淺談集料對混凝土性能的影響

摘要：混凝土質(zhì)量受到多種因數(shù)影響，在其他原材料和配合比不變的前提下，采用兩組不同集料進行了混凝土試拌，并分別對兩組混凝土的和易性和物理力學(xué)性能進行了試驗檢測，為混凝土配合比設(shè)計中集料的選用提供了數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：集料;混凝土;性能;配合比設(shè)計

0 引言

混凝土是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱，其不僅在各種土木工程中被廣泛使用，而且在造船業(yè)、機械工業(yè)、海洋開發(fā)、地?zé)峁こ痰阮I(lǐng)域，混凝土也是重要的材料?；炷辆哂袃r格較低、使用方便、耐久性強、可塑性良好、抗震性強等優(yōu)點。混凝土質(zhì)量直接關(guān)系到人民的生命及財產(chǎn)安全，筆者作為一名基層試驗檢測人員，深知影響混凝土質(zhì)量的因素有很多，本文通過分析某委托案例中混凝土的檢測數(shù)據(jù)，研究粗、細集料對混凝土性能的影響。

1 混凝土基本性能

按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55—2011）的基本規(guī)定：混凝土配合比設(shè)計不僅要滿足混凝土配置強度及力學(xué)性能、長期性能和耐久性能的要求，還要滿足和易性和經(jīng)濟性要求。混凝土配合比設(shè)計所用的原材料應(yīng)滿足規(guī)范要求，且與工程實際使用原材料一致，否則混凝土的物理力學(xué)性能會發(fā)生很大變化。原材料的各項指標(biāo)都會對混凝土配合比設(shè)計造成不同程度的影響，例如，粗集料的針片狀含量、表觀密度、含泥量、壓碎值;細集料的含泥量、堆積密度、顆粒級配;水泥的品種、強度;水質(zhì)等。

2 案例分析

某單位委托我試驗室進行一個C30普通混凝土的配合比設(shè)計，委托方送檢的原材料分別是P.O42.5水泥;兩個不同產(chǎn)地的粗集料（5～10 mm、10～20 mm、16～31.5 mm的3種不同規(guī)格碎石），A摻配比例為20：50：30，B摻配比例為20：48：32;兩個不同產(chǎn)地的細集料。粉煤灰摻量為10%，聚羧酸高性能減水劑摻量為1.0%，拌和用水統(tǒng)一采用飲用水。

2.1? ? 原材料檢測結(jié)果匯總

我們對送檢原材料分別做了認真檢驗，A、B兩組不同原材料檢驗結(jié)果分別如表1、表2所示。

2.2? ? 計算初步配合比

確定混凝土的配制強度fcu0=fcuk（設(shè)計強度）+1.645σ=30+1.645×5.0≈38.2 MPa，選定水膠比為0.42，選用單位用水量172 kg，每立方米混凝土水泥用量為369 kg，粉煤灰為41 kg，外加劑用量為4.1 kg，選取砂率為38%，按照質(zhì)量法假定混凝土拌合物的表觀密度為2 430 kg/m3，求得砂用量為702 kg，碎石用量為1 146 kg?；炷脸醪脚浜媳葹樗啵悍勖夯遥荷埃核槭核和饧觿?369：41：702：1 146：172：4.1，即1：0.11：1.90：3.11：0.47：0.011。

2.3? ? 混凝土拌合物性能及抗壓強度對比分析

按照上面計算的初步配合比，用A、B兩組不同原材料進行混凝土試拌，按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準》（GB/T 50080—2016）要求對粗、細集料拌制的混凝土進行坍落度試驗，從而檢驗A、B兩組不同粗、細集料間差異對混凝土拌合物和易性的影響。按照《水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）要求對采用A、B兩組粗、細集料拌制的混凝土進行立方體抗壓強度試件制作及試驗，從而檢驗不同兩組粗、細集料間差異對混凝土齡期（3 d、7 d、28 d）立方體抗壓強度的影響。

2.3.1? ? 坍落度試驗和抗壓強度試驗

A混凝土實測坍落度為150 mm，B混凝土實測坍落度為155 mm，均滿足要求，A混凝土保水性良好、黏聚性良好;B混凝土保水性不好，有少量水分從底部析出，黏聚性不好，有少量石子離析現(xiàn)象。采用A、B兩組混凝土分別制作成型試件，在標(biāo)準養(yǎng)護齡期3 d、7 d、28 d分別進行抗壓強度試驗，結(jié)果如圖1所示。

A、B兩組混凝土所用原材料除粗、細集料不同，其他均相同，可實測齡期3 d、7 d、28 d混凝土的立方體抗壓強度，結(jié)果顯示都是A混凝土比B混凝土的抗壓強度大。

2.3.2? ? 粗集料分析

從A、B兩組混凝土原材料檢測數(shù)據(jù)可知，B組原材料中粗集料的針片狀顆粒含量、壓碎值明顯要大于A組，粗集料中針片狀含量的增加，會使粗集料的比表面積和空隙率增大、內(nèi)摩擦角增大，從而降低混凝土拌合物的流動性，會加重露石和離析現(xiàn)象，這一點在坍落度試驗時已得到驗證?？傊旨蠅核橹档脑龃?，會降低混凝土的力學(xué)性能，針片狀顆粒不僅會影響混凝土的和易性、水泥用量和強度，同時會影響其耐久性，弱化混凝土性能。粗集料的級配對混凝土的力學(xué)性能有非常明顯的影響，級配良好的集料具有較大的堆積密度和較小的空隙率。在其他條件相同的情況下，堆積密度越大，空隙率越小的集料，其級配可以獲得較高的強度和密實度。根據(jù)最大密度曲線理論可知，固體顆粒按粒度大小有規(guī)則地組合排列。粗細搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混合料。因此，石子的堆積密度存在一個合適的粗、細石子比例，在這個比例范圍內(nèi)的集料可以得到最大的堆積密度和最小的空隙率，獲得最高的混凝土強度。

2.3.3? ? 細集料分析

細集料的顆粒級配、粗細程度、含泥量和砂中含有的一些有害雜質(zhì)等都會對混凝土和易性和強度產(chǎn)生很大影響，細集料的顆粒形狀及表面特征會影響其與水泥的粘結(jié)性及混凝土拌合物的流動性，A混凝土用砂較B混凝土用砂總體偏粗，總比表面積偏小，需要包裹砂粒表面的水泥漿較B混凝土較少，從而提高了混凝土的密實性與強度，可以節(jié)約成本，滿足經(jīng)濟性要求。但是砂過粗，細度模數(shù)大于3.5時，內(nèi)摩擦角大，拌制的混凝土和易性不好控制，不易振搗成型，不便于施工;砂過細，細度模數(shù)小于1.0時，比表面積增大，會使膠凝材料和用水量增大，造成混凝土強度降低，收縮率增大，易產(chǎn)生干縮裂紋。含泥量增大，會顯著影響聚羧酸減水劑的效用，數(shù)據(jù)顯示，A混凝土砂的含泥量低于B混凝土砂的含泥量，在外加劑摻量相同的情況下，A混凝土的和易性和立方體抗壓強度均優(yōu)于B混凝土。因為泥土對聚羧酸減水劑會有很強的吸附作用，消耗了相應(yīng)減水劑用量的效能，降低了混凝土集料界面的粘結(jié)強度，會導(dǎo)致水泥和碎石之間內(nèi)摩擦角減小，內(nèi)應(yīng)力增加，產(chǎn)生滑動最終開裂，還可能對鋼筋產(chǎn)生腐蝕作用，從而降低混凝土的抗凍性、耐久性和強度。

3 結(jié)語

混凝土是一種普通的建筑材料，分為普通混凝土、水下混凝土、高性能混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等很多種類，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域?；炷列阅苤苯佑绊懝こ探ㄔO(shè)的質(zhì)量與安全性，影響混凝土本身質(zhì)量的因素非常多，如水泥的品種和強度等級;粗集料的級配、針片狀顆粒含量、壓碎值、含泥量;細集料的細度模數(shù)、含泥量、有害物質(zhì)含量;摻合料質(zhì)量好壞;外加劑類型;拌合水質(zhì);養(yǎng)護條件及施工工藝等，都會對混凝土性能造成不同程度的影響?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)形貌及堆疊程度在很大程度上由集料的形狀、級配以及摻配比例決定，所以集料的甄選是拌制混凝土極為重要的一環(huán)。總體而言，提高集料質(zhì)量對于改善混凝土性能有積極的影響。因此，在設(shè)計混凝土配合比過程中，應(yīng)結(jié)合實際情況，客觀全面地了解所選用的粗、細集料在混凝土中的作用。

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收稿日期：2020-03-29

作者簡介：王曉霞（1984—），女，山西大同人，工程師，研究方向：道路工程檢測。