碎石的各種性能對混凝土強度的影響

何榮

【摘要】混凝土在我國工程建設中的廣泛應用，研究如何最大程度提高混凝土的強度顯得尤為重要。作為混凝土重要組成成分之一的粗集料—碎石，其體積幾乎占到混凝土體積的一半，本文是結合四個項目對于碎石檢測在不改變水膠比、膠凝材料、砂率、碎石摻量的前提下，通過改變碎石的最大粒徑、顆粒級配，來分析其對混凝土強度的影響。

【關鍵詞】碎石，性能，混凝土強度，影響

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

一、前言

巖石經破碎、篩分而得到的粗集料為碎石，在混凝土工程中粒徑在5mm以上的巖石顆粒稱為粗骨料，即碎石。碎石是混凝土的主要組成材料，其特征和性能直接影響混凝土的性能。本文結合2012年至2014年兩年來對參加的橋梁和路基工程在不改變水膠比、膠凝材料、砂率、碎石摻量的前提下，通過改變碎石的最大粒徑、顆粒級配對混凝土強度的影響做一下簡單分析。

二、碎石的最大粒徑對混凝土強度的影響

碎石的粒徑越大，其比表面積相應減小，拌制混凝土時可以節省水泥與用水量，提高混凝土的密實度，抗滲性，強度。所以一般盡量選用較大的碎石粒徑，但并不是粒徑越大越好，粒徑越大，顆料內部缺陷存在的機率就越大，在混凝土拌合中下沉速度就越快，因此造成混凝土內顆粒分布不均勻，從而使混凝土強度降低，特別是流動性較大的泵送混凝土。在普通混凝土中，碎石的最大粒徑受結構物的尺寸及鋼筋的間距限制，在選擇最大粒徑時，應該視具體工程特點而定，對此，我們以貢山、麗江項目所用碎石做了試驗對比，其試驗結果如表1：

表1 C30混凝土試驗結果

從表中可以發現C30及以下混凝土所用碎石的最大料徑對混凝土強度影響不大。但是在配制高強混凝土時，碎石的最大粒徑對混凝土強度卻較為顯著，國外一般認為其最大粒徑不宜超過20㎜，我國現行規范規定為不超過26.5㎜，通常取20～25㎜。對此，我們也做了相應的試驗，試驗結果如表2。

表2C50級混凝土試驗結果

從表2中可見，碎石的最大粒徑對高強混凝土的強度有較大影響。因此，對于高強混凝土，所用碎石的最大粒徑要加以限制。

混凝土強度為60～100 MPa時，石子最大粒徑可以選為不大于20㎜。但也不是說粒徑越小越好，粒徑太小，使得碎石比表面積增加，空隙率增大，必將增加了水泥用量，提高了成本，否則又會影響混凝土強度。在配制高強混凝土時要限制碎石的最大粒徑，其主要原因如下：① 在集料與水泥石界面，不可避免地存在著界面過渡區，這是混凝土中的最薄弱環節。集料尺寸越大，界面過渡區也越大。在混凝土受力過程中，較大缺陷邊緣將產生較大的應力集中，使得混凝土承受荷載的能力下降，因而混凝土強度降低。② 由于水泥石與集料彈性變形性能的不一致性，在混凝土受力過程中將產生混凝土內部應力分布的不均勻性。集料粒徑越大，混凝土各部分承受的應力差別也越大。

由于上述這些原因，具有較大粒徑集料的混凝土往往難以配置出高強度的混凝土，因此，在配制高強混凝土時應對集料的最大粒徑加以限制。

三、碎石的顆粒形狀對混凝土強度的影響

碎石的顆粒級配與粒形對混凝土的和易性和強度性能有比較顯著的影響。顆粒級配差的碎石空隙率增大，在漿體量一定的情況下，填隙的砂漿多而包裹石 頭的砂漿變少，使混凝土的包裹性、粘聚性變差，從而不利于泵送與施工。針片狀碎石增加了新拌混凝土在流動過程中的摩擦阻力，針片狀碎石的堅韌性比普通粒形的堅韌性差，從而影響著混凝土的強度性能。研究針片狀碎石對混凝土性能的影響，有利于石場和用石單位有效控制碎石的質量，從而提高建筑工程質量。碎石的表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及形成的空隙特征。一般情況下，碎石顆粒粗糙、少棱角，空隙率和總比表面積大，與卵石混凝土比較，碎石混凝土所需水泥用量稍大，并且與水泥漿的粘結力較強。配合比設計中碎石的回歸系數aa為0.46、ab為0.07而卵石則為aa0.48、ab0.33所以在同樣條件下，碎石混凝土強度高于卵石，故配制高強混凝土選用碎石其和易性較卵石稍好。

碎石的顆粒形狀以接近球形或立方體形為優，以針、片狀顆粒為差。針片狀顆粒容易增加空隙率，降低混凝土拌合物的和易性，破壞界面間的粘結力，并且針片狀顆料受力容易折斷，使得影響混凝土強度，所以針片狀顆粒必須根據強度等級進行限制，按GB/T 14685-2011《建設用卵石、碎石》規定，碎石的針、片狀顆粒含量應符合表3規定。

表3 針、片狀顆料含量

因此，配制高強混凝土宜選用Ⅰ類；Ⅱ類宜用于強度等級為C30～C50的混凝土；C15～C30的混凝土一般情況下選用Ⅲ類對強度影響稍小。

四、碎石顆粒級配對混凝土強度的影響

碎石的級配是否良好對配置混凝土有直接影響，級配較差砂率大水泥漿則增大，才能使混凝土獲得良好的流動性。但是多使用水泥，硬化后的混凝土則收縮性大產生裂縫多維護成本高，故碎石級配良好與否對混凝土拌制好壞有一定的直接影響。不同的級配類型配制的混凝土，將帶來不同的影響，連續級配礦料配制的混凝土較為密實，并具有優良的工作性，不易產生離析，是經常采用的級配形式。但連續級配與間斷級配相比，配制相同強度的混凝土，所需的水泥消耗量較高。采用間斷級配礦料配制的混凝土，水泥消耗量較少，可以得到密實高強的混凝土，但間斷級配混凝土拌合物容易產生離析現象。關于級配對混凝土的影響，從表1中可以看出，連續級配和間斷級配均對混凝土的強度有較大影響。因此，在不具備連續級配的碎石時，可以采用間斷級配。顆料級配越好，空隙率越小。一般碎石的空隙率控制在44%以內為宜。

五、碎石強度對混凝土強度的影響

粗集料作為混凝土的骨架，占混凝土體積的50%~70%在混凝土中占有很重要的地位，人們長期將混凝土的水化，外加劑和礦料的摻配作為提高混凝土強度的期望，而忽視了石料的作用，集料對混凝土強度影響是多方面的，粗集料的種類、強度、體積率、以及集料基體界面粘結強度都將導致混凝土強度，巖石的抗壓強度應該為混凝土強度的1.5倍以上，天然石子有很高的強度，即使是經強烈風化的低強度花崗巖，其巖石抗壓強度也可達80～100 MPa。因此，在普通混凝土中，碎石的強度對混凝土強度的影響不大，但對高強混凝土的影響則較大。高強混凝土的水膠比較小，水泥砂漿構成的強度較高，所以要求碎石的強度也要相應提高。在工程建設中，一般粗骨料強度大都采用壓碎指標檢驗。

六、綜合分析

以上對碎石的各種性能在混凝土中對強度的影響進行了分析，可見針對不同強度等級的混凝土，對碎石的各種性能均需作不同的界定。具有較大粒徑集料的混凝土往往難以配制出高強度的混凝土，所以在施工中配制高強混凝土時應對集料的最大粒徑加以限制，我國現行規范規定骨料的最大粒徑為不超過26.5㎜，通常取20～25㎜，應不大于結構截面最小尺寸的1/4，并且不超過鋼筋最小凈距的3/4。碎石的顆粒形狀以接近棱形或立方體形較佳，以針、片狀顆粒含量越低越好?？障堵士刂圃?0%以內。碎石強度對普通混凝土強度影響較小，配制高標號混凝土就有了較高要求

結束語：總之，我們對碎石性能的檢測，其各項指標在國家相關規范之內，嚴格按照設計規范和混凝土配合比要求，選擇合理的碎石粒徑及級配，就能配制出理想中的混凝土，為工程建筑業的施工做好最基礎的質量保證。

參考文獻

[1] 《建設用卵石、碎石》GB/T 14685-2011。中華人民共和國國家標準，2011

[2] 公路橋涵施工技術規范，中華人民共和國交通運輸部發布，2011

[3] 吳中偉，謙慧珍。高性能混凝土[M]。北京：中國鐵道出版社，1999

[4]《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2000