建筑材料应用与检测 教案 作者 张凡 04砂石骨料应用与检测教案.doc

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1、福建信息职业技术学院教案纸 第 页课程 学年 第 学期 第 周 月 日教 学 内 容 备注第四章 砂石骨料应用与检测学习目标：能围绕普通混凝土各组成材料在混凝土中的作用，深刻理解普通混凝土的组成材料、混凝土骨料砂石的主要技术性质及质量控制，能根据所学知识分析和解块工程中一些实际问题。 能力要求：会根据工程标准规范要求，完成现场砂石骨料质量的验收、取样、检测与评定、会对细骨料细度模数和粗骨料最大粒径确定的能力；会对混凝土用砂石合格与否做出正确判定的能力。基础知识4.1混凝土组成材料概述4.1.1混凝土的分类与特点当今世界上用量最大的人工建筑材料 即是混凝土（一）混凝土的定义：混凝土是由胶凝材料、

2、状粒材料、水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的。在土木工程中，应用最广泛的是水泥混凝土：以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成的混合物，经过一定时间硬化而成的水泥混凝土。混凝土的优点：原材料丰富，成本低；混凝土中80%以上的是砂、石子，资源十分丰富。良好的可塑性；利用模板可以制成任何形状、尺寸的构件；高强度,可用钢筋增强；混凝土的抗压强度为2055MPa.良好的耐久性；有抗冻、抗渗、抗风化、抗腐蚀等性能，比钢材、木材更耐久；缺点：自重大；脆性材料；（二）分类：（1）混凝土按胶凝材料分类：1）水泥混凝土:在土木工程中应用最广泛； 2）石膏混凝土；3）沥青混凝土：在公路工程中应用较多； 4

3、）聚合物混凝土等（2）按表观密度分类：特重混凝土（ 2500kg/m3）； 普通混凝土（19002500kg/ m3）；轻混凝土（6001900kg/m3）； 特轻混凝土( 600 kg/m3)（3）按施工工艺分类混凝土按施工工艺可分为泵送混凝土、预拌混凝土(商品混凝土)、喷射混凝土、真空脱水混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、造壳混凝土(裹砂混凝土)、离心混凝土、挤压混凝土、真空吸水混凝土、热拌混凝土、太阳能养护混凝土等多种。（4）按用途分类混凝土按用途可分为防水混凝土、防射线混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土、水下浇筑混凝土等多种。（5）

4、按掺合料分类混凝土按掺合料可分为粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、碱矿渣混凝土、纤维混凝土等多种。另外，混凝土按每立方米中的水泥用量(C)分为贫混凝土(C170 kg)和富混凝土(C230kg)；按抗压强度(fcu)大小可分低强混凝土(fcu30 MPa)、中强混凝土(fcu=3060 MPa)、高强混凝土(fcu60 MPa)和超高强混凝土(fcul00 MPa)等。4.1.2混凝土的组成材料与应用1水泥：（1）水泥品种的选择：主要根据混凝土工程的特点和所处的环境，参考规范选择；（2）水泥强度等级的选择：一般来说，配制高强度的混凝土，选用强度等级高的水泥；配制低强度的混凝土，选用强度等级低的水泥。根

5、据经验，一般水泥的强度为混凝土强度等级的（1.52.0）倍左右。2.砂砂是用于拌和物混凝土的一种细骨料，一般指自然形成或由机械破碎，粒径在5mm以下的岩石石颗粒(按国家标准粒径为4.75mm，新标为5mm)。砂按加工方法来分有天然砂和人工砂。天然砂中按产源不同可分为河砂、海砂和山砂；人工砂按组成不同又可分机制砂和混合砂。机制砂指由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。混合砂由机制砂和天然砂混合制成的砂。砂按细度模数大小又分为：粗砂、中砂和细砂。其细度模数分别为：粗砂：3.73.1；中砂：3.02.3；细砂：2.2-1.6。3。石 石子是指由天然岩

6、石经人工破碎而成，或经自然条件风化、磨蚀而成的粒径大于5。00mm的岩石颗粒。由人工破碎的称为碎石，自然条件作用形成的为卵石。4，混凝土用水：凡符合国家标准的生活饮用水，均可拌制混凝土。思考1：混凝土中四种组成材料的作用各是什么？解析：普通混凝土（简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。思考2：海水为什么不能用作混凝土用水？解析：海水中含有硫酸、镁盐和氯化物，对

7、水泥石有侵蚀作用，对钢筋也会造成锈蚀，因此不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土工程。4.1.3混凝土用细骨料技术性质1、骨料：普通混凝土所用骨料按粒径大小分为粗骨料和细骨料两种。（1）粗骨料和细骨料划分的标准：1）粗骨料：颗粒粒径大于5.00mm的颗粒；混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石两种。2）细骨料：颗粒粒径小于5.00mm的颗粒。 细骨料一般有河砂、海砂和山砂三类。2骨料的技术质量要求：混凝土用砂按普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)规定的技术标准主要包括有：泥和泥块含量、有害物质含量、坚固性、碱含量、级配和粗细程度、形状和表面特征及强度等。3砂的级配和粗细程度：骨料

8、的级配：-指骨料中不同粒径颗粒的搭配分布情况。良好的级配，不但能减少水泥用量，而且提高混凝土的密实度、强度等性能。粗细程度：-指不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度重点阐述筛分析法 将500g干砂，依次通过一套孔径为4.75、2.36、1.18、0.660、0.30和0.15的六个标准筛，测量各筛筛余量的质量mi，计算出各筛的分计筛余量和累计筛余量。A,分计筛余量mi：砂子通过六个标准筛时各筛上的筛余量，即mi(其中i=1,2,3,4,5,6)；B,分计筛余率 ：各筛上的分计筛余量占砂样总质量（500g）的百分率；C,累计筛余率 ：各筛与比该筛粗的所有分计筛余率之和； 级配划分的标准：按GB/T

9、14684-2001标准规定，砂按0.60mm筛孔的累计筛余百分率计，可分三个级配，具体参见教材P59 表5.5 砂的颗粒级配区三个级配区：I级配区砂： A4 =（8571）%；II级配区砂： A4 =（4170）%；III级配区砂：A4 =（1640）%。砂的粗细程度:指不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度砂的粗细程度用细度模数表示，一般分为粗砂、中砂和细砂等;粗砂： =3.73.1； 中砂：=3.02.3；细砂： =2.21.6 特细砂：=1.50.7。普通混凝土优先使用中砂 MX =3.02.3；【工程实例4-1】某工程用砂，用500烘干砂进行筛分试验，测得各筛的筛余量如下表4-4，试评定

10、该砂的级配和粗细程度。公称粒径1052.51.250.630.3150.160.08筛孔尺寸（mm）9.504.752.361.180.6000.3000.1500.075筛余量(g)015601051201008515解：依题意解得公称粒径1052.51.250.630.3150.160.08筛孔尺寸（mm）9.504.752.361.180.6000.3000.1500.075筛余量g015601051201008515分计筛余 %31221242017累计筛余 %31536608097细度模数：=（2+3+4+5+6）-51/（100-1）=（15+36+60+80+97）-53/（10

11、0-3）=2.81，中砂（3.02.3）；4=60(7041)，级配为区。普通混凝土用砂质量标准及检验方法JGJ52-2006。3含泥量、泥块含量和海砂中贝壳含量含泥量是指天然砂中粒径小于80m的颗粒含量。泥块含量是指砂中公称粒径大于1.25 mm，经水浸洗、手捏后小于630m的颗粒含量。天然砂的含泥量、泥块含量应符合表4-5的规定，海砂中贝壳含量应符合表4-6的规定，人工砂的石粉含量应符合表4-7的规定。4有害物质砂不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表4-8的规定。5坚固性砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行检验，

12、试样经5次循环后其质量损失应符合表4-9的规定。6表观密度、堆积密度、空隙率砂表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3；松散堆积密度大于1350kg/m3；空隙率小于47。4.1.4混凝土用粗骨料的技术性质1石子的颗粒级配：石子粒径D的一般范围：5.00mmD150mm时， 节约水泥的效果不明显。所以最大粒径不宜超过150mm。*建筑工程中混凝土用石子的最大粒径Dmax大致选择范围：一般水利、海港等大型工程中: 混凝土用石子最大粒径Dmax采用120mm或150mm;一般房屋建筑工程中: 混凝土用石子的最大粒径Dmax一般采用20mm、31.5 mm、40mm和

13、60mm。3含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量卵石、碎石的含泥量和泥块含量、针片状颗粒含量应符合表4-11的规定。4有害物质卵石和碎石不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物，其有害物质含量应符合表4-12的规定。5坚固性采用硫酸钠溶液法进行试验，卵石和碎石经5次循环后，其质量损失应符合表4-13的规定。6强度碎石的强度可用岩石的抗压强度和压碎指标表示。（1)岩石抗压强度碎石的抗压强度测定，是将其母岩制成边长为50mm的立方体试件，在水饱和状态下，其抗压强度火成岩应不小于80MPa，变质岩应不小于60MPa，水成岩应不小于30MPa。岩石的抗压强度试验并不能完全反映石子在混凝土中的受力情

14、况。混凝土受压时，大量的石子处于受折、受剪的情况，所以为了更接近石子实际受力情况，常用压碎试验表示石子的力学性能。（2)压碎指标 碎石和卵石的压碎指标测定，是将一定重量气干状态的9.519.0 mm石子装入标准圆模内，按规定的加荷速率，加荷至200KN并稳定5s，卸荷后称取试样重量Gl，再用2.36mm孔径的筛筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样重量G2，按下式计算压碎指标值Qe：Qe=(G1-G2)/G1100% (4-2)压碎指标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强，其强度越大。压碎指标应小于表4-14的规定。卵石的压碎指标()应符合表4-15的规定。7碱骨料反应对于长期处于潮湿环境中的

15、重要结构混凝土，其所使用的碎石或卵石应进行碱活性检验。当判定骨料存在潜在碱碳酸盐反应危害时，不宜用作混凝土骨料；否则，应通过专项的混凝土试验作最后评定。当判定骨料存在潜在碱-硅反应危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3，或采用能抑制碱-骨料反应的有效措施。4.2 混凝土用砂石骨料的质量控制4.2.1砂的质量控制 1砂(石)中各有害杂质对混凝土的危害 砂(石)中各有害杂质对混凝土的危害如表4-16所示。 2砂的粗细程度及颗粒级配 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂的粗细程度与其总表面积有直接的关系，在用砂量相同条件下，采用细砂时，细骨料的总表面积较大，而用粗砂

16、其表面积较小。由于在混凝土中砂粒表面由水泥浆来包裹，因此，当混凝土拌合物和易性要求一定时，粗砂较细砂的水泥用量为省。但若砂子过粗，易使混凝土拌合物产生离析、泌水等现象。因此，混凝土用砂不宜过细，也不宜过粗。4.2.2石的质量控制 碎石表面粗糙,棱角多,且较洁净,与水泥石粘结比较牢固,卵石表面光滑,有机杂质含量较多，与水泥石胶结力较差(在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土低，在单位用水量相同的条件下，卵石混凝土的流动性较碎石混凝土大。) I类粗骨料宜用于强度等级大于C60的混凝土；类粗骨料宜用于强度等级C30060及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类粗骨料宜用于强度等级小于C30的混凝土。1

17、骨料的形状和表面特征对混凝土质量的影响 骨料的颗粒形状以接近球状或立方体的为好，而针状和片状颗粒含量要少。所谓针状颗粒是指颗粒长度大于骨料平均粒径24倍者，片状颗粒则是指颗粒厚度小于骨料平均粒径04倍者(平均粒径指一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值)。 粗骨料中针片状颗粒不仅本身受力时易折断，且易产生架空现象，增大骨料空隙率，使混凝土拌合物和易性变差，同时混凝土的强度降低。我国碎石的针片状骨料含量易超标，在监理时应要求施工方认真筛选。 2对有害物质的应用说明粗骨料中严禁混入煅烧过的石灰石或白云石，以免过火生石灰引起混凝土的膨胀开裂。粗骨料中如发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，要进行专

18、门试验，当确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。4.3混凝土掺和料与外加剂4.3.1混凝土掺合料 混凝土掺合料是指在混凝土(或砂浆)搅拌前或在搅拌过程中，为改善混凝土性能、调节混凝土强度等级、节约水泥用量，与混凝土(或砂浆)其他组分一起，直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废料，掺量一般大于水泥重量的5。 掺合料与生产水泥时与熟料一起磨细的混合材料在种类上基本相同，主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉、磨细自燃煤矸石以及其他工业废渣。粉煤灰是目前用量最大、使用范围最广的一种掺合料1.粉煤灰特性、技术要求、取样。(见教材)2.硅灰技术要求、取样(见教材)3.磨细矿渣粉技术要求、取样(见教材)4.沸石

19、粉技术要求、取样(见教材)5.其他掺合料：磨细自燃煤矸石粉、浮石粉、火山渣粉技术要求、取样(见教材)4.3.2混凝土外加剂定义：是在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质。外加剂掺量一般不大于水泥质量的5（特殊情况除外），被称为混凝土的第五组分；掺入外加剂的目的：在拌制混凝土的过程中，为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%。建筑工程上常用的外加剂有：减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂和复合型外加剂等。分类：1减水剂（改善混凝土拌合物流变性能的外加剂）（1）减水剂的作用机理 减水剂之所以能减水，是由于它是一种表面活性剂，其分子是由亲水基团和憎水基团两部分组成。

20、水泥加水拌合后，由于颗粒之间分子凝聚力的作用，会形成絮凝结构(图45a)，将一部分拌合用水包裹在絮凝结构内，从而使混凝土拌合物的流动性降低。当水泥中加入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒相互分开，絮凝结构解体(图4-5(b)，释放出游离水，从而增大了混凝土拌合物的流动性。另外，减水剂还能在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜(图4-5 (c)，这层水膜是很好的润滑剂，有利于水泥颗粒的滑动，从而使混凝土拌合物的流动性进一步提高。 (2) 减水剂的技术经济效果有： 1) 提高流动性：在拌合物用水量不变时，混凝土坍落度可增大100

21、200mm，而不影响混凝土的强度。 2) 提高混凝土强度：保持混凝土拌合物坍落度和水泥用量不变，可减水1015，混凝土强度可提高1520，特别是早期强度会显著提高； 3) 节约水泥：保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量1015。4）改善混凝土拌合物的其他性能。掺入减水剂后，可以减少混凝土拌合物的泌水、离析现象；减缓水泥水化热的放热速度，延缓拌合物的凝结时间；显著提高混凝土硬化后的抗渗性、抗冻性及耐久性。减水剂是使用最广泛、效果最显著的一种外加剂，按其对混凝土性质的作用及减水效果可分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂和引气减水剂；按其化学成分可分为木质素系、萘系、水溶树脂系、糖蜜系

22、、腐殖酸系等，其品种、应用效果与范围如表4-19所示。 2早强剂（调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂）：(1)氯盐类早强剂。 (2)硫酸盐类早强剂。 (3)有机胺类早强剂。 (4)复合早强剂。 3引气剂：（改善混凝土耐久性的外加剂）：定义： 指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂的作用：（1）改善混凝土拌和物的和易性；（2）能提高混凝土的抗渗性和抗冻性；（3）但降低混凝土的强度；我国常用的引气剂：松香树脂类。A,加气剂：如铝粉等；B,防水剂；C,阻锈剂：指能减少混凝土中钢筋的锈蚀。4缓凝剂缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加

23、剂。缓凝剂分为无机和有机两大类。有机缓凝剂包括：木质素磺酸盐、羟基羧基及其盐、糖类及碳水化合物、多元醇及其衍生物；无机缓凝剂包括：硼砂、氯化锌、碳酸锌、硫酸铁(铜、锌、镉等)、磷酸盐及偏磷酸盐。最常用的是木质素磺酸钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。无机缓凝剂的缓凝效果不稳定，故不常使用。缓凝剂常用于大体积混凝土工程，以延缓水泥水化热的释放；用于分层浇筑的混凝土，以防止混凝土出现裂缝；用于高温下长距离输送混凝土，以防止混凝土拌合物坍落度损失。 5外加剂的选择与应用 混凝土中应用外加剂时，须满足混凝土外加剂应用技术规范(GB501192003)的规定。另外，还应注意以下几点： (1)外加剂品种的选

24、择 外加剂品种、品牌很多，效果各异，尤其是对不同水泥效果不同。选择外加剂时，应根据工程需要、现场的材料条件、产品说明书通过试验确定。 (2)外加剂掺量的确定 混凝土外加剂均有适宜掺量。掺量过小，往往达不到预期效果；掺量过大，则会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，须通过试验试配，确定最佳掺量。 (3)外加剂的掺加方法 外加剂的掺入时间，对其效果的发挥也有很大影响，如减水剂有同掺法、后掺法、分掺法三种方法。同掺法是减水剂在混凝土搅拌时一起掺入；后掺法是搅好混凝土后间隔一定时间，然后再掺人；分掺法是一部分减水剂在混凝土搅袢时掺入，另一部分间隔一段时间后再掺入。实践证明，后掺法最好，能充分发挥减

25、水作用。 【工程实例4-2】减水剂的使用【现象】某工地以普通木质素磺酸盐减水剂配制混凝土出现急凝，后改用FDN减水剂则无此现象。请分析原因。【原因分析】木质素磺酸盐又称M型减水剂，在使用过程中有时和水泥存在一定的相容性问题，会造成水泥的异常凝结。对于采用硬石膏或氟石膏作调凝剂的水泥，在使用木质素磺酸盐减水剂时，往往出现急凝现象。FDN减水剂为萘系减水剂，对不同品种水泥的适应性强，也适用于采用硬石膏或氟石膏作调凝剂的水泥。4.4 砂石骨料的检测与实训4.4.1砂石骨料的验收、取样与送检1建筑用砂的检验 （见教材）2建筑用石的检验 （见教材） 3施工现场砂石骨料取样(1)组批规则 砂、石试验均以同

26、一产地、同一规格、同一进场时间，每400m3或600t为一验收批(用大型工具运输的)，或以200m3或300t为一验收批(用小型工具运输的)；不足上述数量者以一批论。 砂子每一验收批取1组，数量为22kg。 石子每一验收批取1组，数量为40kg(最大粒径20mm)或80kg(最大粒径为315mm、40mm)。（2）现场取样方法 1）在料堆上取样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层铲除，然后从不同部位抽取大致等量的砂8份，组成一组样品；对于石子由各部位抽取大致5相等份(在料堆的顶部、中部和底部由均匀分布的五个不同部位取得)组成一组样品。 2）从皮带运输机上取样时，应用接料器在皮带运输机

27、尾的出料处定时抽取，砂4份为一组样品，石子8份为一组样品。 3）从火车、汽车、货船上取样时，从不同部位和深度抽取大致相等的砂8份为一组样品，石子8份为一组样品。 4）若检验不合格时，应重新取样。对不合格项，进行加倍复验。若仍有一个试样不能满足标准要求，应按不合格品处理。 5）每组样品应妥善包装，避免细料散失及防止污染。并附样品卡片，标明样品的编号、名称、取样时间、产地、规格、样品量、要求检验的项目及取样方式等。(3)试样数量 单项试验的最少取样数量应符合表3-20的规定。做几项试验时，如确能保证试样经一项试验后不致影响另一项试验的结果时，可用同一试样进行几项不同的试验。(4)试样处理 1）用分

28、料器法：将样品在潮湿状态下拌和均匀，然后通过分料器，取接料斗中的其中一份再次通过分料器。重复上述过程，直到把样品缩分到试验所需量为止。2）人工四分法：将所取样品置于平板上，在潮湿状态下拌和均匀，并堆成厚度约为20mm的圆饼，然后沿互相垂直的两条直径把圆饼分成大致相等的4份，取其中对角线的两份重新拌匀，再堆成圆饼。重复上述过程，直到把样品缩分到试验所需量为止。（堆积密度及人工砂坚固性检验所用试样可不经缩分，在拌匀后直接进行试验。）4.4.2砂石骨料检测实训本章小结基础知识部分：应掌握普通混凝土六种组成材料所起的作用。了解组成材料的质量直接影响到所配制混凝土的质量。学习中着重掌握砂石的性质及应用，在工程实践环节中能熟练应用所学知识，根据不同需求选择砂石骨料的粗细与级配。熟知砂石骨料的质量控制。 拓展知识部分：混凝土的第五、六组成材料，掺和料与外加剂已成为改善混凝土性能的极有效措施之一，应熟悉各种外加剂的性质和应用。检测技能部分：应掌握普遍混凝土用砂石骨料的现场验收、取样方法和保管。着重掌握砂石骨料的检测技能，如：砂石骨料的筛分析、含水率、表观密度、强度等性能等检测方法。作业P87页：第四章 复习题四、计算题1-210