骨料強度和堿性反應(yīng)對混凝土性能的影響研究

粗骨料品質(zhì)對混凝土性能的影響

申紅旗

河南科源水利建設(shè)工程檢測有限公司

摘要

粗骨料在混凝土中起骨架作用，是混凝土的重要構(gòu)成之一，粗骨料對混凝土性能有非常重要的影響。文章闡述了粗骨料級配、吸水率、表觀密度、含泥量、泥塊含量、堅固性、針片狀顆粒含量、骨料強度、壓碎指標、堿活性對混凝土和易性、強度、抗?jié)B性、抗凍性、化學穩(wěn)定性、抗磨性等性能的影響，工程中拌制混凝土時，應(yīng)進行比對試驗后，再應(yīng)用于工程中。

關(guān)鍵詞：粗骨料；顆粒級配；表觀密度；強度；堿活性

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前言

混凝土由水泥、摻合料、外加劑、粗骨料、細骨料和水組成，其中粗骨料和細骨料起到骨架作用。粗骨料的種類不同，其材質(zhì)、強度及化學成分等就不相同，從而影響混凝土的和易性、強度及耐久性等性能。因此分析粗骨料品質(zhì)對混凝土性能的影響很有必要。

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粗骨料品質(zhì)具體對混凝土性能影響

2.1 粗骨料級配對混凝土性能影響

粗骨料級配是指各級粒徑顆粒的分配比例。粗骨料的級配會對混凝土的拌合性能、物理性能、以及耐久性產(chǎn)生一定的影響，在確定混凝土配合比時，粗骨料粒徑均勻可以節(jié)省水泥的用量，降低混凝土的造價。確定混凝土配合比時，粗骨料粒徑越大，用水量越少。大體積混凝土，采用大粒徑的粗骨，可以降低砂率，提高混凝土的強度，并可以減少用水量以達到節(jié)省水泥用量的作用，水泥用量減少的話，可以降低混凝土內(nèi)部熱量產(chǎn)生的溫度和減少溫度產(chǎn)生的裂縫。

2.2 粗骨料飽和面干吸水率及表觀密度對混凝土性能影響

石料的表觀密度決定于石質(zhì)、礦物成分，風化程度及空隙率。一般情況下，表面比較粗糙，結(jié)構(gòu)疏松的粗骨料配置出來的混凝土強度比較低，尤其是表面粗糙，孔隙較多的粗骨料對吸水率的影響更大一些，而用于此類粗骨料的混凝土對混凝土抗?jié)B要求、抗凍要求及耐久性要求更不易達到。

2.3 粗骨料含泥量及泥塊含量對混凝土性能的影響

《建筑用卵石、碎石》（GB／T14685—2011）對含泥量的定義是，卵石、碎石中粒徑＜751的顆粒含量?！端せ炷猎囼炓?guī)程》（SL352—2006）對含泥量的定義是石料中<0.08mm的黏土、淤泥及細屑的總含量。其比表面積大、吸水性大、體積變化大、遇水膨脹、干燥收縮：粗骨料中粘土含量過多對混凝土強度、干縮、徐變、抗?jié)B、抗凍融及抗磨損等均產(chǎn)生不良影響。含泥狀態(tài)不同，影響也有差異，其類型有以下3種：

包裹型含泥——粗骨料中所含泥粒一般成漿狀粘接或附著于骨料的表面，會影響到粗骨料與水泥漿液的黏結(jié)，并進一步影響到混凝土的強度及其他性能。

松散型含泥——石子中均勻分布的泥粒，在配制低膠材混凝土或砂子細度偏粗時，可以起到改善混凝土拌和物的和易性與提高混凝土密實性的作用，但含泥量達到5％時，混凝土強度有所降低，特別是R30以上混凝土，當含泥量超過7％時，強度可降低30％以上。

團塊型含泥——石子中含有團塊狀泥土時，對混凝土各種性能都不利，特別對混凝土抗拉強度影響更大，如泥塊在1％～2％時，混凝土抗拉強度降低10％～25％，同時團塊型含泥量越多，對混凝土干縮影響也越大，因此《水工混凝土施工規(guī)范》SL677-2014和《水工混凝土施工規(guī)范》DL／T5144—2015都規(guī)定骨料中不允許泥塊存在。

含泥量對混凝土的抗凍性能影響非常嚴重，當混凝土有抗凍要求的時候，應(yīng)嚴格控制粗骨料的含泥量。

2.4 粗骨料堅固性對混凝土性能的影響

粗骨料的堅固性是骨料的顆粒在各種物理侵蝕作用下不被崩解破裂的能力，堅固性是影響粗骨料耐久性和穩(wěn)定性的重要指標之一。當混凝土有耐久性的要求時，應(yīng)嚴格要求粗骨料的堅固性，在SL677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》中，有抗凍和抗侵蝕要求的混凝土堅固性≤8%，無抗凍要求的混凝土堅固性≤10%。

2.5 粗骨料針片狀顆粒對混凝土性能的影響

粗骨料當中的針片狀含量對混凝土拌合物的和易性有較大影響，當超過一定數(shù)量比例時，會不同程度地影響混凝土的強度等性能。凝土的抗拉、抗折強度受針片狀含量影響更大，因此規(guī)范規(guī)定粗骨料針片狀含量一般≤15％。

2.6 粗骨料壓碎指標和軟弱顆粒含量對混凝土性能影響

壓碎指標是指為10～20mm的顆粒，在標準荷載作用下壓碎顆粒含量的百分率。影響混凝土的強度和變形能力的重要參數(shù)之一就是壓碎指標，尤其對高強混凝土影響更大。在SL677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》中，設(shè)計混凝土抗壓強度等級≥30MPa，沉積巖壓碎指標值≤10%，變質(zhì)巖壓碎指標值≤12%，巖漿巖壓碎指標值≤13%，卵石壓碎指標值≤12%；設(shè)計混凝土抗壓強度等級<30MPa，沉積巖壓碎指標值≤16%，變質(zhì)巖壓碎指標值≤20%，巖漿巖壓碎指標值≤30%，卵石壓碎指標值≤16%。

軟弱顆粒含量對高強度混凝土影響比較大，在水工混凝土當中，設(shè)計混凝土強度等級≥30MPa和有抗凍要求的混凝土，軟弱顆粒含量≤5%；設(shè)計混凝土強度等級<30MPa，軟弱顆粒含量≤10%。

2.7 骨料堿活性對混凝土性能的影響

會造成混凝土結(jié)構(gòu)破環(huán)的重要指標之一有堿骨料反應(yīng)（AAR），預防從AAR破壞，是需迫切解決的問題，而預防的關(guān)鍵是如何正確判斷骨料的堿活性類型，即正確判斷為堿碳酸鹽反應(yīng)（ACR）或為堿硅酸鹽反應(yīng)（ASR）。潮濕的環(huán)境、含有堿活性的骨料以及配置混凝土原料中所含的堿，是引起混凝土堿骨料反映破環(huán)的三個要素。

2.7.1 堿骨料反應(yīng)現(xiàn)場破壞特征

受堿一骨料反應(yīng)影響的混凝土需要數(shù)年或一二十年的時間才會出現(xiàn)開裂破壞。堿一骨料反應(yīng)破壞最重要的現(xiàn)場特征之一是混凝土表面開裂，裂紋早網(wǎng)狀（龜背紋），起因于混凝土表面下的反應(yīng)骨料顆粒周圍的凝膠或骨料內(nèi)部產(chǎn)物的吸水膨脹。當其他骨料顆粒發(fā)生反應(yīng)時，產(chǎn)生更多的裂紋，最終這些裂紋相互聯(lián)接，形成網(wǎng)狀。若在預應(yīng)力作用的區(qū)域裂紋將主要沿預應(yīng)力方面發(fā)展，形成平行于鋼筋的裂紋，在非預應(yīng)力的區(qū)域，混凝土表現(xiàn)出網(wǎng)狀開裂。

2.7.2 ASR反應(yīng)表面破壞特征

堿一硅酸反應(yīng)生成的堿一硅酸凝膠有時會從裂縫中流到混凝土的表面，新鮮的凝膠是透明或呈淺黃色，外觀類似于樹脂狀。脫水后，凝膠變成白色，凝膠在孔隙和裂縫匯總流動時吸收一些化合物引起變色，進而分解為無規(guī)則末狀物，借助放大鏡，可見與顆粒狀的結(jié)晶鹽一析物區(qū)別開來。

ASR的膨脹是由生成的堿一硅酸凝膠吸水引起的，因此ASR凝膠的存在是混凝土發(fā)生了堿一碎酸反應(yīng)的直接證明。通過檢查混凝土芯樣的原始表面、切割面、光片和薄片，可在空洞、裂紋、集–漿體界面區(qū)等處找到凝膠，因凝膠流動性較大，有時可在遠離反應(yīng)骨料的地方找到凝膠。

反應(yīng)環(huán)為堿與某些骨料反應(yīng)形成的隔離層，有時活性骨料會有一部份被作用掉。

2.7.3 ACR反應(yīng)破壞特征

一般認為，ASR膨脹開裂是由存在于骨料一漿體界面和骨料內(nèi)部的堿一硅酸凝膠吸水膨脹引起的，ACR膨脹開裂是由反應(yīng)生成的方解石和水鎂石，在骨料內(nèi)部受限空間結(jié)晶生長形成的結(jié)晶壓力引起的。也就是說，骨料是膨脹源，這樣骨料周圍漿體中的切向應(yīng)力始終為拉伸應(yīng)力，且在漿體一骨料界面處達最大值，而骨料中的切向應(yīng)為壓應(yīng)力，骨料內(nèi)部腫脹壓力或結(jié)晶壓力將使得骨料內(nèi)部局部區(qū)域承受拉伸應(yīng)力，而漿體和骨料徑向均受壓應(yīng)力，結(jié)果，在混凝土中形成與膨脹骨料相連的網(wǎng)狀裂紋，反應(yīng)骨料有時也會開裂，其裂紋會延伸到周圍的漿體或砂漿中去，裂紋能延伸到達另一顆骨料、裂紋有時也會從未發(fā)生反應(yīng)的骨料邊緣通過。

2.7.4 ASR反應(yīng)內(nèi)部破壞特征

ASR產(chǎn)生過渡膨脹而引起的混凝土內(nèi)部裂縫是分別由其中的粗、細骨料中的反應(yīng)性硅與堿反應(yīng)引起。凝膠填充混凝土內(nèi)部的裂縫引起局部裂縫連通，造成許多裂縫互相交叉連接在一起。在個別情況下，有的反應(yīng)性顆粒部分地被溶解。內(nèi)部裂縫的分布對施加或誘發(fā)的壓應(yīng)力是敏感的，在應(yīng)力作用下，裂縫傾向于平行于壓應(yīng)力方向排成一行?；炷潦蹵SR影響時，一般混凝土內(nèi)部膨脹，暴露的混凝土外表面的混凝土不膨脹，因此面受張應(yīng)力，形成表面微裂縫并于暴露表面成直角，這種相互連接的內(nèi)部裂縫與表面微裂縫，同暴露面緊密地聯(lián)在一起，這表明混凝土內(nèi)部已出現(xiàn)了膨脹。

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結(jié)語

由于施工中項目所處的地理環(huán)境各項條件及混凝土中各種粒徑骨料的差異，對于混凝土性能的影響也不一樣，應(yīng)進行對比試驗論證，達到預期目標才能使用。

來源：中國知網(wǎng)

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