粗集料：种类及质量要求

粒径大于4.75 mm的集料称为粗集料。常用的粗集料有天然卵石和人工碎石两种。天然卵石是岩石由自然条件作用而形成的，可分为河卵石、海卵石和山卵石。河卵石表面光滑，少棱角，比较洁净，大都具有天然级配；而山卵石含黏土等杂质较多，使用前须冲洗干净；因此河卵石最为常用。人工碎石是由天然岩石或卵石经机械破碎、筛分而成，颗粒富有棱角，表面粗糙，较天然卵石干净，与水泥浆的黏结力较强，但流动性较差。

粗集料的选用应根据就地取材的原则和工程的具体要求而定，一般情况下，配制高强度等级的混凝土宜采用碎石，但其品质必须符合国家标准《建筑用碎石、卵石》（GB/T 14685—2011）的规定。按技术性能将粗集料分为三类，Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土，Ⅱ类宜用于强度等级为C30～C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土。粗集料的质量要求，主要包括以下几个方面：

1.有害杂质含量

粗集料中常含有一些有害杂质，如黏土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物、有机物质、蛋白石等含有活性二氧化硅的矿物质。它们的危害作用与在细集料中相同。它们的含量应符合表4.8的规定。

表4.8　石子中有害物质的限量（GB/T 14685—2011）

2.颗粒形状

粗集料的颗粒形状以接近立方体或球体为佳，不宜含有过多的针、片状颗粒，否则将影响混凝土拌和物的流动性，同时又影响混凝土的抗折强度。针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒平均粒径2.4倍的颗粒，片状颗粒是指颗粒厚度小于该颗粒平均粒径0.4倍的颗粒。平均粒径是指一个粒级的集料其上、下限粒径的平均值。混凝土用石子的针、片状颗粒含量应符合表4.8的规定。

3.最大粒径和颗粒级配

（1）最大粒径。石子公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径，如5～25 mm粒级的石子，其最大粒径为25 mm。随着石子最大粒径的增大，其总表面积随之减小，从而使包裹集料表面的水泥浆的数量也相应减少，因此在条件许可的情况下，石子的最大粒径应尽可能选用得大些，这样不但能节约水泥，而且还能提高混凝土的和易性与强度。但是在施工过程中，石子的最大粒径通常要受到结构物的截面尺寸、钢筋疏密及施工条件的限制。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2002）的规定，混凝土用粗集料，其最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，同时不得超过钢筋最小净距的3/4；对于混凝土实心板，粗集料的最大粒径不宜超过板厚的1/3且不得超过40 mm。

（2）颗粒级配。石子级配和砂子级配的原理基本相同，各级比例要适当，使集料空隙率及总表面积都要尽量小，以便用最少的水泥填充并包裹在集料的周围，达到所要求的和易性。

石子的级配按粒径尺寸可分为连续粒级和单粒粒级两种。连续粒级是石子颗粒由大到小连续分级，每一级集料都占有适当的比例。例如天然卵石就属于连续粒级。由于连续粒级含有各种大小颗粒，互相搭配比例比较合适，配制的混凝土拌和物和易性较好，不易发生分层离析现象，易于保证混凝土的质量，便于大型混凝土搅拌站使用，适合泵送混凝土，故目前应用得比较广泛。

单粒粒级是人为地剔除石子中的某些粒级，造成颗粒粒级的间断，大颗粒间的空隙由比它小得多的小颗粒来填充，从而降低空隙率，增加密实度，达到节约水泥的目的，但是拌和物容易产生分层离析现象，增加了施工难度，一般在工程中较少使用。对于低流动性或干硬性混凝土，如果采用机械强力振捣施工，则采用单粒粒级是适宜的。

石子的颗粒级配也是采用筛分析法测定。测定用标准方孔筛一套共 12 个，筛孔尺寸为2.36 mm、4.75 mm、9.50 mm、16.0 mm、19.0 mm、26.5 mm、31.5 mm、37.5 mm、53.0 mm、63.0 mm、75.0 mm和90.0 mm。将石子筛分后，计算出各筛上的分计筛余百分比和累计筛余百分比。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表4.9的规定，试样筛分析所需筛号，也应按表4.9中规定的级配要求选用。

表4.9　碎石和卵石的颗粒级配范围（GB/T 14685—2011）(www.xing528.com)

4.强　度

石子在混凝土中起骨架作用，它的强度直接影响混凝土的强度，因此混凝土中的石子必须致密且具有足够的强度。石子的强度一般用岩石的抗压强度或压碎指标来表示。

测定岩石的抗压强度是将岩石制成 50 mm×50 mm×50 mm 的立方体试件或φ 50 mm×50 mm的圆柱体试件，在水中浸泡48 h使其达到吸水饱和状态，取压力机上测得的6个试块的抗压强度平均值。通常其抗压强度与所采用的混凝土强度等级之比不应小于1.5，且火成岩的强度不应小于 80 MPa，变质岩的强度不应小于 60 MPa，水成岩的强度不应小于30 MPa。石子强度以岩石的抗压强度来表示比较直观，但试件加工较困难，且不能反映石子在混凝土中的真实强度，因此常采用压碎指标来衡量石子的强度。压碎指标是将一定质量在气干状态下 9.5～13.2 mm的石子（去除针、片状颗粒的石子）按规定方法装入压碎值测定仪的圆筒内，在3～5 min内均匀加压到400 kN并稳定5 s，然后用孔径为2.36 mm的筛子进行筛分，筛除被压碎的细粒，称取留在筛上的试样质量。压碎指标为

式中　eQ——石子的压碎指标（%）；

m1——试样质量（g）；

m2——经压碎、筛分后筛余的试样质量（g）。

压碎指标值越小，表示石子抵抗压碎的能力越强，石子的强度越高。对不同强度等级的混凝土，所用石子的压碎指标应符合表4.10的规定。

表4.10　压碎指标（GB/T 14685—2011）

5.坚固性

为保证混凝土的耐久性，作为混凝土骨架的石子应具有足够的坚固性。坚固性是指碎石及卵石在气候、外力、环境变化或其他物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。用硫酸钠溶液进行试验，经5次干湿循环后其质量损失应符合表4.11的规定。

表4.11　坚固性指标（GB/T 14685—2011）