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粗骨料性能对混凝土强度的影响

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  摘要: 粗骨料各方面的性能对混凝土都有较大的影响,其中以最大粒径和颗粒级配对混凝土性能的影响最为显著,高性能混凝土对粗骨料的各方面性能要求更高。本文分析了粗骨料的最大粒径、颗粒级配对混凝土强度的影响,并从理论上分析了其表面特征及物理性能对混凝土性能的影响。
  关 键 词:粗骨料;级配;强度
  在混凝土工程中粒径在0.15-5mm之间的岩石颗粒称为细骨料,粒径在5 mm以上的岩石颗粒称为粗骨料,即石子。粗骨料是混凝土的主要组成材料,其特征和性能直接影响和决定着混凝土的性能。本文就粗骨料的各方面的性能对混凝土强度的影响做如下分析。
  1、最大粒径
  骨料的公称粒径的上限为该粒级的最大粒径。骨料的最大粒径大,比表面积小,空隙率也比较小。这就可以节省水泥与用水量,提高混凝土的密实度,抗渗性,强度。所以一般尽量选用较大的骨料最大粒径。
  最大粒径的尺寸选择受结构物的尺寸及钢筋的密度限制,在选择最大粒径时,应该视具体工程特点而定。粒径越大,颗粒内部缺陷存在的机率越大;粒径越大,颗粒在混凝土拌合中下沉速度越快,造成混凝土内部颗粒分布不均匀,进而使硬化后的混凝土整体强度降低。在普通混凝土中 ,粗骨料的最大粒径对强度影响不大。对此,我们做了实验,其实验结果如表 1。
  表1C30混凝土试验结果
  
  
  但是在配制高强混凝土时,碎石的最大粒径对混凝土强度却较为为显著,我国现行规范规定为不超过 31.5mm ,通常取 20~25 mm 。对此 , 我们也做了相应的实验,实验结果如表2。
  表2 C60级混凝土试验结果
  
  
  从表2中可见,碎石的最大粒径对高强混凝土的强度有较大影响。因此,对于高性能混凝土,所用石子的最大粒径要有限制。混凝土强度为60~100MPa时,石子最大粒径可以选为不大于20mm。在配制高强混凝土时要限制粗集料的最大粒径,其主要原因如下:
  ①在集料与水泥石界面,不可避免地存在着界面过渡区,这是混凝土中的最薄弱环节。集料尺寸越大,界面过渡区也越大。在混凝土受力过程中,较大缺陷边缘将产生较大的应力集中,使得混凝土承受荷载的能力下降,因而混凝土强度降低。
  ②由于水泥石与集料弹性变形性能的不一致性,在混凝土受力过程中将产生混凝土内部应力分布的不均匀性。集料粒径越大,混凝土各部分所承受的应力差别也越大。
  由于上述这些原因,具有较大粒径集料的混凝土往往难以达到很高的强度,因此,在配制高强混凝土时常常限制集料的最大粒径。
  2、颗粒级配
  骨料的级配如果选择不当,则需要多耗费水泥浆,才能使混凝土获得良好的流动性。有时,即使多使用水泥,硬化后的性能也受一定的影响。故骨料级配具有一定的现实意义。关于级配对混凝土的影响,我们做了实验,实验结果如表3 所示。
  
  
  
  从表3 中可以看出,连续级配和间断级配均对混凝土的强度有较大的影响。因此,在不具备连续级配的碎石时,可以采用间断级配。颗粒级配越好,空隙率越小。一般碎石的空隙率控制在44 %以内为宜。
  3 、物理性能和表面特征
  碎石的表面特征主要是指骨料表面的粗糙程度及其颗粒形状等。一般情况下,卵石表面光滑,少棱角,空隙较小,拌制混凝土时用水泥量较少,和易性较好,但与水泥浆的粘结力较差; 碎石颗粒粗糙有棱角,空隙率和总比表面积大,与卵石混凝土比较,碎石混凝土所需水泥量较大,但与水泥浆的粘结力较强。
  骨料的颗粒形状以接近球形或立方体形为优,针片状颗粒为差。针片状颗粒容易增加空隙率,降低混凝土的和易性,破坏界面间的粘结力,并且针片状颗粒容易折断,所以针片状颗粒必须根据强度等级进行限制。
  4、强度
  JGJ52规定,岩石的抗压强度应该为混凝土强度的1.5倍以上。天然石子有很高的强度 ,即使是经强烈风化的低强度花岗岩,其岩石抗压强度也可达 80~100 MPa。因此,在普通混凝土中,碎石的强度对混凝土强度的影响不大,但对高强混凝土则大不相同。高强混凝土的水胶比较小,水泥砂浆构成的强度较高,所以要求碎石的强度也要相应提高。
  综上所述 ,碎石的最大粒径对普通混凝土的性能影响不大;对高性能混凝土却有显著影响,我国现行规范规定骨料的最大粒径为不超过31.5 mm,通常取20~25 mm,粗骨料级配后的空隙率应不大于 44 %。表面特征以表面粗糙为好,颗粒形状以接近球形或立方体形为优。其强度对普通混凝土性能几乎无影响,高性能混凝土对此有较高要求。
  注:文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开


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