1 综述
1.1 混凝土骨料特性
混凝土骨料是混凝土的重要组成部分，其重量或体积均占混凝土的80%以上，在水电工程中形象地将混凝土骨料生产系统比作混凝土大坝的“粮仓”，骨料在混凝土中的地位由此可见。混凝土骨料的各项特性都直接或间接地影响着混凝土的各项性能指标。
混凝土骨料的部分特性，如密度、抗压强度、弹性模量、坚固性、碱活性、吸水率以及可碎性等，都是骨料岩石自身的一些物理化学性能，称为混凝土骨料的自然特性。混凝土骨料根据其料源又可分为人工骨料和天然骨料，人工骨料的料源一般比较单一，矿物的自然特性相对比较稳定，而天然骨料由于其原岩种类繁多，成因复杂，其自然特性也极其不稳定。
混凝土骨料还有一部分特性（如粒径大小、外观形状、级配、含泥量）细骨料的石粉含量及含水率等，这些特性都是在骨料生产过后才形成的特性，称为混凝土骨料的人为特性。
1.1.1 混凝土骨料自然特性
（1）混凝土骨料密度。通常用表观密度和堆积密度来描述混凝土骨料单位体积的质量，表观密度可以认为就是物料的干密度；堆积密度是指骨料在自然堆积、未经振实状态下单位体积（该体积含骨料之间空隙）的重量，也称为堆积密度，堆积密度不仅取决于表观密度，还跟物料的空隙率有关系，所以堆积密度也可从一定程度上反映骨料的级配是否合理。
（2）混凝土骨料的坚固性。直接反映骨料在气候或其他物理因素作用下抵抗破坏的能力。骨料的坚固性与原岩的节理、孔隙率、孔分布、孔结构及其吸水能力等因素有关。当水进入这些弱面及孔穴中，受冻后结冰膨胀，交变地结晶，膨胀压力导致骨料沿弱面崩裂。故骨料的坚固性一般可以理解为抗冻性。
（3）混凝土骨料的碱活性。碱活性反应是骨料中的活性二氧化硅（如蛋白石、玉髓等）或碳酸盐类成分（如白云质石灰岩、方解石质石灰岩中的白云石等）在一定条件下与水泥中的碱产生的膨胀性反应，破坏已硬化的混凝土。将这种可和强碱起破坏性反应的骨料称为碱活性骨料。在料源选择时一般都应尽量避免将有碱活性反映的原料用来加工混凝土骨料。
（4）混凝土骨料的跌落损失。骨料的跌落损失是针对混凝土粗骨料而言的，粗骨料的跌落损失与其原岩的抗压强度、节理和裂隙密集度等因素有关，通过跌落试验掌握粗骨料的不同高差、不同跌落次数的跌落损失规律，为半成品骨料或成品粗骨料在存储、转运时控制跌落高度提供依据，也便于控制混凝土入仓落差。
（5）岩石的可碎性和磨蚀指数。可碎性是反映矿物在加工生产过程中破碎的难易程度的指标，岩石可碎性主要取决于料源矿物的抗压强度，通常岩石的抗压强度越高，破碎起来越困难，例如用天然的卵石生产混凝土骨料时，大部分天然卵石的抗压强度很高，破碎很困难，那么就说其可碎性很差。当然岩石的晶体结构、裂隙与节理的发育程度也与岩石的可碎性有一定关系。岩石可碎性按抗压强度分类见表1-1，即使同一料场的岩石其抗压强度也会有差别，使用时一般取平均值。
表1-1 岩石可碎性按抗压强度分类表
岩石的磨蚀性是物料对粉碎工具（钢棒、衬板等）造成一定程度磨蚀的性质，岩石磨蚀性的主要因素是岩石的整体坚固程度和硬矿物含量，通常用磨蚀指数来反映这一性质，磨蚀指数可通过物流磨蚀实验确定。决定岩石磨蚀性的主要因素是岩石中的石英含量。在人工砂石料系统加工中，有些岩石含有大量的石英等能快速磨蚀设备的一些成分，导致其破碎或碾磨十分困难且生产成本很高。例如五强溪水电站混凝土骨料料源为莫氏硬度达7.0以上的石英砂岩，不仅岩石的抗压强度很高而且磨蚀指数很大。因此，在进行混凝土骨料生产系统工艺设计和设备选型时须与矿物的可碎性和磨蚀性相适宜。
1.1.2 混凝土骨料人为特性
在水电工程中，混凝土骨料分为粗骨料和细骨料两种，粗骨料也称为碎石，粒径在5～150mm范围内，细骨料也称为砂，粒径在0～5mm范围内。为了便于在混凝土拌制过程中调整骨料级配，以及减少其在存储、转运等过程中发生分离，一般把混凝土粗骨料分为多个等级，水工混凝土多为大体积混凝土。因此，把混凝土粗骨料分为150～80mm、80～40mm、40～20mm和20～5mm四个等级，分别称为特大石、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较饱满、方圆，因为针状或片状的骨料会对混凝土结构不利；粗骨料外观要求干净，表面不含泥和石粉；粗骨料的级配特性通常由超径、逊径和中径筛余量三个指标来衡量。
（2）细骨料的主要特性。
1）含水率和表面含水率、吸水率：细骨料的含水率和表面含水率主要用于拌制混凝土时修正水和细骨料用量。含水率和表面含水率是分别描述在烘干和饱和面干两种状态下的细骨料含水率，两者的差值可近似地理解为骨料的吸水率。
2）细度模数：细度模数是反映细骨料中不同粒径级配分布情况特性的指标，细骨料的级配影响砂自身的空隙率。细度模数合理，会实现细粒填充中粒空隙，细粒、中粒填充粗粒空隙的紧密充填，降低空隙率。这将有利于改善拌和物的和易性和硬化体的稳定性，并节约水泥用量。
3）石粉：石粉是指细骨料中0.16mm以下颗粒，其中0.08mm以下颗粒在人工细骨料中称微粒物料含量，在天然细骨料中则视为黏土、淤泥。在人工骨料生产中，根据工程的具体要求也可将其作为控制指标。例如微粒物料适当偏高对碾压混凝土施工有利，浇筑抗冲耐磨混凝土、预应力混凝土等特殊混凝时微粒物料含量不宜过高。
混凝土骨料的自然特性和人为特性之间存在着内在联系，其自然特性好比已知条件，混凝土骨料的人为特性可认为是要求或者说是目标，那么如何根据已知条件来达到目标，这就是骨料生产系统设计、施工和运行管理的过程。例如玄武岩由于其特殊的晶体结构在破碎过程中容易产生针片状，那么在工艺设计时就需要考虑调整粒型的工艺或选择产品粒型良好的破碎设备；性脆的岩石在破碎时产生的粉状物较多，在工艺设计和设备配置时需要考虑调整石粉含量等，由于岩石特性的不同，则相应的生产工艺和设备选型也应有所不同。