陈冬铭老师一级建造师《港口与航道工程实务》精讲班课程，本节视频讲解一级建造师《港口与航道工程实务》港口与航道工程项目施工管理--混凝土原材料，免费试听陈冬铭老师精讲班课程>>
陈冬铭老师介绍
一级建造师、高级工程师、讲师。原就职于中交一航局，积累了丰富的港航工程施工技术管理工作经验。自2014年以来，从事港航一级建造师培训。其授课紧紧围绕小专业特色：理论与实际结合紧密，伸入浅出，通俗易懂；考情研究透彻，思路清晰，框架明确；对考试重点把握准确，化繁为简，化零为整。
1E410000 港口与航道工程技术
第4讲 混凝土原材料
1E411030 港口与航道工程常用混凝土原材料
1E411031 水泥
港口与航道工程水泥，按其混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、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。
不同品种的水泥，其性能不同。根据港口与航道工程所处的特殊环境及混凝土的使用要求，选用水泥时必须考虑以下几项技术条件：
（1） 水泥的品种、强度等级。
（2） 水泥的凝结时间，在所使用的环境条件下，早期、后期强度的发展规律。
（3） 在所使用的环境条件下，所制备混凝土的稳定性及耐久性。
（4） 相关的其他特殊性能，如抗渗性、水化热等。
一、港口与航道工程常用的水泥
港口与航道工程常用的水泥为国家标准《通用硅酸盐水泥）） ，通用硅酸盐水泥代号和组分见表1E411031。其品种及强度等级是：
二、不同品种水泥在港口与航道工程中的应用范围
1. 普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料中的铝酸三钙含量宜在6%~12%范围内。
2. 立窑水泥在符合有关标准的情况下，可用于不冻地区的素混凝土和一般建筑物的钢筋混凝土工程;当有充分论证时，方可用于不冻地区海水环境中的钢筋混凝土和受冻地区的素混凝土工程。在使用中均应加强质量检验。
3. 在混凝土中，应根据不同地区、不同部位及不同特性选用适当的水泥品种：
（1） 有抗冻要求的混凝土，宜采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥;
（2） 不受冻地区海水环境浪溅区部位混凝土，宜采用矿渣硅酸盐水泥，特别是大掺量矿渣硅酸盐水泥;
（3） 大体积混凝土宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。采用普通硅酸盐水泥时，宜掺入粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等活性掺合料。
（4） 高性能混凝土宜选用标准稠度用水量低的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，不宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。
（5） 烧粘土质的火山灰质硅酸盐水泥，在各种环境中的港口与航道工程均严禁使用。
4. 与其他侵蚀性水接触的混凝土所用水泥，应按有关规定选用。
5. 采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥时，宜同时掺加减水剂或有效减水剂。
1E411032 骨料
一、粗骨料
应采用质地坚硬、颗粒密度不低于2300kg/m3的碎石、卵石或二者混合作为混凝土的粗骨料。 对混凝土粗骨料的质量要求主要包括以下5项：
1.岩石强度或碎石压碎指标
2. 对粗骨料所含杂质的限值
3.对骨料有缺陷颗粒含量的限值
4. 对骨料最大粒径的要求
5. 海水环境中严禁使用碱活性骨料。
1.岩石强度或碎石压碎指标
岩石强度或碎石压碎指标 表1E411032-1
注：1.沉积岩包括：石灰岩、砂岩等。
2.变质岩包括：片麻岩、石英岩等。
3.深成的火成岩包括：花岗岩、正长石、橄榄岩等。
4.喷出的火成岩包括：玄武岩、辉绿岩等。
2. 对粗骨料所含杂质的限值
粗骨料杂质含量的限值 表1E411032-2
3.对骨料有缺陷颗粒含量的限值
骨料有缺陷颗粒主要指针片状颗粒、山皮水锈颗粒及软弱颗粒。
对骨料中针片状、山皮水锈和软弱颗粒含量的限值 表1E411032-3
4.对骨料最大粒径的要求
（1）不大于80mm。
（2）不大于构件截面最小尺寸的1/4。
（3） 不大于钢筋最小净距的3/4,最大粒径可不大于1/2板厚。
（4） 不大于混凝土保护层厚度的4/5,对南方浪溉区不大于混凝土保护层厚度的2/3。
（5） 对厚度不大于100mm的混凝土板，最大粒径可不大于1/2板厚。
5. 海水环境中严禁使用碱活性骨料。
二、细骨料
1.一般宜用质地坚固、粒径在5mm以下的砂作为混凝土的细骨料。
混凝土用砂的杂质含量限值 表1E411032-4
注：1.有抗冻要求和强度等级大于等于C30的混凝土，对砂的坚固性有怀疑时，应用硫酸盐法进行检验。经5次浸烘循环后的失重率不应大于8%。
2.对惯用砂源可免除表中2、4、5项检验。
3.表中轻物质指表观密度低于2000kg/m3的杂质。
2.砂按粗细度的分类
砂的粗细程度按细度模数划分为粗砂、中砂、细砂、特细砂。
砂的粗细程度按细度模数的划分 表1E411032-5
3.砂的颗粒级配分区及应用
（1）按砂的颗粒级配分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区砂。
砂的颗粒级配分区 表1E411032-6
（2）砂的颗粒级配分区的应用
1）Ⅰ区砂宜于配制低流动性混凝土，特别是当级配趋近分区上限时，宜适当提高混凝土的砂率，确保混凝土不离析。
2）II区砂级配理想，宜于配制各种强度的混凝土。
3）III区砂配制混凝土时应适当降低砂率，或掺用减水剂，以提高混凝土拌合物的和易性，使其易于振捣密实。
4.海砂的应用
（1） 海砂作为混凝土的细骨料，对浪溅区、水位变动区的钢筋混凝土，海砂中的氯离子的含量不宜超过胶凝材料质量的0.07%。超过时，宜以淡水淋洗，使之降至限值以下；淋洗确有困难的，可在混凝土中掺人适量的亚硝酸钙或其他经过论证有效的钢筋阻锈剂。
（2） 在碳素钢丝、钢绞线及钢筋有效应力大于400MP的预应力混凝土中不宜采用海砂。不得不采用时，海砂中的氯离子的含量不宜超过胶凝材料质量的0.03%。
（3） 应用海砂时，应能保证包括胶凝材料、拌合水、粗细骨料、外加剂、其他掺合料在内的混凝土拌合物的氯离子总含量不超过表1E411032-7所列限值。
混凝土拌合物氯离子的最高限量（%） 表1E411032-7
1E411033 掺合料
一、粉煤灰
粉煤灰曾是火力发电厂磨细煤粉燃烧后的废弃物，是混凝土中应用最广泛的掺合料。
粉煤灰的基本物理特性 表1E411033-2
1. 工作性
粉煤灰可改善混凝土拌合物的工作性能。延长混凝土的可操作时间；掺入粉煤灰可减少混凝土的用水量、减少泌水和离析。（增加流动性和保水性）
2. 节省水泥
同时掺入粉煤灰和有效减水剂，可使得拌合物的浆体数量增大，等量取代10%~15% 水泥。
3. 强度
掺入粉煤灰可明显提高混凝土的强度。掺入一定量粉煤灰对于强度的提高与增加等量水泥的效果相比较，以前者更加明显。 掺入粉煤灰的混凝土的早期强度略低，但以后各龄期的强度均较对比混凝土有明显提高。 （后强性能）
4. 水化热
用粉煤灰取代等量或超量的水泥，可有效降低混凝土的水化热，粉煤灰的缓凝作用也可降低混凝土的水化热温升。
5. 耐久性
粉煤灰细度高、比表面积大，掺入混凝土中可减少其空隙，可提高其抗渗性和抗化学腐蚀的能力，降低干缩变形。
二、粒化高炉矿渣磨细粉
粒化高炉矿渣粉的技术指标 表1E411033-4
注：1.粒化高炉矿渣粉的磨细度不小于4000cm2/g；
2.用硅酸盐水泥拌制混凝土，掺量不小于胶凝材料质量的50%；用普通硅酸盐水泥拌制混凝土，掺量不小于胶凝材料质量的40%。
粒化高炉矿渣粉对混凝土性能的影响：
1.改善混凝土的流动性
粒化高炉矿渣粉对混凝土有显著的流化增强效应。掺入混凝土中的磨细矿渣粉，极其微细的磨细颗粒对水泥颗粒间和水泥的絮凝体间的填充置换作用,释放出了其间的水分,增大浆体的流动性;当磨细矿渣粉与有效减水剂共同作用时,磨细矿渣粉微粒及吸附在颗粒上的有效减水剂粒子呈现强烈的分散作用,打散水泥絮凝体,释放出被吸附和包裹的水,增大流动性。
2.提高混凝土的强度
一方面由于磨细工艺提高了混凝土胶凝材料的水化反应活性,另一方面由于微观充填置换的致密效应和减水降低水灰比,提高混凝土的强度。
3.改善混凝土的耐久性
磨细矿渣粉的微细颗粒改善了混凝土的微观结构。使其更加致密,提高了混凝土包括抗渗性、抗蚀性、抗冻融循环破坏作用等在内的耐久性以及抑制碱一骨料反应的性能。
三、硅灰
硅灰是钢厂和铁合金厂生产硅钢和硅铁时产生的一种烟尘的灰色沉积物。其主要成分是SiＯ2,含量在90%以上。颗粒呈极微细的玻璃球体状,粒径为0.1~0.3μm,是水泥颗粒粒径的1/100~1/50。
硅灰的技术指标 表1E411033-6
硅灰对混凝土性能的影响：
1.显著提高混凝土的强度
掺入5%~10%的硅灰或取代部分水泥,都能显著提高混凝土的强度，尤其是同时复合使用有效减水剂时强度提高更多。28d和91d的强度可提高60%以上
2.提高耐久性
掺加适量的硅灰提高了水泥的水化度,特别是硅灰与Ca(OH)2的二次水化，增加了混凝土的凝胶体数量，改善了胶凝材料与骨料界面的结合性能。掺加硅灰后水泥浆体的毛细孔数量减少，直径大于0.1μm的大孔在28d龄期时接近于0，而不掺硅灰的水泥浆体中大孔的体积相应为0.225mL/g，从而使混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性得到提高，例如掺入硅灰和有效减水剂的引气混凝土的耐冻融循环次数可以从300~400次提高到1000次以上。
活性矿物掺合料是配制高性能混凝土的关键条件之一。
活性矿物掺合料适宜的掺量 表1E411033-7
注：配制高性能混凝土时，掺粒化高炉磨细矿渣粉或粉煤灰时可同时掺用2%~4%的硅灰。
1E411034 外加剂
混凝土外加剂是在其搅拌过程中加人的用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。混凝土外加剂按其主要功能分为四类：
1.改善混凝土拌合物流变性能的外加剂,包括各种减水剂、流化剂和泵送剂等。
2.调节混凝土凝结时间、硬化过程和性能的外加剂,包括缓凝剂、促凝剂、速凝剂等。
3.改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂、阻锈剂等。
4.改善混凝土其他性能的外加剂,包括膨胀剂、防冻剂等。
一、引气剂
引气剂是在混凝土搅拌过程中能大量引人均匀分布稳定而封闭的微细气泡且能保留在硬化混凝土中的外加剂,如松香热聚合物。
松香热聚合物引气剂是配制高抗冻性能混凝土的关键条件之一。
引气剂（松香热聚合物）对混凝土性能的影响：
1.引入大量的微细气泡（在含气量为5%的1m3混凝土中，含有直径50~100μm的气泡约400×108个）均匀分布于混凝土中，因其润隔、滚动效应，降低了骨料间的磨阻，改善了混凝土的和易性，增大了流动性和坍落度。含气量每增加1%，坍落度可增大约8mm。
2.微细气泡阻滞了骨料与拌合水分离、下沉的趋势，显著降低了混凝土的泌水率。含气量每增加1%，泌水率降低6%~8%。
3.大量互不连通的微细气泡阻断了毛细孔道的渗水性，提高混凝土的抗渗性、抗蚀性；气泡阻断了海水的渗入和冻结，缓冲了结冰体膨胀的挤压应力，提高了混凝土抗冻融循环破坏的耐久性。
4.随含气量的增加，混凝土的抗压强度略有降低。含气量每增加1%，抗压强度降低2%~4%。
二、有效减水剂
有效减水剂是在保持混凝土相同配合比和稠度（坍落度、流动性）不变的条件下，具有大幅度减少混凝土拌合用水（≥25%）和增强作用的外加剂。
有效减水剂是配制高性能混凝土的关键条件之一。
目前，应用较广泛的有效减水剂有以下三大类：
1.萘系：是以萘及其同系物经磺化、缩合而成的萘磺酸甲醛浓缩物。
2.树脂系：由三聚氰胺、甲醛和亚硫酸钠经缩合而成的水溶性聚合物。
3.氨基磺酸盐系：以氨基苯磺酸、苯酚、甲醛为主要原料缩合而成。
有效减水剂对混凝土性能的影响：
1.对新拌混凝土的影响
（1）改善混凝土的和易性，提高流动性，增大坍落度，降低泌水性。
（2）相同流动性下可显著减少混凝土的拌合水，降低水灰比。
2.对混凝土凝结硬化过程的影响
正常情况下，有效减水剂对混凝土的凝结时间和水化热温升没有明显影响。
3.对硬化混凝土性能的影响
（1）显著提高混凝土的抗压强度，增大混凝土的弹性模量。
（2）显著改善混凝土的抗渗性。
（3）提高混凝土抗冻性。
（4）提高混凝土耐蚀性、抗碳化和抗钢筋锈蚀的能力。
三、膨胀剂及其应用
膨胀剂是在混凝土硬化过程中因化学作用而使其体积产生一定膨胀的外加剂。硫铝酸钙系的U形膨胀剂在港口工程中应用较为广泛。
膨胀剂的应用：
1.制备补偿收缩混凝土：应用于地下、水下、海水中的构筑物，船坞、船闸、泵房、廊道；港口工程大体积混凝土的防渗补漏。
2.制各填充膨胀砂浆、混凝土：用于结构后浇带、闭合块；框架、梁柱结构接头无收缩填充。
3.制备灌浆膨胀砂浆：应用于后张预应力混凝土预应力钢筋孔道灌浆，岩基、结构裂缝灌浆补强。
四、防冻剂及其应用
防冻剂是能使混凝土在一定负温下凝结硬化，并在一定养护条件下达到预期性能的外加剂。
港口工程中常用的防冻剂有硫酸钠、亚硝酸钠、三乙醇胺等。防冻剂能保证混凝土的液相冰点降低到一定程度，在确定的温度下不被冻结或仅部分冻结，为低温下水泥的水化提供液化水这一必要条件。
掺防冻剂混凝土的一般性能 表1E411034
五、缓凝剂及其应用缓凝剂是用以延长混凝土凝结时间的外加剂。常用的缓凝剂有木质素磺酸盐及其衍生物—木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁等。
缓凝剂的应用：
1.应用于需要延长混凝土凝结时间的工程,例如大面积铺筑混凝土分层施工、流水作业时，为保证上下层混凝土的充分整体结合，可适当延长下层混凝土的凝结时间。
2.应用于大体积混凝土，应用缓凝剂延长混凝土的凝结时间即延长了混凝土水化热的释放延时，降低水化热温升的峰值,降低混凝土内外温差，即降低混凝土的温度应力，消除或减少结构的温度裂缝。
六、钢筋阻锈剂
钢筋阻锈剂是能抑制或减轻混凝土中钢筋或其他金属预埋件锈蚀的外加剂。典型的钢筋阻锈剂有：亚硝酸钠、亚硝酸钙等。
七、絮凝剂
絮凝剂是在灌注水下混凝土时，能增加混凝土的黏稠性，抵抗水泥和骨料在水中分离的外加剂。工程中常用的絮凝剂有聚丙烯系：如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠；纤维素系：如甲基纤维素、羧甲基纤维素；其他如聚乙烯醇等。
絮凝剂应用于港口航道工程水下混凝土的浇筑、结构填充、沉井封底、水下连续墙、混凝土基础、承台的浇筑，水下大面积混凝土的铺筑；大口径水下灌注桩混凝土的灌注等工程等。
