混凝土组成材料—骨料篇
混凝土组成材料混凝土组成材料骨料篇骨料篇BUCEA2022-12-18现代混凝土材料理论与应用培训第一页，共九十九页。本节前言本节前言 骨料相对而言比较廉价而且不会与水发生复杂的化学反响，因此传统观念上人们把它作为混凝土的惰性填充料。然而，由于人们日益认识到骨料对混凝土和易性、尺寸稳定性、耐久性、强度以及经济性方面的重要作用。因此我们必须象重视水泥那样重视骨料。2022-12-18第二页，共九十九页。混凝土中最稳定的组分是骨料混凝土中最稳定的组分是骨料.如果不如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。我们必须充分认识到我们必须充分认识到：2022-12-18第三页，共九十九页。我们应该重视骨料的品质我们应该重视骨料的品质2022-12-18第四页，共九十九页。我国混凝土质量比西方国家的差，主要原我国混凝土质量比西方国家的差，主要原因在于骨料的质量；因在于骨料的质量；骨料质量首先不是强度，重要的是骨料质量首先不是强度，重要的是使用级使用级配和粒形良好的骨料可以得到较小用水量的配和粒形良好的骨料可以得到较小用水量的拌和物拌和物。2022-12-18第五页，共九十九页。授课提纲授课提纲骨料的定义与分类骨料的定义与分类骨料的加工制备骨料的加工制备骨料的作用骨料的作用级配与粒径分布级配与粒径分布粒形与外表织构粒形与外表织构有害物质有害物质吸水性和外表潮湿状态吸水性和外表潮湿状态强度与弹性模量强度与弹性模量关于机制砂关于机制砂2022-12-18第六页，共九十九页。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aggregateaggregate的定义与分类的定义与分类碎碎石石卵卵石石天天然然砂砂人人工工砂砂混混合合砂砂粗骨料粗骨料细骨料细骨料mmmmmmmm?普通混凝土用砂、石质量标准及检验普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准方法标准?JGJ52-2006?JGJ52-2006第七页，共九十九页。骨料的制备骨料的制备需要提示注意的是破碎设备和工艺决定着颗粒的粒形。对于石灰石等层状沉积岩，鄂式破碎机和还击式破碎机就容易产生扁平颗粒。目前比较先进的破碎工艺是由鄂式破碎机圆锥式破碎机竖轴冲击破碎机组成的加工设备与工艺系统。2022-12-18第八页，共九十九页。2022-12-18骨料加工主要设备图示骨料加工主要设备图示 鄂破 圆锥破 竖轴冲击破第九页，共九十九页。不同工艺加工出碎石质量的比照不同工艺加工出碎石质量的比照2022-12-18第十页，共九十九页。骨料的作用骨料的作用 骨架作用，传递应力骨架作用，传递应力 抑制收缩，防止开裂抑制收缩，防止开裂 对于对于干硬性混凝土、低塑性混凝土和高强干硬性混凝土、低塑性混凝土和高强泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土强度泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土强度，普通普通泵送混凝土一般骨料可不要求立方体抗压强度泵送混凝土一般骨料可不要求立方体抗压强度指标指标。2022-12-18第十一页，共九十九页。为什么把砂石称为骨料？为什么把砂石称为骨料？在传统观念中把砂石叫做骨料的原因是认为骨料起强度作用而作为混凝土的骨架，这是针对于传统低塑性混凝土的理解。骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的体积而不是强度。纯的水泥浆体硬化后收缩过大，无法用于结构，必须有骨料对水泥浆体的收缩起约束作用，而且骨料在混凝土中必须占据大局部体积。第十二页，共九十九页。决定预拌混凝土强度的不是骨料决定预拌混凝土强度的不是骨料对混凝土的强度其决定作用的是混凝土的水灰比水胶比，所以目前用强度很低的轻骨料陶粒已能配制出C50的泵送混凝土。2022-11-29第十三页，共九十九页。骨料对混凝土收缩的影响骨料对混凝土收缩的影响第十四页，共九十九页。第十五页，共九十九页。骨料的级配与粒径分布骨料的级配与粒径分布骨料的级配应该比较好，只有这样，较少的细颗粒才能填充满粗颗粒之间的空隙，这有利于减少骨料骨架中的空隙率。砂石空隙又被胶凝材料浆体填充。第十六页，共九十九页。骨料的良好级配的特征骨料的良好级配的特征 骨料级配良好的重要考察指标是具有较低的骨料级配良好的重要考察指标是具有较低的空隙率。尤其是粗骨料的空隙率影响着砂率和浆空隙率。尤其是粗骨料的空隙率影响着砂率和浆骨比。骨比。骨料具有适当小的外表积骨料具有适当小的外表积 在保证和易性的前提下，尽可能采用较多的在保证和易性的前提下，尽可能采用较多的大粒径骨料。大粒径骨料。有适当的细骨料，以满足工作性要求。有适当的细骨料，以满足工作性要求。第十七页，共九十九页。良好的骨料级配可以控制用水量良好的骨料级配可以控制用水量2022-12-18第十八页，共九十九页。第十九页，共九十九页。粗骨料的分仓上料粗骨料的分仓上料为保证粗骨料的良好级配，降低空隙率，目前为保证粗骨料的良好级配，降低空隙率，目前越来越多的重要工程和商品混凝土搅拌站采用越来越多的重要工程和商品混凝土搅拌站采用5-10mm5-10mm和和10-20mm10-20mm两级配或三级配分别计量两级配或三级配分别计量上料。上料。原因是即使采石场做到了级配，运到现场也没原因是即使采石场做到了级配，运到现场也没有了级配，因此要求一律采用分单粒级进料分有了级配，因此要求一律采用分单粒级进料分级封闭储存，级配后分级上料。级封闭储存，级配后分级上料。2022-12-18第二十页，共九十九页。第二十一页，共九十九页。第二十二页，共九十九页。砂的筛分析实验砂的筛分析实验砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一砂的粗细程度是指不同粒径的砂混合在一起后的总体平均粗细程度。通常有粗砂、起后的总体平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。中砂、细砂之分。砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析的方法砂的颗粒级配和粗细程度用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。用细度模数表示砂的粗细。2022-12-18第二十三页，共九十九页。砂的筛分析方法是用一套孔径为砂的筛分析方法是用一套孔径为9.50mm9.50mm、4.75mm4.75mm、2.36mm2.36mm、1.18mm1.18mm、及、及600600m m、300300m m、150150m m的标准方孔筛，将质量为的标准方孔筛，将质量为500g500g的干砂试的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂子质量筛上的砂子质量g g，计算分计筛余百分率，计算分计筛余百分率aiai各号筛的筛余量与试样总量之比、累各号筛的筛余量与试样总量之比、累计筛余百分率计筛余百分率AiAi该号筛的筛余百分率加上该号筛的筛余百分率加上该号筛以上各筛余百分率之和。分计筛余该号筛以上各筛余百分率之和。分计筛余与累计筛余的关系见表与累计筛余的关系见表5.15.1。根据以下公式计算砂的细度模数根据以下公式计算砂的细度模数(Mx)(Mx)：2022-12-18第二十四页，共九十九页。砂的粗细程度砂的粗细程度细度模数细度模数M Mx x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+a3 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 63.7-3.1 3.7-3.1 粗粗 砂砂3.0-2.3 3.0-2.3 中中 砂砂2.2-1.6 2.2-1.6 细细 砂砂细度模数细度模数第二十五页，共九十九页。/%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，表示区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土砂过细，拌制混凝土时需要的胶凝材料浆量多，易使混凝土收缩增大时需要的胶凝材料浆量多，易使混凝土收缩增大；超过；超过1 1区往区往右下偏时，表示右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振捣成型易控制，而且内摩擦大，不易振捣成型。处于处于2 2区级配的砂，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其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区区。第二十六页，共九十九页。例例4-14-1某干砂某干砂500g500g的筛分结果如下表所列。试的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配计算该砂的细度模数并评定其级配2022-12-18第二十七页，共九十九页。第二十八页，共九十九页。第二十九页，共九十九页。石的最大粒径石的最大粒径DmaxDmax混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50mm；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1:3，卵石不宜大于1:2.5。为防止混凝土难以流入模板和钢筋之间的空隙，最大粒径不得超过保护层厚度的2/3为宜。2022-12-18第三十页，共九十九页。最大粒径对混凝土变化带来两种相反效果最大粒径对混凝土变化带来两种相反效果胶凝材料和稠度相同，用通过粒径较大的骨胶凝材料和稠度相同，用通过粒径较大的骨料比粒径较小的骨料配制混凝土所需拌合水料比粒径较小的骨料配制混凝土所需拌合水用量少；用量少；粒径较大的骨料是界面过渡区有更多微裂纹，粒径较大的骨料是界面过渡区有更多微裂纹，从而更加薄弱；从而更加薄弱；对高强混凝土对高强混凝土2828天强度的影响更显著。天强度的影响更显著。一般情况，水胶比一定时，减少骨料粒径一般情况，水胶比一定时，减少骨料粒径会提高拉会提高拉-压强度比。压强度比。2022-12-18第三十一页，共九十九页。骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷骨料粒径大于保护层厚度造成的缺陷砂浆收缩是混凝土的两倍砂浆收缩是混凝土的两倍第三十二页，共九十九页。粗骨料的粒径效应粗骨料的粒径效应D Dm m增大，削弱了粗集料与水泥浆体的黏结，增大，削弱了粗集料与水泥浆体的黏结，增大了内部结构的不连续性；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，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，因而混凝土内部由于二者弹性模量不同，因而混凝土内部产生拉应力，产生拉应力，D Dm m增大，拉应力增大；增大，拉应力增大；D Dm m增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定增大，界面过渡区的氢氧化钙晶体的定向排列程度增大。向排列程度增大。2022-12-18第三十三页，共九十九页。粗骨料的粒径效应粗骨料的粒径效应 水水胶胶比比越越低低，粗粗骨骨料料粒粒径径对对渗渗透透性性和和强强度度的的影影响响越越大大；抗抗渗渗性性和和强强度度随随最最大大粒粒径径的的减减小小而而提提高高，弹弹性性模模量量有有所所下下降，收缩增大。降，收缩增大。2022-12-18第三十四页，共九十九页。骨料粒径对混凝土渗透性的影响骨料粒径对混凝土渗透性的影响第三十五页，共九十九页。骨料骨料粒径粒径与混与混凝土凝土抗冻抗冻性的性的关系关系第三十六页，共九十九页。石子粒径
