关键词：粗骨料最大粒径；抗压强度；弹性模量；断裂韧度
　　
　　粗骨料的最大粒径通常指骨料公称粒级的上限值，用D_max表示。骨料在混凝土的组成中占70％～80％左右，成为混凝土的重要骨架，粒径大小对混凝土的各项力学性能具有很大的影响。关于混凝土的最大骨料粒径D_max与混凝土断裂韧度K_IC的关系问题，很多学者已经进行了大量的试验研究，取得了许多有价值的成果和结论，但是由于研究方法的差别和具体试验条件的差异，使得结果不尽相同^[1]。文献[2] 中进行混凝土断裂试验研究的粗骨料最大粒径为20 mm，30 mm和40 mm，试验结果表明：混凝土的断裂韧度随骨料粒径增大而增大，但是其增大速率逐渐减小。文献[3]中进行混凝土断裂试验研究的粗骨料最大粒径分别为20 mm，40 mm，80 mm和150 mm，得出结论：断裂韧度随骨料最大粒径Dmax的变化而变化，当D_max<40 mm时，断裂韧度K_IC随D_max的增大而增大；当D_max大于40 mm时，断裂韧度K_IC随D_max的增大而减小。其他一些学者也进行了类似的研究，研究结果不尽相同，为了继续探究粗骨料最大粒径与断裂韧度的关系，本文对粗骨料最大粒径为10 mm，20 mm，30 mm，40 mm和60 mm的混凝土进行了强度和断裂韧度的试验研究^[1]。
　　
　　1 原材料和配合比
　　

　　试验的原材料采用大连水泥厂生产的P.C32.5R复合硅酸盐水泥；拌合及养护的用水为大连地下水。粗骨料采用不同粒径大小的级配碎石；细骨料为中砂，最大粒径为5 mm。配合比水泥：砂：石：水一1：2.02：3.3：0.53，采用粗骨料最大粒径为10 mm，20 mm，30 mm，40 mm和60 mm的5种楔入劈拉混凝土试件，具体配比如表1所示，各组中碎石具体含量分配如表2所示^[1]。

　　2 试验分析
　　

　　2.1 混凝土抗压强度和弹模试验结果

　　试验中分别测得了各组试件28 d的抗压强度、试验时的抗压强度以及弹性模量的实测值和计算值，结果列于表3中，从表3中可以得出混凝土的强度随粗骨料最大粒径的增加呈普遍增大的趋势^[1]。弹性模量的实测值与经验公式的计算值相差不大，在粗骨料最大粒径为40 mm时，实测值与计算值几乎吻合^[1]。骨料的最大粒径对混凝土强度变化的影响，主要是对于粒径不同的骨料，比表面积差别很大，从而需要黏结骨料的水泥浆用量也不相同。在此试验中，除了改变石子的粒径大小之外，其他的材料用量完全相同，这就使得对比变得有针对性。当骨料的粒径很小时，这些颗粒会大幅度增加拌合物的表面积和孔隙率，骨料表面的水泥浆就相对减少，另外，对于小颗粒的骨料，其表面会黏附大量的粉尘，影响骨料界面与水泥浆的黏结强度。当骨料粒径不断增大时，作为混凝土主要支架的骨料开始发挥其有效的抗压作用，加上骨料表面相对水泥浆量的增加，增大了骨料之间的黏结强度。综上所述，随着骨料粒径的增大，混凝土的强度不断增加^[1]。

　　2.2 双K断裂韧度试验结果
　　

　　按照公式计算各组试件的起裂韧度和失稳韧度。通过P_H—CMOD曲线测定的最大水平荷载P_Hmax和裂缝口张开位移临界值CMOD_c。将各组试件的起裂韧度平均值、失稳韧度平均值与粗骨料最大粒径的关系统一绘于图l中^[1]，从图1中可以看出，混凝土的起裂韧度、失稳韧度随D_max的变化而变化，当D_max≤40 mm时，、随粗骨料最大粒径的增大而增大；当D_max>40 mm时，、随D_max的增大而减小^[1]。

　　粗骨料最大粒径D_max对断裂韧度K_IC的影响，主要和粗骨料对裂缝形成与扩展的黏结力的大小以及混凝土内部原生裂缝的开裂程度有关，对于中、小骨料(一般D_max≤40 mm) 的混凝土，骨料的比表面积以及孔隙率相对增加，也就使得骨料单位面积获得的水泥浆相对减少，而在断裂试验中，骨料的抗裂性能主要凭借裂缝处骨料之间的抗拉性能，如果骨料之间的水泥浆数量很少，那么就没有足够的黏结力抵抗裂缝的开裂和扩展，加上小颗粒的骨料容易附着灰尘，使得水泥浆与骨料的黏结力随之下降，所以，此时混凝土的起裂韧度和失稳韧度都不高^[1]。本文的试验结果显示了当D_max=40 mm时，起裂韧度和失稳韧度最大，这也和以往很多学者研究的结果吻合^[2-4]。此时，骨料比表面积减少，保证一定厚度润滑层所需的水泥浆用量最适合，粗骨料对裂缝的形成与扩展的抵抗力以及粗骨料颗粒在混凝土中的机械啮合作用最大^[1]。因此，粗骨料的最大粒径应在条件允许的情况下，尽量选用大一些的。在选用粗骨料时，最佳的骨料最大粒径取决于混凝土材料的水泥用量^[1]。在水泥用量较少的混凝土中，首选粒径偏大的骨料。但并不是粗骨料的粒径越大，断裂韧度就一定会增加^[5]。对于大骨料(一般指D_max>40 mm)的混凝土拌合物，颗粒大的骨料下沉速度明显变快，造成混凝土内部结构分布不均匀，从而增加了骨料界面裂缝表面的缺陷，使得裂缝容易在骨料缺陷处开裂并沿该骨料界面扩展^[1]。另外，对于大骨料的混凝土机械咬合作用一般较低，混凝土的起裂韧度和失稳韧度也不会很高。在普通配合比的结构混凝土中，粗骨料的最大粒径尽量不要超过40 mm^[1]。

　　3 结语
　　
　　(1) 通过对不同粗骨料粒径的混凝土立方体试件28 d的抗压强度和试验时的强度进行对比分析，可以得出，混凝土的抗压强度随粗骨料最大粒径的增加呈普遍增大的趋势^[1]。
　　
　　(2) 弹性模量的实测值与经验公式的计算值相差不大，在粗骨料最大粒径为40 mm时，实测值与计算值几乎吻合^[1]。
　　
　　(3) 对混凝土楔入劈拉试件进行分析，得出结论：混凝土的双K断裂参数、随D_max的变化而变化^[1]。当D_max≤40 mm时，、随D_max的增大而增大；当D_max>40 mm时，、随D_max的增大而减小；当D_max=40 mm时，、均达到最大值。

　　参考文献

　　
　　[1] 王宝嫒．混凝土断裂性能及其影响因素的试验研究[D] ．大连：大连理工大学，2010.53—67．
　　
　　[2] A A Khrapkov．应用断裂力学研究水坝大体积混凝土建筑物的裂缝[J]．岩石、混凝土断裂与强度，1983(1)：52～56．
　　
　　[3] 吴智敏，徐世娘，刘红艳，等．骨料最大粒径对混凝土双K断裂参数的影响[J]．大连理工大学学报，2000，40(3)：358—361．
　　
　　[4] 徐华荣．朱冠美．混凝土断裂韧度K祀的影响因素的研究[J]．水利学报，1984(9)：53—58．
　　

　　[5] 林辰，金贤玉，李宗津．粗骨料粒径和硅灰对混凝土断裂性能影响的试验研究[J].混凝土，2004(10) ：32—34．

　　作者：王宝媛、丁长鑫，长春工程学院土木工程学院；刘秀杰，长春市产品质量监督检验院；纪海军，中铁九局集团大连建设有限公司

编辑：金哲