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粗骨料性能对混凝土强度的影响


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粗骨料性能对混凝土强度的影响
卢亮亮
(山东淄建集团有限公司,山东 淄博 255000)
职称论文代发表

摘要: 粗骨料各方面的性能对混凝土都有较大的影响,其中以最大粒径和 颗粒级配对混凝土性能的影响最为显著,高性能混凝土对粗骨料的各方面 性能要求更高。本文分析了粗骨料的最大粒径、颗粒级配对混凝土强度的 影响,并从理论上分析了其表面特征及物理性能对混凝土性能的影响。 关 键 词:粗骨料;级配;强度 在混凝土工程中粒径在 0.15-5mm 之间的岩石颗粒称为细骨料,粒径在 5 mm 以上的岩石颗粒称为粗骨料,即石子。粗骨料是混凝土的主要组成材料, 其特征和性能直接影响和决定着混凝土的性能。本文就粗骨料的各方面的 性能对混凝土强度的影响做如下分析。

1、最大粒径
骨料的公称粒径的上限为该粒级的最大粒径。骨料的最大粒径大,比 表面积小,空隙率也比较小。这就可以节省水泥与用水量,提高混凝土的 密实度,抗渗性,强度。所以一般尽量选用较大的骨料最大粒径。 最大粒径的尺寸选择受结构物的尺寸及钢筋的密度限制,在选择最大 粒径时,应该视具体工程特点而定。粒径越大,颗粒内部缺陷存在的机率 越大;粒径越大,颗粒在混凝土拌合中下沉速度越快,造成混凝土内部颗粒 分布不均匀,进而使硬化后的混凝土整体强度降低。在普通混凝土中 ,粗 骨料的最大粒径对强度影响不大。 对此, 我们做了实验, 其实验结果如表 1。
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表 1 C30 混凝土试验结果
序号 W/C 水 泥 用 量 (kg/m3) 350 350 外加剂 (%) 0.8 0.8 砂率 (%) 37 37 粗骨料(mm) 5-10 135 380 10-25 305 820 25-40 760 抗压强度 (Mpa) 7d 26.9 27.2 28d 37.6 38.5

1 2

0.5 0.5

但是在配制高强混凝土时,碎石的最大粒径对混凝土强度却较为为显 著, 我国现行规范规定为不超过 31.5mm , 通常取 20~25 mm 。 对此 , 我 们也做了相应的实验,实验结果如表 2。 表2
序 号 1 2 W/C 水 泥 用 量 3 (kg/m ) 530 530 外加剂 (%) 1.0 1.0

C60 级混凝土试验结果
砂率 (%) 37 37 粗骨料(mm) 5-10 115 335 10-25 270 820 25-40 760 抗压强度(Mpa) 7d 46.9 56.2 28d 64.6 70.3

0.3 0.3

从表 2 中可见,碎石的最大粒径对高强混凝土的强度有较大影响。因 此, 对于高性能混凝土, 所用石子的最大粒径要有限制。 混凝土强度为 60~ 100MPa 时,石子最大粒径可以选为不大于 20mm。在配制高强混凝土时要限 制粗集料的最大粒径,其主要原因如下: ①在集料与水泥石界面,不可避免地存在着界面过渡区,这是混凝土 中的最薄弱环节。集料尺寸越大,界面过渡区也越大。在混凝土受力过程 中,较大缺陷边缘将产生较大的应力集中,使得混凝土承受荷载的能力下 降,因而混凝土强度降低。 ②由于水泥石与集料弹性变形性能的不一致性,在混凝土受力过程中 将产生混凝土内部应力分布的不均匀性。集料粒径越大,混凝土各部分所
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承受的应力差别也越大。 由于上述这些原因,具有较大粒径集料的混凝土往往难以达到很高的 强度,因此,在配制高强混凝土时常常限制集料的最大粒径。

2、颗粒级配
骨料的级配如果选择不当,则需要多耗费水泥浆,才能使混凝土获得 良好的流动性。有时,即使多使用水泥,硬化后的性能也受一定的影响。 故骨料级配具有一定的现实意义。关于级配对混凝土的影响,我们做了实 验,实验结果如表 3 所示。

序 号 1 2 3

W/C

水泥 用量 (kg/m3) 530 530 530

外加剂 (%) 1.0 1.0 1.0

砂率 (%) 39 35 37

粗骨料(mm) 5-10 106 266 10-25 320 25-40 1140 714 874

抗压强度 (Mpa) 7d 46.8 56.2 28d 59.2 68.3 67.9

0.3 0.3 0.3

从表 3 中可以看出,连续级配和间断级配均对混凝土的强度有较大的 影响。因此,在不具备连续级配的碎石时,可以采用间断级配。颗粒级配 越好,空隙率越小。一般碎石的空隙率控制在 44 %以内为宜。

3 、物理性能和表面特征
碎石的表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及其颗粒形状等。一般 情况下,卵石表面光滑,少棱角,空隙较小,拌制混凝土时用水泥量较少, 和易性较好,但与水泥浆的粘结力较差; 碎石颗粒粗糙有棱角,空隙率和 总比表面积大,与卵石混凝土比较,碎石混凝土所需水泥量较大,但与水

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泥浆的粘结力较强。 骨料的颗粒形状以接近球形或立方体形为优,针片状颗粒为差。针片状颗 粒容易增加空隙率,降低混凝土的和易性,破坏界面间的粘结力,并且针 片状颗粒容易折断,所以针片状颗粒必须根据强度等级进行限制。

4、强



JGJ52 规定,岩石的抗压强度应该为混凝土强度的 1.5 倍以上。天然石 子有很高的强度 ,即使是经强烈风化的低强度花岗岩,其岩石抗压强度也 可达 80~100 MPa。因此,在普通混凝土中,碎石的强度对混凝土强度的 影响不大,但对高强混凝土则大不相同。高强混凝土的水胶比较小,水泥 砂浆构成的强度较高,所以要求碎石的强度也要相应提高。 综上所述 ,碎石的最大粒径对普通混凝土的性能影响不大; 对高性能混凝土却有显著影响,我国现行规范规定骨料的最大粒径为不超 过 31.5 mm,通常取 20~25 mm,粗骨料级配后的空隙率应不大于 44 %。 表面特征以表面粗糙为好,颗粒形状以接近球形或立方体形为优。其强度 对普通混凝土性能几乎无影响,高性能混凝土对此有较高要求。 参考文献 [1]冯乃谦。新实用混凝土大全 [ M]。北京:科学出版社 ,2005。 [2]吴中伟,廉慧珍。 高性能混凝土 [ M ]。北京:中国铁道出版社, 1999。 [3]冯 浩,朱清江。 混凝土外加剂工程应用手册 [ S]。北京:中国建筑工 业出版社, 1999。

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