)散速度，減少體系內(nèi)的Ca(OH)2，抑制堿骨料,反應(yīng)，提高抗硫酸鹽腐蝕能力，使混凝土耐久性得到較大改善。大摻量礦渣粉可降低混凝土水化熱峰值延遲溫峰發(fā)生時(shí)間。 火山灰質(zhì)摻合料:凡天然的或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成份的礦物質(zhì)材料，本身磨細(xì)加水拌和并不硬化，但與氣硬性石灰混合后，再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者，稱為火山灰質(zhì)摻合料。 硅粉:硅粉亦稱硅灰，是從冶煉硅鐵和其他硅金屬工廠的廢煙氣中經(jīng)收塵裝置收集而得的粉塵。硅粉的顆粒極細(xì)，是水泥粒徑的1/501/100，其主要成份是二氧

7、化硅。硅粉摻入混凝土中，能改善新拌混凝土的泌水性和粘聚性，大幅度提高混凝土的強(qiáng)度及抗?jié)B、抗沖磨、抗空蝕等性能。還具有抑制堿骨料反應(yīng)和防止鋼,筋銹蝕的作用。硅粉還可以減少混凝土硬化過(guò)程中的發(fā)熱量。 硅粉活性很高，與高效減水劑聯(lián)合使用時(shí)，可顯著提高混凝土抗壓強(qiáng)度。水工混凝土對(duì)硅粉的技術(shù)要求見(jiàn)表1-5。 表1-5 水工混凝土用硅粉品質(zhì)指標(biāo),表1-4 拌制混凝土和砂漿用粉煤灰技術(shù)要求,1.3 砂石骨料,混凝土中的砂石骨料約占混凝土總體積的80%左右，骨料的物理力學(xué)性能、級(jí)配組合和成份直接或間接影響著混凝土的性能。 在水工混凝土中選擇砂石骨料必須質(zhì)地堅(jiān)硬、致密、耐久、無(wú)裂縫，骨料中不應(yīng)含有大量的粘土、淤

8、泥、粉屑、碎末及有機(jī)物或其他有害雜質(zhì)。在大體積混凝土工程中，選擇骨料時(shí)，除考慮軟弱顆粒含量外，也要考慮骨料的彈性性質(zhì)，總之選擇水工混凝土砂石骨料時(shí)，應(yīng)選擇既能提高抗裂能力又能滿足強(qiáng)度、抗凍、耐腐以及抗風(fēng)化等性能的骨料，需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合考慮。砂的見(jiàn)表1-3.1、顆粒級(jí)配見(jiàn)表1-3.2，粗骨料的質(zhì)量要求見(jiàn)表1-3.3。,表1-3.1 細(xì)骨料（砂）質(zhì)量要求,表1-3.2 砂子顆粒級(jí)配區(qū),表1-3.3 粗骨料的質(zhì)量要求,骨料的強(qiáng)度要求,粗骨料的強(qiáng)度要求 采用直徑與高均為50mm的圓柱體或長(zhǎng)、寬、高均為50mm的立方體巖石樣品進(jìn)行試驗(yàn)。在水飽和狀態(tài)下，其抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于45MPa，與混凝土抗壓強(qiáng)度之比

9、不應(yīng)小于1.5倍。用壓碎指標(biāo)控制時(shí)，應(yīng)符合表3-14要求。,碎石或卵石壓碎指標(biāo)與混凝土強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系,骨料的選擇,在一般情況下，骨料的強(qiáng)度越高、性模量越高，而骨料的彈性模量越高，則用這種骨料制成的混凝土彈性模量也越高；選擇水工混凝土骨料時(shí)，不能認(rèn)為強(qiáng)度越高越好。骨料的選擇原則如下： （1）砂石料以就地取材為原則，用人工骨料應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定。 （2）應(yīng)充分利用基坑或地下開(kāi)挖出來(lái)的棄渣加工骨料。天然骨料中的超徑部分，也可以破碎后利用。 （3）在施工條件許可的情況下，粗骨料的最大粒徑應(yīng)盡量采用較大值，以節(jié)約膠凝材料用量。 （4）在選擇骨料級(jí)配時(shí)，應(yīng)盡可能減少棄料。為滿足骨料級(jí)配要求，卵石亦可

10、破碎后使用。,選擇骨料應(yīng)注意的問(wèn)題,骨料品種對(duì)混凝土單位用水量有顯著性影響，用水量由低到高依次為：天然骨料-灰?guī)r人工骨料砂巖人工骨料-角礫巖人工骨料-花崗巖人工骨料。 堿-碳酸鹽反應(yīng)“ACR”主要是指混凝土中的堿與含白云石的石灰?guī)r的骨料反應(yīng)，由于白云石含粘土，堿離子通過(guò)包裹在細(xì)小白云石外的粘土滲入白云石顆粒，使之產(chǎn)生去白云石化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物不能通過(guò)粘土向外擴(kuò)散，而使骨料膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。根據(jù)水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，采用“巖石柱法”進(jìn)行檢驗(yàn)。,堿-硅反應(yīng)“ASR”是指混凝土中的堿與骨料中的活性二氧化硅，如微晶質(zhì)、隱晶質(zhì)、玻璃質(zhì)和應(yīng)變的石英及玉隧等發(fā)生反應(yīng)，生成堿的硅酸鹽凝膠，吸水后體積

11、膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。由于ASR和ACR是不同類型的膨脹反應(yīng)，故檢驗(yàn)方法也不同，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程中采用“砂漿長(zhǎng)度法”和“壓蒸快速法”等方法來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn) 堿-活性骨料反應(yīng)，如堿-硅反應(yīng)，是活性二氧化硅與堿之間的反應(yīng)，活性二氧化硅消耗著液相中的堿離子，把分散的能量集中于局部（活性顆粒表面），導(dǎo)致局部混凝土承受了很大的膨脹力，引起局域毀壞和開(kāi)裂。,根據(jù)這個(gè)原理，將活性二氧化硅粉碎成微粒，均勻散布與整體的各個(gè)部位，將有限的局部化解成無(wú)限多的活性中心，每一個(gè)中心都能參與化學(xué)反應(yīng)而消耗堿，能量只能分布而不能集中于局部，化解了能量，從而擬制堿-活性骨料反應(yīng)。凡在混凝土中具有二次水化反應(yīng)的活性混合材，如高爐水

12、淬粉磨礦渣、粉煤灰和天然火山灰材料等，均有很好的擬制堿-活性骨料反應(yīng)的效能。混凝土外加劑為陰離子表面活性劑，外加劑的擬制效能體現(xiàn)在均勻分散水泥顆粒，使水泥一次水化反應(yīng)產(chǎn)生的堿離子均勻分布，從而分散了能量。,堿-活性骨料反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)矛盾的兩個(gè)側(cè)面，當(dāng)骨料的選擇被局限時(shí)，控制水泥含堿量和混凝土總堿量就成為防止堿-活性骨料反應(yīng)是有效的措施之一。 采用中熱水泥，控制水泥含堿量以Na2O當(dāng)量（Na2O0.658K2O）0.6%。由于水泥的含堿量不是混凝土總堿量的唯一來(lái)源，所以還應(yīng)控制含鈉鹽的減水劑和其他來(lái)源的堿含量。國(guó)際和國(guó)內(nèi)工程對(duì)混凝土總堿量控制標(biāo)準(zhǔn)如下：對(duì)于一般活性的巖石和一般混凝土工程，混凝土總

13、堿量3.0kg(Na2O當(dāng)量)m3；對(duì)于高活性的巖石和重要混凝土工程，混凝土總堿量2.0kg(Na2O當(dāng)量)m3。三峽工程對(duì)于含有活性骨料的天然骨料，控制混凝土總堿量2.0kg(Na22O當(dāng)量)m3；對(duì)于非活性的花崗巖人工骨料，控制混凝土總堿量2.5kg(Na2O當(dāng)量)m3。,1.4 外加劑,在混凝土拌和過(guò)程中摻入的，并能按要求改善混凝土性能的，一般摻量不超過(guò)水泥重量2%（特殊情況除外）的材料稱為混凝土外加劑。 在混凝土中合理的摻加一定量的外加劑，可達(dá)到提高混凝土早期或各齡期強(qiáng)度，改善施工操作條件，延緩或降低水化熱，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，改善泵送性，節(jié)約水泥用量和節(jié)能等。 外加劑按功能與作用可分為：

14、(1)減水劑：它可以改善混凝土拌和物流動(dòng)性 或減 少用水量。 (2)引氣劑：它可調(diào)節(jié)或增加混凝土含氣量。,(3)調(diào)凝劑：它可調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間。 (4)增強(qiáng)劑：調(diào)節(jié)混凝土在不同溫度下的硬化速度及強(qiáng) 度增長(zhǎng)速度。 (5)特性劑：調(diào)節(jié)混凝土某些特定性能。 (6)泵送劑：改善混凝土拌和物泵送性能。 常用外加劑混凝土性能要求見(jiàn)表1-4.1。 外加劑選擇結(jié)果根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益綜合比較確定： 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)K=（減水率抗壓強(qiáng)度比）/（減水劑摻量摻量） 同類減水劑K系數(shù)值越大，說(shuō)明技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越好。,表1-4.1 常用外加劑混凝土性能要求,外加劑的勻質(zhì)性指標(biāo) 外加劑的勻質(zhì)性指標(biāo)要求表,1.5 水,凡符合國(guó)家

15、標(biāo)準(zhǔn)的生活飲用水，均可以拌制和養(yǎng) 護(hù)混凝土。未經(jīng)處理的工業(yè)污水和生活污水不得用于拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。地表水、地下水和其他類型的水，在首次用于拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r，須經(jīng)檢驗(yàn)合格方可使用。拌和用水對(duì)混凝土（砂漿）的物理力學(xué)性能的影響及水中有害物質(zhì)的含量控制見(jiàn)表1-5.1。,表1-5.1 物質(zhì)含量限值,根據(jù)骨料品種、粒徑、砂率、外加劑的品種及摻量、是否摻用摻合料、及施工要求的坍落度及和易性等選擇每m3混凝土的用水量，一般可根據(jù)本單位對(duì)所用材料的使用經(jīng)驗(yàn)選用。也可參照表2-1.1和表2-1.2選用，最后通過(guò)試驗(yàn)確定。 表 2-1.1 混凝土單位用水量參考表,2.混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn) 2-1混凝土單位用水量

16、的確定:,2-2混凝土含砂率 砂率是細(xì)骨料在粗、細(xì)骨料的實(shí)體積中所占的百分率。在砂子與石子的表觀密度相近時(shí)，常以砂與石子,表2-1.2 原材料或其他條件變化后的調(diào)整參考值,的質(zhì)量來(lái)代替實(shí)體積求砂率。優(yōu)質(zhì)混凝土要求砂率是 既能使混凝土拌和物具有較好的粘聚性及流動(dòng)性，滿 足施工和易性要求，又使每m3混凝土用水量最小。砂率的選擇應(yīng)通過(guò)試拌確定。 2-3混凝土配合比計(jì)算方法 （1）混凝土配制強(qiáng)度的確定 +.S （2）確定水灰比 （3）確定用水量 （4）計(jì)算水泥用量 （5）確定砂率 （6）計(jì)算砂石用量 當(dāng)混凝土配合比的三個(gè)參數(shù)確定后，便可進(jìn)行混凝土的,初步計(jì)算，計(jì)算方法有“假定容重法”和“絕對(duì)體積法”兩

17、種 方法： 假定容重法：,絕對(duì)體積法：,2.4 混凝土配合比的應(yīng)用及調(diào)整 用假定容重法或絕對(duì)體積法計(jì)算出材料的用量后，并不說(shuō)明混凝土的配合比已確定，還要進(jìn)行混凝土試拌。以調(diào)整混凝土的用水量及砂率，測(cè)定混凝土的容重，調(diào)整混凝土中各材料的用量，然后再根據(jù)按該配比制做的試件的性能測(cè)試結(jié)果來(lái)確定混凝土的實(shí)際配合比。 2.5 混凝土的性能試驗(yàn) 由設(shè)計(jì)計(jì)算并完成試配調(diào)整的混凝土配合比，能否滿足要求，即該配合比能否作為最終的設(shè)計(jì)配合比，還需根據(jù)按該配合比制做的試件的性能測(cè)試結(jié)果來(lái)判定?；炷列阅茉囼?yàn)包括：混凝土拌合物性能試驗(yàn)、混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)、混凝土耐久性試驗(yàn)等。,(1)混凝土拌和物的性能：主要是和易性，

18、它是一項(xiàng)綜合的技術(shù)性質(zhì)，具有流動(dòng)性、粘聚性、保水性三方面的涵義。 (2)混凝土的物理力學(xué)性能:抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、靜力彈性模量試驗(yàn)、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。 (3)混凝土的耐久性和變形性能試驗(yàn)主要包括：抗凍性試驗(yàn)、凍彈性模量試驗(yàn)、抗?jié)B性試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)、受壓徐變?cè)囼?yàn)、碳化試驗(yàn)、混凝土中鋼筋銹蝕和抗壓疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)等。 2.6 混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)設(shè)計(jì)混凝土配合比要選擇合格的原材料。 (2)混凝土和易性要好,這是便于施工確保工程澆筑質(zhì)量的重要條件。,(3)要具有工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工進(jìn)度所要求的強(qiáng)度。 (4)選擇最小單位用水量。 (5)最大石子粒徑。 (6)最多石子用量。 (7)最佳

19、骨料級(jí)配組合。 (8)經(jīng)濟(jì)合理地選擇水泥品種和強(qiáng)度等級(jí)，優(yōu)先考慮采用優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的粉煤灰摻和料和外加劑從而節(jié)約水泥，降低成本。,含氣量對(duì)混凝土性能的影響,含氣量對(duì)混凝土施工和易性的影響； 含氣量對(duì)混凝土耐久性的影響：一般使用優(yōu)質(zhì)的引氣劑后，混凝土中的氣泡呈球型，直徑多在20200m，國(guó)內(nèi)外資料都認(rèn)為氣泡間距系數(shù)L250m時(shí)，混凝土具有良好的抗凍性能。 獲得合適含氣量的途徑： 1、合格的引氣劑；2、合適的摻量；3、減水劑和引氣劑的很好配合；4、摻和料的種類；5、拌和用水等等。,使用引氣劑提高混凝土抗凍性能的原因,在混凝土中摻用適量的優(yōu)質(zhì)引氣劑，當(dāng)混凝土含氣量合適時(shí)可有效地提高混凝土的抗凍耐久性能，

20、這是因?yàn)椋?(1) 含氣量中直徑和間距系數(shù)合適的氣泡的混凝土施工和易性好，可以使混凝土達(dá)到較好的施工密實(shí)度； (2) 在混凝土中含氣量每增加1%，混凝土強(qiáng)度降低810%，但隨著混凝土含氣量的增大，其單位用水量有所降低，在保持用水量和坍落度不變的條件下，混凝土強(qiáng)度降低值可以適當(dāng)減?。?(3)微氣泡能阻斷混凝土中的毛細(xì)孔隙，相應(yīng)阻斷了混凝土中的滲透通道； (4) 適宜的含氣量可減小混凝土凍融產(chǎn)生的應(yīng)力，從而根本提高混凝土的抗凍耐久性能。,3 高性能混凝土簡(jiǎn)介,3.1 何謂高性能混凝土？ 20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)家材料委員會(huì)提出：要為新世紀(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開(kāi)發(fā)高性能的建筑材料，包括鋼材、混凝土、塑料等。 1990年5月，在美國(guó)馬里蘭州Gaithersburg 城由 NIST 和 AC