粗骨料對高強高性能混凝土的影響

劉圍，都增延，丁華柱，陳源偉

（1重慶市東毅新型建材有限公司，重慶 401334；2重慶建工新型建材有限公司，重慶 400012；3重慶筑能建材有限公司，重慶 400713；4重慶志達欣建材有限公司，重慶400037）

混凝土作為一種重要的結構材料，其用量越來越大。而在混凝土的整個體積中，骨料的體積含量一般在60%以上，所以骨料的質量對混凝土來說是相當重要的。骨料不僅能夠限定混凝土的強度，而且骨料的性質也能夠大大地影響混凝土的耐久性和結構性能[1]。最初，為經濟起見，人們把骨料看成是一種惰性材料，用于填充在整個水泥漿中。然而骨料并非沒有活性，骨料的種類不同，其所含的化學成分也不同，當骨料和水泥等接觸時會發生化學反應，這對混凝土的性能產生相應的影響。混凝土是一種復合材料，其性能取決于各組分的性能和它們之間的相互作用。當混凝土中的基體相和骨料相的性能相互協調時，各組分的最大潛能才能夠充分發揮，進而混凝土的性能得以提高。

骨料作為混凝土的一個組成部分，其性能對新拌混凝土有重要的影響。陳習云[2]等人的研究結果表明，新拌混凝土的坍落度隨碎石中針片狀含量的增加而變小。李樹山[3]等人的研究指出，粗骨料粒徑越大，新拌混凝土的坍落度變大。巴恒靜等人[4]研究了骨料物性對混凝土早期自收縮的影響。戴朝陽[5]等人研究表明隨著粗骨料壓碎值指標增大，混凝土強度下降。該試驗主要研究了粗骨料種類及體積含量對高強高性能混凝土工作性和早期強度的影響，為粗骨料能在工程中更好應用提供技術參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

1.1.1 水泥

試驗選用重慶拉法基水泥有限公司生產的拉法基普通42.5R水泥，其化學成分見表1。

表1 水泥的化學成分/%

1.1.2 礦物摻合料

試驗中使用的礦物摻合料為礦粉和硅灰，各摻合料的參數如表2、表3所示。

表2 礦粉性能參數

表3 硅灰性能參數

1.1.3 細集料

細骨料采用重慶某攪拌站提供的骨料，其性質如表4所示。

表4 細骨料性質

1.1.4 粗骨料

試驗用粗骨料為石灰石碎石、破碎卵石和玄武巖。3種粗骨料的顆粒級配相同。

（1）石灰石碎石。試驗中粒級為5～10mm和粒級為10～20mm的石灰石碎石均采用歌樂山產石灰石碎石，表觀密度為2670kg/m3，含泥量分別為0.7%和0.5%。

（2）破碎卵石。試驗用破碎卵石小石（粒級5～10mm）和破碎卵石大石（粒級為10～20mm）用重慶長江破碎卵石，顆粒級配與石灰石相同，表觀密度為2670kg/m3，壓碎值指標為5.4%。

（3）玄武巖。試驗用玄武巖采用四川廣安產的玄武巖碎石，粒級為5～10mm、10～20mm，顆粒級配與石灰石相同，表觀密度為2710kg/m3，壓碎值4.0%。

1.1.5 高效減水劑

采用聚羧酸系高性能減水劑，減水率為30%。

1.2 試驗方法

試驗以石灰石碎石為粗骨料配制基準組混凝土C0，分別用破碎卵石和玄武巖作為粗骨料配制混凝土組C1和C2，試驗配合比見表5。改變粗骨料的體積含量，使其體積含量分別為40%、35%、45%，分別記為V0、V1、V2組。 試驗水膠比都為0.25，試驗配合比見表6。

表5 不同粗骨料種類試驗配合比

表6 不同體積含量試驗配合比

2 結果分析

2.1 粗骨料種類對高強高性能混凝土的影響

2.1.1 粗骨料種類對高強高性能混凝土工作性能的影響混凝土拌合后測定其坍落度和擴展度，試驗結果見表7。

表7 不同粗骨料種類混凝土的工作性能

圖1 不同粗骨料的高強高性能混凝土的強度發展

圖2 不同粗骨料種類高強高性能混凝土的彈性模量

2.1.2 粗骨料種類對高強高性能混凝土的抗壓強度及彈性模量的影響

試件成型1d后拆模，置于標準養護條件下養護3d、7d和28d，測試其抗壓強度和28d彈性模量，結果見圖1和圖2。

由圖1可知，高強高性能混凝土的抗壓強度在早期的發展速率比較快，3d抗壓強度就可達到28d的65%～75%，7d抗壓強度可達到28d抗壓強度的72%～80%，而其在后期的發展緩慢，呈現一種先快后慢的發展規律。比較3種不同粗骨料混凝土的強度可知，保持其他條件不變的情況下，玄武巖配制的混凝土強度較其他兩種骨料的高，這是由于玄武巖的強度比石灰石和卵石的強度都高，對高強混凝土來說，在水膠比適當的范圍內水膠比降低，水泥石的強度提高，當水泥石和粗骨料的界面粘結強度比較高時，粗骨料就可能成為薄弱環節，這樣粗骨料的強度越大，其配制的混凝土強度也越高。而石灰石和卵碎石配制的混凝土強度發展十分接近，這是由于其本身的強度相差不大，只是石灰石配制的混凝土強度稍稍大于卵石配制的混凝土強度，這主要是石灰石表面粗糙，與水泥石的結合力強造成的。

由圖2可知，在保持其他條件相同時，用玄武巖配制的混凝土的彈性模量比石灰石、卵碎石配制的混凝土的彈性模量大。而粗骨料的彈性模量亦是玄武巖最大，說明在其他條件不變的情況下粗骨料的彈性模量越大，其配制的混凝土的彈性模量也越大。

2.2 粗骨料體積含量對高強高性能混凝土的影響

2.2.1 粗骨料體積含量對高強高性能混凝土工作性的影響

試驗結果見表8。

表8 不同粗骨料體積含量對混凝土的工作性影響

由測試結果可知，在保持水膠比不變的情況下，隨著粗骨料體積含量逐漸增大，新拌混凝土的流動性逐漸降低。當粗骨料的體積含量小時，混凝土中的膠凝材料用量較大，骨料和水泥漿的界面少，骨料間的水泥漿含量大，故混凝土的流動性良好。而隨著粗骨料的體積含量增大，骨料間的水泥漿減少，骨料之間相互搭接，故混凝土的流動性隨粗骨料體積含量增大而降低。

2.2.2 粗骨料體積含量對高強高性能混凝土的抗壓強度及彈性模量的影響

將不同粗骨料體積含量的混凝土拌合成型后在標準養護條件下養護，測試其3d、7d、28d抗壓強度試驗結果如下。

圖3 粗骨料體積含量不同時高強高性能混凝土的抗壓強度

由圖3可知，隨著粗骨料的體積含量增大，混凝土的7d抗壓強度呈現不同值，但是其28d抗壓強度卻基本相同。其原因是當粗骨料體積含量少時，混凝土中粗骨料周圍的砂漿比較多，粗骨料在砂漿中處于“懸浮”狀態，隨著粗骨料體積含量的增大，粗骨料間的砂漿含量逐漸減少，骨料間搭接緊密，混凝土的抗壓強度增大，但是粗骨料體積含量過大，骨料間的砂漿進一步減少，骨料與砂漿粘結作用降低，抗壓強度減小。但是到28d齡期時，混凝土中大部分反應已完成，當高強混凝土中砂漿和界面強度比較高時，混凝土的抗壓破壞為穿粗骨料破壞，故粗骨料種類一定的條件下，由其配制的混凝土28天抗壓強度趨于相同。

圖4 粗骨料體積含量不同時高強高性能混凝土的彈性模量

由圖4可知，粗骨料體積含量為45%的混凝土的彈性模量明顯大于體積含量為35%和40%的彈性模量。究其原因可能是由于隨著粗骨料體積含量的增大，水泥漿減少，混凝土中粗骨料之間的距離變小，粗骨料在混凝土中搭接更緊密，這樣使得混凝土剛度變大，彈性模量變大。

3 結論

（1）粗骨料為玄武巖的混凝土工作性最好。混凝土中粗骨料體積含量不同時，粗骨料的體積含量越小，新拌混凝土的工作性越好。

（2）混凝土中粗骨料為玄武巖時，混凝土彈性模量和抗壓強度最大。當混凝土中粗骨料體積含量不同時，混凝土后期強度基本不受影響；混凝土中粗骨料體積含量為45%的彈性模量大于混凝土中粗骨料含量為35%和40%的彈性模量。

[1]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,2005:126.

[2]陳習云，胡習范，胡習鋒，等.粗骨料對混凝土性能的影響[J].商品混凝土，2010（5）:39-41.

[3]李樹山，高丹盈.粗骨料粒徑對卵石混凝土抗壓強度影響的試驗研究[J].混凝土，2013（2）:59-61.

[4]巴恒靜，張武滿.集料物性對商品混凝土早期自收縮的影響[J].商品混凝土，2004（2）:10-14.

[5]戴朝陽，陸洪建，陳兵.集料與混凝土力學性能關系研究[J].江西建材，2000（1）:13-17.