粗骨料顆粒級配對混凝土強度的影響

　　摘要：分析了粗骨料的最大粒徑、顆粒級配對混凝土強度的影響，并從理論上分析了其表面特征和顆粒形狀、強度對混凝土性能的影響。經分析得知，粗集料各方面的性能對混凝土的性能有較大的影響，其中以最大粒徑和顆粒級配對混凝土性能的影響最為顯著，高性能混凝土對粗集料的各方面性能均有較高的要求。

　　關鍵詞：粗骨料 連續(xù)級配 間斷級配

　　粒徑在5mm以上的巖石顆粒稱為粗骨料，即石子。粗骨料是混凝土的主要組成材料，其特征和性能直接影響和決定著混凝土的性能。粗骨料在混凝土中約占70%，是混凝土的主要組成成分。本文就粗骨料的物理性質對混凝土性能的影響分析如下。

　　1 最大粒徑

　　石子的粒徑越大，其比表面積相應減小，因此所需的水泥漿量相應減少，在一定的和易性和水泥用量的條件下，則能減少用水量而提高混凝土強度，從這個意義上說，石子的粒徑應盡量選用大一些的^[1]。但并不是粒徑越大越好，一是粒徑越大，顆粒內部缺陷存在的機率越大;二是粒徑越大，顆粒在混凝土拌合中下沉速度越快，造成混凝土內顆粒分布不均勻，進而使硬化后的混凝土強度降低，特別是流動性較大的泵送混凝土更加明顯。在普通混凝土中，碎石的最大粒徑是根據構件的截面尺寸和鋼筋間距來確定，粒徑的大小對強度影響不大。對此，我們做了實驗，其實驗結果如表1。

表1 C20級混凝土實驗結果

　　當混凝土水膠比較小(一般為不大于014)時，碎石的最大粒徑對混凝土強度的影響就很顯著，國 外一般認為其最大粒徑不宜超過10mm，我國現行規(guī)范規(guī)定為不超過3115mm，通常取20～ 25mm^[3] 。對此，我們也做了相應的實驗，實驗結果如表2。從表2中可見，碎石的最大粒徑對高強混凝土的強度有較大影響。因此，對于高性能混凝土，所用石子的最大粒徑要有限制。美國Mehta和加拿大Atcin認為^[2]，對大多數巖石來說，如果把最大粒徑減小到10～15mm，通常可以消除骨料的內在缺陷?；炷翉姸葹?0～100MPa時，石子最大粒徑可以選為不大于20mm，強度超過100MPa時，石子最大粒徑不能超過12mm。日本建議超高強混凝土石子的最大粒徑在10mm以下。但也不是說粒徑越小越好，粒徑太小，使得石子的比表面積增加，空隙率增大，勢必要增加水泥用量，提高成本，否則會影響混凝土的強度。同時，粒徑越小加工時粘附在石子表面上的粉塵越多，給施工沖洗帶來困難，一旦沖洗不干凈，則會大大削弱骨料界面的粘結力，進而降低混凝土的強度。

表2 C50級混凝土實驗結果

　　2 顆粒級配

　　級配對混凝土的和易性、經濟性有很大影響，直接影響到混凝土的強度、抗?jié)B、耐久性。較好的骨料級配應當是:空隙率小，以減少水泥用量并保證密實度;總表面積小，以減少濕潤骨料表面的需水量;有少量的細顆粒以滿足和易性的要求。石子的級配有兩種^[1]：即連續(xù)級配和間斷級配。關于級配對混凝土的影響，我們做了實驗，實驗結果如表3所示。從表3中可以看出，連續(xù)級配和間斷級配均對混凝土的性能有較大的影響。因此，在不具備連續(xù)級配的碎石時，可以采用間斷級配。顆粒級配越好，空隙率越小?？捎晒絇=(1-ρ0Πρ1)×100%計算，其中P為空隙率，ρ0為試樣的松散(或緊密)密度，ρ1為試樣密度。一般碎石的空隙率控制在44%以內為宜。

　　3 表面特征和顆粒形狀

　　碎石的表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及形成的空隙特征等。一般情況下，卵石表面光滑，少棱角，空隙與表面積較小，拌制混凝土時用水泥量較少，和易性較好，但與水泥漿的粘結力較差;碎石顆粒粗糙有棱角，空隙率和總表面積大，與卵石混凝土比較，碎石混凝土所需水泥漿較多，但與水泥漿的粘結力較強。圖1也充分說明了這一點。所以在同樣條件下，碎石混凝土強度高，故配制高強混凝土宜用碎石。

　　碎石的顆粒形狀以接近球形或立方體形為優(yōu)，以針狀、片狀顆粒為差。當含有較多的針、片狀顆粒時，將增加空隙率，降低混凝土拌合物的和易性，骨料界面粘結力下降，并且針、片狀顆粒受力時容易折斷，進而影響混凝土強度。《標準》規(guī)定，碎石或卵石中針、片狀顆粒含量應符合表4的要求。

　　表4 針、片狀粗骨料顆粒含量

圖1 骨料品種對混凝土強度的影響

　　4 強度

　　天然石子有很高的強度，即使是經強烈風化的低強度花崗巖，其巖石抗壓強度也可達80～100MPa;粗?；◢弾r巖石強度可達120～140MPa；非常堅硬的粗?；◢弾r強度可達180～200MPa^[2]。要求巖石的抗壓強度與混凝土強度之比不應小于115。因此，在普通混凝土中，碎石的強度對混凝土強度的影響不大，但對高強混凝土則大不相同。高強混凝土的水膠比較小，水泥砂漿構成的水泥強度較高，所以要求碎石的強度也要相應提高。在工程中，一般衡量粗骨料強度大都采用壓碎指標?；炷翉姸鹊燃墳镃60級以上時應進行巖石抗壓強度檢驗，其他情況下如有懷疑或認為有必要時也可進行巖石的抗壓強度檢驗。碎石的壓碎指標應符合表5規(guī)定。

表5 粗骨料的壓碎指標值

　　綜上所述，碎石的最大粒徑對普通混凝土的性能影響不大;對高性能混凝土有顯著影響，我國現行規(guī)范規(guī)定為不超過3115mm，通常取20～25mm。顆粒級配對混凝土的性能有很大影響，粗骨料級配后的空隙率應不大于44%。表面特征以表面粗糙為好，顆粒形狀以接近球形或立方體形為優(yōu)。其強度對普通混凝土性能幾乎無影響，高性能混凝土對此有較高要求。

　　參考文獻: 

      [1] 王華生，趙慧如?；炷凉こ瘫銛y手冊[S]。北京:機械工業(yè)出版社，2001。

　　[2] 吳中偉，廉慧珍。高性能混凝土[M]。北京:中國鐵道出版社，1999。

　　[3] 馮 浩，朱清江?；炷镣饧觿┕こ虘檬謨訹S]。北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999。