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混凝土原材料基础知识-骨料

花匠小妙招
2025-04-25 04:51

混凝土原材料基础知识-骨料

骨料根据大小分可分为粗骨料和细骨料。

一般将0.15～4.75ｍｍ的骨料称为细骨料，又叫做砂；4.75ｍｍ以上的骨料称为粗骨料，又叫做石子。根据骨料的形成过程分可分为天然骨料和人工骨料。根据骨料的容重或密度分，可将骨料分为普通骨料、轻骨料和重骨料。商混ERP 无人地磅数字化搅拌站无人值守搅拌站管理系统

混凝土是由骨料和硬化水泥石两个部分组成，这两个部分必须互相配合、共同作用，才能使得混凝土具有较好的性能。

砂（细骨料）

公称粒径在0.15～5.0mm之间的骨料称为细骨料，亦即砂。常用的细骨料有河砂、海砂、山砂和机制砂（有时也称为人工砂、加工砂）等。通常根据技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的混凝土；Ⅲ类用于小于C30的混凝土。

细骨料主要品质指标有：颗粒级配、细度模数、含泥量、有害物质含量、坚固性指标。

（1）砂的颗粒级配和细度模数

砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配比例。良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大值。这样可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。因此，砂颗粒级配反映空隙率大小。

砂的粗细用细度模数来表示，细度模数越大，表示砂越粗。我国标准将砂的级配划分三个区段。Ⅰ区相当于细度摸数为3.1～3.7范围，属于粗砂或中粗砂；Ⅱ区相当于细数模数为2.3～3.0范围，基本上属于中砂；Ⅲ区相当于细度摸数为1.6～2.2范围，基本上属于细砂。

粗砂需水量较小，但容易离析。在低水胶比富水泥浆拌和物中由于水胶比较低，水泥浆较粘稠，可以有效的防止离析。在这一类拌合物中，胶凝材料用量较大的矛盾比较突出，而它需水量较小的特点也有助于减少胶凝材料的用量。因此，粗砂适宜用于这一类拌和物。细砂的保水性较好，但需水量较大。在高水胶比低水泥搅拌和物中，泌水问题较突出，细砂的保水性好的特点有助于减少泌水，且细砂中细小颗粒较多，可弥补这一类拌合物中胶凝材料过少的缺陷。

（2）有害杂质含量

细骨料中的有害杂质主要包括两方面：①粘土和云母。细骨料中的云母一般呈薄片状，表面光滑，强度很低，且易沿解理面错裂，粘附于砂表面或夹杂其中，严重降低水泥与砂的粘结强度，从而降低混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，增大混凝土的收缩。②有机质、硫化物及硫酸盐。它们对水泥有腐蚀作用，从而影响混凝土的性能。因此对有害杂质含量必须加以限制。《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52）中对有害杂质含量也作了相应规定。其中云母含量不得大于2%，轻物质含量和硫化物及硫酸盐含量分别不得大于1%，含泥量及泥块含量的限值为：当小于C30时分别不大于5%和1%，当大于等于C30时，分别不大于3%和1%。

此外，由于氯离子对钢筋有严重的腐蚀作用，当采用海砂配制钢筋混凝土时，海砂中氯离子含量要求小于0.06%（以干砂重计）；对预应力混凝土不宜采用海砂，若必须使用海砂时，需经淡水冲洗至氯离子含量小于0.02%。用海砂配制素混凝土，氯离子含量不予限制。

（3）砂的掺配使用

配制普通混凝土的砂宜为中砂（Mx=2.3～3.0），Ⅱ级区。但实际工程中往往出现砂偏细或偏粗的情况。通常有两种处理方法：

①当只有一种砂源时，对偏细砂适当减少砂用量，即降低砂率；对偏粗砂则适当增加砂用量，即增加砂率。

②当粗砂和细砂可同时提供时，宜将细砂和粗砂按一定比例掺配使用，这样既可调整Mx，也可改善砂的级配，有利于节约水泥，提高混凝土性能。掺配比例可根据砂资源状况，粗细砂各自的细度模数及级配情况，通过试验和计算确定。

（4）砂的含水状态

砂的含水状态有如下4种：

①绝干状态：砂粒内外不含任何水，通常在105±5℃条件下烘干而得。

②气干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙中部分含水。指室内或室外（天晴）空气平衡的含水状态，其含水量的大小与空气相对湿度和温度密切相关。

③饱和面干状态：砂粒表面干燥，内部孔隙全部吸水饱和。水利工程上通常采用饱和面干状态计量砂用量。

④湿润状态：砂粒内部吸水饱和，表面还含有部分表面水。施工现场，特别是雨后常出现此种状况，搅拌混凝土中计量砂用量时，要扣除砂中的含水量；同样，计量水用量时，要扣除砂中带入的水量。

石子（粗骨料）

颗粒粒径大于5mm的骨料为粗骨料。混凝土工程中常用的有碎石和卵石两大类。碎石为岩石（有时采用大块卵石，称为碎卵石）经破碎、筛分而得；卵石多为自然形成的河卵石经筛分而得。通常根据卵石和碎石的技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类用于C30～C60的混凝土；Ⅲ类用于小于C30的混凝土。

粗骨料主要品质指标有：级配、颗粒形状与表面状态、强度。

（1）粗骨料级配要求

石子的粒级分为连续粒级和单位级两种。连续粒级指5mm以上至最大粒径Dmax，各粒级均占一定比例，且在一定范围内。单粒级指从1/2最大粒径开始至Dmax。单粒级用于组成具有要求级配的连续粒级，也可与连续粒级混合使用，以改善级配或配成较大密实度的连续粒级。单粒级一般不宜单独用来配制混凝土，如必须单独使用，则应通过试验证明不发生离析或影响混凝土的质量。

a、较小的空隙率。采取合理的级配使得骨料具有较小的空隙率，可以减少混凝土中水泥浆体的量。

b、较小的总表面积。骨料的表面积越小，所需要的胶凝材料量也越少。

c、较好的连续性。骨料的连续性是新拌混凝土稳定性的保证。

（2）粗骨料颗粒形状与表面状态

骨料颗粒的表面状态主要是指粗糙程度和孔的特征。

a、骨料颗粒形状与表面状态影响新拌混凝土的流动性能，碎石表面比卵石粗糙，且多棱角，因此，拌制的混凝土拌合物流动性较差，但与水泥粘结强度较高，配合比相同时，混凝土强度相对较高。卵石表面较光滑，少棱角，因此拌合物的流动性较好，但粘结性能较差，强度相对较低。但若保持流动性相同，由于卵石可比碎石少用适量水，因此卵石混凝土强度并不一定低。

b、骨料的颗粒形状越接近球形，堆实程度越高；球形颗粒含量越多，堆实程度也越高。但在岩石破碎生产碎石的过程中往往产生一定量的针、片状，使骨料的空隙率增大，并降低混凝土的强度，特别是抗折强度。针状是指长度大于该颗粒所属粒级平均粒径的2.4倍的颗粒；片状是指厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒。

c、骨料颗粒形状与表面状态影响骨料与硬化水泥石黏结，骨料和硬化水泥石之间应具有较好的黏结。骨料与硬化水泥石之间的接口常常是混凝土中最薄弱的环节，如不处理好这一环节，骨料许多优越的性能就不能得到有效的发挥。

表面粗糙的骨料与硬化水泥石有较好的齿合力，但采用表面粗糙的骨料时，混凝土的用水量通常较大。

（3）粗骨料最大粒径

混凝土所用粗骨料的公称粒级上限称为最大粒径。骨料粒径越大，其表面积越小，通常空隙率也相应减小，因此所需的水泥浆或砂浆数量也可相应减少，有利于节约水泥、降低成本，并改善混凝土性能。所以在条件许可的情况下，应尽量选得较大粒径的骨料。但在实际工程上，骨料最大粒径受到多种条件的限制：

a、最大粒径不得大于构件最小截面尺寸的1/4，同时不得大于钢筋净距的3/4。

b、对于混凝土实心板，最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得大于40mm。

c、对于泵送混凝土，当泵送高度在50m以下时，最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:3；卵石不宜大于1:2.5。

d、对大体积混凝土（如混凝土坝或围堤）或疏筋混凝土，往往受到搅拌设备和运输、成型设备条件的限制。有时为了节省水泥，降低收缩，可在大体积混凝土中抛入大块石（或称毛石），常称作抛石混凝土。

（4）粗骨料强度

骨料的强度可用抗压强度和压碎指标来表示，一般来说，混凝土标号越高，对骨料的强度也要求越高。

轻骨料

轻骨料混凝土是用轻粗骨料、轻砂（或普通砂）、水泥和水配制而成的干表观密度不大于1900kg/m3的混凝土。

轻骨料可分为轻粗骨料和轻细骨料。凡粒径大于5mm，堆积密度小于1000kg/m3的轻质骨料，称为轻粗骨料；凡粒径小于5mm，堆积密度小于1200kg/m3的轻质骨料，称为轻细骨料（或轻砂）。

轻骨料按其来源可分为工业废料轻骨料，如粉煤灰陶粒、自然煤矸石、膨胀矿渣珠、煤渣及其轻砂；天然轻骨料，如浮石、火山渣及其轻砂；人造轻骨料，如页岩陶粒、黏土陶粒、膨胀珍珠岩骨料及其轻砂。

轻粗骨料按其粒型可分为球型的，如粉煤灰陶粒和磨细成球的页岩陶粒等；普通型的，如页岩陶粒、膨胀珍珠岩等；碎石型的，如浮石、自然煤矸石和煤渣等。

轻骨料混凝土与普通混凝土在配制原理及性能等方面有很多共同之处，也有一些不同，其性能差异主要由轻骨料的性能所决定。轻骨料的技术要求主要包括堆积密度、颗粒的粗细程度及级配、强度和吸水率等，此外还对耐久性、安定性、有害杂质含量等提出了要求。

1.轻骨料的堆积密度

轻骨料堆积密度的大小将影响轻骨料混凝土的表观密度和性能。轻粗骨料的堆积密度（单位为kg/m3）分为200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100十个等级；轻细骨料的堆积密度（单位为kg/m3）分为500、600、700、800、900、1000、1100、1200八个等级。

2.粗细程度与颗粒级配

保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于40mm，结构轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于20mm。

建筑用砂、石抽样及处置

1.抽样

（1）砂（石）的取样，应按批进行。购料单位取样，应一列火车、一批货船或一批汽车所运的产地和规格均相同的砂（或石）为一批，但总数不宜超过400m3或600t。

（2）在料堆上取样时，一般也以400m3或600t为一批。

（3）以人工生产或用小型工具（如拖拉机等）运输的砂，以产地和规格均相同的200m3或300t为一批。

（4）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，然后由各部位抽取大致相等的试份共8份，石子为16份，组成各自一组试样。

（5）从皮带运输机上取样时，应在皮带运输机机尾的出料处，用接料器定时抽取砂4份、石8份组成各自一组试样。

（6）从火车、汽车、货船上取样时，应从不同部位和深度抽取大致相等的砂8份、石16份组成各自一组样品。

（7）每组试样的取样数量，对每一单项试验，应不小于最少取样的质量。须做几项试验时，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，可用同一组试样，进行几项不同的试验。

2.试样的缩分

将所取每组试样置于平板上，若为砂样，应在潮湿状态下搅拌均匀，并堆成厚度约为2cm的“圆饼”，然后沿互相垂直的两条直径，把“圆饼”分成大致相等的四份，取其对角的两份重新拌匀，再堆成“圆饼”。重复上述过程，直至缩分后的材料质量，略多于进行试验所必须的质量为止。若为石子试样，在自由状态下拌混均匀，并堆成锥体，然后沿相互垂直的两条直径，把锥体分成大致相等的4份。取其对角的两份重新拌匀，再堆成锥体。重复上述过程，直至缩分后材料的质量，略多于进行试验所必须的质量为止。

有条件时，也可以用分料器对试样进行缩分。碎石或卵石的含水率及堆积密度检验，所用的试样不经缩分，拌匀后直接进行试验。

3.试样的包装

每组试样应采用能避免细料散失及防止污染的容器包装，并附卡片标明试样编号、产地、规格、质量、要求检验项目及取样方法等。

砂石骨料对混凝土性能的影响

1砂石骨料对混凝土性能的影响

1.1砂石骨料粒径对混凝土性能的影响

骨料的粒径对混凝土的工作性和力学性能都有较大的影响。在相同的工作条件下，骨料粒径越小，其空隙率就越大，混凝土的黏聚性、保水性就越差；骨料粒径越大，混凝土的和易性就越差。混凝土中骨料颗粒的有效堆积半径一般为3～6mm，当颗粒级配不合理时，会引起空隙率过大、混凝土强度下降。在相同的水泥用量条件下，骨料颗粒越小，其表面积就越大，从而使其对水泥水化产物的吸附能力增加，使混凝土强度下降。当粒径较小时，水泥石和骨料间的黏结强度低，且骨料的存在会增加混凝土的收缩变形。此外，颗粒级配不合理时，会引起混凝土内部结构不均匀或产生裂纹等缺陷。因此，在设计混凝土配合比时应特别注意骨料粒径对混凝土性能的影响。总之，应采用级配良好、形状规则、表面光洁、质地坚硬、无杂质且无裂缝及松散颗粒的碎石或卵石作骨料；在满足混凝土强度要求的前提下尽量选择较小粒径碎石或卵石作为骨料；对体积较大、形状不规则及强度要求较高时宜选用人工砂作为骨料。

1.2砂石骨料表面特征对混凝土性能的影响

砂石骨料的表面特征对混凝土性能影响很大，骨料的形状和表面特征是骨料质量控制的一个重要指标。骨料的表面特征主要包括粒径、形状、表面粗糙度、棱角等。由于粒径较大，粗骨料的棱角较多，在一定程度上增加了混凝土的抗裂性。但由于粒径较大，骨料之间存在空隙率，会增大混凝土的干缩性。因此，在进行混凝土配合比设计时，应尽量选用粒径较小、棱角少的骨料。粒径小于6mm的碎石用作细骨料会增大混凝土的干缩性。对于粗骨料而言，其表面粗糙度也会影响混凝土强度。与表面光滑、棱角少的粗骨料相比，表面粗糙、棱角多的粗骨料的干缩性大一些。另外，颗粒间存在空隙率也是影响混凝土性能的一个重要因素。由于粗、细骨料颗粒间存在空隙率，会增加混凝土中水泥浆体的含量，从而降低混凝土强度和耐久性。

1.3砂石骨料颗粒级配和形状对混凝土性能的影响

在混凝土中，骨料的颗粒级配也很重要，骨料的级配影响着混凝土的性能。骨料中所含颗粒的形状对混凝土的性能也有很大影响，不同形状的骨料其性能也有所不同。天然砂、卵石、碎石等为连续级配，其颗粒分布比较均匀，抗压强度较高；而河砂、海砂等为非连续级配，其颗粒分布不均匀，强度较低。当骨料颗粒级配不好时，混凝土会出现“离析”现象，而采用连续级配的骨料可以改善这种情况。此外，细骨料在混凝土中起骨架作用，大颗粒在混凝土中起填充作用。因此，粗骨料的颗粒级配对混凝土性能的影响较大。不同形状的骨料对混凝土性能也有影响。当骨料颗粒级配不好时，混凝土的强度会下降。如果使用连续级配或均匀分布的粗骨料时，可以提高混凝土的强度。然而在某些情况下（如拌制砂浆）使用非连续级配粗骨料时，混凝土强度会降低。

1.4砂石骨料级配对混凝土性能的影响

骨料级配是指骨料中各粒级所占比例，通常以骨料粒径级配、形状系数和最大粒径来表示。骨料的粒形和级配决定着混凝土强度、耐久性以及体积稳定性等性能。骨料的粒形主要是指粒径的分布。骨料形状系数，也称针片状含量，是指骨料颗粒组成的形状系数，一般用百分数来表示，对于混凝土用砂，它的值应在0.3以下；对于混凝土用石子，它的值应在0.7以下。级配不好还会使混凝土在硬化过程中产生离析现象。总而言之，砂石骨料的级配对混凝土性能有显著影响。粗骨料的级配与混凝土强度有关。对于普通强度等级的混凝土，采用三级配粗骨料可以制备出强度高的混凝土，其中粗骨料的比表面积对其性能的影响尤为明显。而对于高强度等级的混凝土来说，两级配粗骨料更能提升其强度，此时，粗骨料堆积空隙率的影响尤为重要。

此外，砂石的品质也对混凝土的性能产生影响。例如，当砂石的级配合理时，不仅可以减少拌合物的用水量，从而得到质量优良的混凝土，还可以节约水泥的使用。因此，对砂石进行颗粒级配是必要的。在机制砂的应用中，颗粒级配作为质量控制的关键指标，其对混凝土性能的影响不容忽视。砂石骨料的品质直接关系到混凝土的整体质量，而骨料的密实度与混凝土强度成正比例关系。良好的砂石骨料级配可以充分确保混凝土的强度与密实度，从根本上保障工程整体的安全稳定性。目前，生产中常存在级配不良或超出级配范围的情况，因此，如何合理控制机制砂的级配是工程中需要重点关注的问题之一。这就要求在实际施工中严格按照设计配合比对混凝土进行现场配合比的控制，以确保混凝土的质量。

1.5砂石骨料石粉含量对混凝土性能的影响

砂石骨料是混凝土中最主要的原材料之一，它们的质量和性能对混凝土的强度、耐久性和其他性能都有重要影响。其中，砂石骨料的石粉含量也是一个重要的参数，其对混凝土性能的影响如下。

（1）对混凝土强度的影响。石粉含量对混凝土的强度有一定的影响。当石粉含量较高时，混凝土的强度可能会降低，因为石粉会填充骨料之间的空隙，从而减少了骨料之间的黏结力。但是，当石粉含量适当时，可以提高混凝土的强度，因为石粉可以填充骨料表面的缺陷，增加了混凝土的密实度和耐久性。

（2）对混凝土耐久性的影响。石粉含量对混凝土的耐久性也有影响。石粉可以在混凝土中形成微裂纹，并且在水泥水化过程中，石粉会吸收一部分水分，从而减缓水泥的水化速率，延长混凝土的使用寿命。但是，当石粉含量过高时，混凝土的耐久性可能会降低，因为过多的石粉会导致混凝土的收缩和开裂。

（3）对混凝土工作性的影响。石粉含量对混凝土的工作性也有影响。当石粉含量较高时，混凝土的工作性可能会降低，因为石粉会增加混凝土的黏度，从而使混凝土难以流动和振实。但是，当石粉含量适当时，可以提高混凝土的工作性，因为石粉可以填充骨料之间的空隙，减少了混凝土的收缩和开裂。因此，砂石骨料石粉含量对混凝土性能的影响是复杂的，需要在具体的工程应用中进行合理的控制和调整。

1.6砂石骨料细度模数对混凝土性能的影响

砂石骨料的细度模数对混凝土的黏滞性有显著影响。当砂石骨料的细度模数过小时，混凝土拌合物的保水性较好，但同时也会导致拌合物发黏，其流动性较差。这是因为细度模数过小的砂石骨料，其比表面积增大，使得需水量增加，从而影响了混凝土的流动性和黏滞性能。相反，当砂石骨料的细度模数适当时，

如在2.9～2.6，混凝土的黏滞性能可以得到较好的控制，既不会太黏也不会太稀，从而保证了混凝土的良好工作性能。此外，砂石骨料的细度模数还直接影响到混凝土的保水性和流动性。

较粗的砂石骨料（细度模数为3.7～3.1）配制的混凝土黏聚性和保水性差，

而较细的砂石骨料（细度模数为2.2～1.6）则能提供更好的黏聚性和保水性。因此，在选择砂石骨料时，需要根据具体的混凝土强度等级和施工要求选择合适的细度模数，以确保混凝土的和易性达到最佳状态。砂石骨料的细度模数通过影响骨料的总表面积、需水量以及混凝土的保水性等因素，间接影响混凝土的黏滞性。适当的细度模数不仅能够提高混凝土的黏聚性和保水性，还能保证混凝土的流动性和工作性，从而满足不同工程的需求。

2结语

高品质的砂石骨料是高性能混凝土的重要物质基础，全面影响混凝土的和易性、强度和耐久性。因此，在制备混凝土的过程中，合理控制材料的比例并保证材料的高质量是至关重要的。但在实际施工中需要注意的是，随着天然砂资源的日益匮乏，机制砂在混凝土中的应用越来越广泛，而机制砂中的石粉含量对混凝土性能的影响也成为研究的重点。在实际工程中，要结合具体的工程需求和环境条件，进行合理的配合比设计，以确保混凝土的良好性能。