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工程师考试复习（无机非金属材料）第一部分：基础知识无机非金属材料的定义？无机非金属材料是 广义上的包括陶瓷、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。无机非金属材料是相对于金属材料而言的。金属材料一般是金属键原子相互作用；无机非金属一般是共价键和离子键原子共同作用的结果。非金属材料的原子组织结构要比金属材料复杂的多。无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。包括陶瓷、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。 无机非金属材料的分类？新型无机非金属材料与传统无机非金属材料节 新型无机非金属材料 材料包括很多种，可以把它们分类： 一、材料的分类和特点： 1材料可分为：无机非金属材料 传统无机非金属材料 如：水泥、玻璃、陶瓷 新型无机非金属材料 如：高温结构陶瓷、光导纤维 金属材料 如：Fe、Cu、Al、合金等。 高分子材料 如：聚乙烯、聚氯乙烯 新型无机非金属材料特性；承受高温，强度高。 具有光学特性。具有电学特性。 具有生物功能。 新型无机非金属材料很多，现列举几种：压电材料；磁性材料；导体陶瓷；激光材料，光导纤维；超硬材料（氮化硼）；高温结构陶瓷；生物陶瓷（人造骨头、人造血管）等等什么是胶凝材料？胶凝材料如何分类？胶凝材料在建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能从浆体变成坚固的石状体，并能将其他固体物料胶结成整体而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。胶凝材料分类根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。1、水硬性胶凝材料和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。2、气凝性胶凝材料非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。什么叫硅酸盐？所谓硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。由于其结构上的特点，种类繁多（硅酸盐矿物的基本结构是硅氧四面体；在这种四面体内，硅原子占据中心，四个氧原子占据四角。这些四面体，依着四面体，依着不同的配合，形成了各类的硅酸盐）。 它们大多数熔点高，化学性质稳定，是硅酸盐工业的主要原料。硅酸盐制品和材料广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。 化学性质化学上，指由硅和氧组成的化合物(SixOy)，有时亦包括一或多种金属和或氢。它亦用以表示由二氧化硅或硅酸产生的盐。能与酸反应生成硅酸固体。 在普通情况下，最稳定的硅酸盐是二氧化硅(SiO2)俗称石英1，和类似的化合物。二氧化硅经常有微量的硅酸（H4SiO4）处于平衡状态。化学家认为石英是不可溶解的，但在长时间尺度下，它是可以流动的。此外，在碱性条件下，会出现H2SiO42-。大部分硅酸盐都是不可溶解的。 硅酸盐矿物的特征是它们的正四面体结构，有时这些正四面体以链状、双链状、片状、三维架状方式连结起来。按正四面体聚合的程度，硅酸盐再细分为：岛状硅酸盐类、环状硅酸盐类等。 在地质学和天文学上，硅酸盐指一种由硅和氧组成的岩石(通常为SiO2或SiO4)，有时亦包括一或多种金属和或氢。此类岩石包括花岗岩及辉长岩等。地球及其他类地行星的大部分地壳均以硅酸盐组成。材料力学的基本理论？材料力学中几个问题：强度，刚度，稳定性。 几种变形：拉压，剪切，扭转，弯曲。 四个假设：连续性假设，均匀性假设，各向同性假设，小变形假设（原始尺寸原理）。建筑材料的分类？分为有机材料,无机材料和复合材料!无机包括金属和非金属材料!有机包括植物,沥青,高分子材料!复合材料分为有机-无机复合材料和金属-非金属复合材料!建筑材料的定义？土建工程中所用材料(水泥、砂、石、木材、金属、沥青、合成树脂、塑料等)的总称。 在建筑物中使用的材料统称为建筑材料。新型的建筑材料包括的范围很广， 有保温材料、隔热材料、高强度材料、会呼吸的材料等都属于新型材料。建筑材料是土木工程和建筑工程中使用的材料的统称。建筑材料的基本性质了解材料的组成与结构以及它们与材料性质的关系；要求掌握材料与质量有关的性质、与水有关的性质及与热有关的性质的概念及表示方法，并能较熟练地运用；要求了解材料的力学性质及耐久性的基本概念。建筑物是由各种建筑材料建筑而成的，这些材料在建筑物的各个部位要承受各种各样的作用，因此要求建筑材料必须具备相应性质。如结构材料必须具备良好的力学性质；墙体材料应具备良好的保温隔热性能、隔声吸声性能；屋面材料应具备良好的抗渗防水性能；地面材料应具备良好的耐磨损性能等等。一种建筑材料要具备哪些性质，这要根据材料在建筑物中的功用和所处环境来决定。一般而言，建筑材料的基本性质包括物理性质、化学性质、力学性质和耐久性。一、材料的基本物理性质（一）实际密度材料在绝对密实状态下，单位体积的质量称为密度。用公式表示如下：=m/v式中 材料的密度，g/cm3；m材料在干燥状态下的质量，g；V干燥材料在绝对密实状态下的体积，cm3。材料在绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的固体物质部分的体积，也称实体积。在自然界中，绝大多数固体材料内部都存在孔隙，因此固体材料的总体积（V0）应由固体物质部分体积（V）和孔隙体积（VP）两部分组成，而材料内部的孔隙又根据是否与外界相连通被分为开口孔隙（浸渍时能被液体填充，其体积用Vk表示）和封闭孔隙（与外界不相连通，其体积用Vb表示）。 测定固体材料的密度时，须将材料磨成细粉（粒径小于0.2mm），经干燥后采用排开液体法测得固体物质部分体积。材料磨得越细，测得的密度值越精确。工程所使用的材料绝大部分是固体材料，但需要测定其密度的并不多。大多数材料，如拌制混凝土的砂、石等，一般直接采用排开液体的方法测定其体积固体物质体积与封闭孔隙体积之和，此时测定的密度为材料的近似密度（又称为颗粒的表观密度）。 （二）体积密度整体多孔材料在自然状态下，单位体积的质量称为体积密度。用公式表示如下：o=m/Vo式中 o材料的体积密度，kg/m3；m材料的质量，kg；Vo材料在自然状态下的体积，m3。整体多孔材料在自然状态下的体积是指材料的固体物质部分体积与材料内部所含全部孔隙体积之和，即V0 = V + Vp。对于外形规则的材料，其体积密度的测定只需测定其外形尺寸；对于外形不规则的材料，要采用排开液体法测定，但在测定前，材料表面应用薄蜡密封，以防液体进入材料内部孔隙而影响测定值。一定质量的材料，孔隙越多，则体积密度值越小；材料体积密度大小还与材料含水多少有关，含水越多，其值越大。通常所指的体积密度，是指干燥状态下的体积密度。（三）堆积密度散粒状（粉状、粒状、纤维状）材料在自然堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。用公式表示如下：0=m/V0式中 0材料的堆积密度，kg/m3；m散粒材料的质量，kg；V0散粒材料在自然堆积状态下的体积，又称堆积体积，m3。在建筑工程中，计算材料的用量、构件的自重、配料计算、确定材料堆放空间，以及材料运输车辆时，需要用到材料的密度。二、材料的密实度与孔隙率（一）密实度密实度是指材料内部固体物质填充的程度。用公式表示如下：D=V/V0（二）孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占自然状态下总体积的百分率。用公式表示如下：P=(V0-V)/V0孔隙率一般是通过试验确定的材料密度和体积密度求得。材料的孔隙率与密实度的关系为：P D = 1材料的孔隙率与密实度是相互关联的性质，材料孔隙率的大小可直接反映材料的密实程度，孔隙率越大，则密实度越小。孔隙按构造可分为开口孔隙和封闭孔隙两种；按尺寸的大小又可分为微孔、细孔和大孔三种。材料孔隙率大小、孔隙特征对材料的许多性质会产生一定影响，如材料的孔隙率较大，且连通孔较少，则材料的吸水性较小，强度较高，抗冻性和抗渗性较好，导热性较差，保温隔热性较好。三、材料的填充率与空隙率（一）填充率填充率是指装在某一容器的散粒材料，其颗粒填充该容器的程度。用公式表示如下：D=V0/V0/（二）空隙率空隙率是指散粒材料（如砂、石等）颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率。用公式表示如下：P=(1-V0/V0/)%=（1- 0/o)%式中 o颗粒状材料的表观密度，kg/m3；0颗粒状材料的堆积密度，kg/m3。散粒材料的空隙率与填充率的关系为：PD= 1。空隙率与填充率也是相互关联的两个性质，空隙率的大小可直接反映散粒材料的颗粒之间相互填充的程度。散粒状材料，空隙率越大，则填充率越小。在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制集料级配与计算混凝土砂率的重要依据。四、材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性材料与水接触时，根据材料是否能被水润湿，可将其分为亲水性和憎水性两类。亲水性是指材料表面能被水润湿的性质；憎水性是指材料表面不能被水润湿的性质。当材料与水在空气中接触时，将出现图1.3所示的两种情况。在材料、水、空气三相交点处，沿水滴的表面作切线，切线与水和材料接触面所成的夹角称为润湿角（用表示）。当越小，表明材料越易被水润湿。一般认为，当90时，材料表面吸附水分，能被水润湿，材料表现出亲水性；当90时，则材料表面不易吸附水分，不能被水润湿，材料表现出憎水性。亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部。憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。建筑材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料为憎水性材料，如沥青、石蜡、某些塑料等。建筑工程中憎水性材料常被用作防水材料，或作为亲水性材料的覆面层，以提高其防水、防潮性能。（二）吸水性与吸湿性1.吸水性 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。（1）质量吸水率 材料在吸水饱和时，所吸收水分的质量占材料干质量的百分率。用公式表示如下：Wm=(m湿-m干)/m干式中 Wm材料的质量吸水率，%；m湿材料在饱和水状态下的质量，g；m干材料在干燥状态下的质量，g。（2）体积吸水率 材料在吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料总体积的百分率。用公式表示如下：WV=(m湿-m干)/Vo1/水式中 WV材料的体积吸水率，%；Vo干燥材料的总体积，cm3；水水的密度，g/cm3。常用的建筑材料，其吸水率一般采用质量吸水率表示。对于某些轻质材料，如加气混凝土、木材等，由于其质量吸水率往往超过100%，一般采用体积吸水率表示。材料吸水率的大小，不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与材料的孔隙率和孔隙特征有关。材料所吸收的水分是通过开口孔隙吸入的。一般而言，孔隙率越大，开口孔隙越多，则材料的吸水率越大；但如果开口孔隙粗大，则不易存留水分，即使孔隙率较大，材料的吸水率也较小；另外，封闭孔隙水分不能进入，吸水率也较小。2.吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示，用公式表示如下：W含=(m含-m干)/m干式中 W含材料的含水率，%；m含材料在吸湿状态下的质量，g；m干材料在干燥状态下的质量，g。材料的含水率随空气的温度、湿度变化而改变。材料既能在空气中吸收水分，又能向外界释放水分，当材料中的水分与空气的湿度达到平衡，此时的含水率就称为平衡含水率。一般情况下，材料的含水率多指平衡含水率。当材料内部孔隙吸水达到饱和时，此时材料的含水率等于吸水率。材料吸水后，会导致自重增加、保温隔热性能降低、强度和耐久性产生不同程度的下降。材料含水率的变化会引起体积的变化，影响使用。（三）耐水性材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料耐水性用软化系数表示，用公式表示如下：K软=?饱/?干式中 K软材料的软化系数；?饱材料在饱和水状态下的抗压强度，MPa；?干材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的程度。材料被水浸湿后，强度一般会有所下降，因此软化系数在01之间。软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。工程中将K软0.85的材料称为耐水性材料。对于经常位于水中或潮湿环境中的重要结构的材料，必须选用K软0.85耐水性材料；对于用于受潮较轻或次要结构的材料，其软化系数不宜小于0.75。（四）抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗性通常采用渗透系数表示。渗透系数是指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，单位时间内透过单位面积的水量，用公式表示如下：K=Qd/hAt式中 K材料的渗透系数，cm/h；W透过材料试件的水量，cm3；d材料试件的厚度，cm；A透水面积，cm2；t透水时间，h；h静水压力水头，cm。渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的能力，渗透系数越大，则材料的抗渗性越差。对于混凝土和砂浆，其抗渗性常采用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件，采用标准的试验方法测定试件所能承受的最大水压力来确定，以“Pn”表示，其中n为该材料所能承受的最大水压力（MPa）的10倍值。材料抗渗性的大小，与其孔隙率和孔隙特征有关。材料中存在连通的孔隙，且孔隙率较大，水分容易渗入，故这种材料的抗渗性较差。孔隙率小的材料具有较好的抗渗性。封闭孔隙水分不能渗入，因此对于孔隙率虽然较大，但以封闭孔隙为主的材料，其抗渗性也较好。对于地下建筑、压力管道、水工构筑物等工程部位，因经常受到压力水的作用，要选择具有良好抗渗性的材料；作为防水材料，则要求其具有更高的抗渗性。（五）抗冻性材料在饱和水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，且强度也不显著降低的性质，称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件，采用标准试验方法，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损害和剥落时所能经受的最大冻融循环次数来确定，以“Fn”表示，其中n为最大冻融循环次数。材料经受冻融循环作用而破坏,主要是因为材料内部孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积要增大，若材料内部孔隙充满了水，则结冰产生的膨胀会对孔隙壁产生很大的应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂；随着冻融循环次数的增加，材料逐渐被破坏。材料抗冻性的好坏，取决于材料的孔隙率、孔隙的特征、吸水饱和程度和自身的抗拉强度。材料的变形能力大，强度高，软化系数大，则抗冻性较高。一般认为，软化系数小于0.80的材料，其抗冻性较差。在寒冷地区及寒冷环境中的建筑物或构筑物，必须要考虑所选择材料的抗冻性。五、材料与热有关的性质为保证建筑物具有良好的室内小气候，降低建筑物的使用能耗，因此要求材料具有良好的热工性质。通常考虑的热工性质有导热性、热容量。（一）导热性当材料两侧存在温差时，热量将从温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料这种传导热量的能力称为导热性。材料导热性的大小用导热系数表示。导热系数是指厚度为1m的材料，当两侧温差为1K时，在1s时间内通过1m2面积的热量。用公式表示如下：=Qd/(T2T1)At式中 材料的导热系数，W/（mK）；Q传递的热量，J；材料的厚度，m；A材料的传热面积，m2；t传热时间，s；T2T1材料两侧的温差，K。材料的导热性与孔隙率大小、孔隙特征等因素有关。孔隙率较大的材料，内部空气较多，由于密闭空气的导热系数很小=0.023W/（mK），其导热性较差。但如果孔隙粗大，空气会形成对流，材料的导热性反而会增大。材料受潮以后，水分进入孔隙，水的导热系数比空气的导热系数高很多=0.58W/（mK），从而使材料的导热性大大增加；材料若受冻，水结成冰，冰的导热系数是水导热系数的4倍，为=2.3W/（mK），材料的导热性将进一步增加。建筑物要求具有良好的保温隔热性能。保温隔热性和导热性都是指材料传递热量的能力，在工程中常把1/称为材料的热阻，用R表示。材料的导热系数越小，其热阻越大，则材料的导热性能越差，其保温隔热性能越好。（二）热容量材料容纳热量的能力称为热容量，其大小用比热表示。比热是指单位质量的材料，温度每升高或降低1K时所吸收或放出的热量。用公式表示如下：C=Q/m(T2T1)式中 c材料的比热，J/（kgK）；Q材料吸收或放出的热量，J；m材料的质量，kg；T2T1材料加热或冷却前后的温差，K。比热的大小直接反映出材料吸热或放热能力的大小。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。不同的材料其比热不同，即使是同种材料，由于物态不同，其比热也不同。第二部分：混凝土与砂浆（一）普通混凝土普通混凝土normal concrete 一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。 混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值划分，目前中国普通混凝土强度等级划分为14级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80。定义，特点和分类定义广义混凝土是由胶凝材料，粗细骨料，水及其他外加剂按照适量的比例配 制而成的人工石材. 在土木工程中，应用最广泛的是普通混凝土：以水泥为胶凝材料，以砂，石为骨料，加水拌制成的水泥混凝土. 优点缺点优点：原材料丰富，成本低；良好的可塑性；高强度；耐久性好；可用钢筋增强； 缺点：自重大；脆性材料； 分类按胶凝材料分： 水泥混凝土(在土木工程中应用最广泛)；石膏混凝土； 沥青混凝土(在公路工程中应用较多)；聚合物混凝土等. 按表观密度分： 特重混凝土(2500kg/m3)； 普通混凝土(19002500kg/m3)； 轻混凝土(6001900kg/m3). 按用途分：结构用混凝土；道路混凝土；特种混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土等. 组成材料普通混凝土(简称为混凝土)是由水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的某些性能还常加入适量的外加剂和掺合料。 各组成材料的作用在混凝土中，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，赋予拌合物一定和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体。混凝土的织构组成材料的技术要求混凝土的技术性质在很大程度上是由原材料的性质及其相对含量决定的。同时也与施工工艺(搅拌、成型、养护)有关。因此，我们必须了解其原材料的性质、作用及其质量要求，合理选择原材料，这样才能保证混凝土的质量。 水泥水泥品种选择配制混凝土一般可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。必要时也可采用快硬硅酸盐水泥或其他水泥。水泥的性能指标必须符合现行国家有关标准的规定。 采用何种水泥，应根据混凝土工程特点和所处的环境条件，参照表38选用。 水泥标号选择水泥标号的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上是配制高强度等级的混凝土，选用高标号水泥；配制低强度等级的混凝土，选用低标号水泥。 如必须用高标号水泥配制低强度等级混凝土时，会使水泥用量偏少，影响和易性及密实度，所以应掺入一定数量的混合材料。如必须用低标号水泥配制高强度等级混凝土时，会使水泥用量过多，不经济，而且要影响混凝土其它技术性质。 细骨料综述粒径在O165mm之间的骨料为细骨料(砂)。一般采用天然砂，它是岩石风化后所形成的大小不等、由不同矿物散粒组成的混合物，一般有河砂、海砂及山砂。配制混凝土时所采用的细骨料的质量要求有以下几方面： 有害杂质配制混凝土的细骨料要求清洁不含杂质，以保证混凝土的质量。而砂中常含有一些有害杂质，如云母、粘土、淤泥、粉砂等，粘附在砂的表面，妨碍水泥与砂的粘结，降低混凝土强度；同时还增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低抗冻性和抗渗性。一些有机杂质、硫化物及硫酸盐，它们都对水泥有腐蚀作用。砂中杂质的含量一般应符合表44中规定。重要工程混凝土使用的砂，应进行碱活性检验，经检验判断为有潜在危害时，在配制混凝土时，应使用含碱量小于O6的水泥或采用能抑制碱一骨料反应的掺合料，如粉煤灰等；当使用含钾、钠离子的外加剂时，必须进行专门试验。在一般情况下，海砂可以配制混凝土和钢筋混凝土，但由于海砂含盐量较大，对钢筋有锈蚀作用，故对钢筋混凝土，海砂中氯离子含量不应超过O06(以干砂重的百分率计)。预应力混凝土不宜用海砂。若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于.。有些杂质如泥土、贝壳和杂物可在使用前经过冲洗、过筛处理将其清除。特别是配制高强度混凝土时更应严格些。当用较高标号水泥配制低强度混凝土时，由于水灰比(水与水泥的质量比)大，水泥用量少，拌合物的和易性不好。这时，如果砂中泥土细粉多一些，则只要将搅拌时间稍加延长，就可改善拌合物的和易性。 颗粒形状及表面特征细骨料的颗粒形状及表面特征会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，用它拌制的混凝土强度较高，但拌合物的流动性较差；河砂、海砂，其颗粒多呈圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，用来拌制混凝土，混凝土的强度则较低，但拌合物的流动性较好。 砂的颗粒级配及粗细程度砂的颗粒级配，即表示砂大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。：如果是同样粗细的砂，空隙最大图42(a ).两种粒径的砂搭配起来，空隙就减小了图42(b)；三种粒径的砂搭配，空隙就更小了图42(c)。由此可见，要想减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。 砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。 因此，在拌制混凝土时，这两个因素(砂的颗粒级配和粗细程度)应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙率及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实性与强度。可见控制砂的颗粒级配和粗细程度有很大的技术经济意义，因而它们是评定砂质量的重要指标。仅用粗细程度这一指标是不能作为判据的。 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法，是用一套孔径(净尺寸)为5、2？50、1？25、O？63、 O315及O16mm的标准筛，将500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的砂的质量，并计算出各筛上的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5和a6(各筛上的筛余量占砂样总量的百分率)及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6(各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率相加在一起)。累计筛余与分计筛余的关系见表41。 根据O63mm筛孔的累计筛余量分成三个级配区(表42)，混凝土用砂的颗粒级配，应处于表42中的任何一个级配区以内。砂的实际颗粒级配与表中所列的累计筛余百分率相比，除5mm和O63mm筛号外，允许有超出分区界线，但其总量百分率不应大于5。以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，根据表42规定画出砂1、2、3级配区的筛分曲线，如图43所示。砂过粗(细度模数大于37)配成的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，且内摩擦大，不易振捣成型；砂过细(细度模数小于O7)配成的混凝土，既要增加较多的水泥用量，而且强度显著降低。所以这两种砂未包 括在级配区内。 注：1允许超出5的总量，是指几个粒级累计筛余百分率超出的和，或只是某一粒级的超出百分率。 2摘自普通混凝土用砂质量标准及检验方法JGJ5292。 从筛分曲线也可看出砂的粗细，筛分曲线超过第1区往右下偏时，表示砂过粗。筛分曲线超过第3区往左上偏时则表示砂过细。 如果砂的自然级配不合适，不符合级配区的要求，这时就要采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行试配，掺合使用。 为调整级配，在不得已时，也可将砂加以过筛，筛除过粗或过细的颗粒。 配制混凝土时宜优先选用2区砂；当采用1区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性要求；当采用3区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土的强度。对于泵送混凝土，宜选用中砂。 砂的坚固性砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。按标准(JGJ5292)规定，砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后其质量损失应符合表43规定。有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的混凝土用砂或有腐蚀介质作用或经常处于水位变化区的地下结构混凝土用砂，其坚固性质量损失率应小于8。 粗骨料综述普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石。由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的，粒径大于5mm的岩石颗粒，称为碎石或碎卵石。岩石由于自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的颗粒，称为卵石。 配制混凝土的粗骨料的质量要求有以下几个方面： 有害杂质粗骨料中常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质。它们的危害作用与在细骨料中的相同。它们的含量一般应符合表44中规定。当粗骨料中夹杂着活性氧化硅(活性氧化硅的矿物形式有蛋白石、玉髓和鳞石英等，含有活性氧化硅的岩石有流纹岩、安山岩和凝灰岩等)时，如果混凝土中所用的水泥又含有较多的碱，就可能发生碱骨料破坏。这是因为水泥中碱性氧化物水解后形成的氢氧化钠和氢氧化钾与骨料中的活性氧化硅起化学反应，结果在骨料表面生成了复杂的碱一硅酸凝胶。这样就改变了骨料与水泥浆原来界面，生成的凝胶是无限膨胀性的(指不断吸水后体积可以不断肿胀)，由于凝胶为水泥石所包围，故当凝胶吸水不断肿胀时，会把水泥石胀裂。这种碱性氧化物和活性氧化硅之间的化学作用通常称为碱骨料反应。重要工程的混凝土所使用的碎石或卵石应进行碱活性检验。经检验判定骨料有潜在危害时，则应遵守以下规定使用：使用含碱量小于O6的水泥或采用能抑制碱骨料反应的掺合料；当使用含钾、钠离子的混凝土外加剂时，必须进行专门试验。目前最常用的检验方法是砂浆长度法：这种方法是用含活性氧化硅的骨料与高碱水泥制成1：225的胶砂试块，在恒温、恒湿中养护，定期测定试块的膨胀值，直到龄期1 2个月。如果在6个月中，试块的膨胀率超过0？05或1年中超过 O1，这种骨料就认为是具有活性的。若骨料中含有活性碳酸盐，应用岩石柱法进行检验，经检验判定骨料有潜在危害时，不宜作混凝土骨料。另外粗骨料中严禁混入煅烧过的白云石或石灰石块。注：1摘自普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ5292)和普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ5392)。 2对有抗冻、抗渗或其他特殊要求的混凝土用砂，其含泥量不应大于3。 3对C10和C10以下的混凝土用砂，根据水泥标号，其含泥量可酌情放宽。 4对有抗冻抗渗或其它特殊要求的混凝土用砂，其泥块含量应不大于1。 5对C10和C10以下的混凝土用砂，根据水泥标号，其泥块含量可予以放宽。 6对有抗冻、抗渗要求的混凝土，砂中云母含量不应大于1。 7砂中如含有颗粒状的硫酸盐或硫化物，则要求经专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。 8对有抗冻、抗渗或其它特殊要求的混凝土，其所用碎石或卵石的含泥量不应大于1。 9碎石或卵石中如含泥基本上是非粘土质的石粉时，其总含量可由10及20分别提高到15和3.O。 10对C10和低于C10的混凝土用碎石或卵石，其含泥量可放宽到25。 11有抗冻、抗渗和其他特殊要求的混凝土，其所用碎石或卵石的泥块含量应不大于050。 12对于C10和C10以下的混凝土用碎石或卵石，其泥块含量可放宽到100。 13碎石或卵石中如含有颗粒状硫酸盐或硫化物，则要求经专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时方能采用。 14对ClO及C10以下的混凝土，其粗骨料中的针、片状颗粒含量可放宽到40。 颗粒形状及表面特征粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。碎石具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好，而卵石多为圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差，在水泥用量和水用量相同的情况下，碎石拌制的混凝土流动性较差，但强度较高，而卵石拌制的混凝土则流动性较好，但强度较低。如要求流动性相同，用卵石时用水量可少些，结果强度不一定低。 粗骨料的颗粒形状还有属于针状(颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径指一个粒级下限和上限粒径的平均值的2.4倍)和片状(厚度小于平均粒径的O4倍)的，这种针、片状颗粒过多，会使混凝土强度降低。针、片状颗粒含量一般应符合表44中规定。 最大粒径及颗粒级配()最大粒径 粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。当骨料粒径增大时，其比表面积随之减小。因此，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆或砂浆的数量也相应减少，所以粗骨料的最大粒径应在条件许可下，尽量选用得大些。由试验研究证明，最佳的最大粒径取决于混凝土的水泥用量。在水 泥用量少的混凝土中(每lm混凝土的水泥用量17kg)，采用大骨料是有利的。在普通配合比的结构混凝土中，骨料粒径大于40mm并没有好处。骨料最大粒径还受结构型式和配筋疏密限制。根据混凝土结构工程施工及验收规范。GB5020492的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的14，同时不得大于钢筋间最小净距的34。对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达12板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm。石子粒径过大，对运输和搅拌都不方便。 (2)颗粒级配 石子级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大关系。特别是拌制高强度混凝土，石子级配更为重要。 石子的级配也通过筛分试验来确定，石子的标准筛有孔径为25、5、10、16、20、25、315、40、50、63、80及100mm等12个筛子。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表45的规定。试样筛分所需筛号，应按表45中规定的级配要求选用。分计筛余百分率和累计筛余百分率计算均与砂的相同。 注：1摘自普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ5392)。 2公称粒级的上限为该粒级的最大粒径。单粒级一般用于组合成具有要求级配的连续粒级，它也可与连续粒级 的碎石或卵石混合使用，以改善它们的级配或配成较大粒度的连续粒级。 3根据混凝土工程和资源的具体情况，进行综合技术经济分析后，在特殊情况下，允许直接采用单粒级，但必须避免混凝土发生离析。 强度为保证混凝土的强度要求，粗骨料都必须是质地致密、具有足够的强度。碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示。当混凝土强度等级为C60及以上时，应进行岩石抗压强度检验。在选择采石场或对粗骨料强度有严格要求或对质量有争议时，也宜用岩石立方体强度作检验。对经常性的生产质量控制则可用压碎指标值检验。 用岩石立方体强度表示粗骨料强度。是将岩石制成5cm5cm5cm的立方体(或直径与高均为5cm的圆柱体)试件，在水饱和状态下，其抗压强度(MPa)与设计要求的混凝土强度等级之比，作为碎石或碎卵石的强度指标，根据JGJ5392规定不应小于15。但在一般情况下，火成岩试件的强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。 压碎指标表示石子抵抗压碎的能力，以间接地推测其相应的强度。压碎指标应符合表46和表47的规定。 坚固性有抗冻要求的混凝土所用粗骨料，要求测定其坚固性。即用硫酸钠溶液法检验，试样经五次循环后，其质量损失应不超过表48的规定。 注：有腐蚀性介质作用或经常处于水位变化区的地下结构或有抗疲劳、耐磨、抗冲击等要求的混凝土用碎石或卵石，其质量损失应不大于8？ (四)骨料的含水状态及饱和面干吸水率 骨料一般有干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态等四种含水状态，如图44所示。骨料含水率等于或接近于零时称干燥状态；含水率与大气湿度相平衡时称气干状态；骨料表面干燥而内部孔隙含水达饱和时称饱和面干状态；骨料不仅内部孔隙充满水，而且表面还附有一层表面水时称湿润状态。 在拌制混凝土时，由于骨料含水状态的不同，将影响混凝土的用水量和骨料用量。骨料在饱和面干状态时的含水率，称为饱和面干吸水率。在计算混凝土中各项材料的配合比时，如以饱和面干骨料为基准，则不会影响混凝土的用水量和骨料用量，因为饱和面干骨料既不从混凝土中吸取水分，也不向混凝土拌合物中释放水分。因此一些大型水利工程常以饱和面干状态骨料为基，这样混凝土的用水量和骨料用量的控制就较准确。而在一般工业与民用建筑工程中混凝土配合比设计，常以干燥状态骨料为基准。这是因为坚固的骨料其饱和面干吸水率一般不超过2，而且在工程施工中，必须经常测定骨料的含水率，以及时调整混凝土组成材料实际用量的比例，从而保证混凝土的质量。当细骨料被水湿润有表面水膜时，常会出现砂的堆积体积增大的现象。砂的这种性质在验收材料和配制混凝土按体积定量配料时具有重要意义。 (五)混凝土拌合及养护用水 混凝土拌合用水按水源可分为饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。 对混凝土拌合及养护用水的质量要求是：不得影响混凝土的和易性及凝结；不得有损于混凝土强度发展；不得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；