粗骨料表面构造及其对混凝土性能的影响

黄亚梅　王立华　陈锡容

摘要：长期以来，混凝土骨料表面构造的研究一直停留在定性描述的水平，难以定量表征和研究。本文提出了表征骨料表面构造的5个指标：凹凸度、凹凸比、全周凹凸度、全周凹凸比和凹周比。测试了灰岩碎石、破碎卵石和卵石的表面构造，研究了具有等腰三角形断面凹槽的圆柱体骨料一浆体的界面应力，发现骨料凹周比和全周凹凸比越大，骨料对混凝土强度的贡献越大，对提高混凝土强度越有利，这一结论得到了混凝土性能试验的验证。

關键词：混凝土粗骨料；表面构造；混凝土性能；数字图形处理技术

粗细骨料是混凝土各组分中用量最大的材料，对混凝土的力学性能、变形性能、耐久性、热学性能和经济性都具有重要的影响，但对其性能的研究和掌握是混凝土研究中最薄弱的环节。长期以来有关骨料问题的研究，一直停留在含糊、定性描述的水平。

众所周知，卵石本身的强度和压碎指标并不比碎石低，但是碎石混凝土的强度高于卵石混凝土，这是为什么？长期以来的解释是，碎石表面粗糙，有利于骨料与水泥净浆的界面黏结，从而提高混凝土的强度，这是非常笼统的。表面构造指的是颗粒表面抛光或毛面、平滑或粗糙的差异。通常只简单采用定性术语描述表面构造分级，如粗糙、光滑或十分光滑等。骨料表面粗糙程度如何定义、如何测量、如何增强混凝土的强度等，这些问题长期以来并没有得到解决。

在细观结构中混凝土一般被认为是集料、水泥石、界面过渡区组成的非均质体，其中混凝土界面过渡区是指在集料表面与浆体之间形成的厚度在25-100um之间的不均匀体，是混凝土中的薄弱区，具有松散、多孔、晶体粗大等特点，对混凝土的宏观力学性能具有显著影响。混凝土破坏时，普遍是从骨料与浆体的薄弱界面区开始的，因此改善骨料-浆体的界面，可以显著提高混凝土的强度、改善混凝土的性能。骨料的表面构造是骨料一浆体界面的主要影响因素，对混凝土的力学性能、变形性能和耐久性都有重要的影响。众多研究人员采取各种可能的技术措施以改善骨料一砂浆的薄弱界面，提高混凝土的宏观性能，但是对骨料表面本身的构造却研究甚少，原因是骨料的表面构造难以准确定义和测量。因此，长期以来，只能用“粗糙”“光滑”等词语进行模糊、定性的描述。

本文基于数字图形处理（Digital Image Processing，DIP）技术，对骨料表面构造进行研究，提出了凹凸度、凹凸比、全周凹凸度、全周凹凸比和凹周比5个参数，对灰岩碎石和卵石的表面构造进行测试，并通过混凝土性能试验验证粗骨料表面构造对其力学性能的影响规律。