骨料強(qiáng)度和堿性反應(yīng)對(duì)混凝土性能的影響研究項(xiàng)目摘要

粗骨料品質(zhì)對(duì)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(duì)混凝土性能有非常重要的影響。文章闡述了粗骨料級(jí)配、吸水率、表觀密度、含泥量、泥塊含量、堅(jiān)固性、針片狀顆粒含量、骨料強(qiáng)度、壓碎指標(biāo)、堿活性對(duì)混凝土和易性、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗磨性等性能的影響，工程中拌制混凝土?xí)r，應(yīng)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)后，再應(yīng)用于工程中。

關(guān)鍵詞：粗骨料；顆粒級(jí)配；表觀密度；強(qiáng)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(xì)骨料和水組成，其中粗骨料和細(xì)骨料起到骨架作用。粗骨料的種類不同，其材質(zhì)、強(qiáng)度及化學(xué)成分等就不相同，從而影響混凝土的和易性、強(qiáng)度及耐久性等性能。因此分析粗骨料品質(zhì)對(duì)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(duì)混凝土性能影響

2.1 粗骨料級(jí)配對(duì)混凝土性能影響

粗骨料級(jí)配是指各級(jí)粒徑顆粒的分配比例。粗骨料的級(jí)配會(huì)對(duì)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(shí)，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(jià)。確定混凝土配合比時(shí)，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(qiáng)度，并可以減少用水量以達(dá)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(duì)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(fēng)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(qiáng)度比較低，尤其是表面粗糙，孔隙較多的粗骨料對(duì)吸水率的影響更大一些，而用于此類粗骨料的混凝土對(duì)混凝土抗?jié)B要求、抗凍要求及耐久性要求更不易達(dá)到。

2.3 粗骨料含泥量及泥塊含量對(duì)混凝土性能的影響

《建筑用卵石、碎石》（GB／T14685—2011）對(duì)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?yàn)規(guī)程》（SL352—2006）對(duì)含泥量的定義是石料中<0.08mm的黏土、淤泥及細(xì)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(duì)混凝土強(qiáng)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(huì)影響到粗骨料與水泥漿液的黏結(jié)，并進(jìn)一步影響到混凝土的強(qiáng)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(xì)度偏粗時(shí)，可以起到改善混凝土拌和物的和易性與提高混凝土密實(shí)性的作用，但含泥量達(dá)到5％時(shí)，混凝土強(qiáng)度有所降低，特別是R30以上混凝土，當(dāng)含泥量超過7％時(shí)，強(qiáng)度可降低30％以上。

團(tuán)塊型含泥——石子中含有團(tuán)塊狀泥土?xí)r，對(duì)混凝土各種性能都不利，特別對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度影響更大，如泥塊在1％～2％時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度降低10％～25％，同時(shí)團(tuán)塊型含泥量越多，對(duì)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(duì)混凝土的抗凍性能影響非常嚴(yán)重，當(dāng)混凝土有抗凍要求的時(shí)候，應(yīng)嚴(yán)格控制粗骨料的含泥量。

2.4 粗骨料堅(jiān)固性對(duì)混凝土性能的影響

粗骨料的堅(jiān)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(jiān)固性是影響粗骨料耐久性和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。當(dāng)混凝土有耐久性的要求時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格要求粗骨料的堅(jiān)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(jiān)固性≤8%，無抗凍要求的混凝土堅(jiān)固性≤10%。

2.5 粗骨料針片狀顆粒對(duì)混凝土性能的影響

粗骨料當(dāng)中的針片狀含量對(duì)混凝土拌合物的和易性有較大影響，當(dāng)超過一定數(shù)量比例時(shí)，會(huì)不同程度地影響混凝土的強(qiáng)度等性能。凝土的抗拉、抗折強(qiáng)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(biāo)和軟弱顆粒含量對(duì)混凝土性能影響

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

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

2.7 骨料堿活性對(duì)混凝土性能的影響

會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)破環(huán)的重要指標(biāo)之一有堿骨料反應(yīng)（AAR），預(yù)防從AAR破壞，是需迫切解決的問題，而預(yù)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?yàn)閴A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(gè)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(shí)間才會(huì)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(dāng)其他骨料顆粒發(fā)生反應(yīng)時(shí)，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(yù)應(yīng)力作用的區(qū)域裂紋將主要沿預(yù)應(yīng)力方面發(fā)展，形成平行于鋼筋的裂紋，在非預(yù)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(shí)會(huì)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(dòng)時(shí)吸收一些化合物引起變色，進(jìn)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(dòng)性較大，有時(shí)可在遠(yuǎn)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(shí)活性骨料會(huì)有一部份被作用掉。

2.7.3 ACR反應(yīng)破壞特征

一般認(rèn)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(dá)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(shí)也會(huì)開裂，其裂紋會(huì)延伸到周圍的漿體或砂漿中去，裂紋能延伸到達(dá)另一顆骨料、裂紋有時(shí)也會(huì)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(xì)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(gè)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(duì)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。混凝土受ASR影響時(shí)，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(xiàng)目所處的地理環(huán)境各項(xiàng)條件及混凝土中各種粒徑骨料的差異，對(duì)于混凝土性能的影響也不一樣，應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)論證，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)才能使用。

來源：中國知網(wǎng)

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