為什麼在混凝土中水灰比越低骨料的粒徑對混凝土的強度影響越大，而在較高水灰比中影響卻不大？
就像這表中的情況
個人拙見。
在細觀層次上，混凝土由水泥砂漿、粗骨料及二者間界面過渡區（ITZ）三相組成。
在混凝土的澆築過程中，由於骨料邊界的存在，使得骨料周圍的水泥顆粒的排列比遠離骨料的水泥顆粒要鬆散，形成力學性能較弱的界面過渡區。一般認為，在這三相中，骨料強度 &> 水泥砂漿 &> 界面過渡區。
混凝土的破壞過程個人認為就是裂縫的發展過程，微裂縫的形成，發展，最終形成貫穿的大裂縫，混凝土破壞。微裂縫的形成一般就從界面過渡區開始形成，有沒有發現混凝土最後的破壞面上有很多的骨料邊界？（學渣表示後悔混凝土試驗課沒好好觀察。&>_&<。盜圖一張）
好。切回正題。
微裂縫產生於界面過渡區（即粗骨料邊界），如果要貫通並最終導致破壞的話，必須使水泥砂漿破壞形成裂縫貫穿的「通道」。
當水灰比較小的時候，水泥砂漿的強度較大（明顯大於界面過渡區的強度）。形成單位長度的「通道」比在界面過渡區擴展單位長度的微裂縫要更困難。此時，粗骨料的最大粒徑越小，所需要的「通道」越長，所以混凝土的抗壓強度越大。
而當水灰比較大的時候，水泥砂漿的強度較小（比界面過渡區的強度大不了多少）。形成單位長度的「通道」和在界面過渡區擴展單位長度的微裂縫難度相差不大。所以此時無論粗骨料的最大粒徑是多少，如果假設最後形成的貫穿裂縫相似的話，混凝土的抗壓強度相差不大。
其實界面過渡區的強度和很多因素有關，粗骨料的粗糙度，粗骨料的形狀，水泥砂漿的強度等等。我這裡也是最簡單的假設，不一定都對。謝謝。
這張圖的原始出處是 Cordon, William A., and Gillespie, Aldridge H., 「Variables in Concrete Aggregates and Portland Cement Paste which
Influence the Strength of Concrete,」 Proceedings of the American Concrete Institute, vol. 60, no. 8, American Concrete
Institute, Farmington Hills, Michigan, August 1963, pages 1029 to 1050; and Discussion, March 1964, pages 1981 to 1998.
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.
這張圖可以從兩個方面解讀，粗骨料最大粒徑 (MSA) 對混凝土強度的影響可以認為是這兩個方面的疊加。
如果控制強度不變，比如圖中紅色所示，都是35兆帕左右。為了達到這個混凝土強度目標，如果MSA 是18毫米左右，那麼水灰比需要0.55；如果 MSA 是50毫米左右，那麼水灰比可以做到0.4。也就是說，強度不變，MSA 越大，水灰比就越小，相應的密實度、耐久性等性能也就越好。從這個角度看，大的 MSA 對混凝土性能有好的作用。
如果控制強度不變，比如圖中紅色所示，都是35兆帕左右。為了達到這個混凝土強度目標，如果MSA 是18毫米左右，那麼水灰比需要0.55；如果 MSA 是50毫米左右，那麼水灰比可以做到0.4。也就是說，強度不變，MSA 越大，水灰比就越小，相應的密實度、耐久性等性能也就越好。從這個角度看，大的 MSA 對混凝土性能有好的作用。
如果控制水灰比不變，比如這張圖中的紅色折線，水灰比均為0.4，那麼隨著MSA的增大，混凝土強度顯著降低。從這個角度看，大的 MSA 對混凝土性能有不利影響。
如果控制水灰比不變，比如這張圖中的紅色折線，水灰比均為0.4，那麼隨著MSA的增大，混凝土強度顯著降低。從這個角度看，大的 MSA 對混凝土性能有不利影響。
綜合這兩個方面，到底是利大於弊，還是弊大於利，Mehta 和 Monteiro 給出的結論是The net effect will vary with the water-cement ratio of the concrete and the type of applied stress.
具體到弊大於利的這一方面，為什麼 MSA 越大，ITZ 的影響就越明顯呢？為什麼 ITZ 會降低混凝土的強度呢？
所謂的 ITZ，就是骨料與水泥漿之間的過渡區。傳統的觀點認為混凝土由兩種相組成：骨料和水泥漿；現在的一些觀點認為混凝土由三種相組成：骨料、水泥漿、ITZ。
ITZ 的存在可以解釋很多問題：- 為什麼混凝土受拉是脆性破壞，而受壓卻不是明顯的脆性破壞？
- 單獨測試骨料，單獨測試水泥漿，它們幾乎都是線彈性材料，為什麼骨料和水泥漿組成的混凝土卻是非線性材料？
- 為什麼混凝土的抗壓強度比抗拉強度大一個數量級？
- 為什麼相同條件下的水泥漿的強度總是大於加了骨料之後的混凝土的強度？
- 為什麼混凝土的滲透性比水泥漿要高一個數量級，即使骨料的級配非常合理？
骨料和水泥漿之間結合力主要是范德華力，而介於骨料和水泥漿之間的過渡區 ITZ 並不密實，孔洞的體積和數量都要大於水泥漿。這些孔洞的存在削弱了骨料和水泥漿之間的作用力。另外，ITZ 存在有方向性的氫氧化鈣晶體，容易發生解理，進一步削弱了強度。
更重要的是，ITZ 存在大量的微小裂縫，尤其是骨料粒徑很大的時候。在混凝土水化的過程中，骨料表面可能會形成水膜，粒徑越大，水膜越厚，尤其是在骨料底部，形成了非常明顯的薄弱部位。在外界的輕微擾動產生的拉應力作用下，這些地方的混凝土可能就會開裂，形成微小裂縫。也就是說，即使沒有外部荷載，混凝土自身已經有裂縫了。在外部荷載施加以後，這些裂縫會逐漸擴展，導致混凝土的最終破壞。
那我們應該如何應對呢？為了減弱 ITZ 的不利影響，目前可以採取的措施包括減小水灰比、添加SCMs（粉煤灰、礦渣等）、減小骨料最大粒徑 MSA、延長養護時間等等。難得干這麼土的一個行業，也會有人邀請回答一下問題。那是抑制不住的高興呀！
我看題主的貼圖來自課本，所以顯然你不滿足於課本旁邊的說明，才來問的。那我假設你問這個問題有兩個需要，第一，真的想了解更多。第二，想以此為研究課題寫論文，或是為了優（zhuang）雅(bi)的談論下混凝土。如果為了後者，前面幾位的回答應該大概可以滿足你了，我昨晚看的時候， 還有位專家學者看起來逼格很高的答案 ，贊同的很多，我想如果題主第一時間看到，應該可以滿足了。如果還有需要，我最後可以再補充些。如果是為了前者，那我來跟你說道兩句。
說之前，先說個笑話破題，說是有個學生去問語文老師題目，語文老師滔滔不絕的跟他講了半天為這題選B，講完一看，原來這題選C，然後語文老師面不改色的說，"那我們現在來看看這題為什麼選C"。
看到問題時，就發現題主的問題後半句跟圖是不對應。於是誠惶誠恐的去查查看下原圖是不是真是這樣，不然跟上面那語文老師樣就尷尬了。但這點也體現出了我們這門學科尷尬的地方，今天你把 這個圖反過來貼，下面同樣能有一批人跟你分析出為什麼，「粒徑對高水膠比影響更大！」
所以上面幾位的「結論」是相當有代表性的，那就是「不一定都對」跟「權當瞎扯」。為什麼會這樣， @徐騰飛老師也提到了，因為混凝土的機理很複雜。裡面各種因素，相互對抗，「不是東風壓倒西風，就是西風壓倒東風」所以，一些小的方面上，你這樣分析機理也可以，你那樣分析機理也沒錯，但重點就是你先知道答案，然後馬後炮一下，說我一看就知道肯定是東風壓西風嘛。不然，出醜難免。
我干這行七年，做過省市課題，也在一線拌過近百萬方的混凝土，現在又回來當救火隊，覺得這行唯一順則昌，逆則亡的只有鮑羅米公式所闡述的機理，除此之外，都可一試。
所以我們這跟嘗百草差不多，你吃好了，醫生說，他早知道，你吃死了，醫生也說他早知道。然後經過很長的時間之後，吃死很多人後，就會知道哪些會吃死，哪些不會，然後千年後的醫生跟你講（吹）機（牛）理（逼），你就會覺得他好厲害。其實這黨人也是瞎猜的。
那麼問題來了，那我們廢老鼻子力到底是學些什麼呢？我的答案的就是記住結論就可以。出問題時，多個方向可以試。如本題，當你發現，你的高水膠比混凝土的強度不理想時，因為有這個圖，你就可以試下降低骨料的粒徑，那是不是會有作用呢，那肯定不一定。不行我們接著試別的就好了……
在現階段的技術力量，標準規範跟不上的情況下（希望有天能跟上），這門學科基本還是靠蒙，與其他基本靠蒙的學科，如經濟學，醫藥學一樣，我們學科最有力的武器就是數理統計學——你對自己提出的假設驗證得越多，你越有可能排除未知，預測結果，而排除未知，預測結果不正是我們最希望得到的嗎，至於那些機理，等微觀掃描成象，數學模型，跟大型計算機計算跟智能手機一樣普及的時候再說吧。
最後補充，就是萬一其實您不是為了興趣而進行探討，請乎略以上，直接看這裡：關於機理，除了Cordon Gillispie在我爸還沒上小學時就提出的這套，我所知的還有這些人提出過他們的機理解說，吳中偉院士的「中心質假說」，大概意思是骨料周圍一定範圍內強度高，這些範圍是可疊加的，於是骨料細，那麼這些範圍疊加的就多，於是強度高，反之強度低。
球堆模型，首先設定顆粒是等大的球體，分析等大球體集合（排列）的各種可能格局，進而再研究原模型試樣的空隙度。從而組建某一具體模型和球粒裝填方式。
J.Hrubisek,L.C.Grathn.H.J.Fraser等人都對等大粒徑和不同粒徑的球粒群及其孔隙率進行了研究。
經典的骨料顆粒連續和級配理論主要有：W.B.Fuller和S.E.Thompson的最大密度理論，J.Bolomey,RFeret,Zunch聯邦實驗室，A.Birebent等的級配公式等。一般說來，集料平均粒徑D-0.67Dmax，並取決於集料的級配。
1933年美國學者C.A.GWemouth,從理論上提出了粒子干涉學說．
經典的骨料顆粒間斷級配理論主要有RFeret,R.Vallett,等的間斷級配理論。
我國水利部長江委技術委員會委員劉崇熙，通過對幾個著名的級配公式的實驗研究提出混凝土骨料包圍垛密組合機理。並且發現，混凝土中各種固體顆粒在空間分布的統計規律，既是相互包圍，又是相互堆垛的，並和水泥水化凝膠作用，造就混凝土成為一種緻密結構，稱之為包圍垛密結構。
以上，謝謝。
就是因為低強度中骨料提供的力的比例大，高強度中小，具體可參考材料力學不同材料組合桿體的模型。
另，砼的破壞是剪壞，骨料之間的嵌固使得剪強度加大。在凝膠粘結力高時，凝膠為抗剪主體，低的時候反而是骨料是抗剪主體。
從 @徐騰飛 老師回答又刪開始，就在悄悄關注這個問題；又看了 @豬小寶 的回答，沒有解釋水膠比的關係。混凝土專業良心回答。
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有兩個基本觀點，需要聲明一下，因為這張圖可以從這兩個點來解讀：1.顆粒（包括骨料）粒徑越小，比表面積越大，且大致與直徑成反比；2.水的質量在普通混凝土中是除空氣外最小的，因此會發生泌水。
大家都在回答ITZ（interfacial transition zone，界面過渡區），因為ITZ脆弱，在體系中相當於缺陷。而ITZ的形成正是由於混凝土中水的密度小，因此會上浮，發生局部泌水。大概就是下面這樣，紅色表示泌水區域。保水性再好的混凝土拿到SEM下面都會看到這個現象，除非加壓成型。
而水在水化過程中消耗，給ITZ的形成提供了空間。
上圖為ITZ結構，最左邊為骨料，中間六方板狀為CH（氫氧化鈣），右邊為C-S-H凝膠。在這個體系中，CH的強度最低，所以破壞總是發生在這裡。
下面就要用到兩個基本觀點了。
水在新拌混凝土中需要首先潤濕顆粒的表面，提供流動性以及後期用來反應。所以在同一水膠比下，可以比表面積可以衡量潤濕需要水的多少（加入外加劑，減少潤濕用水，以此增加流動性用水）。所以，小粒徑顆粒增加，使整個體系的表面積增大，因而改善了骨料周圍的局部泌水現象，使骨料與水泥石本體之間的局部水灰比降低，從而界面過渡區和水泥石本體的水灰比梯度減小。局部水灰比的減小使得界面處CH晶體定向排列的空間減小，從而造成界面過渡區縮短。使用小顆粒骨料，就想當於缺陷數量與密度減少，強度自然高。這一點解釋了為什麼最大粒徑小而強度高。
但是，如果水膠比太高了，高到足以潤濕顆粒、足以提供流動、足以提供水化用水，這時候，ITZ似乎沒什麼太大影響了。就算是凈漿，做到很大水膠比，強度也是很低的，這一點不用贅述了吧。所以為什麼當水膠比到0.7的時候，強度會這麼低。
骨料比表面積越大，ITZ被細化，強度越高，而骨料粒徑越小，比表面積越大，可以看成是與粒徑反相關。所以，可以看成是骨料粒徑與強度反相關，認為是f=K*1/d（K用來修正比例，大於零），所以關於d求二次導，值小於零，所以判定是凸函數。
以上
1,隨著粗骨料粒徑的加大。其與水泥漿體的粘結消弱，增加；混凝土材料內部結構的不連續性，導致混凝土強度降低。
2，粗骨料在混凝土中對水泥收縮起約束作用。由於集料與水泥漿體彈模不同，在內部產生拉應力，此應力隨粒徑增大而增大，會導致混凝土強度降低。
3，隨著粒徑增大，在骨料界面過渡區的氫氧化鈣晶體的定向排列程度增大，使界面結構削弱，從而降低混凝土強度，
4，粒徑大的石子往往在其下部產生水囊（泌水產生的），從而削弱混凝土強度。
對於高水灰比的混凝土來說，本身強度就較低，所以這些不利因素未能完全顯現，混凝土本身就已經OVER了。
修改。我們把水泥漿看成混凝土骨料間的粘合劑。施加同樣的外荷載，水泥漿和骨料共同承擔。所以水灰比小時，水少，相對的骨料就多。這時主要表現為顆粒承擔荷載。而骨料粒徑越小，則接觸面積大，所以同樣的外力產生的應力會小。表現在材料上就是材料能承受應力的能力更強。而水灰比大時，水多，骨料相對較少。試想全是水泥漿了，只有極少骨料的極端情況。好比花生米袋子里全是水，只有幾顆花生米。花生米類比骨料，水類比水泥漿，你用力捏袋子，是不是都是水在承擔你的力？所以這時顆粒大小並不會產生影響，而主要由水泥漿承擔。
首先，樓主要明白就是同等條件下，水灰比越高，砼強度越低。但是在考慮流動性後，我們又要打個問號。隨著骨料粒徑的增大，骨料之前的契合程度越差！越容易形成應力集中！最終強度降低！而且，不合適的級配，容易造成離淅、一般而言，在超過一定粒徑後離淅越明顯，這就造成強度整地降低！高水灰比下，理論強度本身已經很低，離淅現象就算髮生，也不會太明顯。而此時，就有骨料強度決定。另外，低水灰比條件下，一般不會有自密實特性，流動性差，易造成不均勻等。還有就是，骨料粒徑過大，水灰集度越高，容易出現干縮(收縮？記不清了)，而低水灰比下，本身強度已經很低 干縮造成的影響遠不如水灰比來的明顯。說得比較亂，大概就這些。土木工程材料考得不好，可能亂說的。權當瞎扯
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