粗集料种类对不同强度等级混凝土力学性能的影响

粗集料种类对不同强度等级混凝土力学性能的影响

摘要：本文研究了三种不同粗集料（砾石、石灰石和玄武岩碎石）对不同强度等级的混凝土的力学性能的影响。研究表明：在低强基体下，石灰石混凝土在抗压、抗折和劈裂抗拉强度都有较好的表现；在高强基体下，玄武岩混凝土的综合表现最佳。 关键词：粗集料；力学性能；影响

abstract: influence of three kinds of coarse aggregate(round siliceous gravel, crushed limestone and basalt ) on the mechanical properties of concrete with different strength levels was studied in this paper. the results indicate that the crushed limestone concrete got a better performance on the compressive, flexural and splitting tensile strength when the strength level of concrete is low; in high strength concrete, crushed basalt concrete achieved the best comprehensive mechanical performance compared with the other two kinds of concrete.

key words: coarse aggregate; mechanical properties; influence

中图分类号：tu377 文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012） 0 前言

普通混凝土的强度主要取决于骨料强度、基体强度以及基体-骨料界面过渡区的粘结强度和它们的相对体积含量。粗集料（骨料）

作为混凝土的大中心质，通常是混凝土材料中强度最高、耐久性最好、体积稳定性最好和成本最低的结构单元[1]构成了混凝土的强度骨架。在相同的用材和配比条件下，不同类型的粗集料由于不同的颗粒形状、表面质地、矿物构成和强度差异会形成强度各异的混凝土。当基体的质量和强度得到保证，粗集料的种类就成为混凝土强度的最主要的影响因素[2]。

在普通混凝土配合比中，当水灰比大于0.4时，基体强度和界面粘结就成为混凝土强度的因素，而没有考虑到粗集料此时所起的作用。不管粗集料的强度如何，在这类混凝土中界面区微裂缝的开裂和扩展都将会引发了混凝土的宏观破坏。在高强混凝土中（大于40mpa，通常水灰比小于0.4），基体强度得到了改善，界面区质量得到了提升，使得基体和界面不再是混凝土性能劣化的主要因素，在这种情况下，就有可能更好的发挥粗集料的强度潜力。因此选用质量优良、强度高、表面质地和矿物构成较好的粗集料，就能改善混凝土的力学性能。

为了更加全面的认识粗集料种类对混凝土力学性能的影响，本文探讨了三种不同粗集料（砾石、石灰石和玄武岩）对不同强度等级混凝土（70mpa、50mpa和30mpa）的工作性、抗压强度、抗折强度和劈裂拉伸强度的影响；同时考察了在c50等级混凝土中不同集料对混凝土弹性性质的影响。 1 试验 1.1 原材料

1) 水泥：安徽海螺水泥有限公司生产的pc52.5普通硅酸盐水泥。3d抗压和抗折分别为30mpa和5.4mpa, 28d抗压和抗折强度分别为57mpa和8.2mpa。

2) 硅灰：某厂生产的硅灰，比表面积为16500 cm2/ g , sio2 质量分数为98. 3 %。

3) 粗集料：所选为5-19mm三种不同矿物组成的粗集料，分别是砾石（圆润）、破碎石灰石和玄武岩集料，各自的物理性能见表1所示。

表1 粗集料的物理性能

4) 砂：黄砂，细度模数2.8，表观密度2612kg/m3。 5) 减水剂：某外加剂厂生产的spf 高效减水剂，掺量为胶凝材料用量的3%。 1.2 配合比设计

表2 不同强度等级混凝土的配合比设计

2 试件制备与试验方法

制备试样规格150×150×150mm3用来测试混凝土的抗压强度，100×100×500mm3用来测试抗折强度，φ150×300mm3的圆柱体用来测试劈裂抗拉强度，150×150×300 mm3的试件用来测试弹性模量。所有试件先进行7天水养，后在试验室常温空气养护下直至28天测试强度。除特殊说明外，具体操作方法参照gb/t50081-2002

《普通混凝土土力学性能实验方法标准》进行。 3 结果与讨论 3.1 工作性

表3 混凝土的塌落度

表3为不同类型集料对混凝土工作性的影响。从表3看出，无论在哪个等级混凝土中，采用砾石的混凝土的工作性明显优于石灰石和玄武岩碎石混凝土。这是由于砾石表面质地较为圆润，集料之间摩擦阻力小，再叠加浆体的润滑作用使得混凝土具有很好的流动性；而破碎的石灰石和玄武岩碎石，表面棱角多，拌合过程中摩擦阻力大，相对砾石有更大的比表面积，裹覆集料表面需要较多的浆体，使得起润滑作用的富余浆体数量明显减少，导致了混凝土的工作性变差。但是，不难看出，在高强混凝土中，掺用减水剂后混凝土的工作性改善非常显著，这有利于提高混凝土振捣后的密实度。 3.2 抗压强度 图1 抗压强度对比图

图1为不同类型的集料对混凝土的抗压强度的影响。在高强混凝土（>50mpa）中，玄武岩和石灰石混凝土较砾石混凝土具有更高的强度。砾石混凝土强度较石灰石和玄武岩混凝土强度低9-22%。这是由于砾石的岩石强度较低，加上圆润的表面质地使得其与基体的粘结强度较弱[3]，微观层次的劣化决定了混凝土的宏观性能。在c30等级混凝土中，石灰石混凝土具有最高的强度，其次是玄武

岩和砾石混凝土，且后两者强度差别不大。石灰石混凝土具有的高强可能是因为石灰石-基体的界面过渡区发生了一些化学反应，使得界面粘结强度得到了改善。

从上看出，在制备低强混凝土时，应尽量选用石灰石类集料；而在高强混凝土中，由于基体强度得到了改善，集料就成为影响混凝土强度的非常重要的因素[2]，所以应尽量选用质量良好、强度高、经过破碎的碎石作为集料，这样才能充分发挥集料的强度骨架和嵌锁作用，从而提高混凝土的强度。试验中也观察到在高强混凝土破碎时伴随着部分集料的破碎，这在普通混凝土中是很少见的。 3.3 抗折强度 图2 抗折强度对比图

图2为不同类型的集料对混凝土抗折强度的影响。不难看出，低强等级混凝土中，石灰石混凝土较其他两种混凝土具有最高的抗折强度，达到5.2mpa。这也是由于石灰石-基体界面区的化学反应增加了粘结强度，使得界面区裂纹数量减少，裂纹引发和扩展需要较大的应力才会发生。在高强混凝土中，玄武岩混凝土较石灰石和砾石混凝土的强度更高。这是由于高强混凝土中基体强度提高，强度高的玄武岩集料的强度骨架作用得到充分发挥，即此时基体和集料二者之间达到了匹配和协调[4]，最终改善了混凝土的性能。