普通混授土是由水泥、砂、石子和水組成。在混凝土中，砂石材料的總含量占總體積的80％以上，主要起骨架作用，稱為骨料；水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨科表面并填充其空隙。在硬化前，水泥漿起潤滑作用，使混援土拌合物具有一定的流動(dòng)性，以滿足施 工的要求。水泥漿硬化后形成水泥石，將骨科膠組成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體。水泥混凝土的結(jié)構(gòu)如圖5.1。

混凝土的技術(shù)性質(zhì)在很大程度上是由原材料的性質(zhì)及其相對含量決定的。同時(shí)也與施工工藝(攪拌、成型、養(yǎng)護(hù))有關(guān)，因此，我們必須了解其材料的性質(zhì)、作用及其質(zhì)量要求，合理選擇材料，才能保證混凝土的質(zhì)量。

一、水泥

水泥是混凝土最關(guān)鍵的原材料。溫凝土強(qiáng)度的產(chǎn)生，主要依賴于水泥硬化的結(jié)果。其硬化的結(jié)果也決定著混凝土的使用功能和耐久性，同時(shí)還與混凝土的經(jīng)濟(jì)性有關(guān)，所以，水泥品種與標(biāo)號(hào)的選擇對混凝土十分重要。

1. 水泥品種選用

配制混凝土用的水泥，應(yīng)從工程性質(zhì)及所處的環(huán)境，結(jié)合水泥特性綜合考慮。常用水泥品種選用見表5.1。

2. 水泥標(biāo)號(hào)選擇

配制混凝土選擇水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)考慮充分發(fā)揮水泥強(qiáng)度的作用。標(biāo)號(hào)低了不行，但過高也不好。從工程實(shí)踐中歸納統(tǒng)計(jì)，對一般強(qiáng)度的混凝土，通常按混凝土強(qiáng)度等級(jí)的1.5-2.0倍確定水泥標(biāo)號(hào)；對高強(qiáng)度的混凝土，一般按混凝土強(qiáng)度等級(jí)的1.0-1.5倍確定水泥標(biāo)號(hào)。若選用的水泥標(biāo)號(hào)過高，水泥用量則會(huì)過少，但為了滿足施工和易性，混凝土耐久性及技術(shù)規(guī)范中關(guān)于最小水泥用量的要求，須再增加水泥用量，這樣會(huì)產(chǎn)生超強(qiáng)現(xiàn)象，表現(xiàn)出不經(jīng)濟(jì)；若選用的水泥標(biāo)號(hào)過低，水泥用量則會(huì)過多，既不經(jīng)濟(jì)也難以保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性等技術(shù)指標(biāo)的要求。

二、細(xì)骨料—砂

細(xì)骨料是指粒徑在5mm以下的巖石顆粒，一般又可分為天然砂及人工砂兩類。

天然砂：按產(chǎn)源不同可分為河砂、海砂及山砂，其中以河砂應(yīng)用員廣。河砂顆粒表面圓滑，比較潔凈，分布較廣，質(zhì)量優(yōu)于海砂及山砂。海砂雖然也具有河砂的優(yōu)點(diǎn)，但�；煊胸悮に槠�，含鹽分較多，對混凝土的質(zhì)量有一定的影響。山砂為巖石風(fēng)化后在原地沉積而成，表面粗糙，顆粒多棱角，含泥量較高，有機(jī)雜質(zhì)也較多，故質(zhì)量較差。

人工砂：用巖石軋碎而成。人工砂富有棱角，比較潔凈，但含片狀顆粒及石粉較多。由于人工砂成本較高，只有缺乏天然砂的地區(qū)才考慮使用。

混凝土用砂都有一定的質(zhì)量要求，我國現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(JGJ52-92)。檢驗(yàn)砂子質(zhì)量主要從以下幾個(gè)方面考慮。

1. 有害雜質(zhì)含量

為保證混凝土質(zhì)量，對砂中各種有害雜質(zhì)必須加以限制。

(1)含泥量  是指粒徑＜0.080mm的塵屑、淤泥及粘土的總含量。這些物質(zhì)吸附在砂粒表面，阻礙水泥漿與砂漿結(jié)合，使混凝土強(qiáng)度降低。含泥量過大，還會(huì)增加混凝土用水量，從而增大混凝土的收縮。尤其是含有泥土團(tuán)時(shí)，對混凝土質(zhì)量影響更為嚴(yán)重。

(2)云母  云母里片狀，表面光滑，與水泥漿粘結(jié)力差，且易風(fēng)化，影響混凝土強(qiáng)度及耐久性。

(3)輕物質(zhì)  指表觀密度＜2g/cm³的顆粒，如煤屑、貝殼等有機(jī)物質(zhì)。它們也影響混凝土的強(qiáng)度及耐久性。

(4)硫化物及硫酸鹽  當(dāng)砂中含有黃鐵礦、石膏等硫化物及硫酸鹽時(shí)，對水泥有腐蝕作用，降低溫凝土的耐久性。

(5)有機(jī)質(zhì)  一般是指腐殖酸及其他有機(jī)酸類。有機(jī)質(zhì)也對水泥起腐蝕作用。

(6)氯鹽  海砂氮鹽含量較大時(shí)，對鋼筋有銹蝕作用。當(dāng)采用誨砂配制鋼筋混凝土?xí)r，其氯離子含量要求不超過0.06％(以干砂質(zhì)量百分率計(jì))；須應(yīng)力混授土不宜使用海砂，若必須考慮使用時(shí)，事先經(jīng)淡水沖洗，氯離子含量要求不超過0.02％。

國標(biāo)JGJ52-92中對砂中有害雜質(zhì)含量的規(guī)定見表5.2。

當(dāng)必須考慮使用有害雜質(zhì)含量超過表5．2規(guī)定值的砂拌制混凝土?xí)r，可用清水沖洗；有機(jī)物多時(shí)，可用石灰水沖洗，然后抽樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果合格的，可在施工中沖洗后使用。若無試驗(yàn)條件，可用已沖洗的砂與未沖洗的砂各制作水泥砂漿試件，測定抗壓強(qiáng)度對比試驗(yàn)。為選擇或取舍提供條件。

2. 物理性質(zhì)

(1)砂的表觀密度一般為2.6-2.7g/cm³。

(2)砂的堆積密度在疏松狀態(tài)下為1350-1700kg/cm³，在搗實(shí)狀態(tài)下為1600-1700kg/cm³。

(3)砂的空隙率P，處于干燥狀態(tài)下一般為35％-45%。

(4)砂的含水狀態(tài)，狀態(tài)如圖5.2。

砂子在100-105℃條件下烘至恒重時(shí)，稱為全干狀態(tài)。砂子長期放在一定溫度及濕度的空氣中，使砂子吸收或散失水分，直至達(dá)到穩(wěn)定的含水量時(shí)，稱為氣干狀態(tài)。當(dāng)砂子顆粒表面干燥，而顆粒內(nèi)部孔隙含水飽和時(shí)，稱為飽和面干狀態(tài)。當(dāng)砂子不僅內(nèi)部孔隙含水飽和，而且表面還吸附水分時(shí)，稱為濕潤狀態(tài)。分析這四種含水狀態(tài)乃是為了解決混凝土配合比設(shè)計(jì)中用水量的計(jì)算。一般建筑工程中，是以氣干狀態(tài)的砂子為基推，即將砂子的含水量全部計(jì)入拌和用水量。但實(shí)際在配制混凝土的攪拌過程中濕砂內(nèi)部孔隙是處于飽和狀態(tài)的，這部分飽和水并沒有與水泥起水化反應(yīng)，使實(shí)際水灰比小于設(shè)計(jì)水灰比。因此，比較合理的方法是以飽和面干狀態(tài)的砂子為基準(zhǔn)，因?yàn)檫@種含水狀態(tài)既不從混凝土拌合物中吸收水分，也不給混凝土拌合物帶入水分，所以實(shí)際水灰比和設(shè)計(jì)水灰比是一致的。當(dāng)工地采用濕砂攪拌混凝土?xí)r，砂中水分計(jì)入拌和用水量的應(yīng)該是表面含水量，表面含水量可由含水量減吸水量求得。一些大型工程常以飽和面干狀態(tài)為基準(zhǔn)。以上方法也同樣適用于祖骨料(石子)。

3. 砂的粗細(xì)與顆粒級(jí)配

在混凝土拌合物中，必須有足夠的水泥漿包裹砂粒表面，并填充砂粒間的空隙。為了節(jié)約水泥，減少水泥漿用量，就要求減少砂子的總表面積及空隙率。而砂的總表面積與粗細(xì)程度有關(guān)，空隙率則與頤敞級(jí)配有關(guān)。

砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂混合在一起的平均粗細(xì)程度。通常砂子按粗細(xì)程度分為粗砂、中砂、細(xì)砂及特細(xì)砂。在相同質(zhì)量的條件下，粗砂顆粒數(shù)量少，總表面積較��；反之，細(xì)砂顆粒數(shù)量多，則總表面積大。因此，一般用粗砂拌制混凝土比用細(xì)砂更節(jié)約水泥。但砂料過粗，會(huì)使拌出的混凝土粘聚性較差，容易分層離析，使混凝土產(chǎn)生泌水現(xiàn)象，影響混凝土的和易性。

砂的顆粒級(jí)配是指不同大小顆粒的砂子組合情況。一般粗細(xì)均勻的砂粒，其孔隙率較大，但如果各種粒徑的顆粒搭配恰當(dāng)，使中等顆粒能填充粗顆粒的空隙，細(xì)顆粒又能填充中等顆粒的空隙，就可以使砂子得到較小的空隙率，如圖5．3所示。因此，砂子的空隙率取決于砂料各級(jí)粒徑的搭配，級(jí)配好的砂子不僅可以節(jié)約水泥，還可以提高混凝土的密實(shí)性及強(qiáng)度。

砂的粗細(xì)和顆粒級(jí)配的判斷有賴于篩分析試驗(yàn)。篩分析試驗(yàn)是用一套孔徑(凈徑)為5、2.5、1.25、0.63、0.315及0.16mm的6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)篩，格500g的干砂試樣由粗到紉依次過篩，然后稱得遺留在各篩上砂子的質(zhì)量，計(jì)算出各篩上的分計(jì)篩余百分率(各篩上篩余量占砂樣總量的百分?jǐn)?shù))及累計(jì)篩余百分率(各篩和比該篩粗的所有分計(jì)篩余百分串之和)。篩余量、分析篩余百分率、累計(jì)篩余百分率的關(guān)系見表5.3。

根據(jù)累計(jì)篩余百分率可以確定砂的細(xì)度模數(shù)，工程上以此來比較砂子的粗細(xì)程度。細(xì)度模數(shù)的計(jì)算公式如下：

細(xì)度模數(shù)越大，表示砂料越粗。當(dāng)Mx=3.7-3.1時(shí)為粗砂；當(dāng)Mx=3.0-2.3時(shí)為中砂；當(dāng)Mx=2.2-1.6時(shí)為細(xì)砂；當(dāng)Mx=1.5-0.7時(shí)為特細(xì)砂。若混凝土用特細(xì)砂配置，其質(zhì)量要求應(yīng)符合《特細(xì)砂混凝土配置及應(yīng)用規(guī)程》（BJG19-65）的規(guī)定。

確定砂的級(jí)配狀況以級(jí)配區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，砂的級(jí)配區(qū)的確定如下：將紉度模數(shù)為3.7-1.6的砂，按0.63mm篩孔的累計(jì)篩余百分牢劃分為3個(gè)區(qū)。0.63mm在這里稱為控制粒級(jí)，它使任何一種砂樣只能處于某一個(gè)級(jí)配區(qū)范圍內(nèi)，而不會(huì)同時(shí)局于兩個(gè)級(jí)配區(qū)，見表5.4所示。

混凝土用砂的顆粒級(jí)配的累計(jì)篩余百分率處于表5.4中任何一個(gè)級(jí)配區(qū)范圍，則認(rèn)為該砂的級(jí)配合格‘若有超越，只允許在2.500mm、1.250mm、0.315mm和0.160mm四個(gè)篩孔發(fā)生，且超越總雖的絕對值應(yīng)小于或等于5％，而對5.000mm和0.630mm篩孔，則不允許有超越；否則，砂的級(jí)配視為不合格。

級(jí)配區(qū)也可以用級(jí)配曲線表示，如圖5.4所示。

一般認(rèn)為，處于級(jí)配曲線2區(qū)的砂，其粗細(xì)適中，級(jí)配較好。1區(qū)的砂含粗砂顆粒較多，屬于隨砂，其保水性差。3區(qū)的砂細(xì)砂顆粒多，用其配制的混凝土粘聚性大，保水性能好，但干縮性大，容易產(chǎn)生微裂縫。

三、粗骨料—石子

混凝土用石子，一般指粒徑大于5mm的巖石顆粒，分碎石和卵石兩大類。碎石是由天然巖石或卵石經(jīng)破碎篩分而得。卵石是巖石由于自然條件作用而形成，又分為河卵石、海卵石和山卵石。

碎石強(qiáng)度大而且組織均勻，顆粒表面多棱角，比較粗糙，空隙率與總表面積較大，拌制混凝土需要的水泥漿較多，與水泥漿的粘結(jié)力較強(qiáng)。宜用來配制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。卵石表面光滑，空隙率和總表面積一般較小，拌制混凝土用水泥漿量也較少，混凝土的和易性較好，但與水泥漿粘結(jié)力較差，強(qiáng)度較低。

配制混凝土是選用碎石還是選用卵石要作全面比較衡量。一般工業(yè)與民用建筑混凝土用石的質(zhì)量應(yīng)滿足《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》(JGJ53-92)標(biāo)準(zhǔn)要求。其要求主要有以下幾個(gè)方面。

1. 有害雜質(zhì)合量

粗骨料中的有害雜質(zhì)，主要有粘土、淤泥、有機(jī)質(zhì)、硫化物及硫酸鹽等。它們的危害作用與在細(xì)骨料中的作用相同，它們的允許含量應(yīng)符合表5.5的規(guī)定。

當(dāng)粗骨料中臺(tái)有活性二氧化硅時(shí)，能與水泥中的堿分發(fā)生反應(yīng)，在骨料表面生成一種復(fù)雜的堿——硅酸凝膠體。這種凝膠體吸水時(shí)，它的體積會(huì)膨脹，使硬化后的混凝土產(chǎn)生裂縫，這種現(xiàn)象稱為堿一骨科反應(yīng)。因此，當(dāng)骨料中含有活性二氧化硅，而且水泥含堿量超過0.6％時(shí)，需進(jìn)行專門的試驗(yàn)。目前已經(jīng)確定具有活性二氧化硅的巖石有：蛋白石、玉髓、鱗石英、方石英、硅鎂石灰?guī)r、玻璃質(zhì)或隱品質(zhì)的流紋巖、安山巖及凝灰?guī)r等。

2. 物理性質(zhì)

(1)石于的表觀密度一般為2.5-2.7g/cm³；

(2)石子的堆積密度處于氣干狀態(tài)時(shí)，一被為1400-1700kg/m³；

(3)石于的空隙率P，堆積狀態(tài)下的碎石約為45％；堆積狀態(tài)下的卵石約為35％-45％。

3. 強(qiáng)度與堅(jiān)固性

(1)強(qiáng)度

石子的強(qiáng)度，用巖石塊體抗壓強(qiáng)度或壓碎指標(biāo)表示。

石于的抗壓強(qiáng)度，是在母巖中取樣制作立方體試件50mm×50mm×50mm，或制成直徑和高度均為50mm的圓柱體試件。將試件置于水中浸泡48h后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，要求巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)之比大于或等于1.5�；鸪蓭r的抗壓強(qiáng)度不宜低于80MPa；水成巖的抗壓強(qiáng)度不宜低于30MPa；變質(zhì)巖的抗壓強(qiáng)度不宜低于60MPa。

經(jīng)常性的施工生產(chǎn)質(zhì)量控制，多采用壓碎指標(biāo)。對石子質(zhì)量有爭議時(shí)，以其母巖抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)。

石于的壓碎指標(biāo)，反映石子抵抗壓碎的能力，可以較客觀地推測石子的強(qiáng)度。試驗(yàn)采用粒徑為10一20mm的巖石顆粒為標(biāo)準(zhǔn)試樣，并在氣干狀態(tài)下進(jìn)行，先將測定儀的圓筒置于底盤上，然后裝入試樣，整乎筒內(nèi)試樣的表面，裝好壓頭再置于試驗(yàn)機(jī)上，在160一300s內(nèi)均勻加荷至200kN，穩(wěn)定5s后卸荷，倒出筒中試樣稱其質(zhì)量，再用孔徑為2.5mm的篩篩除被壓碎的細(xì)顆粒，同時(shí)稱出篩余量(M1)，按下式計(jì)算石子的壓碎指標(biāo)(精確至0.1％)。

對多種巖石組成的卵石，可對20mm以下和20mm以上的標(biāo)準(zhǔn)粒級(jí)(10-20mm)分別檢驗(yàn)，計(jì)算總的壓碎指標(biāo)。碎石及卵石的壓碎指標(biāo)見表5.6。

(2)堅(jiān)固性

石子的堅(jiān)固性是指石于在氣候、環(huán)境變化或其他物理因素作用下，抵抗碎裂的能力。常用硫酸鈉溶液，將試件經(jīng)5次循環(huán)浸泡后，要求試件質(zhì)量的損失應(yīng)符合表5.7的規(guī)定。質(zhì)量損失越少，骨料越堅(jiān)固，其質(zhì)量也越好。

4. 最大粒徑

粗骨料公稱粒圾的上限稱為該粒級(jí)的最大粒徑。骨料的粒徑越大，其表面積相應(yīng)減小，因此包裹其表面的水泥漿量將會(huì)減少，可節(jié)約水泥，但是當(dāng)骨料最大粒徑超過150 mm后，節(jié)約水泥的效果已不很明顯了。所以需要綜合考慮來確定石子的最大粒徑。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-92)規(guī)定，混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時(shí)不得大于鋼筋最小凈距的3/4；對于混凝土實(shí)心板，骨料的最大粒徑不宜超過板厚的1/2，且不得大于50mm；對泵送混凝土，碎石員大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比宜小于或等于1:3，卵石宜小于或等于1:2.5。

5. 顆粒級(jí)配

粗骨料與細(xì)骨料一樣，也要求有良好的顆粒級(jí)配，以減小空隙率，增強(qiáng)密實(shí)性，從而可以節(jié)約水泥，保證混凝土的和易性及混凝土的強(qiáng)度。

粗骨料的級(jí)配也是通過篩分實(shí)驗(yàn)來確定的，其標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑為2.5mm、5mm、10mm、16mm、20mm、25mm、31.5mm、40mm、50mm、63mm、80mm及100mm十二個(gè)篩。分計(jì)篩余百分率、累計(jì)篩余百分率的計(jì)算與砂相同。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ53-92，普通混凝土用碎石及卵石的顆粒級(jí)配范圍應(yīng)符合表5.8的規(guī)定。

粗骨料的級(jí)配按供應(yīng)情況有連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配兩種。連續(xù)級(jí)配是按顆粒尺寸由小到大連續(xù)分級(jí)．每級(jí)骨料有一定的比例。連續(xù)級(jí)配顆粒級(jí)差小，配制的混凝土和易性好，不易發(fā)生離析，目前應(yīng)用較廣泛。間t9f級(jí)配是人為剔除某些中間粒級(jí)顆粒，大顆粒的空隙直接由比它小得多的顆粒去填充。顆粒級(jí)差大，空隙串的降低比連續(xù)級(jí)配快得多，使密實(shí)度增加，節(jié)約水泥用量，但混凝土?xí)�產(chǎn)生分層離折現(xiàn)象，一般工程中少用。

單粒級(jí)宜用于組合成具有所要求級(jí)配的連續(xù)粒級(jí)，也可與連續(xù)粒級(jí)配合使用，以改善骨料級(jí)配或配成較大粒度的連續(xù)粒級(jí)。工程中不宜采用單一的單粒級(jí)粗骨料配制混凝土。

四、拌和與養(yǎng)護(hù)用水

水是混凝土的主要組成都分之一。對混凝土用水的質(zhì)量要求是：不影響混凝土酌凝結(jié)和硬化；無損于混凝土的強(qiáng)度發(fā)展及耐久性，不加快鋼筋的銹蝕；不引起頸應(yīng)力鋼筋脆斷；不污染混凝土表面。因此《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63—89)對混凝土用水提出了具體的質(zhì)量要求。

混凝土用水按水泥可分為飲用水、地表水、地下水、海水及經(jīng)適當(dāng)處理后的工業(yè)廢水。拌制及養(yǎng)護(hù)混凝土宜采用飲用水。地表水和地下水常溶有較多的有機(jī)質(zhì)和礦物鹽類，必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢驗(yàn)合格后方可使用。海水中含有較多的硫酸鹽和氯鹽，影響混凝土的耐久性和加速鋼筋的銹蝕，因此對于鋼筋混凝土和頸應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不得采用海水拌制；對有體面要求的混凝土，也不得采用海水拌制，以免表面產(chǎn)生鹽析而影響裝飾效果。工業(yè)廢水經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可用于拌制混凝土。生活污水的水質(zhì)比較復(fù)雜，不能用于拌制混凝土。

對水質(zhì)有懷疑時(shí)，應(yīng)將待檢驗(yàn)水與蒸餾水分別做水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿或混凝土強(qiáng)度對比試驗(yàn)。對比試驗(yàn)測得的水泥韌凝時(shí)間差和終凝時(shí)間差，均不得超過30min，且其韌凝及終凝時(shí)間應(yīng)符合國家水泥標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。用待檢驗(yàn)水配制的水泥砂漿或混凝土的28d抗壓強(qiáng)度不得低于用蒸餾水配制的對比試件強(qiáng)度的90％。混凝土用水中各種物質(zhì)含量限制值見表5.9。