2.3 骨料

骨料是混凝土的主要組成材料之一，在混凝土中骨料占其總體積的3/4以上。骨料所占的體積越多，水泥的用量就越少，混凝土的經(jīng)濟(jì)性就越好。骨料化學(xué)成分、礦物組成與結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、密度、熱學(xué)性能、顆粒大小與形狀、表面性狀等，均對(duì)混凝土性能和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。因此，在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混凝土?xí)r，必須對(duì)骨料進(jìn)行認(rèn)真選擇。

骨料的選用應(yīng)根據(jù)就地取材的原則，首先考慮選用生產(chǎn)成本低、質(zhì)量?jī)?yōu)良的天然砂石料。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)人工砂石料的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，證明采用人工骨料也可以做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2.3.1 骨料的分類(lèi)

2.3.1.1 按巖石品種（巖性）分類(lèi)

混凝土骨料是各種巖石粒形材料。作為混凝土的骨料的原巖主要有火成巖（巖漿巖）、沉積巖、變質(zhì)巖三大類(lèi)（見(jiàn)表2.3-1）。按巖石品種，可分為花崗巖骨料、玄武巖骨料、輝綠巖骨料、砂巖骨料、石灰?guī)r骨料、白云巖骨料、大理巖骨料等。

2.3.1.2 按骨料粒徑分類(lèi)

按骨料粒徑大小分為細(xì)骨料與粗骨料。細(xì)骨料粒徑為0.16～5.00mm，又稱(chēng)砂子。粗骨料粒徑為5～150mm（或120mm），又稱(chēng)石子。石子又分為小石（粒徑5～20mm）、中石（粒徑20～40mm）、大石（粒徑40～80mm）與特大石（粒徑80～150mm或120mm）。因此骨料按粒徑分為砂、小石、中石、大石、特大石等5種。

2.3.1.3 按料源與加工方式分類(lèi)

按料源與加工方式，可將骨料分為天然骨料與人工骨料兩大類(lèi)。

天然骨料是從天然河流中或山上或海中采集的砂、礫石，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮Y洗加工而得。天然骨料因巖石經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)化、運(yùn)動(dòng)、水流沖刷、相互碰撞等作用，一般外形呈圓形，表面光滑、質(zhì)地堅(jiān)硬，是比較理想的混凝土原材料。如果當(dāng)?shù)赜凶銐虻姆弦蟮奶烊簧笆蠄?chǎng)，一般總是優(yōu)先考慮采用。但天然骨料的原巖種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，級(jí)配通常不理想，有時(shí)還含有一些針片狀和軟弱顆粒。還有一些料場(chǎng)，因沉積年代久遠(yuǎn)，表面風(fēng)化，含有或粘附一些不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)和有害成分。所有這些，都將對(duì)混凝土性能產(chǎn)生影響。

人工骨料是用機(jī)械的方法將巖石破碎制成的。人工骨料中細(xì)骨料又稱(chēng)人工砂，粗骨料又稱(chēng)為碎石。由于人工骨料可以選擇適當(dāng)?shù)脑瓗r進(jìn)行加工，巖石品種單一，可以控制級(jí)配，開(kāi)采生產(chǎn)一般都能常年進(jìn)行，目前越來(lái)越多的工程都采用人工骨料。人工骨料的表面粗糙，多棱角，空隙率和比表面積較大，所拌制的混凝土和易性較差，但碎石與水泥石膠結(jié)力較強(qiáng)，在水膠比相同的條件下，人工骨料混凝土比卵石混凝土強(qiáng)度高。

一般來(lái)說(shuō)，用石灰?guī)r、花崗巖制成的碎石粒形好，而用玄武巖、石英巖等巖石制成的碎石針片狀顆粒多、粒形差。用圓錐、錘式破碎機(jī)生產(chǎn)的碎石，粒形圓整，而用顎式破碎機(jī)生產(chǎn)的碎石，針片狀顆粒較多，且級(jí)配比較集中，棒磨機(jī)生產(chǎn)的人工砂，粒形、級(jí)配都比較理想。

另外，按骨料是否具有潛在危害性堿活性，可分為活性骨料與非活性骨料；按密度大小可為普通骨料與輕骨料等。

2.3.2 骨料的技術(shù)性能

骨料技術(shù)性能包括抗壓強(qiáng)度、彈性模量、密度、吸水率、細(xì)骨料級(jí)配與細(xì)度模數(shù)，粗骨料的級(jí)配、針片狀含量、堅(jiān)固性、超遜經(jīng)含量、壓碎指標(biāo)，以及有害物質(zhì)含量、線(xiàn)脹系數(shù)、堿活性等。

（1）抗壓強(qiáng)度

對(duì)于水工混凝土來(lái)說(shuō)，骨料的強(qiáng)度在很大程度上影響到混凝土的強(qiáng)度。骨料的強(qiáng)度取決于其礦物組成、結(jié)構(gòu)致密性、質(zhì)地均勻性、物化性能穩(wěn)定性等。優(yōu)質(zhì)骨料是配制優(yōu)質(zhì)混凝土的重要條件。

骨料的強(qiáng)度一般都要高于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這是因?yàn)楣橇显诨炷林兄饕鸸羌茏饔?，在承受荷載時(shí)骨料的應(yīng)力可能會(huì)大大超過(guò)混凝土的抗壓強(qiáng)度。骨料的強(qiáng)度不易通過(guò)直接測(cè)定單獨(dú)的骨料強(qiáng)度獲得，而是采用間接的方法來(lái)評(píng)定。一種方法是測(cè)定巖石的壓碎指標(biāo)，另一種方法是在作為骨料的巖石上采樣經(jīng)加工成立方體或圓柱體試樣，測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。用于混凝土骨料的巖石抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2.3-2^［2-6］。從表可以看出，玄武巖強(qiáng)度最高，石英巖強(qiáng)度最低。同一種巖石強(qiáng)度相差很大。

一般來(lái)說(shuō)，用來(lái)加工碎石的巖石濕抗壓強(qiáng)度，低于C30混凝土應(yīng)大于1.5倍設(shè)計(jì)強(qiáng)度，高于C30混凝土應(yīng)大于2.0倍設(shè)計(jì)強(qiáng)度。或者火成巖強(qiáng)度不宜低于80MPa，變質(zhì)巖不宜低于60MPa，沉積巖不宜低于30MPa^［2-2］。

（2）彈性模量

骨料彈性模量對(duì)混凝土彈性模量影響很大，骨料彈性模量高，相應(yīng)混凝土彈性模量也高。各種巖石彈性模量列于表2.2-3^［2-4］。

（3）密度

骨料密度包括表觀(guān)密度與堆積密度。

骨料表觀(guān)密度是指在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

當(dāng)骨料含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均會(huì)發(fā)生變化，影響骨料的密度，故對(duì)所測(cè)得的密度，必須注明其含水狀態(tài)。骨料的表觀(guān)密度分為干表觀(guān)密度和飽和面干表觀(guān)密度。前者是指骨料在完全干燥條件下的表觀(guān)密度，后者是指骨料在其內(nèi)部孔隙吸水飽和而外表無(wú)水膜時(shí)的表觀(guān)密度。

在計(jì)算水工混凝土配合比時(shí)，一般采用飽和面干表觀(guān)密度。骨料的表觀(guān)密度取決于礦物組成和孔隙大小及數(shù)量。不同巖石骨料的表觀(guān)密度見(jiàn)表2.3-4^{［2-4］、［2-6］}。

骨料堆積密度是指在堆積狀態(tài)下的單位體積的質(zhì)量。骨料的堆積密度又分為自然狀態(tài)下的堆積密度（也稱(chēng)松散堆積密度）和振實(shí)后的堆積密度（即緊密堆積密度）。

（4）吸水率

由于骨料中存在孔隙，在遇水的條件下會(huì)吸收水分。骨料吸水率是指骨料吸收水量占骨料質(zhì)量的百分比，它是骨料主要的物理特性。吸水率取決于骨料孔隙結(jié)構(gòu)的大小、顆粒形狀和尺寸。

細(xì)骨料的含水狀態(tài)存在四種情況，見(jiàn)圖2.3-1^［2-21］。

骨料在100～110℃條件下，烘干至質(zhì)量恒定后，其內(nèi)部水分完全蒸發(fā)時(shí)，稱(chēng)之為絕對(duì)干燥狀態(tài)；骨料在長(zhǎng)期干燥的條件下，其表面和內(nèi)部中一部分水分蒸發(fā)后，稱(chēng)之為氣干狀態(tài)；骨料顆粒表面無(wú)水，但顆粒內(nèi)部的孔隙含水飽和時(shí)，稱(chēng)之為飽和與面干狀態(tài)；骨料內(nèi)部孔隙充滿(mǎn)水分，表面也附著水分時(shí)，稱(chēng)之為潮濕狀態(tài)。

測(cè)定骨料的吸水率，特別是飽和面干吸水率，不僅能夠判斷骨料的堅(jiān)實(shí)性，也能控制混凝土用水量，從而保證混凝土的和易性、強(qiáng)度及耐久性。飽和面干吸水率就意味著骨料在混凝土中既不帶入水分，也不吸收水分，所以被水利水電工程采用。

（5）細(xì)骨料級(jí)配與細(xì)度模數(shù)

砂細(xì)度模數(shù)（FM）是指不同粒徑的砂?；煸谝黄鸷蟮钠骄旨?xì)程度。細(xì)度模數(shù)是用砂料標(biāo)準(zhǔn)篩，包括孔徑為10mm、5mm、2.5mm的圓孔篩和孔徑為1.25mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm的方孔篩篩分砂料，計(jì)算各級(jí)篩上的分計(jì)篩余百分率，并計(jì)算該級(jí)篩上的分計(jì)篩余百分率與篩孔大于該級(jí)篩的各級(jí)篩的分計(jì)篩余百分率之和，獲得累計(jì)篩余百分率，按下式計(jì)算砂的細(xì)度模數(shù)（FM）。

式中：A₁～A₆分別為5.0mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm各級(jí)篩上的累計(jì)篩余百分率。

按細(xì)度模數(shù)的大小，可將砂分為粗砂、中砂、細(xì)砂及特細(xì)砂。細(xì)度模數(shù)為3.1～3.7的為粗砂，2.3～3.0的為中砂，1.6～2.2的為細(xì)砂，0.7～1.5的為特細(xì)砂。實(shí)際工程中用得較多的是粗砂、中砂、細(xì)砂，特細(xì)砂工程上應(yīng)用較少。

細(xì)骨料級(jí)配常用各篩上的累計(jì)篩余百分率來(lái)表示。對(duì)于細(xì)度模數(shù)為3.7～1.6的砂，按不同篩孔上的篩上累計(jì)篩余百分率分為三個(gè)區(qū)間，見(jiàn)表2.3-5^［2-6］。級(jí)配好的砂，各篩上累計(jì)篩余百分率應(yīng)處于同一區(qū)間之內(nèi)，除5.0mm篩及0.63mm篩外，允許稍有超出界限，但各篩超出的總量不應(yīng)大于5%。

（6）粗骨料級(jí)配

粗骨料級(jí)配包括骨料最大粒徑與顆粒級(jí)配。

粗骨料最大粒徑主要根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)鋼筋間距確定的。一般規(guī)定粗骨料最大粒徑應(yīng)不超過(guò)鋼筋凈距的2/3、結(jié)構(gòu)物斷面最小邊長(zhǎng)的1/4及混凝土板厚度的1/2。

選擇合理的粗骨料級(jí)配是為了獲得最小的空隙率和總表面積，以減少混凝土的用水量，增加混凝土的密實(shí)度，減小水泥用量，降低其發(fā)熱量，防止混凝土裂縫。粗骨料級(jí)配有連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配兩種。連續(xù)級(jí)配是從大到小多級(jí)粒徑尺寸的骨料連續(xù)依次按比例組合；間斷級(jí)配是指在多級(jí)骨料粒徑中減去其中某一級(jí)或二級(jí)而組成的，它的意義是能夠降低骨料間的空隙率，減少填充空隙的膠材用量，因此就可較大的降低混凝土用水量，在水灰比固定的條件下，水泥用量也減少。但是有可能會(huì)使混凝土發(fā)生分離，造成混凝土的不均勻性，不利于施工。

根據(jù)骨料最大粒徑大小，水工混凝土骨料可分成一級(jí)配、二級(jí)配、三級(jí)配與四級(jí)配。一級(jí)配骨料最大粒徑20mm，僅有小石一種粗骨料；二級(jí)配骨料最大粒徑40mm，有小石與中石兩種粗骨料；三級(jí)配骨料最大粒徑80mm，有小石、中石、大石三種粗骨料；四級(jí)配骨料最大粒徑150mm（或120mm），有小石、中石、大石、特大石四種粗骨料。水利水電工程常用的混凝土粗骨料級(jí)配列于表2.3-6^［2-6］。

（7）粗骨料超遜徑

粗骨料級(jí)配分級(jí)中，會(huì)出現(xiàn)某一級(jí)石子中含有大于或小于該級(jí)粒徑的石子，大于該級(jí)粒徑的稱(chēng)之為超徑，小于該級(jí)粒徑的被稱(chēng)為遜徑，粗骨粒超、遜徑可引起混凝土的用水量和骨料分離增加，致使混凝土性能受到影響。在施工過(guò)程中規(guī)定，超徑不應(yīng)大于5%，遜徑不應(yīng)大于10%。如果施工中發(fā)現(xiàn)粗骨料超、遜徑含量過(guò)多，最好采用二次篩分，以保證粗骨料的級(jí)配合適。不過(guò)，在大型的混凝土攪拌系統(tǒng)中，拌合樓均配備二次篩分系統(tǒng)，能有效防止粗骨料超、遜徑發(fā)生。

（8）粗骨料針片狀含量

骨料的顆粒形狀和表面狀態(tài)對(duì)混凝土用水量影響極大。天然骨料河卵石顆粒表面光滑，近似于球形時(shí)，其空隙率和表面積較小，拌制混凝土的用水量較少，使混凝土的和易性較好。但骨料表面光滑會(huì)使骨料與水泥漿的膠結(jié)性能較差，影響混凝土的強(qiáng)度。人工骨料碎石表面粗糙、多棱角，甚至扁平片狀，表面積大，拌制混凝土用水量較多，為了限制骨料針片狀顆粒對(duì)混凝土性能的影響，對(duì)骨料針片狀顆粒含量有個(gè)上限。試驗(yàn)時(shí)采用針狀規(guī)準(zhǔn)儀與片狀規(guī)準(zhǔn)儀檢測(cè)粗骨料針片狀質(zhì)量，按下式計(jì)算針片狀含量q₀^［2-20］。

式中 G₁——各級(jí)試樣中針片狀質(zhì)量，g；

G₀——各級(jí)試樣質(zhì)量，g。

（9）粗骨料堅(jiān)固性

堅(jiān)固性是指骨料抵抗干—濕、冷—熱循環(huán)（風(fēng)化）能力。骨料堅(jiān)固性采用硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)，即骨料浸泡在硫酸鈉溶液中，然后取出烘干，重復(fù)浸泡與烘干，試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生冷與熱、干與濕的破壞作用，硫酸鈉在骨料孔隙中結(jié)晶形成破壞應(yīng)力，使骨料質(zhì)量損失，測(cè)定質(zhì)量損失率，即為粗骨料堅(jiān)固性。

（10）粗骨料的壓碎指標(biāo)

碎石或卵石的壓碎指標(biāo)，是指粒徑為10～20mm的顆粒，在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下壓碎顆粒含量的百分率。該部分細(xì)粒屬于軟弱顆粒，如風(fēng)化的卵石、砂巖及泥巖等；碎石的軟弱顆粒主要有棱角、針片狀、破碎的細(xì)粒。軟弱顆粒含量過(guò)高會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，特別對(duì)于C40以上混凝土影響更大。

（11）有害物質(zhì)含量

凡在骨料中挾雜的某些成分，且含量超過(guò)一定限量時(shí)，對(duì)混凝土性能產(chǎn)生有害作用的統(tǒng)稱(chēng)為有害物質(zhì)。

對(duì)于細(xì)骨料來(lái)說(shuō)，通常含有的有害物質(zhì)主要有薄片狀的云母、黏土、淤泥、硫酸鹽及硫化物等，這些物質(zhì)會(huì)增加混凝土拌合物的用水量，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性，黏土、淤泥還會(huì)增加混凝土的干縮性。硫酸鹽及硫化物，含有腐殖酸及其他有機(jī)酸類(lèi)的有機(jī)物質(zhì)，對(duì)水泥有侵蝕作用，危害水泥的水化、硬化，破壞混凝土的強(qiáng)度；細(xì)骨料中活性氧化硅或碳酸鹽能與水泥中鉀、鈉的氧化物發(fā)生堿硅反應(yīng)或堿碳酸鹽反應(yīng)，在有水條件下會(huì)引起有害膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂破壞；細(xì)骨料含有的鉀、鈉氯化物鹽類(lèi)會(huì)導(dǎo)致混凝土中鋼筋銹蝕。

對(duì)于粗骨料來(lái)說(shuō)，有害物質(zhì)主要有黏土、泥團(tuán)、細(xì)屑、硫酸鹽及硫化物、有機(jī)物質(zhì)、活性骨料等。

（12）線(xiàn)膨脹系數(shù)

骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)大小直接影響混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)，不同巖性骨料的線(xiàn)膨脹系數(shù)列于表2.3-7^［2-21］。從表可以看出，不同巖石線(xiàn)膨脹系數(shù)相差較大，同一種巖石線(xiàn)膨脹系數(shù)范圍也較大。

骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)與溫度有關(guān)，見(jiàn)表2.3-8^［2-22］。從表可以看出，骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)隨溫度降低而減小。

（13）堿活性

骨料活性成分與水泥中的堿（Na₂O和K₂O）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹的現(xiàn)象稱(chēng)骨料堿活性反應(yīng)，骨料中活性礦物，如隱晶—微晶石英、磷石英、方石英、應(yīng)變石英、玉髓、蛋白石等。常見(jiàn)的堿活性巖石列于表2.3-9^［2-20］。從表可見(jiàn)，火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類(lèi)巖石都有堿活性巖石，如火成巖中有安山巖、花崗巖等；沉積巖中有凝灰?guī)r、石英砂巖、硅質(zhì)石灰?guī)r、硅質(zhì)白云巖；變質(zhì)巖中有板巖、石英巖、片麻巖等。

2.3.3 粗細(xì)骨料品質(zhì)指標(biāo)

（1）細(xì)骨料品質(zhì)指標(biāo)

常用混凝土細(xì)骨料為天然砂（河砂）與人工砂。我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144—2001）與《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5112—2009）規(guī)定的細(xì)骨料品質(zhì)指標(biāo)列于表2.3-10。

（2）粗骨料品質(zhì)指標(biāo)

常用混凝土粗骨料為天然卵石與人工碎石。我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144—2001）規(guī)定的粗骨料品質(zhì)指標(biāo)列于表2.3-11。

2.3.4 細(xì)骨料品質(zhì)對(duì)混凝土性能的影響

（1）砂的顆粒級(jí)配與細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土性能的影響

砂的級(jí)配合理與否直接影響到混凝土拌合物的稠度。合理的砂子級(jí)配，可以減少拌合物的用水量，得到流動(dòng)性、均勻性及密實(shí)性均較佳的混凝土，同時(shí)達(dá)到節(jié)約水泥的效果，因此顆粒級(jí)配是砂料品質(zhì)中一個(gè)重要的檢測(cè)項(xiàng)目。

砂的細(xì)度模數(shù)（FM）是衡量砂子粗細(xì)程度的一項(xiàng)重要參數(shù)，即粗砂FM為3.7～3.1、中砂FM為3.0～2.3、細(xì)砂FM為2.2～1.6、特細(xì)砂FM為1.5～0.7。采用粗砂拌制的混凝土和易性較差，拌合物易分離，混凝土泌水性較大。砂子FM在2.4～2.8時(shí)，拌制的混凝土和易性良好，混凝土均勻性較好，強(qiáng)度也較高。采用細(xì)砂或特細(xì)砂配制的混凝土雖然和易性好，但其比表面積大，使用水量及水泥用量增加，混凝土易開(kāi)裂，因此宜采用低砂率、低陷度及雙摻技術(shù)措施。

（2）砂的含泥量對(duì)混凝土性能的影響

天然骨料中的含泥量是粒徑小于0.08mm的細(xì)屑、淤泥和黏土的總量?！梆ね痢笔菐r石經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化侵蝕作用而形成的粒徑在0.005mm以下的顆粒?！坝倌唷笔橇奖瑞ね链?、比砂小的土粒?！皦m屑”是既非黏土又非淤泥的粒徑很小的細(xì)碎云母片、非礦物性渣滓等。

由于泥粒一般較細(xì)，因而增加了骨料的比表面積。并且由于黏土類(lèi)成分的吸水性質(zhì)，使混凝土拌合物的坍落度隨含泥量的增加而降低；當(dāng)保持坍落度不變時(shí)，則用水量增加。這時(shí)若不相應(yīng)增加水泥用量，則會(huì)由于水灰比的增大而使混凝土強(qiáng)度降低。泥粒中小于0.005mm的黏土，由于顆粒更小，比表面積更大，且體積不穩(wěn)定，吸水濕潤(rùn)時(shí)膨脹，干燥時(shí)收縮，因此當(dāng)骨料中黏土含量較多時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度、干縮、徐變、抗?jié)B、抗凍融、抗磨損等性能都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)有泥塊存在時(shí)，會(huì)降低混凝土密實(shí)度，成為混凝土薄弱部分。在外力或干濕、溫差引起體積變化時(shí)，易于成為促使混凝土產(chǎn)生破壞的誘因。當(dāng)泥粒包裹在骨料表面時(shí)會(huì)影響骨料與水泥漿的粘結(jié)，從而降低混凝土強(qiáng)度等性能。當(dāng)泥粒分散在骨料中時(shí)，將起非活性混合材料的作用而降低水泥的活性，從而影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。由于泥粒的析水作用，還會(huì)使混凝土產(chǎn)生表面疏松多孔的表層，而影響混凝土的耐磨性能^［2-1］。

總之，細(xì)骨料中所含的泥若包裹在骨料表面，不利于骨料與水泥的膠結(jié)，將影響混凝土強(qiáng)度及耐久性；若含的泥是以松散顆粒存在，由于其顆粒細(xì)與表面積大，會(huì)增加混凝土的用水量，特別是黏土的體積不穩(wěn)定，干燥時(shí)收縮、潮濕時(shí)膨脹，對(duì)混凝土有干濕體積變化的破壞作用?？傊暗暮嗔砍^(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度、干縮、徐變、抗凍及抗沖磨等性能均會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

細(xì)骨料中含有較多泥粒時(shí)可以采用水力沖洗等方式清洗，也可以采用適當(dāng)增加水泥用量、摻加外加劑等措施彌補(bǔ)含泥量造成的不良影響。

（3）砂的云母含量對(duì)混凝土性能的影響

某些砂料常含有一定量的云母，這種物質(zhì)一般呈薄片狀，表面光滑，強(qiáng)度很低，且易沿節(jié)理錯(cuò)裂，因而與水泥漿的粘結(jié)能力很差。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)這種物質(zhì)含量較多時(shí)，會(huì)明顯使混凝土的和易性變差，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗凍融性、抗?jié)B性及抗磨損性等均有降低，因此水工混凝土施工規(guī)范對(duì)砂料中云母含量規(guī)定不應(yīng)超過(guò)2%。

①對(duì)和易性的影響。在水灰比及灰骨比相同時(shí)，不同云母含量對(duì)混凝土工作度的影響，如圖2.3-2^［2-1］。當(dāng)云母含量為4%時(shí)，拌合物顯得干稠；云母含量增至10%時(shí)，拌合物難以振搗成型。

砂料中隨著云母含量的增加，由于云母的薄片狀結(jié)構(gòu)增大了骨料的總表面積，阻礙了混凝土拌合物的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，使水泥漿覆蓋層減薄，成型性能下降，影響施工。

由于較大片狀顆粒的云母對(duì)混凝土拌合物內(nèi)部運(yùn)動(dòng)阻力大，故較大的云母片對(duì)砂漿、混凝土拌合物的流動(dòng)度影響也大，如圖2.3-3^［2-1］。

②對(duì)水泥用量的影響。當(dāng)水灰比與和易性保持不變，隨著云母含量的增加，混凝土水泥用量也相應(yīng)增加，如圖2.3-4^［2-1］。從圖可以看出，云母含量與水泥用量幾乎成正比增加。云母含量每增加1%，水泥用量增加4.0%～5.5%。

③對(duì)強(qiáng)度的影響。由于云母和水泥漿的膠結(jié)力差及云母的隔離作用，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度隨云母含量的增加而降低。云母含量在3%以?xún)?nèi)，當(dāng)水灰比及和易性相同情況下，混凝土強(qiáng)度損失在10%以?xún)?nèi)；當(dāng)云母含量超過(guò)4%時(shí)，強(qiáng)度降低較多，如表2.3-12^［2-1］。

④對(duì)抗凍性影響?；炷量箖鲂噪S云母含量增加而降低。這是由于滲入云母片之間及云母與水泥漿之間的空隙中的水，在凍融交替下加速了破壞作用，采用快凍法檢測(cè)的云母含量對(duì)混凝土抗凍性影響試驗(yàn)結(jié)果列于表2.3-13^［2-1］。從表可見(jiàn)，快凍試驗(yàn)混凝土抗壓強(qiáng)度降低值隨云母含量的增大而增加。

⑤對(duì)抗?jié)B性的影響。云母含量對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響，隨云母含量的增加而降低（見(jiàn)表2.3-14^［2-1］）。

（4）砂的堅(jiān)固性對(duì)混凝土性能的影響

砂的堅(jiān)固性是檢驗(yàn)砂在氣候、環(huán)境變化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。引起砂料發(fā)生大的或永久性體積變化的物理原因，主要是凍結(jié)和融化、熱變及干濕交替變化、化學(xué)結(jié)晶膨脹作用變化等。砂的堅(jiān)固性差，會(huì)直接影響混凝土的耐久性與強(qiáng)度，特別是質(zhì)量要求高的混凝土。

（5）砂的吸水率對(duì)混凝土性能的影響

砂的飽和面干吸水率是評(píng)價(jià)砂的顆粒致密度和砂的含孔狀態(tài)（孔隙率、孔大小及貫通性等）的參數(shù)。砂的吸水率大，骨料的密度小，強(qiáng)度一般較低，會(huì)影響骨料界面和水泥石的膠結(jié)強(qiáng)度，并降低混凝土的抗凍性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗磨性等，特別是配制抗沖磨混凝土、抗凍混凝土及抗侵蝕混凝土，砂子的吸水率越小越好。

2.3.5 粗骨料品質(zhì)對(duì)混凝土性能的影響

（1）粗骨料級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響

石料級(jí)配是指各級(jí)粒徑顆粒的分配比例。級(jí)配對(duì)于混凝土的和易性、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性及經(jīng)濟(jì)性等都有一定的影響，因此水工混凝土的石子最佳級(jí)配是通過(guò)不同粒徑、不同比例組合，采用振實(shí)密度法找出最大振實(shí)密度，使其組合的粗骨料孔隙最小。使用級(jí)配良好的粗骨料，可以配出水泥用量較低，各種性能較好的混凝土。

粗骨料的粒徑越大，需要濕潤(rùn)的比表面越小。因此，大體積混凝土應(yīng)盡量采用較大粒徑的石子，這樣可降低砂率、混凝土用水量與水泥用量，提高混凝土強(qiáng)度，減少混凝土溫升及干縮裂縫^［2-2］。

（2）粗骨料含泥量對(duì)混凝土性能的影響

天然卵石含泥狀態(tài)有兩種，一種是包裹型，另一種是松散型。

包裹型含泥——石料所含泥粒一般成漿狀粘結(jié)或包裹于石子表面。直接影響石子與水泥石的膠結(jié)，從而降低混凝土的強(qiáng)度及其他性能。

松散型含泥——石料中均勻分布的泥粒。在某些情況下可以起到改善混凝土拌合物的和易性，提高密實(shí)性的作用。但當(dāng)含泥量多將增加混凝土用水量，對(duì)混凝土質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

石料中含有團(tuán)塊狀泥土?xí)r，對(duì)混凝土各種性能都不利。我國(guó)和許多國(guó)家對(duì)團(tuán)塊狀泥土含量限制極嚴(yán)，一般都不允許存在。

人工碎石因其生產(chǎn)工藝不同，會(huì)有數(shù)量不等的石粉。這些石粉遇水后，包于石子表面或分散在碎石中，影響碎石與水泥石的膠結(jié)力和混凝土用水量。

1）石料含泥量對(duì)混凝土和易性的影響。石粉含量對(duì)混凝土用水量和坍落度都有影響。當(dāng)用水量相同時(shí)，石粉含量每增加2%，坍落度約降低1 cm。當(dāng)坍落度保持基本相同時(shí)，隨著石粉量的增加，其用水量增大。石粉含量每增加1%，用水量約增加2 kg/m³。在塑性貧混凝土中含有一定量的石粉，可以改善拌合物的和易性。

在泥土包裹石料表面的情況下，當(dāng)含泥量為1%～3%時(shí)，對(duì)混凝土用水量的影響不明顯；但當(dāng)含泥量達(dá)7%時(shí)，用水量即明顯增加。

2）含泥量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響。不同含泥型式對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響也不同。以泥塊型對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響較大。

當(dāng)含泥量為1%～5%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低0～12%。當(dāng)含泥量超過(guò)7%時(shí)，強(qiáng)度降低達(dá)30%以上。

高強(qiáng)度混凝土比低強(qiáng)度混凝土在同樣含泥量情況下，其抗壓強(qiáng)度的降低要大一些。

3）含泥量對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的影響。含泥量對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的影響比抗壓強(qiáng)度大。泥塊型對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的影響更明顯，如含泥塊1%～2%，混凝土抗拉強(qiáng)度降低10%～25%。

4）含泥量對(duì)混凝土干縮影響。石料含泥量對(duì)混凝土干縮的影響，團(tuán)塊型含泥比包裹型的影響大。含泥量越多，對(duì)混凝土的干縮影響越大，見(jiàn)表2.3-15^［2-1］。

5）含泥量對(duì)混凝土抗凍性影響。石料中含黏土對(duì)混凝土抗凍的影響非常明顯。當(dāng)含泥量為1%時(shí)，抗凍性的降低不很顯著；當(dāng)含泥量為3%～7%時(shí)，混凝土抗凍性顯著降低，見(jiàn)表2.3-16^［2-1］。所以對(duì)有抗凍性要求的混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制砂石料中含泥量。

減小粗骨料含泥的不良影響，目前可行的有兩個(gè)辦法：①加工清洗骨料；②增加水泥用量。

在塑性混凝土中，為了保持坍落度不變，采用含泥骨料時(shí)水泥用量增加的百分率，近似于粗骨料含泥的百分率，見(jiàn)表2.3-17^［2-1］。

（3）粗骨料彈性模量對(duì)混凝土性能的影響

在一般情況下，混凝土的彈性模量取決于所用骨料的彈性模量及骨料在混凝土中所占的體積。骨料強(qiáng)度越高其彈性模量也越高。骨料的彈性模量越高則由這種骨料制成的混凝土彈性模量也較高。

錦屏一級(jí)（高305m雙曲拱壩）、溪洛渡（278m高雙曲拱壩）、大崗山（210m高雙曲拱壩）三個(gè)工程7種巖石人工骨料混凝土（水膠比0.50～0.55）彈性模量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.3-18^［2-23］。從表可見(jiàn)，溪洛渡工程玄武巖人工骨料原巖表觀(guān)密度2920kg/m³、濕抗壓強(qiáng)度達(dá)150MPa，彈性模量高，該骨料混凝土180d彈模高達(dá)41GPa；而錦屏一級(jí)工程花崗巖人工骨料表觀(guān)密度2640kg/m³、濕抗壓強(qiáng)度72MPa，彈性模量較低，該骨料混凝土180d彈模僅18.8MPa。

（4）針片狀含量對(duì)混凝土性能的影響

一般來(lái)說(shuō)，比較理想的骨料顆粒形狀是接近于球形或正方形。針狀和片狀骨料的性能較差。當(dāng)粗骨料中的針狀、片狀顆粒含量超過(guò)一定界限時(shí)，使骨料的空隙率增加，不僅對(duì)混凝土拌合物的和易性有較大影響，而且會(huì)不同程度地降低混凝土的強(qiáng)度和其他性能。

針狀、片狀顆粒含量碎石比卵石多。用顎式、輥式破碎機(jī)生產(chǎn)的碎石中的針狀、片狀顆粒含量比用錘式、錐式破碎機(jī)生產(chǎn)的多。石灰?guī)r、片麻巖碎石的針片狀含量比花崗巖、砂巖碎石的多。

當(dāng)針狀、片狀顆粒含量過(guò)多時(shí)，為了保證混凝土的施工和易性與足夠的強(qiáng)度，必須適當(dāng)增加水泥用量，這樣往往是不經(jīng)濟(jì)的。因此，對(duì)粗骨料中的針狀和片狀顆粒加以限制是必要的。水工混凝土施工規(guī)范對(duì)針片狀顆粒含量規(guī)定為一般不得大于15%；碎石中的針片狀顆粒經(jīng)試驗(yàn)論證，可以放寬至25%。

1）針片狀顆粒含量對(duì)和易性及強(qiáng)度的影響。在配合比及水泥用量相同的條件下，混凝土拌合物的和易性、坍落度及混凝土強(qiáng)度均隨針片狀顆粒含量增加而降低，見(jiàn)表2.3-19^［2-1］。

從表2.3-19可以看出，高強(qiáng)度混凝土與低強(qiáng)度混凝土中針片狀顆粒含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響程度不同。以含量25%及50%為例，在高強(qiáng)度混凝土中的強(qiáng)度降低率分別為7.8%～8.5%及11.8%～13.5%；而在低強(qiáng)度混凝土中的強(qiáng)度降低率分別為15.5%～17.7%及19.9%～26.9%。這種影響的差別主要是因?yàn)榈蛷?qiáng)混凝土粘性差，水泥砂漿強(qiáng)度低，當(dāng)受外力作用后，力就直接傳遞于骨料，使針片狀容易斷裂，混凝土強(qiáng)度隨之而降低。

含針片狀顆粒的骨料，空隙率及比表面積增大，與水泥漿體的接觸面增加，表面吸水量增加，摩阻力增大，不易滾動(dòng)，這都使混凝土和易性降低。

混凝土強(qiáng)度降低的原因，一方面是由于針片狀石料本身強(qiáng)度低，混凝土受力后在其內(nèi)部的薄弱點(diǎn)斷裂；另一方面，在混凝土成型過(guò)程中，針片狀顆粒的排列具有明顯的導(dǎo)向性，多數(shù)在橫向與圓石子形成簡(jiǎn)支梁的狀態(tài)，易被折斷，個(gè)別的針狀顆粒又起著尖劈的作用，促使混凝土較早地出現(xiàn)裂縫而提前破壞。

2）對(duì)水泥用量的影響 由于針片狀顆粒表面積大，空隙率大，當(dāng)混凝土中含有大量這種顆粒時(shí)，使混凝土和易性、坍落度降低。在同樣的澆筑條件下，需增加水泥用量，使其達(dá)到相近的和易性和強(qiáng)度。

當(dāng)水灰比及坍落度保持相同，隨針片狀的增加，水泥用量要增加2%～12%，如表2.3-20^［2-1］。故采用增加水泥用量的辦法，在一定程度上使混凝土強(qiáng)度及和易性都能得到改善。但針片狀含量超過(guò)25%時(shí)，水泥用量便急劇增加。

針片狀顆粒含量相同時(shí)，高強(qiáng)混凝土比低強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度降低率雖然低一些，但強(qiáng)度降低的絕對(duì)值要大得多，水泥用量也增加較多。因此，對(duì)高強(qiáng)混凝土所用粗骨料，其針片狀顆粒含量應(yīng)控制嚴(yán)一些；而對(duì)中、低強(qiáng)混凝土可適當(dāng)放寬。

（5）粗骨料吸水率對(duì)混凝土性能的影響

石料的表觀(guān)密度取決于石質(zhì)、礦物成分、風(fēng)化程度及空隙率。一般來(lái)說(shuō)，密度小的骨料結(jié)構(gòu)疏松、多孔，孔隙率和吸水率大，配制的混凝土強(qiáng)度較低，特別是粗骨料外部孔隙對(duì)吸水率影響更大。吸水率大的骨料對(duì)混凝土抗?jié)B性、抗凍性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗磨性等都將產(chǎn)生一定的不利影響。

特別是對(duì)混凝土抗凍性影響更大，吸水率高的骨料混凝土在凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，因混凝土內(nèi)部水量較多，容易受到凍融破壞，會(huì)較大降低混凝土抗凍等級(jí)。

（6）粗骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)對(duì)混凝土性能的影響

粗骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)大小直接影響混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)，粗骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)大，則混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)也大（見(jiàn)表2.3-21）。從表可見(jiàn)，石英巖、砂巖骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)大，這種骨料混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)也大；石灰?guī)r骨料線(xiàn)膨脹系數(shù)小，相應(yīng)該骨料混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)也小。

2.3.6 骨料堿活性對(duì)混凝土性能的影響

骨料堿活性會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹而使混凝土發(fā)生裂縫，危及混凝土結(jié)構(gòu)安全。

混凝土工程發(fā)生堿-骨料反應(yīng)破壞必須具有三個(gè)條件：一是配制混凝土?xí)r由水泥、骨料、外加劑和拌合用水帶進(jìn)混凝土中一定數(shù)量的堿，或者混凝土處于堿滲入的環(huán)境中；二是一定數(shù)量的堿活性骨料存在；三是潮濕環(huán)境，可以供應(yīng)反應(yīng)物吸水膨脹時(shí)所需的水分。

堿-骨料反應(yīng)（AAR）類(lèi)型可分為堿硅酸鹽反應(yīng)（ASR）和堿碳酸鹽反應(yīng)（ACR），AAR是造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞失效的重要原因之一，堿骨料反應(yīng)有以下特征^［2-2］。

（1）受堿-骨料反應(yīng)影響的混凝土需要數(shù)年或一二十年的時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂破壞。

（2）堿-骨料反應(yīng)破壞最重要的現(xiàn)場(chǎng)特征之一是混凝土表面開(kāi)裂，裂紋呈網(wǎng)狀（龜背紋），起因是混凝土表面下的反應(yīng)骨料顆粒周?chē)哪z或骨料內(nèi)部產(chǎn)物的吸水膨脹。當(dāng)其他骨料顆粒發(fā)生反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生更多的裂紋，最終這些裂紋相互連接，形成網(wǎng)狀。在預(yù)應(yīng)力作用的區(qū)域裂紋將主要沿預(yù)應(yīng)力方向發(fā)展，形成平行于鋼筋的裂紋，而在非預(yù)應(yīng)力的區(qū)域，混凝土表現(xiàn)出網(wǎng)狀開(kāi)裂。

（3）堿-骨料反應(yīng)破壞是由膨脹引起的，可使結(jié)構(gòu)工程發(fā)生整體變形、移位、彎曲、扭翹等現(xiàn)象。

（4）堿-硅酸反應(yīng)生成的堿-硅酸凝膠有時(shí)會(huì)從裂縫中滲到混凝土的表面，新鮮的凝膠呈透明或呈淺黃色，外觀(guān)類(lèi)似于樹(shù)脂。脫水后凝膠變成白色，凝膠流經(jīng)裂縫、孔隙的過(guò)程中吸收鈣、鋁、硫等化合物也可變?yōu)椴韬稚灾梁谏?，流出的凝膠多有較濕潤(rùn)的光澤，長(zhǎng)時(shí)間干燥后會(huì)變?yōu)闊o(wú)定形粉狀物，借助放大鏡，可見(jiàn)與顆粒狀的結(jié)晶鹽析物區(qū)別開(kāi)來(lái)。

（5）ASR的膨脹是由生成的堿-硅酸凝膠吸水引起的，因此ASR凝膠的存在是混凝土發(fā)生了堿-硅酸反應(yīng)的直接證明。通過(guò)檢查混凝土芯樣的原始表面、切割面、光片和薄片，可在空洞、裂紋、骨料-漿體界面區(qū)等處找到凝膠。因凝膠流動(dòng)性較大，有時(shí)可在遠(yuǎn)離反應(yīng)骨料的地方找到凝膠。

（6）有些骨料在與堿發(fā)生反應(yīng)后，會(huì)在骨料的周邊形成一個(gè)深色的薄層，稱(chēng)為反應(yīng)環(huán)，有時(shí)活性骨料會(huì)有一部分被反應(yīng)掉。

（7）一般認(rèn)為，ASR膨脹開(kāi)裂是由存在于骨料-漿體界面和骨料內(nèi)部的堿-硅酸凝膠吸水膨脹引起的，ACR膨脹開(kāi)裂是由反應(yīng)生成的方解石和水鎂石，在骨料內(nèi)部受限空間結(jié)晶生長(zhǎng)形成的結(jié)晶壓力引起的。也就是說(shuō)，骨料是膨脹源，這樣骨料周?chē)鷿{體中的切向應(yīng)力始終為拉伸應(yīng)力，且在漿體-骨料界面處達(dá)最大值，而骨料中的切向應(yīng)力為壓應(yīng)力，骨料內(nèi)部腫脹壓力或結(jié)晶壓力將使得骨料內(nèi)部局部區(qū)域承受拉伸應(yīng)力，而漿體和骨料徑向均受壓應(yīng)力。結(jié)果在混凝土中形成與膨脹骨料相連的網(wǎng)狀裂紋，反應(yīng)骨料有時(shí)也會(huì)開(kāi)裂，其裂紋會(huì)延伸到周?chē)臐{體或砂漿中去，甚至能延伸到達(dá)另一顆骨料，裂紋有時(shí)也會(huì)從未發(fā)生反應(yīng)的骨料邊緣通過(guò)。

（8）ASR產(chǎn)生過(guò)度膨脹而引起的混凝土內(nèi)部裂縫是分別由其中的粗、細(xì)骨料中的反應(yīng)性硅與堿反應(yīng)引起。這種裂縫經(jīng)常被凝膠填充或部分填充，在混凝土中心處形成網(wǎng)狀裂縫，許多裂縫互相交叉連接在一起。在個(gè)別情況下，有的反應(yīng)性顆粒部分被溶解。

（9）內(nèi)部裂縫的分布對(duì)施加或誘發(fā)的壓應(yīng)力是敏感的，在應(yīng)力作用下，裂縫傾向于平行于壓應(yīng)力方向排成一行?；炷潦蹵SR影響時(shí)，一般混凝土內(nèi)部膨脹，暴露在外表面的混凝土不膨脹，因此表面受張應(yīng)力，形成表面微裂縫并于暴露表面成直角，這種相互連接的內(nèi)部裂縫與表面微裂縫，同暴露面緊密地連在一起，這表明混凝土內(nèi)部已出現(xiàn)了膨脹。