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混凝土中骨料的級配有何重要意義混凝土骨料定義混凝土骨料是指在混凝土中起骨架或填充作用的粒狀松散材料。分粗骨料和細骨料。粗骨料指卵石、碎石等,細骨料指天然砂、人工砂等。其中,粒徑大于4.75mm的骨料稱為粗骨料,俗稱石子(常用的有碎石及卵石兩種)。碎石是天然巖石或巖石經(jīng)機械破碎、篩分制成的,粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。卵石是由自然風化、水流搬運和分選、堆積而成的、粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。卵石和碎石顆粒的長度大于該顆粒所屬相應粒級的平均粒徑2.4倍者為針狀顆粒;厚度小于平均粒徑0.4倍者為片狀顆粒(平均粒徑指該粒級上、下限粒徑的平均值)。粒徑4.75mm以下的骨料稱為細骨料,俗稱砂。砂按產(chǎn)源地分為天然砂、人工砂兩類。天然砂是由自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的、粒徑小于4.75mm的巖石顆粒,但不包括軟質(zhì)巖、風化巖石的顆粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是經(jīng)除土處理的機制砂、混合砂的統(tǒng)稱?!端せ炷潦┕ひ?guī)范》(DL/T5144-2015)對細骨料(人工砂、天然砂)的品質(zhì)要求:1、 細骨料應質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好;人工砂的細度模數(shù)且在2.4?2.8范圍內(nèi),天然砂的細度模數(shù)宜在2.2?3.0范圍內(nèi)。使用山砂、粗砂、應采取相應的試驗論證。2、 細骨料在開采過程中應定期或按一定開采的數(shù)量進行堿活性檢驗,有潛在危害時期,應采取相應措施,并經(jīng)專門試驗論證。3、 細骨料的含水率應保持穩(wěn)定,人工砂飽和面干的含水率不宜超過6%,必要時應采取加速脫水措施。混凝土骨料級配含義骨料的級配是指骨料大小顆粒的搭配情況。在混凝土中粗骨料的空隙由砂粒填充,砂粒之間的空隙由水泥漿所填充。為盡量減少骨料顆粒之間的空隙,達到節(jié)約水泥和提高強度的目的,就必須對骨料提出級配的要求。良好的級配的標準是:骨料中含有較多的粗顆粒,并以適當?shù)闹蓄w粒及小顆粒填充其空隙,即可使骨料的空隙率和總面積均較小。混凝土使用良好的級配摻和,一方面可以減少水泥漿量的使用,另一方面還可以提高混凝土的和易性、密實度和強度。混凝土骨料級配的要求混凝土是靠骨料、細集料和水泥漿三者形成密實的膠合體,從而共同受力形成的較高強度的混凝土,混凝土骨料的粗細和級配直接關系到混凝土的密實度,因此要對混凝土砂石料有較配要求。混凝土中有粗骨料(碎石)和細骨料(砂),混凝土的級配就是按照碎石的級配來劃分的。水工建筑中常用的應該是二級配和三級配混凝土,二級配一般是一些薄壁鋼筋混凝土結(jié)構,還有就是泵送混凝土一般要求二級配。三級配一般用于大體積混凝土。目前,顆粒級配優(yōu)劣的評價理論主要有以下三種。第一種是最大密度理論,最大密度理論認為最優(yōu)級配應該是孔隙率最小且密度最大的級配;第二種是表面積理論,這種理論認為最優(yōu)級配應該是使骨料表面積小,用來包裹表面的水泥漿用量少的顆粒級配;而第三種是粒子干涉理論,粒子干涉理論認為如果上一級骨料產(chǎn)生的空隙恰好等于下一級骨料的粒徑,那么下一級骨料填充空隙不發(fā)生“十涉”的級配就作為最優(yōu)級配?;炷凉橇霞壟涞奶骄繉W習在《粗骨料對混凝土性能的影響》一文中指出在實際生產(chǎn)中,可以用兩種或三種粗骨料按不同比例進行搭配,這樣可以使粗骨料達到最小空隙率。用16?31.5mm單粒級碎石和5?16mm連續(xù)粒級碎石進行搭配,當比例為6:4時,或者用20?40mm的單粒級碎石和10?20mm的單粒級碎石進行搭配,比例為3:7時,混凝土的和易性和強度都比較好。文中指出16?31.5mm與5?16mm比例為6:4時,獲得最小空隙率,但連續(xù)級配范圍太大,如果變換16?31.5mm和5?16mm中各粒徑的比例那么結(jié)果不一定是這樣。關于20?40mm單粒級碎石和10?20mm單粒級碎石進行搭配,比例為3:7時,空隙率可能較低,但表面積相對較大,一般情況不被采用。朱浮聲等將混凝土粗骨料分檔組配,并建立了9個不同組配比例的混凝土細觀數(shù)值模型,利用有限元分析系統(tǒng)MFPA,模擬了混凝土在單軸受壓狀態(tài)下的破壞過程。結(jié)果顯示,分檔比例不同,會直接影響混凝土的抗壓強度。提出當5?20mm和20?40mm比例為4:6時,配制的混凝土性能最優(yōu)。二者比例最好在3:7到4.5:5.5,若超過這個范圍則需要進行二次篩分或者作超、遜徑調(diào)整至接近最優(yōu)骨料比例。研究指出20mm以下石子不宜超過混凝土骨料的40%,這是因為石子越小,表面積增加,需水量增多,20?40mm石子也不宜超過60%?70%,因為大石子過多,空隙率增大,如果沒有小石子去填充,那么需要水泥砂漿去填,這就會影響混凝土各項性能。謝麗霞等選用3?8mm、8?15mm及15?25mm三種石灰石質(zhì)碎石按不同比例進行混合,研究了粗骨料級配對普通和高強度等級機制砂混凝土的性能影響。三級配粗骨料制備的C30混凝土(3?8mm:8?15mm:15?25mm=20:40:40)的坍落度最大,其抗離析性能也較好。相比之下,三級配粗骨料制備的C60混凝土坍落度最小,而C60混凝土(3?8mm骨料占20%,15?25mm骨料占80%)的坍落度最大,C60混凝土的抗離析性能均好于C30混凝土。結(jié)果表明:對于普通強度等級混凝土,三級配粗骨料制備的混凝土強度高,粗骨料比表面積對混凝土性能影響較大;而對于高強度等級混凝土,兩級配粗骨料制備的混凝土強度高,粗骨料堆積空隙率對其混凝土性能影響較大。耿秀春也指出混凝土的抗壓強度既決于其水膠比,又取決于其粗骨料的級配。對低強度等級的混凝土而言,應采用較大粒徑的粗骨料,以減小其總表面積,而對高強度等級的混凝土而言,應采用較小粒徑的粗骨料,以減小粗骨料周圍的泌水趨勢,從而提高界面過渡區(qū)的品質(zhì),提高混凝土的強度。芮捷等針對機制砂通常較粗,級配超出II區(qū)上限的情況,將機制砂篩分后由細到粗組合了7種級配,研究機制砂級配對高強度等級混凝土性能的影響。試驗結(jié)果表明:機制砂級配曲線界于II區(qū)中值和下限(粗)之間,0.3mm篩孔通過率為20%時,混凝土工作性能最佳;級配曲線界于II區(qū)中值和上限(細)之間,細度模數(shù)為3.0左右時,混凝土的抗壓強度最高。相同細度模數(shù)級配不一定相同,中間小兩頭大,細度模數(shù)也有可能是3.0,所以除了細度模數(shù),還需指出機制砂的級配范圍。岳海軍通過配制不同強度等級混凝土拌和物工作性試驗,確定了一個機制砂全級配標準,該全級配從滿足混凝土工作性能角度出發(fā),將1、11區(qū)混合。機制砂級配顯著影響混凝土的工作性能,0.3mm以下顆粒對混凝土的工作性、抹面和泌水很重要,因此,需要保證一定量的0.3mm以下顆粒。文中提出對于傳統(tǒng)混凝土,0.3mm以下顆粒含量至少應達到15%;對于高性能混凝土,由于膠凝材料用量變大,混凝土中礦物摻合料能保證其粘度,所以最好的砂要求0.6mm篩的累計篩余大于70%,0.3mm篩的累計篩余為85%?95%。艾長發(fā)等為了揭示機制砂級配對混凝土性能的影響以及作用機理,以1.18mm作為分界點,將機制砂分成1(粒徑N1.18mm的顆粒)、11(粒徑<>的顆粒)組分,用6種不同級配的機制砂配制了C50混凝土,并對其進行了性能試驗。試驗結(jié)果表明:細度模數(shù)僅僅是表征機制砂的粗細程度的宏觀指標,無法真實反映顆粒級配,而決定機制砂品質(zhì)好壞的決定因素是顆粒級配,研究發(fā)現(xiàn)機制砂I組分主要影響混凝土的泌水性,II組分主要影響混凝土的保水性和黏聚性,為保證混凝土良好的工作性能,建議I、II組分的含量比例保持在1:2左右,并有效控制I組分顆粒組成比例;為充分發(fā)揮機制砂填充密實與次骨架結(jié)構作用,建議將1.18mm篩檔累計篩余百分率控制在級配中值附近,并且4.75、2.36.1.18mm三篩檔分計篩余百分率按2:3:1進行控制,研究成果為機制砂顆粒級配的控制及混凝土性能的優(yōu)化提供了有力支撐,但只是對于C50混凝土,如果對于其他強度等級的混凝土是否有不同的結(jié)果需要進一步。李北星等指出實際生產(chǎn)的機制砂石粉含量一般較高(約為 10%?20%),0.075mm篩余部分也較多,我國規(guī)范對0.15mm篩孔以下部分的要求是10%以內(nèi),他提出要適當放寬0.15mm篩孔以下顆粒范圍,既符合機制砂的實際生產(chǎn),也降低了機制砂的生產(chǎn)成本,同時減少了污染。但是如果石粉的亞甲藍值高,會影響混凝土的各項性能,因此如果要放寬0.15mm以下范圍,必須控制亞甲藍值。如果將石粉作為礦物摻合料進行摻加,用相關的標準進行檢測,這樣既能保證機制砂的質(zhì)量,又能充分的利用石粉。楊文烈等指出中粗狀態(tài)的機制砂更易配制出性能優(yōu)異的混凝土。在保證混凝土中骨料級配良好的情況下,一般低強度等級混凝土需要采用較高的砂率,細度模數(shù)小的機制砂;高強度等級混凝土需要采用較低砂率,細度模數(shù)大的機制砂;機制砂中當石粉的亞甲藍值高時,會對外加劑含量、混凝土強度及和易性產(chǎn)生較大影響。王稷良等在研究機制砂對高強混凝土體積穩(wěn)定性的影響指出機制砂中適量(7%-10.5%)的石粉并不會劣化混凝土的工作性能,反而可以改善混凝土的工作性能,且隨著石粉質(zhì)量分數(shù)的提高,混凝土的抗壓強度逐漸增大;當石粉質(zhì)量分數(shù)小于7%時,機制砂配制的混凝土彈性模量接近于天然砂配制的混凝土彈性模量,但當石粉質(zhì)量分數(shù)高于10%時,機制砂配制的混凝土彈性模量降低;石粉含量對機制砂配制的高強混凝土早期干縮值影響較大,而對后齡期干縮值影響不大,同時,摻入粉煤灰可以使機制砂配制的混凝土各齡期的干縮值減小;石粉質(zhì)量分數(shù)為7%的機制砂配制的混凝土徐變度、徐變系數(shù)與天然砂配制的混凝土較為接近。王雨利等指出當河砂中加入石粉后,可以
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