骨料颗粒特性对自密实混凝土性能的影响研究

骨料颗粒特性对自密实混凝土性能的影响研究

唐晶晶、白国江、路梦瑶、陈钦逸

南宁理工学院 广西南宁 530105

摘要：骨料颗粒特性会影响自密实混凝土流动性、和易性等性能，本文分析当前对自密实混凝土的研究现状，然后分析骨料对自密实混凝土特性的影响，最后分析研究发展趋势。通过研究，帮助技术人员对骨料颗粒特性与自密实混凝凝土性能关系形成更加清晰的认识。

关键词：骨料颗粒特性；自密实混凝土；性能；影响

引言：自密实混凝土是具有高流动性、不离析、均匀、稳定的混凝土，浇筑时可以依靠混凝土的自重保证密实度，不需要进行振捣工作。自密实混凝土的拌合物具有非常良好的工作性能，可以在密集配筋复杂模板形状条件下，无需振捣就能实现成型和均匀填充，减少了施工的难度。目前自密实混凝土在应用中依然对材料具有非常强的敏感性，尤其对骨料颗粒特性比较敏感。

1 自密实混凝土研究状况

1.1 国外研究现状

自密实混凝土在国外出现比较早，因此国外研究时间比较长，拥有较长时间的是技术积累，经过多年发展也出现了很多派别，主要以日本和欧美两种设计理念，并拥有比较大的区别。日本以低热水泥等特种水泥为主，所以制造自密实混凝土会大量使用水泥粉体等材料，并使用相对少量的水，利用减水剂进行混凝土特性的调节，以保证自密实混凝土的稳定性，保障混凝土的强度。欧美放慢倾向于使用砂石和水，必要时会使用减水剂和增粘剂，使用该方法制造的混凝土成本比较低，但是实现混凝土的自密实会有一定的困难，同时混凝土的性能稳定性相对比较差。从实际应用角度而言，自密实混凝土的设计思路都取决于应用场景，日本地震较多，因此对混凝土强度要求更高，欧美则地质更为稳定，因此看重对成本的控制^[1]。但是两种思路都朝着更加合理、稳定、低廉的方向发展。

1.2 国内研究现状

我国的自密实混凝土研究积累相对较少，从1993年起才开始得到关注，大量的大学、研究机构都开始关注自密实混凝土的性能研究，并在研究方向上侧重不同。比如同济大学的研究主要围绕减水剂、高性能外加剂的使用，实现对自密实混凝土的性能调节；清华大学侧重于对自密实混凝土抗压强度的研究。经过研究和工程实践的技术积累，我国也逐渐形成了自密实混凝土的研究规范和研究标准。随着我国工程建设增加，自密实混凝土的技术标准也在不断完善，各类自密实混凝土被广泛应用于道路、建筑、桥梁、水下工程、预制构件中，尤其在一些截面尺寸比较小的薄壁结构中应用较多，比较好地解决了工程问题。但是使用自密实混凝土依然存在成本较高的问题，仍然需要继续进行研究。

2 骨料对混凝土性能的影响因素

2.1 骨料最大粒径

骨料的最大粒将会决定骨料的下沉速度，如果混凝土砂浆的流动性不变，骨料粒径较大将会出现骨料和水泥砂浆分离的情况，但如果骨料粒径过小，会增加颗粒的总表面积，导致拌合物的粘稠度增加，需要更多的混凝土才能达到设计工作性能，会提升混凝土的应用成本，也会影响混凝土的稳定性。比如，粗骨料的最大粒径从16毫米增加到20毫米之后，混凝土的坍落度和扩展度都会增加，离析指数也明显增加^[2]。通过提升粗骨料的最大粒径，能够提升拌合物的流动性和间隙通过性，但是均质性明显下降。在粗骨料粒径逐渐增大的情况下，自密实混凝土版货物的塑性粘度不断增加，并造成屈服应力降低。目前通过使用合适配合比和设计方法，粒径超过20毫米的粗骨料也能应用在自密实混凝土中，可以提升混凝土的工作性能，硬化后的理化性能也具备明显的优势。

2.2 骨料级配

骨料颗粒会构成混凝土结构，颗粒对级配骨料体系的孔隙率、表面积都有非常明显的影响，结合颗粒填充理论，级配较好的骨料空隙率相对更小，而且在水泥浆体含量不变的情况下，合理的级配也能保证更强的工作性能，确保硬化后混凝土的密实程度。通过近期的研究，小石子和大石子的比例为1:1的情况下，借配的抗压强度比工作性能影响最大。骨料中的细颗粒含量越多，拌合物的流动性就更强，但是硬化后的强度会有所降低。使用粗骨料比例比较高时，坍落扩展度都会有所增加，但是混凝土后期的强度比较高。通过对碎石子自密实混凝土的研究，在小碎石和大碎石比例为4:6时，拌和物的流动性、离析性将会达到平衡状态，可以获得最优的工作性能。

骨料的级配会对混凝土的弹性模量造成影响，合理级配下骨料堆积的自密实度比较大，得到的混凝土会具备更高的弹性模量。对于普通强度的混凝土，需要配置三级配粗骨料，对于高强度混凝土应该使用二级配粗骨料，以便获得最强的化学性能。耐久性方面的影像中，粗骨料会影响自密实混凝土的渗透性，如果5-10毫米粒径的骨料占比在30%，氯离子的扩散系数最小。

2.3 骨料的种类和形状特征

最常见的混凝土骨料包括碎石和卵石，卵石的表面比较光滑，使得在浆体用量相同的情况下，使用卵石的自密实混凝土会有更强的流动性，而碎石粗骨料的表面更为粗糙，并且有很多的棱角，可以在界面过渡区进行粘结，所以碎石混凝土的具有更高的强度。不同类型的骨料由于成分不同，在吸水率和表观密度上也会有比较大的区别。例如使用膨胀页岩陶粒配制的自密实混凝土，流动性、填充性、离析性都比较强，使用废旧玻璃代替花岗岩碎石制备的自密实混凝土相对普通花岗岩自密实混凝土的获得的拌合物工作性能更强，但是硬化之后会出现力学性能下降的情况。在水胶配比不变的情况下，石灰石表面的物质可以与水泥的水化物发生二次反应，因此使用石灰石配制的自密实混凝土弹性模量相对于卵石更大。

2.4 骨料的体积含量

粗骨料是混凝土的刚性骨架结构，在混凝土受到压力荷载时，可以传递内部应力，如果混凝土受到压力产生裂缝，骨料也能避免裂缝贯穿骨料，吸收裂缝的能量，确保混凝土的强度。同时，粗骨料也能有效提升混凝土的模量和体积稳定性，因此合理使用粗骨料有利于保证混凝土的力学性能。对于自密实混凝土，骨料的用量相对更小，需要利用浆液保证是混凝土的流动性，确保混凝土自拌合物的坍落度和扩展，所以骨料的用量相对更小，拌合物也容易出现离析的情况，不利于混凝土硬化后的体积稳定。因此必须保证骨料体积和浆液体积之间的协调，保证自密实混凝土拌合物具备较强的流动性，同时具备比较均匀性质，避免出现离析或者泌水的问题。通过对骨料体积含量和自密实混凝土工作性能的研究，发现在骨料体积含量增大之后，混凝土的工作性能开始逐渐降低，在骨料含量在0.3左右时，具有最合适的工作性能，但是混凝土的抗压强度并没有明显变化，混凝土的干燥收缩值逐渐减小。

3 自密实混凝土的研究的发展趋势

自密实混凝土由于具有较高的流动性、耐久性、绿色环保等特点因此在工程中得到了广泛使用，但是自密实混凝土对骨料的要求很高，所以需要合理选择骨料的最大粒径、级配、粒型以保证混凝土的和易性和离析性，避免由于级配不合理导致混凝土的粘性不足，离析过于严重等问题。目前，如何量化和保证自密实混凝土的拌合物性能依然是自密实混凝土的研究重点，需要加强试验，结合工程实践，逐渐完善自密实混凝土的性能。

结束语：自密实混凝土的骨料对混凝土的性能影响较大，针对不同类型的工程，可以通过调整骨料实现对性能的调整，目前可以通过对骨料粒径、级配、形状、体积含量实现对混凝土性能的条件，并且仍需继续加强研究，满足工程需求。

参考文献：

[1]刘平. 基于骨料颗粒特性的自密实混凝土性能研究[D].西北农林科技大学,2019.

[2]李秉正. 轻骨料对机制砂自密实混凝土性能影响研究[D].重庆交通大学,2018.