砂石骨料对混凝土性能的影响

发布时间：2025-04-23　　　　字号：【大 中 小】

混凝土的力学性能和耐久性都与骨料密切相关。在混凝土中，骨料最主要的作用是承受压力、抵抗冲击、扩散水及其他作用；同时，骨料与水泥浆体界面形成了一层黏结材料，使混凝土具有足够的强度和耐久性。因此，在混凝土中，骨料是很重要的组成部分。砂石骨料是混凝土中最基本的组成材料，对混凝土性能有很大影响。砂石骨料强度是通过在实验室中对其进行单轴抗压试验或其他力学性能试验得到的，通常与石子强度一起作为配合比设计的依据。石子是由碎石经机械破碎、筛分等加工而成的，其粒径一般为10～100mm。通常用砾石和卵石作骨料，通过对其物理力学性能进行试验和研究，从而得到其在配合比设计中的合理级配。砂石骨料不仅是混凝土组成材料之一，还是混凝土拌和用水以及运输、浇筑及硬化过程中必不可少的材料。因此，分析研究砂石骨料对混凝土性能的影响有利于提升混凝土施工质量。

1砂石骨料相关概述

砂石骨料是指在制作砂浆或混凝土时，与水泥和水等混合在一起的砂、石等颗粒状材料，也称集料，即在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。在混凝土中，砂石占混凝土总体积的3/4左右，分为粗骨料和细骨料。砂石骨料是混凝土及砂浆中起骨架和填充作用的粒状材料，一般情况下，石子（粒径一般较大，大于4.75mm）也被纳入砂石骨料的范畴。砂石的粒径较小，一般小于4.75mm，从来源来看分为天然砂和机制砂两种。

砂石骨料是在混凝土中起骨架、填充和稳定体积作用的演示颗料或松散材料，包括卵石、碎石、粗骨料和细骨料。其中，粒径大于4.75mm的岩石颗料称为粗骨料，包括卵石和碎石；粒径小于4.75mm的岩石颗料称为细骨料，包括天然砂。

砂石骨料是基建中不可缺少的原材料之一，主要用于房屋建设、道路桥梁工程施工、水利水电设施建设等项目。砂石骨料是水利工程中混凝土和堆砌石等构筑物的主要建筑材料，每年要消耗数百亿吨砂石骨料。

砂石骨料的资源属性今非昔比，其在蓝海市场中的地位日益凸显。在砂石骨料行业，机制砂的发展趋势不可阻挡，机制砂的生产技术和质量不断提高，使得其在市场上的竞争力不断增强。同时，随着人们环保意识的不断提高，绿色环保的砂石骨料也逐渐受到市场的青睐。

2砂石骨料的物理性能

在混凝土中，砂石骨料是由岩石破碎成的。碎石按粒径可分为粗骨料级配和细骨料级配。粗骨料主要是指碎石，它是由岩石破碎而成的，可以直接用作混凝土的粗骨料；细骨料一般指砂，它是由砂砾、砂及少量碎石经机械破碎而成的，颗粒较粗，但仍为细料，细骨料一般是指细粉或其他材料。砂石骨料的粒径决定了混凝土的流动性、黏聚性和强度。在混凝土中，粗骨料粒径越大，则流动性越大、黏聚性越好、强度也就越高；相反，细骨料越小，则流动性越小、黏聚性也就越差、强度也就越低。砂石骨料的物理力学性能和混凝土性能密切相关。砂石骨料的物理力学性能指标主要有表观密度、堆积密度、吸水率及吸水率变化率等。而混凝土性能指标主要有强度、耐久性和和易性等。在混凝土中，应尽可能用连续级配或较好级配的粗骨料作粒径为10～100mm的粗骨料。

（1）堆积密度是指混凝土在一定条件下单位体积中的质量。堆积密度大，表明骨料的密实度大，强度高，具有一定的抗冻、抗渗和抗碳化能力。但过高的堆积密度也会使混凝土流动性降低。

（2）吸水率是指骨料在水中浸泡一段时间后质量损失的大小，其也反映了骨料吸水性能的好坏。骨料吸水后会使混凝土密实度、强度降低，出现混凝土开裂等现象。

（3）堆积高度是指骨料堆至一定高度后，其质量变化情况。堆积高度越大，骨料越容易失去棱角，其强度、抗渗性、抗冻性就越差。随着骨料堆至一定高度后，骨料质量会不断降低，导致混凝土强度下降，施工难度加大。

（4）坚固性是指骨料在承受外力时发生破碎而不剥落的能力。坚固性与骨料的形状有关。骨料粒径越大，其坚固性越差；同时形状越不规则的骨料其坚固性也越差。

（5）颗粒级配是指不同粒径范围内石子的排列方式及其与水泥浆体界面处颗粒之间的接触情况。由于粗细骨料颗粒形状、大小不同，所以它们与水泥浆体界面处的接触情况也不相同。颗粒级配好，界面处的接触情况就好；反之，界面处的接触情况就差。

3砂石骨料对混凝土性能的影响

3.1砂石骨料粒径对混凝土性能的影响

骨料的粒径对混凝土的工作性和力学性能都有较大的影响。在相同的工作条件下，骨料粒径越小，其空隙率就越大，混凝土的黏聚性、保水性就越差；骨料粒径越大，混凝土的和易性就越差。混凝土中骨料颗粒的有效堆积半径一般为3～6mm，当颗粒级配不合理时，会引起空隙率过大、混凝土强度下降。在相同的水泥用量条件下，骨料颗粒越小，其表面积就越大，从而使其对水泥水化产物的吸附能力增加，使混凝土强度下降。当粒径较小时，水泥石和骨料间的黏结强度低，且骨料的存在会增加混凝土的收缩变形。此外，颗粒级配不合理时，会引起混凝土内部结构不均匀或产生裂纹等缺陷。因此，在设计混凝土配合比时应特别注意骨料粒径对混凝土性能的影响。总之，应采用级配良好、形状规则、表面光洁、质地坚硬、无杂质且无裂缝及松散颗粒的碎石或卵石作骨料；在满足混凝土强度要求的前提下尽量选择较小粒径碎石或卵石作为骨料；对体积较大、形状不规则及强度要求较高时宜选用人工砂作为骨料。

3.2砂石骨料表面特征对混凝土性能的影响

砂石骨料的表面特征对混凝土性能影响很大，骨料的形状和表面特征是骨料质量控制的一个重要指标。骨料的表面特征主要包括粒径、形状、表面粗糙度、棱角等。由于粒径较大，粗骨料的棱角较多，在一定程度上增加了混凝土的抗裂性。但由于粒径较大，骨料之间存在空隙率，会增大混凝土的干缩性。因此，在进行混凝土配合比设计时，应尽量选用粒径较小、棱角少的骨料。粒径小于6mm的碎石用作细骨料会增大混凝土的干缩性。对于粗骨料而言，其表面粗糙度也会影响混凝土强度。与表面光滑、棱角少的粗骨料相比，表面粗糙、棱角多的粗骨料的干缩性大一些。另外，颗粒间存在空隙率也是影响混凝土性能的一个重要因素。由于粗、细骨料颗粒间存在空隙率，会增加混凝土中水泥浆体的含量，从而降低混凝土强度和耐久性。

3.3砂石骨料颗粒级配和形状对混凝土性能的影响

在混凝土中，骨料的颗粒级配也很重要，骨料的级配影响着混凝土的性能。骨料中所含颗粒的形状对混凝土的性能也有很大影响，不同形状的骨料其性能也有所不同。天然砂、卵石、碎石等为连续级配，其颗粒分布比较均匀，抗压强度较高；而河砂、海砂等为非连续级配，其颗粒分布不均匀，强度较低。当骨料颗粒级配不好时，混凝土会出现“离析”现象，而采用连续级配的骨料可以改善这种情况。此外，细骨料在混凝土中起骨架作用，大颗粒在混凝土中起填充作用。因此，粗骨料的颗粒级配对混凝土性能的影响较大。不同形状的骨料对混凝土性能也有影响。当骨料颗粒级配不好时，混凝土的强度会下降。如果使用连续级配或均匀分布的粗骨料时，可以提高混凝土的强度。然而在某些情况下（如拌制砂浆）使用非连续级配粗骨料时，混凝土强度会降低。

3.4砂石骨料级配对混凝土性能的影响

骨料级配是指骨料中各粒级所占比例，通常以骨料粒径级配、形状系数和最大粒径来表示。骨料的粒形和级配决定着混凝土强度、耐久性以及体积稳定性等性能。骨料的粒形主要是指粒径的分布。骨料形状系数，也称针片状含量，是指骨料颗粒组成的形状系数，一般用百分数来表示，对于混凝土用砂，它的值应在0.3以下；对于混凝土用石子，它的值应在0.7以下。级配不好还会使混凝土在硬化过程中产生离析现象。总而言之，砂石骨料的级配对混凝土性能有显著影响。粗骨料的级配与混凝土强度有关。对于普通强度等级的混凝土，采用三级配粗骨料可以制备出强度高的混凝土，其中粗骨料的比表面积对其性能的影响尤为明显。而对于高强度等级的混凝土来说，两级配粗骨料更能提升其强度，此时，粗骨料堆积空隙率的影响尤为重要。

此外，砂石的品质也对混凝土的性能产生影响。例如，当砂石的级配合理时，不仅可以减少拌合物的用水量，从而得到质量优良的混凝土，还可以节约水泥的使用。因此，对砂石进行颗粒级配是必要的。在机制砂的应用中，颗粒级配作为质量控制的关键指标，其对混凝土性能的影响不容忽视。砂石骨料的品质直接关系到混凝土的整体质量，而骨料的密实度与混凝土强度成正比例关系。良好的砂石骨料级配可以充分确保混凝土的强度与密实度，从根本上保障工程整体的安全稳定性。目前，生产中常存在级配不良或超出级配范围的情况，因此，如何合理控制机制砂的级配是工程中需要重点关注的问题之一。这就要求在实际施工中严格按照设计配合比对混凝土进行现场配合比的控制，以确保混凝土的质量。

3.5砂石骨料石粉含量对混凝土性能的影响

砂石骨料是混凝土中最主要的原材料之一，它们的质量和性能对混凝土的强度、耐久性和其他性能都有重要影响。其中，砂石骨料的石粉含量也是一个重要的参数，其对混凝土性能的影响如下。

（1）对混凝土强度的影响。石粉含量对混凝土的强度有一定的影响。当石粉含量较高时，混凝土的强度可能会降低，因为石粉会填充骨料之间的空隙，从而减少了骨料之间的黏结力。但是，当石粉含量适当时，可以提高混凝土的强度，因为石粉可以填充骨料表面的缺陷，增加了混凝土的密实度和耐久性。

（2）对混凝土耐久性的影响。石粉含量对混凝土的耐久性也有影响。石粉可以在混凝土中形成微裂纹，并且在水泥水化过程中，石粉会吸收一部分水分，从而减缓水泥的水化速率，延长混凝土的使用寿命。但是，当石粉含量过高时，混凝土的耐久性可能会降低，因为过多的石粉会导致混凝土的收缩和开裂。

（3）对混凝土工作性的影响。石粉含量对混凝土的工作性也有影响。当石粉含量较高时，混凝土的工作性可能会降低，因为石粉会增加混凝土的黏度，从而使混凝土难以流动和振实。但是，当石粉含量适当时，可以提高混凝土的工作性，因为石粉可以填充骨料之间的空隙，减少了混凝土的收缩和开裂。因此，砂石骨料石粉含量对混凝土性能的影响是复杂的，需要在具体的工程应用中进行合理的控制和调整。

3.6砂石骨料细度模数对混凝土性能的影响

砂石骨料的细度模数对混凝土的黏滞性有显著影响。当砂石骨料的细度模数过小时，混凝土拌合物的保水性较好，但同时也会导致拌合物发黏，其流动性较差。这是因为细度模数过小的砂石骨料，其比表面积增大，使得需水量增加，从而影响了混凝土的流动性和黏滞性能。相反，当砂石骨料的细度模数适当时，如在2.9～2.6，混凝土的黏滞性能可以得到较好的控制，既不会太黏也不会太稀，从而保证了混凝土的良好工作性能。此外，砂石骨料的细度模数还直接影响到混凝土的保水性和流动性。较粗的砂石骨料（细度模数为3.7～3.1）配制的混凝土黏聚性和保水性差，而较细的砂石骨料（细度模数为2.2～1.6）则能提供更好的黏聚性和保水性。因此，在选择砂石骨料时，需要根据具体的混凝土强度等级和施工要求选择合适的细度模数，以确保混凝土的和易性达到最佳状态。砂石骨料的细度模数通过影响骨料的总表面积、需水量以及混凝土的保水性等因素，间接影响混凝土的黏滞性。适当的细度模数不仅能够提高混凝土的黏聚性和保水性，还能保证混凝土的流动性和工作性，从而满足不同工程的需求。

4结语

高品质的砂石骨料是高性能混凝土的重要物质基础，全面影响混凝土的和易性、强度和耐久性。因此，在制备混凝土的过程中，合理控制材料的比例并保证材料的高质量是至关重要的。但在实际施工中需要注意的是，随着天然砂资源的日益匮乏，机制砂在混凝土中的应用越来越广泛，而机制砂中的石粉含量对混凝土性能的影响也成为研究的重点。在实际工程中，要结合具体的工程需求和环境条件，进行合理的配合比设计，以确保混凝土的良好性能。

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