混凝土與骨料課程概述1混凝土基礎知識組成、類型與特性2骨料概述分類、特性與作用3骨料對混凝土性能的影響強度、耐久性與穩定性4特殊骨料與配合比設計第一部分：混凝土基礎知識基本概念混凝土的定義與構成歷史發展從古至今的演變過程特性分析什么是混凝土？混凝土的定義由水泥、骨料、水和外加劑按一定比例配合而成的復合材料混凝土的組成水泥（膠凝材料）、骨料（填充材料）、水（反應介質）、外加劑（改性材料）基本原理混凝土的發展歷史1古代羅馬人使用火山灰與石灰混合物建造萬神殿2近代1824年波特蘭水泥發明，混凝土進入現代化發展3現代高性能混凝土、自密實混凝土等新型混凝土出現4未來混凝土的優點原材料豐富主要原材料在自然界儲量豐富，獲取便捷可塑性好可根據模具形成各種形狀，適應不同結構需求性能可調通過改變配合比和添加外加劑可獲得不同性能耐久性好混凝土的缺點自重大密度高，增加結構自重和地基負擔抗拉強度低僅為抗壓強度的1/10，易開裂延展性不高脆性材料，變形能力有限環保性差生產過程能耗高，碳排放大混凝土的主要類型普通混凝土最常見類型，應用廣泛高強混凝土強度等級C60以上，用于高層建筑輕混凝土密度低，隔熱保溫性能好自密實混凝土流動性好，無需振搗即可密實纖維混凝土添加纖維增強韌性，減少裂縫普通混凝土的組成材料水水化反應介質，占比15-20%水泥膠結材料，占比15-20%外加劑改善性能，用量小于5%骨料填充骨架，占比70-80%水泥的類型和特性普通硅酸鹽水泥通用型，早期強度高，水化熱大礦渣硅酸鹽水泥水化熱低，抗侵蝕性好，早期強度低抗硫酸鹽水泥抗硫酸鹽侵蝕，適用于地下工程快硬水泥早期強度高，適用于急需使用的工程水在混凝土中的作用1提供水化反應介質使水泥發生水化反應生成水化產物2提供工作性保證混凝土具有良好的和易性和流動性3提供成型條件使混凝土能夠填充模板并成型4養護需要為水泥持續水化提供水分外加劑的種類和作用減水劑減少用水量，提高強度改善工作性，減少泌水引氣劑引入微小氣泡，提高抗凍性改善工作性，減少泌水和離析緩凝/早強劑調節凝結時間和強度發展適應不同施工條件需要防水劑降低混凝土的滲透性增強抗侵蝕能力和耐久性第二部分：骨料概述什么是骨料？骨料的定義混凝土中的顆粒狀填充材料由巖石破碎或天然存在的礦物質顆粒骨料在混凝土中的比例體積比：約占混凝土總體積的70-80%質量比：約占混凝土總質量的75-85%是混凝土中用量最大的組分骨料的分類按粒徑大小粗骨料（＞4.75mm）與細骨料（≤4.75mm）按密度重骨料（＞2500kg/m3）、普通骨料、輕骨料（＜1900kg/m3）按來源天然骨料、人工骨料、再生骨料按形狀圓形、角形、扁平、針狀骨料在混凝土中的作用降低成本比水泥便宜，降低整體造價減少收縮減輕干縮和徐變3提高體積穩定性控制溫度變化引起的應力提供骨架形成堅固的內部結構細骨料與粗骨料的區別細骨料粒徑小于4.75mm主要為天然砂或機制砂填充粗骨料間隙影響混凝土和易性表面積大，用水量高粗骨料粒徑大于等于4.75mm主要為碎石和卵石提供主要承重骨架影響混凝土強度表面積小，用水量低常見的細骨料類型天然河砂粒形圓潤，級配好，但資源日益緊缺機制砂人工破碎而成，表面粗糙，棱角多海砂需脫鹽處理，否則含氯離子影響鋼筋耐久性常見的粗骨料類型卵石表面光滑，形狀圓潤，與水泥漿結合力較弱碎石表面粗糙，棱角分明，與水泥漿結合力強再生骨料由廢棄混凝土破碎制成，表面附著舊砂漿特殊骨料如輕骨料（陶粒）、重骨料（鐵礦石）等骨料的主要特性粒形與表面特征影響工作性和粘結性能級配影響填充密實度和用水量強度與硬度影響混凝土最終強度含水狀態影響配合比計算和工作性骨料的粒形和表面特征常見粒形圓形：流動性好，易密實角形：結合力強，工作性差扁平：易分層，降低強度針狀：破壞均勻性，增加用水量表面特征光滑：流動性好，結合力弱粗糙：結合力強，工作性差多孔：吸水性強，影響強度骨料的級配篩孔尺寸(mm)累計通過率(%)好的級配可減少空隙，提高密實度，降低水泥用量，提高強度和耐久性骨料的含水率和吸水率含水狀態分類過干狀態、氣干狀態、表干狀態、濕潤狀態含水率計算含水率=(濕重-干重)/干重×100%吸水率計算吸水率=(表干重-烘干重)/烘干重×100%對混凝土影響影響實際用水量計算，影響拌合物工作性骨料的密度和堆積密度2.6g/cm3表觀密度不含骨料內部孔隙體積的密度2.5g/cm3表干密度骨料表干狀態下的密度1.5t/m3堆積密度松散堆積狀態下的單位體積質量40%孔隙率松散堆積時的空隙所占比例骨料的強度和硬度強度指標壓碎值指標洛杉磯磨耗值硫酸鈉穩定性強度要求骨料強度應高于混凝土設計強度普通混凝土骨料壓碎值不大于20%高強混凝土骨料壓碎值不大于10%骨料的有害物質泥土和粉塵增加用水量，降低強度，細骨料含泥量不應超過3%有機物影響水泥水化，降低強度，應通過比色試驗檢測鹽類加速鋼筋銹蝕，海砂需脫鹽處理4硫化物和硫酸鹽引起體積膨脹，SO?含量不應超過0.5%堿骨料反應反應機理骨料中活性二氧化硅與水泥中堿金屬反應生成膨脹凝膠危害表現混凝土表面出現網狀裂縫、膠體滲出、邊角剝落預防措施使用低堿水泥、摻入火山灰、避免使用活性骨料檢測方法砂漿棒法、化學法、巖相分析法第三部分：骨料對混凝土性能的影響強度骨料強度、界面結合工作性形狀、級配、吸水性耐久性抗滲性、抗凍融性體積穩定性收縮、徐變、熱膨脹骨料對混凝土強度的影響1界面過渡區骨料與水泥漿接觸面，混凝土薄弱環節2骨料級配良好級配提高密實度，減少孔隙，提高強度3骨料強度一般應高于混凝土設計強度的1.5倍骨料對混凝土工作性的影響粒形影響圓形流動性好針、片狀增加摩擦力級配影響連續級配和易性好單一粒徑導致分層表面特性影響粗糙表面增加用水量光滑表面流動性好含泥量影響增加用水量降低流動性骨料對混凝土耐久性的影響骨料穩定性影響混凝土抵抗各種侵蝕的能力骨料孔隙率影響混凝土滲透性和抗凍融性能骨料活性可能導致堿骨料反應，引起膨脹開裂骨料雜質腐蝕鋼筋，降低混凝土耐久性骨料對混凝土體積穩定性的影響干縮影響骨料含量高，干縮小骨料彈性模量高，約束效果好徐變影響骨料含量高，徐變小骨料強度高，徐變小熱膨脹影響骨料熱膨脹系數決定混凝土熱膨脹性能不同骨料熱膨脹系數差異大導致內應力骨料對混凝土抗滲性的影響骨料孔隙率孔隙率低，抗滲性好界面過渡區質量界面結合好，減少滲透通道骨料級配級配良好，密實度高，抗滲性強最大粒徑適當增大最大粒徑可減少水泥用量，降低收縮裂縫骨料對混凝土抗凍融性的影響骨料自身抗凍性孔隙結構、吸水率影響骨料抗凍性能1骨料含水率含水率高時凍結膨脹力大，破壞混凝土2骨料強度高強度骨料抵抗凍融循環破壞能力強3骨料粒徑大粒徑骨料抗凍融性能優于小粒徑骨料4骨料對混凝土熱工性能的影響熱膨脹系數骨料種類決定混凝土熱膨脹性能石英巖骨料：11-13×10??/℃石灰巖骨料：6-9×10??/℃導熱系數骨料類型影響混凝土導熱能力普通骨料：1.2-1.8W/(m·K)輕骨料：0.2-0.8W/(m·K)第四部分：骨料的選擇與質量控制1選擇標準滿足混凝土性能需求和技術規范要求質量檢測確保骨料物理、化學性能符合標準質量控制生產、儲存、運輸全過程監控骨料選擇的基本原則1滿足混凝土性能需求強度、工作性、耐久性要求2符合技術規范要求級配、雜質含量、有害物質限值3考慮經濟性當地材料優先，降低運輸成本4注重環保與可持續性優先選擇再生骨料，減少天然資源消耗細骨料的選擇標準細度模數通常為2.3-3.0，越大越粗級配要求符合連續級配規定區間含泥量限制普通混凝土不超過3%高強混凝土不超過1%有機物含量比色法不超過3號標準色粗骨料的選擇標準最大粒徑選擇不超過構件最小尺寸的1/4和鋼筋最小間距的3/4級配要求連續級配，避免缺檔和單粒徑壓碎值要求普通混凝土不大于20%，高強混凝土不大于10%針片狀含量不超過15%，高性能混凝土不超過10%骨料的檢測方法篩分析法測定骨料的粒徑分布和細度模數密度測定法測定表觀密度、堆積密度和空隙率含水率測定法測定骨料的含水狀態和吸水率雜質含量測定測定泥塊、有機物和可溶性硫化物含量骨料的質量控制措施源頭控制嚴格篩選供應商，確保礦源質量穩定抽樣檢驗按規定頻率抽檢，發現問題及時處理過程監控生產、運輸、存儲全過程監控分類管理按類別、粒徑、批次分區存放，避免混雜骨料生產過程中的質量控制原料控制選用合適礦源剔除軟弱風化巖石去除有害雜質破碎控制選擇合適破碎設備控制破碎程度減少針片狀顆粒篩分控制確保有效分級控制過篩率保證級配要求洗滌控制去除泥土和粉塵控制含泥量減少水資源浪費骨料儲存和運輸中的質量控制1分類堆放不同種類、粒徑骨料分開堆放，防止混雜2防雨防曬設置防雨棚，減少含水率變化3底部硬化料場地面硬化，防止混入泥土4控制堆高避免過高導致分離和破碎，一般不超過4米第五部分：特殊骨料及其應用輕骨料定義和特點密度低于1900kg/m3的骨料包括陶粒、膨脹珍珠巖、浮石等孔隙率高，吸水率大強度低于普通骨料應用領域輕質混凝土制作保溫隔熱材料高層建筑減輕結構重量預制構件降低運輸成本重骨料定義和特點密度高于3000kg/m3的骨料主要包括鐵礦石、重晶石、鉛礦石等應用領域輻射防護屏蔽材料核電站、醫院放射科水下混凝土抗沖擊混凝土優缺點高密度、高屏蔽效果價格昂貴，工作性差再生骨料1定義和特點由廢棄混凝土破碎再加工而成的骨料2生產方法破碎、篩分、除雜、表面處理等工序3性能特點吸水率高，密度低，附著舊砂漿4應用前景非承重構件，道路基層，生態環保建材機制砂定義和特點由巖石或尾礦經機械破碎制成的細骨料生產工藝破碎、整形、篩分、洗滌、除粉流程應用優勢替代資源緊缺的天然砂，性能可控3使用挑戰針片狀顆粒控制，石粉含量管理4玻璃骨料特點和優勢廢棄玻璃回收再利用，環保節能裝飾效果色彩豐富，有透光和反光效果使用注意需防止堿-硅反應，控制粒徑第六部分：混凝土配合比設計設計目標滿足技術要求確定配比水灰比、骨料比例試配驗證性能檢測、調整確定方案形成配合比設計配合比設計的目的和原則1經濟優化在滿足性能要求條件下降低成本2環保節能減少水泥用量，降低碳排放3耐久性保障確保混凝土在服役期內性能穩定4強度保證確保混凝土達到設計強度等級配合比設計的基本步驟確定混凝土性能要求強度等級、耐久性等級、工作性要求選擇合適的材料水泥類型、骨料種類、外加劑類型確定水灰比根據強度和耐久性要求確定確定骨料配比根據骨料特性和施工要求確定細骨料率計算各材料用量換算成每立方米混凝土的各組分絕對用量水灰比的確定水灰比28天抗壓強度(MPa)水灰比是影響混凝土強度和耐久性的關鍵因素，水灰比越低，混凝土強度越高骨料配合比的優化細骨料率確定影響混凝土和易性和密實度常用細骨料率范圍：30%-40%過高增加收縮，過低降低工作性優化方法體積法：基于最小空隙率原則表面積法：基于骨料表面積相等原則0.45冪法：通過經驗公式計算外加劑用量的確定試驗法確定逐步增加劑量進行試配，選擇最佳效果用量參考比例法根據水泥或膠凝材料質量的百分比確定規范參考法參照產品說明書和規范推薦值經驗調整法根據以往類似工程經驗確定基礎用量并調整配合比設計實例混凝土強度等級C30水灰比0.50水泥用量370kg/m3水用量185kg/m3粗骨料用量1180kg/m3細骨料用量650kg/m3外加劑用量3.7kg/m3細骨料率35%第七部分：混凝土生產和施工中的骨料管理骨料儲存分類存放，防止混雜和污染骨料輸送保持設備清潔，控制含水率變化質量檢測定期抽檢，確保骨料質量穩定骨料在攪拌站的管理分倉存儲不同粒徑骨料分