普通混凝土的組成材料（上篇）

    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(jù)工程性質(zhì)、設(shè)計(jì)要求和施工現(xiàn)場(chǎng)條件合理選擇原料的品種、質(zhì)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(zhì)、作用原理和質(zhì)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(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程所處環(huán)境及施工條件確定。如高溫車間結(jié)構(gòu)混凝土有耐熱要求，一般宜選用耐熱性好的礦渣水泥等等。 

    （二）水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇

    水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇原則為：混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)越高，則水泥強(qiáng)度等級(jí)也宜越高；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)低，則水泥強(qiáng)度等級(jí)也相應(yīng)低。例如：C40以下混凝土，一般選用強(qiáng)度等級(jí)32.5級(jí)；C45～C60混凝土一般選用42.5級(jí)，在采用高效減水劑等條件下也可選用32.5級(jí)；大于C60的高強(qiáng)混凝土，一般宜選用42.5級(jí)或更高強(qiáng)度等級(jí)的水泥；對(duì)于C15以下的混凝土，則宜選擇強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)的水泥，并外摻粉煤灰等混合材料。目標(biāo)是保證混凝土中有足夠的水泥，既不過(guò)多，也不過(guò)少。因?yàn)樗嘤昧窟^(guò)多（低強(qiáng)水泥配制高強(qiáng)度混凝土），一方面成本增加。另一方面，混凝土收縮增大，對(duì)耐久性不利。水泥用量過(guò)少（高強(qiáng)水泥配制低強(qiáng)度混凝土），混凝土的粘聚性變差，不易獲得均勻密實(shí)的混凝土，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。

    二、細(xì)骨料

    公稱粒徑在0.15～5.0mm之間的骨料稱為細(xì)骨料，亦即砂。常用的細(xì)骨料有河砂、海砂、山砂和機(jī)制砂（有時(shí)也稱為人工砂、加工砂）等。通常根據(jù)技術(shù)要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。Ⅰ類用于強(qiáng)度等級(jí)大于C60的混凝土；Ⅱ類用于C30～C60的混凝土；Ⅲ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(dǎo)致鋼筋銹蝕，如要使用，必須經(jīng)過(guò)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(jié)構(gòu)，當(dāng)用于重要結(jié)構(gòu)物時(shí)，必須通過(guò)堅(jiān)固性試驗(yàn)和堿活性試驗(yàn)。機(jī)制砂是指將卵石或巖石用機(jī)械破碎的方法，通過(guò)沖洗、過(guò)篩制成。通常是在加工碎卵石或碎石時(shí)，將小于10mm的部分進(jìn)一步加工而成。
    
    細(xì)骨料的主要質(zhì)量指標(biāo)有：

    1. 有害雜質(zhì)含量。細(xì)骨料中的有害雜質(zhì)主要包括兩方面：①粘土和云母。它們粘附于砂表面或夾雜其中，嚴(yán)重降低水泥與砂的粘結(jié)強(qiáng)度，從而降低混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性，增大混凝土的收縮。②有機(jī)質(zhì)、硫化物及硫酸鹽。它們對(duì)水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的性能。因此對(duì)有害雜質(zhì)含量必須加以限制?！督ㄖ蒙啊罚℅B/T14684-2001） 對(duì)有害物質(zhì)含量的限值見(jiàn)表4-1?！镀胀ɑ炷劣蒙百|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ52-1992）中對(duì)有害雜質(zhì)含量也作了相應(yīng)規(guī)定。其中云母含量不得大于2%，輕物質(zhì)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(dāng)小于C30時(shí)分別不大于5%和1%，當(dāng)大于等于C30時(shí)，分別不大于3%和1%。    
     

表4-1 砂中有害物質(zhì)含量限值
項(xiàng) 目		Ⅰ類	Ⅱ類	Ⅲ類
云母含量（按質(zhì)量計(jì)，%）	＜	1.0	2.0	2.0
硫化物與硫酸鹽含量（按SO3質(zhì)量計(jì)，%）	＜	0.5	0.5	0.5
有機(jī)物含量（用比色法試驗(yàn)）	＜	合格	合格	合格
輕物質(zhì)	＜	1.0	1.0	1.0
氯化物含量（以NaCl質(zhì)量計(jì)，%）	＜	0.01	0.02	0.06
含泥量（按質(zhì)量計(jì)，%）	＜	1.0	3.0	5.0
粘土塊含量（按質(zhì)重量計(jì)，%）	＜	0	1.0	2.0

    此外，由于氯離子對(duì)鋼筋有嚴(yán)重的腐蝕作用，當(dāng)采用海砂配制鋼筋混凝土?xí)r，海砂中氯離子含量要求小于0.06%（以干砂重計(jì)）；對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土不宜采用海砂，若必須使用海砂時(shí)，需經(jīng)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(jīng)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(dòng)性往往比山砂或機(jī)制砂好，但與水泥的粘結(jié)性能相對(duì)較差；山砂和機(jī)制砂表面較粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流動(dòng)性相對(duì)較差，但與水泥的粘結(jié)性能較好。水灰比相同時(shí)，山砂或機(jī)制砂配制的混凝土強(qiáng)度略高；而流動(dòng)性相同時(shí)，因山砂和機(jī)制砂用水量較大，故混凝土強(qiáng)度相近。

    3. 堅(jiān)固性。砂是由天然巖石經(jīng)自然風(fēng)化作用而成，機(jī)制砂也會(huì)含大量風(fēng)化巖體，在凍融或干濕循環(huán)作用下有可能繼續(xù)風(fēng)化，因此對(duì)某些重要工程或特殊環(huán)境下工作的混凝土用砂，應(yīng)做堅(jiān)固性檢驗(yàn)。如嚴(yán)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(zhì)存在或處于水位升降區(qū)的混凝土等等。堅(jiān)固性根據(jù)GB/T14684規(guī)定，采用硫酸鈉溶液浸泡→烘干→浸泡循環(huán)試驗(yàn)法檢驗(yàn)。測(cè)定5個(gè)循環(huán)后的重量損失率。指標(biāo)應(yīng)符合表4-2的要求。 
 

表4-2 砂的堅(jiān)固性指標(biāo)
項(xiàng) 目	Ⅰ類	Ⅱ類	Ⅲ類
循環(huán)后質(zhì)量損失（%）	≤8	≤8	≤10

    4. 粗細(xì)程度與顆粒級(jí)配。砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂?；旌象w平均粒徑大小。通常用細(xì)度模數(shù)（Mx）表示，其值并不等于平均粒徑，但能較準(zhǔn)確反映砂的粗細(xì)程度。細(xì)度模數(shù)Mx越大，表示砂越粗，單位重量總表面積（或比表面積）越??；Mx越小，則砂比表面積越大。

    砂的顆粒級(jí)配是指不同粒徑的砂粒搭配比例。良好的級(jí)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(xì)顆粒填充，如此逐級(jí)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(dá)到最小值，堆積密度達(dá)最大值。這樣可達(dá)到節(jié)約水泥，提高混凝土綜合性能的目標(biāo)。因此，砂顆粒級(jí)配反映空隙率大小。   

    （1）細(xì)度模數(shù)和顆粒級(jí)配的測(cè)定。砂的粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配用篩分析方法測(cè)定，用細(xì)度模數(shù)表示粗細(xì)，用級(jí)配區(qū)表示砂的級(jí)配。根據(jù)《建筑用砂》（GB/T14684－2001），篩分析是用一套孔徑為4.75，2.36，1.18，0.600，0.300，0.150mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，將500克干砂由粗到細(xì)依次過(guò)篩（詳見(jiàn)試驗(yàn)），稱量各篩上的篩余量 （g），計(jì)算各篩上的分計(jì)篩余率 （%），再計(jì)算累計(jì)篩余率（%）。 和 的計(jì)算關(guān)系見(jiàn)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(cè)試和計(jì)算方法均相同，目前混凝土行業(yè)普遍采用該標(biāo)準(zhǔn)。） 
  
    細(xì)度模數(shù)根據(jù)下式計(jì)算（精確至0.01）： 
   
    根據(jù)細(xì)度模數(shù)Mx大小將砂按下列分類：

    Mx＞3.7 特粗砂；Mx=3.1～3.7粗砂；Mx=3.0～2.3中砂；Mx=2.2～1.6細(xì)砂；Mx=1.5～0.7特細(xì)砂。

    砂的顆粒級(jí)配根據(jù)0.600mm篩孔對(duì)應(yīng)的累計(jì)篩余百分率A4，分成Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)三個(gè)級(jí)配區(qū)，見(jiàn)表4-4。級(jí)配良好的粗砂應(yīng)落在Ⅰ區(qū)；級(jí)配良好的中砂應(yīng)落在Ⅱ區(qū)；細(xì)砂則在Ⅲ區(qū)。實(shí)際使用的砂顆粒級(jí)配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.600mm對(duì)應(yīng)的累計(jì)篩余率外，其余各檔允許有5%的超界，當(dāng)某一篩檔累計(jì)篩余率超界5%以上時(shí)，說(shuō)明砂級(jí)配很差，視作不合格。

    以累計(jì)篩余百分率為縱坐標(biāo)，篩孔尺寸為橫坐標(biāo)，根據(jù)表4-4的級(jí)區(qū)可繪制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)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(jí)配優(yōu)劣。 
 

表4-4 砂的顆粒級(jí)配區(qū)范圍
篩孔尺寸（mm）	累計(jì)篩余（％）
	Ⅰ 區(qū)	Ⅱ 區(qū)	Ⅲ 區(qū)
10.0	0	0	0
4.75	10～0	10～0	10～0
2.36	35～5	25～0	15～0
1.18	65～35	50～10	25～0
0.600	85～71	70～41	40～16
0.300	95～80	92～70	85～55
0.150	100～90	100～90	100～90

                         
   

    [例4-1] 某工程用砂，經(jīng)烘干、稱量、篩分析，測(cè)得各號(hào)篩上的篩余量列于表4-5。試評(píng)定該砂的粗細(xì)程度（Mx）和級(jí)配情況。  
 

表4-5 篩分析試驗(yàn)結(jié)果
篩孔尺寸（mm）	4.75	2.36	1.18	0.600	0.300	0.150	底 盤	合 計(jì)
篩余量（g）	28.5	57.6	73.1	156.6	118.5	55.5	9.7	499.5

    [解] ① 分計(jì)篩余率和累計(jì)篩余率計(jì)算結(jié)果列于表4-6。 
 

表4-6 分計(jì)篩余和累計(jì)篩余計(jì)算結(jié)果
分計(jì)篩余率（%）	a1	a2	a3	a4	a5	a6
	5.71	11.53	14.63	31.35	23.72	11.11
累計(jì)篩余率（%）	A1	A2	A3	A4	A5	A6
	5.71	17.24	31.87	63.22	86.94	98.05

    ② 計(jì)算細(xì)度模數(shù)： 
   
    ③ 確定級(jí)配區(qū)、繪制級(jí)配曲線：該砂樣在0.600mm篩上的累計(jì)篩余率A4=63.22落在Ⅱ級(jí)區(qū)，其他各篩上的累計(jì)篩余率也均落在Ⅱ級(jí)區(qū)規(guī)定的范圍內(nèi)，因此可以判定該砂為Ⅱ級(jí)區(qū)砂。級(jí)配曲線圖見(jiàn)4-3。

    ④ 結(jié)果評(píng)定：該砂的細(xì)度模數(shù)Mx=2.85，屬中砂；Ⅱ級(jí)區(qū)砂，級(jí)配良好。可用于配制混凝土。 
                       
   
 
    （2）砂的摻配使用。

    配制普通混凝土的砂宜為中砂（Mx=2.3～3.0），Ⅱ級(jí)區(qū)。但實(shí)際工程中往往出現(xiàn)砂偏細(xì)或偏粗的情況。通常有兩種處理方法：

    ① 當(dāng)只有一種砂源時(shí)，對(duì)偏細(xì)砂適當(dāng)減少砂用量，即降低砂率；對(duì)偏粗砂則適當(dāng)增加砂用量，即增加砂率。

    ② 當(dāng)粗砂和細(xì)砂可同時(shí)提供時(shí)，宜將細(xì)砂和粗砂按一定比例摻配使用，這樣既可調(diào)整Mx，也可改善砂的級(jí)配，有利于節(jié)約水泥，提高混凝土性能。摻配比例可根據(jù)砂資源狀況，粗細(xì)砂各自的細(xì)度模數(shù)及級(jí)配情況，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)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。 
                     
   

    ① 絕干狀態(tài)：砂粒內(nèi)外不含任何水，通常在105±5℃條件下烘干而得。

    ② 氣干狀態(tài)：砂粒表面干燥，內(nèi)部孔隙中部分含水。指室內(nèi)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(duì)濕度和溫度密切相關(guān)。

    ③ 飽和面干狀態(tài)：砂粒表面干燥，內(nèi)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(jì)量砂用量。

    ④ 濕潤(rùn)狀態(tài)：砂粒內(nèi)部吸水飽和，表面還含有部分表面水。施工現(xiàn)場(chǎng)，特別是雨后常出現(xiàn)此種狀況，攪拌混凝土中計(jì)量砂用量時(shí)，要扣除砂中的含水量；同樣，計(jì)量水用量時(shí)，要扣除砂中帶入的水量。