碎石的各种性能对混凝土强度的影响

何荣

【摘要】混凝土在我国工程建设中的广泛应用，研究如何最大程度提高混凝土的强度显得尤为重要。作为混凝土重要组成成分之一的粗集料—碎石，其体积几乎占到混凝土体积的一半，本文是结合四个项目对于碎石检测在不改变水胶比、胶凝材料、砂率、碎石掺量的前提下，通过改变碎石的最大粒径、颗粒级配，来分析其对混凝土强度的影响。

【关键词】碎石，性能，混凝土强度，影响

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、前言

岩石经破碎、筛分而得到的粗集料为碎石，在混凝土工程中粒径在5mm以上的岩石颗粒称为粗骨料，即碎石。碎石是混凝土的主要组成材料，其特征和性能直接影响混凝土的性能。本文结合2012年至2014年两年来对参加的桥梁和路基工程在不改变水胶比、胶凝材料、砂率、碎石掺量的前提下，通过改变碎石的最大粒径、颗粒级配对混凝土强度的影响做一下简单分析。

二、碎石的最大粒径对混凝土强度的影响

碎石的粒径越大，其比表面积相应减小，拌制混凝土时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碎石粒径，但并不是粒径越大越好，粒径越大，颗料内部缺陷存在的机率就越大，在混凝土拌合中下沉速度就越快，因此造成混凝土内颗粒分布不均匀，从而使混凝土强度降低，特别是流动性较大的泵送混凝土。在普通混凝土中，碎石的最大粒径受结构物的尺寸及钢筋的间距限制，在选择最大粒径时，应该视具体工程特点而定，对此，我们以贡山、丽江项目所用碎石做了试验对比，其试验结果如表1：

表1 C30混凝土试验结果

从表中可以发现C30及以下混凝土所用碎石的最大料径对混凝土强度影响不大。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显著，国外一般认为其最大粒径不宜超过20㎜，我国现行规范规定为不超过26.5㎜，通常取20～25㎜。对此，我们也做了相应的试验，试验结果如表2。

表2C50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，对于高强混凝土，所用碎石的最大粒径要加以限制。

混凝土强度为60～100 MPa时，石子最大粒径可以选为不大于20㎜。但也不是说粒径越小越好，粒径太小，使得碎石比表面积增加，空隙率增大，必将增加了水泥用量，提高了成本，否则又会影响混凝土强度。在配制高强混凝土时要限制碎石的最大粒径，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配置出高强度的混凝土，因此，在配制高强混凝土时应对集料的最大粒径加以限制。

三、碎石的颗粒形状对混凝土强度的影响

碎石的颗粒级配与粒形对混凝土的和易性和强度性能有比较显著的影响。颗粒级配差的碎石空隙率增大，在浆体量一定的情况下，填隙的砂浆多而包裹石 头的砂浆变少，使混凝土的包裹性、粘聚性变差，从而不利于泵送与施工。针片状碎石增加了新拌混凝土在流动过程中的摩擦阻力，针片状碎石的坚韧性比普通粒形的坚韧性差，从而影响着混凝土的强度性能。研究针片状碎石对混凝土性能的影响，有利于石场和用石单位有效控制碎石的质量，从而提高建筑工程质量。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。一般情况下，碎石颗粒粗糙、少棱角，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用量稍大，并且与水泥浆的粘结力较强。配合比设计中碎石的回归系数aa为0.46、ab为0.07而卵石则为aa0.48、ab0.33所以在同样条件下，碎石混凝土强度高于卵石，故配制高强混凝土选用碎石其和易性较卵石稍好。

碎石的颗粒形状以接近球形或立方体形为优，以针、片状颗粒为差。针片状颗粒容易增加空隙率，降低混凝土拌合物的和易性，破坏界面间的粘结力，并且针片状颗料受力容易折断，使得影响混凝土强度，所以针片状颗粒必须根据强度等级进行限制，按GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》规定，碎石的针、片状颗粒含量应符合表3规定。

表3 针、片状颗料含量

因此，配制高强混凝土宜选用Ⅰ类；Ⅱ类宜用于强度等级为C30～C50的混凝土；C15～C30的混凝土一般情况下选用Ⅲ类对强度影响稍小。

四、碎石颗粒级配对混凝土强度的影响

碎石的级配是否良好对配置混凝土有直接影响，级配较差砂率大水泥浆则增大，才能使混凝土获得良好的流动性。但是多使用水泥，硬化后的混凝土则收缩性大产生裂缝多维护成本高，故碎石级配良好与否对混凝土拌制好坏有一定的直接影响。不同的级配类型配制的混凝土，将带来不同的影响，连续级配矿料配制的混凝土较为密实，并具有优良的工作性，不易产生离析，是经常采用的级配形式。但连续级配与间断级配相比，配制相同强度的混凝土，所需的水泥消耗量较高。采用间断级配矿料配制的混凝土，水泥消耗量较少，可以得到密实高强的混凝土，但间断级配混凝土拌合物容易产生离析现象。关于级配对混凝土的影响，从表1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。颗料级配越好，空隙率越小。一般碎石的空隙率控制在44%以内为宜。

五、碎石强度对混凝土强度的影响

粗集料作为混凝土的骨架，占混凝土体积的50%~70%在混凝土中占有很重要的地位，人们长期将混凝土的水化，外加剂和矿料的掺配作为提高混凝土强度的期望，而忽视了石料的作用，集料对混凝土强度影响是多方面的，粗集料的种类、强度、体积率、以及集料基体界面粘结强度都将导致混凝土强度，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，但对高强混凝土的影响则较大。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。在工程建设中，一般粗骨料强度大都采用压碎指标检验。

六、综合分析

以上对碎石的各种性能在混凝土中对强度的影响进行了分析，可见针对不同强度等级的混凝土，对碎石的各种性能均需作不同的界定。具有较大粒径集料的混凝土往往难以配制出高强度的混凝土，所以在施工中配制高强混凝土时应对集料的最大粒径加以限制，我国现行规范规定骨料的最大粒径为不超过26.5㎜，通常取20～25㎜，应不大于结构截面最小尺寸的1/4，并且不超过钢筋最小净距的3/4。碎石的颗粒形状以接近棱形或立方体形较佳，以针、片状颗粒含量越低越好。空隙率控制在40%以内。碎石强度对普通混凝土强度影响较小，配制高标号混凝土就有了较高要求

结束语：总之，我们对碎石性能的检测，其各项指标在国家相关规范之内，严格按照设计规范和混凝土配合比要求，选择合理的碎石粒径及级配，就能配制出理想中的混凝土，为工程建筑业的施工做好最基础的质量保证。

参考文献

[1] 《建设用卵石、碎石》GB/T 14685-2011。中华人民共和国国家标准，2011

[2] 公路桥涵施工技术规范，中华人民共和国交通运输部发布，2011

[3] 吴中伟，谦慧珍。高性能混凝土[M]。北京：中国铁道出版社，1999

[4]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000