粗集料对混凝土抗压强度的影响分析

■蔡美科 ■湛江市合生建材有限公司，广东 湛江 524081

集料又名骨料，有粗细之分，是混凝土的主要组成材料，其主要作用是控制胶凝材料在凝结硬化过程中由于干缩湿胀而产生的体积变化和骨架支撑，粗集料粒径一般在4.75mm 以上，例如碎石、卵石等，而粒径在4.75mm 以下则为细集料，如天然砂等，粗集料的理化性质决定其对混凝土抗压强度具有重要影响。

1 粗集料强度对混凝土抗压强度的影响

1.1 不同粗集料强度在相同基体条件下对混凝土强度的影响

混凝土可划分为高强混凝土、中强混凝土和低强混凝土等多个等级，而每个等级由于结构存在差异，导致其力学行为不同，在研究集料强度对混凝土不同龄期的抗压强度的影响实验中，利用绝对体积法确定配合比，使各级混凝土中含有的集料体积固定，与此同时保证集料的外形、最大颗粒、级配等性能处于基本相同的状态，此情况中混凝土强度的差异将主要受粗集料的强度决定，选择水泥、河砂、粗集料、外加剂和水五种强度差异明显的集料分别在钢集料、碎石、砂浆、陶粒、加气砼和无集料基体中试验。实验中发现，在配合比用水量一致的前提下，混凝土的性能仍存在差异，钢集料混凝土在重力作用下有较大可能坍落，而陶粒和加气混凝土坍落的可能性相对较小，钢集料的强度明显高于其他集料，而其配置的混凝土抗压强度也最高，但不同龄期的混凝土其增长的幅度有限，由此可见在高强基体条件下，混凝土的抗压强度会与粗集料的强度呈正比例关系，但在抗压强度提升至一定范围将终止，当混凝土中粗集料的强度非常不理想时，其只要稍许提升强度就可以推动混凝土的抗压强度大幅提升，而粗集料的强度超出高强度混凝土时，混凝土的龄期将不再影响混凝土的抗压强度，其变化非常不明显;在中强度混凝土中，当集料强度低于基体强度时，同样提升集料强度可改善基体强度，但基体强度过低，就不可能达到改善混凝土抗压强度的目的;在低强混凝土中，与前两种级别中表现一致，由此可见，粗集料与基体强度差异过高，会导致其刚度差异加大，对混凝土进行水化硬化，集料通常保持不变形，而基体却进行干缩湿胀变化，那么接触区会生成一定的附加内应力，在荷载作用下，会导致混凝土强度降低［1］。

1.2 相同粗集料在不同基体条件下对混凝土强度的影响

把钢集料、碎石、陶粒混凝土集料分别被处于不同基体中，观察混凝土抗压强度的变化实验，可以发现，随着混凝土龄期的增加，钢集料混凝土的比强度差距会逐渐缩小，当龄期达到三天时比强度差距可以忽略，而龄期达到91 天时，基体强度和比强度呈现出反比例关系，高强混凝土抗压强度要明显高于中强和低强级别［2］。在碎石集料实验中，高强混凝土中的碎石集料在水泥基体强度逐渐提升的过程中会转变成为混凝土中的软弱成分，不仅不能再提升混凝土的抗压强度，反而会成为混凝土整体中的薄弱点，而中强混凝土，由于其荷载程度在碎石的可承受范围内，所以其混凝土的强度仍有上升空间，而低强混凝土中含有的水泥成分少，使碎石的添加受限;在陶粒集料实验中，由于陶粒属于软弱集料，当水泥基体与集料的强度基本持平时，通过改善基体强度而提升混凝土的抗压强度效果并不明显，而两者都有上升空间或存在一定强度差异时，其可以通过水泥基体的增加，使混凝土强度得到提升［3］。

2 粗集料其他性能对混凝土抗压强度的影响

2.1 粗集料体积率对混凝土抗压强度的影响

当以水灰比为定量时，由于高强混凝土中集料和水泥基体的强度差异要明显低于普通的混凝土，所以当体积发生变化时，对混凝土整体的强度并不会产生大幅度的波动，所以粗集料的体积率对高强度混凝土的影响要明显低于普通混凝土，而水泥基体的强度要高于粗集料，所以当粗料体积率降低时混凝土的强度反而会增加，即粗集料的体积率与混凝土的强度成反比;当以水泥用量为定量时，在高强混凝土中，由于水泥量一定，其中含有的砂子被水泥包裹的状态会受到影响，使混凝土中所含的空隙数量增多，集料体积率的增加会使混凝土抗压强度增大;而在中强混凝土中，由于其含有的砂子增多，内部会形成大量的空隙，基体整体的强度都会下降，集料的强度不能对混凝土强度起到明显的作用;低强混凝土和中强混凝土同理，所以粗集料的体积率对其不能产生明显的影响［4］。

2.2 粗集料颗粒形貌对混凝土抗压强度的影响

在超高强混凝土中，摩擦力较大的破碎卵石会使混凝土的流动性下降，所以其混凝土的抗压强度要明显高于光滑卵石混凝土，而且这种差异会随着龄期的延长而持续扩大，粗集料的形貌对高强混凝土的强度具有直接的影响;而在高强混凝土中，由于水泥基体在前期和后期的强度会发生明显的变化，而破碎卵石由于破碎后面积增加，与水泥基体的接触面积也会随之增加，所以其强度差异在后期会比前期更大，但通过实验数据发现，在破碎卵石混凝土自身强度检测中，不同时间段，其强度并未发生明显的改变，也就是说龄期自身变化并不会直接影响集料形貌对混凝土的作用，这种结论在光滑卵石的实验中同样可以证实;在中强混凝土中，可以发现当水灰比确定在0.5 时，破碎卵石和光滑卵石混凝土的抗压强度差异最为明显，当水灰比超出0.5 并保持增长时，两种混凝土的抗压强度将会缩小，集料形貌的影响程度变小，而在此过程中混凝土自身的龄期变动并不会产生大的变化;在低强混凝土中，受水泥基体影响，两种集料形貌混凝土抗压强度并无明显差异［5］。

2.3 粗集料级配方式对混凝土抗压强度的影响

通过粗集料级配方式对混凝土抗压强度的影响实验数据可以发现，在高强混凝土发展早期，连续级配与混凝土抗压强度之间并没有明显的差异，当龄期超过一个星期后，由于缺少中间颗粒，相比连续级配形式单粒级配的粘结面积缩小，在基体强度上升到一定水平后，混凝土受重力影响会向下沉，使其均匀性受到影响，强度的弱势就会逐渐显现，两者的强度差距开始加大;在中强混凝土中，连续级配和单粒级配的拌合物流动性基本持平，但连续级配的和易性却明显高于单粒级配，在早期就可以显现，而且会随着龄期的延长而加大，这不仅是因为单粒集料下沉导致混凝土均匀性变差而造成的，而且中强混凝土在成型养护的过程中会产生较大的泌水量，这会在直径较大的颗粒集料表面形成水膜，使两种混凝土的抗压强度产生明显差异;在低强混凝土中，由于所含的水分明显减少，单粒级配的成型过程难度较大，但两种级配的混凝土在抗压强度方面并未有明显的差异，虽然连续级配混凝土在后期会稍许高于单粒级，但通常忽略不计。

3 结论

通过上述分析可以发现，粗集料的强度、体积率、颗粒形状、最大颗粒直径、级配方式等性能对混凝土抗压强度都有较大的影响，但要想通过粗集料加强混凝土强度需要有特定的条件限制，这就需要在进行混凝土抗压强度升级的过程中有专业的人员参与，随着经济的发展和人们生活水平的提升，人们对混凝土抗压强度的要求逐渐提升，所以针对粗集料对混凝土抗压强度的影响研究仍将持续进行。

［1］梁天宇.粗集料对混凝土抗压强度影响的研究［D］.重庆:重庆大学，2014.

［2］李进力，马建.粗集料的体积率对混凝土抗压强度的影响［J］.公路交通科技(应用技术版)，2015，06(01):117-119.

［3］杨再富.粗集料对混凝土强度影响的试验研究与数值模拟［D］.重庆:重庆大学，2015.

［4］杨再富，钱觉时，唐祖全，梁天宇.粗集料强度对混凝土抗压强度影响的试验研究［J］.混凝土，2014，01(12):23-25.

［5］房艳伟.片麻岩粗集料压碎值特性及对混凝土性能的影响研究［D］.武汉:武汉理工大学，2010.