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一、問題的提出

混凝土的“強(qiáng)度—耐久性”矛盾長期存在：高標(biāo)號水泥、低水膠比能提升強(qiáng)度，卻可能因收縮開裂而犧牲耐久性；而過度追求耐久性（如大摻量礦物摻合料）又常導(dǎo)致早期強(qiáng)度不足。傳統(tǒng)研究多聚焦膠凝材料，卻忽視了一個(gè)關(guān)鍵變量——骨料粒徑分布。本文基于現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出一個(gè)核心觀點(diǎn)：骨料粒徑不是簡單的“填充骨架”，而是通過級配調(diào)控、界面效應(yīng)和孔隙結(jié)構(gòu)三重機(jī)制，成為平衡強(qiáng)度與耐久性的“隱形杠桿”。

二、粒徑對性能的三重影響機(jī)制

1. 級配效應(yīng)：從“密實(shí)堆積”到“應(yīng)力緩沖”

連續(xù)級配（525mm連續(xù)粒徑）：減少孔隙率，降低滲透通道，耐久性提升30%（凍融循環(huán)試驗(yàn)）。

間斷級配（單一粒徑如20mm為主）：雖強(qiáng)度略高（骨料咬合作用），但孔隙率增加導(dǎo)致氯離子擴(kuò)散系數(shù)提高倍。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：引入10%超細(xì)骨料（<0.15mm）可填充界面過渡區(qū)（ITZ）微裂縫，使抗?jié)B等級從P8躍升至P12，而強(qiáng)度僅下降5%

2. 界面效應(yīng)：粒徑—ITZ的“尺寸匹配”

粗骨料（20mm）：ITZ厚度達(dá)50，氫氧化鈣定向排列，成為裂縫源。

細(xì)骨料（<5mm）：ITZ減薄至20，且摻入粉煤灰后生成CSH凝膠，界面粘結(jié)強(qiáng)度提高40%

新觀點(diǎn)：提出“臨界粒徑”概念（約10mm），超過此值后ITZ缺陷呈指數(shù)級增長。

3. 孔隙結(jié)構(gòu)：從“連通孔”到“封閉孔”

激光掃描顯示：粒徑<0.6mm的骨料可使100nm以下無害孔比例從45%增至72%，阻斷毛細(xì)水遷移。

壓汞試驗(yàn)證實(shí)：優(yōu)化級配后，總孔隙率不變，但有害孔（100nm）減少60%，碳化深度降低50%

三、配合比優(yōu)化：粒徑杠桿的“動(dòng)態(tài)平衡”

基于上述機(jī)制，提出“粒徑—性能響應(yīng)面模型”：

目標(biāo)性能

粒徑策略

驗(yàn)證案例（C30混凝土）

高強(qiáng)度（>C50

間斷級配+5%硅灰

28天強(qiáng)度62MPa，但碳化深度增加

高耐久性

連續(xù)級配+10%超細(xì)骨料+粉煤灰

抗凍等級F300，強(qiáng)度保持率95%

平衡型

臨界粒（10mm主導(dǎo)）+礦渣粉

強(qiáng)度45MPa，碳化深度降低70%

四、爭議與展望

爭議：超細(xì)骨料（<0.08mm）是否屬于“惰性填充”？最新XRD分析表明其表面可誘導(dǎo)CSH成核，反駁傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

未來方向：

1. 利用CT三維重構(gòu)量化粒徑—ITZ—裂縫的關(guān)聯(lián)；

2. 開發(fā)“粒徑梯度混凝土”（表層細(xì)骨料抗?jié)B，核心粗骨料減重）。

五、結(jié)論

骨料粒徑不是配角，而是通過級配設(shè)計(jì)、界面調(diào)控、孔隙重構(gòu)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度—耐久性協(xié)同的“關(guān)鍵先生”。未來混凝土設(shè)計(jì)應(yīng)從“水泥主導(dǎo)”轉(zhuǎn)向“骨料主導(dǎo)”，讓粒徑成為綠色高性能混凝土的“第一設(shè)計(jì)參數(shù)”。

一句話總結(jié)：別再只盯著水膠比了，骨料粒徑才是那個(gè)能“四兩撥千斤”的隱形冠軍。

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國建筑固廢和尾礦泥漿處理及資源化利用大會(huì)暨中國砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會(huì)

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

混凝土（砂漿）試驗(yàn)檢測方法實(shí)操教學(xué)線上培訓(xùn)

【咨詢服務(wù)】

科技成果評價(jià)

預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設(shè)

產(chǎn)品檢測

綠色建材產(chǎn)品認(rèn)證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務(wù)】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復(fù)合摻合料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評價(jià)和開發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專業(yè)委員會(huì)、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會(huì)、中國砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評價(jià)工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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