粗骨料对混凝土性能影响的研究现状

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发布时间：2021-09-08

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粗骨料对混凝土性能影响的研究现状
王新杰，徐巍，封金财
(常州大学土木工程系．江苏常州213164)
【摘要】基于国内外学者的研究成果，归纳和总结了粗骨料的化学成分、强度、吸水率、颗粒形状和表面特
征、最大粒径和颗粒级配、用量对混凝土性能影响的基本规律，为提高混凝土的性能提供了参考依据。
【关键词】混凝土性能；粗骨料；化学成分；形貌；级配
【中图分类号】TU528．041 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864{2015)01—0031—03
混凝土是将砂、石、胶凝材料和水按一定比例混合在一
起而形成的一种多相复合材料，作为建筑材料中用量最多
的原料，其国内每年消耗量约达13—14×108m 。虽然在
混凝土中骨料的总体积含量达70％以上，但大部分学者的
研究重点主要集中在外加剂、矿物掺合料以及配合比等对
混凝土性能的影响，而把骨料仅当作一种惰性填充料，忽略
了其对混凝土性能的影响。我国幅员辽阔，粗骨料的种类
繁多，其化学成分和力学性能等均存在着较大差异，因此由
不同骨料制备的混凝土性能差别也较大，特别是在进行高
强高性能混凝土设计时，粗骨料的性能成为主要考虑因素
之一L2 】。文中将通过对国内外学者的研究成果进行整理、
分析，探讨粗骨料对混凝土性能影响的基本规律与存在的
一些问题。
1 粗骨料对混凝土性能的影响
粗骨料作为混凝土中含量最多的组分，其在混凝土内
起着刚性骨架的作用。通常混凝土承受压力荷载时，主要
是通过内部粗骨料问进行力传递，当发生破坏时主要变现
为砂浆与粗骨料胶结面处先出现微裂缝，之后裂缝随着荷
载增加而逐渐变大，最后混凝土发生破坏，可见采用优质的
粗骨料对提升混凝土的性能意义重大。
1．1 粗骨料化学成分对混凝土性能的影响
国内外的学者一直认为粗骨料是一种惰性填充材料，
实际上粗骨料并不是没有活性，粗骨料的种类不同，其所含
的化学成分也不相同，当与水泥等矿物掺合料接触后会发
生化学反应，这对混凝土性能都将产生较大的影响。杨
桂权通过“砂浆棒快速法”发现碱性骨料中某些成分能与
水泥发生化学反应，使砂浆的体积发生膨胀，7d时的膨胀率
达到0．28％，14d时甚至能达到0．35％，远超过规范中14d
时小于0．2％的要求。Turan dzturan 通过试验发现粗骨料
为石灰岩时，混凝土28d时的抗压抗拉强度比由玄武岩或砾
石所制成的混凝土高10％一20％左右，这是因为在石灰岩
表面含有能与水泥发生化学反应，其生成物水化碳铝酸钙
等物质能使骨料与砂浆界面胶结强度提高。P．C．Aitcin
等研究发现花岗岩与硅质砾石、辉绿岩碎石和石灰岩碎石
的强度相差不大，但由于花岗岩内含有浊沸石，致使由其配
制的混凝土在28d和56d的抗压强度只有其它碎石作粗骨
料配制混凝土抗压强度的84％。可见粗骨料本身的化学成
分对混凝土的性能有较大影响，骨料中碱性成分可以使混
凝土的强度减小，而另外一些化学成分可以使混凝土的强
度增加。因此，在选择骨料时要尽量避免选用碱性骨料，如
果不能避免也要采取措施，减小骨料中的碱性成分对混凝
土强度的影响。
1．2 粗骨料的强度对混凝土强度的影响
粗骨料自身的强度对混凝土的力学性能影响较大，尤
其是对于水灰比低于0．4的高强混凝土，制约其抗压强度大
小的已不是由硬化后水泥砂浆和骨料间的界面胶结强度，
而是骨料自身的强度。吴科如等通过试验研究石英岩、
花岗岩、石灰石、大理石四种不同强度粗骨料对水灰比为
0．26、0．44、0．55混凝土强度的影响，结果发现对于水灰比
为0．55的普通混凝土，骨料种类对混凝土的抗压强度影响
较小，但对于水灰比为0．26和0．44的高强混凝土，其抗压
强度随粗骨料强度的提高而逐渐变大，在H．Beshr 以水
灰比为0．35、粗骨料分别为钙质石灰岩、白云灰岩、石英岩
和钢渣所制成的混凝土性能研究中也得到了相同的结论。
由国内外学者的研究成果可知，粗骨料强度对混凝土
抗压强度的影响程度随着水灰比的减小而逐渐增大。这是
因为在未受荷时，普通混凝土由于水灰比较大，水泥砂浆和
骨料问的界面过渡区强度较低，存在的初始微裂缝较多，在
荷载作用下，这些微裂缝逐渐扩展直至粗骨料和砂浆沿着
界面过渡区的裂缝相互联通发生破坏。而对于高强度混凝
土，由于水胶比较小，水泥砂浆和骨料之间的界面过渡区微
裂缝相对较少，荷载主要由粗骨料相互传递，混凝土内部微
裂缝部分虽能沿着界面过渡区发展但不能相互连通。因此
骨料强度对普通混凝土的影响较小，而对于高强混凝土，其
强度随着粗骨料强度的增大而逐渐增大。
1．3 粗骨料吸水率对混凝土性能的影响
不同种类的粗骨料，其吸水率也会有一定程度的差别，
骨料吸水率对新拌混凝土的流动性和硬化后的力学性能都
有着很大的影响。陈习云通过试验发现，级配基本相同
的碎石，吸水率在1．9％之内时，对混凝土流动性和强度影
响较小，当碎石吸水率≥3．0时，混凝土初期坍落度明显减
小。Aiten I 和Wasserman R_l 等人的试验结果表明，吸水
率大的骨料，可以提高混凝土的强度，其他学者的研究成果
也证实了混凝土的强度随着骨料吸水率的增加而逐渐增