熊 恩 单 智

（南华大学 城市建设学院，湖南 衡阳 421001）

粗骨料对自密实混凝土工作性能影响的研究现状

熊 恩 单 智

（南华大学 城市建设学院，湖南 衡阳 421001）

粗骨料作为自密实混凝土的重要组成材料之一,其性能对自密实混凝土工作性产生很大的影响。本文通过国内外相关文献研究成果的整理、分析,概括总结粗骨料对自密实混凝土工作性能影响的研究现状,并提出了存在的问题,为进一步改善自密实混凝土性能提供参考和依据。

粗骨料;自密实混凝土;工作性能

自密实混凝土指新拌混凝土具有高流动度而不离析、不泌水和高均匀性, 能在不经振捣或少振捣的情况下自流平并自动通过钢筋间隙充满模具, 达到充分密实和获得最佳性能的混凝土。骨料在混凝土中发挥着重要作用，自密实混凝土作为一种对工作性有特殊要求的高性能混凝土，其对包括骨料在内的原材料性能有更为严格的要求。研究粗骨料体积含量、最大粒径以及类型对自密实混凝土拌合物流动性能的规律，选择适合的流动测试方法，为更清晰地理解粗骨料在自密实混凝土中的作用效应提供科学依据。

1 国内外研究现状

1. 1 粗骨料品种的影响

不同种类的粗骨料成分不同,其本身的性质存在差异,将对自密实混凝土的流动性产生不同的影响。目前国内外学者对采用不同粗骨料制成的自密实混凝土进行了一系列研究,也得到一些相应的结论。

张云国[1]采用膨胀页岩来配制轻骨料自密实混凝土，通过V 型漏斗、流动扩展度、L 槽、U 型槽、筛分、柱分层及表面沉降试验对自密实轻骨料混凝土的流动性、变形性、填充性和抗离析性进行了评价,对自密实轻骨料混凝土的工作性能进行了验证，取得良好的流动性、变形性和穿越钢筋的能力。与普通自密实混凝土相比，轻骨料混凝土随着时间的延长流动扩展度减小。SCLC中的轻骨料无明显分层现象,符合SCC规范要求。随着SCLC剪切流动速度的增加,其抗离析性逐渐降低。

文献[2]采用回收废玻璃来替代部分花岗岩碎石配制自密实混凝土，替代的比例为5%、10%、15%三种。通过与花岗岩碎石自密实混凝土比较，在其它相同的条件下，随着废玻璃替代比例增大，流动扩展度和钢筋穿越能力增大；而试块的抗压强度、劈裂拉伸强度、弹性模量降低，干缩性也随之降低。

S.C.Kou 和C.S.Poon[3]采用再生粗骨料制成自密实混凝土,对其流动性和抗压强度进行测试。实验配制了三种不同的自密实混凝土，前两种用再生骨料替代河沙为细骨料，替代比例为0、25%、50%、75%、100%。实验结果表明，流动扩展度随再生细骨料的含量增加而增大，且至少达到760mm。抗压强度和劈裂拉伸强度值随再生细骨料含量增加而减小，强度值在25%～50%。

胡泽清[4]用不同母岩骨料组合拌制自密实混凝土,得到在细骨料相同的条件下,采用微晶玄武岩、白云石、混合玄武岩作为粗骨料的自密实混凝土工作性测试V型漏斗、坍落度、坍落扩展度值基本相同，抗压强度基本相当；而牛厩玄武岩,灰岩混凝土的抗压强度相对较低。不同粗、细骨料配制的混凝土抗压强度比变化范围为6.6 %～8.3 %， 说明采用不同母岩粗、细骨料组合配制混凝土时对其力学性能影响较为明显。

巴恒静[23]试验用三种骨料辉绿岩、花岗岩和玄武岩拌制自密实混凝土进行工作性测试，三种骨料的级配、最大粒径和针片状含量均相同,表观密度分别为2.84g/ cm3、2.63g/ cm3、2.59g/cm3, 吸水率分别为0.38 %、0.42 %、0.58 %。从实验结果可知,三种不同自密实混凝土的塑性粘度变化不明显，但辉绿岩自密实混凝土屈服应力比玄武岩骨料的略有降低。

Ilker Bekir Topcu[5]采用橡胶颗粒和碎石共同粗骨料来配制自密实混凝土，通过自密实混凝土工作性测试，当橡胶颗粒在混合物中的含量增加时，坍落度测试时达到T500的时间变小，流动性和稳定性能提高，流动扩展度在590mm～800mm之间。

以上可知，不同种类的粗骨料对自密实混凝土拌合物的流动参数有一定影响。这是因为在骨料体积近似的情况下,表观密度越大使其流动所需外力就越大;吸水率越大吸附的水泥浆的量也就越多,从而减少了起润滑作用的水泥浆的量,使混凝土拌合物的流动性降低，但影响并不十分显著。因此,除重大工程外,选择粗骨料时可不考虑种类因素,应就地取材。

1. 2 粗骨料相对含量的影响

混凝土中粗骨料的相对含量影响着混凝土的性能。自密实混凝土是高性能混凝土的一种，与普通混凝土相比，自密实混凝土粗骨料相对含量较少。Okamura认为,限制骨料用量、采用较低的水灰比并且添加超塑化剂可以实现混凝土的高流动性[16] 。要获得真正的自密实混凝土,混凝土组成材料粗骨料含量必须满足条件Vg＜340L/ m3。目前国内外学者在骨料含量对自密实混凝土性能的影响这方面也作了一定量的研究。

Wen-ChenJau[6]利用新改进的流变仪MCR测定自密实混凝土流变参数时发现，粗骨料在配合比中含量较高时，则V型漏斗时间变长，塑性粘度变大，测得的扭矩也变大。

Chi Sun Poon ,Chi Sing Lam[7]对三种不同类型的骨料—天然压碎骨料NCA、再生压碎骨料RCA 和再生压碎玻璃RCG,在骨料与水泥的比率A/ C 为3～6 的情况下的混凝土试块的性能进行研究,得出随着A/C的增加,试块的抗压强度降低。

许多学者对再生粗骨料不同取代率对自密实混凝土性能的影响进行过研究。研究发现,再生粗骨料应用在混凝土中在一定程度上会降低混凝土自身的抗压强度和弹性模量[8、9] 。所以在使用时应控制取代率。文献[5]对橡胶颗粒取代骨料的不同比例进行了研究，通过三种添加含量60kg/ m3、120kg/m3、180kg/m3的橡胶颗粒混凝土进行对比，随着取代率的增大,其抗压强度和坚固性相应降低，但残余抗压强度会相对提高。

1. 3 粗骨料形状和表面特征的影响

卵石和碎石是自密实混凝土常用的两种粗骨料。卵石表面比较光滑,呈圆形无棱角,碎石表面粗糙多棱角,所以在相同的水泥用量情况下,卵石自密实混凝土拌合物比碎石自密实混凝土拌合物流动性大一点,碎石混凝土中碎石与浆体之间的粘结作用要强于卵石混凝土中卵石与混凝土的粘结。在相同配合比条件下,卵石混凝土的强度比碎石混凝土低。

P.L.Domone[10]总结了碎石自密实混凝土和卵石自密实混凝土使用范围，在44处自密实混凝土使用结构中，碎石的有34处，而卵石的只有10处。说明碎石自密实混凝土比卵石自密实混凝土使用广泛。

鲁丽华，吴卓[11]对不同强度的卵石及碎石进行三点弯曲试验测试自密实混凝土的断裂性能,发现石灰岩碎石混凝土的断裂能较卵石小,这说明颗粒形状影响混凝土的断裂性能。

Dimitri Feys[12]在研究自密实混凝土剪切增稠的原因时，发现碎石自密实混凝土发生剪切增稠的强度比卵石的要高。针对这种情况，作者认为卵石自密实混凝土流动性比碎石的要大所造成的。

另外，王德辉[13]发现当粗骨料颗粒形状较差，含针片状颗粒较多时，致使混凝土和易性降低，流动性变差。这是因为粗骨料空隙率和比表面积增大，与砂浆体接触面增加，表面吸水量增加，摩擦阻力增大，一定量的砂浆体充填到颗粒间的空隙中去，剩余的砂浆体数量减少，导致混凝土拌合物内部起润滑作用砂浆层厚度减少，以致混凝土在整体运动过程中阻力增大。而形状规则的粗骨料在混凝土拌合物流动过程中受力较均匀能较好保持拌合物整体的稳定性，使混凝土拌合物的粘聚性增强，能够很好地减小水泥用量，提高混凝土拌合物的工作性能。片状颗粒不影响自密实混凝土的初始坍落度,但影响其坍落度损失,含量越多,影响越显著。

1. 4 粗骨料最大粒径和颗粒级配的影响

粗骨料的最大粒径是影响自密实混凝土的重要因素之一。由于自密实混凝土常常用于钢筋稠密和薄壁的结构中，骨料粒径较大，内部缺陷存在增大，粗骨料下沉速度加快，使混凝土内部颗粒分布不均匀，沉降离析现象发生，从而影响混凝土的流动性和耐久性。若粗骨料粒径太小，使骨料比表面积增加，所需要的砂浆体积增加，配制标准的自密实混凝土势必要增加水泥用量，提高成本。刘昊[14]研究了粗骨料粒径分别为20mm和16mm自密实混凝土的工作性和强

度，实验结果表明，当粗骨料最大粒径由20mm降低至16mm时，拌和物的坍落度值、坍落流动值、流速值均减小，间隙通过性降低。但由于小颗粒的骨料增多，比表面积增加，减少了浆体自由水的含量和骨料表面的过剩浆体层厚度，拌和物的均匀性得到改善，稳定性提高。抗压强度也随着粒径的减小而增大。因此自密实混凝土粗骨料粒径一般宜小于20mm[15]。

R.Zerbino.B[17]粗骨料的尺寸增大，则V型漏斗流过的时间变长，塑性粘度增加，得到了很低的屈服压力。自密实混凝土发生离析的概率增大。

良好的颗粒级配可使骨料的空隙率和总表面积均较小,从而可以减少水泥浆的用量,水泥浆用量的减少可以降低水化热,减少混凝土干缩。此外,良好的颗粒级配,降低用水量可以提高混凝土的密实度、强度和其它一些性能。林英红[18]在保持其他条件基本相同情况下，试验研究了5～10mm和10～20mm两种不同粗骨料级配对自密实混凝土工作性能的影响，粗骨料中细颗粒越多，混凝土坍落度及坍落扩展度越大，流出时间也越小，表明混凝土具有较高的流动性，而早期强度略有下降。当骨料中粗颗粒较多时，坍落度、坍落扩展度略有增大，混凝土状态明显差，但后期强度较高。从自密实混凝土的拌合物性能要求来看，选择合适的骨料级配比例也是制备自密实混凝土的关键技术之一。

1. 5 粗骨料的颗粒形状指数影响

对于骨料种类、级配、针片状颗粒含量等指标均相同的粗骨料而言，还可以采用颗粒的形状指数来评价骨料对自密实混凝土流动性的影响，以便选择更佳的粗骨料。粗骨料颗粒形状的评定可以用粗骨料颗粒球度和粗骨料颗粒形状指数来表示。文献[23]试验结果显示，粗骨料形状指数由0.4743减小到0.3785，T500流动时间增大、塌落扩展度减小、L型流动仪高度比H1/H2减小、U型仪高度差Δh增大，拌合物抗离析能力下降，稳定性变差。文献[13]选用四种不同的骨料颗粒形状指数0.13、0.18、0.24 和0.27。从实验结果可知，随着粗骨料颗粒形状指数增加，自密实混凝土拌合物的两个流变参数塑性粘度和屈服应力明显降低。这主要是由于骨料颗粒的形状指数越大,骨料颗粒越接近球形,其棱角数也就越少,这就降低了拌合物在流动时粗骨料互相之间的机械啮合,从而使屈服应力降低。

2 结论

随着自密实混凝土技术的进步,以及各种复杂建筑结构的需要，自密实混凝土应用越来越广泛，工程建设规模越来越大,对骨料的需求量也与日俱增。通过对国内外相关研究成果整理、分析,概括总结了粗骨料对自密实混凝土性能影响的研究现状,并提出了今后需要进一步研究的问题。

（1）骨料种类对自密实混凝土拌合物的流动性影响不大。

（2）骨料的最大粒径越大,其比表面积越小,所需的用水量和水泥浆越少,保持用水量不变,则可降低混凝土拌合物的流变参数,但粒径过大易产生离析现象。

（3）骨料颗粒的形状指数对屈服应力影响较大,应选择形状指数大的骨料。

（4）对不同粗骨料的自密实混凝土研究中，工作性的不同是目前研究的重点，但难以从本质上解释不同粗骨料自密实混凝土的差异性。今后的研究方向是从流变机理以及流变参数的不同来揭示自密实混凝土的性质。

（5）粗骨料对新拌自密实混凝土的流变性能还需要进行进一步研究,并且对自密实混凝土在施工过程中的粗骨料的流动要能进行计算机模拟。

[1]张云国.自密实轻骨料混凝土的工作性能[J].建筑材料学报，2009,12（1）：116-120.

[2]S.C.Kou，C.S.Poon.Properties of self-compacting concrete prepared with recycled glass aggregates[J].Cement& Concrete Composites,2009:107-113.

[3]S.C.Kou，C.S.Poon.Properties of self-ompacting concrete prepared with coarse and fine recycled concrete aggregates [J]. Cement&Concrete Composites,2009(31)：622-627.

[4]胡泽清.不同母岩粗、细骨料对自密实混凝土性能影响试验研究[J]. 水利水电施工,2008 (1) :96-104.

[5]Ilker Bekir Topcu，Turhan Bilir.Experimental investigation of some fresh and hardened properties of rubberized selfcompacting concrete.

[6]Wen-ChenJau,Ching-TingYang.Development of a modified concrete rheometer to measure the rheological behavior of conventional and self-consolidating concrete[J].Cement& Concrete Composites,2010(32):450-460.

[7]Chi Sun Poon ,Chi Sing Lam. The effect of aggregate to cement ratio and types of aggregates on the properties of precast concreteblocks[J] . Cement &Concrete Composites, 2008 (30) :283-289.

[8]李丽生,彭玉林,龚爱民等. 再生粗骨料不同取代率对混凝土和易性及强度的影响规律分析[J].混凝土,2007 (8) :41-43.

[9]徐蔚.再生粗骨料取代率对混凝土基本性能的影响[J].混凝土,2006(9):45-47.

[10]P.L.Domone.Self-compacting concrete:An analysis of 11 years of case studi[J].Cement&Concrete Composites,2006 (28):197-208.

[11]鲁丽华,吴卓,于飞,等.不同强度及粗骨料对混凝土断裂能影响的实验研究[J].北方交通,2006 (6):58-60.

[12]Dimitri Feys,Ronny Verhoeven,Geert De Schutter.Fresh self-compacting concrete,a shear thickening material[J]. Cement and Concrete Research,2008(38):920-929.

[13]王德辉.粗骨料对自密实混凝土工作性能的影响[J].重庆建筑，2010（9）：20-23.

[14]刘昊.粗骨料对自密实混凝土性能影响的实验研究[J].商品混凝土，2008（1）：15-18.

[15]自密实混凝土应用技术规程CECS203.

[16]Okamura H , Ouchi M. Self - compacting concrete[J] . Journal of Advanced Concrete Technology ,2003,(1):5-15.

[17]R.Zerbino,B.Barragan,T.Garcia,etl.Workability tests and rheological parameters in self-compacting concrete[J]. Materials and Structures,2009（42）：947-960.

[18]林英红.骨料对自密实混凝土性能的影响[J].工程技术，2009,24.

[19]齐宝申,李宝林,张海英.粗骨料强度对高强混凝土的影响[J].水利科技与经济,2005 (11):124-125.

[20]董亚男，等.粗骨料对混凝土性能影响的研究现状及存在的问题[J].河南城建学院学报，2009,18（6）：16-19.

[21]C.F.Ferraris,F.de Larrard.Modified slump test to measure rheological parameters of fresconcrete[J].Cement&Concrete and Aggregates,1998(20):241-247.

[22]苏志学，胡小芳.新拌高性能混凝土流动性测试方法探讨[J].广东建材，2006（2）：15-17.

[23]巴恒静，张武满.骨料对高性能混凝土流变参数的影响[J].混凝土，2003(6):7-64.

（责任编校：何俊华）

TU-O

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1673-2219（2010）12-0093-03

2010－10－06

熊恩（1985－），男，湖南益阳人，南华大学城市建设学院硕士研究生。