混凝土
一 混凝土的组成
混凝土是工程建设的主要材料之一。广义的混凝土是指由胶凝材料、细骨料(砂)、粗骨料(石)和水按适当比例配制的混合物，经硬化而成的人造石材。但目前建筑工程中使用最为广泛的还是普通混凝土。普通混凝土是由水泥、水、砂、石以及根据需要掺入的各类外加剂与矿物混合材料组成的。
在普通混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料，它们在混凝土中起填充作用和抵抗混凝土在凝结硬化过程中的收缩作用。水泥与水形成水泥浆，包裹在骨料表面并填充骨料间的空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌和物一定的和易性，便于施工；水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体，并具有一定的强度。
二 混凝土的分类
混凝土的品种繁多，它们的性能和用途也各不相同，一般按以下四方面进行分类。
1．按胶结材料分类
(1)无机胶结材料混凝土：水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石膏混凝土、水玻璃氟硅酸钠混凝土。
(2)有机胶结材料混凝土：沥青混凝土、硫黄混凝土、聚合物混凝土。
(3)有机无机复合胶结材料混凝土：聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土。
2．按表观密度分类
(1)特重混凝土：表观密度大于2600kg／m3，是用特别密实和特别重的骨料制成的，例如重晶石混凝土、钢屑混凝土等。它们具有防辐射的性能，主要用作原子能工程的屏蔽材料。
(2)重混凝土：表观密度为1900～2500kg／m3，是用致密的天然砂、石作为骨料制成的，也称普通混凝土，主要用于各种承重结构。
(3)轻混凝土：表观密度在500～1900kg／m3，用火山灰渣、黏土陶粒和陶砂、粉煤灰陶粒和陶砂等轻骨料制成的轻骨料混凝土。表观密度在500kg／m3，以上的多孔混凝土，包括加气混凝土和泡沫7昆凝土、大孑L混凝土，其组成中不加或少加细骨料。轻混凝土主要用作结构材料、结构绝热材料。
(4)特轻混凝土：表观密度在500kg／m3及以下的多孔混凝土。特轻骨料如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、泡沫塑料等。制成的轻骨料混凝土，主要用作保温隔热材料。
3．按混凝土的结构分类
(1)普通结构混凝土：以碎石或卵石、砂、水泥和水制成的混凝土为普通混凝土。
(2)细粒混凝土：由细骨料和胶结材料制成，主要用于制造薄壁构件。
(3)大孔混凝土：由粗骨料和胶结材料制成，骨料外包胶结材料，骨料彼此以点接触，骨料之间有较大的空隙，主要用于墙体内隔层等填充部位。
(4)多孔混凝土：这种混凝土无粗细骨料，全由磨细的胶结材料和其他粉料加水拌成料浆，用机械方法或化学方法使之形成许多微小的气泡后再经硬化制成。
4．按用途和施工方法分类
主要有结构混凝土、防水混凝土、隔热混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、纤维混凝土、防辐射混凝土、沥青混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土、高强混凝土、高性能混凝土等。
此外，随着混凝土的发展和工程的需要，还出现了膨胀混凝土、加气混凝土、纤维混凝土等各种特殊功能的混凝土。
随着混凝土应用范围的不断扩大，混凝土的施工机械也在不断发展。泵送混凝土、商品混凝土以及新的施工工艺给混凝土施工带很大的方便。 骨料性能对于所配制的混凝土的性能有很大的影响。为了保证混凝土质量，要求骨料具有良好的颗粒形状和颗粒级配，有害杂质含量少，不与水泥发生有害反应等。
细节一 砂的质量要求
砂按其产源可分天然砂、人工砂。由自然条件作用而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。天然砂可为河砂、湖砂、海砂和山砂。人工砂又分机制砂、混合砂。人工砂为经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。混合砂是由机制砂和天然砂混合制成的砂。按砂的粒径可分为粗砂、中砂和细砂，目前是以细度模数来划分粗砂、中砂和细砂，习惯上仍用平均粒径来区分，见表2-4。
表2-4砂的分类
粗细程度 细度模数M。 平均粒径／mm 粗砂
中砂
细砂 3.7～3.1
3.O～2.3
2.2～1.6 O.5以上
O.35～O.5
O.25～O.35 1．颗粒级配
颗粒级配是指砂子中不同粒径颗粒之间的搭配比例关系。采用同一粒径的砂子，空隙最大，因此要用粗、细及中间颗粒的砂子合理组合在一起时，才能互相填充使空隙率最小，这种情况就称为良好级配。良好的级配空隙小，可以降低水泥用量，且提高混凝土的密实度。
为保证混凝土的施工和易性，并节约水泥，较经济地配制质量合格的混凝土，应选择颗粒级配好，而且粗细程度适宜的骨料。在砂子用量一定的情况下，最好采用空隙率小而总表面积也小的砂。砂的空隙率小，则混凝土骨架较密实，填充砂子空隙的水泥浆则少；砂总表面积小，包裹砂子表面的水泥浆用量则减少，这就可节约水泥用量。砂的空隙率大小取决于颗粒级配的好坏，而总表面积的大小又取决于砂的粗细程度。当采用同一粒径砂时，其空隙率较大；两种不同粒径砂搭配得当，则空隙率减小；采用多种(粗、中、细或更细)粒径混合时，空隙率会更小。这样一级一级颗粒互相填充搭配，若比例适当，就会使砂子空隙达到最小。所指砂子级配好，就是指砂子空隙率较小。砂子的粗细程度影响砂的总表面积，在相同用量条件下，细砂总表面积大，粗砂总表面积小。为了获得比较小的总表面积，并节约混凝土中水泥用量，应尽量多采用较粗的颗粒。但颗粒过粗，易使混凝土拌和物产生泌水，影响和易性。若砂中粗颗粒过多，中小颗粒搭配又不好，会使砂空隙率增大。因此，砂子粗细程度要与砂的颗粒级配同时考虑。
混凝土用砂按0.630mm筛孔的累计筛余量可分为三个级配区，见表2—5。砂的颗粒级配应处于表中的任何一个区域内。
表2-5砂颗粒级配区 级 配 区 筛孔尺寸／mm I区 Ⅱ区 Ⅲ区 累计筛余／％ 10.OO
5.OO
2.50
1.25
O.63
O.315
O.16 O
10～O
35～5
65~35
85~71
95~80
100~90 O
10～O
25～O
50~10
70~41
92~70
100~90 O
lO～O
1 5～O
25～O
40～16
85~55
100~90 配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。Ⅱ区宜用于强度等级C30～C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅰ区宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅲ区宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。
对于泵送混凝土用砂，宜选用中砂。
2．砂的质量要求
配制混凝土的砂子，要求颗粒坚硬、洁净，砂中各种有害杂质的含量必须控制在一定范围之内。所谓有害杂质是指黏土、淤泥、云母片、轻物质、硫化物、硫酸盐及有机质等。
砂中黏土、淤泥、云母片、轻物质、有机质含量超过允许量，则会降低混凝土的强度；硫化物、硫酸盐含量超过允许值会影响混凝土的耐久性，并引起钢筋的锈蚀。所以砂应采用天然砂，砂的质量要求可参见表2—6。
表2—6砂的质量要求 质量 项 目 质量指标 含泥量(按 ≥C30 ≤3.O重量计)／％ 混凝 <C30 ≤5.O 泥块含量土强度 (按重量等级 ≥C30 ≤1.O计)／％ <C30 ≤2.O 云母含量(按重量计)／％ ≤2.O 轻物质含量(按重量计)／％ ≤1.O
有害物质 硫化物及硫酸盐含量(折算成
S03按重量计)／％
≤1.O限量
有机质含量(用比色法试验)
颜色不应深于标准色，如
深于标准色，则应按水泥胶
砂强度试验方法，进行强度
对比试验，抗压强度比不应
低于O.95
坚固性
混凝
土所处
的环境 在严寒及寒冷地区室外
使用并经常处于潮湿或干
湿交替状态下的混凝土
循环后重量
损失／％
≤8
条件
其他条件下使用的混凝土
≤lO
3．砂的验收
生产单位应按批对产品进行质量检验。在正常情况下，机械化集中生产的天然砂，以400m3或600t为一检验批。人工分散生产的，以200m3或300t为一检验批。不足上述规定者也以一批检验。每批至少应进行颗粒级配和含泥量检验。如为海砂，还应检验其氯盐含量。在发现砂的质量有明显变化时，应按其变化情况，随时进行取样检验。砂产量比较大，而产品质量比较稳定时，可进行定期的检验。在新产源开发前，应对产品按有关要求进行全面检验。
砂的使用单位的质量检测报告内容应包括：委托单位；样品编号；工程名称；样品产地和名称；代表数量；检测条件；检测依据；检测项目；检测结果；结论等。
砂的数量验收，可按重量或体积计算。测定重量可用汽车地量衡或船舶吃水线为依据。测定体积可按车皮或船的容积为依据。用其他小型工具运输时，可按量方确定。
4．砂的运输和堆放
砂在运输、装卸和堆放过程中，应防止离析和混入杂质，并应按产地、种类和规格分别堆放。
细节二 石子的质量要求
由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的，粒径在5mm以上的岩石颗粒称为粗骨料，即石子。石子有天然卵石和人工碎石两种。卵石(砾石)根据产源可分为河卵石、海卵石及山卵石三种。山卵石杂质含量多，使用时需冲洗；海卵石中常混有不坚固的贝壳；河卵石表面光滑，少棱角，比较洁净，基本具天然级配，且产地分布广，是普通混凝土常用的粗骨料。碎石是由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的粒径大于5mm的岩石颗粒，表面粗糙且带棱角，与水泥石黏结比较牢固，也是普通混凝土特别是高强混凝土的首选骨料。
1．石子的颗粒级配
碎石应为由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的粒径大于5mm的岩石颗粒；混凝土用的卵石或碎石粒径的上限，称为该粒径的最大粒径。石子粒径大，其表面积随之减少。因此保证一定厚度的润滑层所需的水泥砂浆的数量也相应减少，所以石子最大粒径在条件许可下，应尽量选用大一些的。但石子粒径的选用，取决于构件截面尺寸和配筋的疏密。石子最大颗粒尺寸不得超过结构截面最小尺寸的1／4，同时不得大于钢筋最小净距的3／4，对板类构件不得超过板厚的1／2。
石子在混凝土中使用，也要有较好的级配。一般在工程上使用，要求连续粒级为5～40mm，其上限称为该类石子的最大粒径。
石子的最大粒径，是以能顺利施工和保证构件质量来确定的。规范中规定石子的最大粒径不得超过结构断面最小尺寸的1／4，同时又不得大于钢筋间的最小净距的3／4。混凝土实心板允许采用石子的最大粒径为1／2板厚，但最大粒径又不得超过50mm。因此，小、薄的构件可以选用连续粒级为5～20mm类的“中石子”；空心板等可用5～12mm的“小石子”。
2．石子的质量要求
(1)对针、片状颗粒的限制 所谓针状颗粒是指颗粒的长度大于该颗粒粒级的平均粒径2.4倍的石子；而石子的厚度小于平均粒径的40％时，称为片状石子。平均粒径是指该粒级的上下限粒径的平均值，如5～40mm，其平均粒径为22.5mm。由于针、片状石子在混凝土骨料结合中不利于配合，所以根据混凝土强度的高低，含量有所限制。碎石或卵石中针、片状颗粒含量应符合表2—7的规定。
表2-7石中针、片状颗粒含量混凝土强度等级 ≥C30 <C30针、片状颗粒含量(按重量计)／％ ≤15 ≤25 (2)对含泥量的限制 对高于或等于C30强度的混凝土，及有抗冻、抗渗要求的混凝土，其所用石子的含泥量不大于1％；低于C30强度的混凝土，其所用石子的含泥量不大于2％。卵石应为由自然条件作用而形成的粒径大于5mm的岩石颗粒。
碎石或卵石中含泥量、泥块含量限值应符合表2—8的规定。
表2-8石中含泥量、泥块含量限值 混凝土强度等级 ≥C30 <C30 含泥量(按重量计)／％
泥块含量(按重量计)／％ ≤1.O
≤O.5 ≤2.O
≤O.7 (3)对有害物质含量的限制 碎石或卵石中有害物质含量限值应符合表2—9的规定。
表2-9石中有害物质含量限值 项 目 质量指标 硫化物及硫酸盐含量(折算成so。，按
重量计)／％ ≤1.O
卵石中有机质含量(用比色法试验)
颜色应不深于标准色，如深于标准
色，则应配制成混凝土进行强度对比试
验，抗压强度比应不低于0.95 (4)对无定形二氧化硅含量的限制 当怀疑碎石或卵石中因含有无定形二氧化硅而可能引起碱一骨料反应时，应根据混凝土结构或构件的使用条件，进行专门试验，以确定是否可用。
3．石子的验收
石子的验收按《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》中的规定进行。购货单位应按同产地同规格分批验收。用大型工具(如火车、货船或汽车)运输的，以400m3或600t为一验收批。用小型工具(如马车等)运输的，以200m3或300t为一验收批。不足上述数量者以一批论。生产厂家和供货单位应提供产品合格证及质量检验报告。
每验收批至少应进行颗粒级配、含泥量、泥块含量及针、片状颗粒含量检验。对重要工程或特殊工程应根据工程要求增加检测项目。对其他指标的合格性有怀疑时应予检验。当质量比较稳定、进料量又较大时，可定期检验。
当使用新产源的石子时，应由生产厂家或供货单位按质量要求进行全面检验。
石子的使用单位的质量检测报告内容应包括：委托单位、样品编号、工程名称、样品产地、类别、代表数量、检测依据、检测条件、检测项目、检测结果、结论等。
4．石子的运输和堆放
碎石或卵石在运输、装卸和堆放过程中，应防止颗粒离析和混入杂质，并应按产地、种类和规格分别堆放。堆料高度不宜超过5m，但对单粒级或最大粒径不超过20mm的连续粒级，堆料高度可以增加到10m。
细节三 水的质量要求
水是混凝土的主要组成材料之一。混凝土用水按水源可分为饮用水、地表水、地下水、海水、生活污水和工业废水等。符合国家标准的饮用水，可拌制各种混凝土。地表水首次使用前，应按《混凝土拌和用水标准》(JGJ 63—2006)规定进行检验，合格后方可使用。
(1)拌和用水所含物质拌和用水所含物质对混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土不应产生以下有害作用。
①影响混凝土的和易性及凝结。
②有损于混凝土强度发展。
③降低混凝土的耐久性、加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断。SO4
④污染混凝土表面。
(2)凝结时间 用待检验水和蒸馏水(或符合国家标准的生活饮用水)试验所得的水泥初凝时问差及终凝时间差均不得大于30min，其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定。
(3)抗压强度 用待检验水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度(若有早期抗压强度要求时需增加7d抗压强度)不得低于用蒸馏水(或符合国家标准的生活饮用水)拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90％。
(4)水的pH值及物质含量限值 水的pH值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物的含量应符合表2—10的规定。
表2-10混凝土拌和用水的物质含量限值 项 目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值
不溶物／(mg／L)
可溶物／(mg／L)
氯化物(以CL-计)／(mg／L)
硫酸盐(以SO4计)／(mg／L)
硫化物(以SO2-计)／(mg／L) >4
<2000
<2000
<500
<600
<100 >4
<2000
<5000
<1200
<2700
—— >4
<5000
<10000
<3500
<2700
—— 注：使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土氯化物含量不得超过350mg／L。
12表示1-2cm碎石，13表示1-3cm碎石，24表示2-4cm碎石，如果是桥涵用的，碎石的规格在桥涵施工技术规范里面能找到。如果是沥青类路面用的在沥青路面施工技术规范里面有。
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