ng体育下载注册研究探索：关于混凝土粗细骨料一体化级配的试验研究

　　ng体育下载注册研究探索：关于混凝土粗细骨料一体化级配的试验研究本文根据Fuller及Bolomey理想级配曲线《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，结合生产及工程实际，对混凝土用骨料（包括砂及不同粒径石子）的搭配比例进行了计算、试验，并进行了生产及工程实际验证，为更好地控制混凝土中砂石的使用提供了一个思路和方法。

　　虽然混凝土的强度主要是由水胶比决定的，骨料通常不具备化学活性，但骨料在混凝土中占据了68%～ 76%的体积，对浆体起着骨架支撑的作用。骨料可稳定混凝土的体积并降低其成本，同时骨料的粒型、级配、含泥量也会显著影响混凝土的和易性、流动性和耐久性，所以骨料对混凝土的作用不容小觑。

　　由于骨料在混凝土中的骨架支撑作用，所以其颗粒大小、连续性及空隙率是研究的切入点。众所周知，混凝土中的各种原材料拌合在一起后，大石子的空隙由小石子填充，小石子的空隙由砂填充，砂的空隙由粉料填充，那么在混凝土中就应该有一个从粉料到砂、到石子的所有颗粒物料（即水和液体外加剂除外）整体的最佳级配曲线，以使混凝土材料达到最紧密填充。由于水泥、矿粉、粉煤灰的颗粒级配对商品混凝土公司来说目前还很难掌握，而且胶凝材料的用量也不能仅仅根据级配来决定，还要考虑更重要的水胶比，所以0.08mm以下的级配曲线暂不研究。但我们可以有一个从0.08mm到最大骨料粒径的砂石一体化最佳级配曲线。有了这样一个曲线，就可以确定合适的砂率及大小石子掺配比例。相应地，这种一体化理念也可以应用于含泥量、泥块含量等指标，对它们提出一体化总要求，即由粗细骨料带入的含泥总量不能超过多少。假设砂石总用量为1850kg/m3，其中砂900kg/m3，石子950kg/m3，用于C30～C55混凝土时，砂的含泥量要求是

　　3.0%，石子的含泥量要求≤1.0%，则砂石含泥总量≤36.5kg/m3（900×3.0%+950×1.0%）。实际应用中，如果石子含泥量超标，为1.5%，只要砂子洁净到含泥量不超2.0%，则砂石含泥总量为900×2.0%+950×1.5%=32.25(kg/m3)此时的混凝土质量是有保证的。虽然有一种材料稍微超标，但使用后混凝土质量优于第一种（两种原材料都刚刚合格的情况）。有了这种一体化思维意识，更利于我们科学地控制混凝土质量。本文参考了《混凝土新技术》

　　书中Fuller和Bolomey建议的一体化级配曲线公式，对砂、小石子、大石子的掺量进行了计算，然后在试验验证阶段又根据实际情况进行了调整，最终得到了最佳配合比。本文对这一过程进行了论述，供读者参考。为了让读者更好地理解本文，这里先对Fuller和Bolomey建议的四个公式做一简单介绍，详细的请参阅《混凝土新技术》一书P40-P48。

　　x)½(2)上式中A是考虑了工作性要求及骨料类型对公式(1)的修正参数，A=0时，公式(2)与公式(1)相同。A的取值见表1。

　　（1）石：青州5～10mm连续碎石（以下简称细石），表观密度2720kg/m³，松散堆积密度1430kg/m3，孔隙率47.4%，筛分见表2。青州10～20mm单粒级碎石（以下简称小石子），表观密度2720kg/m3，松散堆积密度1420g/m3，孔隙率47.8%，筛分见表3。

　　2720kg/m3，松散堆积密度为1560g/m3，孔隙率43.0%，石粉含量5.0%，亚甲蓝MB值0.5，筛分见表4。（3）水泥：采用当地质量稳定的山东华银水泥。28天抗压强度

　　51.6MPa，抗折强度8.5MPa，标准稠度用水量26.8%。（4）粉煤灰：采用山东华能电厂F类Ⅱ级粉煤灰，细度21.5%，需水量比101%，烧失量4.0%，强度活性指数73%。（5）矿渣粉：采用淄博日强水泥有限公司S95级矿渣粉，比表面积430m2/kg，7天活性指数93%，28天活性指数101%。

　　（1）最大粒径：为减少混凝土结构中材料的各向异性，适应施工现场越来越密的钢筋间距，同时也为减少变量、简化计算，本次试验研究采用骨料最大粒径20mm。

　　（2）目标坍落度：200mm，满足大部分施工现场工作性要求。（3）砂率确定：通过公式(2)，Dmax=20ng体育官网入口，A=14%可计算出各筛孔颗粒通过率，如表5。

　　5mm以下57%的含量均由砂和粉料提供，也就是砂和粉料的含量占全部颗粒物料的57%，根据砂的筛分结果，砂中含有4.2%的底（即0.08mm通过率为4.2%），其余0.08mm的通过率均由粉料提供，假设砂的用量为X，粉料用量为Y，由此列出二元一次方程如下：X+Y=57%，4.2%X+Y=19.4%由此算出：X=39.2%，Y=17.8%。（4）各材料用量计算

　　对于这个理论计算得出的配合比，尚应通过实践验证。对于一个有经验的混凝土技术人员来说，上述配合比是一个“不省心”的配合比，如果应用于坍落度小于160mm的非泵送混凝土尚可，如果用于泵送施工则将频繁被“骚扰”，不是堵泵车就是嫌石子多。因为现在的施工要求混凝土高流态，坍落度大于210mm而且不离析，所以更高的砂率才能达到要求。按经验砂率取52%比较合适，调整后配合比见表6，这个配合比与我们正常使用的C30泵送配合比已经非常接近了。

　　下面研究 880kg 碎石的最佳级配，以对配合比进一步优化，也就是在胶凝材料、水、砂用量固定的情况下如何搭配小石子和细石，使混凝土达到更大的坍落度和更好的工作性。

　　虽然按照Bolomey公式及表5可推算细石占碎石总量的37.5%（360/960×100%=37.5%）时是最佳级配ng体育官网入口，但这个比例是不是最佳级配也要实践检验一下。

　　小石子与细石怎样比例掺配时符合JGJ 52—2006中5～20mm连续级配要求，见表7和图1。

　　由表7及图1可知，小石子与细石掺配比例为8:2虽略有超出规范，但基本符合，其余7:3、6:4、5:5均符合5～20mm连续级配。

　　将上述小石子与细石分别以 10:0、9:1 、8:2、7:3、6:4、5:5 混合均匀后测得的松散堆积密度及算出的空隙率如表8。

　　由表8可知，细石掺量从20%～50%空隙率相差不多，由于堆积密度测量时本身误差比较大，所以基本持平。考虑到在石子质量相同时，细石颗粒越多石子的总表面积越大，砂浆量一定的情况下，包裹石子所需的浆体量就多，反之亦然。假设每个石子都近似于球体，而球体的体积公式V=4π

　　5.3试验验证一定砂浆量，由于细石掺加比例不同，导致的坍落度、和易性、工作性的不同。为了直观对比，进行了下列一组试验。由于只看坍落度，误差比较大，我们增加了一个比较指标“L”，L就是其他参数都相同的情况下（同一搅拌机、相同投料顺序、相同搅拌时间、相同搅拌量），拌合好的混凝土卸到同一接料盘，流淌相同时间时，混凝土拌合物在接料盘流淌的距离，用mm表示。试验结果如表9。

　　试验选用表6中的常用配合比。试验中，随着细石掺量的增加，混凝土的工作性呈现出先增大后减小的趋势。这是由于随着细石的加入，粗骨料空隙率降低，所需填充砂浆变少，富余砂浆变多，混凝土呈现更好的流动性，在掺量

　　20%时达到最佳。随着细石的继续增多，粗骨料总表面积增大，空隙率没有继续减小，富余的自由浆体变少，所以混凝土慢慢失去流动性。从试验可以看出，在均符合连续级配的几种比例中（

　　20%、30%、40%、50%）中细石比例最小的，流动性最佳（砂浆量一定的前提下）。另外，上面6组试验成型试件的7天、28天强度基本相同。看来细石的加入只影响了工作性，由于6个试验水胶比相同，所以出现了相同的强度结果。7天基本在27MPa，28天基本在38MPa。5.4 生产验证和施工验证

　　将同样的试验应用于生产过程和泵送施工过程，得到了相同的结果。随着细石掺量的增加，搅拌电流和泵车泵压亦同样出现先减小后增大的趋势，同样的20% 的细石掺量时，混凝土和易性、流动性最佳。

　　理想级配曲线及实际混合骨料和计算混合骨料的级配曲线。为了把通过率表现得更清楚，图2中的横坐标将筛孔直径用其对数值表示ng体育官网入口，即lgd。

　　表10及图2中，进行了三个级配曲线的对比。其中理想曲线)，粉料及骨料已知的情况下，确定的纯骨料的理想级配曲线kg，所以

　　=69%其余以此类推。砂、细石、小石子的各级通过率由前面材料筛分的累计筛余计算获得。计算混合骨料是由理论计算的砂石用量及比例（砂880kg，占48%；细石 360kg，占20%；小石子 600kg，占32%）其各筛孔通过率累加之和。如计算混合骨料10mm筛通过率为：

　　从图2中可知，理论计算的和调整了的混合骨料级配曲线都与理想曲线比较符合。虽然实际调整了砂率，从48%调到52%，细石用量从20%调到10%，在实际中呈现了比较理想的拌合物状态，但其级配曲线与理想曲线并未出现太大偏离，从理论上说，也是合理的级配。

　　本文为了减少变量，简化计算过程，最大粒径确定为10～20mm的小石子，同样的对于最大粒径31.5mm的常规混凝土，用同样的方法可以确定砂率、细石、小石子、大石子各级配的比例，以取得更优化的配合比和最优异的混凝土性能。

　　根据砂石一体化级配曲线《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》结合生产和实际情况，综合确定砂石一体化最佳掺量范围。在固定砂浆量时获得最好的流动性，或在相同的坍落度时减少浆体用量，节约水泥，减碳减排，还能提高混凝土的耐久性。

　　[1] Mario Collepardi 著．刘数华，冷发光，李丽华译．混凝土新技术[M]．北京：中国建材工业出版社，2008.

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