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1、粗集料品质对混凝土性能的影响1原材料及试验方法1.1 原材料水泥使用重庆海螺PO42.5R水泥，粉煤灰使用重庆某江珞璜级粉煤灰，矿粉使用重庆详众建材S95级矿粉，硅灰使用贵州弘富贵硅微粉，细集料使用重庆地区11区机砂，粗集料选用供应商供应的玄武岩碎石、卵碎石、石灰石碎石三种岩性的粗集料，外加剂使用西卡聚竣酸高性能减水剂，水使用拌和用水。1.2 试验方法按照普通混凝土拌合物性能试验方法标准(GB/T50080-2016)、普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2019)以及普通混凝土长期性能和耐久性性能试验标准(GB/T50082-2016)有关规定进行试验。2试验结果及分析2.1
2、 粗集料含泥量泥对混凝土工作性、力学性能以及耐久性有重要影响。清洗干净粗集料，计算、添加泥土并拌合均匀，控制含泥量在0、0.5%、1%、1.5%、2%,试验结果分别见表1.2及图1。从表12可以看出，含泥量越高，3h工作性损失越大，特别当含泥量超过1%时，工作性损失越大，这是因为聚竣酸减水剂对泥非常敏感,泥对减水剂有吸附作用，含泥量越高，吸附性越强；其中，C60混凝土工作性损失明显小于C30,这说明粗集料含泥量对C60混凝土工作性影响程度远小于C30混凝土，这是因为C60混凝土浆体量远远多于C30混凝土，浆体量越多，混凝土保坍性越好，因此，C60本身良好的保坍性弱化了粗集料含泥量对混凝土工作性
3、的影响。分析图1可以得出粗集料含泥量对C30、C60混凝土抗压强度的影响，混凝土抗压强度与粗集料含泥量基本呈相反的关系。其中，粗集料含泥量对C30混凝土影响较小，含泥量0的抗压强度比2%含泥量抗压强度高3.5MPa；但是，粗集料含泥量对C60混凝土抗压强度影响很大，含泥量O的比2%含泥量的抗压强度高17MPao粗集料含泥量对C60混凝土抗压强度影响这么大，主要是因为粗集料裹泥形成了界面薄弱区，削弱了粗集料与水泥石的粘结力。2.2 粗集料种类岩石大体上可分为沉积岩、变质岩和火山岩三种，不同的岩石对混凝土有着不同的影响，而最常用做混凝土粗集料的有石灰岩、卵石以及玄武岩三种。不同的岩石，其形成原因、
4、条件不同，破碎后的碎石的纹理、吸水性以及其自身强度都严重影响了所配制出混凝土的性能。本文研究卵石和石灰岩碎石以及玄武岩碎石,C60混凝土工作性和力学性能见表34。从工作性分析，玄武岩与石灰岩混凝土粘聚性好而流动性稍差,卵石混凝土流动性好而粘聚性较差。从抗压强度分析，C30混凝土玄武岩混凝土强度与石灰岩混凝土相当，而卵石混凝土强度稍低；C60混凝土则是玄武岩混凝土强度最高、卵石次之、石灰岩最低。混凝土的强度由混凝土中的集料、水泥石和水泥石与集料的粘结界面三方面的强度所决定。卵石经过长期的水流冲刷导致表面光滑无棱角，石灰岩和玄武岩碎石经机械破碎导致表面粗糙有棱角，集料颗粒形貌的不同导致混凝土和易性
5、不同，因此，卵石混凝土因粗集料表面光滑流动性好而粘聚性较差，玄武岩和石灰岩混凝土因粗集料表面粗糙粘聚性好而流动性较差。力学性能方面，3种混凝土只有粗集料种类不一样，水泥石的结构一样,因此，影响混凝土力学性能表现不一样的因素只有水泥石与粗集料粘结界面强度和粗集料种类这两种。对于低标号混凝土，影响混凝土强度的主要因素是水泥石和界面粘结强度，卵石与水泥石的界面粘结力弱于玄武岩和石灰岩，因此强度略低；对于高强混凝土，水泥石和界面过渡区已经得到较强的改善，粗集料强度在很大程度上决定了混凝土的强度。玄武岩母材强度最高、卵石母材强度次之、石灰岩母材强度最低；经检测，玄武岩碎石压碎值5.5%,卵碎石压碎值7.
6、2%,石灰岩碎石压碎值10.9%。因此，对于C60混凝土，玄武岩混凝土强度最高、卵石混凝土次之、石灰岩混凝土最低。2.3 粗集料针片状含量用规准仪挑选出针片状粗集料备用，调整针片状含量，使针片状含量分别达到5%、10%、15%、20%,用C30配合比进行试验,和易性见表5,抗压强度见图2。从表5可以看出，随着针片状含量增多，混凝土流动性逐渐变差，特别是针片状含量15%和20%的混凝土和易性非常差、包裹性差、骨料堆积严重；从图2可以看出，随着针片状含量的增多，混凝土抗压强度降低，且20%针片状的混凝土抗压强度非常低，相比5%针片状含量的混凝土抗压强度低9.3MPao粗集料中针片状含量的增加，会使
7、得孔隙率和比表面积增大，从而与砂浆基体的接触面增加，并且针片状颗粒的长宽比大，使得新拌混凝土在流动过程中的摩擦阻力增大，致使新拌混凝土的工作性降低。另一方面，当一定量的砂浆基体充填到增加的空隙中去时，剩余的砂浆基体数量减少，新拌混凝土中起润滑作用的砂浆层厚度减小，也使得新拌混凝土的工作性变差。针片状含量的增加，导致混凝土均匀性变差、密实度变差，且针片状集料是混凝土的薄弱区，因此，混凝土抗压强度随着针片状含量增加而降低。2.4 粗集料用量粗集料占据混凝土很大一部分，对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性有重要影响。粗集料的用量通常用体积分数来表示，本文用砂率调控粗集料的体积含量。试验结果见表6及图
8、3。分析表3及图3的数据，砂率在0.46的混凝土和易性最好，抗压强度也最高。砂率高于0.46时，由于砂浆太多，需水量增加导致流动性变差，且砂浆层成为了混凝土的薄弱区导致强度降低;砂率低于0.46时，由于砂浆不足，粗集料体积含量太高，粗集料之间直接接触、摩擦阻力增大导致流动性变差，这种粗集料过多也导致水泥石与粗集料结合不牢固导致强度降低。粗集料是混凝土化学性质最稳定的材料，其体积比也较大，通常混凝土中粗集料含量的改变，都会引起混凝土的收缩的变化。早期收缩开裂试验结果见表7。从表7可以看出，砂率0.44,0.46早期开裂较少，而0.5和0.42的砂率开裂较严重。研究表明，砂率大、粗集料体积分数较小
9、时，水分蒸发率高，塑性收缩率大，并且集料界面过渡区的厚度较大都增加了混凝土产生塑性开裂的风险，从而使得混凝土开裂程度较严重。粗集料对抑制混凝土开裂有一定的作用，但当粗集料含量达到一定程度上后，混凝土中砂浆基体相对较少，在粗集料之间的间隙填充不足，虽然失水率较小，但失去的水分相对于单方混凝土用水量比率来说是十分显著的，在表面水分快速蒸发后很难有内部水分补充，因而早期塑性开裂程度也相当严重。2.5 粗集料级配预拌混凝土搅拌站普遍使用510mm和1020mm两种级配搭配粗集料，结合本公司材料情况，510mm石子级配较好，Io20mm石子级配差，选出3种有代表性的石子筛分如表8。分别用A、B两种102
10、0mm石子与5IOmm石子按比例搭配，按照接近连续级配的原则进行搭配，试验结果见表910。从筛分结果可以发现，A大石粒径偏大，B大石粒径偏小。对A、C进行级配分析并进行搭配，无论按何种比例进行搭配A、C都无法满足连续级配范围，按65%:35%搭配级配最好，和易性尚可,但仍存在骨料堆积的现象。对B、C进行级配分析并进行搭配，能够满足连续级配范围，且80%:20%搭配和易性最好。从抗压强度来看，A、C混凝土比B、C混凝土强度低L5-5.5MPa,和易性差、骨料堆积严重的混凝土强度低23MPa。粗集料级配对混凝土和易性、力学性能、耐久性均有影响。粗集料级配不良会导致集料堆积不紧密、孔隙率增大，孔隙增
11、多就需要更多的砂浆来填充，这就导致了混凝土流动性差、包裹性差、骨料堆积的现象。在泵送施工的过程中，作业工人常说“料糙”全是石子”，就有粗集料级配差的原因。同时，由于包裹性差会导致混凝土不均匀，混凝土实体结构回弹强度低。2.6 粗集料压碎值表征粗集料强度有两种方法，第一种是测试母材的单轴抗压强度,另外一种是测试碎石的压碎值。压碎值检测比较快速方便，一般被作为材料进场验收的指标。为研究压碎值对混凝土强度的影响,试验选取不同压碎值的石灰岩碎石进行试验，除压碎值不同外保持其他物理指标接近。试验结果见图4,18.8%压碎值的C30混凝土强度明显降低,C40、C50混凝土当压碎值为16.2%、8.8%时强
12、度明显降低，10.4%.12.3%压碎值的C60混凝土强度明显降低。因此，混凝土强度等级越高，对粗集料的压碎值越敏感，对压碎值的要求就越高。这是因为，低标号混凝土试件的破坏往往是水泥石的破坏，高强混凝土试件的破坏往往是粗集料的破坏。3结语1）粗集料含泥量影响混凝土的和易性和力学性能，含泥量越高,混凝土和易性损失越大且强度越低；含泥量对不同等级的混凝土影响不一致，低标号粗集料含泥量宜控制在1.5%以下，高强混凝土粗集料含泥量宜控制在0.5%以内。2）粗集料针片状对混凝土和易性、力学性能影响很大，粗集料针片状含量宜控制在15%以内。3）粗集料表面粗糙度、形貌、母材强度对混凝土的和易性以及力学性能至关重要，预拌混凝土搅拌站不应忽略粗集料的种类。4）粗集料是混凝土的骨架，粗集料对混凝土的收缩开裂有抑制作用，混凝土中粗集料用量应满足混凝土和易性、力学性能和耐久性的要求。5）预拌混凝土应重视粗集料的级配，采用多级配搭配粗集料应加强粗集料筛分，动态调整搭配方式与比例。6）不同等级的混凝土对粗集料压碎值要求不同，C30及以下混凝土粗集料压碎值宜控制在16%以下，C35C55混凝土粗集料压碎值宜控制在12%以下，C60及以上高强混凝土粗集料压碎值宜控制在8%以下。
