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)度等級的選擇
水泥強(qiáng)度等級的選擇原則為:混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級越高,則水泥強(qiáng)度等級也宜越高;設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級低,則水泥強(qiáng)度等級也相應(yīng)低。例如:C40以下混凝土,一般選用強(qiáng)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(qiáng)混凝土,一般宜選用42.5級或更高強(qiáng)度等級的水泥;對于C15以下的混凝土,則宜選擇強(qiáng)度等級為32.5級的水泥,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,既不過多,也不過少。因?yàn)樗嘤昧窟^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,對耐久性不利。水泥用量過少(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,必須通過堅(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(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。《建筑用砂》(GB/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(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(JGJ52-1992)中對有害雜質(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時分別不大于5%和1%,當(dāng)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(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));對預(yù)應(yīng)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(jī)制砂好,但與水泥的粘結(jié)性能相對較差;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(jī)制砂配制的混凝土強(qiáng)度略高;而流動性相同時,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)。測定5個循環(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)程度與顆粒級配。砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂粒混合體平均粒徑大小。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(xì)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(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,砂顆粒級配反映空隙率大小。 (1)細(xì)度模數(shù)和顆粒級配的測定。砂的粗細(xì)程度和顆粒級配用篩分析方法測定,用細(xì)度模數(shù)表示粗細(xì),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(biāo)準(zhǔn)篩,將500克干砂由粗到細(xì)依次過篩(詳見試驗(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(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。
砂的顆粒級配根據(jù)0.600mm篩孔對應(yīng)的累計(jì)篩余百分率A4,分成Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)三個級配區(qū),見表4-4。級配良好的粗砂應(yīng)落在Ⅰ區(qū);級配良好的中砂應(yīng)落在Ⅱ區(qū);細(xì)砂則在Ⅲ區(qū)。實(shí)際使用的砂顆粒級配可能不完全符合要求,除了4.75mm和0.600mm對應(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,說明砂級配很差,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(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,測得各號篩上的篩余量列于表4-5。試評定該砂的粗細(xì)程度(Mx)和級配情況。
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 確定級配區(qū)、繪制級配曲線:該砂樣在0.600mm篩上的累計(jì)篩余率A4=63.22落在Ⅱ級區(qū),其他各篩上的累計(jì)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(xì)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(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,對偏細(xì)砂適當(dāng)減少砂用量,即降低砂率;對偏粗砂則適當(dāng)增加砂用量,即增加砂率。
② 當(dāng)粗砂和細(xì)砂可同時提供時,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)及級配情況,通過試驗(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(jì)量砂用量時,要扣除砂中的含水量;同樣,計(jì)量水用量時,要扣除砂中帶入的水量。