混凝土骨料性能要求

混凝土骨料性能要求
经长期风化侵蚀作用而形成的粒径小
0.005mm的颗粒，“淤泥”是指粒径比黏土大、比砂小的土粒，“细屑”是指其他粒径很小的细碎云母片、非矿物质杂质等。

由于泥粒一般较细，增加了骨料比表面积，并且由于黏土类成分的吸水性质，当含泥量较高时，要达到预期的施工性能和强度，不仅会增加混凝土单位用水量和胶凝材料，还会对混凝土干缩、徐变、抗渗、抗冻等性能产生不利影响。

当有泥块存在时，会降低混凝土密实度，成为混凝土中的薄弱成分。

因此，国内外规范均严格限制}昆凝土骨料中的含泥量，如GB/T 14685-2011《建筑用卵石、碎石》规定碎石中的最大含泥量不得大于1. 5%、最大泥块含量不得大于0.5%，GB/T14684-2011《建筑用砂》规定天然砂中的最大含泥量不得大于5.0%，对于强度等级高于C60的混凝土，则最大含泥量不得大于1.0%。

人工砂中亦有粒径小于o．08mm的颗粒，这
些颗粒性质与天然骨料中粒径小于0.08mm的泥粒
有本质差异，相关规范亦规定了人工砂中的石粉
含量限值，但普遍大于天然骨料中的含泥量限值。

目前，石粉对混凝土性能的影响及其机理研究已
成为热点，随着研究深入，人工砂中的石粉含量
有可能进一步放宽。

2．砂中云母含量
砂中云母一般呈薄片状，表面光滑，强度很低，且易沿节理错裂，与水泥浆的黏结力差，当
砂中云母含量超过一定限度时，混凝土拌和物和
易性、混凝土强度、耐久性等均有显著降低。

因此，国家标准和许多行业标准都限定砂中云母含量，如《建筑用砂》(GB/T 14684-2011)和电力行
业标准《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2001)均限定砂中云母含量不得大于2%，但与上述规范配
套的试验方法只能测试砂中粒径大于0. 3mm的游
离云母含量。

天然砂中的云母颗粒粒径基本上大
于0. 3mm，对于天然砂而言，只测试砂中粒径大于0.3mm的游离云母含量是合适的。

目前我国的水电工程主要集中在河流的上中游地区，天然骨料匮乏，大量使用人工骨料。

云母是常见的造岩矿物之一，云母含量较高的原岩在大中型水电站混凝土骨料料源中经常碰到，如三峡工程用作混凝土粗骨料料源的基坑开挖料闪云斜长花岗岩，云母含量io%～is%，其轧制的人工砂中游离云母含量为7．o%～8.6%；也有部分工程混凝土骨料原岩中云母含量较高，但轧制的人工砂中按现行规范规定的试验方法测试的游离云母含量较低，如某大型水电站准备用作混凝土骨料料源的片麻岩，自身云母含量约35%，轧制的人工砂中粒径大于o．3mm的游离云母含量却接近于o，符合相关规范要求，但石粉中的云母含量用岩相分析法结合图像分析测试结果却高约40%。

也就是说，采用云母含量较高的岩石轧制的人工砂中，大多数甚至全部云母集中在石粉中，以粉状的形
式存在。

尤其是细粒结构或云母颗粒较小的岩石轧制的人工砂中，云母基本以石粉形式存在，这种情况下人工砂中的云母含量限值还有待于进一步研究。

3．其他
黄铁矿也是骨料中常见的有害物质，黄铁矿与水和氧气会反应生成硫酸而对混凝土形成酸性腐蚀和硫酸盐腐蚀，从而导致混凝土中的水泥浆剥落。

到目前为止，似乎并未找到切实有效的方法来避免黄铁矿骨料对混凝土的危害，因此骨料中应尽量避免黄铁矿的出现。

骨料中也不应含有石膏或其他硫酸盐等有害物质，其中可溶的硫酸盐，如硫酸镁和硫酸钠尤其有害，部分工程因为采用了石膏含量较高的骨料而导致混凝土在很短的时间内因硫酸盐腐蚀破坏。

因此DL/T 5388-2007《水电水利工程天然建筑材料勘察规程》中明确规定}昆凝土人工骨料原
岩中的硫酸盐及硫化物含量（换算成SO。

）小于0.5%。

此外，部分工程混凝土骨料中还出现过一些少见的有害物质，如金沙江中游龙开口水电站可研阶段拟作为混凝土骨料料源的松园料场灰岩中，含有较大量的炭，导致混凝土引气十分困难，因为目前就炭对混凝土长期耐久性的影响尚未研究清楚，最后不得不放弃；百色水电站采用的辉绿岩骨料遇水后会溶出一定量的碱离子，导致新拌混凝土凝结时间较短，后通过限制人工砂石粉含量、改善缓凝高效减水剂配方并增加减水剂掺量等措施解决了该问题。

混凝土骨料中出现有害物质（或异常物质）时，通常情况下应开展混凝土试验论证有害物质对}昆凝土性能的影响，论证清楚后方能使用。

三、骨料坚固性和吸水率
骨料的坚固性是反映骨料在气候、外力或其他物理因素作用下抵抗崩解的能力，通常情况下，
骨料坚固性质量损失率愈大，混凝土的抗冻耐久性指数愈小。

DL/T 5144-2001《水工混凝土施工规范》中规定配制有抗冻要求的混凝土的粗骨料坚固性不应大于5%，无抗冻要求的混凝土的粗骨料坚固性不应大于12%；在JGJ 52-2006《普通混凝土用砂石质量标准及检验方法》中认为，在严寒及寒冷地区使用、且经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土，粗骨料坚固性不应大于8%，有腐蚀性介质作用或经常处于水位变8%的地下结构或有抗疲劳、耐磨、抗冲击等要求的混凝土用碎石或卵石，粗骨料坚固性也不应大于8%。

美国ASTM C33-01中对细骨料的抗硫酸盐测试采用五次循环法：侵蚀介质为Na2 S04时，平均质量损失不能大于10%；采用MgS04时，平均质量损失不能大于15%；如果骨料供应方能向买方或专家提供资料证实采用同一料场相似特性的骨料拌制的混凝土应用于相似气候环境时可以表现出满意的结果，这种情况下骨料坚固性虽不能满足以上要求仍然
可以使用；如果骨料没有相关使用记录，且不满足以上要求，但在混凝土冻融循环试验(ASTM
C666)中表现出较高的抗冻性时仍然可似使用。

骨料吸水率对混凝土抗冻性能和干缩有较大影响，吸水率较大的骨料配制的混凝土通常情况下抗冻性能差、干缩也较大。

甄永严的统计结果显示，其他条件相同时，吸水率分别为o．38%.1.3070、1·75%.1·85%的骨料配制的混凝土4个月时的干缩率分别为
o．0420/.o．070%、。

．092%.o．101%。

此外，吸水率较大的骨料脱水比较困难，容易导致骨料含水量波动大，从而影响混凝土水灰比及其强度的稳定。

金安桥水电站混凝土骨料料源选择的玄武岩中的凝灰岩夹层吸水率较大，人工砂脱水较为困难，导致骨料含水率波动大，建设过程中为解决该问题付出了较大代价，但结果并不是很理想。

因此，应优先选择坚固性和吸水率满足相关规范要求的骨料，坚固性和吸水率不满足规范要求的骨料，必须经过混凝土试验论证后方可应用于重要部位。

四、骨料形状
骨料粒形会直接影响骨料空隙率大小，从而影响新拌混凝土性能。

通常情况下，配制工作性满足同样要求的混凝土，采用表面粗糙、多角或者细长的骨料要比表面光滑、粒形较圆的骨料需要更多的胶凝材料浆体，进而影响硬化混凝土性能。

国内现行相关规范中对细骨料粒形尚无直接的试验方法、衡量指标和规范要求，目前主要通过空隙率和堆积密度来衡量；对粗骨料的粒形则大多通过规定针片状颗粒含量的限值来控制，如GB／T14685-2011《建设用卵石、碎石》和SL
352-2006《水工混凝土试验规程》中规定粗骨料中颗粒长度大于该颗粒所属粒径的平均粒径
2.4倍者为针状颗粒，厚度小于平均粒径o．4倍者为片状颗粒，平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值。

一般来说，比较理想的骨料颗粒形状接近于球形或正方形，针状和片状骨料性能较差。

通常情况下，碎石的针片状颗粒含量高于卵石；用颚式破碎机、辊式破碎机生产的碎石中的针片状颗粒含量高于圆锥式破碎机和反击式破碎机生产的碎石，有的工程通过增加一道反击式破碎机工序降低碎石中的针片状含量，达到骨料整形的目的；砂板岩、片岩等岩石轧制的碎石中针片状颗粒含量高于其他岩性岩石轧制的碎石。

粗骨料中的针状、片状颗粒含量较多时，骨料空隙率增加，与浆体的接触面增加、摩阻力增大，不利滚动，从而使得混凝土和易性降低，在同样的浇筑条件下，不仅需要增加胶凝材料浆体用量，
而且会不同程度地危害混凝土的强度和其他性能。

因此，国内外相关规范对粗骨料中的针片状颗粒含量限值均作了规定。

如现行DL/T 5144-
2001《水工混凝土施工规范》规定针片状颗粒含量一般不得大于15%，经试验论证后，限值可放宽至25%。

除前述针片状颗粒定义及其含量限值外，目前还有圆度( Roundness)、球度(Sphericity)、棱角度(angularity)、形状指数(Form index)、扁平度(Flat and elongated ratio)等指标来定性或定量形容骨料形状。

其中圆度主要用来衡量颗粒的二维形状，圆度R一p2 /47rA，其中P为骨料颗粒二维投影的周长，A为骨料颗粒二维投影的面积。

对于圆形颗粒，其圆度为1，其他形状的颗粒圆度则大于l。

圆度在很大程度上取决于原岩石的强度和耐磨性以及颗粒所受的磨损程度。

对于碎石，颗粒形状取决于原材料的性质和破碎机的类型及其破
碎比，即喂人破碎机的材料大小与加工后产品的大小之比。

另一常用来形容骨料形状的指标是球度，球度可定义为颗粒表面积与其体积比的函数。

球度与原岩的层理和解理有关，当颗粒用人工方法破碎时，还受破碎设备型式的影响。

当颗粒的单位体积的表面积较大时，要使混凝土拌和物具有一定的工作性，就需要增加拌和用水量。

但采用常规方法大量测试骨料的圆度和球度显然是不可能的，这也是骨料的圆度和球度暂未被工程界广泛接受的原因之一。

随着计算机技术的不断发展，尤其在近20年的时间里，数字图像处理技术更是得到了飞跃发展，目前国内外已开始采用数字图像处理技术分析骨料粒形，并取得了一些研究成果，如通过三维扫描系统快速、精确评价骨料形状，进而可为后续骨料应用提供较好的基础数据。

该技术进展情况值得进一步关注。