这张图的原始出处是 Cordon, William A., and Gillespie, Aldridge H., “Variables in Concrete Aggregates and Portland Cement Paste whichInfluence the Strength of Concrete,” Proceedings of the American Concrete Institute, vol. 60, no. 8, American ConcreteInstitute, Farmington Hills, Michigan, August 1963, pages 1029 to 1050; and Discussion, March 1964, pages 1981 to 1998.
伯克利的 Mehta 和 Monteiro 的经典教科书 Concrete: Microstructure, Properties, and Materials 也引用了这张图(Fig 3-5)，并且讨论了可能的原因。Mehta 和 Monterio 认为最主要的原因是ITZ 的存在，以下为引用的这本教科书的原文：
Cordon and Gillispie (Fig. 3-5) showed that, in the No. 4 mesh to 3 in. range (5 to 75 mm) the effect of increasing maximum aggregate size on the 28-day compressive strengths of the concrete was more pronounced with a high-strength (0.4 watercement ratio) and a moderate-strength (0.55 water-cement ratio) concrete than with a low-strength concrete (0.7 water-cement ratio). This is because at lower water-cement ratios the reduced porosity of the interfacial transition zone (ITZ) begins to play an important role in the concrete strength.
这张图可以从两个方面解读，粗骨料最大粒径 (MSA) 对混凝土强度的影响可以认为是这两个方面的叠加。
如果控制强度不变，比如图中红色所示，都是35兆帕左右。为了达到这个混凝土强度目标，如果MSA 是18毫米左右，那么水灰比需要0.55；如果 MSA 是50毫米左右，那么水灰比可以做到0.4。也就是说，强度不变，MSA 越大，水灰比就越小，相应的密实度、耐久性等性能也就越好。从这个角度看，大的 MSA 对混凝土性能有好的作用。
如果控制水灰比不变，比如这张图中的红色折线，水灰比均为0.4，那么随着MSA的增大，混凝土强度显著降低。从这个角度看，大的 MSA 对混凝土性能有不利影响。
综合这两个方面，到底是利大于弊，还是弊大于利，Mehta 和 Monteiro 给出的结论是
The net effect will vary with the water-cement ratio of the concrete and the type of applied stress.
具体到弊大于利的这一方面，为什么 MSA 越大，ITZ 的影响就越明显呢？为什么ITZ 会降低混凝土的强度呢？
所谓的ITZ，就是骨料与水泥浆之间的过渡区。传统的观点认为混凝土由两种相组成：骨料和水泥浆；现在的一些观点认为混凝土由三种相组成：骨料、水泥浆、ITZ。
ITZ 的存在可以解释很多问题：
为什么混凝土受拉是脆性破坏，而受压却不是明显的脆性破坏？
单独测试骨料，单独测试水泥浆，它们几乎都是线弹性材料，为什么骨料和水泥浆组成的混凝土却是非线性材料？
为什么混凝土的抗压强度比抗拉强度大一个数量级？
为什么相同条件下的水泥浆的强度总是大于加了骨料之后的混凝土的强度？
为什么混凝土的渗透性比水泥浆要高一个数量级，即使骨料的级配非常合理？
骨料和水泥浆之间结合力主要是范德华力，而介于骨料和水泥浆之间的过渡区ITZ 并不密实，孔洞的体积和数量都要大于水泥浆。这些孔洞的存在削弱了骨料和水泥浆之间的作用力。另外，ITZ 存在有方向性的氢氧化钙晶体，容易发生解理，进一步削弱了强度。
更重要的是，ITZ 存在大量的微小裂缝，尤其是骨料粒径很大的时候。在混凝土水化的过程中，骨料表面可能会形成水膜，粒径越大，水膜越厚，尤其是在骨料底部，形成了非常明显的薄弱部位。在外界的轻微扰动产生的拉应力作用下，这些地方的混凝土可能就会开裂，形成微小裂缝。也就是说，即使没有外部荷载，混凝土自身已经有裂缝了。在外部荷载施加以后，这些裂缝会逐渐扩展，导致混凝土的最终破坏。
那我们应该如何应对呢？为了减弱ITZ 的不利影响，目前可以采取的措施包括减小水灰比、添加SCMs（粉煤灰、矿渣等）、减小骨料最大粒径 MSA、延长养护时间等等。
来源：知乎www.zhihu.com
作者：猪小宝
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