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高频高压电源 摘 要:混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可模型强，并且耐火性较好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。粗骨料在混凝土中约占60%～70%,是混凝土的主要组成部分。原材料影响混凝土综合性能特别是强度和耐久性的因素很多,作用机理也很复杂,由于笔者水平有限,仅从对混凝土作用较为显著的粗骨料粒径及级配方面予以介绍论述。 关键词:混凝土 粗骨料 粒径 级配 综合性能
1. 粗骨料粒径对混凝土强度及耐久性的影响
粗骨料是指在混凝土中起骨架作用，称为骨料或集料，其中粒径大于5mm的骨料称为粗骨料。铁路混凝土用粗骨料性能要求应选用粒形良好、质地坚固、线胀系数小的碎石（无抗拉和疲劳要求的C40以下混凝土也可采用卵石）,但由于碎石与水泥石的界面粘结力强,所以碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。
对于混凝土粗骨料最大颗粒粒径的控制,现行相关规范更多的是从混凝土结构构件截面最小尺 焊接熔深检测仪寸或最小保护层厚度、钢筋最小间距去限制,只有对混凝土有特殊要求时或在达到一定强度等级如C50及以上时,才予以硬性要求粗骨料的最大公称粒径不应大于25mm。
混凝土配合比无论设计或施工阶段，都需要结果其力学性能、耐久性能、工作性能等满足相关技术要求，且经济合理。混凝土必须采取低水胶比、低胶凝材料、低用水量是实现的重要技术手段之一；理论上讲,粗骨料颗粒粒径越大,其比表面积相对越小,因此需要的单方用水量和水泥胶浆相对较少,在一定的条件下,使用大颗粒粗骨料混凝土的强度和经济性更容易实现。粗骨料中针、片状颗粒过多，会使混凝土的和易性变差，强度降低，故粗骨料的针、片状颗粒含量应控制在一定范围内。但粗骨料粒径越大,其缺陷和内部裂纹将逐渐增多，在传统生产工艺下，针、片状颗粒含量相应较大。相关文献显示,颗粒粒径为10mm-16mm时为消除粗骨料颗粒内部缺陷的最佳粒径，同时，由于颗粒粒径的减小，有利于颗粒粒形趋于良好，在相同条件下,因流化作用的提高而减少了单方混凝土用水量，增加了粗骨料和水泥胶浆的粘结面积，改善了粘结界面，更有利于提高混凝土的工作性、强度、耐久性、经济性。当由于粗骨料的二氧化硅含量导致混凝土出现内部膨胀应力集中等特殊情况时，由于粗骨料粒径的减小，可由大粒径的多个膨胀应力集中点转化为很多个膨胀应力集中点，相对弱化或消减了部分膨胀应力，有效抑制了混凝土不均匀膨胀开裂的趋势，可
提高混凝土的使用寿命；使用越大粒径粗骨料时,其在混凝土拌合物浇注硬化前的过程中,下沉速度越快,特别是大流动性混凝土更是如此,容易造成硬化后混凝土颗粒分布不均匀,从而导致混凝土强度降低。
在高强混凝土中,粗骨料粒径越大,其在混凝土中与水泥石的过渡区界面就越大,在受力过程中,较大的缺陷边缘将产生较大的应力集中从而降低了混凝土承受荷载的能力,因此降低了混凝土强度,同理,由于水泥石和粗骨料弹性变形不一致,在承受荷载时,颗粒粒径越大,混凝土各部分所承受的应力差也越大。
经过多次试验验证,粗骨料粒径对混凝土抗压强度的影响随水胶比(混凝土强度等级)的不同而变化,存在着最大粒径效应:当水胶比较小时,使用小粒径的粗骨料的混凝土可获得较高的强度,反之亦然。当混凝土水胶比不小于0.40时,可采用最大粒径为40mm的粗骨料(普通混凝土或较大水胶比混凝土强度和粗骨料粒径大小关系不大), 当混凝土水胶比不大于0.35时,宜采用最大粒径为25mm的粗骨料, 当混凝土水胶比不大于0.30时,宜采用最大粒径为16mm的碎石。但并不是粗骨料最大粒径越小越好，在实际控制中应考虑很小粒径颗粒由于空隙率、比表面积的增加及加工过程粘附的粉尘含量导致用水量和水泥胶浆的增加对混凝土综合性能的负面影响。
2. 粗骨料级配对混凝土强度及耐久性的影响
粗骨料级配对混凝土的工作性、经济性有重要的影响,直接关系到混凝土的强度和耐久性。粗骨料的级配分为连续级配和间断级配,连续级配可用于任何稠度的混凝土,只有在特殊情况下或设计有要求时才允许使用间断级配且只能用于干稠性混凝土；颗粒级配越好,其空隙率和比表面积相对越小(粗骨料紧密空隙率应控制在不大于40%以内),在一定条件下混凝土和易性越容易保证，从而保证混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性；为确保骨料具有良好的连续级配，有效可行的技术措施是采取多级骨料合成连续级配，使用过程对粗骨料实行分级采购、分级储存、分级计量，配合比试配时再确定各级骨料的具体用量，以使骨料具有堆积紧密、空隙率小、比表面积小的特点，从而降低混凝土的用水量和胶凝材料用量，提高效益降低成本;由于胶凝材料用量的减少,降低了混凝土的水化热,减少了混凝土干缩;同时由于降低了用水量,提高了混凝土的密实性、强度和耐久性能，配制的混凝土更容易具有良好的和易性；获取粗骨料较小空隙率的另一个措施是采取反击式、锤式式破碎机生产骨料，得到更多球形的骨料产品。用这种骨料配制的混凝土，可进一步改善其工作性能。粗骨料级配对混凝土强度的影响可以从对混凝土界面过渡区品质的影响来阐述,在相同矿物成分的前提下,过渡区的品质取决于粗骨料周围尤其是底部的泌水情况和包裹骨料的胶
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凝材料用量,当水胶比较大时,胶凝材料用量相对较少时,如粗骨料粒径较小且级配不良时,粗骨料较大的比表面积及较大的空隙率因胶凝材料的不足而削弱了界面过渡区品质,降低了混凝土强度。当水胶比较小时,胶凝材料用量已经不是制约因素,但如使用较大粒径的粗骨料时,粗骨料周围尤其是底部泌水趋势将增强,从而影响界面过渡区品质。对于不同的活性二氧化硅含量粗骨料，因存在一个不同的最不利颗粒尺寸，但良好的颗粒级配可以抑制或消减其膨胀压力。
3. 结束语
混凝土的强度及耐久性和水胶比有关,但粗骨料的最大粒径及级配影响同样重要。
在配制普通混凝土的（低强度、大水胶比）时,在满足施工工作性的情况下可选用适宜的较大粒径粗骨料,以减少胶凝材料用量,增加经济性。
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在配制高强度、低水胶比的混凝土时,宜选用最大粒径为25mm以下粒径的粗骨料,以期获得满意的强度和耐久性要求。
任何情况下,应选用适宜的粒径、比表面积及孔隙率最小的粗骨料,以获得较小的拌合用水量
、合理的胶凝材料用量、较好的界面过渡区品质、满意的混凝土骨架结构。
合成连续级配骨料配制的混凝土流动性好，坍落度和扩展度相对分别增大20%和30%左右。影响混凝土强度的因素同样会影响混凝土其他性能,选用小粒径和良好连续级配的粗骨料能提高混凝土的匀质性能，更能有效的增强混凝土的抗压强度、抗折强度、静弹性模量、抗渗性能、抗裂能力等。
不论使用何种粒径或级配的碎石，应对粘附在石子表面的粉尘进行冲洗干净，特别是越小粒径的石子，更应如此。避免因冲洗不干净大大削弱骨料界面的粘结力，进而降低混凝土的强度。
综上所述，合理的选择适宜的粗骨料，可以配制出工作性能优良、强度适宜、耐久性能优异且经济性合理的高品质混凝土。
参考文献：
[1]刘国华，陈斌，曹雪友.粗骨料对混凝土性能的影响与定量评价[M].浙江水利科技.2003,(6):1-3
[2] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京.中国铁道出版社.1999.
半轴套管[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50164-2011《混凝土质量控制标准》[S].北京.中国建筑工业出版社，2011.
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