骨料中各种大小不同的颗粒之间的数量比例,称为骨料的级配。骨料的级配如果选择不当,以至骨料的比表面积、空隙率过大,则需要更多的水泥浆,才能使混凝土获得的流动性,才能填充骨料间的空隙。而且,骨料的级配对硬化混凝土的性能也有很大的影响,如强度、耐久性等。如果骨料级配不合理,有时即使多加水泥,硬化混凝土的性能也会受到的影响,因此骨料级配对于获得高质量、低成本的混凝土重要。
骨料颗粒大小常用筛分,JGJ 52-2006对筛系的规格和质量有明确的规定。骨料的级配采用各筛上的筛余量按质量百分率表示,其筛分结构可以绘制成筛分曲线,也称级配曲线。
骨料级配、骨料大粒径和小粒径等因素对混凝土的水泥用量和需水量都有很大影响,同时还对混凝土的和易性、可泵性、经济性、孔隙率、收缩性和耐久性产生显著影响。
骨料的级配对空隙率的影响从下图的实验中可以看出。个烧杯中是单配的粒径较大的骨料,个烧杯中是单配的粒径较小的骨料,第三个烧杯中是这两种骨料按1:1混合(体积比)的混合骨料。然后向这三个烧杯中注入水,前两个烧杯可注入的水量完相同,说明骨料间的空隙的体积是相同的,与骨料的粒径没有关系。而第三个烧杯可注入的水量减少,说明这两种骨料混合后,骨料间空隙的体积减小,也就是说空隙率显著下降。如果将更多不同粒径的骨料混合在一起,其空隙率会进一步下降。而混凝土中水泥浆的用量与骨料空隙率成正比。
▲ 骨料空隙率实验
在实际工程中,水泥浆的用量往往大于骨料间空隙的体积。如下图所示,上图中骨料彼此相接触,下图表示骨料分布在水泥浆中的情况,骨料彼此不再接触,因此空隙体积变大,也就是水泥浆的用量增大,只有这样,混凝土才具有良好的和易性。
▲ 骨料空隙率与水泥浆的用量
良好的骨料级配要满足以下基本要求:
➤ 骨料的空隙率小,可以减少水泥浆用量,配出性能好的混凝土。
➤ 骨料混合物具有适当小的表面积,从而节省水泥,工作性能。
➤ 尽可能采用大数量的大粒径骨料,这样可以大大提高密实度,减少表面积。大粒径骨料越多,骨架作用越强。
目前常用的级配理论有两种,连续级配和间断级配。
一、连续级配理论
连续级配的特征是粗细骨料各分级粒度俱,相邻两级粒径比为2。
主张连续级配的认为,一个良好的连续级配是按照的粒径比及其含量形成一个连续的级配曲线。如在实际配合混凝土时,骨料各级含量符合或接近此理论曲线,所配的混凝土具有良好的工作度和大密实度。
二、间断级配理论
为了得到小空隙率,相邻两级骨料粒度比要比较大,才能使大颗粒靠近,大颗粒数量多。有试验证明,但粒度比为8:1时,采用2—3级的间断级配,就可能达到优的空隙率。试验还指出,间断级配大骨料用量远远大于连续级配大骨料的用量,在达到同样的空隙率时,间断级配的表面积较小。上述两种级配理论的前提是,认为硬化后混凝土的结构及其骨料的空间关系,与硬化前干混合物颗粒排列状态相对应。只有在此前提下,骨料的理想级配才有意义。
但实际情况是,混凝土是通过的工艺措施才能使之密实成型,因此骨料的实际分布状态受混凝土拌合物流动性及外力作用条件的影响,不能保持理想位置,是混凝土干硬时,其紧密程度与理想状态有较大出入。
其实,上述两个级配理论都是要骨料的空隙率和表面积,从而提高大颗粒的使用量。在这方面,间断级配的优越性显然更显著些。间断级配的优点是空隙率小,表面积小,骨料的骨架作用较显著,从而能节省水泥,提高混凝土的性能。
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