混凝土原材料和配合比

5 外加剂
混凝土所用外加剂产品质量应符合JTG F30-2003《公 路水泥混凝土路面施工技术规范》所规定的要求，并与选 定的水泥有较好的适应性。 在选用外加剂时应根据使用部位、混凝土技术要求及 其施工工艺，确定所需外加剂品种和性能。 决定外加剂的几个因素：与水泥适应好、减水率较高、 坍落度损失小、质量稳定。在经济方面，不应单从减水剂 价格进行评价，而应从其掺量、使用效果等方面进行综合 评价。
15.32 18.52 34.39
31.71 38.09 63.38 37.79 52.00 49.24 48.54 67.07 56.52 59.84 89.34 83.67 83.49 87.92 89.31 99.34 99.53 99.83 99.59 99.91
96.34 95.68 95.98 97.07 96.20 95~100
� C3A和C4AF含量高的水泥，适应性不好； � 新鲜水泥（出厂10d以内）适应性较差，而且
坍落度损失较大；
� 水泥中所用的石膏为二水石膏和半水石膏时适
应性较好，用硬石膏时不好；
� 水泥中碱含量越高，适应性越差。
影响外加剂和水泥适应性的因素
� 减水剂自身的影响：减水剂中碱含量以0.5为宜， 过多或过少都会影响减水剂与水泥之间的适应性。 � 矿物掺和料的影响：掺和料的活性较高时，减水 剂的减水率会降低；掺和料的细度越大，所需的 减水剂的量越大。此外，掺和料的酸碱度（酸性 氧化物和碱性氧化物的相对含量）也影响效果。
5、加矿物掺和料混凝土配比 � 先按照常规的计算方法，计算出混凝土的 基本配合比； � 粉煤灰掺量较低且其活性较高时，可直接 采用等量取代水泥（如15％取代量）； � 最终配合比需根据试验的结果经过调节后 再确定。 � 如等量取代达不到设计强度，可用超量取 代法。
6、配合比设计举例1
� 赤峰市张大沟桥薄壁墩
6 矿物掺和料
�混合材与掺和料的区别 �常用的掺和料：粉煤灰 矿渣粉 烧煤矸石
石灰石粉 烧高岭土
�技术经济意义
• • 改善工作性 降低水化热 是高性能混 凝土的重要 标志
• 降低水泥用量，降低成本 • 改善混凝土耐久性
几种矿物掺和料的简介
� 矿渣粉：炼铁厂排放出的废渣，已成宝贝 � 粉煤灰：火电厂燃煤电收尘排出物 � 石灰石粉：天然石磨细 � 烧煤矸石粉：选煤副产品 � 硅灰：铁合金冶炼副产品，高强 � 偏高岭土：高岭土烧制而成，新一代
2、关于混凝土配制强度
� 配制强度是合格混凝 土预计达到的平均强 度，根据概率统计， 配制强度必须高于强 度等级若干倍的标准 差，混凝土才有足够 的合格概率。
t—与合格概率相对应的系数 σ—标准差，MPa 我国采用的合格概率为 95％
f 配制＝f 等级 + tσ
2、关于混凝土配制强度
t值 合格概 率(%) 1.645 95 1.75 96 1.88 97 2.05 98 2.33 99
针片状颗粒含量 项 目 指标 Ⅰ类 < 5 Ⅱ类 < 15 Ⅲ类 < 25
针片状颗粒（按重量计，％）
表观密度、松散堆积密度、空隙率 项目 表观密度 松散堆积密度 空隙率 技术要求 > 2500 ㎏/m3 > 1350 ㎏/m3 < 47%
（2）强度与坚固性
a. 岩石抗压强度 指标（水饱和状态） 项目 抗压强度 （MPa）≥ 火成岩 100 变质岩 80 水成岩 60
抗压强度等级 ) 标准差(MPa MPa)
≤ C20 3.5
C25-C35 C40-C55 4.0 5.0
≥ C60 5.5
可以根据实验室实际配制混凝土情况，计算出某等级混凝土的 标准差，再进行配合比设计时，就更加接近实际，节约材料。
3、减水剂与水灰比
f cu . o
� �
c = Af ce ( − B ) w
内蒙的碎石多为晶屑凝灰岩，属于沉积岩， 解理丰富，石英含量较高。通常石料进场前 做一次岩石抗压强度，特别是用于重要部位 混凝土及C40以上混凝土的碎石，更应加强 岩石抗压强度的检测。
b. 压碎指标 项目 碎石压碎指标，＜ 卵石压碎指标，＜ c. 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，其重量损失应符合下表要求。 指标 项目 重量损失（％） Ⅰ类 < 5 Ⅱ类 < 8 Ⅲ类 < 12 指标 Ⅱ类 20 16
Ⅰ类 10 12
Ⅲ类 30 16
（3）含泥量和泥块含量
项目 含泥量（按质量计）（％） 泥块含量（按质量计）（％） 指标 Ⅰ类 < 0.5 < 0 Ⅱ类 < 1.0 < 0.2 Ⅲ类 < 1.5 < 0.5
（4）有害物质
卵石和碎石中不应混有草根、树叶、塑料、煤块和炉渣等杂物。 。
项目 有机物 硫化物及硫酸盐 （按SO3重量％计）
粉煤灰的分级
技 术 要 求
项
目
I级 12 95 5
II级 25 105 8
III级 45 115 15
细度(45µm方孔筛筛 余)，不大于％ 需水量比，不大于％ 烧失量，不大于％
二、配合比注意点
� 在现场考察过程中， 发现混凝土存在工作 性、均匀性不佳、离 析等问题，需要引起 注意。右图所示的坍 落度试验就反映出混 凝土配合比存在一定 的问题。
混凝土原材料和配合比
一、混凝土原材料
现代混凝土原料主要有六大组分：
水泥 水 混凝土 矿物掺和料 外加剂 细集料 粗集料
1 水泥
（1）常用水泥的主要品种
• 硅酸盐水泥：泛指以硅酸钙为主要成分的水泥，代号P.I或P.II； • 普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6％～15％混合材料、适量石膏磨细 制成的水硬性胶凝材料，代号P.O，这是用得最多的一种水泥。由于所用混合 材多种多样，最好弄清楚混合材的种类和含量，以便更好地掌握所用水泥的 凝结硬化特性。 • 矿渣硅酸盐水泥 • 粉煤灰硅酸盐水泥
关于R水泥使用问题
� R水泥即高早强水泥，是通过增加粉磨细度来提 高水泥早期强度的； � R水泥早期强度发展快，同时水化热大，且集中 释放，使混凝土易产生温度裂缝；R水泥也会导 致新拌混凝土工作性变差。 � 大体积混凝土或薄壁长墙结构尽量不使用R型水 泥；即使使用，应采取相应温控措施，如掺加粉 煤灰等。
（1）颗粒级配
筛孔（㎜） 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 Ⅰ区 0 10~0 35~5 65~35 85~71 95~80 100~90 Ⅱ区 0 10~0 25~0 50~10 70~41 92~70 100~90 Ⅲ区 0 10~0 15~0 25~0 40~16 85~55 100~90
维持原流动性时，加减水剂可降低水灰 比，即提高混凝土强度。 维持原设计强度，即保持水灰比不 变，加减水剂可提高混凝土流动性 （坍落度）；
现场混凝土如果坍落度偏大，是否可以 通过减少水的用量来调节？
4、砂率调整 � � 可进行最佳砂率试验确定砂率； 对薄壁和薄板结构混凝土，可适当提 高砂率以增加水泥砂浆量； � � 对于厚大混凝土结构，可降低砂率； 对泵送或大流动性混凝土，可适当提 高砂率；
2 粗集料
（1）颗粒形态与级配
对混凝土性能的影响 • 工作性 • 密实性 • 力学性能
对于泵送和高性能 混凝土影响尤其严重
K186石场破碎及筛分设备:
颗粒级配（送样碎石筛分结果）
编号 筛孔 37.5 31.5 26.5 19 16 9.5 4.75 2.36 1 1.56 8.0 2 0.77 6.48 3 1.43 12.03 4 0 4.62 9.79 5 0 0.5 14.08 5~40 0~5 --30~65 -70~90 --
（2）水泥的主要物理指标
项目 细度 影响因素 熟料的易磨性、混 合料的易磨性及掺 量等 表示方法 筛余（80um方空 筛）或比表面积 主要作用 影响水泥的凝结硬化速度、 强度、干缩性、水化热等 1）水泥水化 2）具有流动性，便于施 工 影响砂浆和混凝土的凝结 硬化速度 反映水泥硬化后体积变化 均匀性
（1）颗粒级配
在混凝土中砂子之间的空隙是由水泥浆填充，为达到 节约水泥和提高强度的目的，就应当尽量减少砂子之间的 空隙。
砂按细度模数分为粗砂（3.7~3.1）、中砂 （3.0~2.3）、细砂（2.2~1.6）三种规格。 上图表示不同粒径细骨料的搭配情况。
细集料的级配曲线有三个区，分别对应粗砂或偏粗砂、 中砂和细砂或偏细砂。一般以II区的砂率作为基准，当砂子 处于I区（偏粗）时，应采用较大砂率。当砂子处于 III区 （偏细）时，应采用较小砂率。砂子的实际级配可稍有超出 分界线，但其总百分数不应大于5％。 现场考察表明，内蒙一些地区混凝土下部结构的风蚀情 况比较严重。为提高混凝土抗风蚀能力，要控制小于0.08mm 的细砂的含量，以不超过3％为宜。
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1、配合比的设计要求 � 技术要求：应能满足强度、抗侵蚀、高耐 久性等方面的要求，或附加的特殊要求； � 施工要求：坍落度、经时坍落度、工作性、 密实性等满足施工需要； � 经济要求：处于可接受的成本范围； � 环境要求：不污染环境或尽可能降低环境 负荷。
配合比设计的原则 � 水灰比定则：水灰比是决定强度的主要因 素，但加掺和料及高强混凝土有偏离； � 最大密实原则：尽量使混凝土处于密实； � 最小用水原则：加减水剂（水蒸发或反应 或反应后会形成孔）； � 平衡矛盾原则：主要矛盾和次要矛盾。
硫化物及硫酸盐（按SO3重量计,%) 氯化物（以氯离子重量计,%) ＜
4 拌和水
拌合用水质量应符合现行的相应国家标准。 水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害杂质或油 脂、糖类及游离酸类等物质。 污水、pH值小于4的酸性水及硫酸盐含量（按SO42-计） 超过2700mg/L的水不得用于钢筋混凝土；SO42-含量超过600 mg/L的水不得使用于预应力混凝土。 氯化物（以Cl-计）含量超过1200mg/L的水不得用于钢 筋混凝土；氯化物（以Cl-计）含量超过350mg/L的水不得使 用于预应力混凝土。
（2）含泥量和泥块含量
a. 天然砂含泥量和泥块含量
指标 Ⅰ类 ＜1.0 0 Ⅱ类 ＜2.0 ＜1.0 Ⅲ类 ＜3.0 ＜2.0
项目 含泥量（按重量计）% 泥块含量（按重量计）％
（3）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、有机物、轻物质、硫化物及硫酸盐、氯盐等。 砂的有害物质含量限制 指标 项目 云母（按重量计,%) 轻物质（按重量计,%) 有机物（比色法） ＜ ＜ ＜ ＜ Ⅰ类 1.0 1.0 合格 0.5 0.01 Ⅱ类 2.0 1.0 合格 0.5 0.02 Ⅲ类 2.0 1.0 合格 0.5 0.06
� 等级C30，泵送，设计坍落
指标 Ⅰ类 合格 < 0.5 Ⅱ类 合格 < 1.0 Ⅲ类 合格 < 1.0
3 细集料
由自然风化、水流搬运和分选后堆积形成或经机械破碎、 筛分制成的粒径小于4.75㎜的岩石颗粒，但不包括软质岩石、 风化岩石的颗粒。 砂按产源分为天然砂、人工砂两类： 天然砂：包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂等； 人工砂：包括机制砂、混合砂。
外加剂和水泥的适应性 � 是需要引起重视的关键问题之一； � 可从以下几方面进行判断：
� 是否引起工作性和凝结时间的异常变化？ � 是否引起强度的异常变化（忽高忽低）？ � 是否引起大量肉眼可见的气泡？ � 掺加量是否处于一个合理的范围？ � 脱模后混凝土表面是否有明显泛白？
影响外加剂和水泥适应性的因素 � 水泥自身的影响
需水 性
1）净浆标准稠度 熟料成分、水泥的 用水量 细度、混合材种类 2）水泥胶砂流动 及掺量等 度 熟料的成分和矿物 含量，水泥细度、 石膏掺量、混合材 的掺量等 f-CaO、游离氧化 镁、SO3 初凝时间和终凝 时间 1）沸煮法 2）压蒸法
凝结 时间 安定 性
（2）水泥质量控制指标
•所用水泥应符合现行的相应国家标准，且有较好的匀质性 和质量稳定性。 每批散装水泥不大于500t或袋装水泥不大于200t的同厂家、 同品种、同批号、同出厂日期水泥必须测一次。 • 应了解清楚所用混合材的种类和数量。 • 水泥生产企业应定期提供水泥中碱含量的检测 结果，中心实验室应委托有资质的检测机构进 行复核。 • 禁用刚生产出来的“新鲜”热水泥。