粗骨料表面特征對混凝土強度的影響分析

陳曉玲 （南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

1 引言

影響混凝土強度的因素很多，主要有水泥強度與水膠比的影響、骨料級配及顆粒形狀的影響、養護溫濕度的影響、養護齡期的影響等等。在進行混凝土配合比設計時，有一混凝土強度經驗公式，稱為鮑羅米公式：。這個公式基本反映了影響混凝土強度的主要因素。目前針對以上諸因素的相關研究較多，相對較成熟。如：水泥強度與拌制的混凝土強度大小成正比關系；水膠比與拌制的混凝土強度大小成反比關系；骨料級配良好、骨架密實有利于增強混凝土強度；粗骨料針片狀顆料含量越多，受力時容易折斷，而且會增加骨料間的空隙，易導致混凝土強度下降；養護的溫度高，混凝土強度發展快；養護的濕度適宜，混凝土強度發展快；混凝土的強度隨著齡期的增加而增長等等。

在以上諸多影響因素中，有一個因素往往容易忽略或研究得較少，即粗骨料表面特征對混凝土強度的影響。從長期的試驗教學中發現，這個影響因素不容忽視。在進行混凝土配合比設計時，粗骨料表面特征是以系數αa和αb來考慮的，稱為回歸系數，一般計算時：碎石αa取 0.53，αb 取 0.20，卵石 αa取 0.49，αb取0.13，并且要求如果條件具備，應通過試驗建立水膠比與混凝土強度關系來確定此回歸系數。本文設計試驗，擬選用兩種表面特征差異較大的粗骨料，即粗骨料1（表面棱角較多），粗骨料2（表面較光滑）。配制不同強度等級的混凝土，選用四種強度：C20、C25、C30、C40。通過強度測定結果，分析粗骨料表面特征對不同強度等級混凝土的影響。

粗集料主要性能指標測定值 表1

混凝土1、混凝土2材料單位用量表 表2

2 試驗原材料

①水泥：采用南京海螺水泥有限公司復合硅酸鹽水泥P.C32.5、P.C42.5。水泥強度采用水泥膠砂強度法，實測28d的抗壓強度為36.7MPa、46.8 MPa。

②細集料：南京市句容采砂廠河砂，經檢測：砂的細度模數為2.58，中砂，級配屬于Ⅱ級配區，表觀密度為2.640g/cm3，含泥量為1.0%，泥塊含量為0.6%，砂的各項性能滿足《建設用砂》（GB/T 14684-2011）的標準。

③粗集料：南京市句容采石廠的粗骨料 1、粗骨料2（見圖 1、圖 2），各項性能均滿足《建設用碎石、卵石》（GB/T 14685-2011）的要求。主要性能指標見表1。

④水：飲用水。

圖1 粗骨料1

圖2 粗骨料2

3 試驗方案

選用以上兩種表面特征差異較大的粗骨料1和粗骨料2分別拌制混凝土，混凝土強度選用 C20、C25、C30、C40 四個。配制C20、C25、C30混凝土時所用水泥強度等級為P.C32.5，配制C40混凝土時所用水泥強度等級為P.C42.5。混凝土1（粗骨料1）和混凝土2（粗骨料2）的材料單位用量相同，見表2。

塑性混凝土坍落度為35～50mm，成型的混凝土立方體試件尺寸為15cm×15cm×15cm，標準養護至28d強度。具體測定值見表3。

4 試驗結果分析

從以上表格3數據明顯看出，用粗骨料1拌制的混凝土1強度明顯高于用粗骨料2拌制的混凝土1的強度。為了更直觀反映以上表格數據，繪制折線坐標圖如圖3所示。

混凝土1、混凝土2強度測定結果 表3

圖3 粗骨料1、粗骨料2不同強度等級混凝土測定值

①原材料檢測時，粗骨料2的強度較粗骨料1大（壓碎值試驗）。而從圖3可看出：僅因為粗骨料1表面棱角多，粗骨料2表面較光滑，在其它條件均相同的條件下，配制同樣強度的混凝土，混凝土1強度明顯大于混凝土2強度。說明粗骨料表面特征對混凝土強度影響較大。

②試驗選取四種強度等級混凝土進行配制，即 C20、C25、C30、C40。從試驗結果可見：隨著所配制的混凝土1和混凝土2強度等級的增長，混凝土1和混凝土2的強度測定值有逐漸靠近的趨勢。說明隨著混凝土強度等級的提高，粗骨料表面特征對混凝土強度的影響逐漸減小。

③另外，從混凝土試件破壞的部位看出，C20、C25、C30 混凝土破壞基本在骨料與水泥石的交界面處，骨料2的表面光滑，故界面粘結力較差。而C40混凝土破壞形式較復雜，粗骨料破壞明顯，粗骨料與水泥石的界面、水泥石也均有一定程度破壞。由此可見，混凝土強度越高，水泥漿體與骨料之間的粘結力越來越大，相應粗骨料表面特征對混凝土強度的影響逐漸減小。

5 結語

影響水泥混凝土強度的因素從大的方面可以概括為以下四個方面：①骨料強度；②水泥石強度；③骨料與水泥石之間的界面強度；④外界環境及試驗條件。本文重點研究的是粗骨料的表面特征對混凝土強度的影響，從整個試驗過程以及得出的結果可以看出，粗骨料表面特征對混凝土強度的影響不能孤立分析，要全面考慮以上諸多因素，這樣才能較全面科學地得出結論。

本文選取兩種表面特征差異較大的粗骨料進行混凝土試驗，即粗骨料1（表面棱角較多）、粗骨料2（表面較光滑），采用不同強度進行混凝土的配制。因試驗條件限制，僅選取 C20、C25、C30、C40四種強度等級。通過強度試驗結果，初步得出以下結論。

①用粗骨料1和粗骨料2分別配制C20、C25、C30 強度等級的混凝土，結果很明顯，混凝土1強度明顯大于混凝土2的強度。而且發現混凝土試件破壞時，粗骨料幾乎完好無損，混凝土破壞基本在骨料與水泥石的交界面處。很顯然，粗骨料2與水泥石之間的粘結力較差（即上文所提及的“骨料與水泥石之間的界面強度”較低），混凝土強度測定值偏低。

所以，在配制小于C40強度等級的混凝土時，一定要充分考慮粗骨料的表面特征，要選擇表面多棱角、粗糙的粗骨料較好，配制的混凝土強度較高。

②用粗骨料1和粗骨料2分別配制C40強度等級的混凝土，從圖中數據可見：混凝土1強度與混凝土2強度接近。而且發現混凝土試件破壞時，粗骨料大部分被壓壞、而且水泥石以及粗骨料與水泥石之間的界面均有不同程度的破壞。由此可見，混凝土強度越高，即所用水泥強度越高，水膠比相對較低，水泥石與骨料之間的粘結力較強（此粘結強度是由于水泥石強度的提高），此時粗骨料表面特征的影響就顯得微乎其微。

所以，在配制C40及以上強度等級的混凝土時，粗骨料的表面特征影響會逐漸減小，而粗骨料本身的強度要充分保證。

③如果有條件或本單位長期采用同一種粗集料配制小于C40強度等級的混凝土，建議粗骨料表面特征系數采用實測的數據。

④由于試驗條件和時間的關系，沒能進行高強混凝土的配制分析，有待今后進一步研究。