粗骨料对混凝土性能的影响.doc

PAGE \* MERGEFORMAT 1 粗骨料对混凝土性能的影响 郭福安 201306225 摘　要:混凝土是目前最大宗的建筑材料，而粗骨料作为混凝土的重要组成材料之一,其性能将对混凝土性能产生不可忽略的影响。该文通过对国内外相关研究成果的整理、分析,概括总结粗骨料对混凝土性能影响的研究现状,并提出了存在的问题,为进一步改善混凝土性能提供参考和依据并为HPC配合比的优化设计奠定基础。 关键词:　粗骨料;混凝土;化学成分;形貌;级配;性能影响 引言 混凝土是目前最大宗的建筑材料［1］，它是一种多相复合材料，其强度取决于水泥石、粗骨料以及粗骨料与水泥石之间的界面强度。粗骨料是混凝土的骨架，据统计，粗骨料可占混凝土体积的50%～70%，它会影响新拌混凝土的流变性以及硬化混凝土的力学性能和耐久性［2］。近年来，由于天然砂资源短缺，人们加强了对细骨料的研究，使机制砂的生产与使用得到迅速发展［3］，但是对于粗骨料仍然没有给予足够的重视。现在随着混凝土工程的超高层化和大型化，高强混凝土的使用越来越广泛，而在高强混凝土中，粗骨料相对来说才是薄弱环节［4－6］，粗骨料本身的特征，如种类、颗粒形状及大小、表面特征和级配，无论是对新拌混凝土还是硬化后混凝土的性能都有着重要的影响。因此，有必要全面深入地探讨粗骨料的物理化学特性对混凝土性能的影响。 1粗骨料在混凝土中的作用 粗骨料是混凝土的重要组成部分，原来人们认为粗骨料是一种惰性材料，通过水泥浆的粘结作用与水泥砂浆构成混凝土。实际上粗骨料并不是没有活性的，它的物理化学性质都会对混凝土的性能产生影响［7］美国著名混凝土专家Metha曾指出:“将粗骨料作为一种惰性填充材料应画上一个问号”。我们可以将国内外学者对粗骨料在混凝土中所起的作用的研究成果归纳为以下几点。 1.1粗骨料的刚性骨架作用 在普通混凝土配合比设计中，一般认为粗骨料抗压强度应为混凝土设计强度的2倍左右，不得低于设计强度的1.5倍［8］，粗骨料的强度和弹性模量通常要比水泥石高，其耐久性和体积稳定性也是混凝土各组分中最好的，而且粗骨料体积超过混凝土体积的一半，因此粗骨料在混凝土中起着刚性骨架的作用。在混凝土承受压荷载时，其内部由粗骨料传递应力，当混凝土在外荷载作用下发生破坏时，裂缝很难贯穿粗骨料而是绕过粗骨料在骨料周围出现，这样在一定的条件下，混凝土破坏时可能会吸收更高的能量，从而提高混凝土的强度。粗骨料的这种作用不仅可以提高混凝土的强度，而且还可提高混凝土的弹模，减小荷载作用下的变形，改善混凝土的变形性，使得混凝土比水泥砂浆的体积稳定性和耐久性更好［9］。 1.2粗骨料对混凝土裂缝的引发及阻挡作用 研究表明，混凝土受压破坏的实质是混凝土内部已有的结构缺陷(尤其是微裂纹)在荷载作用下不断扩展的结果［10］。由此可以看出，粗骨料对混凝土中裂缝的引发作用。混凝土配合比中粗骨料的含量不合理、混凝土施工工艺的局限性以及混凝土的收缩和徐变，会使混凝土内部在承受荷载前就出现了微裂纹、气泡以及粗骨料下的水囊，这些缺陷会使混凝土在未达到其强度前破坏。粗骨料可以限制混凝土的收缩，使其收缩值与水泥砂浆相比小很多，这样就会导致混凝土内部产生内应力，从而引发微裂缝。内应力的大小与分布与混凝土和粗骨料本身的弹模有关，也与粗骨料的粒径有关［11－13］。当混凝土受力后，微裂缝扩展到粗骨料时，很难通过比混凝土基体密实的粗骨料，因此裂缝通常要绕过粗骨料，这样裂缝的扩展过程就可能会吸收更多的能量，这就是粗骨料对裂缝的阻挡作用。 1.3粗骨料与水泥砂浆之间的作用 混凝土中的粗骨料与水泥砂浆基体之间存在界面过渡区，研究表明，许多情况下基体与粗骨料的结合处是混凝土结构中的薄弱环节，只有粗骨料表面易于和砂浆基体粘结，界面过渡区的强度才可能高。混凝土的许多性能往往与界面过渡区的性能有关，粗骨料混合空隙度的改变会改变混凝土的体积填充率，这样会影响界面过渡区的数量，从而影响混凝土的性能。较好的粗骨料表面构造也提高混凝土的强度和耐久性［14］。 2粗骨料对混凝土性能的影响 2.1粗骨料种类的影响 骨料种类不同，骨料的材质、强度、弹模、化学成分以及吸水率等就可能不同，我们可以从这些方面考虑骨料对混凝土性能的影响。骨料本身的强度、变形性以及吸水率与混凝土的性能息息相关;骨料中的化学成分可能会与水泥胶砂发生反应，对混凝土产生有利或不利的影响。 2.1.1粗骨料的强度、弹模对混凝土性能的影响 粗骨料对高强混凝土有较大影响，在高强混凝土中，水灰比通常低于0.4［15］，这时由于砂浆以及砂浆与粗骨料界面的强度已经很高，因此制约混凝土强度的是粗骨料本身的强度与其矿物特征［16］。在普通混凝土中，水灰比较高，砂浆的强度及砂浆与粗骨料的界面强度较低，它们是混凝土的薄弱区，制约着混凝土强度，而不