普通混凝土骨料最小空隙率的探讨

1、普通混凝土骨料最小空隙率的探讨徐 飞(扬州大学水利与建筑工程学院 ,江苏 扬州 225001) 摘 要 本文分析了影响混凝土骨料空隙率的主要因素 :级配 、粒子干涉 、大颗粒的挡板效应 、砂率等 。提出实践中设计最小空隙率骨料的简单方法 。 关键词 混凝土 ; 骨料 ; 空隙率 中图分类号 tu528101 文献标识码 a 文章编号 1002 - 3550 ( 2004) 03 - 0017 - 02the research of min imal f ract ion void of concrete aggregatex u fei( college of hydraulic and ci

2、vil engineering , yangzhou u niversity , yangzhou j iangsu 225001 ,china)abstract : the causes of f ractio n void of co ncrete aggregate are discussed in t he paper ,it includes :grains interactio n 、wall effect of coarse grains and sand ratio . a simple way of designing minimized f ractio n void ag

3、gregate is p resented.key words : co ncrete ; aggregate ; f ractio n void而且会影响混凝土拌合物的和易性 ,硬化后混凝土受力时针片状颗粒易断裂 ,降低了混凝土强度和耐久性 。0前言混凝土施工配合比应该经济合理 ,各组成材料必须符合相关的技术要求 ,在不影响混凝土强度和耐久性的前提下 ,采用 多种措施减少水泥用量 ,如掺外加剂 、粉煤灰等 。从价格 、和易 性 、强度和耐久性等方面考虑 ,最小空隙率或最大容重的混凝 土骨料是最经济的 。天然或人工轧制的骨料很难完全符合级配的要求 ,生产实 践中 ,可用两种或两种以上的骨料混合

4、满足级配要求 。过去曾 对骨料级配进行了大量的研究 ,试图建立最优的理想级配曲线 , 得到的大部分理论曲线都是抛物线型曲线 ,根据假定的最优理 论级配曲线 ,用试算法确定各级配骨料的混合比例可得到理论 最大容重或最小空隙率的骨料 。实际工程中按此方法得到符合 最优理论级配的骨料往往是不经济的 ,因为影响骨料容重和空 隙率的因素不仅有级配 ,而且有颗粒的形状和骨料的装实方法 等 。本文结合生产实践的经验对骨料空隙率进行了分析研究 。图 1 发生粒子干涉的骨料图 2 无粒子干涉的骨料从理论上来分析 ,若两种或多种骨料的颗粒之间较大颗粒的空隙由次一级颗粒填充且不发生粒子干涉 ,则存在一个合理 的比例

5、 ,使混合骨料的空隙率最小或容重最大 。实际生产应用 时 ,骨料的粒子之间肯定存在干涉或部分干涉的现象 ,但我们 仍可以把不同粒级的骨料按不同比例配合求得最小的空隙率 或最大的容重 。例如以单粒级 20mm 40mm 碎 石 和 单 粒 级5mm10mm 碎石按不同比例混合振实 ,测出混合骨料容重 ,结果如表 1 。结果表明 : 在 20mm40mm 的粗骨料中加入适量细石子 可增加骨料的容重 、减少空隙率 ,但细石子加入超过 30 %以上 时 ,观察发现 ,混合料不能充分利用大颗粒填充空间 ,大颗粒有1骨料的粒子干涉普通混凝土骨料 ,要达到最小空隙率和最大容重 ,必须是前一级颗粒之间的空隙

6、,由次一级小颗粒填充 ,再所余空隙由 再次小的颗粒填充 。填充空隙颗粒的粒径不大于间隙之距离 , 否则会发生干涉现象 ,发生干涉现象无疑会影响骨料的容重和 空隙率 ,图 1 中 a 粒子大于上一级颗粒的空隙 ,使大颗粒排列 空间增大 ,空隙增大 ,起到松散排列作用 。骨料的形状对空隙率有较大影响 ,接近于正多面体的合理 级配骨料 ,空隙率小 ,拌制的混凝土和易性好 ,易密实 。但是骨 料中针片状颗粒不仅会引起粒子间的干涉 ,增加骨料的空隙 ,用量多 ,混凝土拌合物易发生流浆等离析现象 ,如图 5 ( a) 。砂率较大时 ,需水泥包裹的骨料总表面积大 ,水泥浆用量多 ,或者 混凝土拌合物易发生干

7、涩和离析现象 ,施工时还易产生粗骨料 沉在模板底部 , 砂浆上浮 , 造成混凝土不均匀的现象 , 如图 5 ( b) 。经验说明太粗和太细的砂都不宜生产混凝土 ,太粗砂使 混凝土拌合物干涩 、泌水 、离析 ,太细砂需水泥浆也较多 。松散排列现象 ,细石子超过 50 % ,体积密度和空隙率变化不明显 ,但由于骨料颗粒总体变小 ,其总表面积变大 ,亦需较多水泥 浆包裹 。施工振捣时 ,出现大颗粒下沉 ,小颗粒上浮 ,使混凝土 不均匀 。表 1不同级配碎石配合时的振实容重和空隙率配合比单粒级 20 mm40 mm40 %50 %60 %70 %80 %100 %单粒级 5mm10 mm60 %50

8、%40 %30 %20 %0 %振实容重/ ( kg/ m3)158015801620164016001530空隙率/ %4014401438193811391642132粗大颗粒的挡板效应生产混凝土时采用粒径大于 40mm 粗大颗粒 ,可使骨料的表面积变小 ,混凝土的用水量和水泥用量会随骨料最大粒径的 增加而减少 ,对低强度贫水泥的混凝土工程是合适的 ,可以降 低成本 ,减少水化热和收缩 。实践表明强度在 20m pa 以下的 混凝土 ,保持水灰比强度不变 ,水泥用量随粒径的增加而减少 。 强度在 30m pa 以 上 的 混 凝 土 , 使 用 粗 大 颗 粒 , 并 不 能 节 约 水

9、泥 ,混凝土拌合物易离析 。同重的大颗粒与小颗粒相比 ,大颗 粒粘结面积小 ,粗大颗粒并不能制造高强混凝土 。观察发现受重力和施工条件的影响 ,粗大骨料颗粒周围易 产生较大的空隙即大颗粒的挡板效应 ,图 3 ( a) 粗大颗粒侧面 如同模板的侧面一样 ,较多空隙需水泥浆填实 。在粗大颗粒下 部 ,施工时易形成所谓“水囊”,如图 3 ( b) ,硬化干燥后即是孔 洞 ,对混凝土的密实性和强度有较大的影响 。图 4 同一粗骨料与不同砂混合振实时空隙率的比较图 5 砂率对骨料空隙率的影响以上简要分析了影响混凝土骨料空隙率的主要因素 ,在实际施工时设计混凝土配合比 ,首先应对粗骨料的级配 、最大粒 径

10、和颗粒形状进行认真分析 ,探求如掺入一种或二种粒级的骨 料使粗骨料空隙率最小的简单方法 。其次 ,在对细骨料级配分 析的基础上 ,找出合理的砂率值 ,使粗细混合骨料的空隙率最 小 ,再按规范的方法设计混凝土配合比 ,以达到在满足混凝土 工程要求时节约水泥用量和在同样的水泥用量时提高混凝土 性能 ,优化混凝土配合比设计 。图 3粗大颗粒的挡板效应 参考文献 3砂率刘秉京. 混凝土技术m . 人民交通出版社 ,1998 .严家亻及 . 道路建筑材料m . 人民交通出版社 ,1996 .中华人民共和国国家标准. 普通混凝土配合比设计规程 (j gj 55 -2000) s . 中国建筑工业出版社 ,

11、2001 .郑建东 ,肖丽君. 碎石不同级配比例对混凝土性能的影响 j . 宁波 大学学报 ,2002 . 6 .123混凝土对砂也有种类和级配的要求 ,砂率对骨料的容重 、空隙率和水泥用量有较大的影响 。合理的砂率能使水泥浆用 量省 ,砂浆能填满粗骨料空隙 ,较少产生粒子干涉 ,混凝土的拌 合物和易性良好且均匀密实 。取表 1 中振实容重为 1640 kg/ m3 的粗骨料与粗 、中 、细三 种砂按不同的比例混合 、分层振实 ,测出混合料的空隙率 ,结果 如图 4 。粗骨料和对粗 、中 、细砂混合都有一个空隙率较小的砂率 值 ,砂率较小时骨料的空隙大 ,需水泥浆填充的空隙大 ,水泥浆4 作者简介 徐飞 ( 1966 - ) ,男 ,硕士 ,从事混凝土的教学与研究 。 单位地址 江苏省扬州市大学南路 88