粗骨料表面特征对混凝土强度的影响分析

陈晓玲 （南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188）

1 引言

影响混凝土强度的因素很多，主要有水泥强度与水胶比的影响、骨料级配及颗粒形状的影响、养护温湿度的影响、养护龄期的影响等等。在进行混凝土配合比设计时，有一混凝土强度经验公式，称为鲍罗米公式：。这个公式基本反映了影响混凝土强度的主要因素。目前针对以上诸因素的相关研究较多，相对较成熟。如：水泥强度与拌制的混凝土强度大小成正比关系；水胶比与拌制的混凝土强度大小成反比关系；骨料级配良好、骨架密实有利于增强混凝土强度；粗骨料针片状颗料含量越多，受力时容易折断，而且会增加骨料间的空隙，易导致混凝土强度下降；养护的温度高，混凝土强度发展快；养护的湿度适宜，混凝土强度发展快；混凝土的强度随着龄期的增加而增长等等。

在以上诸多影响因素中，有一个因素往往容易忽略或研究得较少，即粗骨料表面特征对混凝土强度的影响。从长期的试验教学中发现，这个影响因素不容忽视。在进行混凝土配合比设计时，粗骨料表面特征是以系数αa和αb来考虑的，称为回归系数，一般计算时：碎石αa取 0.53，αb 取 0.20，卵石 αa取 0.49，αb取0.13，并且要求如果条件具备，应通过试验建立水胶比与混凝土强度关系来确定此回归系数。本文设计试验，拟选用两种表面特征差异较大的粗骨料，即粗骨料1（表面棱角较多），粗骨料2（表面较光滑）。配制不同强度等级的混凝土，选用四种强度：C20、C25、C30、C40。通过强度测定结果，分析粗骨料表面特征对不同强度等级混凝土的影响。

粗集料主要性能指标测定值 表1

混凝土1、混凝土2材料单位用量表 表2

2 试验原材料

①水泥：采用南京海螺水泥有限公司复合硅酸盐水泥P.C32.5、P.C42.5。水泥强度采用水泥胶砂强度法，实测28d的抗压强度为36.7MPa、46.8 MPa。

②细集料：南京市句容采砂厂河砂，经检测：砂的细度模数为2.58，中砂，级配属于Ⅱ级配区，表观密度为2.640g/cm3，含泥量为1.0%，泥块含量为0.6%，砂的各项性能满足《建设用砂》（GB/T 14684-2011）的标准。

③粗集料：南京市句容采石厂的粗骨料 1、粗骨料2（见图 1、图 2），各项性能均满足《建设用碎石、卵石》（GB/T 14685-2011）的要求。主要性能指标见表1。

④水：饮用水。

图1 粗骨料1

图2 粗骨料2

3 试验方案

选用以上两种表面特征差异较大的粗骨料1和粗骨料2分别拌制混凝土，混凝土强度选用 C20、C25、C30、C40 四个。配制C20、C25、C30混凝土时所用水泥强度等级为P.C32.5，配制C40混凝土时所用水泥强度等级为P.C42.5。混凝土1（粗骨料1）和混凝土2（粗骨料2）的材料单位用量相同，见表2。

塑性混凝土坍落度为35～50mm，成型的混凝土立方体试件尺寸为15cm×15cm×15cm，标准养护至28d强度。具体测定值见表3。

4 试验结果分析

从以上表格3数据明显看出，用粗骨料1拌制的混凝土1强度明显高于用粗骨料2拌制的混凝土1的强度。为了更直观反映以上表格数据，绘制折线坐标图如图3所示。

混凝土1、混凝土2强度测定结果 表3

图3 粗骨料1、粗骨料2不同强度等级混凝土测定值

①原材料检测时，粗骨料2的强度较粗骨料1大（压碎值试验）。而从图3可看出：仅因为粗骨料1表面棱角多，粗骨料2表面较光滑，在其它条件均相同的条件下，配制同样强度的混凝土，混凝土1强度明显大于混凝土2强度。说明粗骨料表面特征对混凝土强度影响较大。

②试验选取四种强度等级混凝土进行配制，即 C20、C25、C30、C40。从试验结果可见：随着所配制的混凝土1和混凝土2强度等级的增长，混凝土1和混凝土2的强度测定值有逐渐靠近的趋势。说明随着混凝土强度等级的提高，粗骨料表面特征对混凝土强度的影响逐渐减小。

③另外，从混凝土试件破坏的部位看出，C20、C25、C30 混凝土破坏基本在骨料与水泥石的交界面处，骨料2的表面光滑，故界面粘结力较差。而C40混凝土破坏形式较复杂，粗骨料破坏明显，粗骨料与水泥石的界面、水泥石也均有一定程度破坏。由此可见，混凝土强度越高，水泥浆体与骨料之间的粘结力越来越大，相应粗骨料表面特征对混凝土强度的影响逐渐减小。

5 结语

影响水泥混凝土强度的因素从大的方面可以概括为以下四个方面：①骨料强度；②水泥石强度；③骨料与水泥石之间的界面强度；④外界环境及试验条件。本文重点研究的是粗骨料的表面特征对混凝土强度的影响，从整个试验过程以及得出的结果可以看出，粗骨料表面特征对混凝土强度的影响不能孤立分析，要全面考虑以上诸多因素，这样才能较全面科学地得出结论。

本文选取两种表面特征差异较大的粗骨料进行混凝土试验，即粗骨料1（表面棱角较多）、粗骨料2（表面较光滑），采用不同强度进行混凝土的配制。因试验条件限制，仅选取 C20、C25、C30、C40四种强度等级。通过强度试验结果，初步得出以下结论。

①用粗骨料1和粗骨料2分别配制C20、C25、C30 强度等级的混凝土，结果很明显，混凝土1强度明显大于混凝土2的强度。而且发现混凝土试件破坏时，粗骨料几乎完好无损，混凝土破坏基本在骨料与水泥石的交界面处。很显然，粗骨料2与水泥石之间的粘结力较差（即上文所提及的“骨料与水泥石之间的界面强度”较低），混凝土强度测定值偏低。

所以，在配制小于C40强度等级的混凝土时，一定要充分考虑粗骨料的表面特征，要选择表面多棱角、粗糙的粗骨料较好，配制的混凝土强度较高。

②用粗骨料1和粗骨料2分别配制C40强度等级的混凝土，从图中数据可见：混凝土1强度与混凝土2强度接近。而且发现混凝土试件破坏时，粗骨料大部分被压坏、而且水泥石以及粗骨料与水泥石之间的界面均有不同程度的破坏。由此可见，混凝土强度越高，即所用水泥强度越高，水胶比相对较低，水泥石与骨料之间的粘结力较强（此粘结强度是由于水泥石强度的提高），此时粗骨料表面特征的影响就显得微乎其微。

所以，在配制C40及以上强度等级的混凝土时，粗骨料的表面特征影响会逐渐减小，而粗骨料本身的强度要充分保证。

③如果有条件或本单位长期采用同一种粗集料配制小于C40强度等级的混凝土，建议粗骨料表面特征系数采用实测的数据。

④由于试验条件和时间的关系，没能进行高强混凝土的配制分析，有待今后进一步研究。