粗骨料的限制和质量标准

普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石，由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得、粒径大于4.75 mm的颗粒，称为碎石（或碎卵石），由自然条件作用而形成的粒径大于4.75 mm的颗粒，称为卵石。

配制混凝土选用碎石还是卵石，需根据工程性质、成本等条件，做全面比较和衡量，并尽可能就地取材。根据《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011），按卵石、碎石的技术要求将卵石、碎石分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ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C30~C60及抗冻、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。配制混凝土的粗骨料的质量要求有以下几个方面：

（1）有害杂质

粗骨料中常含有黏土、淤泥、硫酸盐、硫化物和有机杂质等有害杂质。它们的危害作用与在细骨料中的相同，其含量一般应符合表5.7规定。

表5.7　碎石、卵石中有害杂质及针片状颗粒限制值

当怀疑粗骨料中因含有无定形二氧化硅可能引起碱-骨料反应时，必须进行专门的检验，活性氧化硅的矿物形式有蛋白石、玉髓和鳞石英等，含有活性氧化硅的岩石有流纹岩、安山岩和凝灰岩等。如果混凝土中所用的水泥含有较多的碱时，就可能发生碱-骨料破坏。

碱-骨料反应是指当水泥中含碱量（K2O，Na2O）较高，又使用了活性骨料（主要指活性SiO2），水泥中的碱类便可能与骨料中的活性二氧化硅反应，在骨料表面生成复杂的碱-硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时，体积会膨胀，从而改变了骨料与水泥浆原来的界面，所生成的凝胶是无限膨胀性的，会把水泥石胀裂。

引起碱-骨料反应的必要条件是：①水泥超过安全碱量（以Na2O计，为水泥质量的0.6%）；②使用了活性骨料；③水。

抑制碱-骨料反应可考虑以下措施：①控制水泥含碱量不超过0.6%；②根据工程条件选择非活性骨料；③在水泥中加入某些磨细的活性混合材料，使其在水泥硬化前就比较充分地与水泥中的碱成分反应，或者能促使反应产物在水泥浆中均匀分散阻止过分膨胀；④防止外界水分渗入混凝土，保持混凝土处于干燥状态，以减轻反应的危害程度。

还应指出的是：石子中不允许混进煅烧过的石灰石（或白云石）碎石，因为这种碎石在混凝土硬化过程中会慢慢地发生水化作用或吸水作用，使体积显著膨胀而导致混凝土破坏。这虽不属于碱-骨料反应，但与骨料耐久性有关。

（2）粗骨料颗粒形状及表面特征

粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥石的黏结及混凝土拌合物的流动性。

形状为片状、针状的骨料不仅影响骨料空隙率，增加混凝土水泥用量，还使混凝土拌合物和易性变差。在混凝土成型密实过程中，有可能倾向一个方向排列，对混凝土硬化后的强度和耐久性造成不利影响。表5.7骨料质量标准中限制了片状、针状骨料含量。骨料颗粒形状会影响骨料总表面积，比表面积越小越接近于球形，不规则棱角形、扁平形、细长形颗粒比表面积大，用这些形状的骨料配制混凝土，水泥用量大，拌合物和易性差。

骨料颗粒的表面特征是指其表面粗糙程度、孔隙状况和棱角大小等。一般表面粗糙多孔的骨料空隙率大，反之空隙率小。但是，粗糙多孔骨料与水泥浆黏结力大，有利于混凝土强度的提高，碎石混凝土较卵石混凝土强度可提高10%以上。骨料总表面积与骨料颗粒的表面特征也相关，表面粗糙多孔，棱角突出的骨料表面积大。用这种骨料配制混凝土，则水泥用量较多，拌合物的和易性也差。一般碎石混凝土的水泥用量比卵石混凝土为多。

（3）最大粒径与颗粒级配

1）最大粒径

粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。对相同数量的骨料，颗粒越细小，则总表面积越大。例如，直径为D的球形颗粒，其表面积与体积之比为6/D，即比表面积与粒径成反比。对不同公称粒级的石子，一般情况下，最大粒径越大，则总表面积越小。因此，配制混凝土时，在许可的情况下，应尽量选用较大粒径的石子。试验研究证明，最佳的最大粒径取决于混凝土的水泥用量。在水泥用量少的混凝土中（1 m3混凝土的水泥用量不大于170 kg），采用大粒径骨料是有利的。但粗骨料最大粒径超过150 mm后，节约水泥的效果已经很不明显。而且选用过大的石子，给运输、搅拌、振捣都会带来困难，因此，确定石子的最大粒径时应进行综合考虑。

《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB 50204—2015）从结构的角度规定，石子最大粒径的确定与构件尺寸形状以及钢筋分布稀密等条件有关。一般情况下，粗骨料最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50 mm。

2）颗粒级配

石子的颗粒级配是指石子大小颗粒相互配搭的数量比例。级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大的关系，特别是拌制高强度混凝土，石子级配更为重要。石子的级配有连续级配和间断级配两种，目前各国主要采用连续级配。

连续级配由连续粒级组成，表示石子的颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级都占有适当比例。选用连续级配的石子拌制混凝土，其拌合物不易离析，和易性较好。为了保证粗骨料具有均匀而稳定的级配，工程中常按颗粒大小分级过筛，分别堆放，需要时按要求的比例配合，对这种预先分级筛分的粗骨料称为单粒级。单粒级一般不单独使用，可组成间断级配。(www.xing528.com)

间断级配是指人为剔除某些骨料的粒级颗粒，使粗骨料尺寸不连续。大粒径骨料之间的空隙，由小许多的小粒径颗粒填充，使空隙达到最小，密实度增加，节约水泥，但因其不同粒级的颗粒粒径相差较大，拌合物容易产生分层离析，一般工程中很少使用。

石子的级配也通过筛分析试验来确定。计算分计筛余百分率和累计筛余百分率，要求各筛上的累计筛百分率符合表5.8规定。《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011），将石子的级配分为连续粒级和单粒级两种情况。

表5.8　碎石和卵石的颗粒级配规定

（4）强度和坚固性

1）强度

骨料在混凝土中的重要作用是减少因荷载、干缩或其他原因引起的变形，使混凝土具有较好的体积稳定性。用高强骨料构成的刚性骨架可提高混凝土的强度和变形模量，从而减少在荷载作用下的变形（包括徐变）。用于混凝土中的骨料要求质地致密，具有足够的强度。碎石及卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示。在选择采石场或对粗骨料强度有严格要求或对质量有疑问时，宜用岩石立方体强度检验。对于经常性的生产质量控制，则用压碎指标值检验较为简便。

岩石立方体强度是将岩石加工成50 mm×50 mm×50 mm立方体试件（或直径与高均为50 mm的圆柱体），在水饱和状态下测定极限抗压强度值，此即岩石的立方体抗压强度。在选择采石场或对粗骨料强度有严格要求或对骨料质量有争议时，可用加工试件测抗压强度，检验骨料质量。一般要求岩石抗压强度与混凝土强度之比应不小于1.5，同时作骨料用的岩石，其强度应不低于45 MPa。

压碎指标的测定是将一定质量气干状态下10~20 mm的石子装入一标准圆筒内，在压力机上经160~300 s内均匀加荷到200 kN，卸荷后称出试样质量G0，然后用孔径为2.5 mm的筛筛除被压碎的碎粒，称取试样的筛余量G1，则压碎指标按下式计算：

压碎指标值越小，说明骨料抵抗压碎的能力越强，骨料的压碎指标值不应超过表5.9及表5.10的规定。

表5.9　碎石的压碎指标值

表5.10　卵石的压碎指标值

2）坚固性

风化了的石子称为软弱颗粒。骨料软弱颗粒含量应不超过总质量5%~12%。火成岩坚固致密，多为优质骨料。而火山渣、火山砾石或浮石等多孔质构造的火山岩结构疏松，吸水率大，强度低，一般不作为普通混凝土骨料使用。沉积岩有软质、硬质或结构疏松或致密等不同结构，其中硬质砂岩和硬质石灰岩适宜作骨料，软质沉积岩具有多孔构造，易于风化，不宜用作骨料。因此，当骨料中沉积岩含量较多时（尤其是页岩和砾岩性质变化幅度大），使用应慎重。

通常用的卵石、碎石和河砂，坚固性大多能满足要求，在对坚固性有怀疑时或选择采石场时，才作坚固性检验。骨料的坚固性可用冰结法、硫酸钠饱和溶液浸泡法试验或压碎指标试验、刻痕试验、冲击值试验等方法测定。通常用硫酸盐浸泡来检验，试样经5次循环后，其质量损失不超过表5.11的规定。

表5.11　碎石或卵石的坚固性指标