粗骨料压碎指标对混凝土力学性能的影响

马敏超，周耀旭，田帅，董保骄，高峰

摘要：为了研究不同粗骨料压碎指标对混凝土力学性能的影响，文章采用三种压碎指标不同的粗骨料针对C30、C40、C50 等级的混凝土进行了相关试验。结果表明：C30 等级的混凝土，粗骨料的压碎指标主要取决于骨料与水泥石的界面强度；C40 等级的混凝土，抗压强度主要取决于粗骨料与水泥石的界面强度和粗骨料的压碎指标；C50 等级的混凝土，粗骨料压碎指标是制约混凝土强度的主要因素。

关键词：粗骨料；压碎指标；混凝土；抗压强度

0 引言

混凝土是由水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料、水和外加剂等组成的一种非匀质多相复合材料，也是一种用量最大的建筑材料，其工作性能、力学性能与耐久性能与各组分的性质和用量密切相关。粗骨料作为混凝土的重要组成部分之一，对混凝土的强度、收缩和徐变都有着重要的影响。

JTGT F50-2011《公路桥涵施工技术规范》中规定碎石的压碎指标玉类约18%、域类约20%、芋类约30%。其中玉类宜用于强度等级大于C60 的混凝土，域类宜用于强度等级为C30耀C60 及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，芋类宜用于强度等级小于C30 的混凝土。为了解碎石压碎指标对混凝土抗压强度的影响，以C30、C40 及C50 混凝土为对象，研究了三种不同压碎值的碎石对混凝土抗压强度的影响以期为工程实践作指导。

1 试验用原材料

水泥采用P·O 42.5 与52.5 级水泥，其物理性能试验结果如表1 和表2 所示。矿物掺合料采用域级粉煤灰其技术指标见表3。细集料采用细度模数为2.8、MB 值为0.8 的域区玩滚球的十大平台。粗集料分别采用三种不同产地5~31.5mm 连续级配的碎石进行相关试验，碎石压碎值试验采用JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中T0316 的试验方法，其压碎指标如表4 所示。外加剂采用聚羧酸高性能减水剂其技术指标见表5。水采用丽江自来水。

表1 P·O 42.5 水泥的物理力学性能

表2 P·O 52.5 水泥的物理力学性能

表3 粉煤灰技术指标

表4 不同产地碎石压碎指标

表5 高性能减水剂的技术指标

2 试验配合比及试验方法

2.1 试验配合比

试验采用C30、C40 及C50 混凝土实际生产配合比，每个等级分别采用宝山石场、红石哨石场、俄迪石场三种碎石进行试配，混凝土配合比具体参数如表6所示。
 

表6 混凝土试验配合比

注：S1 代表宝山粗骨料，S2 代表红石哨粗骨料，S3代表俄迪粗骨料。

2.2 试验方法

按照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土抗压强度的测试，试验的试件尺寸为150 mm伊150 mm伊150 mm，压力机采用TYE-2000 型压力试验机（如图1 所示）。弹性模量采用TM-II 型混凝土弹性模量测定仪（如图2 所示），按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中粗骨料压碎值试验方法进行试验。

图1 TYE-2000 型压力试验机
 

3 试验结果与分析

按照表6 进行混凝土的试配，C30、C40、C50等级混凝土分别取3d、7d、28d 及56d 的强度试样，并取C50 等级混凝土弹性模量试样；试件成型后用塑料薄膜进行覆盖，在温度为20依5益的环境中径置24h 后，编号拆模，然后放入温度为20依2益，相对湿度为95%以上的标准养护室进行养护，养护至各试验龄期后开展相关试验。C30、C40、C50 等级混凝土标养至各龄期的抗压强度如表7 所示。

图2 TM-II 型弹性模量测定仪
 

表7 混凝土不同龄期抗压强度

3.1 粗骨料压碎指标对C30混凝土抗压强度的影响

由表4 可知，三种粗骨料的压碎指标的大小顺序为俄迪约红石哨约宝山，则公分石抵抗压碎的能力为俄迪跃红石哨跃宝山。由图3 可知，C30 混凝土各龄期并没有随粗骨料压碎指标的减小而出现规律性的变化。采用红石哨石场粗骨料配制的混凝土与宝山石场的相比，各龄期抗压强度时高时低，差值变化幅度在1耀3.1MP；采用俄迪石场粗骨料配制的混凝土在7d 及28d 时抗压强度均高于另外两种粗骨料配制的混凝土，而在56d 时则抗压强度表现为最小。又由图4 混凝土28d 抗压试验试块断面可知，混凝土试块的破坏发生在粗骨料与硬化水泥浆体之间的界面区，而非粗骨料本身的破坏。而混凝土的力学性能主要取决于三个结构单元，水泥石、骨料和他们之间的界面，因此，对于C30 等级的混凝土粗骨料的压碎指标并不是影响其强度的主要因素，而是取决于骨料与水泥石的界面强度。

图3 C30混凝土各龄期抗压强度

图4 C30混凝土 28d 抗压试验试块断面
 

3.2 粗骨料压碎指标对 C40混凝土抗压强度的影响

由图 5 可知，采用俄迪石场粗骨料配制的C40混凝土各龄期的抗压强度均高于采用另外两个石场配制的混凝土，28d抗压强度达50.3MPa， 56d抗压强度达54.2MPa；采用红石哨石场粗骨料配制的混凝土与宝山石场的相比，3d及7d 抗压强度较高、而28d及56d 抗压强度较低。由图6可知，混凝土28d抗压试验试块不仅是从粗骨料与水泥石的界面处断开，而且已有部分粗骨料断裂。所以，对于C40混凝土的抗压强度，不仅取决于粗骨料与水泥石的界面强度，而且取决于粗骨料的压碎指标。

图5 C40混凝土各龄期抗压强度

图6 C40混凝土28d 抗压试验试块断面
 

3.3 粗骨料压碎指标对 C50混凝土抗压强度的影响

由图 7 可知，随着粗骨料压碎指标的减小， C50混凝土各龄期抗压强度值变大，但在混凝土 3d、7d及28d的强度差别较小，而在56d时，采用俄迪石场碎石配制的混凝土抗压强度，比采用宝山石场碎石配制的混凝土高24.5MPa，比采用红石哨石场碎石配制的混凝土高19.3MPa。由图8可知，混凝土28d抗压试验试块主要是从粗骨料自身强度薄弱处断开，粗骨料压碎指标成为制约混凝土强度的主要因素。

图7 C50混凝土各龄期抗压强度

图8 C50混凝土 28d 抗压试验试块断面
 

3.4 粗骨料压碎指标对 C50混凝土弹性模量的影响

采用TM-II型弹性模量测定仪对三种不同粗骨料的C50等级混凝土弹性模量进行测试，其结果如图9所示。采用俄迪石场碎石配制的混凝土弹性模量比采用宝山石场碎石配制的混凝土高 2.23伊104GPa，比采用红石哨石场碎石配制的混凝土高1.79伊104GPa。混凝土的弹性模量随粗骨料压碎指标的减少而增大。

图9 C50混凝土弹性模量
 

4 结论

（1） 对于C30等级的混凝土，粗骨料的压碎指标并不是影响其强度的主要因素，而是取决于骨料与水泥石的界面强度；

（2） 对于C40 混凝土的抗压强度，不仅取决于粗骨料与水泥石的界面强度，而且取决于粗骨料的压碎指标；

（3） 对C50 等级的混凝土，28d 抗压试验试块主要是从粗骨料自身强度薄弱处断开，粗骨料压碎指标成为制约混凝土强度的主要因素。混凝土的弹性模量随粗骨料压碎指标的减少而增大。