1　綜述

1.1　混凝土骨料特性

混凝土骨料是混凝土的重要組成部分，其重量或體積均占混凝土的80%以上，在水電工程中形象地將混凝土骨料生產系統比作混凝土大壩的“糧倉”，骨料在混凝土中的地位由此可見。混凝土骨料的各項特性都直接或間接地影響著混凝土的各項性能指標。

混凝土骨料的部分特性，如密度、抗壓強度、彈性模量、堅固性、堿活性、吸水率以及可碎性等，都是骨料巖石自身的一些物理化學性能，稱為混凝土骨料的自然特性。混凝土骨料根據其料源又可分為人工骨料和天然骨料，人工骨料的料源一般比較單一，礦物的自然特性相對比較穩定，而天然骨料由于其原巖種類繁多，成因復雜，其自然特性也極其不穩定。

混凝土骨料還有一部分特性（如粒徑大小、外觀形狀、級配、含泥量）細骨料的石粉含量及含水率等，這些特性都是在骨料生產過后才形成的特性，稱為混凝土骨料的人為特性。

1.1.1　混凝土骨料自然特性

（1）混凝土骨料密度。通常用表觀密度和堆積密度來描述混凝土骨料單位體積的質量，表觀密度可以認為就是物料的干密度；堆積密度是指骨料在自然堆積、未經振實狀態下單位體積（該體積含骨料之間空隙）的重量，也稱為堆積密度，堆積密度不僅取決于表觀密度，還跟物料的空隙率有關系，所以堆積密度也可從一定程度上反映骨料的級配是否合理。

（2）混凝土骨料的堅固性。直接反映骨料在氣候或其他物理因素作用下抵抗破壞的能力。骨料的堅固性與原巖的節理、孔隙率、孔分布、孔結構及其吸水能力等因素有關。當水進入這些弱面及孔穴中，受凍后結冰膨脹，交變地結晶，膨脹壓力導致骨料沿弱面崩裂。故骨料的堅固性一般可以理解為抗凍性。

（3）混凝土骨料的堿活性。堿活性反應是骨料中的活性二氧化硅（如蛋白石、玉髓等）或碳酸鹽類成分（如白云質石灰巖、方解石質石灰巖中的白云石等）在一定條件下與水泥中的堿產生的膨脹性反應，破壞已硬化的混凝土。將這種可和強堿起破壞性反應的骨料稱為堿活性骨料。在料源選擇時一般都應盡量避免將有堿活性反映的原料用來加工混凝土骨料。

（4）混凝土骨料的跌落損失。骨料的跌落損失是針對混凝土粗骨料而言的，粗骨料的跌落損失與其原巖的抗壓強度、節理和裂隙密集度等因素有關，通過跌落試驗掌握粗骨料的不同高差、不同跌落次數的跌落損失規律，為半成品骨料或成品粗骨料在存儲、轉運時控制跌落高度提供依據，也便于控制混凝土入倉落差。

（5）巖石的可碎性和磨蝕指數。可碎性是反映礦物在加工生產過程中破碎的難易程度的指標，巖石可碎性主要取決于料源礦物的抗壓強度，通常巖石的抗壓強度越高，破碎起來越困難，例如用天然的卵石生產混凝土骨料時，大部分天然卵石的抗壓強度很高，破碎很困難，那么就說其可碎性很差。當然巖石的晶體結構、裂隙與節理的發育程度也與巖石的可碎性有一定關系。巖石可碎性按抗壓強度分類見表1-1，即使同一料場的巖石其抗壓強度也會有差別，使用時一般取平均值。

巖石的磨蝕性是物料對粉碎工具（鋼棒、襯板等）造成一定程度磨蝕的性質，巖石磨蝕性的主要因素是巖石的整體堅固程度和硬礦物含量，通常用磨蝕指數來反映這一性質，磨蝕指數可通過物流磨蝕實驗確定。決定巖石磨蝕性的主要因素是巖石中的石英含量。在人工砂石料系統加工中，有些巖石含有大量的石英等能快速磨蝕設備的一些成分，導致其破碎或碾磨十分困難且生產成本很高。例如五強溪水電站混凝土骨料料源為莫氏硬度達7.0以上的石英砂巖，不僅巖石的抗壓強度很高而且磨蝕指數很大。因此，在進行混凝土骨料生產系統工藝設計和設備選型時須與礦物的可碎性和磨蝕性相適宜。

1.1.2　混凝土骨料人為特性

在水電工程中，混凝土骨料分為粗骨料和細骨料兩種，粗骨料也稱為碎石，粒徑在5～150mm范圍內，細骨料也稱為砂，粒徑在0～5mm范圍內。為了便于在混凝土拌制過程中調整骨料級配，以及減少其在存儲、轉運等過程中發生分離，一般把混凝土粗骨料分為多個等級，水工混凝土多為大體積混凝土。因此，把混凝土粗骨料分為150～80mm、80～40mm、40～20mm和20～5mm四個等級，分別稱為特大石、大石、中石和小石。

（1）粗骨料的主要特性。粗骨料的粒型一般要求比較飽滿、方圓，因為針狀或片狀的骨料會對混凝土結構不利；粗骨料外觀要求干凈，表面不含泥和石粉；粗骨料的級配特性通常由超徑、遜徑和中徑篩余量三個指標來衡量。

（2）細骨料的主要特性。

1）含水率和表面含水率、吸水率：細骨料的含水率和表面含水率主要用于拌制混凝土時修正水和細骨料用量。含水率和表面含水率是分別描述在烘干和飽和面干兩種狀態下的細骨料含水率，兩者的差值可近似地理解為骨料的吸水率。

2）細度模數：細度模數是反映細骨料中不同粒徑級配分布情況特性的指標，細骨料的級配影響砂自身的空隙率。細度模數合理，會實現細粒填充中粒空隙，細粒、中粒填充粗粒空隙的緊密充填，降低空隙率。這將有利于改善拌和物的和易性和硬化體的穩定性，并節約水泥用量。

3）石粉：石粉是指細骨料中0.16mm以下顆粒，其中0.08mm以下顆粒在人工細骨料中稱微粒物料含量，在天然細骨料中則視為黏土、淤泥。在人工骨料生產中，根據工程的具體要求也可將其作為控制指標。例如微粒物料適當偏高對碾壓混凝土施工有利，澆筑抗沖耐磨混凝土、預應力混凝土等特殊混凝時微粒物料含量不宜過高。

混凝土骨料的自然特性和人為特性之間存在著內在聯系，其自然特性好比已知條件，混凝土骨料的人為特性可認為是要求或者說是目標，那么如何根據已知條件來達到目標，這就是骨料生產系統設計、施工和運行管理的過程。例如玄武巖由于其特殊的晶體結構在破碎過程中容易產生針片狀，那么在工藝設計時就需要考慮調整粒型的工藝或選擇產品粒型良好的破碎設備；性脆的巖石在破碎時產生的粉狀物較多，在工藝設計和設備配置時需要考慮調整石粉含量等，由于巖石特性的不同，則相應的生產工藝和設備選型也應有所不同。