骨料對混凝土性能的影響

骨料的質量又受生產條件、破碎工藝的等影響，顆粒形態不可能達到規格一致，骨料顆粒按形貌特徵分為稜角狀、次稜角狀、近圓形、亞圓形、全圓形五種粒形。目前，人們普遍認為骨料的顆粒形狀為近球形或正多面體時較為理想。

粗骨料在混凝土中不僅僅是起到骨架作用，而且其本身的材質、強度、吸水率、以及不同的形成條件（表面特徵）和不同的生產工藝（空隙率、顆粒形狀等）都對混凝土性能有較大的影響。骨料的數量效應非常顯著，即骨漿比和砂率的大小對於混凝土強度和氯離子滲透性的影響均比較大，水膠比、骨漿比和砂率對混凝土強度和氯離子滲透性的影響順序相同，但影響程度不一樣；骨漿比不僅影響孔結構，而且也影響孔溶液的化學成分，因而其對氯離子滲透性的影響比砂率大。水膠比為0.28時，碎卵石、火山岩、石灰岩等粗骨料的礦物成份、粒形、表面性狀以及堅硬程度不同都會對混凝土性能產生影響。但是，目前不同種粗骨料對高性能混凝土彈性模量以及抗彎強度的影響尚缺乏精確的評估標準，這可能是由於現在的混凝土的水膠比低，水泥砂漿和過渡區的強度不斷提高，導致粗骨料在混凝土中的作用變大。岩石的種類不同，它的組成成分一般不同，組成成分又決定了岩石的性質，那麼，當其作為混凝土骨料時，就會對混凝土本身的性能產生不可忽視的影響。粗骨料為石英岩的混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度要比大理岩混凝土高10%~20%。然而，對於較低強度的混凝土，骨料種類的不同給混凝土強度帶來的差異將明顯減小。不僅如此，粗骨料種類會對混凝土斷裂能產生重要影響，高強度低脆性的骨料可以用來配製低脆性高強度混凝土。

機制骨料在生產過程中不可避免的會產生針片狀顆粒，針片狀顆粒含量也會因生產工藝、原材料來源不同而有很大差異，含量一般可達10%以上。粗骨料中針片狀碎石增加了新拌混凝土在流動過程中的摩擦阻力，針片狀碎石的堅韌性比普通粒形的堅韌性差，從而影響著混凝土的強度性能。針片狀顆粒含量的增加會降低混凝土的和易性，因為針片狀顆粒比表面積大，需要更多水泥漿體包裹其表面，並且針片狀顆粒含量高的粗骨料空隙率大，需要更多的水泥漿體進行填充。在所設計配合比相同的情況下，對混凝土強度而言，存在最佳的最大骨料粒徑、最優針片狀含量以及最佳砂率等。

用人工碎石拌制的泵送混凝土砂率含量一般在40%~45%之間，這樣的混凝土往往細骨料含量高，容易出現粗骨料分布不均勻。又因為混凝土中石子含量低，石子之間的分布間距大，澆築振搗時石子因自重大而下沉，混凝土表面就出現缺少石子或全砂漿現象，這樣就增大了混凝土自身收縮變形。由於破碎卵石級配合理、顆粒形狀好，針片狀少，粗骨料之間的充填性好，摻量可達到50~55%之間。這樣粗骨料在混凝土中分布均勻，減小了粗骨料之間的間距，降低了混凝土本身的沉降收縮和自收縮。摻入卵石、碎卵石的混凝土中，由於水膠比較小，膠凝材料用大，其強度受破碎面的影響程度較低，但卵石是否破碎對混凝土強度影響較為明顯，碎卵石配製混凝土比卵石、碎卵石混合後配製的混凝土強度高。

與碎石相比，破碎卵石吸水率大於碎石，起到內蓄水作用，由於後期破碎卵石內蓄水緩慢的釋放，保證了混凝土後期水化過程中所需的水分。所以用破碎卵石配製混凝土後期強度增長快。採用破碎卵石的混凝土在前期雖然強度略比碎石低，但後期強度發展趨勢優於碎石，同時在綜合性能及成本也明顯優優於碎石。

混凝土中每一組成相的孔隙率都會影響混凝土的強度。由於混凝土骨料與砂漿剛度不一致，當混凝土受力作用或產生某種變形時，內部會產生次生應力場，在骨料與砂漿間進行應力重新分配，達到新的平衡後混凝土內部應力場不是均勻的。因界面特殊的銜接、傳遞力和變形的作用以及所處的獨特空間位置，破壞前其變形要與被銜接的兩相保持連續性，因此使得界面處於骨料以外區域中力學上最為不利的部位，容易產生過渡區界面收縮裂縫。界面粘結情況對混凝土抗拉強度起決定作用，但對於抗壓強度基本沒有影響。水膠比和石灰岩粗骨料類型對混凝土抗壓強度的影響表明骨料粒度分布和水膠比的變化對混凝土的抗壓強度和抗拉強度有重要影響，水泥用量決定骨料的各粒級分布對混凝土工作性能的影響程度。如果不考慮骨料粒度的話，我們可以假設：如果界面區有固定的厚度，骨料表面積增大的同時也使得混凝土中界面區增多，混凝土強度的增長隨著界面區強度的增長而增長。

通過觀察抗壓強度大於C60的高強混凝土的抗壓破壞情況，發現其破壞不僅發生在漿、骨料界面，而且粗骨料本身也發生貫穿性破裂，這說明骨料的強度、彈性模量已成為影響高強混凝土力學性能的重要因素之一。通過對輝綠岩、石灰岩、砂岩和花崗岩四種粗骨料拌制的混凝土進行研究，發現輝綠岩、石灰岩骨料的抗壓強度、彈性模量相對較高，其原因是輝綠岩母岩強度、彈性模量高，這對混凝土強度、彈性模量的提高有利；石灰岩能與水泥發生反應，從而提高了混凝土的強度、彈性模量。

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