高强混凝土骨料选择探讨

本文为土木工程材料专业论文

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高强混凝土骨料选择探讨

李友群1，李志彬2

（1．广东工业大学建设学院，广东广州

510006；2．东莞市协同混凝土有限公司，广东东莞

523560）

对常用的花岗岩、石灰岩2种石料按不同颗粒级配进行配合比试验，研究骨料强度与“最大粒径”大小对高强混凝土强度摘要：

与生产成本的影响。研究结果显示，骨料品质对高强混凝土强度影响程度较大，采用连续级配的最大粒径可以扩大到40mm，级配粒径相同时传统水灰比理论仍然有效。

高强混凝土；骨料强度；最大粒径；颗粒级配；水灰比关键词：

中图分类号：TU528.041文献标识码：A文章编号：1001－702X（2009）08－

0012-03

Researchontheselectionofaggregateinhighstrengthconcrete

LIYouqun1，LIZhibin2

（1.SchoolofConstructionEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，Guangdong，China；

2.DongguanXieTongConcreteCo.Ltd.，Dongguan523560，Guangdong，China）

Throughtakingexperimentalwithcommongraniteandlimestonebytwoparticlesizedistribution，studyingtheeffectofAbstract：

“maximumgrainsize”tothestrengthandproductioncostofhigh-strengthconcrete.Researchresultsshowedthatag－aggregatestrengthand

gregatequalityhasbiggerinfluencetothestrengthofhigh-strengthconcrete.Themaximumgrainsizecanextendto40mmwithcontinu－ousgrading.Traditionalwater-cementratiotheoryisstilleffectivewhenparticlesizedistributionissame.

Keywords：highstrengthconcrete；aggregatestrength；maximumaggregatesize；particlesizedistribution；water-cementratio

高强混凝土可以适应现代工程结构向大跨度、重载和承

受恶劣环境条件发展的需要，并能获得良好的综合效益。随着我国建筑事业的发展，高强混凝土的应用越来越广泛，逐步成为混凝土技术发展的主要方向。目前配制高强混凝土的主要措施是采用高强度等级水泥、高水泥用量、低水灰比、掺超细活性掺合料和高效减水剂，采用优质细粒径骨料等。相比普通混凝土，高强混凝土水泥用量较大，而粗骨料体积约占混凝土体积的75％，在进行配合比设计时，设法在选择骨料方面降低水泥用量的潜力较大，这样，不但在经济上降低高强混凝土的造价，而且还可以保证混凝土的体积稳定性和耐久性。本文主要探讨骨料的品种以及粒径的选择对混凝土强度和生产成本的影响，为高强混凝土粗骨料的选择提供参考。

骨料体积占混凝土体积的3/4，因此，骨料的品质、粒径、

级配、粉尘含量等都会对混凝土技术性能和生产成本产生极大的影响。李亚杰等[1]的研究认为，骨料品质对混凝土强度的骨料－砂浆界面粘结强度、骨料弹影响主要体现在骨料强度、性模量以及泊松比等方面。

从高强混凝土抗压试件破坏断面来看，主要有碎石破坏、砂浆破坏、碎石和砂浆的界面破坏等3种情况。由于高强混凝土采用较低的水灰比，水泥浆体的强度较普通混凝土有显著的提高，与骨料间的粘结力也大大增加，骨料强度对混凝土强度的影响程度增大，甚至成为决定混凝土强度极限的因素。如果出现粗骨料断裂新界面，表明破坏是由于粗骨料强度不足

对于普通混凝土骨料的强度一般不成问题，但而被压碎引起。

要保证骨料在高强混凝土的骨架作用，骨料的品种是首要考虑的因素。当骨料－砂浆界面粘结抗拉强度低于砂浆抗拉强度时，骨料－砂浆界面为混凝土内最薄弱的部位。当骨料品种不同时，在统一砂浆界面粘结强度条件下，骨料－砂浆界面粘结强度仍然有很大的差别。

目前高强混凝土骨料的选择基本上是参考普通混凝土用

评定粗骨料强度的指标有岩石抗压强度碎石或卵石的标准[2]，

和碎石压碎值，标准要求混凝土强度等级为C60及以上时应

1骨料选择理论研究

1.1骨料强度

收稿日期：2009-04-20

作者简介：李友群，女，1968年生，广东罗平人，硕士，实验师，主要从事高强混凝土技术研究。

·12·

新型建筑材料2009．8

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进行岩石抗压强度检验，岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5，碎石的压碎指标值随混凝土强度等级和岩

石品种不同而不同。1.2骨料最大粒径

在骨料最大粒径的选择问题上一直存在争议，因为最大粒径对混凝土用水量有极大的影响。传统理论认为，混凝土的强度由水灰比确定，当水灰比和坍落度一定时，骨料最大粒径

不同的2种混凝土强度相近，

骨料最大粒径越大，水泥用量越少，混凝土生产成本越低。另一方面，在水泥用量相同的情况

下，要达到同样的坍落度，骨料颗粒的适当加大，可减小用水量，因而对混凝土的强度有利，并且可以减少混凝土的收缩裂缝。但是，当前国内外很多研究认为，减小石料粒径可以消除骨料颗粒的内在缺陷（如大裂隙、大孔隙及所含的松软矿物），故高强混凝土的骨料最大粒径应为20mm。也有研究认为，由于大粒径骨料比同质量的小粒径骨料表面积小，其与砂浆的粘结面积小，粘结力低，且混凝土的均质性差，所以大粒径骨料不可能配制出高强度混凝土[3]。

以上2种截然不同的观点使得高强混凝土骨料最大粒径的选择成为一个非常值得深入研究的课题。

2试验材料

为了研究骨料品种和粒径对高强混凝土技术性能和生产成本的影响，分别对商品混凝土搅拌站常用的2种石料即花岗岩和石灰岩按2种不同颗粒级配的碎石进行配合比试验。试验所用材料的如下：

粗骨料：普通混凝土所用的骨料一般为16～31.5mm或20～40mm的单粒级配，由于高强混凝土水灰比较小，采用连续级配粗骨料能使混凝土获得更好的工作性能，同时可以减

少骨料间的孔隙率，提高混凝土强度。本试验所用骨料采用2种连续粒级5～20mm、5～40mm，其中5～40mm碎石采用5～

20mm和20～40mm各占50％的不同级配比例，用水冲洗干净。2种岩石的主要物理性能指标见表1。

表1岩石的主要物理性能指标

岩石名称表观密度抗压强度

压碎值针片状含量

（/kg/m3）/MPa/%/％

花岗岩27201485.44.5石灰岩

2580

104

7.2

3.8

细骨料：由于高强混凝土水泥用量高、水灰比小，宜采用细度模数为2.7～3.1的中偏粗洁净天然河砂，以减少拌和用水量。本试验用冲洗干净的东江河砂，细度模数3.05。水泥：采用金羊牌P·Ⅱ42.5R水泥，实测28d抗折、抗压强度分别为8.5、54.2MPa，富余强度较高。

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掺合料：配制高强混凝土，为了达到增强、节约水泥用量，同时改善混凝土的和易性等效果，需掺加一定数量的粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、复合矿粉等。在实际应用和研究中大多掺加比表面积为20000～25000m2/kg的硅灰。但由于我国硅灰资源有限，市场价格很高，大规模使用不可行，而且超细硅灰的需水量比高达135左右，随着硅灰的加入，高效减水剂的用量要相应增加才能保证用水量不发生变化。由于优质粉煤灰和矿渣的需水量比小于100，具有明显的减水增强作用，而且磨细矿渣活性很高，所以吴中伟[4]建议，应尽可能利用磨细粉煤灰和磨细矿渣复合掺合料的“超叠加效应”原理，对降低成本，降低水化热，改善混凝土的工作性能，增进后期强度，并提高抗腐蚀能力均有明显作用。本试验选用的复合矿粉由黄埔电厂I级粉煤灰和广东韶钢公司磨细高炉矿渣按1∶1质量比复合而成，符合GB/T18736—2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》要求。

外加剂：采用广东江门强力公司的QL-5萘系高效减水剂，浓度为30％。

3试验结果与讨论

结合泵送混凝土的广泛应用，设计28d强度达80MPa、坍落度为13～15cm的高强混凝土配合比，主要比较不同粒径、不同品种的骨料在相同水胶比和水泥用量情况下高强混凝土的性能。

高强混凝土宜选择较小的砂率，但对于粗骨料最大粒径较小的大流动性高强混凝土的砂率应适当增大，以避免出现离析现象。经过大量和易性试验，确定最大粒径为20mm的骨料砂率为38%，最大粒径为40mm的骨料砂率为34％。不同级配的骨料其混凝土配合比及28d抗压强度试验结果见表2，其中复合矿粉掺量为胶凝材料质量的20％，减水剂掺量为水泥质量的1.5％。

表2

混凝土配合比及28d抗压强度

编粒径混凝土配合比（/kg/m3水胶

）坍落

抗压

号级配度强度/mm比水泥复合矿粉

水减水剂砂碎石

/mm/MPaG-15～200.284621161626.9566210801586.1G-25～400.284361101536.556061178

1382.5G-35～400.264621161506.9559611601287.3L-15～200.284621161626.9563010281483.3L-25～400.284361101536.5557811221378.6L-35～400.26

462

116

1496.955681103

13

82.1

注：G-1、G-2、G-3使用花岗岩，L-1、L-2、L-3使用石灰岩。

比较不同粗骨料品种混凝土试块的强度可以发现，花岗

岩碎石混凝土的强度比石灰岩碎石混凝土略高，另外从试块

NEWBUILDINGMATERIALS

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破坏断面的情况来看，花岗岩碎石混凝土很少出现碎石被折断或压碎的情形，而石灰岩碎石混凝土出现碎石被折断或压碎的情形较多，可以认为该混凝土的强度极限是由石灰石骨料的强度决定的。对于高强混凝土，所用粗骨料母岩的物理性能对混凝土强度影响程度增加是不可否认的事实，所以当选用高强混凝土粗骨料品种时，应选择强度较高、质量均匀的碎石，但不同强度的高强混凝土并非都要求粗骨料的强度越高越好，因为盲目追求高强度骨料会造成生产成本的提高。试验结果表明，骨料母岩的强度应为混凝土设计强度的1.3倍以上，碎石压碎指标应根据混凝土设计强度等级高低而有不同要求。当高强度混凝土设计强度达80MPa时，在满足设计要求的情况下骨料压碎值应不大于7％，这一结果与《高强混凝土结构设计与施工指南》中提出了用于高强混凝土中的粗骨料针片状含量不许大于5％，母岩强度应高于混凝土配制强度的20％[5]相近。

从表2还可看出，不管以花岗岩还是石灰岩为粗骨料的高强混凝土，在水胶比为0.28的情况下，骨料最大粒径为40mm的高强混凝土其28d强度较骨料最大粒径为20mm的强度略为降低，仍属高强，但胶凝材料用量可减少约6％。在相同水胶比情况下，粗骨料最大粒径小对提高混凝土的强度有利，这就是当前很多高强混凝土研究人员推荐使用最大粒径较小的粗骨料的原因，但这并不表示高强混凝土粗骨料最大粒径只有10～20mm的选择范围，在保证混凝土设计强度和满足结构尺寸的情况下，应尽量选择最大粒径较大的骨料，使成本降低。

在水泥用量相同的情况下，最大粒径为40mm的混凝土强度与最大粒径为20mm的强度接近，但用水量减少约8％，即水胶比降低为0.26。另外，粗骨料最大粒径为40mm时，水胶比越低其强度就越高，即传统的水胶比理论对高强混凝土仍然有效。

顺便指出，选择最大粒径较大的骨料必须采用连续级配，严格控制骨料粉尘含量、针片状含量，在施工过程中应更注意

振捣密实，才能发挥其高强效果，另外，高强混凝土的高水泥

用量和低用水量必然产生较高的水化热，养护过程的保水降温显得尤为重要。

4结论

（1）当选用高强混凝土粗骨料品种时，应选择强度较高、质量均匀的碎石。粗骨料母岩的强度应为混凝土设计强度的1.3倍以上，碎石压碎指标应根据混凝土设计强度等级高低而当混凝土设计28d强度达80MPa时，骨料压碎有不同要求。值应不大于7％。

（2）高强混凝土骨料最大粒径并非只有10～20mm的选择范围，最大粒径可以扩大到40mm。在水胶比相同时，骨料最大粒径较大的混凝土强度较骨料最大粒径较小的强度仅略为降低，但仍属高强，所以在保证混凝土设计强度的情况下应尽量选择较大粒径的骨料，其水泥用量和高效减水剂可减少

可采用减少用水量约8％约6％。在相同水泥用量的情况下，

来降低水胶比，使最大粒径较大的混凝土强度与最大粒径较小的混凝土强度接近。（3）粗骨料最大粒径的变化导致用水量发生很大变化，骨料粒径相同时传统水胶比理论仍然有效。

参考文献：

[1]

李亚杰，兰振奇．骨料对高强混凝土强度影响的试验研究[J]．混凝1992（5）：22-26.土与水泥制品，[2][3][4]

普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法[S]．JGJ53—92，

戴鹏飞.高强混凝土配合比设计浅析[J].北方交通，2008（3）：3-5.吴中伟．高性能混凝土———绿色混凝土[J].混凝土与水泥制品，2000（1）：3-6.[5]

中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会．高强混凝土结构设计与施工指南[M]．2版.北京：中国建筑工业出版社，2001：43-44.

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中华制漆（深圳）有限公司研制开发出反射隔热涂料

中华制漆（深圳）有限公司日前成功研制开发了反射隔热涂料，产品性能符合JG/T235—2008《建筑反射隔热涂料》标准要求。该反射隔热涂料除能有效降低墙体温度和室内温度外，还具有优良的耐候性、抗污、耐擦洗、防霉、抗藻等性能。

外墙反射隔热涂料是指对太阳的可见光及红外光等高能量光谱具有很强的反射能力，使物体表面吸收的太阳辐射能量减少，直接把热量阻隔在墙体之外，从而降低墙体温度。由于其具有施工简单、节能显著、成本相对较低的优势，越来越受人们欢迎。反射隔热涂料主要应用在夏热冬暖地区和部分夏热冬冷地区。

目前市场上的反射隔热涂料通常以白色或浅色为主，因为普通的反射隔热涂料产品调色后隔热效果会降低，使颜色受到限采用冷颜料技术，隔热效果与常规调色后涂料相比有较明显优势，对太阳光有更强的反制。中华制漆公司与巴斯夫公司合作，射和辐射能力，同时增加了色彩的多样性。

（雪）

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新型建筑材料2009．8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5fq1.html