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
【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。
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.
