粗细骨料对C100混凝土工作性与强度的影响

郭元强

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361100）

粗细骨料对C100混凝土工作性与强度的影响

郭元强

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361100）

本文研究了浆骨比、粗骨料、粗骨料比例对于 C100 高强混凝土工作性和强度的影响。试验结果表明：在不改变强度的情况下调整浆骨比可改善混凝土拌合物的工作性；粗骨料强度对高强混凝土的强度起决定性影响；改变粗骨料中两种石子比例对工作性和强度有一定影响。

粗骨料；C100；浆骨比；工作性；强度

0 引言

C100 以上的超高强混凝土，对原材料的要求非常高。近年来出现的深圳京基大厦、西塔等工程，无不使用了优质的材料以及特殊的外加剂，在此基础上，配制成功了工作性良好的 C80 以上的混凝土。对于 C100 混凝土，原材料的要求则更为严格，为此国内外对矿粉、粉煤灰、硅灰等胶凝材料以及外加剂的使用进行了大量的研究[1]。但对于骨料对工作性与强度的影响则研究较少[2]，而高强混凝土需要各种原材料协同作用才可实现[3]。本文研究表明，与普通混凝土相比，骨料对于 C80 以上的高强混凝土的影响是显著的，尤其是对强度的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：华润水泥有限公司生产的 P·O52.5 普通硅酸盐水泥，28d 抗压强度为 65.5MPa；粉煤灰：漳州后石电厂生产的Ⅱ级 F 类粉煤灰，细度16.8%，需水量比 98%，烧失量 2.49%；矿粉：三钢集团（龙海）矿微粉有限公司生产的S95 级矿渣粉，比表面积 435m2/kg，流动度比 99%；硅灰：厦门金岳材料科技有限公司生产，比表面积约为 18000m2/ kg，SiO2含量 92.3%；河砂：细度模数 2.51 的中砂，含泥量0.9%；减水剂：福建科之杰新材料有限公司生产 Point-S 聚羧酸高效减水剂，含固量 21.78%；水：自来水； 石子：漳州生产的 5～10mm（石子Ⅰ）和 10～20mm（石子Ⅱ）反击破碎石。石子Ⅰ的压碎指标 8.30%，石子Ⅱ的压碎指标为 5.6%。

1.2 试验方法

混凝土抗压强度测试按照 GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行，成型试件尺寸为 100mm× 100mm×100mm；混凝土拌合物的倒置坍落度筒排空试验测试按照 JGJ/T 281—2012《高强混凝土应用技术规程》进行。

2 配合比与试验结果

在大量试验的基础上[4]，选取以下几组配比进行分析（见表 1）。各组中外加剂的掺量为 3%～3.2%，试验过程中保证混凝土的粘聚性，避免发生泌水离析现象。其中，A 组为基准组，A1 和 A2 组的水胶比分别为 0.23 和 0.22；B 组使用了压碎指标为 5.6% 的反击破花岗岩石子，其他材料与配比与 A 组相同。C 组在 A1 组的基础上调整了胶材量，C1、A1、C2 组为 560kg/m3、600 kg/m3、640kg/m3；D 组在 A1 组的基础上调整了大小石子的比例，D1、A1、D2 组中小石子的百分比分别为 40%、35% 和 30%。性能试验结果见表 2。

表 1 试验配合比 kg/m3

表 2 工作性与抗压强度

3 试验分析

3.1 浆骨比的影响

高强混凝土中的骨料在浆体中是悬浮状态。倒置坍落度筒中混凝土的排空时间是衡量混凝土可泵性的重要标准，时间在 15s 之内的混凝土可泵性较好，扩展度越大的，流动性越好。

从图 1 中可见，倒空时间与扩展度存在一定的相关性。从 C1、A1、C2 组可见，浆体最多的 C2 组的倒空时间短且扩展度大，浆体最少的 C1 组则相反。说明在浆体黏度适宜时，浆骨比对混凝土拌合物的工作性影响显著，在一定范围内浆骨比越大，工作性越好。从其他几组可见，胶材的组成、骨料中大小石子构成等都对工作性产生一定影响，生产时应根据原材料进行试配调整。

图 1 各组倒空时间与坍落扩展度

3.2 粗骨料对强度的影响
高强混凝土的破坏不仅可能发生在传统的骨料与砂浆界面过渡区，也有可能发生在砂浆中或是骨料本身劈裂。从其破坏的形态可分辨试块中的相对薄弱区域，从而找到提高整体强度的途径。作为配合比中占总量 2/3 的材料，骨料对高强混凝土是非常重要的。在 C100 混凝土标准试块受压破坏时，呈现明显的环箍效应并伴随炸裂声，如图 2 所示，在7d 受压破坏试块中常可观察到立方体试块的表层呈现层状剥落，以及明显的骨料断面，靠近中心位置出现了大量压碎的粉末。在靠近中间位置的试块上，取下颗粒进行微观分析。从图 3 的微观形态中，可发现明显的裂缝，以及未水化完全的圆形颗粒。这说明中间位置水化程度低，试块受压破坏时，砂浆与骨料接近同时破坏。此时，表层的砂浆部分水化较为完全，强度较高，而骨料强度较低，成为薄弱区。

在相同配比条件下，只改变了 A、B 两组的骨料材质，A、B 组石子压碎指标分别为 8.7% 和 5.6%。从图 4 中可见，B 组比对应的 A 组强度高出 20～30MPa。说明与胶凝材料掺量等其他因素相比，粗骨料的强度对高强混凝土的强度影响是更为显著的。

图 3 试块内部微观形态

4 小结

（1）在不影响强度或影响较小前提下，拌合物的工作性可通过调整各种胶凝材料比例或增大浆骨比来实现。

（2）粗骨料的强度对混凝土的强度影响显著，生产高强混凝土时，应注意骨料与砂浆的协同作用，在使用高强砂浆基体时，应选用压碎指标低的粗骨料。

（3）两种粒径粗骨料的混合比例对混凝土的工作性和强度都有一定影响，生产中宜根据原材料情况进行试验调整。

[1] 吴中伟，廉慧珍．高性能混凝土[M]．中国铁道出版社，141-142．

[2] 吴历斌，孙振平等．高强高性能混凝土中集料对力学性能的影响[J]．混凝土与水泥制品，2001.1: 43-46．

[3] 董文洁，马士玉，李学刚，等．C100 高性能混凝土的研究[J]．混凝土，2011.10: 96-97．

[4] 陈茜，徐仁崇，苏艺凡，等．C100 大体积钢管混凝土的温升监控与研究[J]．混凝土与水泥制品，2013.12: 10-12．

［通讯地址］厦门市同安区新民镇凤岭路 760 号（361100）

郭元强（1973—），男，工程师，厦门市建筑科学研究院经理。