骨料强度和碱性反应对混凝土性能的影响研究

粗骨料品质对混凝土性能的影响

申红旗

河南科源水利建设工程检测有限公司

摘要

粗骨料在混凝土中起骨架作用，是混凝土的重要构成之一，粗骨料对混凝土性能有非常重要的影响。文章阐述了粗骨料级配、吸水率、表观密度、含泥量、泥块含量、坚固性、针片状颗粒含量、骨料强度、压碎指标、碱活性对混凝土和易性、强度、抗渗性、抗冻性、化学稳定性、抗磨性等性能的影响，工程中拌制混凝土时，应进行比对试验后，再应用于工程中。

关键词：粗骨料；颗粒级配；表观密度；强度；碱活性

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前言

混凝土由水泥、掺合料、外加剂、粗骨料、细骨料和水组成，其中粗骨料和细骨料起到骨架作用。粗骨料的种类不同，其材质、强度及化学成分等就不相同，从而影响混凝土的和易性、强度及耐久性等性能。因此分析粗骨料品质对混凝土性能的影响很有必要。

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粗骨料品质具体对混凝土性能影响

2.1 粗骨料级配对混凝土性能影响

粗骨料级配是指各级粒径颗粒的分配比例。粗骨料的级配会对混凝土的拌合性能、物理性能、以及耐久性产生一定的影响，在确定混凝土配合比时，粗骨料粒径均匀可以节省水泥的用量，降低混凝土的造价。确定混凝土配合比时，粗骨料粒径越大，用水量越少。大体积混凝土，采用大粒径的粗骨，可以降低砂率，提高混凝土的强度，并可以减少用水量以达到节省水泥用量的作用，水泥用量减少的话，可以降低混凝土内部热量产生的温度和减少温度产生的裂缝。

2.2 粗骨料饱和面干吸水率及表观密度对混凝土性能影响

石料的表观密度决定于石质、矿物成分，风化程度及空隙率。一般情况下，表面比较粗糙，结构疏松的粗骨料配置出来的混凝土强度比较低，尤其是表面粗糙，孔隙较多的粗骨料对吸水率的影响更大一些，而用于此类粗骨料的混凝土对混凝土抗渗要求、抗冻要求及耐久性要求更不易达到。

2.3 粗骨料含泥量及泥块含量对混凝土性能的影响

《建筑用卵石、碎石》（GB／T14685—2011）对含泥量的定义是，卵石、碎石中粒径＜751的颗粒含量。《水工混凝土试验规程》（SL352—2006）对含泥量的定义是石料中<0.08mm的黏土、淤泥及细屑的总含量。其比表面积大、吸水性大、体积变化大、遇水膨胀、干燥收缩：粗骨料中粘土含量过多对混凝土强度、干缩、徐变、抗渗、抗冻融及抗磨损等均产生不良影响。含泥状态不同，影响也有差异，其类型有以下3种：

包裹型含泥——粗骨料中所含泥粒一般成浆状粘接或附着于骨料的表面，会影响到粗骨料与水泥浆液的黏结，并进一步影响到混凝土的强度及其他性能。

松散型含泥——石子中均匀分布的泥粒，在配制低胶材混凝土或砂子细度偏粗时，可以起到改善混凝土拌和物的和易性与提高混凝土密实性的作用，但含泥量达到5％时，混凝土强度有所降低，特别是R30以上混凝土，当含泥量超过7％时，强度可降低30％以上。

团块型含泥——石子中含有团块状泥土时，对混凝土各种性能都不利，特别对混凝土抗拉强度影响更大，如泥块在1％～2％时，混凝土抗拉强度降低10％～25％，同时团块型含泥量越多，对混凝土干缩影响也越大，因此《水工混凝土施工规范》SL677-2014和《水工混凝土施工规范》DL／T5144—2015都规定骨料中不允许泥块存在。

含泥量对混凝土的抗冻性能影响非常严重，当混凝土有抗冻要求的时候，应严格控制粗骨料的含泥量。

2.4 粗骨料坚固性对混凝土性能的影响

粗骨料的坚固性是骨料的颗粒在各种物理侵蚀作用下不被崩解破裂的能力，坚固性是影响粗骨料耐久性和稳定性的重要指标之一。当混凝土有耐久性的要求时，应严格要求粗骨料的坚固性，在SL677-2014《水工混凝土施工规范》中，有抗冻和抗侵蚀要求的混凝土坚固性≤8%，无抗冻要求的混凝土坚固性≤10%。

2.5 粗骨料针片状颗粒对混凝土性能的影响

粗骨料当中的针片状含量对混凝土拌合物的和易性有较大影响，当超过一定数量比例时，会不同程度地影响混凝土的强度等性能。凝土的抗拉、抗折强度受针片状含量影响更大，因此规范规定粗骨料针片状含量一般≤15％。

2.6 粗骨料压碎指标和软弱颗粒含量对混凝土性能影响

压碎指标是指为10～20mm的颗粒，在标准荷载作用下压碎颗粒含量的百分率。影响混凝土的强度和变形能力的重要参数之一就是压碎指标，尤其对高强混凝土影响更大。在SL677-2014《水工混凝土施工规范》中，设计混凝土抗压强度等级≥30MPa，沉积岩压碎指标值≤10%，变质岩压碎指标值≤12%，岩浆岩压碎指标值≤13%，卵石压碎指标值≤12%；设计混凝土抗压强度等级<30MPa，沉积岩压碎指标值≤16%，变质岩压碎指标值≤20%，岩浆岩压碎指标值≤30%，卵石压碎指标值≤16%。

软弱颗粒含量对高强度混凝土影响比较大，在水工混凝土当中，设计混凝土强度等级≥30MPa和有抗冻要求的混凝土，软弱颗粒含量≤5%；设计混凝土强度等级<30MPa，软弱颗粒含量≤10%。

2.7 骨料碱活性对混凝土性能的影响

会造成混凝土结构破环的重要指标之一有碱骨料反应（AAR），预防从AAR破坏，是需迫切解决的问题，而预防的关键是如何正确判断骨料的碱活性类型，即正确判断为碱碳酸盐反应（ACR）或为碱硅酸盐反应（ASR）。潮湿的环境、含有碱活性的骨料以及配置混凝土原料中所含的碱，是引起混凝土碱骨料反映破环的三个要素。

2.7.1 碱骨料反应现场破坏特征

受碱一骨料反应影响的混凝土需要数年或一二十年的时间才会出现开裂破坏。碱一骨料反应破坏最重要的现场特征之一是混凝土表面开裂，裂纹早网状（龟背纹），起因于混凝土表面下的反应骨料颗粒周围的凝胶或骨料内部产物的吸水膨胀。当其他骨料颗粒发生反应时，产生更多的裂纹，最终这些裂纹相互联接，形成网状。若在预应力作用的区域裂纹将主要沿预应力方面发展，形成平行于钢筋的裂纹，在非预应力的区域，混凝土表现出网状开裂。

2.7.2 ASR反应表面破坏特征

碱一硅酸反应生成的碱一硅酸凝胶有时会从裂缝中流到混凝土的表面，新鲜的凝胶是透明或呈浅黄色，外观类似于树脂状。脱水后，凝胶变成白色，凝胶在孔隙和裂缝汇总流动时吸收一些化合物引起变色，进而分解为无规则末状物，借助放大镜，可见与颗粒状的结晶盐一析物区别开来。

ASR的膨胀是由生成的碱一硅酸凝胶吸水引起的，因此ASR凝胶的存在是混凝土发生了碱一碎酸反应的直接证明。通过检查混凝土芯样的原始表面、切割面、光片和薄片，可在空洞、裂纹、集–浆体界面区等处找到凝胶，因凝胶流动性较大，有时可在远离反应骨料的地方找到凝胶。

反应环为碱与某些骨料反应形成的隔离层，有时活性骨料会有一部份被作用掉。

2.7.3 ACR反应破坏特征

一般认为，ASR膨胀开裂是由存在于骨料一浆体界面和骨料内部的碱一硅酸凝胶吸水膨胀引起的，ACR膨胀开裂是由反应生成的方解石和水镁石，在骨料内部受限空间结晶生长形成的结晶压力引起的。也就是说，骨料是膨胀源，这样骨料周围浆体中的切向应力始终为拉伸应力，且在浆体一骨料界面处达最大值，而骨料中的切向应为压应力，骨料内部肿胀压力或结晶压力将使得骨料内部局部区域承受拉伸应力，而浆体和骨料径向均受压应力，结果，在混凝土中形成与膨胀骨料相连的网状裂纹，反应骨料有时也会开裂，其裂纹会延伸到周围的浆体或砂浆中去，裂纹能延伸到达另一颗骨料、裂纹有时也会从未发生反应的骨料边缘通过。

2.7.4 ASR反应内部破坏特征

ASR产生过渡膨胀而引起的混凝土内部裂缝是分别由其中的粗、细骨料中的反应性硅与碱反应引起。凝胶填充混凝土内部的裂缝引起局部裂缝连通，造成许多裂缝互相交叉连接在一起。在个别情况下，有的反应性颗粒部分地被溶解。内部裂缝的分布对施加或诱发的压应力是敏感的，在应力作用下，裂缝倾向于平行于压应力方向排成一行。混凝土受ASR影响时，一般混凝土内部膨胀，暴露的混凝土外表面的混凝土不膨胀，因此面受张应力，形成表面微裂缝并于暴露表面成直角，这种相互连接的内部裂缝与表面微裂缝，同暴露面紧密地联在一起，这表明混凝土内部已出现了膨胀。

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结语

由于施工中项目所处的地理环境各项条件及混凝土中各种粒径骨料的差异，对于混凝土性能的影响也不一样，应进行对比试验论证，达到预期目标才能使用。

来源：中国知网

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