粗集料對混凝土抗壓強度的影響分析

■蔡美科 ■湛江市合生建材有限公司，廣東 湛江 524081

集料又名骨料，有粗細之分，是混凝土的主要組成材料，其主要作用是控制膠凝材料在凝結硬化過程中由于干縮濕脹而產生的體積變化和骨架支撐，粗集料粒徑一般在4.75mm 以上，例如碎石、卵石等，而粒徑在4.75mm 以下則為細集料，如天然砂等，粗集料的理化性質決定其對混凝土抗壓強度具有重要影響。

1 粗集料強度對混凝土抗壓強度的影響

1.1 不同粗集料強度在相同基體條件下對混凝土強度的影響

混凝土可劃分為高強混凝土、中強混凝土和低強混凝土等多個等級，而每個等級由于結構存在差異，導致其力學行為不同，在研究集料強度對混凝土不同齡期的抗壓強度的影響實驗中，利用絕對體積法確定配合比，使各級混凝土中含有的集料體積固定，與此同時保證集料的外形、最大顆粒、級配等性能處于基本相同的狀態，此情況中混凝土強度的差異將主要受粗集料的強度決定，選擇水泥、河砂、粗集料、外加劑和水五種強度差異明顯的集料分別在鋼集料、碎石、砂漿、陶粒、加氣砼和無集料基體中試驗。實驗中發現，在配合比用水量一致的前提下，混凝土的性能仍存在差異，鋼集料混凝土在重力作用下有較大可能坍落，而陶粒和加氣混凝土坍落的可能性相對較小，鋼集料的強度明顯高于其他集料，而其配置的混凝土抗壓強度也最高，但不同齡期的混凝土其增長的幅度有限，由此可見在高強基體條件下，混凝土的抗壓強度會與粗集料的強度呈正比例關系，但在抗壓強度提升至一定范圍將終止，當混凝土中粗集料的強度非常不理想時，其只要稍許提升強度就可以推動混凝土的抗壓強度大幅提升，而粗集料的強度超出高強度混凝土時，混凝土的齡期將不再影響混凝土的抗壓強度，其變化非常不明顯;在中強度混凝土中，當集料強度低于基體強度時，同樣提升集料強度可改善基體強度，但基體強度過低，就不可能達到改善混凝土抗壓強度的目的;在低強混凝土中，與前兩種級別中表現一致，由此可見，粗集料與基體強度差異過高，會導致其剛度差異加大，對混凝土進行水化硬化，集料通常保持不變形，而基體卻進行干縮濕脹變化，那么接觸區會生成一定的附加內應力，在荷載作用下，會導致混凝土強度降低［1］。

1.2 相同粗集料在不同基體條件下對混凝土強度的影響

把鋼集料、碎石、陶粒混凝土集料分別被處于不同基體中，觀察混凝土抗壓強度的變化實驗，可以發現，隨著混凝土齡期的增加，鋼集料混凝土的比強度差距會逐漸縮小，當齡期達到三天時比強度差距可以忽略，而齡期達到91 天時，基體強度和比強度呈現出反比例關系，高強混凝土抗壓強度要明顯高于中強和低強級別［2］。在碎石集料實驗中，高強混凝土中的碎石集料在水泥基體強度逐漸提升的過程中會轉變成為混凝土中的軟弱成分，不僅不能再提升混凝土的抗壓強度，反而會成為混凝土整體中的薄弱點，而中強混凝土，由于其荷載程度在碎石的可承受范圍內，所以其混凝土的強度仍有上升空間，而低強混凝土中含有的水泥成分少，使碎石的添加受限;在陶粒集料實驗中，由于陶粒屬于軟弱集料，當水泥基體與集料的強度基本持平時，通過改善基體強度而提升混凝土的抗壓強度效果并不明顯，而兩者都有上升空間或存在一定強度差異時，其可以通過水泥基體的增加，使混凝土強度得到提升［3］。

2 粗集料其他性能對混凝土抗壓強度的影響

2.1 粗集料體積率對混凝土抗壓強度的影響

當以水灰比為定量時，由于高強混凝土中集料和水泥基體的強度差異要明顯低于普通的混凝土，所以當體積發生變化時，對混凝土整體的強度并不會產生大幅度的波動，所以粗集料的體積率對高強度混凝土的影響要明顯低于普通混凝土，而水泥基體的強度要高于粗集料，所以當粗料體積率降低時混凝土的強度反而會增加，即粗集料的體積率與混凝土的強度成反比;當以水泥用量為定量時，在高強混凝土中，由于水泥量一定，其中含有的砂子被水泥包裹的狀態會受到影響，使混凝土中所含的空隙數量增多，集料體積率的增加會使混凝土抗壓強度增大;而在中強混凝土中，由于其含有的砂子增多，內部會形成大量的空隙，基體整體的強度都會下降，集料的強度不能對混凝土強度起到明顯的作用;低強混凝土和中強混凝土同理，所以粗集料的體積率對其不能產生明顯的影響［4］。

2.2 粗集料顆粒形貌對混凝土抗壓強度的影響

在超高強混凝土中，摩擦力較大的破碎卵石會使混凝土的流動性下降，所以其混凝土的抗壓強度要明顯高于光滑卵石混凝土，而且這種差異會隨著齡期的延長而持續擴大，粗集料的形貌對高強混凝土的強度具有直接的影響;而在高強混凝土中，由于水泥基體在前期和后期的強度會發生明顯的變化，而破碎卵石由于破碎后面積增加，與水泥基體的接觸面積也會隨之增加，所以其強度差異在后期會比前期更大，但通過實驗數據發現，在破碎卵石混凝土自身強度檢測中，不同時間段，其強度并未發生明顯的改變，也就是說齡期自身變化并不會直接影響集料形貌對混凝土的作用，這種結論在光滑卵石的實驗中同樣可以證實;在中強混凝土中，可以發現當水灰比確定在0.5 時，破碎卵石和光滑卵石混凝土的抗壓強度差異最為明顯，當水灰比超出0.5 并保持增長時，兩種混凝土的抗壓強度將會縮小，集料形貌的影響程度變小，而在此過程中混凝土自身的齡期變動并不會產生大的變化;在低強混凝土中，受水泥基體影響，兩種集料形貌混凝土抗壓強度并無明顯差異［5］。

2.3 粗集料級配方式對混凝土抗壓強度的影響

通過粗集料級配方式對混凝土抗壓強度的影響實驗數據可以發現，在高強混凝土發展早期，連續級配與混凝土抗壓強度之間并沒有明顯的差異，當齡期超過一個星期后，由于缺少中間顆粒，相比連續級配形式單粒級配的粘結面積縮小，在基體強度上升到一定水平后，混凝土受重力影響會向下沉，使其均勻性受到影響，強度的弱勢就會逐漸顯現，兩者的強度差距開始加大;在中強混凝土中，連續級配和單粒級配的拌合物流動性基本持平，但連續級配的和易性卻明顯高于單粒級配，在早期就可以顯現，而且會隨著齡期的延長而加大，這不僅是因為單粒集料下沉導致混凝土均勻性變差而造成的，而且中強混凝土在成型養護的過程中會產生較大的泌水量，這會在直徑較大的顆粒集料表面形成水膜，使兩種混凝土的抗壓強度產生明顯差異;在低強混凝土中，由于所含的水分明顯減少，單粒級配的成型過程難度較大，但兩種級配的混凝土在抗壓強度方面并未有明顯的差異，雖然連續級配混凝土在后期會稍許高于單粒級，但通常忽略不計。

3 結論

通過上述分析可以發現，粗集料的強度、體積率、顆粒形狀、最大顆粒直徑、級配方式等性能對混凝土抗壓強度都有較大的影響，但要想通過粗集料加強混凝土強度需要有特定的條件限制，這就需要在進行混凝土抗壓強度升級的過程中有專業的人員參與，隨著經濟的發展和人們生活水平的提升，人們對混凝土抗壓強度的要求逐漸提升，所以針對粗集料對混凝土抗壓強度的影響研究仍將持續進行。

［1］梁天宇.粗集料對混凝土抗壓強度影響的研究［D］.重慶:重慶大學，2014.

［2］李進力，馬建.粗集料的體積率對混凝土抗壓強度的影響［J］.公路交通科技(應用技術版)，2015，06(01):117-119.

［3］楊再富.粗集料對混凝土強度影響的試驗研究與數值模擬［D］.重慶:重慶大學，2015.

［4］楊再富，錢覺時，唐祖全，梁天宇.粗集料強度對混凝土抗壓強度影響的試驗研究［J］.混凝土，2014，01(12):23-25.

［5］房艷偉.片麻巖粗集料壓碎值特性及對混凝土性能的影響研究［D］.武漢:武漢理工大學，2010.