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粗骨料顆粒級配對混凝土強度的影響

文章出處:巴固地坪——官網人氣:-發表時間:2018-04-24 00:00:00【

 本文分析了粗骨料的最大粒徑、顆粒級配對混凝土強度的影響,并從理論上分析了其表面特征和顆粒形狀、強度對混凝土性能的影響。經分析得知,粗集料各方面的性能對混凝土的性能有較大的影響,其中以最大粒徑和顆粒級配對混凝土性能的影響最為顯著,高性能混凝土對粗集料的各方面性能均有較高的要求。


粒徑在5mm以上的巖石顆粒稱為粗骨料,即石子。粗骨料是混凝土的主要組成材料,其特征和性能直接影響和決定著混凝土的性能。粗骨料在混凝土中約占70%,是混凝土的主要組成成分。本文就粗骨料的物理性質對混凝土性能的影響分析如下。
 

 

 

 

 

最大粒徑
1

 

 

 

 


石子的粒徑越大,其比表面積相應減小,因此所需的水泥漿量相應減少,在一定的和易性和水泥用量的條件下,則能減少用水量而提高混凝土強度,從這個意義上說,石子的粒徑應盡量選用大一些的[1]。但并不是粒徑越大越好,一是粒徑越大,顆粒內部缺陷存在的機率越大;二是粒徑越大,顆粒在混凝土拌合中下沉速度越快,造成混凝土內顆粒分布不均勻,進而使硬化后的混凝土強度降低,特別是流動性較大的泵送混凝土更加明顯。在普通混凝土中,碎石的最大粒徑是根據構件的截面尺寸和鋼筋間距來確定,粒徑的大小對強度影響不大。對此,我們做了實驗,其實驗結果如表1。


表1 C20級混凝土實驗結果

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當混凝土水膠比較小(一般為不大于014)時,碎石的最大粒徑對混凝土強度的影響就很顯著,國外一般認為其最大粒徑不宜超過10mm,我國現行規范規定為不超過3115mm,通常取20~25mm[3]。對此,我們也做了相應的實驗,實驗結果如表2。從表2中可見,碎石的最大粒徑對高強混凝土的強度有較大影響。因此,對于高性能混凝土,所用石子的最大粒徑要有限制。美國Mehta和加拿大Atcin認為[2],對大多數巖石來說,如果把最大粒徑減小到10~15mm,通常可以消除骨料的內在缺陷。混凝土強度為60~100MPa時,石子最大粒徑可以選為不大于20mm,強度超過100MPa時,石子最大粒徑不能超過12mm。日本建議超高強混凝土石子的最大粒徑在10mm以下。但也不是說粒徑越小越好,粒徑太小,使得石子的比表面積增加,空隙率增大,勢必要增加水泥用量,提高成本,否則會影響混凝土的強度。同時,粒徑越小加工時粘附在石子表面上的粉塵越多,給施工沖洗帶來困難,一旦沖洗不干凈,則會大大削弱骨料界面的粘結力,進而降低混凝土的強度。


表2 C50級混凝土實驗結果

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顆粒級配
2

 

 

 

 


級配對混凝土的和易性、經濟性有很大影響,直接影響到混凝土的強度、抗滲、耐久性。較好的骨料級配應當是:空隙率小,以減少水泥用量并保證密實度;總表面積小,以減少濕潤骨料表面的需水量;有少量的細顆粒以滿足和易性的要求。石子的級配有兩種[1]:即連續級配和間斷級配。關于級配對混凝土的影響,我們做了實驗,實驗結果如表3所示。從表3中可以看出,連續級配和間斷級配均對混凝土的性能有較大的影響。因此,在不具備連續級配的碎石時,可以采用間斷級配。顆粒級配越好,空隙率越小。可由公式P=(1-ρ0Πρ1)×100%計算,其中P為空隙率,ρ0為試樣的松散(或緊密)密度,ρ1為試樣密度。一般碎石的空隙率控制在44%以內為宜。

 

表3 C50級混凝土碎石級配實驗結果

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表面特征和顆粒形狀
3

 

 

 

 


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等。一般情況下,卵石表面光滑,少棱角,空隙與表面積較小,拌制混凝土時用水泥量較少,和易性較好,但與水泥漿的粘結力較差;碎石顆粒粗糙有棱角,空隙率和總表面積大,與卵石混凝土比較,碎石混凝土所需水泥漿較多,但與水泥漿的粘結力較強。圖1也充分說明了這一點。所以在同樣條件下,碎石混凝土強度高,故配制高強混凝土宜用碎石。

碎石的顆粒形狀以接近球形或立方體形為優,以針狀、片狀顆粒為差。當含有較多的針、片狀顆粒時,將增加空隙率,降低混凝土拌合物的和易性,骨料界面粘結力下降,并且針、片狀顆粒受力時容易折斷,進而影響混凝土強度。《標準》規定,碎石或卵石中針、片狀顆粒含量應符合表4的要求。


表4 針、片狀粗骨料顆粒含量

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圖1 骨料品種對混凝土強度的影響


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強度
4

 

 

 

 


天然石子有很高的強度,即使是經強烈風化的低強度花崗巖,其巖石抗壓強度也可達80~100MPa;粗粒花崗巖巖石強度可達120~140MPa;非常堅硬的粗粒花崗巖強度可達180~200MPa[2]。要求巖石的抗壓強度與混凝土強度之比不應小于115。因此,在普通混凝土中,碎石的強度對混凝土強度的影響不大,但對高強混凝土則大不相同。高強混凝土的水膠比較小,水泥砂漿構成的水泥強度較高,所以要求碎石的強度也要相應提高。在工程中,一般衡量粗骨料強度大都采用壓碎指標。混凝土強度等級為C60級以上時應進行巖石抗壓強度檢驗,其他情況下如有懷疑或認為有必要時也可進行巖石的抗壓強度檢驗。碎石的壓碎指標應符合表5規定。


表5 粗骨料的壓碎指標值

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綜上所述,碎石的最大粒徑對普通混凝土的性能影響不大;對高性能混凝土有顯著影響,我國現行規范規定為不超過3115mm,通常取20~25mm。顆粒級配對混凝土的性能有很大影響,粗骨料級配后的空隙率應不大于44%。表面特征以表面粗糙為好,顆粒形狀以接近球形或立方體形為優。其強度對普通混凝土性能幾乎無影響,高性能混凝土對此有較高要求。

 
 


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 ------責任編輯:巴固地坪技術顧問:袁田野

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