粗骨料表面構造及其對混凝土性能的影響

黃亞梅　王立華　陳錫容

摘要：長期以來，混凝土骨料表面構造的研究一直停留在定性描述的水平，難以定量表征和研究。本文提出了表征骨料表面構造的5個指標：凹凸度、凹凸比、全周凹凸度、全周凹凸比和凹周比。測試了灰巖碎石、破碎卵石和卵石的表面構造，研究了具有等腰三角形斷面凹槽的圓柱體骨料一漿體的界面應力，發現骨料凹周比和全周凹凸比越大，骨料對混凝土強度的貢獻越大，對提高混凝土強度越有利，這一結論得到了混凝土性能試驗的驗證。

關鍵詞：混凝土粗骨料；表面構造；混凝土性能；數字圖形處理技術

粗細骨料是混凝土各組分中用量最大的材料，對混凝土的力學性能、變形性能、耐久性、熱學性能和經濟性都具有重要的影響，但對其性能的研究和掌握是混凝土研究中最薄弱的環節。長期以來有關骨料問題的研究，一直停留在含糊、定性描述的水平。

眾所周知，卵石本身的強度和壓碎指標并不比碎石低，但是碎石混凝土的強度高于卵石混凝土，這是為什么？長期以來的解釋是，碎石表面粗糙，有利于骨料與水泥凈漿的界面黏結，從而提高混凝土的強度，這是非常籠統的。表面構造指的是顆粒表面拋光或毛面、平滑或粗糙的差異。通常只簡單采用定性術語描述表面構造分級，如粗糙、光滑或十分光滑等。骨料表面粗糙程度如何定義、如何測量、如何增強混凝土的強度等，這些問題長期以來并沒有得到解決。

在細觀結構中混凝土一般被認為是集料、水泥石、界面過渡區組成的非均質體，其中混凝土界面過渡區是指在集料表面與漿體之間形成的厚度在25-100um之間的不均勻體，是混凝土中的薄弱區，具有松散、多孔、晶體粗大等特點，對混凝土的宏觀力學性能具有顯著影響。混凝土破壞時，普遍是從骨料與漿體的薄弱界面區開始的，因此改善骨料-漿體的界面，可以顯著提高混凝土的強度、改善混凝土的性能。骨料的表面構造是骨料一漿體界面的主要影響因素，對混凝土的力學性能、變形性能和耐久性都有重要的影響。眾多研究人員采取各種可能的技術措施以改善骨料一砂漿的薄弱界面，提高混凝土的宏觀性能，但是對骨料表面本身的構造卻研究甚少，原因是骨料的表面構造難以準確定義和測量。因此，長期以來，只能用“粗糙”“光滑”等詞語進行模糊、定性的描述。

本文基于數字圖形處理（Digital Image Processing，DIP）技術，對骨料表面構造進行研究，提出了凹凸度、凹凸比、全周凹凸度、全周凹凸比和凹周比5個參數，對灰巖碎石和卵石的表面構造進行測試，并通過混凝土性能試驗驗證粗骨料表面構造對其力學性能的影響規律。