粗骨料(石子)

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第74页（3371字）

混凝土所用的粗骨料，一般是指粒径大于4．75mm的岩石颗粒，在普通混凝土中常用的粗骨料有卵石(砾石)和碎石。卵石是由天然岩石经自然条件作用形成的岩石颗粒，按其产源不同可分为河卵石、海卵石和山卵石等，其中河卵石应用最多；碎石大多由天然岩石经破碎、筛分而成，也可将大块卵石轧碎、筛分而得。

根据国家标准《建筑用卵石、碎石》(GB／T14685－2001)中的规定，按卵石、碎石的技术要求，可分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。其中，Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级大于C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类用于强度等级小于C30的混凝土。

卵石多为圆形或椭圆形，表面光滑，与水泥的粘结较差；碎石多棱角、多形状，表面粗糙，与水泥的粘结较好。当采用相同混凝土配合比时，用卵石拌制的混凝土拌合物流动性较好，但硬化后混凝土的强度较低；而用碎石拌制的混凝土拌合物流动性较差，但硬化后混凝土的强度较高。配制混凝土时，究竟是选用碎石还是卵石，要根据工程性质、当地材料供应条件、施工条件、工程成本等各方面进行综合考虑。

为了保证混凝土的强度、工作性和耐久性等，在国家标准《建筑用卵石、碎石》(GB／T14685－2001)中，对粗骨料的各项指标做出了具体规定，主要包括有害杂质含量、强度和坚固性、最大粒径和颗粒级配三个方面。

(一)有害杂质含量

粗骨料中的有害杂质主要有：黏土、淤泥、有机物、硫化物及硫酸盐等，其对混凝土的危害作用与细骨料相同，所以应当按规定加以限制。另外，粗骨料中还可能含有针状(颗粒的长度大于相应粒级平均粒径的2．4倍)和片状(其厚度小于平均粒径的0．4倍)颗粒。针、片状颗粒的应力集中程度较高，在拌制和使用中很容易折断，当含量较多时，会降低新拌混凝土的和易性和硬化后混凝土的强度。粗骨料中有害杂质及针、片状颗粒的含量，应符合表5－6中的规定。

表5－6 粗骨料中有害杂质及针、片状颗粒的含量(GB／T14685－2001)

(二)强度和坚固性

1．粗骨料的强度

为了保证混凝土具有足够的强度，所采用的粗骨料应质地致密，具有满足设计要求的强度。碎石和卵石的强度，可采用岩石立方体强度和压碎指标两种方法进行检验。

岩石立方体强度检验，是用母岩制成50mm×50mm×50mm的立方体，或制成直径和高度均为50mm的圆柱体，在常温的水中浸泡48h，待吸水饱和后测其极限抗压强度。岩石立方体抗压强度与设计要求的混凝土强度之比，不应低于1．5。同时，火成岩试件的强度不宜低于80MPa，变质岩试件的强度不宜低于60MPa，水成岩试件的强度不宜低于30MPa。

岩石的压碎指标检验，是将一定质量气干状态下粒径为9．0～19．5mm，且去除针片状颗粒的石子装入标准圆桶内，放在压力机上均匀加荷至200kN，并稳定5s，卸荷后称取试样质量(m₀)，再用孔径为2．36mm的筛子筛除被压碎的颗粒，称取留在筛上的试样质量(m₁)，可用下式计算其压碎指标：

岩石的压碎指标值越小，表示石子抵抗受压破坏的能力越强，粗骨料的强度越高。对于不同强度等级的混凝土，所用的石子压碎指标，应满足表5－7中的要求。

表5－7 碎石及卵石压碎指标和坚固性指标(GB／T14685－2001)

对于粗骨料经常性的生产质量控制，可用压碎指标值来检验石子的强度。在选择采石场或对粗骨料强度质量有争议时，或混凝土强度等级大于C60时，宜采用岩石立方体强度进行检验。

2．粗骨料的坚固性

粗骨料的坚固性是指石子在气候、环境变化和其他物理力学因素作用下，抵抗破碎的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液浸泡法进行检验，试样经5次干湿循环后，其质量损失应不大于表5－7中规定的数值。

(三)最大粒径和颗粒级配

1．粗骨料的最大粒径

粗骨料的规格是用公称粒级(即最小粒径至最大粒径)的名义尺寸提出的，其公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粗骨料的粒径越大，其总表面积相应减小，包裹在其表面所需的水泥浆量也相应减少，这样不仅能节约水泥，而且有助于提高混凝土的密实度，减小水化热及混凝土的收缩。因此，在配制普通混凝土时，尽可能选用较大粒径的粗骨料。

但是，试验结果表明：粗骨料最大粒径超过80mm后，节约水泥的效果很不明显。同时选用粒径过大的粗骨料，会给混凝土的搅拌、运输、浇筑和振捣等带来困难，所以，对粗骨料最大粒径的选择要综合考虑各种因素。

根据国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204－2002)中的要求，从结构和施工的角度，对粗骨料的最大粒径做了以下规定：粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1／4，且不得超过钢筋最小净间距的3／4；对混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1／3，且不得超过40mm。

2．粗骨料的颗粒级配

粗骨料的级配好坏对于节约水泥和保证混凝土拌合物具有良好的和易性有很大关系，特别是对高强混凝土，石子的级配更为重要。石子的颗粒级配与砂的颗粒级配原则是相同的，就是使不同粒径的颗粒适当搭配，使石子之间的空隙尽可能变小，以减少水泥用量，确保混凝土拌合物具有良好的和易性，提高混凝土的密实度。

根据国家标准《建筑用卵石、碎石》(GB／T14685－2001)中的规定，石子的级配通过筛分方法进行评定，即用一套孔径分别为2．36mm、4．75mm、9．50mm、16．0mm、19．0mm、26．5mm、31．5mm、37．5mm、53．0mm、63．0mm、75．0mm和90．0mm的筛进行筛分，称得每个筛上的筛余量，计算出分计筛余百分率和累计筛余百分率(分计筛余百分率和累计筛余百分率的计算与细骨料相同)。粗骨料的颗粒级配分为连续级配和单粒级配，普通混凝土用粗骨料的颗粒级配应符合表5－8中的规定。

表5－8 混凝土用粗骨料的颗粒级配要求(GB／T14685－2001)

连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由大到小，每级石子占一定的比例。连续级配的石子颗粒间的粒差小，配制的混凝土和易性好，不易发生离析现象。连续级配是粗骨料最理想的级配形式，目前在建筑工程中最为常用。

单粒级配是人为剔除某些粒级颗粒，从而使粗骨料的级配不连续，也称为间断级配。单粒级配较大粒径骨料之间的空隙，是直接由比它小几倍的小粒径颗粒填充，使空隙率达到最小，密实度增加，并可以节约水泥。但由于颗粒粒径相差较大，混凝土拌合物容易产生离析现象，导致施工比较困难，在一般工程中很少采用。单粒级配一般不宜单独使用，常用于组合成连续粒级，也可与连续级配配合使用。