粗骨料粒径和级配对混凝土性能的影响

李从喜

(湖北鄂州玖鑫商砼有限公司，湖北 鄂州 436030)

0 前言

粒径大于4.75mm 的岩石颗粒称为粗骨料，即石子。粗骨料的重量在混凝土中约占总重量的60%～70%[1]，是混凝土的主要组成成分之一，其粒径和级配对混凝土的性能有显著影响。本文对粗骨料的粒径和级配从理论和实验两个方面进行分析，并根据理论和实验结果采取合理的粒径和级配，为生产高强度、高经济性、高工作性的混凝土提供参考。

1 粒径的大小选择

1.1 理论分析

粗骨料的粒径越大，其比表面积就相应减小，因此骨料表面包裹的水泥浆量也相应减少，在一定的和易性和水泥用量的条件下，则能减少用水量而提高混凝土的强度。从这个意义上说，石子的粒径应尽量选用大些，但并不是粒径越大就越好，一是根据GB50164-2011 《混凝土质量控制标准》中的2.2.3规定：粗骨料最大公称粒径不得大于构件截面最小尺寸的1/4，且不得大于钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，骨料的最大公称粒径不宜大于板厚的1/3，且不得大于40mm；二是粒径越大颗粒内部缺陷存在的机率越大，对高强混凝土不利；三是粒径越大，颗粒在混凝土拌合物中下沉速度越快，造成混凝土内颗粒分布不均，影响混凝土强度。对于高水灰比低强度混凝土来说粒径对强度影响不是很大，由于高水灰比混凝土浆量较少，因此尽量选择较大的粗骨料粒径来减少比表面积，从而减少包裹骨料的浆体，来增加浆体层的厚度，提高混凝土的性能。对于低水灰比的高强度混凝土，粗骨料粒径对强度影响很显著。究其原因，一是粒径越大颗粒内部缺陷存在的机率越大。美国Mehta 和加拿大Aitcin 认为[2]，对大多数岩石来说，如果把最大粒径减小到10～15mm，通常可以消除骨料的内在缺陷；二是粗骨料粒径减小可以增加粗骨料与水泥的粘接面积，提高水泥石与粗骨料界面性能，对低水灰比混凝土的抗渗、抗裂、强度都有很大的提高。但也不是说粗骨料粒径越小越好，粒径太小，使石子的比表面积增加，空隙率增加，这就需要足够多的水泥浆量，势必需要增加水泥用量，提高成本，否则会影响混凝土强度。同时，粒径越小加工时粘附在石子表面的粉尘越多，如果粉尘处理不够好，则会大大降低骨料界面的粘结力，进而影响混凝土强度，同时还会使混凝土的坍落度损失加快和降低减水剂的减水功效，造成减水剂用量增加，进而增加成本。

1.2 实验分析

表1 混凝土实验结果1

表2 混凝土实验结果2

[3]的实验结果（见表1）为例进行分析。

从实验中可以看到，在高水灰比低强度的混凝土中，石子的最大粒级对强度的影响较小，其粒径大小的选择主要是根据GB50164-2011《混凝土质量控制标准》内的2.2.3 和JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》内的表7.4.1 规定来确定。在低水灰比高强度的混凝土中，石子的粒径大小对混凝土强度影响较大，国外一般认为其最大粒径不宜超过10mm，我国现行规范规定为不超过31.5mm，通常取20～25mm[4]。

2 粗骨料级配对混凝土影响

2.1 理论分析

粗骨料的颗粒级配可分为连续级配和单粒级配。混凝土用石应采用连续粒级。连续粒级具有堆积紧密，空隙小，比表面积小等特点，用其配制的混凝土具有良好的和易性。单粒级宜用于组合成满足要求的连续粒级；也可与连续粒级混合使用，以改善其级配或配成较大粒度的连续级配。好的级配可使孔隙率和总比表面积均较小，用它来配制混凝土一是可以减少水泥浆的用量，降低成本提高效益；二是水泥浆用量的减少可以降低水化热，减少混凝土的干缩；三是降低用水量可以提高混凝土的密实度、强度和其它的一些性能；四是具有良好的工作性，浇筑成型后，可获得密实均匀、强度高的混凝土。

2.2 实验分析

以参考文献[3]的实验结果（见表2）为例进行分析。

从实验中可以看到，连续级配、间断级配和单粒级配均对混凝土的性能有较大的影响。因此，在不具备连续级配时，可以采用间断级配。单粒级不宜配制混凝土，应与间断级配或连续级配的石子组合成连续级配。单粒级的粗骨料组合成连续粒级的粗骨料，可用方程法和图解法来改善粗骨料的级配[4]。

3 结语

粗骨料的粒径大小选用和级配是否连续，对混凝土的性能、强度都有影响。对于高水灰比低强度的混凝土，在符合规范，满足施工要求时粗骨料粒径尽量选用大些。对于低水灰比高强度的混凝土，粗骨料粒径尽量选用小些。同时配制混凝土用石应采用连续粒级，不满足要求时，可进行组合或与连续粒级混合使用。

合理的选材，可以生产出高强度、高经济性、高工作性的混凝土。

参考文献

[1]刘国华，陈斌，曹学友.粗骨料对混凝土性能的影响与定量评价[J].浙江水利科技，2003，(6): 1-3.

[2]吴忠伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[3]王雨利，管学茂，潘启东，等.粗骨料颗粒级配对混凝土强度的影响[J].焦作工学院学报，2004，(3): 213-215

[4]冯浩，朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[5]穆红旗.改善粗骨料级配的两种方法[J].安徽建筑，2000，(1): 92-94