粗骨料粒徑和級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響

李從喜

(湖北鄂州玖鑫商砼有限公司，湖北 鄂州 436030)

0 前言

粒徑大于4.75mm 的巖石顆粒稱(chēng)為粗骨料，即石子。粗骨料的重量在混凝土中約占總重量的60%～70%[1]，是混凝土的主要組成成分之一，其粒徑和級(jí)配對(duì)混凝土的性能有顯著影響。本文對(duì)粗骨料的粒徑和級(jí)配從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行分析，并根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果采取合理的粒徑和級(jí)配，為生產(chǎn)高強(qiáng)度、高經(jīng)濟(jì)性、高工作性的混凝土提供參考。

1 粒徑的大小選擇

1.1 理論分析

粗骨料的粒徑越大，其比表面積就相應(yīng)減小，因此骨料表面包裹的水泥漿量也相應(yīng)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的強(qiáng)度。從這個(gè)意義上說(shuō)，石子的粒徑應(yīng)盡量選用大些，但并不是粒徑越大就越好，一是根據(jù)GB50164-2011 《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》中的2.2.3規(guī)定：粗骨料最大公稱(chēng)粒徑不得大于構(gòu)件截面最小尺寸的1/4，且不得大于鋼筋最小凈間距的3/4；對(duì)混凝土實(shí)心板，骨料的最大公稱(chēng)粒徑不宜大于板厚的1/3，且不得大于40mm；二是粒徑越大顆粒內(nèi)部缺陷存在的機(jī)率越大，對(duì)高強(qiáng)混凝土不利；三是粒徑越大，顆粒在混凝土拌合物中下沉速度越快，造成混凝土內(nèi)顆粒分布不均，影響混凝土強(qiáng)度。對(duì)于高水灰比低強(qiáng)度混凝土來(lái)說(shuō)粒徑對(duì)強(qiáng)度影響不是很大，由于高水灰比混凝土漿量較少，因此盡量選擇較大的粗骨料粒徑來(lái)減少比表面積，從而減少包裹骨料的漿體，來(lái)增加漿體層的厚度，提高混凝土的性能。對(duì)于低水灰比的高強(qiáng)度混凝土，粗骨料粒徑對(duì)強(qiáng)度影響很顯著。究其原因，一是粒徑越大顆粒內(nèi)部缺陷存在的機(jī)率越大。美國(guó)Mehta 和加拿大Aitcin 認(rèn)為[2]，對(duì)大多數(shù)巖石來(lái)說(shuō)，如果把最大粒徑減小到10～15mm，通常可以消除骨料的內(nèi)在缺陷；二是粗骨料粒徑減小可以增加粗骨料與水泥的粘接面積，提高水泥石與粗骨料界面性能，對(duì)低水灰比混凝土的抗?jié)B、抗裂、強(qiáng)度都有很大的提高。但也不是說(shuō)粗骨料粒徑越小越好，粒徑太小，使石子的比表面積增加，空隙率增加，這就需要足夠多的水泥漿量，勢(shì)必需要增加水泥用量，提高成本，否則會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。同時(shí)，粒徑越小加工時(shí)粘附在石子表面的粉塵越多，如果粉塵處理不夠好，則會(huì)大大降低骨料界面的粘結(jié)力，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度，同時(shí)還會(huì)使混凝土的坍落度損失加快和降低減水劑的減水功效，造成減水劑用量增加，進(jìn)而增加成本。

1.2 實(shí)驗(yàn)分析

表1 混凝土實(shí)驗(yàn)結(jié)果1

表2 混凝土實(shí)驗(yàn)結(jié)果2

[3]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）為例進(jìn)行分析。

從實(shí)驗(yàn)中可以看到，在高水灰比低強(qiáng)度的混凝土中，石子的最大粒級(jí)對(duì)強(qiáng)度的影響較小，其粒徑大小的選擇主要是根據(jù)GB50164-2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)的2.2.3 和JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》內(nèi)的表7.4.1 規(guī)定來(lái)確定。在低水灰比高強(qiáng)度的混凝土中，石子的粒徑大小對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較大，國(guó)外一般認(rèn)為其最大粒徑不宜超過(guò)10mm，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定為不超過(guò)31.5mm，通常取20～25mm[4]。

2 粗骨料級(jí)配對(duì)混凝土影響

2.1 理論分析

粗骨料的顆粒級(jí)配可分為連續(xù)級(jí)配和單粒級(jí)配。混凝土用石應(yīng)采用連續(xù)粒級(jí)。連續(xù)粒級(jí)具有堆積緊密，空隙小，比表面積小等特點(diǎn)，用其配制的混凝土具有良好的和易性。單粒級(jí)宜用于組合成滿(mǎn)足要求的連續(xù)粒級(jí)；也可與連續(xù)粒級(jí)混合使用，以改善其級(jí)配或配成較大粒度的連續(xù)級(jí)配。好的級(jí)配可使孔隙率和總比表面積均較小，用它來(lái)配制混凝土一是可以減少水泥漿的用量，降低成本提高效益；二是水泥漿用量的減少可以降低水化熱，減少混凝土的干縮；三是降低用水量可以提高混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度和其它的一些性能；四是具有良好的工作性，澆筑成型后，可獲得密實(shí)均勻、強(qiáng)度高的混凝土。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

以參考文獻(xiàn)[3]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）為例進(jìn)行分析。

從實(shí)驗(yàn)中可以看到，連續(xù)級(jí)配、間斷級(jí)配和單粒級(jí)配均對(duì)混凝土的性能有較大的影響。因此，在不具備連續(xù)級(jí)配時(shí)，可以采用間斷級(jí)配。單粒級(jí)不宜配制混凝土，應(yīng)與間斷級(jí)配或連續(xù)級(jí)配的石子組合成連續(xù)級(jí)配。單粒級(jí)的粗骨料組合成連續(xù)粒級(jí)的粗骨料，可用方程法和圖解法來(lái)改善粗骨料的級(jí)配[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

粗骨料的粒徑大小選用和級(jí)配是否連續(xù)，對(duì)混凝土的性能、強(qiáng)度都有影響。對(duì)于高水灰比低強(qiáng)度的混凝土，在符合規(guī)范，滿(mǎn)足施工要求時(shí)粗骨料粒徑盡量選用大些。對(duì)于低水灰比高強(qiáng)度的混凝土，粗骨料粒徑盡量選用小些。同時(shí)配制混凝土用石應(yīng)采用連續(xù)粒級(jí)，不滿(mǎn)足要求時(shí)，可進(jìn)行組合或與連續(xù)粒級(jí)混合使用。

合理的選材，可以生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高經(jīng)濟(jì)性、高工作性的混凝土。

參考文獻(xiàn)

[1]劉國(guó)華，陳斌，曹學(xué)友.粗骨料對(duì)混凝土性能的影響與定量評(píng)價(jià)[J].浙江水利科技，2003，(6): 1-3.

[2]吳忠偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[3]王雨利，管學(xué)茂，潘啟東，等.粗骨料顆粒級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，(3): 213-215

[4]馮浩，朱清江.混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[5]穆紅旗.改善粗骨料級(jí)配的兩種方法[J].安徽建筑，2000，(1): 92-94