粗骨料对高强高性能混凝土的影响

2015-01-12刘围都增延丁华柱陈源伟

重庆建筑 2015年8期

刘围，都增延，丁华柱，陈源伟

（1重庆市东毅新型建材有限公司，重庆 401334；2重庆建工新型建材有限公司，重庆 400012；3重庆筑能建材有限公司，重庆 400713；4重庆志达欣建材有限公司，重庆400037）

混凝土作为一种重要的结构材料，其用量越来越大。而在混凝土的整个体积中，骨料的体积含量一般在60%以上，所以骨料的质量对混凝土来说是相当重要的。骨料不仅能够限定混凝土的强度，而且骨料的性质也能够大大地影响混凝土的耐久性和结构性能[1]。最初，为经济起见，人们把骨料看成是一种惰性材料，用于填充在整个水泥浆中。然而骨料并非没有活性，骨料的种类不同，其所含的化学成分也不同，当骨料和水泥等接触时会发生化学反应，这对混凝土的性能产生相应的影响。混凝土是一种复合材料，其性能取决于各组分的性能和它们之间的相互作用。当混凝土中的基体相和骨料相的性能相互协调时，各组分的最大潜能才能够充分发挥，进而混凝土的性能得以提高。

骨料作为混凝土的一个组成部分，其性能对新拌混凝土有重要的影响。陈习云[2]等人的研究结果表明，新拌混凝土的坍落度随碎石中针片状含量的增加而变小。李树山[3]等人的研究指出，粗骨料粒径越大，新拌混凝土的坍落度变大。巴恒静等人[4]研究了骨料物性对混凝土早期自收缩的影响。戴朝阳[5]等人研究表明随着粗骨料压碎值指标增大，混凝土强度下降。该试验主要研究了粗骨料种类及体积含量对高强高性能混凝土工作性和早期强度的影响，为粗骨料能在工程中更好应用提供技术参考。

1 原材料及试验方法

1.1 试验原材料

1.1.1 水泥

试验选用重庆拉法基水泥有限公司生产的拉法基普通42.5R水泥，其化学成分见表1。

表1 水泥的化学成分/%

1.1.2 矿物掺合料

试验中使用的矿物掺合料为矿粉和硅灰，各掺合料的参数如表2、表3所示。

表2 矿粉性能参数

表3 硅灰性能参数

1.1.3 细集料

细骨料采用重庆某搅拌站提供的骨料，其性质如表4所示。

表4 细骨料性质

1.1.4 粗骨料

试验用粗骨料为石灰石碎石、破碎卵石和玄武岩。3种粗骨料的颗粒级配相同。

（1）石灰石碎石。试验中粒级为5～10mm和粒级为10～20mm的石灰石碎石均采用歌乐山产石灰石碎石，表观密度为2670kg/m3，含泥量分别为0.7%和0.5%。

（2）破碎卵石。试验用破碎卵石小石（粒级5～10mm）和破碎卵石大石（粒级为10～20mm）用重庆长江破碎卵石，颗粒级配与石灰石相同，表观密度为2670kg/m3，压碎值指标为5.4%。

（3）玄武岩。试验用玄武岩采用四川广安产的玄武岩碎石，粒级为5～10mm、10～20mm，颗粒级配与石灰石相同，表观密度为2710kg/m3，压碎值4.0%。

1.1.5 高效减水剂

采用聚羧酸系高性能减水剂，减水率为30%。

1.2 试验方法

试验以石灰石碎石为粗骨料配制基准组混凝土C0，分别用破碎卵石和玄武岩作为粗骨料配制混凝土组C1和C2，试验配合比见表5。改变粗骨料的体积含量，使其体积含量分别为40%、35%、45%，分别记为V0、V1、V2组。试验水胶比都为0.25，试验配合比见表6。

表5 不同粗骨料种类试验配合比

表6 不同体积含量试验配合比

2 结果分析

2.1 粗骨料种类对高强高性能混凝土的影响

2.1.1 粗骨料种类对高强高性能混凝土工作性能的影响混凝土拌合后测定其坍落度和扩展度，试验结果见表7。

表7 不同粗骨料种类混凝土的工作性能

图1 不同粗骨料的高强高性能混凝土的强度发展

图2 不同粗骨料种类高强高性能混凝土的弹性模量

2.1.2 粗骨料种类对高强高性能混凝土的抗压强度及弹性模量的影响

试件成型1d后拆模，置于标准养护条件下养护3d、7d和28d，测试其抗压强度和28d弹性模量，结果见图1和图2。

由图1可知，高强高性能混凝土的抗压强度在早期的发展速率比较快，3d抗压强度就可达到28d的65%～75%，7d抗压强度可达到28d抗压强度的72%～80%，而其在后期的发展缓慢，呈现一种先快后慢的发展规律。比较3种不同粗骨料混凝土的强度可知，保持其他条件不变的情况下，玄武岩配制的混凝土强度较其他两种骨料的高，这是由于玄武岩的强度比石灰石和卵石的强度都高，对高强混凝土来说，在水胶比适当的范围内水胶比降低，水泥石的强度提高，当水泥石和粗骨料的界面粘结强度比较高时，粗骨料就可能成为薄弱环节，这样粗骨料的强度越大，其配制的混凝土强度也越高。而石灰石和卵碎石配制的混凝土强度发展十分接近，这是由于其本身的强度相差不大，只是石灰石配制的混凝土强度稍稍大于卵石配制的混凝土强度，这主要是石灰石表面粗糙，与水泥石的结合力强造成的。

由图2可知，在保持其他条件相同时，用玄武岩配制的混凝土的弹性模量比石灰石、卵碎石配制的混凝土的弹性模量大。而粗骨料的弹性模量亦是玄武岩最大，说明在其他条件不变的情况下粗骨料的弹性模量越大，其配制的混凝土的弹性模量也越大。

2.2 粗骨料体积含量对高强高性能混凝土的影响

2.2.1 粗骨料体积含量对高强高性能混凝土工作性的影响

试验结果见表8。

表8 不同粗骨料体积含量对混凝土的工作性影响

由测试结果可知，在保持水胶比不变的情况下，随着粗骨料体积含量逐渐增大，新拌混凝土的流动性逐渐降低。当粗骨料的体积含量小时，混凝土中的胶凝材料用量较大，骨料和水泥浆的界面少，骨料间的水泥浆含量大，故混凝土的流动性良好。而随着粗骨料的体积含量增大，骨料间的水泥浆减少，骨料之间相互搭接，故混凝土的流动性随粗骨料体积含量增大而降低。

2.2.2 粗骨料体积含量对高强高性能混凝土的抗压强度及弹性模量的影响

将不同粗骨料体积含量的混凝土拌合成型后在标准养护条件下养护，测试其3d、7d、28d抗压强度试验结果如下。

图3 粗骨料体积含量不同时高强高性能混凝土的抗压强度

由图3可知，随着粗骨料的体积含量增大，混凝土的7d抗压强度呈现不同值，但是其28d抗压强度却基本相同。其原因是当粗骨料体积含量少时，混凝土中粗骨料周围的砂浆比较多，粗骨料在砂浆中处于“悬浮”状态，随着粗骨料体积含量的增大，粗骨料间的砂浆含量逐渐减少，骨料间搭接紧密，混凝土的抗压强度增大，但是粗骨料体积含量过大，骨料间的砂浆进一步减少，骨料与砂浆粘结作用降低，抗压强度减小。但是到28d龄期时，混凝土中大部分反应已完成，当高强混凝土中砂浆和界面强度比较高时，混凝土的抗压破坏为穿粗骨料破坏，故粗骨料种类一定的条件下，由其配制的混凝土28天抗压强度趋于相同。