混凝土用骨料:骨料的作用

2020年5月27日14:29:47混凝土用骨料:骨料的作用已关闭评论 6,090

中铁五局四公司 朱永清

这是混凝土骨料系列的第一篇文章,主要探讨骨料在混凝土中的作用,该系列文章有以下系列组成:

混凝土用骨料:骨料的作用(本文)

混凝土用骨料:细骨料

混凝土用骨料:粗骨料

混凝土用骨料:骨料的指标

一、为什么要探讨骨料的作用

骨料是混凝土的主要材料之一,其在混凝土中占据了大概70%的体积,是混凝土工程的主要材料,其用量十分庞大。作为主要材料,其品质自然会影响到混凝土的性能,所以国家和行业都对骨料的品质做出了具体规定,甚至混凝土生产企业的技术人员也会根据自己对骨料的理解,在自己内心中设定了一个标准。这些行为会自然而然地干预到骨料的选择和使用,甚至会影响到配合比设计的思路,并最终影响混凝土的性能。对骨料作用和骨料技术指标的理解,会对混凝土产生或正或负的影响,如何正确对待和使用骨料是值得我们深思的问题。

所以,我们在探讨如何看待和使用骨料之前,首先应该明白骨料在混凝土中起什么作用,然后再去思考要起到这样的作用,骨料应该具备什么性质,只有如此才能正确地对待、选择和使用骨料。

二、骨料在混凝土中的作用

混凝土是由胶凝材料、水、骨料、外加剂等材料组成,虽然使用骨料或提高其用量可以降低混凝土成本,但是经济性并不是使用骨料的唯一或最根本的原因。水泥基的胶凝材料(以下简称胶凝材料)水化形成的水化硅酸钙凝胶(以下简称凝胶)将骨料粘结在一起形成的结构,凝胶是形成强度的前提,没有它松散的骨料不可能粘结在一起。但是几乎所有混凝土都要使用骨料,而不是只用水和胶凝材料或者细粉料。是因为胶凝材料在水化过后,体积都要收缩,收缩过大会引起开裂,而不能形成稳定的结构,也就是体积稳定性不良。正因为如此,体积稍大的受力结构都不会使用净浆做结构材料,而是使用大量骨料。骨料在混凝土中不参与化学反应,只需要它的体积保持稳定。在混凝土中添加体积稳定的骨料(以下简称骨料)有助于保持其体积稳定性,骨料所占比例越高,其体积稳定性越好,这是在混凝土中使用骨料的最根本原因,也是骨料在混凝土中的本质作用。

骨料提高混凝土体积稳定性的原因有两点:第一,在使用骨料之后,混凝土中浆体的体积大大减少,也就减少了混凝土中有收缩性能材料的体积,总的收缩量就大大减少。第二,骨料不仅自身的体积是稳定的,也能够将水泥浆分割阻断。浆体包裹细骨料形成砂浆,细骨料把浆体分割成很小的部分,将水泥浆收缩分散。分散的浆体收缩最自然也小,难以达到开裂的收缩量。而粗骨料又将砂浆分割阻断,进一步限制砂浆的收缩,使混凝土的体积稳定性进一步提高。所以一般混凝土骨料体积所占比例越高,其收缩量越小,体积稳定性越高,而粗骨料比例越高这一效果也更加显著,所以从限制收缩的角度来说,混凝土一般多用粗骨料而少用细骨料。

三、骨料需要具备哪些性质

为了保证混凝土的体积稳定性,混凝土中必须要加入骨料,而加入的骨料不能使混凝土或者结构的性能劣化。因此骨料不能与混凝土中的其他物质发生不良化学反应,也不能因为温度、湿度的变化发生有害的体积变化,骨料的种类和规格也不能破坏混凝土的可操作性性能。骨料应具备的性质是在其最本质作用的前提下确定的。

(一)保证结构稳定性

对于天然骨料而言,在不与外界化学物质发生反应情况下,可长时间保持稳定,用于混凝土中,不能与混凝土的其他材料发生对结构造成破坏的不良化学反应,包括但不限于下几个方面内容:

碱骨料反应。骨料不能够与混凝土中的碱发生化学反应,所以需要限制骨料中具有碱骨料反应活性的颗粒,或者通过限制混凝土碱含量、采取抑制碱骨料反应措施等手段来保证混凝土不发生碱骨料反应。

硫酸盐。硫酸盐对混凝土具有腐蚀作用,不可以大量地混入骨料之中。

氯离子。混凝土中的氯离子会导致混凝土中的钢筋锈蚀,骨料中的氯离子也是要加以限制的,如海砂中含有大量的氯离子,需要经淡水处理后才能使用。

可溶性盐含量。在西北一些盐碱化严重的地方,细骨料中可能会含有过多的可溶性盐类,这些盐类通常以钾盐和钠盐为主。这种盐含量过大,浓度过高,失水时会结晶沉淀并鼓胀,从而破坏混凝土。同时钾和钠还是碱骨料反应至关重要的反应物,对水泥凝结也起到一定的影响。

(二)保证混凝土工作性

混凝土具有良好的工作性是其能够均匀密实地成型为结构的重要前提,骨料中影响到混凝土工作性的物质也必须要加以限制。骨料影响到混凝土工作性的因素包括但不限于以下几个方面:

影响混凝土需水量。含泥量或石粉含量、云母含量过高都会导致混凝土需水量增加,会使混凝土变得更加黏稠或者工作性损失加快。因此,这些物质的含量必须要加以限制。但在现实中,骨料中含有这些物质是无法避免的,如何限制它们的含量而不使混凝土性能劣化是我们要认真思考的问题,在后续的文章中会做出详细讲解。

骨料级配。如果只是为了考虑提高混凝土的体积稳定性,应该尽可能多使用粗骨料,但是只是用一种粒径的骨料配制不出良好工作性的混凝土,所以混凝土中的骨料是由很多不同粒径的颗粒组成。不论粗骨料还是细骨料,都不是只有单一粒径的颗粒,骨料在不同粒径上的百分比分布即骨料的级配。级配选择不当会给混凝土的工作性带来严重的影响,例如:有人使用不经筛选的石屑做细骨料使用时,发现不管砂率如何调整还是增加胶凝材料总量都很难拌出工作性良好的混凝土,这是因为石屑的级配严重失当;使用过多5-10碎石的时候也会使混凝土工作性很差。这些情况都是因为没有正确理解骨料级配的作用而选择失当,因此如何选择骨料粒径及其级配是混凝土工程中非常关键的一个问题,在后面的系列文章中方我们还会做详细讲解。

骨料粒型。粗骨料的扁平度和形状对混凝土工作性有很大的影响,选择骨料时应以粒型圆顺为佳。如针片状的骨料更难以配出工作性好的混凝土,也影响到混凝土成型密实。

(三)混凝土强度

以粗骨料来说,它在混凝土的受力状态极为复杂。与测试骨料母岩强度时的受力状态完全不同,骨料颗粒受到周围砂浆以及其它粗骨料颗粒的约束,受压力时不能自由膨胀,其横向开裂的极限应力会大大加强。另外粗骨料远比测试母岩强度的尺寸小,因此所包含的节理缺陷数量相对也少,更不易破坏。

另外,混凝土的强度取决于三个因素,即砂浆的强度、粗骨料在混凝土内部状态下的强度以及砂浆与粗骨料之间的界面在混凝土内部状态下的强度。这又与混凝土的强度等级相关。一般来说,低强度等级的混凝土,强度往往决定于砂浆强度;中等强度混凝土,强度取决于界面强度和砂浆强度;高强度等级混凝土,强度往往取决于界面强度和粗骨料的强度。但这只是一种模糊性的认识。有一点可以肯定的是,混凝土的强度与粗骨料的母岩强度没有简单的倍数关系。因此,在选择粗骨料时,母岩强度不是关键指标。这一点我们还要在混凝土用骨料:粗骨料一文中再讨论。

四、结束语

混凝土使用骨料的本质目的是为了提高其体积稳定性,粗骨料比细骨料作用更加明显,不宜使用过高砂率。所选择的骨料需要有稳定的化学性质以及物理性质,也要是混凝土有很好的工作性,不能明显降低混凝土强度。无论如何,我们不应该对混凝土骨料施加太多的限制,一切应该以保证混凝土硬化前后的性能为根本出发点,并兼顾经济性。




混凝土用骨料:骨料的作用



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朱永清
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