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砂石骨料對(duì)混凝土性能的影響

發(fā)布時(shí)間:2025-04-23    字號(hào):【

 混凝土的力學(xué)性能和耐久性都與骨料密切相關(guān)。在混凝土中,骨料最主要的作用是承受壓力、抵抗沖擊、擴(kuò)散水及其他作用;同時(shí),骨料與水泥漿體界面形成了一層黏結(jié)材料,使混凝土具有足夠的強(qiáng)度和耐久性。因此,在混凝土中,骨料是很重要的組成部分。砂石骨料是混凝土中最基本的組成材料,對(duì)混凝土性能有很大影響。砂石骨料強(qiáng)度是通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)其進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)或其他力學(xué)性能試驗(yàn)得到的,通常與石子強(qiáng)度一起作為配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。石子是由碎石經(jīng)機(jī)械破碎、篩分等加工而成的,其粒徑一般為10100mm。通常用礫石和卵石作骨料,通過(guò)對(duì)其物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)和研究,從而得到其在配合比設(shè)計(jì)中的合理級(jí)配。砂石骨料不僅是混凝土組成材料之一,還是混凝土拌和用水以及運(yùn)輸、澆筑及硬化過(guò)程中必不可少的材料。因此,分析研究砂石骨料對(duì)混凝土性能的影響有利于提升混凝土施工質(zhì)量。

1砂石骨料相關(guān)概述
砂石骨料是指在制作砂漿或混凝土?xí)r,與水泥和水等混合在一起的砂、石等顆粒狀材料,也稱集料,即在混凝土中起骨架或填充作用的粒狀松散材料。在混凝土中,砂石占混凝土總體積的3/4左右,分為粗骨料和細(xì)骨料。砂石骨料是混凝土及砂漿中起骨架和填充作用的粒狀材料,一般情況下,石子(粒徑一般較大,大于4.75mm)也被納入砂石骨料的范疇。砂石的粒徑較小,一般小于4.75mm,從來(lái)源來(lái)看分為天然砂和機(jī)制砂兩種。    
砂石骨料是在混凝土中起骨架、填充和穩(wěn)定體積作用的演示顆料或松散材料,包括卵石、碎石、粗骨料和細(xì)骨料。其中,粒徑大于4.75mm的巖石顆料稱為粗骨料,包括卵石和碎石;粒徑小于4.75mm的巖石顆料稱為細(xì)骨料,包括天然砂。
砂石骨料是基建中不可缺少的原材料之一,主要用于房屋建設(shè)、道路橋梁工程施工、水利水電設(shè)施建設(shè)等項(xiàng)目。砂石骨料是水利工程中混凝土和堆砌石等構(gòu)筑物的主要建筑材料,每年要消耗數(shù)百億噸砂石骨料。
砂石骨料的資源屬性今非昔比,其在藍(lán)海市場(chǎng)中的地位日益凸顯。在砂石骨料行業(yè),機(jī)制砂的發(fā)展趨勢(shì)不可阻擋,機(jī)制砂的生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量不斷提高,使得其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)。同時(shí),隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高,綠色環(huán)保的砂石骨料也逐漸受到市場(chǎng)的青睞。
2砂石骨料的物理性能
在混凝土中,砂石骨料是由巖石破碎成的。碎石按粒徑可分為粗骨料級(jí)配和細(xì)骨料級(jí)配。粗骨料主要是指碎石,它是由巖石破碎而成的,可以直接用作混凝土的粗骨料;細(xì)骨料一般指砂,它是由砂礫、砂及少量碎石經(jīng)機(jī)械破碎而成的,顆粒較粗,但仍為細(xì)料,細(xì)骨料一般是指細(xì)粉或其他材料。砂石骨料的粒徑?jīng)Q定了混凝土的流動(dòng)性、黏聚性和強(qiáng)度。在混凝土中,粗骨料粒徑越大,則流動(dòng)性越大、黏聚性越好、強(qiáng)度也就越高;相反,細(xì)骨料越小,則流動(dòng)性越小、黏聚性也就越差、強(qiáng)度也就越低。砂石骨料的物理力學(xué)性能和混凝土性能密切相關(guān)。砂石骨料的物理力學(xué)性能指標(biāo)主要有表觀密度、堆積密度、吸水率及吸水率變化率等。而混凝土性能指標(biāo)主要有強(qiáng)度、耐久性和和易性等。在混凝土中,應(yīng)盡可能用連續(xù)級(jí)配或較好級(jí)配的粗骨料作粒徑為10100mm的粗骨料。    
(1)堆積密度是指混凝土在一定條件下單位體積中的質(zhì)量。堆積密度大,表明骨料的密實(shí)度大,強(qiáng)度高,具有一定的抗凍、抗?jié)B和抗碳化能力。但過(guò)高的堆積密度也會(huì)使混凝土流動(dòng)性降低。
           
(2)吸水率是指骨料在水中浸泡一段時(shí)間后質(zhì)量損失的大小,其也反映了骨料吸水性能的好壞。骨料吸水后會(huì)使混凝土密實(shí)度、強(qiáng)度降低,出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂等現(xiàn)象。
(3)堆積高度是指骨料堆至一定高度后,其質(zhì)量變化情況。堆積高度越大,骨料越容易失去棱角,其強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性就越差。隨著骨料堆至一定高度后,骨料質(zhì)量會(huì)不斷降低,導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降,施工難度加大。
(4)堅(jiān)固性是指骨料在承受外力時(shí)發(fā)生破碎而不剝落的能力。堅(jiān)固性與骨料的形狀有關(guān)。骨料粒徑越大,其堅(jiān)固性越差;同時(shí)形狀越不規(guī)則的骨料其堅(jiān)固性也越差。
(5)顆粒級(jí)配是指不同粒徑范圍內(nèi)石子的排列方式及其與水泥漿體界面處顆粒之間的接觸情況。由于粗細(xì)骨料顆粒形狀、大小不同,所以它們與水泥漿體界面處的接觸情況也不相同。顆粒級(jí)配好,界面處的接觸情況就好;反之,界面處的接觸情況就差。    
3砂石骨料對(duì)混凝土性能的影響
3.1砂石骨料粒徑對(duì)混凝土性能的影響
骨料的粒徑對(duì)混凝土的工作性和力學(xué)性能都有較大的影響。在相同的工作條件下,骨料粒徑越小,其空隙率就越大,混凝土的黏聚性、保水性就越差;骨料粒徑越大,混凝土的和易性就越差?;炷林泄橇项w粒的有效堆積半徑一般為36mm,當(dāng)顆粒級(jí)配不合理時(shí),會(huì)引起空隙率過(guò)大、混凝土強(qiáng)度下降。在相同的水泥用量條件下,骨料顆粒越小,其表面積就越大,從而使其對(duì)水泥水化產(chǎn)物的吸附能力增加,使混凝土強(qiáng)度下降。當(dāng)粒徑較小時(shí),水泥石和骨料間的黏結(jié)強(qiáng)度低,且骨料的存在會(huì)增加混凝土的收縮變形。此外,顆粒級(jí)配不合理時(shí),會(huì)引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻或產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此,在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)應(yīng)特別注意骨料粒徑對(duì)混凝土性能的影響。總之,應(yīng)采用級(jí)配良好、形狀規(guī)則、表面光潔、質(zhì)地堅(jiān)硬、無(wú)雜質(zhì)且無(wú)裂縫及松散顆粒的碎石或卵石作骨料;在滿足混凝土強(qiáng)度要求的前提下盡量選擇較小粒徑碎石或卵石作為骨料;對(duì)體積較大、形狀不規(guī)則及強(qiáng)度要求較高時(shí)宜選用人工砂作為骨料。
3.2砂石骨料表面特征對(duì)混凝土性能的影響
砂石骨料的表面特征對(duì)混凝土性能影響很大,骨料的形狀和表面特征是骨料質(zhì)量控制的一個(gè)重要指標(biāo)。骨料的表面特征主要包括粒徑、形狀、表面粗糙度、棱角等。由于粒徑較大,粗骨料的棱角較多,在一定程度上增加了混凝土的抗裂性。但由于粒徑較大,骨料之間存在空隙率,會(huì)增大混凝土的干縮性。因此,在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量選用粒徑較小、棱角少的骨料。粒徑小于6mm的碎石用作細(xì)骨料會(huì)增大混凝土的干縮性。對(duì)于粗骨料而言,其表面粗糙度也會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。與表面光滑、棱角少的粗骨料相比,表面粗糙、棱角多的粗骨料的干縮性大一些。另外,顆粒間存在空隙率也是影響混凝土性能的一個(gè)重要因素。由于粗、細(xì)骨料顆粒間存在空隙率,會(huì)增加混凝土中水泥漿體的含量,從而降低混凝土強(qiáng)度和耐久性。    
3.3砂石骨料顆粒級(jí)配和形狀對(duì)混凝土性能的影響
在混凝土中,骨料的顆粒級(jí)配也很重要,骨料的級(jí)配影響著混凝土的性能。骨料中所含顆粒的形狀對(duì)混凝土的性能也有很大影響,不同形狀的骨料其性能也有所不同。天然砂、卵石、碎石等為連續(xù)級(jí)配,其顆粒分布比較均勻,抗壓強(qiáng)度較高;而河砂、海砂等為非連續(xù)級(jí)配,其顆粒分布不均勻,強(qiáng)度較低。當(dāng)骨料顆粒級(jí)配不好時(shí),混凝土?xí)霈F(xiàn)“離析”現(xiàn)象,而采用連續(xù)級(jí)配的骨料可以改善這種情況。此外,細(xì)骨料在混凝土中起骨架作用,大顆粒在混凝土中起填充作用。因此,粗骨料的顆粒級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響較大。不同形狀的骨料對(duì)混凝土性能也有影響。當(dāng)骨料顆粒級(jí)配不好時(shí),混凝土的強(qiáng)度會(huì)下降。如果使用連續(xù)級(jí)配或均勻分布的粗骨料時(shí),可以提高混凝土的強(qiáng)度。然而在某些情況下(如拌制砂漿)使用非連續(xù)級(jí)配粗骨料時(shí),混凝土強(qiáng)度會(huì)降低。    
3.4砂石骨料級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響
骨料級(jí)配是指骨料中各粒級(jí)所占比例,通常以骨料粒徑級(jí)配、形狀系數(shù)和最大粒徑來(lái)表示。骨料的粒形和級(jí)配決定著混凝土強(qiáng)度、耐久性以及體積穩(wěn)定性等性能。骨料的粒形主要是指粒徑的分布。骨料形狀系數(shù),也稱針片狀含量,是指骨料顆粒組成的形狀系數(shù),一般用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示,對(duì)于混凝土用砂,它的值應(yīng)在0.3以下;對(duì)于混凝土用石子,它的值應(yīng)在0.7以下。級(jí)配不好還會(huì)使混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生離析現(xiàn)象??偠灾?,砂石骨料的級(jí)配對(duì)混凝土性能有顯著影響。粗骨料的級(jí)配與混凝土強(qiáng)度有關(guān)。對(duì)于普通強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,采用三級(jí)配粗骨料可以制備出強(qiáng)度高的混凝土,其中粗骨料的比表面積對(duì)其性能的影響尤為明顯。而對(duì)于高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土來(lái)說(shuō),兩級(jí)配粗骨料更能提升其強(qiáng)度,此時(shí),粗骨料堆積空隙率的影響尤為重要。
此外,砂石的品質(zhì)也對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生影響。例如,當(dāng)砂石的級(jí)配合理時(shí),不僅可以減少拌合物的用水量,從而得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的混凝土,還可以節(jié)約水泥的使用。因此,對(duì)砂石進(jìn)行顆粒級(jí)配是必要的。在機(jī)制砂的應(yīng)用中,顆粒級(jí)配作為質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo),其對(duì)混凝土性能的影響不容忽視。砂石骨料的品質(zhì)直接關(guān)系到混凝土的整體質(zhì)量,而骨料的密實(shí)度與混凝土強(qiáng)度成正比例關(guān)系。良好的砂石骨料級(jí)配可以充分確?;炷恋膹?qiáng)度與密實(shí)度,從根本上保障工程整體的安全穩(wěn)定性。目前,生產(chǎn)中常存在級(jí)配不良或超出級(jí)配范圍的情況,因此,如何合理控制機(jī)制砂的級(jí)配是工程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。這就要求在實(shí)際施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比對(duì)混凝土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配合比的控制,以確保混凝土的質(zhì)量。    
3.5砂石骨料石粉含量對(duì)混凝土性能的影響
砂石骨料是混凝土中最主要的原材料之一,它們的質(zhì)量和性能對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性和其他性能都有重要影響。其中,砂石骨料的石粉含量也是一個(gè)重要的參數(shù),其對(duì)混凝土性能的影響如下。
(1)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。石粉含量對(duì)混凝土的強(qiáng)度有一定的影響。當(dāng)石粉含量較高時(shí),混凝土的強(qiáng)度可能會(huì)降低,因?yàn)槭蹠?huì)填充骨料之間的空隙,從而減少了骨料之間的黏結(jié)力。但是,當(dāng)石粉含量適當(dāng)時(shí),可以提高混凝土的強(qiáng)度,因?yàn)槭劭梢蕴畛涔橇媳砻娴娜毕?,增加了混凝土的密?shí)度和耐久性。
(2)對(duì)混凝土耐久性的影響。石粉含量對(duì)混凝土的耐久性也有影響。石粉可以在混凝土中形成微裂紋,并且在水泥水化過(guò)程中,石粉會(huì)吸收一部分水分,從而減緩水泥的水化速率,延長(zhǎng)混凝土的使用壽命。但是,當(dāng)石粉含量過(guò)高時(shí),混凝土的耐久性可能會(huì)降低,因?yàn)檫^(guò)多的石粉會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮和開(kāi)裂。
(3)對(duì)混凝土工作性的影響。石粉含量對(duì)混凝土的工作性也有影響。當(dāng)石粉含量較高時(shí),混凝土的工作性可能會(huì)降低,因?yàn)槭蹠?huì)增加混凝土的黏度,從而使混凝土難以流動(dòng)和振實(shí)。但是,當(dāng)石粉含量適當(dāng)時(shí),可以提高混凝土的工作性,因?yàn)槭劭梢蕴畛涔橇现g的空隙,減少了混凝土的收縮和開(kāi)裂。因此,砂石骨料石粉含量對(duì)混凝土性能的影響是復(fù)雜的,需要在具體的工程應(yīng)用中進(jìn)行合理的控制和調(diào)整。    
3.6砂石骨料細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土性能的影響
砂石骨料的細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土的黏滯性有顯著影響。當(dāng)砂石骨料的細(xì)度模數(shù)過(guò)小時(shí),混凝土拌合物的保水性較好,但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致拌合物發(fā)黏,其流動(dòng)性較差。這是因?yàn)榧?xì)度模數(shù)過(guò)小的砂石骨料,其比表面積增大,使得需水量增加,從而影響了混凝土的流動(dòng)性和黏滯性能。相反,當(dāng)砂石骨料的細(xì)度模數(shù)適當(dāng)時(shí),如在2.92.6,混凝土的黏滯性能可以得到較好的控制,既不會(huì)太黏也不會(huì)太稀,從而保證了混凝土的良好工作性能。此外,砂石骨料的細(xì)度模數(shù)還直接影響到混凝土的保水性和流動(dòng)性。較粗的砂石骨料(細(xì)度模數(shù)為3.73.1)配制的混凝土黏聚性和保水性差,而較細(xì)的砂石骨料(細(xì)度模數(shù)為2.21.6)則能提供更好的黏聚性和保水性。因此,在選擇砂石骨料時(shí),需要根據(jù)具體的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和施工要求選擇合適的細(xì)度模數(shù),以確保混凝土的和易性達(dá)到最佳狀態(tài)。砂石骨料的細(xì)度模數(shù)通過(guò)影響骨料的總表面積、需水量以及混凝土的保水性等因素,間接影響混凝土的黏滯性。適當(dāng)?shù)募?xì)度模數(shù)不僅能夠提高混凝土的黏聚性和保水性,還能保證混凝土的流動(dòng)性和工作性,從而滿足不同工程的需求。
4結(jié)語(yǔ)
高品質(zhì)的砂石骨料是高性能混凝土的重要物質(zhì)基礎(chǔ),全面影響混凝土的和易性、強(qiáng)度和耐久性。因此,在制備混凝土的過(guò)程中,合理控制材料的比例并保證材料的高質(zhì)量是至關(guān)重要的。但在實(shí)際施工中需要注意的是,隨著天然砂資源的日益匱乏,機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,而機(jī)制砂中的石粉含量對(duì)混凝土性能的影響也成為研究的重點(diǎn)。在實(shí)際工程中,要結(jié)合具體的工程需求和環(huán)境條件,進(jìn)行合理的配合比設(shè)計(jì),以確?;炷恋牧己眯阅?。
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