建筑材料第2版：骨料种类及选用规范

骨料，又称集料。

按照粒径大小可分为粗骨料（粒径＞4．75mm）和细骨料（粒径＜4．75mm）。卵石、碎石是最常用的粗骨料，砂是最常用的细骨料。

按形成的条件，骨料可以分为天然骨料和人造骨料。天然骨料包括砂、砾石或者用天然岩石加工成的碎石。人造骨料，是用不同原材料和工艺人工制成的，多为轻骨料。

按骨料的容重，可以分为超轻质（＜500kg／m3）、轻质（500～800kg／m3）、结构用轻质（650～1 100kg／m3）、正常重（1 100～1 750kg／m3）和特重（＞2 100kg／m3）五种。

粗、细骨料在混凝土中占有的体积为70%～80%。在混凝土中，粗、细骨料一起形成骨架，水泥浆填充在骨架的空隙间。骨料在混凝土中并不是一种惰性填充料，而是在相当程度上影响着混凝土的强度、体积稳定性和耐久性，有时甚至于起着决定性的作用。

1）细骨料（砂）

（1）细骨料的来源

混凝土用砂分为天然砂和人工砂两种。天然砂是由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的大小不等、由不同矿物颗粒组成的混合物，为粒径在4．75mm以下的岩石颗粒。

天然砂按其产源不同可分为河砂、湖砂、海砂及山砂等几种。河砂、湖砂、海砂是在河流、湖泊及大海等天然水域中形成和堆积的岩石碎屑，它们由于长期受水流的冲刷作用，因而具有颗粒表面比较圆滑而清洁的特点，而且这些砂资源丰富，价格较低。但海砂中常含有贝壳碎片及盐类等有害杂质，使用时应冲洗，氯盐和有机不纯物含量不得超过国家标准的规定，在钢筋混凝土特别是预应力混凝土中应慎用。山砂是岩体风化后在山谷或旧河床等适当地形中堆积下来的岩石碎屑，它具有颗粒多棱角、表面粗糙、含泥量及有机杂质较多的特点，一般情况下，山砂的表面比较粗糙，需水量比河砂、湖砂和海砂高。相比较而言河砂较为适用，故建筑工程中一般都采用河砂作为细骨料。

人工砂是采用机械的方法将天然岩石破碎、磨制而成，它具有颗粒表面棱角多、比较清洁、砂中片状颗粒及细粉含量较多的特点。由于采用机械方法进行加工，因此人工砂的强度较高，一般只有在当地缺天然砂时才采用它作为混凝土的细骨料。

（2）细骨料的技术要求

骨料的细度、级配、颗粒形状、表面状况、含泥量、有害物质含量、坚固性等对混凝土的性能有重要影响。砂按照技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。

①砂的细度和颗粒级配

砂的细度是砂颗粒在总体上的大小程度，级配是砂颗粒大小的搭配情况（图4－2）。砂的细度和级配对混凝土的性能有重要的影响，也会影响混凝土的经济性。

在混凝土中，骨料表面需要包覆一层水泥浆而起润滑作用，骨料的空隙也需要水泥浆填充以达到密实。

骨料粗细不同，包覆的水泥浆数量也不同。骨料粗时，比表面积小，所需包覆的水泥浆就少，可达到节约水泥的目的；骨料细时，比表面积大，所需的水泥浆数量多，水泥用量增多，除了不经济之外，还会导致水化热大、收缩变形大、易开裂等不良影响。

骨料的级配会影响骨料的空隙率。砂级配好时，大小颗粒搭配合理，可以达到最小的空隙率，所需的水泥浆数量就少，混凝土也容易达成密实；反之，如级配不好，空隙率大，则用于填充在空隙中的水泥浆数量就多，如果水泥浆数量有限则不能有效地填充空隙，混凝土就不密实，会影响混凝土的各种性能。

图4－2　颗粒级配与空隙率的关系

砂的细度用细度模数表示，颗粒级配用级配曲线表示，两者都可以通过筛分析方法测定。筛分析方法是采用一套标准筛（方孔筛），孔径分别为9．50mm、4．75mm、2．36mm、1．18mm、0．60mm、0．30mm和0．15mm，对一定量的砂子进行依次过筛筛分，按筛孔大小将砂子分为不同的颗粒范围。以每级筛上未通过的砂子质量占砂子总量的百分数为分计筛余（%），以大于或等于某级筛的全部分计筛余之和为该号筛的累计筛余（%），见表4－1所示。根据不同筛子的累计筛余，就可以计算出砂子的细度模数，画出级配曲线并判断级配好坏。

表4－1　累计筛余的计算

设4．75mm、2．36mm、1．18mm、0．60mm、0．30mm和0．15mm筛的 分 计 筛 余 分 别 为a1、a2、a3、a4、a5、a6，累计筛余为A1、A2、A3、A4、A5、A6，则细度模数Mx可计算如下：

Mx越大，砂子越粗；反之则越细。《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》确定，砂的粗细程度按细度模数分为粗、中、细三级，其范围为：粗砂：Mx＝3．7～3．1；中砂：Mx＝3．0～2．3；细砂：Mx＝2．2～1．6。

砂按0．630mm筛孔的累计筛余量，分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区三个级配区（见表4－2）。每一级配区给出了不同筛孔上的累计筛余范围。砂的颗粒级配应处于表中的任何一个区以内。根据筛分析结果，如果各筛上的累计筛余落在某一级配区内，则该砂级配为合格。通常将级配区用图表示，筛分析结果也在图中给出，并依次连成折线，称为级配曲线。如果级配曲线落在某级配区范围内，则该砂级配合格。

表4－2　砂颗粒级配区

配制混凝土时，细骨料应优先采用粗、中河砂为好。细砂由于细小颗粒含量较多，在水灰比相同的情况下，用细砂拌制混凝土要比粗砂多用大约10%的水泥，而抗压强度却要下降10%以上，并且抗冻性与抗磨性也较差。而用粗、中砂拌制混凝土可以提高其强度和拌和物的工作性。

图4－3　砂的级配区曲线

配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。当采用I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；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土的强度（如图4－3）。

②砂的坚固性

坚固性是指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。

砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，试样经五次循环后其重量损失应符合质量损失的规定。对于有抗疲劳、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，其坚固性重量损失率应小于8%。

③含泥量和泥块含量

含泥量指砂中粒径小于0．075mm颗粒的含量。泥块含量指砂中粒径大于1．18mm，经水洗、手捏后粒径变成小于0．600mm颗粒的含量。

混凝土中的泥或泥块会影响骨料与水泥石的界面黏结，在混凝土中形成薄弱环节，进而影响混凝土的性能。因此，必须限制其在混凝土中的含量。

④砂中有害物质

骨料中的有害杂质云母会影响水泥与砂子的黏结，黑云母易于风化，影响混凝土耐久性；黏土、淤泥等有害杂质黏附在骨料的表面，会影响水泥石与骨料的黏结力，降低混凝土的强度，增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低混凝土的耐久性；硫化物及硫酸盐对水泥有腐蚀作用；有机杂质易于分解腐烂，析出有机酸，对水泥石有腐蚀作用。

砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物、硫酸盐和氯化物等有害物质，其含量应符合GB 14684的规定。

表4－3　砂中的有害物质限值

2）粗骨料

（1）粗骨料的定义和来源

普通混凝土的粗骨料有碎石和卵石两种。碎石是由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的粒径大于4．75mm的岩石颗粒。碎石具有表面粗糙、多棱角、较洁净、与水泥浆黏结比较牢固的特点，是土木工程中用量最大的粗骨料。卵石是由自然条件作用而形成的，粒径大于4．75mm的岩石颗粒，又称为砾石。按其产源不同可分为河卵石、海卵石及山卵石等几种，其中以河卵石应用较多。卵石中有机杂质含量较多，与碎石相比，卵石具有表面光滑、拌制混凝土时需水量小、拌和物的和易性较好等特点，但卵石与水泥石的胶结力较差，在相同条件下，卵石混凝土的强度较碎石混凝土的低。粗骨料按照技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。(www.xing528.com)

（2）粗骨料的技术要求

①颗粒形状与表面特征

骨料颗粒的形状，最好是近似于球形或立方体的形状，薄片状或细长的骨料本身受力时容易折断，影响混凝土强度，同时会增大混凝土的空隙率，需要更多量的水泥浆才能配制出满足和易性要求的混凝土；有棱角的骨料，在增大空隙率的同时，也增加了骨料之间的摩擦力，也需要有多量的水泥浆才能配制出满足和易性要求的混凝土。

碎石具有棱角，表面粗糙，碎石的内摩擦力大，与水泥黏结较好；碎石表面积比卵石大，与水泥石的黏结性好，有利于配制高强度混凝土。在水泥用量和用水量相同的情况下，碎石拌制的混凝土由于自身的内摩擦力大，拌和物的流动性降低，但碎石与水泥石的黏结较好，因而混凝土的强度较高。相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土强度高10%左右。在流动性和强度相同的情况下，采用碎石配制的混凝土水泥用量较大。而卵石多为圆形或椭球形，表面光滑，拌制的混凝土的流动性较好，但骨料与水泥的黏结较差，强度较低。当水灰比大于0．65时，二者配制的混凝土的强度基本上没有什么差异，然而当水灰比较小时强度相差较大。

②最大粒径与颗粒级配

骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粗骨料的最大粒径对混凝土的性能有重要的影响，也会影响混凝土的经济性。粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减小，因此包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥，并且在一定和易性及水泥用量条件下能减少用水量，提高混凝土强度。水泥用量下降，水化热随之降低，混凝土所产生的收缩裂纹机会降低。但是对于用普通混凝土配合比设计方法配制结构混凝土尤其是高强混凝土时，当粗骨料的最大粒径超过40mm时，由于减少用水量获得的强度提高，被较少的黏结面积及大粒径骨料造成不均匀性的不利影响所抵消，因而并没有什么好处。因此，在可能的情况下，粗骨料最大粒径应尽量选用大一些的。

最大粒径的确定，还要受到混凝土结构截面尺寸和配筋间距以及搅拌机和输送管道等条件的限制。《混凝土结构工程施工及验收规范》规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1／4，且不得大于钢筋间最小净距的3／4。对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1／2，且不得超过50mm。泵送混凝土用的碎石不应大于输送管内径的1／3，卵石不应大于输送管内径的2／5。

骨料级配是指骨料中不同粒径颗粒的搭配情况。骨料级配的好坏与混凝土是否具有良好的和易性、密实性有很大的关系，好的级配可以减少混凝土的需水量、空隙率，提高混凝土的耐久性。粗骨料级配合理良好，其空隙率越小，填充在其间的砂子少，包裹在砂子表面的水泥浆数量减少，单位体积混凝土的水泥砂浆用量降低。良好级配的骨料，不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而且还可以提高混凝土的和易性、密实度和强度。

粗骨料的级配有连续级配、间断级配和单粒级之分。

连续级配是将石子按其尺寸大小分级，其分级尺寸是连续的。连续级配的混凝土一般和易性良好，不易发生离析现象，是常用的级配方法。

间断级配是有意剔除中间尺寸的颗粒，使大颗粒与小颗粒间存在断档。按理论计算，当分级增大时，骨料空隙率降低的速率较连续级配快，因而间断级配可较好地发挥骨料的骨架作用而减少水泥用量。但容易产生离析现象，和易性较差。

连续级配及间断级配一般由各种单粒级组合为所要求的级配。单粒级也可与连续级配混合使用，以改善级配或配成较大粒度的连续级配。单粒级不宜用单一的单粒级配制混凝土。如必须单独使用，则应作技术经济分析，并应通过试验证明不会发生离析或影响混凝土的质量。

粗骨料的级配也是采用筛分析方法进行测定，按不同规格粗骨料各号筛的累计筛余情况评定级配是否合格。国家标准规定了不同规格的碎石或卵石的级配，如表4－4所示。颗粒级配不符合表中要求时，应采取措施并经试验证实能确保工程质量方允许使用。

表4－4　碎石或卵石的颗粒级配范围

续表4－4

③泥、泥块与有害物质

含泥量指粒径小于0．075mm的颗粒的含量。泥块含量指骨料中粒径大于4．75mm，经水洗、手捏后粒径变成小于2．36mm的颗粒的含量。

黏土、淤泥、细屑等粉状杂质本身强度极低，且总表面积很大。砂、石中的黏土、淤泥、细屑等粉状杂质含量增多，因包裹其表面所需的水泥浆量增加，造成混凝土的流动性降低。为保证拌和料的流动性，将使混凝土的拌和用水量增大，即W／C增大；黏土等粉状物还黏附在骨料的表面，降低水泥石与砂、石间的界面黏结强度，从而导致混凝土的强度和耐久性降低，变形增大；若保持强度不降低，必须增加水泥用量，但这将使混凝土的收缩变形增大，降低混凝土的耐久性。

泥块对混凝土性能的影响与上述粉状物的影响基本相同，但对强度和耐久性的影响程度更大。

一些有机杂质、硫化物及硫酸盐会影响水泥正常水化，引起水泥石腐蚀破坏，发生碱骨料反应，降低混凝土的耐久性。因此，国家标准中规定了碎石或卵石中的硫化物和硫酸盐含量，以及卵石中有机杂质等有害物质含量。另外，如发现有颗粒状硫酸盐或硫化物杂质的碎石或卵石，则要求进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时方可采用。

④强度与坚固性

混凝土中粗骨料起大的骨架作用。为保证混凝土的强度要求，粗骨料必须质地致密，具有足够的强度，尤其在配制高强混凝土时，避免混凝土受压时粗骨料首先被压碎，导致混凝土强度降低，影响其耐久性。

碎石的强度可用岩石的立方体抗压强度和压碎指标值表示；卵石的强度用压碎指标值表示。岩石的立方体抗压强度直接测定生产碎石的母岩的强度。岩石强度首先应由生产单位提供，混凝土强度等级为C60及以上时应进行岩石抗压强度检验，其他情况下如有怀疑或认为有必要时也可进行岩石的抗压强度检验。岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1．5，且火成岩强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。

母岩的立方体抗压强度要从矿山中取样，并进行切、磨加工，测定过程比较复杂。工程中通常采用压碎指标值进行质量控制。压碎指标值通过测定碎石或卵石抵抗压碎的能力，间接反映骨料的强度。国家标准规定将直径在9．5～19．0mm的风干试样装入压碎指标测定仪，加荷至200kN并稳定5s，通过2．36mm筛的颗粒质量占试样质量的百分数即为压碎指标值（如图4－4）。

图4－4　粗骨料压碎指标的测定

骨料的坚固性是指碎石或卵石在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力。碎石或卵石的坚固性用硫酸钠溶液法检验，试样经五次循环后，其重量损失应符合规定。

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，其重量损失应不大于8%。

⑤碱骨料反应

砂、石中的活性氧化硅会与水泥或混凝土中的碱产生碱骨料反应。该反应的结果是在骨料表面生成一种复杂的碱－硅酸凝胶，在潮湿条件下由于凝胶吸水而产生很大的体积膨胀，胀裂硬化混凝土的水泥石与骨料界面，使混凝土的强度、耐久性等下降。碱骨料反应往往需要几年、甚至十几年以上才表现出来，但对混凝土的损伤很大，通常称“碱骨料反应”为混凝土的“癌症”，故必须限制砂、石中活性氧化硅的含量。能与水泥或混凝土中的碱发生化学反应的骨料称为碱活性骨料，对重要工程的混凝土所使用的碎石和卵石应进行碱活性检验。

⑥骨料的含水状态

砂、石的含水状态可以分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态四种，如图4－5所示。干燥状态下骨料含水量近似于零；气干状态的骨料含水率与大气湿度平衡；饱和面干状态的骨料内部孔隙吸水饱和而表面干燥；湿润状态的骨料除了内部孔隙吸水饱和外，表面还附着部分自由水。计算普通混凝土初步配合比时要求是以干燥状态为基准。

图4－5　骨料的含水状态

3）拌和及养护用水

水是混凝土重要的组成材料，水质对混凝土的和易性、凝结时间、强度发展、耐久性及表面效果都有影响。

混凝土拌和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。符合国家标准的生活饮用水可拌制各种混凝土；地表水和地下水首次使用前应按标准进行检验。

用海水拌制混凝土时，由于海水中含有较多硫酸盐，混凝土的凝结速度加快，早期强度提高，但28d及后期强度下降（28d强度约降低10%），同时抗渗性和抗冻性也下降。当硫酸盐的含量较高时，还可能对水泥石造成腐蚀。同时，海水中含有大量氯盐，对混凝土中钢筋有加速锈蚀作用，因此对于钢筋混凝土和预应力混凝土结构不得采用海水拌制混凝土。

对有饰面要求的混凝土也不得采用海水拌制，因为海水中含有大量的氯盐、镁盐和硫酸盐，混凝土表面会产生盐析而影响装饰效果。

用于混凝土中的水，不允许含有油类、糖酸或其他污浊物，否则会影响水泥的正常凝结与硬化，甚至造成质量事故。

《钢筋混凝土工程施工验收规范》要求，混凝土拌和用水宜采用饮用水。用其他水做混凝土拌和水时，其质量必须达到表4－5中的要求。

表4－5　混凝土拌和用水水质要求