粗細骨料對C100混凝土工作性與強度的影響

郭元強

（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361100）

粗細骨料對C100混凝土工作性與強度的影響

郭元強

（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361100）

本文研究了漿骨比、粗骨料、粗骨料比例對于 C100 高強混凝土工作性和強度的影響。試驗結果表明：在不改變強度的情況下調整漿骨比可改善混凝土拌合物的工作性；粗骨料強度對高強混凝土的強度起決定性影響；改變粗骨料中兩種石子比例對工作性和強度有一定影響。

粗骨料；C100；漿骨比；工作性；強度

0 引言

C100 以上的超高強混凝土，對原材料的要求非常高。近年來出現的深圳京基大廈、西塔等工程，無不使用了優質的材料以及特殊的外加劑，在此基礎上，配制成功了工作性良好的 C80 以上的混凝土。對于 C100 混凝土，原材料的要求則更為嚴格，為此國內外對礦粉、粉煤灰、硅灰等膠凝材料以及外加劑的使用進行了大量的研究[1]。但對于骨料對工作性與強度的影響則研究較少[2]，而高強混凝土需要各種原材料協同作用才可實現[3]。本文研究表明，與普通混凝土相比，骨料對于 C80 以上的高強混凝土的影響是顯著的，尤其是對強度的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：華潤水泥有限公司生產的 P·O52.5 普通硅酸鹽水泥，28d 抗壓強度為 65.5MPa；粉煤灰：漳州后石電廠生產的Ⅱ級 F 類粉煤灰，細度16.8%，需水量比 98%，燒失量 2.49%；礦粉：三鋼集團（龍海）礦微粉有限公司生產的S95 級礦渣粉，比表面積 435m2/kg，流動度比 99%；硅灰：廈門金岳材料科技有限公司生產，比表面積約為 18000m2/ kg，SiO2含量 92.3%；河砂：細度模數 2.51 的中砂，含泥量0.9%；減水劑：福建科之杰新材料有限公司生產 Point-S 聚羧酸高效減水劑，含固量 21.78%；水：自來水； 石子：漳州生產的 5～10mm（石子Ⅰ）和 10～20mm（石子Ⅱ）反擊破碎石。石子Ⅰ的壓碎指標 8.30%，石子Ⅱ的壓碎指標為 5.6%。

1.2 試驗方法

混凝土抗壓強度測試按照 GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》進行，成型試件尺寸為 100mm× 100mm×100mm；混凝土拌合物的倒置坍落度筒排空試驗測試按照 JGJ/T 281—2012《高強混凝土應用技術規程》進行。

2 配合比與試驗結果

在大量試驗的基礎上[4]，選取以下幾組配比進行分析（見表 1）。各組中外加劑的摻量為 3%～3.2%，試驗過程中保證混凝土的粘聚性，避免發生泌水離析現象。其中，A 組為基準組，A1 和 A2 組的水膠比分別為 0.23 和 0.22；B 組使用了壓碎指標為 5.6% 的反擊破花崗巖石子，其他材料與配比與 A 組相同。C 組在 A1 組的基礎上調整了膠材量，C1、A1、C2 組為 560kg/m3、600 kg/m3、640kg/m3；D 組在 A1 組的基礎上調整了大小石子的比例，D1、A1、D2 組中小石子的百分比分別為 40%、35% 和 30%。性能試驗結果見表 2。

表 1 試驗配合比 kg/m3

表 2 工作性與抗壓強度

3 試驗分析

3.1 漿骨比的影響

高強混凝土中的骨料在漿體中是懸浮狀態。倒置坍落度筒中混凝土的排空時間是衡量混凝土可泵性的重要標準，時間在 15s 之內的混凝土可泵性較好，擴展度越大的，流動性越好。

從圖 1 中可見，倒空時間與擴展度存在一定的相關性。從 C1、A1、C2 組可見，漿體最多的 C2 組的倒空時間短且擴展度大，漿體最少的 C1 組則相反。說明在漿體黏度適宜時，漿骨比對混凝土拌合物的工作性影響顯著，在一定范圍內漿骨比越大，工作性越好。從其他幾組可見，膠材的組成、骨料中大小石子構成等都對工作性產生一定影響，生產時應根據原材料進行試配調整。

圖 1 各組倒空時間與坍落擴展度

3.2 粗骨料對強度的影響
高強混凝土的破壞不僅可能發生在傳統的骨料與砂漿界面過渡區，也有可能發生在砂漿中或是骨料本身劈裂。從其破壞的形態可分辨試塊中的相對薄弱區域，從而找到提高整體強度的途徑。作為配合比中占總量 2/3 的材料，骨料對高強混凝土是非常重要的。在 C100 混凝土標準試塊受壓破壞時，呈現明顯的環箍效應并伴隨炸裂聲，如圖 2 所示，在7d 受壓破壞試塊中?？捎^察到立方體試塊的表層呈現層狀剝落，以及明顯的骨料斷面，靠近中心位置出現了大量壓碎的粉末。在靠近中間位置的試塊上，取下顆粒進行微觀分析。從圖 3 的微觀形態中，可發現明顯的裂縫，以及未水化完全的圓形顆粒。這說明中間位置水化程度低，試塊受壓破壞時，砂漿與骨料接近同時破壞。此時，表層的砂漿部分水化較為完全，強度較高，而骨料強度較低，成為薄弱區。

在相同配比條件下，只改變了 A、B 兩組的骨料材質，A、B 組石子壓碎指標分別為 8.7% 和 5.6%。從圖 4 中可見，B 組比對應的 A 組強度高出 20～30MPa。說明與膠凝材料摻量等其他因素相比，粗骨料的強度對高強混凝土的強度影響是更為顯著的。

圖 3 試塊內部微觀形態

4 小結

（1）在不影響強度或影響較小前提下，拌合物的工作性可通過調整各種膠凝材料比例或增大漿骨比來實現。

（2）粗骨料的強度對混凝土的強度影響顯著，生產高強混凝土時，應注意骨料與砂漿的協同作用，在使用高強砂漿基體時，應選用壓碎指標低的粗骨料。

（3）兩種粒徑粗骨料的混合比例對混凝土的工作性和強度都有一定影響，生產中宜根據原材料情況進行試驗調整。

[1] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．中國鐵道出版社，141-142．

[2] 吳歷斌，孫振平等．高強高性能混凝土中集料對力學性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2001.1: 43-46．

[3] 董文潔，馬士玉，李學剛，等．C100 高性能混凝土的研究[J]．混凝土，2011.10: 96-97．

[4] 陳茜，徐仁崇，蘇藝凡，等．C100 大體積鋼管混凝土的溫升監控與研究[J]．混凝土與水泥制品，2013.12: 10-12．

［通訊地址］廈門市同安區新民鎮鳳嶺路 760 號（361100）

郭元強（1973—），男，工程師，廈門市建筑科學研究院經理。