粗集料對(duì)于高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度的影響前言混凝土作為一種多相復(fù)合材料體系，組分和結(jié)構(gòu)的不同對(duì)其宏觀力學(xué)性能影響顯著，而粗集料作為混凝土中的主要原材料之一，一般占混凝土體積的50%～70%，起著填充和剛性骨架的作用，在混凝土中具有很重要的地位。硬化混凝土的強(qiáng)度主要取決于3個(gè)方面，即水泥石強(qiáng)度、粗集料強(qiáng)度以及粗集料與水泥石基體界面間過渡區(qū)的強(qiáng)度。粗集料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響是多方面的，當(dāng)其他條件一定時(shí)，粗集料的種類、強(qiáng)度、最大粒徑、形貌、級(jí)配以及集料-基體界面粘結(jié)強(qiáng)度等都會(huì)引起混凝土強(qiáng)度的差異，尤其是隨著水泥石本身結(jié)構(gòu)的不斷改善，粗集料對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度的影響愈加顯著。1粗集料的特征集料的許多特性完全取決于母巖的性質(zhì)，諸如礦物組成、巖相、比重、硬度、強(qiáng)度、物理和化學(xué)穩(wěn)定性、孔結(jié)構(gòu)等。但另一方面，集料也具有一些母巖所沒有的外部特征，如顆粒形狀和大小、表面結(jié)構(gòu)等。對(duì)新拌混凝土和硬化混凝土的性能產(chǎn)生重要影響的集料特征包括強(qiáng)度、形狀、級(jí)配、表面構(gòu)造、彈性模量以及最大粒徑等。本文涉及的粗集料若沒有特殊說明，均指自然破碎或人工破碎的天然粗集料。1.1粗集料的強(qiáng)度粗集料強(qiáng)度一般指的是粗集料的抗壓強(qiáng)度，表示方法主要有兩種：母巖強(qiáng)度（或叫做集料的巖石抗壓強(qiáng)度）和壓碎值指標(biāo)。參照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006），母巖強(qiáng)度是指被切割成50mm×50mm×50mm的立方體巖石抗壓強(qiáng)度，或是鉆心取出Ф50mm×50mm的圓柱體巖石強(qiáng)度；壓碎值指標(biāo)是指一定顆粒大小的集料在規(guī)定的圓筒中受到規(guī)定的壓力后，按規(guī)定的方法求出的壓碎顆粒質(zhì)量占受壓集料總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。1.2粗集料的形狀粗集料形狀的表示方法一般為圓度，即顆粒的邊和角的相對(duì)銳度或角度。圓度在很大程度上取決于母巖的強(qiáng)度和耐磨性及顆粒所受的磨損程度。粗集料形狀的另一種表示方法是它的球度，可定義為顆粒表面積與它的體積比的函數(shù)。球度和原巖的層理和解理有關(guān)，當(dāng)集料顆粒用人工方法破碎時(shí)，也會(huì)受到破碎設(shè)備的影響，沖擊破碎機(jī)常生產(chǎn)出較多長形或片狀集料，而顎式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)常生產(chǎn)出扁平狀顆粒，目前錐形破碎機(jī)生產(chǎn)出的集料形狀較好。英國標(biāo)準(zhǔn)BS812-1:1975將集料形狀分為6種，見表1。集料的空隙率與集料的形狀有關(guān)，一般情況下集料形狀愈不規(guī)則，棱角愈多，空隙率愈大。針片狀的集料單位體積的表面積較大，不僅影響集料空隙率，增加水泥用量，降低混凝土拌合物的和易性和可泵性，而且當(dāng)它們?cè)谝粋€(gè)平面定向排列且在下方有水或空隙形成時(shí)，還會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生不利影響，所以集料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都限制了針狀和片狀顆粒的含量，即通?！?%。1.3粗集料的級(jí)配集料的級(jí)配是指集料大小顆粒相互搭配的數(shù)量比例。級(jí)配用試樣在各篩上的累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)表示，繪制成級(jí)配曲線。粗集料的級(jí)配有連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配兩種，同一粒級(jí)中最大粒徑與最小粒徑之比為2，符合這種情況的就叫連續(xù)級(jí)配；從連續(xù)級(jí)配中去除一個(gè)或幾個(gè)中間粒級(jí)就是間斷級(jí)配。一般來說，良好的級(jí)配應(yīng)當(dāng)滿足以下3點(diǎn)：1）集料空隙率要小，以節(jié)約水泥量；2）集料總表面積要小，以節(jié)約潤濕集料的需水量；3）要有適當(dāng)?shù)募?xì)顆粒，以滿足混凝土拌合物的工作性。1.4粗集料的表面構(gòu)造集料的表面構(gòu)造指其表面粗糙程度、孔隙狀況和棱角大小等。一般表面粗糙多孔的集料空隙率大；另外，粗糙多孔集料與水泥漿粘結(jié)力大，有利于提高混凝土強(qiáng)度，最典型的例子就是碎石混凝土強(qiáng)度要高于卵石混凝土強(qiáng)度。目前還沒有統(tǒng)一的測(cè)量集料表面構(gòu)造的方法。1.5粗集料的最大粒徑集料的最大粒徑指的是集料粒徑分布的尺寸上限，通常采用一個(gè)名義上的最大尺寸，即允許5%集料留在篩子上的尺寸。粒徑對(duì)于強(qiáng)度的影響是多方面的。集料粒徑越大，單位重量集料表面積越小，需水量就越少，達(dá)到規(guī)定的和易性的條件下可以降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度。但是粒徑過大，會(huì)減少集料－基體的粘結(jié)面積，還可能在集料內(nèi)部留有大的缺陷，也會(huì)造成混凝土強(qiáng)度下降。1.6粗集料的彈性模量粗集料的彈性模量與巖石抗壓強(qiáng)度、壓碎值指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的。一般而言，彈性模量高的集料配制的混凝土彈性模量也高，而且用于混凝土的集料彈性模量一般都高于混凝土的彈性模量，但也有學(xué)者認(rèn)為彈性模量不應(yīng)超過混凝土的彈性模量太多，以保證混凝土變形協(xié)調(diào)。2粗集料對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度的影響2.1粗集料強(qiáng)度和彈性模量的影響一般研究認(rèn)為，對(duì)于C60以上的高強(qiáng)混凝土來說，集料的性能對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度及彈性模量起到?jīng)Q定性的作用。如果集料的強(qiáng)度不足，其他提高混凝土強(qiáng)度的手段，如增加水泥用量、減小水灰比都不會(huì)起到太大的效果。也有研究者認(rèn)為，對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)在C50～C80左右的混凝土來說，粗集料本身的強(qiáng)度并不是最重要的，在一定條件下，水泥漿體仍起著較大的影響。人們普遍認(rèn)為，粗集料的彈性模量直接影響混凝土的強(qiáng)度和彈性模量，集料彈性模量越高，制得的混凝土強(qiáng)度也越高。而Kaplan提出，在影響混凝土抗壓強(qiáng)度的粗集料的性能中，彈性模量所占比例較大，達(dá)到34%。F.P.Zhou等研究了不同強(qiáng)度和類型粗集料對(duì)高性能混凝土的彈性模量和抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果顯示彈性模量極高和極低的粗集料，其混凝土強(qiáng)度都不是太高，軟弱集料的混凝土強(qiáng)度下降很大，而堅(jiān)硬的鋼集料混凝土強(qiáng)度也有一定程度的降低。他提出，集料和基體兩相彈性模量之間存在一個(gè)相互協(xié)調(diào)性問題。楊再富認(rèn)為，粗集料的混凝土強(qiáng)度和彈性模量都應(yīng)高于基體，且在有約束的條件下才能促進(jìn)混凝土強(qiáng)度增長。但當(dāng)粗集料的彈性模量超過基體一定比例后，就會(huì)失去增強(qiáng)作用反而降低混凝土強(qiáng)度。同時(shí)粗集料和水泥砂漿基體協(xié)調(diào)性對(duì)于混凝土抗折強(qiáng)度影響更加顯著。綜上所述，應(yīng)選擇適當(dāng)強(qiáng)度的集料配制高強(qiáng)混凝土，過高過低都不合適。粗集料強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)該與基體相協(xié)調(diào)。2.2粗集料粒徑的影響目前一般認(rèn)為粗集料粒徑對(duì)普通混凝土的影響不大，而對(duì)高強(qiáng)混凝土影響較大。吳中偉和廉慧珍給出的水膠比范圍小于0.4，即當(dāng)水膠比低于0.4時(shí)，混凝土強(qiáng)度對(duì)于粗集料最大粒徑才較敏感。粗集料的最大粒徑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響是個(gè)復(fù)雜的問題。一般認(rèn)為集料對(duì)裂縫的擴(kuò)展有阻礙作用，所以隨集料粒徑的增大，混凝土斷裂韌度提高，有利于強(qiáng)度的提高；同時(shí)集料最大粒徑越大，拌和物需要水泥漿越少，當(dāng)工作性及水泥用量一定時(shí)，混凝土強(qiáng)度隨著集料尺寸增大而增加；但是，隨著集料粒徑進(jìn)一步增大，較大集料對(duì)水泥漿流動(dòng)阻力增大，易引起水泥漿中的附加內(nèi)應(yīng)力，集料與水泥漿基體界面的初始裂縫也隨之增加，使得集料與基體的粘結(jié)有所減弱，集料的機(jī)械嚙合作用也有所下降，從而造成混凝土強(qiáng)度下降。從強(qiáng)化過渡區(qū)的角度進(jìn)一步分析了最大粒徑效應(yīng)存在的合理性。認(rèn)為對(duì)高水膠比的混凝土而言，宜采用較大粒徑的粗集料以減少粗集料的總表面積；而對(duì)低水膠比的高強(qiáng)混凝土，宜采用較小粒徑的粗集料，以減小粗集料周圍尤其是底部的泌水趨勢(shì)，從而提高過渡區(qū)的品質(zhì)，并提高混凝土的強(qiáng)度。2.3粗集料級(jí)配的影響長期以來，人們?cè)诩霞?jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的問題上做了大量的試驗(yàn)和研究，先后提出了許多級(jí)配理論和級(jí)配模型，但這些理論和模型都沒有較普遍的適用性。有研究資料表明，級(jí)配良好的集料有較大的堆積密度和較小的空隙率，同時(shí)也具有較高的強(qiáng)度。但反過來，僅通過最大密度理論調(diào)整級(jí)配后的集料可能會(huì)造成混凝土拌合物干硬化和流動(dòng)性較差。當(dāng)集料級(jí)配不好時(shí)，即沒有或很少中間顆粒時(shí)，混凝土含有過多且不易密實(shí)的砂漿，造成混凝土內(nèi)部勻質(zhì)性差，強(qiáng)度變異性大，而且還會(huì)造成混凝土拌合物流動(dòng)性差，離析嚴(yán)重，容易在內(nèi)部形成蜂窩孔洞等缺陷，從而直接降低混凝土的強(qiáng)度。工程質(zhì)量保證措施1、質(zhì)量目標(biāo)本工程質(zhì)量目標(biāo)為合格。為確保工程質(zhì)量，從質(zhì)量管理體系的各工序質(zhì)量程度網(wǎng)絡(luò)控制兩大方面嚴(yán)格控制，并制定出相應(yīng)的質(zhì)量保證措施以確保工程的質(zhì)量。質(zhì)量保證體系的管理組織，從公司到項(xiàng)目部，配套管理，形成嚴(yán)格的統(tǒng)一管理體系，定員定崗責(zé)任到人。2、質(zhì)量保證體系（1）、建立健全質(zhì)量保證體系，配備足夠的專業(yè)質(zhì)量檢查人員，確保工程質(zhì)量。（2）、加強(qiáng)技術(shù)管理，認(rèn)真貫徹國家規(guī)范、操作規(guī)程及各項(xiàng)管理制度，確確崗位責(zé)任制，組織學(xué)習(xí)圖紙、施工組織設(shè)計(jì)和工藝卡，做好技術(shù)交底工作，并建立技術(shù)考核制度。（3）、施工過程中，按部位檢查操作方法和施工效果、及時(shí)糾正差錯(cuò)。按部位及時(shí)填寫應(yīng)檢查項(xiàng)目的隱、預(yù)檢記錄單，接受建設(shè)單位和質(zhì)量檢查人員檢查。督促班組執(zhí)行自檢、互檢制和崗位責(zé)任制。工程變更應(yīng)提前辦理。如發(fā)生涉及結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題必須及時(shí)上報(bào)、不準(zhǔn)擅自處理。（4）、測(cè)量、定位、放線必須準(zhǔn)確，嚴(yán)格按施工測(cè)量定位方案進(jìn)行。定位控制樁要保護(hù)好，不得擾動(dòng)。（5）、綁扎鋼筋前要熟悉圖紙，近配料檢查加工的鋼筋品種、規(guī)格、數(shù)量和形狀，是否符合要求。焊接接頭經(jīng)施焊人員自檢后，抽樣送到試驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。（6）、所有材料和半成品進(jìn)場(chǎng)應(yīng)有出廠合格證或檢驗(yàn)報(bào)告，鋼材應(yīng)雙控（合格證和檢驗(yàn)報(bào)告）。砼配合比示經(jīng)試驗(yàn)室和技術(shù)經(jīng)理同意，不得擅自變動(dòng)。原材料計(jì)量要準(zhǔn)確，坍落度要嚴(yán)格控制，不得隨意加水，攪拌機(jī)后臺(tái)掛牌，標(biāo)明配合比和每盤砼用料，砂、石、水泥要做原材料試驗(yàn)。砼要振搗密實(shí)，防止漏振。拆模后加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行濕潤養(yǎng)護(hù)并養(yǎng)護(hù)。（7）、嚴(yán)格工序交接制度。要及時(shí)做好隱蔽工程驗(yàn)收記錄，認(rèn)真填寫施工日記，確保技術(shù)資料完整。（8）、堅(jiān)持預(yù)先定標(biāo)準(zhǔn)、定樣板、定材料、定做法。進(jìn)場(chǎng)材料、半成品和加工品應(yīng)執(zhí)行驗(yàn)收手續(xù)，不符合要求的材料不得進(jìn)場(chǎng)。（9）、土建和水電、安裝由現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮，及時(shí)做好預(yù)埋件，認(rèn)真做好各分項(xiàng)工程施工情況及檢查記錄和隱蔽工程驗(yàn)收記錄，及時(shí)簽證。（10）、執(zhí)行砼澆筑令和模板拆除令制度。（11）、推行全面質(zhì)量管理，現(xiàn)場(chǎng)成立QC小組，以保證工程優(yōu)良，各工種施工均應(yīng)遵照有關(guān)施工規(guī)范和施工工藝要求。（12）、對(duì)垂直度偏差的高程控制，設(shè)立專門測(cè)量放線小組，測(cè)量儀器及工具等須事先校正。（13）、建立崗位責(zé)任制，操作人員姓名、年齡、級(jí)別實(shí)行掛牌上崗，分段負(fù)責(zé)，質(zhì)量優(yōu)劣與獎(jiǎng)金掛鉤。（14）、設(shè)備要開箱檢驗(yàn)，了解設(shè)備狀況（觀感）并做好記錄和簽證。（15）、所有半成品存放應(yīng)有防水防濕措施，成品保護(hù)要設(shè)專人負(fù)責(zé)。還要選派看管人員。（16）、接受建設(shè)單位、設(shè)計(jì)部門、監(jiān)理單位及質(zhì)量監(jiān)督部門對(duì)本工程質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。（17）、未經(jīng)公司質(zhì)檢部門驗(yàn)收合格后，不得提請(qǐng)有關(guān)部門驗(yàn)收。（18）、堅(jiān)持回訪維修制度，認(rèn)真執(zhí)行本單位一切行之有效的各項(xiàng)