骨料组合结构有悬浮密实结构(1)、骨架密实结构(2)、骨架空隙结构(3)三类(分别对应的是岩石中的基底胶结、孔隙胶结、接触胶结)。不同的混凝土对骨架的结构要求各有不同。对于泵送的混凝土而言,需要的是相对密实而易于流动的悬浮密实结构骨料组合,对于干硬性和塑性混凝土则需要密实结构的骨料组合,对于透水混凝土则需要骨架空隙结构。
一种确定的骨料其级配是确定的连续粒级或者单一粒级。生产所需要的骨料是以这已有的(确定的)骨料去合成一个具有新级配的骨料组合。其方法有:
1.按不同的比例组合骨料,分别测定其容重,取较密实者。
一般是先分别确定各种砂、石的比例,然后按经验或者其他方法确定砂率。也就是结果是密实的,但是否适合配制泵送混凝土,是不确定的。
对于2种砂或石的合成比较方便,如果有3种以上,那试验会比较烦杂。那就需要先合成其的2种,然后将这作为赝颗粒与第3种再去合成。
2.直接以筛分结果,按连续级配的曲线试算求解。
按不同的比例组合骨料,分别试算其各档料的筛余是否符合连续级配。与方法1一样,石、砂先分别按规范中的级配范围配好,再去选择砂率。
3. 按上一档(较大粒径)的空隙率确定下一档(较小粒径)的用量。
也是先确定各种石的比例,然后确定砂率。比如以“干砂浆”体积填充石子空隙以及其他的“正填法”、“逆填法”。
4. 骨料密实级配,富勒理想级配的曲线公式:
P=A+(100-A)*
式中 P---通过某一筛孔的颗粒百分数%
A---系数,随混凝土的坍落度而变,查下表
d---某一筛的筛孔宽或直径mm
D---骨料的最大粒径mm
由上式计算出来的各级颗粒百分数,可作为密实级配的参考,在此基础上作适当调整,求出骨料容重最大的级配,即为密实级配。
A值系数表
坍 落 度mm | 卵 石 | 碎 石 |
0-20 | 8 | 10 |
30-50 | 10 | 12 |
70-120 | 12 | 14 |
5.按间断级配
间断级配是人为的剔去骨料中的某些中间级,在颗粒配合时故意造成颗粒尺寸的间断,也就消除了较小颗粒的契塞和支撑作用所造成的空隙,使骨料的空隙率达到最小。间断级配的颗粒组成不能用筛分曲线图来表示。间断级配的优点是空隙率小,比连续级配的密实度高。
间断级配的各档集料组合之间关系,以D1、D2、D3、D4表示各档颗粒粒径的上限,d1、d2、d3、d4为其下限,则:
第一档组合 D1/d1=1.5
第二档组合 D2/d2=1.5—2
第三档组合 D3/d3=2
第四档组合 D4/d4=2
至于D1、D2、D3、D4之间的关系,卵石:D2/D1=1/8,D3/D2=1/6—1/8,D4/D3=1/6;碎石:D2/D1=1/10,D3/D2=1/8—1/10,D4/D3=1/8。
一般情况下只要采用两档级配,很少采用四档级配,因为用第二档组合的集料填充第一档组合的集料,其填满程度就可以达到95%。
骨料中断后,下一级和上一级颗粒平均尺寸的比值一般采用1:4—1:6之间。在一般工业与民用建筑上,以采用两级中断为宜。如最大粒径为40mm,其分级可为5—10mm,20--40mm。在大体积(如水工)中,可采用三级中断。如最大粒径为250mm,其分级可为5—10mm,25--50mm,150--250mm。当最大粒径小于25mm时,因空隙率的减少不显著,不宜采用。
以上5种方法可以配出密实的组合,却不能保证流动性。
6.基于连续级配的砂石统一曲线
基于砂、石都是骨料,只不过是颗粒粗、细的区别和石、砂分别配在二者的粒径交界处会有很大的“撞车” 可能,应该将砂、石统一考虑,以简化、优化合成骨料级配的方法。
以FULLER最大密度曲线理论为基础, 参考混凝土泵送规范的最佳级配线和适宜泵级配区、骨料组成对强度的影响、个别孔径颗粒对泵送的影响(如0.315等)对曲线作一定的修正,形成砂石统一曲线。
曲线(略)
经过与几个区域的实际应用配比对比: 仅仅是死板的按曲线计算得出的结果与实际使用的配比相差不大(实际应用时不是仅仅考虑流动性最好,而是成本第一);对存在问题的配比也可以比较直观的发现问题所在;无论是天然砂、机制砂还是石屑都一样适用。