不同粗骨料对高强混凝土力学及收缩性能影响研究_杨鹏辉.pdf

合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 1 期89不同粗骨料对高强混凝土力学及收缩性能影响研究杨鹏辉（河南交投商罗高速公路有限公司，河南郑州 450000）摘要：为研究不同粗骨料种类对高强混凝土性能的影响，选用石灰石、玄武岩、卵石及大理岩 4 种同级配碎石，针对不同种类粗骨料的高强混凝土的工作性能、抗压强度、抗拉强度及收缩性能进行对比分析。结果表明，卵石作为粗骨料更有助于提升高强混凝土的工作性能，玄武岩碎石和大理岩碎石作为粗骨料有助于增强混凝土的抗压强度，石灰石作为粗骨料更有助于增强混凝土的抗拉强度，石灰石碎石和玄武岩碎石作为粗骨料对于高强混凝土的收缩性能改善效果较优。因此，在制备高强混凝土时可根据使用需求选择适宜的粗骨料种类，该文结论可为不同粗骨料在高强混凝土中的应用提供一定参考。关键词：高强混凝土；粗骨料；工作性能；力学性能中图分类号：TU 528Study on the Infl uence of Diff erent Coarse Aggregate on the Mechanics and Shrinkage Properties of High-strength ConcreteYANG Peng-hui(Henan Transport Investment Shangluo Expressway Co.,Ltd.,Zhengzhou 450000,Henan,China)Abstract:In order to study the influence of different types of coarse aggregate on the performance of high-strength concrete,four kinds of crushed stones with the same grade of limestone,basalt,pebble and marble are selected.The working performance,compressive strength,tensile strength and shrinkage of high-strength concrete with diff erent types of coarse aggregate are compared and analyzed.The results show that as coarse aggregate,pebble are more helpful to improve the working performance of high-strength concrete.Basalt crushed stone and marble crushed stone as coarse aggregate help to enhance the compressive strength of concrete,limestone is more conducive to enhance the tensile strength of concrete,limestone crushed stone and basalt crushed stone have better effect on improving the shrinkage performance of high-strength concrete.Therefore,when preparing high-strength concrete,we can choose the appropriate type of coarse aggregate according to the use demand.The conclusion can provide a certain reference for the application of diff erent coarse aggregates in high-strength concrete.Key words:high-strength concrete;coarse aggregate;working performance;mechanical property高强混凝土是一种由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料，广泛用于建筑、路桥及隧道工程1-3。粗骨料作为高强混凝土的主要组成成分，质量占比最高达80%，其骨料特性对高强混凝土的性能影响极为重要，适宜的骨料可在高强混凝土中有效起到骨架支撑和抵抗变形作用，对于提升高强混凝土性能效果显著4-6。如葛洁雅等7采用煤矸石粗骨料代替传统粗骨料，研究了不同煤矸石粗骨料掺量对混凝土性能的影响，发现掺量为50%可有效改善其力学及耐久性能。姚源等8采用砖渣粗骨料替代普通粗骨料制备了再生砖渣混凝土，针对不同水胶比、掺合料种类及掺量对混凝土性能的影响规律进行对比分析。李书明等9研究了粗骨料对普通自密实混凝土和自密实轻骨料混凝土性能的影响规律，轻骨料混凝土的抗冻性能优于普通混凝土，轻骨料混凝土的耐久性能较优。黄伟等10发现不同骨料形状组合混凝土的抗压强度和劈拉强度相差比较小，且与形状参数变化关系不明显。目前，国内外学者关于单一粗骨料对高强混凝土性能影响研究已相对完善，而关于粗骨料种类对高强混凝土性能的比较分析还相对较少11-12。基于此，本文选择了石灰石、玄武岩、卵石及大理岩 4 种粗骨料，对比分析了不同粗骨料种类对高强混凝土性能的影响规律，为高强混凝土骨料优选提供了数据支撑。1 试验原材料试验所用水泥选用 PO42.5R 普通硅酸盐水泥，按照硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB 175-1999）规范要求检测水泥基本性能，结果见表 1。矿物掺和料选用级粉煤灰，其密度为 2.28g/cm3，细度为 11.2%，需水量比 91%，烧失量 2.43%。细骨料采用机制砂，其表观密度为 2.6g/cm3，石粉含量为 4.7%，细度模数为2.8。外加剂选用聚羧酸高效减水剂和 HJAE-A 型引气剂，减水剂减水率为 24.5%，含气量为 1.6%，沁水率比为48.7%，引气剂减水率为 6.2%，含气量为 5.4%，沁水率比为 58.3%。拌合水采用市政用水。粗骨料选用石灰石作者简介：杨鹏辉，本科，主要从事高速公路建设（路基路面或桥梁）相关工作。DOI:10.16584/ki.issn1671-5381.2023.01.00390杨鹏辉 不同粗骨料对高强混凝土力学及收缩性能影响研究碎石、玄武岩碎石、卵石及大理岩碎石 4 种骨料，粒径范围 520 mm，其性能检测结果见表 2。表 1 水泥性能检测结果Table 1 Test results of cement properties密度/(g/cm3)比表面积/(kg/m2)标准稠度/%安定性凝结时间/min 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d2.7232021.8合格17724324.347.24.38.7表 2 粗骨料性能检测结果Table 2 Test results of coarse aggregate performance骨料种类 细度模数 表观密度/(g/cm3)针片状含量/%吸水率/%压碎值/%石灰石2.722.725.60.811.3玄武岩2.612.877.11.85.2卵石2.442.725.10.68.7大理岩2.432.696.21.17.32 试验方法及配合比设计2.1 试验方法根据自密实混凝土应用技术规程（JGJ/T 283-2012）规范要求测试高强混凝土试件的坍落度和扩展度，通过坍落度和扩展度来评价不同粗骨料种类高强混凝土的工作性能。高强混凝土力学性能按照普通混凝土力学性能试验方法（GB/T 50081-2016）规范要求进行测试，分别对标准养护 3d、7d 及 28d 的混凝土抗压强度和抗拉强度进行分析，以评价不同粗骨料种类高强混凝土的力学性能。高强混凝土收缩试验按照水工混凝土试验规程（DL/T 5150-2017）规范要求进行测试，通过收缩率来评价不同粗骨料种类高强混凝土的收缩性能，收缩率计算方法如公式（1）所示。()LLLStt6010-=（1）式（1）中：St为 t 天龄期试件的收缩率，10-6；L0为初始数值，mm；Lt为试件 t 天龄期数值，mm；L 为试件有效长度，mm。2.2 配合比设计为研究粗骨料种类对高强混凝土性能的影响，分别选择石灰石碎石、大理岩碎石，玄武岩碎石及卵石 4 种粗骨料进行高强混凝土试件配合比设计，4 组试件的水灰比均为 0.25，粉煤灰掺量为 30%，外加剂掺量为 1.1%，并针对不同粗骨料种类高强混凝土的工作性能、抗压强度、抗折强度及收缩性能进行对比分析。不同骨料的高强混凝土配合比设计见表 3。表 3 不同骨料高强混凝土配合比设计Table 3 Mix proportion design of concrete with different aggregates种类原材料单方用量(kg/m3)水泥粉煤灰粗骨料细骨料外加剂水石灰石25210810737223.9690玄武岩25210810737223.9690卵石25210810737223.9690大理岩25210810737223.96903 结果与分析3.1 工作性能分别测试 4 种粗骨料种类高强混凝土的坍落度和扩展度，并针对不同粗骨料种类高强混凝土的工作性能变化规律进行对比分析，结果如图 1 所示。粗骨料品种石灰石 玄武岩 卵石 大理石坍落度扩展度坍落度/mm扩展度/mm230228226224222220218216500490480470460450图 1 坍落度及扩展度变化曲线Fig.1 Variation curve of slump and expansion根据图 1 可知，采用不同种类粗骨料的高强混凝土的坍落度和扩展度均有所不同，说明粗骨料种类会对高强混凝土的工作性能产生影响。相对于采用石灰石碎石制备的高强混凝土而言，采用玄武岩碎石和大理岩碎石的高强混凝土坍落度分别降低了 2%和 3.2%，扩展度分别降低了 5.8%和 6.7%，但采用卵石的高强混凝土坍落度和扩展度分别提升了 1.8%和 2.3%，分析原因是卵石相对于石灰石碎石结构表面更为光滑，粒形优势明显，流动性更强，而玄武岩碎石和大理岩碎石结构表面较为粗糙，吸水率较大，导致流动性下降。综合来看，采用卵石的高强混凝土工作性能最好，采用石灰石碎石的高强混凝土工作性能居中，采用玄武岩和大理岩碎石的高强混凝土工作性能相对较差。3.2 抗压强度分别测试 4 种粗骨料种类高强混凝土的抗压强度，并针对不同龄期高强混凝土的抗压强度变化规律进行对比分析，结果如图 2 所示。粗骨料品种石灰石 玄武岩 卵石 大理石抗压强度/MPa807570656055504540353d7d28d图 2 不同龄期抗压强度变化曲线Fig.2 Change curve of compressive strength at different ages根据图 2 可知，采用不同种类粗骨料的高强混凝土的抗压强度均有所不同，说明粗骨料种类会对高强混凝土的抗压强度产生影响。对于高强混凝土前期抗压强度，采用卵石制备的高强混凝土抗压强度最好，原因是玄武岩、大理岩及石灰石碎石的高强混凝土饱和吸水率较大，降低了浆体的水胶比，导致早期水化速率变慢，因此高强混凝土表现为早期强度减小。对于高强混凝土后期抗压强度，采用玄武岩碎石制备的高强混凝土抗压强度最好，这是由于随着水化作用的增快，使得骨料表面吸收的部分水分被释放，增大了浆体的水胶比，碎石与浆体的粘结性得到提升，从而显著提升了高强混凝土后期抗压强度。综合来看，采用玄武岩和大理岩碎石的高强混凝土抗压强度相对较好，采用石灰石和卵石的高强混凝土抗压强度相对较差。3.3 抗拉强度分别测试 4 种粗骨料种类高强混凝土的抗拉强度，合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 1