适配曲线法对混凝土碎石级配调整应用
2014-04-24姚学健葛孚强
姚学健，葛孚强，张 勇
（1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014；2.德州市李家岸灌区管理局，山东 德州 251500；3.山东水务混凝土外加剂有限公司，山东 济南 250220）
普通混凝土是由胶材、砂、石和水组成的，在配合比设计中，用水量根据拌合物的坍落度确定，水泥用量根据混凝土所要求的强度确定，混凝土拌合物中水泥浆数量是根据骨料间所有的空隙均被填满，并使水泥浆有一定的余量来计算。良好的碎石级配，可使骨料间的空隙率和总表面积减少，降低混凝土的用水量和水泥用量，改善混凝土的和易性及抗离析性，提高混凝土的强度和耐久性，并可获得良好的经济性。特别是配制高强混凝土，碎石级配的优劣将显著影响混凝土的性能。因此，在混凝土配合比设计中，碎石级配的选择显得尤为重要。
1 碎石的物理力学指标及级配分类
1.1 主要物理力学指标
碎石是用机械的方法将岩石破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒，通常称为粗骨（集）料。碎石的物理力学指标包括：颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量和泥块含量、有害物质含量、强度、坚固性、压碎指标、吸水率、表观密度及碱活性等。骨料的各项性能指标都将直接影响到混凝土的施工性能和使用性能。
1.2 级配分类
碎石在混凝土组分中主要起骨架作用，碎石级配通常分为连续级配、间断级配和单粒级3种：连续级配是从大到小多级颗粒尺寸的骨料连续依次按比例组合，是现浇混凝土中最常用的级配形式；间断级配是指在多级骨料粒径中减去其中一级或二级而组成的，它能够降低骨料间的孔隙率，减少填充空隙的胶材用量，但它可能会使混凝土发生离析现象，不利施工；单粒级是预先分级筛分的碎石，用来改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。不宜用单一的单粒级配制混凝土，如必须单独使用，则应通过试验分析论证。
2 适配曲线法选取碎石级配
2.1 碎石级配选取的原则
1）优质、经济、就地取材。工程开工前，要现场考察好碎石生产厂家，选择碎石品质好，生产能力强，碎石单粒级或连续级配规格多，生产性能稳定的厂家。2）满足建筑物结构设计要求。从结构上要考虑建筑物结构尺寸及结构钢筋间距。3）满足施工工艺要求。根据搅拌、运输、泵送高度、振捣方式选择合适的粒径。4）碎石应质地坚硬、清洁、不含杂质，满足混凝土耐久性要求。5）从经济上考虑，碎石粒径大，水泥用量小。
2.2 设计程序
1）标准曲线的绘制。混凝土所用级配碎石严格按照GB/T14685-2011对碎石规定的范围来调整。下面以5～40mm连续粒级为例进行分析。
据表1，5～40mm规定的范围，将数据分别列出见表2，中值曲线是要配置的最佳级配曲线。
2）碎石的筛分以及实际曲线的绘制。将碎石1、碎石2、碎石3分别进行筛分试验，为了准确地掌握碎石的级配范围，筛分试验做2次取平均值，根据筛分试验结果绘制各碎石在规定筛孔的累计筛余曲线。
表1 GB/T14685-2011表1-1中要求的筛孔累计筛余 %
表2 根据表1中5～40mm规定的范围将数据列表 %
3）根据碎石1、碎石2、碎石3的筛分情况分别获得各碎石对应筛孔的分计筛余。以10kg碎石为基准试样，反复调整各碎石的比例（见表3），直到合成的曲线与中值曲线吻合或者很接近，再确定各碎石比例。
4）将碎石按调整好的比例混合、筛分，根据实际筛分的结果最终确定各粒级的比例。
表3 各粒级碎石比例调整表
3 级配调整方法
施工过程中，由于气候条件、生产工艺及管理因素的变化，碎石级配会发生波动，需要对碎石级配用量及含水量进行调整以满足配比设计要求，以保证混凝土拌合物的稳定性，减小对混凝土性能的影响。
3.1 含有超逊径颗粒时骨料用量的调整
砂石骨料可联合调整，主要考虑最小粒级碎石中小于4.75mm颗粒视为细骨料，砂骨料中超过4.75mm颗粒视为粗骨料。当某级骨料有超径颗粒时，则将其计入上一粒径级，并增加本粒径级用量；当有逊径颗粒时，将其计入下一粒径级，并增加本粒径级用量。各级骨料换算校正数按如下公式进行计算：校正量=（本级超径量+本级逊径量）一（下一级超径量+上一级逊径量）。
校正量调整换算后要校核总用量是否与设计相同，以确保满足混凝土设计配合比，保证混凝土拌合物的质量。
3.2 含水量变化时，骨料用量的调整
试验室确定配合比时，若以气干状态的骨料（砂石）为标准，则工程现场施工配合比调整时应扣除骨料的全部含水量；若以饱和面干状态的骨料为标准，则工程现场施工配合比调整时应扣除骨料表面含水量或补足其达到饱和面干状态所需吸收的水量，同时调整骨料用量和用水量。普通混凝土设计配合比骨料一般以干燥状态为基准，水电工程混凝土设计配合比骨料以饱和面干状态为基准。
总之，适配曲线法对选取碎石级配及调整方法具有可操作性，它能优化混凝土骨架结构，经济适用，能使混凝土拌合物工作性能稳定，有利混凝土强度及耐久性的发挥。
