粗集料特性對混凝土抗折強度影響研究

封劍森 火 亮 朱 丹 王金卿

(江蘇華江祥瑞現代建筑發展有限公司，江蘇 揚州 225215)

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粗集料特性對混凝土抗折強度影響研究

封劍森 火 亮 朱 丹 王金卿

(江蘇華江祥瑞現代建筑發展有限公司，江蘇 揚州 225215)

介紹了影響混凝土抗折強度的因素，主要從粗集料最大粒徑、顆粒級配、表面特征三個方面，研究了粗集料特性對混凝土抗折強度的影響規律，研究結果為提高混凝土路用性能提供了方法和依據。

粗集料，顆粒級配，表面特征，抗折強度

0 引言

由于水泥混凝土有著強度高、剛度大、耐久性好的特點，因此作為高等級路面之一在道路工程中有著比較重要的應用。混凝土抗折強度是水泥路面混凝土的主要設計指標，提高混凝土的抗折強度，可以提高混凝土耐久性、耐磨性、抗凍性等性能，這樣可獲得十分明顯的經濟效益，所以混凝土抗折強度的研究也成了水泥混凝土性能研究的重點之一。

1 混凝土抗折強度影響因素分析

混凝土抗折強度影響因素有很多，主要有水泥，水灰比，粗集料特性等因素。

水泥作為膠凝材料是混凝土的重要組成部分，它的強度直接影響著混凝土的抗折強度，水泥強度越高，則膠結作用越強，可以在一定范圍內提高混凝土的抗折強度。

水灰比是配置混凝土的三參數之一，水灰比越小，混凝土的強度越大，其抗折強度也有相應的提高。

粗集料作為混凝土中的重要組成部分，在混凝土中起骨架作用，其自身特性會影響混凝土抗折強度。

其中粗集料的最大粒徑、顆粒級配及表面特征對混凝土抗折強度有較大影響。同樣，粗集料含泥量對混凝土抗折強度也有一定程度的影響。

2 粗集料特性對混凝土抗折強度的影響

2.1 原材料性質

本課題所采用原材料性質測定如下：

水泥的性質如表1所示。

表1 水泥的物理力學性能

砂采用中砂，細度模數為2.75，表觀密度為2 665 kg/m3，級配良好。

水為自來水，符合混凝土用水規范要求。

2.2 粗集料特性對混凝土抗折強度影響的實驗結果分析

本課題主要從粗集料的最大粒徑，級配，表面特征三個方面測定其對混凝土抗折強度的影響。

1)粗集料最大粒徑對混凝土抗折強度影響的實驗結果分析。實驗采用配合比相同，但最大粒徑不同的連續級配的骨料配置了三組試件，編號為L1，L2,L3，其中L1的最大粒徑為26.5 mm，L2的最大粒徑為19 mm，L3的最大粒徑為9.5 mm。經過養護28 d后測得其抗折強度結果見表2，圖1，同時制作了三組配合比相同，但最大粒徑不同的單粒徑的試件，編號為D1，D2，D3，其中D1的最大粒徑為26.5 mm，D2的最大粒徑為19 mm，D3的最大粒徑為9.5 mm。

實驗結果見表3和圖2。

表2 混凝土不同最大粒徑(連續級配)的抗折強度實驗結果

表3 混凝土不同最大粒徑(單級配)的抗折強度實驗結果

序號W/C配合比水泥∶砂∶碎石水泥用量kg/m3砂率%粗骨料/kg抗折強度MPa9．51926．528dD10．381∶1．08∶2．05393513．322．89D20．381∶1．08∶2．05393513．323．01D30．381∶1．08∶2．05393513．323．26

通過實驗結果可知：

在其他因素相同只改變粗集料最大粒徑時，無論混凝土用的是單級配或連續級配其抗折強度都隨著最大粒徑的增大而減小。

造成這種結果的原因是：

粗集料最大粒徑越大，混凝土的空隙率越大，粗骨料與水泥漿體間的粘結作用越小，內部結構連續性也越差，使其界面結構作用變弱，且由于水泥與粗集料彈性模量不同而在混凝土內部產生的拉應力也越大，這些因素導致了混凝土抗折強度的降低。

2)粗集料顆粒級配對混凝土抗折強度影響的實驗結果分析。實驗中做五組試件，編號分別為：D1，D2，D3,L1,J1。

D1號～D3號組件(單級配試件)：顆粒級配為單粒級，粒徑大小分別為：26.5 mm(D3)，19 mm(D2)及9.5 mm(D1)的試件各一組，L1試件(連續級配)：顆粒級配根據我國GB/T 14685—2011建筑用卵石、碎石規范選取5 mm～20 mm的連續顆粒級配(其中粒徑19 mm的石子占粗集料碎石總質量的10%；粒徑9.5 mm的石子占粗集料碎石總質量的30%；粒徑4.75 mm的石子占粗集料碎石總質量的60%)的試件一組，3號組件(間斷級配)：顆粒級配為粒徑大小在4.75 mm～10 mm占30%和20 mm～30 mm占70%的間斷級配試件一組，在標準養護條件下養護28 d，分別測量其抗折強度。

圖3是粗集料連續級配曲線圖，圖4是粗集料間斷級配曲線圖。

混凝土抗折強度實驗結果見表4。

表4 混凝土顆粒不同級配的抗折強度實驗結果

表4中組件L1是連續級配試件，組件J1是間斷級配的試件，而組件D1，D2，D3是單級配的試件。其中試件D1是9.5 mm的單級配試件，試件D2是19 mm的單級配試件，試件D3是26.5 mm的單級配試件。

圖5是粗集料顆粒級配混凝土抗折強度關系示意圖。

通過實驗結果可知：在其他因素相同采用連續級配的混凝土抗折強度比單級配的混凝土抗折強度要大，而填充相對密實的間斷級配的混凝土抗折強度也優于單級配的混凝土。

造成這種結果的原因是：連續級配的混凝土由于填充更加密實，相對的空隙率低，強度離散性小，而且混凝土攪拌的更加均勻，所以抗折強度也高于單級配的混凝土。同樣的間斷級配的混凝土也比單級配混凝土填充更加密實，所以間斷級配的混凝土抗折強度也優于單級配的混凝土。而間斷級配混凝土一般不會比連續級配混凝土的抗折強度要高，所以配制混凝土時優先選擇連續級配，條件不允許時也可選擇級配相對密實的間斷級配來配制混凝土。

3)粗集料表面特征對混凝土抗折強度影響的實驗結果分析。均采用單粒級顆粒級配配制混凝土，粗集料粒徑大小為19 mm；S1組試件用碎石制作，R1組試件用卵石制作，將兩組試件在標準養護條件下養護28 d，分別測得其抗折強度。試驗結果見表5。不同粗集料表面特性對混凝土抗折強度影響規律見圖6。

表5 不同粗集料表面特性的混凝土抗折強度實驗結果

通過實驗結果可知：在其他因素相同只改變粗集料種類時，用碎石配制的混凝土抗折強度高于卵石混凝土。

造成這種結果的原因是：碎石表面粗糙，相對于表面光滑的卵石而言，碎石粗集料與基體間的機械咬合力更大，而且表面吸附力更大，這有利于水泥漿體基體形成較強的粘結面，這樣用碎石配制的混凝土抗折強度也較大。

3 結語

根據上文研究成果可以發現，粗集料特性對混凝土抗折強度有著重要影響，粗集料最大粒徑不宜過大，要控制在一定范圍，如粗集料最大粒徑過大，那么混凝土抗折強度就會隨之降低；配制混凝土時，要選擇良好的粗集料顆粒級配，一般要選擇密實的連續級配，而不要選擇單級配，這樣才能獲得抗折強度高的混凝土；選擇粗集料時，要選擇表面粗糙的碎石，并要嚴格控制針片狀顆粒含量，這樣才能保證混凝土的抗折強度。

以上是根據本文所做實驗得出的結論。通過本文的實驗研究為粗集料特性對混凝土抗折強度影響的研究提供了新思路，為如何提高混凝土路用性能提供了科學的方法。

[1] 王春陽，裴 銳.土木工程材料[M].北京：北京大學出版社，2009.

[2] 申愛琴.道路工程材料[M].北京：人民交通出版社，2010.

[3] 宋 偉.機制集料對混凝土性能影響的試驗研究[D].大連：大連理工大學，2007.

The influence research on coarse aggregate characteristics to concrete flexural strength

Feng Jiansen Huo Liang Zhu Dan Wang Jinqing

(Jiangsu Huajiang Xiangrui Modern Architecture Development Limited Company, Yangzhou 225215, China)

This paper introduced the factors influence of concrete flexural strength, mainly from the coarse aggregate maximum particle size, particle size distribution, surface characteristics three aspects, researched the influences laws of coarse aggregate characteristics to concrete flexural strength, the research results provided method and basis to improve the concrete pavement performance.

coarse aggregate, particle size distribution, surface characteristic, flexural strength

1009-6825(2016)30-0120-03

2016-08-18

封劍森(1965- )，男，工程師

TU528

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