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)、設計要求和施工現(xiàn)場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、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）水泥強度等級的選擇

    水泥強度等級的選擇原則為：混凝土設計強度等級越高，則水泥強度等級也宜越高；設計強度等級低，則水泥強度等級也相應低。例如：C40以下混凝土，一般選用強度等級32.5級；C45～C60混凝土一般選用42.5級，在采用高效減水劑等條件下也可選用32.5級；大于C60的高強混凝土，一般宜選用42.5級或更高強度等級的水泥；對于C15以下的混凝土，則宜選擇強度等級為32.5級的水泥，并外摻粉煤灰等混合材料。目標是保證混凝土中有足夠的水泥，既不過多，也不過少。因為水泥用量過多（低強水泥配制高強度混凝土），一方面成本增加。另一方面，混凝土收縮增大，對耐久性不利。水泥用量過少（高強水泥配制低強度混凝土），混凝土的粘聚性變差，不易獲得均勻密實的混凝土，嚴重影響混凝土的耐久性。

    二、細骨料

    公稱粒徑在0.15～5.0mm之間的骨料稱為細骨料，亦即砂。常用的細骨料有河砂、海砂、山砂和機制砂（有時也稱為人工砂、加工砂）等。通常根據(jù)技術(shù)要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。Ⅰ類用于強度等級大于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，容易導致鋼筋銹蝕，如要使用，必須經(jīng)過淡水沖洗，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)，當用于重要結(jié)構(gòu)物時，必須通過堅固性試驗和堿活性試驗。機制砂是指將卵石或巖石用機械破碎的方法，通過沖洗、過篩制成。通常是在加工碎卵石或碎石時，將小于10mm的部分進一步加工而成。
    
    細骨料的主要質(zhì)量指標有：

    1. 有害雜質(zhì)含量。細骨料中的有害雜質(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，嚴重降低水泥與砂的粘結(jié)強度，從而降低混凝土的強度、抗?jié)B性和抗凍性，增大混凝土的收縮。②有機質(zhì)、硫化物及硫酸鹽。它們對水泥有腐蝕作用，從而影響混凝土的性能。因此對有害雜質(zhì)含量必須加以限制?！督ㄖ蒙啊罚℅B/T14684-2001） 對有害物質(zhì)含量的限值見表4-1?！镀胀ɑ炷劣蒙百|(zhì)量標準及檢驗方法》（JGJ52-1992）中對有害雜質(zhì)含量也作了相應規(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：當小于C30時分別不大于5%和1%，當大于等于C30時，分別不大于3%和1%。    
     

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

    此外，由于氯離子對鋼筋有嚴重的腐蝕作用，當采用海砂配制鋼筋混凝土時，海砂中氯離子含量要求小于0.06%（以干砂重計）；對預應力混凝土不宜采用海砂，若必須使用海砂時，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，配制的混凝土流動性往往比山砂或機制砂好，但與水泥的粘結(jié)性能相對較差；山砂和機制砂表面較粗糙，多棱角，故混凝土拌合物流動性相對較差，但與水泥的粘結(jié)性能較好。水灰比相同時，山砂或機制砂配制的混凝土強度略高；而流動性相同時，因山砂和機制砂用水量較大，故混凝土強度相近。

    3. 堅固性。砂是由天然巖石經(jīng)自然風化作用而成，機制砂也會含大量風化巖體，在凍融或干濕循環(huán)作用下有可能繼續(xù)風化，因此對某些重要工程或特殊環(huán)境下工作的混凝土用砂，應做堅固性檢驗。如嚴寒地區(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)試驗法檢驗。測定5個循環(huán)后的重量損失率。指標應符合表4-2的要求。 
 

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

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

    砂的顆粒級配是指不同粒徑的砂粒搭配比例。良好的級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顆粒填充，如此逐級填充（如圖4-1所示）使砂形成最密致的堆積狀態(tài)，空隙率達到最小值，堆積密度達最大值。這樣可達到節(jié)約水泥，提高混凝土綜合性能的目標。因此，砂顆粒級配反映空隙率大小。   

    （1）細度模數(shù)和顆粒級配的測定。砂的粗細程度和顆粒級配用篩分析方法測定，用細度模數(shù)表示粗細，用級配區(qū)表示砂的級配。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的標準篩，將500克干砂由粗到細依次過篩（詳見試驗），稱量各篩上的篩余量 （g），計算各篩上的分計篩余率 （%），再計算累計篩余率（%）。 和 的計算關系見表4-3。（JGJ52采用的篩孔尺寸為5.00、2.50、1.25、0.630、0.315及0.160mm。其測試和計算方法均相同，目前混凝土行業(yè)普遍采用該標準。） 
  
    細度模數(shù)根據(jù)下式計算（精確至0.01）： 
   
    根據(jù)細度模數(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細砂；Mx=1.5～0.7特細砂。

    砂的顆粒級配根據(jù)0.600mm篩孔對應的累計篩余百分率A4，分成Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)三個級配區(qū)，見表4-4。級配良好的粗砂應落在Ⅰ區(qū)；級配良好的中砂應落在Ⅱ區(qū)；細砂則在Ⅲ區(qū)。實際使用的砂顆粒級配可能不完全符合要求，除了4.75mm和0.600mm對應的累計篩余率外，其余各檔允許有5%的超界，當某一篩檔累計篩余率超界5%以上時，說明砂級配很差，視作不合格。

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

表4-4 砂的顆粒級配區(qū)范圍
篩孔尺寸（mm）	累計篩余（％）
	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，測得各號篩上的篩余量列于表4-5。試評定該砂的粗細程度（Mx）和級配情況。  
 

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

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

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

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

    ④ 結(jié)果評定：該砂的細度模數(shù)Mx=2.85，屬中砂；Ⅱ級區(qū)砂，級配良好?？捎糜谂渲苹炷?。 
                       
   
 
    （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級區(qū)。但實際工程中往往出現(xiàn)砂偏細或偏粗的情況。通常有兩種處理方法：

    ① 當只有一種砂源時，對偏細砂適當減少砂用量，即降低砂率；對偏粗砂則適當增加砂用量，即增加砂率。

    ② 當粗砂和細砂可同時提供時，宜將細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，粗細砂各自的細度模數(shù)及級配情況，通過試驗和計算確定。
    
    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濕度和溫度密切相關。

    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)計量砂用量。

    ④ 濕潤狀態(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，特別是雨后常出現(xiàn)此種狀況，攪拌混凝土中計量砂用量時，要扣除砂中的含水量；同樣，計量水用量時，要扣除砂中帶入的水量。