砂石质量是混凝土质量的关键

清华大学土木水利工程学院

砂石质量不仅是影响混凝土质量的重要因素，也成为影响我国实施碳减排经济的重要因素，使得混凝土中水泥、水和外加剂的用量不断增加。

更重要的是，混凝土的质量也受到影响。 目前工程中频繁出现的开裂问题，主要是由于材料本身需要使用较多的水和水泥造成的。 当然，造成工程质量问题的原因并不是单一因素，有时也不全是技术问题。 但砂石的质量关系到建筑工程的质量。

关于砂石的误解

1.1

考虑砂石资源

取之不尽，用之不竭

北京香山面积160公顷，最高峰海拔557米，体积约4.5亿平方米。 假设全部是岩石，则约为6.8亿吨。 2009年，我国水泥产量约为16亿吨，砂石消耗量约为100亿吨/年。 一年消耗的沙石相当于14.7座香山的体积！ 近年来，混凝土用砂石资源十分紧张，特别是天然砂的无节制开采，已经威胁到了我们环境的生态平衡。 虽然可以使用人工制砂，但也需要消耗天然岩石资源。 自然资源是不可再生的，必须节约才能长久使用。

1.2

认为砂石生产工艺简单

门槛低，有钱都可以制作

砂石生产技术含量不高。 正是因为生产工艺简单，才能够成为消费量巨大的产品。 但也需要生产出符合工程要求的合格砂石。

砂石生产者必须具备混凝土基础知识，了解和了解砂石在混凝土中的作用和影响石子破碎机价格，以便根据用户需求进行生产，并能够对客户进行培训，指导客户正确选择； 不同的岩石有不同的物理性质和化学性质，砂石生产者还必须具备一定的矿物岩石学知识，才能正确选择材料来源和加工工艺。 例如，从表1和表2可以看出，岩石具有不同的吸水率和混凝土的线膨胀系数，这会影响混凝土的施工和变形。 例如，如果使用砂岩，则比石灰石多用水8kg/m3。 水灰比必须保持不变，水泥相应增加。

不同的岩石具有不同的热膨胀系数（表2）[1]，这将导致混凝土在相同条件下具有不同的热膨胀系数。 也就是说，混凝土在冷热变化、干湿交替的环境下会产生不同的变形。 性能，从而影响其耐用性。

不同的吸水率（表1）不仅影响混凝土的变形性能，还可能影响混凝土的抗冻性能。 由于缺乏对岩石矿物学基础知识的重视，工程中出现的问题往往很少考虑骨料的影响。 事实上，有时可能与集料有关，例如混凝土路面的D型裂缝（图1）[2]。 D裂纹是因为裂纹的形状像英文字母D的右半部分（图1），是混凝土中的水饱和石灰石骨料由于冻融循环而膨胀开裂而引起的（图2） [2]。

大多数岩石是由矿物组成的，受力后可以沿晶面破碎，呈现出平坦或光滑的表面，这称为解理。 当使用颚式破碎机破碎中等解理（明显解理）或完全解理（如石灰石）的岩石时，会因解理而形成针状和片状颗粒，这会增加混凝土拌合物的需水量。 颚式破碎机是最便宜的，目前仍在中国大多数作坊式采石场使用。 这是石材颗粒形状不良的主要原因。

图3为某项目采样的核心样本。 由于骨料颗粒形状和级配较差，砂的含泥量较大，必须使用较大量的水泥浆（水泥+水）和减水剂，以保证混合料有足够的流动性会导致混合料出现离析、泌浆，导致浇注后严重不均匀。

砂、石与混凝土质量的关系

在我国，砂石被称为混凝土的骨料，因为岩石的强度非常高，对混凝土的强度起着很大的作用。 因此，砂石的选择主要看强度。 解理岩的破碎颗粒越小，针片就越小。 颗粒越多，公称直径为5毫米至10毫米的颗粒所需的水就越多。 结果，名义上的“连续级配”实际上几乎不含5毫米至10毫米的颗粒。 因此，从某种程度上来说，世子的现状也是用户误导的结果。 双方都误解了砂石在混凝土中的作用。

2.1

骨料与混凝土强度的关系

过去主要使用塑性混凝土时，砂石的强度确实不同程度地影响着混凝土的强度。

20世纪50年代末，我国一些构件厂采用了干硬性混凝土。 水灰比低，浆料含量低，混合物无坍落度。 用VB稠度计测试时，工作时间超过20秒，而且只能用于预制构件，采用高频振动台加压、剧烈振动，对工人劳动强度要求较高，耳朵分裂噪音大，能耗高。 生产很快就会停止。 这种混凝土的强度取决于石料的强度和浆料-石料界面的粘结强度。 石料对混凝土强度的贡献是显而易见的。

当时一般采用低塑性混凝土（坍落度10毫米～30毫米）和塑性混凝土（坍落度30毫米～50毫米、50毫米～70毫米、90毫米～90毫米）； 流体混凝土（坍落度）于上世纪初开始使用。 跌落度大于100mm）； 石子对混凝土强度的影响随着浆骨比的增大而减小。

在泵送混凝土中（坍落度大于150mm，目前一般大于200mm），石子悬浮在混凝土中，混凝土的强度基本上与骨料的强度无关。 高强度（C50 以上）泵送混凝土是使用颗粒强度非常低的轻质骨料（陶粒）制备的，这一事实证明了这一点。 在现代混凝土中，砂石在混凝土中的作用主要不是强度，但却是不可或缺的关键作用。

但当水灰比一定时，砂石的用量和粒径会影响混凝土中界面过渡区的厚度和数量，从而影响混凝土的强度。 由图4[3]可知，当水灰比较大时，石料粒径对强度的影响不显着。 水灰比越低，影响越大。 当水胶比一定时，净浆的强度高于砂浆的强度，砂浆的强度高于混凝土的强度。

2.2

混凝土中的砾石

骨架的主要功能是稳定体积

大多数混凝土使用的普通岩石的线膨胀系数为5×10-6~13×10-6/℃，而硬化硅酸盐水泥净浆的线膨胀系数为11×10-6~20×10-6/℃ ，两者相差约1倍。 如果没有骨料，水泥浆硬化后收缩很大，稍加约束就会严重开裂。

混凝土的收缩Sc与水泥浆的收缩Sp之比取决于骨料含量a：Sc=Sp(1-a)n（n为经验系数，范围为1.2～1.7，与混凝土的弹性模量有关）的总和）。 从图5[3]可以看出，混凝土水灰比越大，骨料掺量对混凝土收缩的影响越大。 由图6[4]可以看出，对混凝土塑性收缩的影响规律也是浆体>砂浆>混凝土，且混凝土水泥用量越大（骨料越少）影响越大。 骨料对混凝土自收缩的影响也是如此（见图7）[4]。

2.3

骨料尺寸和形状

对混凝土其他性能的影响

2.3.1 粒径的影响

图8[3]和图9[4]显示了骨料粒径与混凝土渗透性和抗冻性的关系。 从图8可以看出，骨料水灰比越大，骨料粒径对混凝土渗透性的影响越大，砂浆的影响最小； 由图9可知，骨料粒径会降低混凝土的抗冻性能。

2.3.2 晶粒形状的影响

对于满足一定强度和密实度要求的混凝土，配合比的和易性是保证混凝土最终质量的最重要性能。

对于混凝土的和易性，骨料的颗粒形状有时比级配影响更大。 理想的骨料颗粒形状是等直径（即宏观球形）。 当表面粗糙度相同时，等径骨料比表面积最小，需水量最小，能同时满足硬化混凝土的和易性、强度等性能。

表3为某工程中不同骨料配制的C60混凝土的不同性能。 采用风化粗粒花岗岩的混凝土坍落度为195mm时，28天强度可达71.3MPa。 乌石鼓的石头是致密的石灰岩，强度高，但粒形较差。 由于混凝土拌合物需要大量的水，在满足混凝土强度要求的水灰比下，拌合物的流动性较差。 如果要保证坍落度达到195mm，第一个措施就是增加用水量，即提高浆骨比，这既不经济，又会导致较大的开裂敏感性； 第二个措施是提高水灰比，那么强度就达不到要求了。

表3中所用水灰比不能减少。 结果，当强度达到68.8MPa时，坍落度小于150mm，明显不如采用强度较低但粒形良好的风化粗粒花岗岩。

骨料的颗粒形状显着影响自密实混凝土的施工性能。 由表4可知，与K53、K60相比，K67、K61的配合比相同，流动性一致。 K53和K67（石针片状颗粒）（5％）可以很好地穿过钢筋，而K60和K61只在石子中多了2个百分点（7％）的针状颗粒，遇到钢筋时被阻挡。

2.4

关于骨料的分级

骨料的连续级配是不同粒径颗粒的合理比例。 目的不仅是为了获得骨料的最小空隙率，而且是为了获得骨料的最小比表面积。 然而，在骨料生产中，只能在数量上实现。 分级，但无法实现整体产品分级的统一。 由于砂石是粒状堆积物石子破碎机价格，在装卸、运输等作用下，不同大小的原始颗粒均匀地混合为一个整体，小颗粒会向下移动，而大颗粒则留在表面。 ，堆积成圆锥形后，表面的大颗粒会沿着圆锥体的斜面滚落下来。 结果，堆的级配失去平衡。 规范中的连续分级不是针对生产者的，而是针对用户的。 我国已有部分混凝土采用单粒二、三级配，混凝土水泥用量减少20%左右。 但如果粒形不好，石料空隙率不可能达到40%以下。

建议

1、混凝土的配合比充满了对立统一的因素。 虽然高效减水剂的出现缓解了一些矛盾，但技术人员仍然具备运用对立统一规律的能力。 关于骨料用量，在水胶比一定的条件下，当浆骨比增大时，混合料的流动性增大，混凝土的弹性模量降低，体积稳定性降低，开裂敏感性增加，强度和抗渗性提高； 当浆骨比降低时，混合物的流动性降低，强度和抗渗性降低，但弹性模量增大，体积稳定性增强，开裂敏感性降低； 关于骨料粒径 一般来说，骨料的粒径和用量是一致的。 平衡这些矛盾取决于技术人员的水平。

2、提高砂石质量还需要形成买方市场。 砂石使用者首先要转变观念，不能为了谋取利益、负债等一己私利而损害社会利益。

三、砂石质量、生产管理要求建议：

①改变生产工艺，保证粒形；

②供应单粒石料，完善颗粒形状限制标准。 例如，针状、片状颗粒至少应小于10%；

③要求对骨料进行水洗并补水（特别是砂），以利于混凝土生产的质量控制；

④严禁将土掺入砂石中；

⑤强化管理部门的合同意识和合同管理，完善法律文件。

参考：

[1]潘志华，泡沫混凝土的变形与开裂问题及可能的控制方法，泡沫混凝土协会官网技术研讨会2010.2.1

[2] Steven H. Kosmatka、Beatrix Kerkhoff、William C. Panarese，《混凝土混合物的设计与控制》，第十四版第一版。 波特兰水泥协会，2003 年。美国。

[3] 秦维祖、王东民、丁建同译PK Mehta、Paulo JM Monteiro原着《MicoStructure》，《性能与材料》，中国电力出版社，麦格劳希尔教育（亚洲）保税出版，2008年9月第一版首次印刷， 北京。

[4]AM Neville，混凝土特性，第四版第六版，最终版，培生教育有限公司，2000 年。英格兰。

[5] 田泽英一，コンkuri-toの收缩，コンkuri-to工学年论文报告，第14卷，第1期，1992年。

来源 | 最初发表于《混凝土世界》2010年第9期