粗骨料粒徑和級配對混凝土性能的影響

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，其粒徑和級配對混凝土的性能有顯著影響。本文對粗骨料的粒徑和級配從理論和實驗兩個方面進行分析，并根據理論和實驗結果采取合理的粒徑和級配，為生產高強度、高經濟性、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，其比表面積就相應減小，因此骨料表面包裹的水泥漿量也相應減少，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的強度。從這個意義上說，石子的粒徑應盡量選用大些，但并不是粒徑越大就越好，一是根據GB50164-2011 《混凝土質量控制標準》中的2.2.3規定：粗骨料最大公稱粒徑不得大于構件截面最小尺寸的1/4，且不得大于鋼筋最小凈間距的3/4；對混凝土實心板，骨料的最大公稱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部缺陷存在的機率越大，對高強混凝土不利；三是粒徑越大，顆粒在混凝土拌合物中下沉速度越快，造成混凝土內顆粒分布不均，影響混凝土強度。對于高水灰比低強度混凝土來說粒徑對強度影響不是很大，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減少比表面積，從而減少包裹骨料的漿體，來增加漿體層的厚度，提高混凝土的性能。對于低水灰比的高強度混凝土，粗骨料粒徑對強度影響很顯著。究其原因，一是粒徑越大顆粒內部缺陷存在的機率越大。美國Mehta 和加拿大Aitcin 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；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，對低水灰比混凝土的抗滲、抗裂、強度都有很大的提高。但也不是說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，勢必需要增加水泥用量，提高成本，否則會影響混凝土強度。同時，粒徑越小加工時粘附在石子表面的粉塵越多，如果粉塵處理不夠好，則會大大降低骨料界面的粘結力，進而影響混凝土強度，同時還會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，進而增加成本。

1.2 實驗分析

表1 混凝土實驗結果1

表2 混凝土實驗結果2

[3]的實驗結果（見表1）為例進行分析。

從實驗中可以看到，在高水灰比低強度的混凝土中，石子的最大粒級對強度的影響較小，其粒徑大小的選擇主要是根據GB50164-2011《混凝土質量控制標準》內的2.2.3 和JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》內的表7.4.1 規定來確定。在低水灰比高強度的混凝土中，石子的粒徑大小對混凝土強度影響較大，國外一般認為其最大粒徑不宜超過10mm，我國現行規范規定為不超過31.5mm，通常取20～25mm[4]。

2 粗骨料級配對混凝土影響

2.1 理論分析

粗骨料的顆粒級配可分為連續級配和單粒級配。混凝土用石應采用連續粒級。連續粒級具有堆積緊密，空隙小，比表面積小等特點，用其配制的混凝土具有良好的和易性。單粒級宜用于組合成滿足要求的連續粒級；也可與連續粒級混合使用，以改善其級配或配成較大粒度的連續級配。好的級配可使孔隙率和總比表面積均較小，用它來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度、強度和其它的一些性能；四是具有良好的工作性，澆筑成型后，可獲得密實均勻、強度高的混凝土。

2.2 實驗分析

以參考文獻[3]的實驗結果（見表2）為例進行分析。

從實驗中可以看到，連續級配、間斷級配和單粒級配均對混凝土的性能有較大的影響。因此，在不具備連續級配時，可以采用間斷級配。單粒級不宜配制混凝土，應與間斷級配或連續級配的石子組合成連續級配。單粒級的粗骨料組合成連續粒級的粗骨料，可用方程法和圖解法來改善粗骨料的級配[4]。

3 結語

粗骨料的粒徑大小選用和級配是否連續，對混凝土的性能、強度都有影響。對于高水灰比低強度的混凝土，在符合規范，滿足施工要求時粗骨料粒徑盡量選用大些。對于低水灰比高強度的混凝土，粗骨料粒徑盡量選用小些。同時配制混凝土用石應采用連續粒級，不滿足要求時，可進行組合或與連續粒級混合使用。

合理的選材，可以生產出高強度、高經濟性、高工作性的混凝土。

參考文獻

[1]劉國華，陳斌，曹學友.粗骨料對混凝土性能的影響與定量評價[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：中國鐵道出版社，1999.

[3]王雨利，管學茂，潘啟東，等.粗骨料顆粒級配對混凝土強度的影響[J].焦作工學院學報，2004，(3): 213-215

[4]馮浩，朱清江.混凝土外加劑工程應用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

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