1.2　混凝土组成材料

普通混凝土是以通用水泥为胶结材料，用普通砂石材料为骨料，并以普通水为原材料，按专门设计的配合比，经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。现代水泥混凝土中，为了调节和改善其工艺性能和力学性能，还加入各种化学外加剂和磨细矿质掺合料。

砂石在混凝土中起骨架作用，故也称骨料或集料。水泥和水组成水泥浆，包裹在砂石表面并填充砂石空隙，在拌和物中起润滑作用，赋予混凝土拌和物一定的流动性，使混凝土拌和物容易施工；在硬化过程中胶结砂、石，将骨料颗粒牢固地黏结成整体，使混凝土有一定的强度。混凝土的组成及各组分材料的绝对体积比见表1.1。

1.2.1　水泥

1.2.1.1　水泥品种的正确选择

水泥是混凝土的胶结材料，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量，在保证混凝土性能的前提下，应尽量节约水泥，降低工程造价。根据工程特点、所处环境气候条件、工程竣工后可能遇到的环境因素以及设计、施工的要求进行分析，每一个工程所用水泥品种以1～2种水泥为宜，并应固定供应厂。

常用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。常用水泥的适用范围见表1.2。

1.2.1.2水泥强度等级的正确选择

水泥的强度等级，应与混凝土设计强度等级相适应。用高强度等级的水泥配低强度等级混凝土时，水泥用量偏少，会影响和易性及强度，可掺适量混合材料（火山灰、粉煤灰、矿渣等）予以改善。反之，如水泥强度等级选用过低，则混凝土中水泥用量太多，非但不经济，而且降低混凝土的某些技术品质（如收缩率增大等）。

一般情况下（C30以下），水泥强度为混凝土强度的1.5～2.0倍较为合适（高强度混凝土可取0.9～1.5倍）。若采用某些措施（如掺减水剂和掺合材料），情况则大不相同，用42.5级的水泥也能配制C60～C80的混凝土，其规律主要受水灰比控制。

1.2.1.3　水泥用量的确定

为保证混凝土的耐久性，水泥用量应满足有关技术标准规定的最小和最大水泥用量的要求。如果水泥用量少于规定的最小水泥用量，则取规定的最小水泥用量值；如果水泥用量大于规定的最大的水泥用量，应选择更高强度等级的水泥或采用其他措施使水泥用量满足规定要求。水泥的具体用量由混凝土的配合比设计确定。

1.2.2　轻骨料——砂

在混凝土中粗、细骨料的总体积占混凝土体积的70%～80%。因此混凝土选用骨料的性能对于所配制的混凝土的性能有很大的影响。骨料按粒径大小分为细骨料和粗骨料，粒径在150μm～4.75mm之间的骨料称为细骨料，粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。根据骨料的密度的大小，骨料又可分为普通骨料、轻骨料及重骨料。

1.2.2.1　砂的质量要求

水工混凝土用砂要求砂粒的质地坚实、清洁、有害杂质含量要少。

砂按来源可分为天然砂和人工砂，天然砂可分为海砂、河砂和山砂，其中海砂和河砂颗粒圆滑、质地坚硬，但海砂中常夹杂贝壳碎片及可溶性盐类，会影响混凝土的强度。山砂是由岩石风化后在原地沉积形成，颗粒棱角较多坚固性差，并含有黏土及有机杂质等。河砂相对比较洁净，所以配制混凝土应优选河砂。

人工砂是经岩石轧碎、筛选而成的，多棱角且成本高，在天然砂缺乏时，也可考虑用人工砂。另外，砂按技术要求可分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类砂。

（1）密度和空隙率要求。砂的密度ρs一般为2.5～2.7g/cm3；堆积密度一般为1400～1700kg/m3；空隙率一般为35%～45%。

（2）含泥量、泥块含量和石粉含量。含泥量是指砂中粒径小于75μm的岩屑、淤泥和黏土颗粒总含量的百分数。泥块含量是颗粒粒径大于1.18mm，水浸碾压后可成为小于600μm块状黏土在淤泥颗粒的含量。石粉含量是人工砂生产过程中不可避免的粒径小于75μm的颗粒的含量，粉料径虽小，但与天然砂中的泥成分不同，粒径分布（40～75μm）也不同，含量要求应符合表1.3。

（3）有害杂质含量。砂在生产过程中，由于环境的影响和作用，常混有对混凝土性质有害的物质，主要有黏土、淤泥、黑云母、轻物质、有机质、硫化物和硫酸盐、氯盐等。云母为光滑的小薄片，与水泥的黏结性差，影响混凝土的强度和耐久性；硫化物和硫酸盐对水泥有腐蚀作用等。砂中有害杂质含量限制表见表1.4。

（4）坚固性。天然砂的坚固性采用硫酸钠溶液法进行试验检测，砂样经5次循环后砂样被破坏的百分数作为砂的坚固性系数，如表1.5规定；人工砂采用压碎指标法进行试验检测。

1.2.2.2　砂的粗细程度和颗粒级配

（1）砂的粗细程度。砂的粗细程度，是指不同粒径砂粒混合在一起的平均粗细程度。砂子通常分为粗砂、中砂、细砂3种规格。在混凝土各种材料用量相同的情况下，若砂过粗，砂颗粒的表面积较小，混凝土的黏聚性、保水性较差；若砂过细，砂子颗粒表面积过大，虽黏聚性、保水性好，但因砂的表面积大，需较多水泥浆来包裹砂粒表面，当水泥浆用量一定时，富裕的用于润滑的水泥浆较少，混凝土拌和物的流动性差，甚至还会影响混凝土的强度。所以，拌混凝土用的砂，不宜过粗，也不宜过细。颗粒大小均匀的砂是级配不良的砂。

砂粗细程度由砂的筛分试验来进行测定，并计算砂的细度模数。砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂3种规格，细度模数越大，砂越粗，反之越细。普通混凝土用砂的细度模数在1.6～3.7之间。当细度模数在3.1～3.7时为粗砂；在2.3～3.0时为中砂；在1.6～2.2时为细砂。水工混凝土在可能的情况下应选用粗砂或中砂，以节约水泥。

（2）砂的颗粒级配。砂的颗粒级配是指不同粒径的颗粒互相搭配及组合的情况。级配良好的砂，其大小颗粒的含量适当，一般有较多的粗颗粒，并且适当数量的中等颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，砂的总表面积及空隙率均较小。使用级配良好的砂，填充空隙用的水泥浆较少，不仅可以节省水泥，而且混凝土的和易性好，强度耐久性也较高。砂的颗粒级配也可由砂的筛分试验来进行测定，并用级配曲线来表示。

1.2.3　粗骨料——石子

粗骨料是指粒径大于4.75mm的岩石颗粒。常用的粗骨料有卵石（砾石）和碎石。由人工破碎而成的石子称为碎石，或人工石子；由天然形成的石子称为卵石。卵石按其产源特点，也可分为河卵石、海卵石和山卵石。其各自的特点与相应的天然砂类似，各有其优缺点。通常，卵石的用量很大，故应按就地取材的原则给予选用。卵石的表面光滑，混凝土拌和物比碎石流动性要好，但与水泥砂浆黏结力差，故强度较低。

卵石和碎石按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三个等级。Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或有其他要求的混凝土；Ⅲ类适用于强度等级小于C30的混凝土。

1.2.3.1　石子的质量要求

（1）密度和空隙率要求。石子的密度ρs一般为2.5～2.7g/cm3；堆积密度一般为1400～1700kg/m3；空隙率一般为35%～45%。

（2）含泥量、泥块含量、有害杂质含量及坚固性系数见表1.6。

1.2.3.2　最大粒径及颗粒级配

与细骨料相同，混凝土对粗骨料的基本要求也是颗粒的总表面积要小和颗粒大小搭配要合理，以达到节约水泥和逐级填充而形成最大的密实度的要求。

（1）最大粒径。粗骨料公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。如公称粒级5～20mm的石子，其最大粒径即20mm。最大粒径反映了粗骨料的平均粗细程度。拌和混凝土中骨料的最大粒径加大，总表面减小，单位用水量相应减少。在用水量和水灰比固定不变的情况下，最大粒径加大，骨料表面包裹的水泥浆层加厚，混凝土拌和物可获较高的流动性。若在工作性一定的前提下，可减小水灰比，使强度和耐久性提高。通常加大粒径可获得节约水泥的效果。但最大粒径过大（大于150mm）时，不但节约水泥的效率不再明显，而且会降低混凝土的抗拉强度，会对施工质量，甚至对搅拌机械造成一定的损害。

根据规定，混凝土用的粗骨料，其最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4。对混凝土的实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过400mm。

（2）颗粒级配。粗骨料与细骨料一样，也要有良好的颗粒级配，以减小空隙率，增强密实性，从而节约水泥，保证混凝土的和易性及强度。特别是配制高强度混凝土，粗骨料级配特别重要。粗骨料的颗粒级配也是通过筛分实验来确定的。

粗骨料的颗粒级配按供应情况分为连续粒级和单粒粒级。按实际使用情况分为连续级配和间断级配两种。连续级配是石子的粒径从大到小连续分级，每一级都占适当的比例。连续级配的颗粒大小搭配连续合理（最小粒径为4.75mm起），颗粒上下限粒径之比接近2，用其配制的混凝土拌和物工作性好，不易发生离析，在工程中应用较多。但其缺点是，当最大粒径较大（大于37.5mm）时，天然形成的连续级配往往与理论最佳值有偏差，且在运输、堆放过程中易发生离析，影响到级配的均匀合理性。实际应用时，除直接采用级配理想的天然连续级配外，常采用预先分级筛分形成的单粒粒级进行掺配组合成人工连续级配。

间断级配是石子粒级不连续，人为剔去某些中间粒级的颗粒而形成的级配方式。间断级配更有效降低石子颗粒间的空隙率，使水泥达到最大限度地节约，但由于粒径相差较大，故混凝土拌和物易发生离析，间断级配需按设计进行掺配。

1.2.4　水

混凝土拌和用水按水源分为饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗刷水和海水。拌制宜采用饮用水。对混凝土拌和用水的质量要求是所含物不得：（1）影响混凝土的工作性及凝结。（2）有碍于混凝土强度发展。

（3）降低混凝土的耐久性，加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断。

（4）污染混凝土表面。

根据以上要求，符合国家标准的生活用水（自来水、河水、江水、湖水）可直接拌制各种混凝土。混凝土拌和用水水质要求应符合表1.7的规定。

1.2.5　掺合料

矿物掺合料是混凝土的主要组成材料，它起着根本改变传统混凝土性能的作用。不同的矿物掺合料对改善混凝土的物理、力学性能与耐久性具有不同的效果，应根据混凝土的设计要求与结构的工作环境加以选择。

常用的矿物掺合料品种有粉煤灰、凝灰岩粉、矿渣微粉、硅粉、粒化电炉磷渣、氧化镁等。掺用的品种和掺量应根据工程的技术要求、掺合料品质和资源条件，通过试验论证确定。掺合料应储存在专用仓库或储罐内，在运输和储存过程中应注意防潮，不得混入杂物，并应有防尘措施。

1.2.6　外加剂

在水工混凝土拌制过程中，常加入掺量不大于水泥质量的5%（特殊情况下除外），并能对混凝土正常性能按要求加以改善的化学外加剂。常用的外加剂有：普通减水剂、高效减水剂、缓凝高效减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、缓凝剂、高温缓凝剂、引气剂、泵送剂等。根据特殊需要，也可掺用其他性质的外加剂。外加剂品质必须符合现行的国家和有关行业标准。

外加剂选择应根据混凝土性能要求、施工需要，并结合工程选定的混凝土原材料进行适应性试验，经可靠性论证和技术经济比较后，选择合适的外加剂种类和掺量。外加剂应配成水溶液使用。配制溶液时应称量准确，并搅拌均匀。根据工程需要，外加剂可复合使用，但必须通过试验论证。有要求时，应分别配制使用。