【砂石骨料】砂顆粒級配缺失對混凝土效能的影響研究

骨料是什麼東西

1

引言

目前混凝土用砂只注重細度

模數而忽視了顆粒級配，邢福燕認為細度模數僅是表徵砂的粗細程度的宏觀指標，對新拌混凝土的工作性有著顯著地影響，但是對強度影響不明顯，當砂子細度模數固定時，砂子的不同級配對混凝土砂率、減水劑摻量、工作效能也有影響，表明顆粒過分集中分佈於某

1

級或相鄰

2

級或顆粒成間

斷分佈時影響較大。

細度模數無法反映顆粒級配的真實情況，決定砂品質好壞的內在因素是顆粒級配，因此，應綜合考慮砂的細度模數和顆粒級配。

骨料的顆粒級配是指不同粒徑骨料之間的組成狀況，一般用骨料在各個篩孔上的透過率表示。良好的骨料級配應當具有較小的孔隙率和較穩定的堆聚結構。有關骨料的顆粒級配可以分為2種：連續級配與間斷級配。一般建築工程中多數混凝土宜採用連續級配，而間斷級配容易導致混凝土離析，故在一般的混凝土中較少採用。但由於天然優質連續級配砂石資源的日益枯竭，同時也因非連續級配的下一級骨料是完全填充於上一級骨料形成的孔隙之中，因而具有更緊密的堆積密度，能更快地降低孔隙率等優點。

近年來，非連續級配粗骨料混凝土的應用問題的研究悄然興起，而對非連續細骨料的研究還未見報道，非連續級配是否可用？如果可用，應該如何應用？應用中又應該注意哪些問題？等都值得我們去進一步的研究。

2

試驗方案及原材料

2.1缺失不同級配區間砂的配製

根據JGJ/T10《混凝土泵送施工技術規程》附錄

A

中提供的最佳級配曲線作為基準，配製缺失某一級配區間的砂，然後研究缺失某一級配區間對

C30

和

C50

混凝土和易性和強度的影響。詳見表

1

~

表

4

及圖

1

。

2.2原材料

（1）水泥：華潤

P

·

O42。5R

；

（2）粉煤灰：沙角芋級灰，細度

44。0%

，需水量比

105%

，燒失量

4。26%

；

（3）減水劑：四威聚羧酸減水劑，減水率

25%

；

（4）石：金業

5

~

25mm

。

3

試驗結果

3.1砂級配缺失對砂密度的影響

砂級配缺失對砂堆積密度和緊密密度的影響詳見表

5

。

從表5中可以看出，從2。36mm逐級缺失至

0。15mm

，用於配製

C30

和

C50

混凝土的砂堆積密度與緊密密度都呈現出先增大後降低的趨勢，在缺失

0。315mm

時，無論堆積密度還是緊密密度都呈最大值，這主要是因為缺失某一級後，下一級砂會完全填充於上一級砂孔隙中，從而使得砂堆積更加緊密，導致密度增大。

3.2砂級配缺失對混凝土工作效能的影響

3.2.1砂級配缺失對C30混凝土工作效能的影響

砂級配缺失對C30混凝土工作效能的影響詳見表

6

。

從表6中可以看出，對於C30混凝土，砂從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

時，坍落度和擴充套件度總體呈現出先降低後上升的趨勢，拐點在缺失

0。315mm

處，這可能是因為從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

時，相對於基準砂，砂總比表面積先增大後減小（可從表

1

和表

2

砂級配缺失時細度模數變化規律得到反映），而當在水泥漿量一定時，包裹砂的漿體層厚度就會先減小後增大，從而影響了砂漿的潤滑作用，導致混凝土的流動效能發生變化。

至於從2。36mm逐級缺失至

0。315mm

後會出現離析泌水現象，主要是因為細顆粒逐漸減少，粗顆粒逐漸增多，從細度模數上反映出缺失

0。315mm

後砂突然變粗，粗砂對粗骨料（石子）的“干涉”作用大，砂粒擠開粗骨料的程度大，使粗骨料的孔隙率增大，於是填充粗骨料孔隙的砂子就要增多，而當總砂量一定時，砂漿將不能填滿被擠開的粗骨料孔隙，表現為混凝土拌合物保水性差，易離析泌水。這就是為何當砂子粗細發生變化時，固定水膠比以保持強度不變，同時需調整砂率來保持流動性大致相同，砂粗則砂率大，砂細則砂率小的原因。

2.2.2砂級配缺失對C50混凝土工作效能的影響

砂級配缺失對C50混凝土工作效能的影響詳見表

7

。

從表

7

中可以看出，對於

C50

混凝土，砂從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

時，坍落度和擴充套件度總體依然呈現出先降低後上升的趨勢，拐點出現在缺失

1。18mm

處，且在缺失

0。315mm

處並沒有出現嚴重離析現象，這主要是因為

C50

混凝土的總膠材用量較多，砂的級配或細度模數在一定範圍內發生變化，會影響

C50

混凝土的流動效能，但依然擁有足夠多的總砂漿量來填充包裹粗骨料空隙，因而不會導致嚴重的離析現象。

3.3砂級配缺失對混凝土力學效能的影響

砂級配缺失對C30和

C50

混凝土強度的影響詳見表

8

和表

9

。

從表

8

和表

9

中可以看出，砂從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

對

C30

混凝土的抗壓強度總體影響不大，而對於

C50

混凝土，砂從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

時，抗壓強度呈逐漸增大的趨勢，這與邢福燕等人的研究結果一致（在力學效能方面，不同的砂顆粒級配對低標號混凝土影響較小，對高標號混凝土影響比較明顯）。

這可能是因為隨著砂從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

時，粗砂顆粒逐漸增大，使空隙率發生變化，

C30

混凝土水膠比較大，內部孔隙較多，因而由於砂級配缺失造成的空隙率變化對整體

C30

混凝土漿體的密實度影響較小，體現在強度上影響不明顯，因此

C30

混凝土的強度主要受水膠比控制。

而

C50

混凝土的水膠比較低，膠材用量大，內部空隙率小，當隨著砂從

2。36mm

逐級缺失至

0。15mm

時，砂的堆積密度呈逐漸增大的趨勢，即砂空隙率在逐漸減小，當總漿體量一定時，使水泥漿體對砂包裹更加緊密結實，因而強度上升，即表明對於

C50

等高強度混凝土，除水膠比外，骨料的空隙率也會對其強度有較大的影響。

4

結語

綜上所述，相對於基準砂，當砂從2。36mm逐級缺失至

0。15mm

時，將呈現以下情況：

（

1

）細度模數呈現先減小，後增大的趨勢；

（

2

）堆積密度與緊密密度都呈現出先增大後降低的趨勢，在缺失

0。315mm

時，無論堆積密度還是緊密密度都呈最大值；

（

3

）對不同等級混凝土，坍落度和擴充套件度總體呈現出先降低後上升的趨勢，當缺失

0。315mm

時會造成

C30

混凝土嚴重離析，而

C50

混凝土不會出現此現象；

（

4

）對

C30

混凝土的抗壓強度總體影響不大，但

C50

混凝土的抗壓強度會呈逐漸增大的趨勢。