【摘要】為了探究粗集料強(qiáng)度、級(jí)配與路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度之間的關(guān)系，在某省道路面加鋪試驗(yàn)段中采用了不同單軸抗壓強(qiáng)度及不同級(jí)配的粗集料碎石進(jìn)行混凝土施工，養(yǎng)生結(jié)束后取芯測定抗彎拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：集料的強(qiáng)度越高，其混凝土的抗彎拉強(qiáng)度能夠得到一定程度的提高，而級(jí)配對(duì)混凝土的抗彎拉強(qiáng)度影響更大。

　　【關(guān)鍵詞】公路工程師職稱論文,粗集料,單軸抗壓強(qiáng)度,混凝土,抗彎拉強(qiáng)度

　　Analysis of the Impact of Coarse Aggregate Strength and Gradation on Flexural Tensile Strength of Concrete

　　Wang Shui

　　(Pingdingshan JiaYang Road and Bridge Engineering Co. Ltd Pingdingshan Henan 467000)

　　【Abstract】In order to study the relationship between the strength and gradation of coarse aggregate and the flexural tensile strength of concrete pavement， different uniaxial compressive strength and gradation of coarse aggregate crushed stone were adopted on the pavement overlay test-section of a provincial road during the construction. After the concrete curing， core samples were tested to get flexural tensile strength values. The results suggested that the flexural tensile strength of the concrete should be improved at some extent as the coarse strength gets higher， but the gradation influenced it greater.

　　【Key words】Coarse aggregate;Uniaxial compressive strength;Concrete;Tensile strength

　　集料是混凝土中最主要的組成材料。對(duì)于水泥混凝土來說，粒徑在5mm以上者，稱為粗集料;粒徑在5mm以下者，稱為細(xì)集料。過去在很長一段時(shí)期內(nèi)，許多學(xué)者都將集料視為混凝土中的惰性成分，認(rèn)為其除了級(jí)配外，骨料的其他特性如強(qiáng)度及級(jí)配等對(duì)水泥混凝土以及水泥路面性能幾乎沒有影響[1]。然而，粗、細(xì)集料在水泥混凝土中占有約80%的比例。因此，集料的特性如強(qiáng)度及級(jí)配對(duì)水泥混凝土的力學(xué)性能的形成的重要性不言而喻。為了進(jìn)一步探究集料對(duì)水泥混凝土強(qiáng)度的作用，有必要研究集料特性如強(qiáng)度對(duì)水泥混凝土力學(xué)性能的影響。本文通過試驗(yàn)研究，探索了粗集料強(qiáng)度、級(jí)配與路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度之間的關(guān)系，為路面水泥混凝土施工中粗集料的選用提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

　　1. 同一級(jí)配不同強(qiáng)度粗集料對(duì)混凝土抗彎拉強(qiáng)度的影響

　　1.1 試驗(yàn)方案。

　　(1)某省道路面加鋪工程，加鋪26cm厚度的水泥混凝土面層，路面設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為5.0MPa。為了探明粗集料強(qiáng)度與路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度之間的關(guān)系，試驗(yàn)段路面水泥混凝土采用了四種不同強(qiáng)度、級(jí)配的粗集料，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生結(jié)束后取芯進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)方案如表1，各方案的粗集料篩分見圖1，方案1和方案3的級(jí)配篩分結(jié)果見表2，方案2和方案4的級(jí)配篩分結(jié)果見表3。各方案均取芯14個(gè)，進(jìn)行彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)。

　　(2)由表5可知，4種方案混凝土的彎拉強(qiáng)度均滿足強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。在碎石強(qiáng)度低(76MPa)的情況下，方案1采用5～40mm碎石施工的路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度(平均值 5.34MPa)，與方案2采用4.75～31.5mm碎石施工的路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度(平均值5.33MPa)相當(dāng);在巖石強(qiáng)度高(130MPa)的情況下，方案3采用5～40mm碎石施工的路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度(平均值5.60MPa)，比方案4采用4.75～31.5mm碎石施工的路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度(平均值5.95MPa)要低。同樣級(jí)配情況下，方案1比方案3的抗拉強(qiáng)度低，方案2比方案4的抗拉強(qiáng)度低，說明粗集料的強(qiáng)度對(duì)混凝土的抗彎拉強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)，粗集料的強(qiáng)度越高，其混凝土的抗彎拉強(qiáng)度能夠得到一定程度的提高。

　　(3)從圖2(a)、圖2(b)可以看出，芯樣破裂時(shí)，粗集料均與水泥漿形成整體共同受力而破壞，可見方案1和方案2都形成了骨架結(jié)構(gòu)。從圖2(c)、圖2(d)可以看出，方案4碎石粗集料與水泥漿形成整體共同受力而破壞，形成了骨架結(jié)構(gòu);但是，方案3試件斷面出現(xiàn)了水泥漿沿大粒徑碎石表面剝離破壞的現(xiàn)象，可見部分粗集料與水泥漿沒有共同受力。分析其原因，可能是最大粒徑骨料含量較多造成斷面上骨料與水泥漿接觸面過大，而在水泥混凝土中，粗骨料和水泥漿的接觸面是其薄弱環(huán)節(jié)，說明粗集料的級(jí)配對(duì)混凝土的彎拉強(qiáng)度的影響作用。

　　2. 同一強(qiáng)度不同級(jí)配粗集料對(duì)混凝土抗彎拉強(qiáng)度的影響

　　上述可見，要想讓粗集料在混凝土中起到良好的骨架作用，應(yīng)結(jié)合集料的強(qiáng)度選擇級(jí)配范圍，讓集料與水泥漿最好的共同受力，為此，我們做了以下試驗(yàn)。

　　2.2.1 對(duì)于試驗(yàn)方案一：

　　(1)采用低強(qiáng)度的粗集料配制混凝土，級(jí)配越粗，彎拉強(qiáng)度反而越低(篩孔31.5的通過率6.3%，在三種級(jí)配比較中屬于粗級(jí)配，彎拉強(qiáng)度只有5.7MPa;通過率7.4%，彎拉強(qiáng)度6.08MPa，而級(jí)配最細(xì)的級(jí)配3，彎拉強(qiáng)度能達(dá)到6.23MPa)。 　　(2)通過切開試件觀察，級(jí)配三的混凝土，由于粗集料中粗顆粒較少，中等顆粒較為集中，集料間排布密實(shí)，互相形成了骨架，同時(shí)集料均與水泥漿形成整體共同受力，大大了增加了其抗彎拉強(qiáng)度。

　　(3)進(jìn)一步深入分析試驗(yàn)一中的三種混凝土，選用Dmxa較小的粗骨料，水泥漿體和單個(gè)集料界面的過渡層周長和厚度均較小，難以形成大的缺陷，有利于界面強(qiáng)度的提高，這樣，即使集料的單軸抗壓強(qiáng)度不高，級(jí)配越細(xì)的混凝土抗彎拉強(qiáng)度由于級(jí)配的優(yōu)化得到了提升。

　　2.2.2 對(duì)于試驗(yàn)方案二：

　　2.2.2.1 采用高強(qiáng)度的粗集料配制混凝土，三種級(jí)配下混凝土的彎拉強(qiáng)度均比低強(qiáng)度粗集料配制的混凝土大，也說明了，粗集料的單軸抗壓強(qiáng)度對(duì)混凝土的整體抗彎拉強(qiáng)度是有一定貢獻(xiàn)的。

　　2.2.2.2 從這三種級(jí)配的粗細(xì)分析，最粗級(jí)配的級(jí)配三(31.5的通過率只有3.6%)，其配制的混凝土彎拉強(qiáng)度反而最低，只有5.88MPa，而級(jí)配一和級(jí)配二均比其大，說明采用高強(qiáng)度碎石配制混凝土?xí)r，不能夠盲目選擇粗級(jí)配的粗集料。

　　2.2.2.3 但另一方面比較級(jí)配一和級(jí)配二發(fā)現(xiàn)，粗級(jí)配的粗集料對(duì)混凝土的整體抗彎拉強(qiáng)度又是有好處的(31.5通過率為4.2%的級(jí)配二，其配制的混凝土抗彎拉強(qiáng)度達(dá)到6.62MPa)，因此說明，級(jí)配的作用比單集料強(qiáng)度的作用更大，即級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響更大。從后來三種級(jí)配下的混凝土切開觀察得到證實(shí)：

　　(1)級(jí)配一：粗集料被大部分中小集料包圍，粗顆粒間難以形成有效支撐，骨架作用主要體現(xiàn)在中粗集料之間的嵌擠作用，但此時(shí)還是有部分粗集料與水泥漿沒有共同受力。

　　(2)級(jí)配二：粗集料間嵌擠密實(shí)，骨架作用明顯，水泥漿與集料間充分結(jié)合，共同受力。

　　(3)級(jí)配三：粗集料的粗顆粒較大，局部形成了離析，水泥漿分布不均，無法與較多的粗集料共同受力。

　　3. 結(jié)語

　　3.1 通過上述的試驗(yàn)對(duì)比，對(duì)粗集料強(qiáng)度、級(jí)配與路面混凝土抗彎拉強(qiáng)度之間的關(guān)系取得了初步性探索，綜合試驗(yàn)結(jié)果，可得到以下結(jié)論：

　　(1)粗集料的強(qiáng)度(單軸抗壓強(qiáng)度)對(duì)混凝土的抗彎拉強(qiáng)度是有一定影響的，集料的強(qiáng)度越高，其混凝土的抗彎拉強(qiáng)度能夠得到一定程度的提高。

　　(2)能夠不破壞混凝土骨架作用的級(jí)配，其抗彎拉強(qiáng)度較高，級(jí)配對(duì)混凝土的抗彎拉強(qiáng)度的影響比粗集料強(qiáng)度大。

　　(3)對(duì)于單軸抗壓強(qiáng)度較高的粗集料來說，最大公稱粒徑及最大粒徑含量應(yīng)適當(dāng)減小，從而使粗集料與水泥漿形成整體

　　共同受力，形成骨架作用。

　　3.2 通過分析粗集料的強(qiáng)度與顆粒級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，由上述的顆粒級(jí)配與碎石強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度關(guān)系可知：粗集料的選擇應(yīng)綜合考慮碎石的強(qiáng)度與級(jí)配相結(jié)合的原則。

　　(1) 當(dāng)碎石強(qiáng)度較低時(shí)，不同盲目認(rèn)為粗集料中粗顆粒越多，其骨架作用越強(qiáng)，宜充分比較優(yōu)化整個(gè)混凝土的配比組成，選擇較細(xì)的顆粒級(jí)配，利于骨架的形成。

　　(2) 當(dāng)碎石強(qiáng)度較高時(shí)，也同樣宜選擇相對(duì)較細(xì)的顆粒級(jí)配，防止其破壞混凝土整體骨架性，這樣即能發(fā)揮粗集料的強(qiáng)度作用，又能發(fā)揮混凝土整體的骨架作用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 余勇.水泥混凝土路面病害機(jī)理及對(duì)策研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2006.

　　[2] GBJ 97-87，水泥混凝土路面施工及驗(yàn)收規(guī)范.