骨料比表面積比表面積測定方法

骨料級配

骨料中各種大小不同的顆粒之間的數(shù)量比例，稱為骨料的級配。

骨料的級配如果選擇不當，以至骨料的比表面積、空隙率過大，則需要更多的水泥漿，才能使混凝土獲得一定的流動性，才能填充骨料間的空隙。而且，骨料的級配對硬化混凝土的性能也有很大的影響，如強度、耐久性等。如果骨料級配不合理，有時即使多加水泥，硬化混凝土的性能也會受到一定的影響，因此骨料級配對于獲得高質(zhì)量、低成本的混凝土非常重要。

骨料顆粒大小常用篩分確定，JGJ52-2006對標準篩系的規(guī)格和質(zhì)量有明確的規(guī)定。骨料的級配采用各篩上的篩余量按質(zhì)量百分率表示，其篩分結(jié)構(gòu)可以繪制成篩分曲線，也稱級配曲線。

骨料級配對空隙率影響

骨料級配、骨料最大粒徑和最小粒徑等因素對混凝土的水泥用量和需水量都有很大影響，同時還對混凝土的和易性、可泵性、經(jīng)濟性、孔隙率、收縮性和耐久性產(chǎn)生顯著影響。

骨料的級配對空隙率的影響從下圖的實驗中可以看出。第一個燒杯中是單一級配的粒徑較大的骨料，第二個燒杯中是單一級配的粒徑較小的骨料，第三個燒杯中是這兩種骨料按1:1混合（體積比）的混合骨料。然后向這三個燒杯中注入水，前兩個燒杯可注入的水量完全相同，說明骨料間的空隙的體積是相同的，與骨料的粒徑?jīng)]有關(guān)系。而第三個燒杯可注入的水量明顯減少，說明這兩種骨料混合后，骨料間空隙的體積明顯減小，也就是說空隙率顯著下降。如果將更多不同粒徑的骨料混合在一起，其空隙率會進一步下降。而混凝土中水泥漿的用量與骨料空隙率成正比。

骨料空隙率實驗

在實際工程中，水泥漿的用量往往大于骨料間空隙的體積。如下圖所示，上圖中骨料彼此相接觸，下圖表示骨料分布在水泥漿中的情況，骨料彼此不再接觸，因此空隙體積變大，也就是水泥漿的用量增大，只有這樣，混凝土才具有良好的和易性。

骨料空隙率與水泥漿的用量

級配理論

良好的骨料級配要滿足以下基本要求：

1，骨料的空隙率最小，可以減少水泥漿用量，配出性能好的混凝土。

2，骨料混合物具有適當小的表面積，從而節(jié)省水泥，改善工作性能。

3，盡可能采用最大數(shù)量的最大粒徑骨料，這樣可以大大提高密實度，減少表面積。大粒徑骨料越多，骨架作用越強。

目前常用的級配理論有兩種，連續(xù)級配和間斷級配。

一、連續(xù)級配理論

連續(xù)級配的特征是粗細骨料各分級粒度俱全，相鄰兩級粒徑比為2。

主張連續(xù)級配的專家認為，一個良好的連續(xù)級配是按照一定的粒徑比及其含量形成一個連續(xù)的級配曲線。如在實際配合混凝土時，骨料各級含量符合或接近此理論曲線，所配的混凝土具有良好的工作度和最大密實度。

二、間斷級配理論

為了得到最小空隙率，相鄰兩級骨料粒度比要比較大，才能使大顆粒十分靠近，大顆粒數(shù)量最多。有試驗證明，但粒度比為8:1時，采用2-3級的間斷級配，就可能達到最優(yōu)的空隙率。試驗還指出，間斷級配最大一級骨料用量遠遠大于連續(xù)級配最大一級骨料的用量，在達到同樣的空隙率時，間斷級配的表面積較小。

上述兩種級配理論的前提是，認為硬化后混凝土的結(jié)構(gòu)及其骨料的空間關(guān)系，與硬化前干混合物顆粒排列狀態(tài)相對應。只有在此前提下，骨料的理想級配才有意義。

但實際情況是，混凝土是通過一定的工藝措施才能使之密實成型，因此骨料的實際分布狀態(tài)受混凝土拌合物流動性及外力作用條件的影響，不一定能保持理想位置，特別是混凝土干硬時，其緊密程度與理想狀態(tài)有較大出入。

其實，上述兩個級配理論都是要降低骨料的空隙率和表面積，從而提高最大顆粒的使用量。在這方面，間斷級配的優(yōu)越性顯然更顯著些。間斷級配的優(yōu)點是空隙率小，表面積小，骨料的骨架作用較顯著，從而能節(jié)省水泥，提高混凝土的性能。

骨料如何配？

骨料組合結(jié)構(gòu)有懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)三類（分別對應的是巖石中的基底膠結(jié)、孔隙膠結(jié)、接觸膠結(jié)）。不同的混凝土對骨架的結(jié)構(gòu)要求各有不同。

對于泵送的混凝土而言,需要的是相對密實而易于流動的懸浮密實結(jié)構(gòu)骨料組合,對于干硬性和塑性混凝土則需要密實結(jié)構(gòu)的骨料組合，對于透水混凝土則需要骨架空隙結(jié)構(gòu)。

一種確定的骨料其級配是確定的連續(xù)粒級或者單一粒級。生產(chǎn)所需要的骨料是以這已有的（確定的）骨料去合成一個具有新級配的骨料組合。其方法有：

1、按不同的比例組合骨料，分別測定其容重，取較密實者。一般是先分別確定各種砂、石的比例，然后按經(jīng)驗或者其他方法確定砂率。也就是結(jié)果是密實的，但是否適合配制泵送混凝土，是不確定的。對于2種砂或石的合成比較方便，如果有3種以上，那試驗會比較煩雜。那就需要先合成其的2種，然后將這作為贗顆粒與第3種再去合成。

2、直接以篩分結(jié)果，按連續(xù)級配的曲線試算求解。按不同的比例組合骨料，分別試算其各檔料的篩余是否符合連續(xù)級配。與方法1一樣，石、砂先分別按規(guī)范中的級配范圍配好，再去選擇砂率。

3、按上一檔（較大粒徑）的空隙率確定下一檔（較小粒徑）的用量。也是先確定各種石的比例，然后確定砂率。比如以“干砂漿”體積填充石子空隙以及其他的“正填法”、“逆填法”。

4、骨料密實級配，富勒理想級配的曲線公式：P=A+（100-A）* 式中 P---通過某一篩孔的顆粒百分數(shù)%A---系數(shù)，隨混凝土的坍落度而變，查下表d---某一篩的篩孔寬或直徑mmD---骨料的最大粒徑mm由上式計算出來的各級顆粒百分數(shù)，可作為密實級配的參考，在此基礎(chǔ)上作適當調(diào)整，求出骨料容重最大的級配，即為密實級配。

5、按間斷級配間斷級配是人為的剔去骨料中的某些中間級，在顆粒配合時故意造成顆粒尺寸的間斷，也就消除了較小顆粒的契塞和支撐作用所造成的空隙，使骨料的空隙率達到最小。間斷級配的顆粒組成不能用篩分曲線圖來表示。間斷級配的優(yōu)點是空隙率小，比連續(xù)級配的密實度高。

間斷級配的各檔集料組合之間關(guān)系，以D1、D2、D3、D4表示各檔顆粒粒徑的上限，d1、d2、d3、d4為其下限，則：第一檔組合 D1/d1=1.5第二檔組合 D2/d2=1.5—2第三檔組合 D3/d3=2第四檔組合 D4/d4=2至于D1、D2、D3、D4之間的關(guān)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。

一般情況下只要采用兩檔級配，很少采用四檔級配，因為用第二檔組合的集料填充第一檔組合的集料，其填滿程度就可以達到95%。

骨料中斷后，下一級和上一級顆粒平均尺寸的比值一般采用1：4—1：6之間。在一般工業(yè)與民用建筑上，以采用兩級中斷為宜。如最大粒徑為40mm，其分級可為5—10mm，20--40mm。在大體積（如水工）中，可采用三級中斷。如最大粒徑為250mm，其分級可為5—10mm，25--50mm，150--250mm。當最大粒徑小于25mm時，因空隙率的減少不顯著，不宜采用。以上5種方法可以配出密實的組合，卻不能保證流動性。

6、基于連續(xù)級配的砂石統(tǒng)一曲線基于砂、石都是骨料，只不過是顆粒粗、細的區(qū)別和石、砂分別配在二者的粒徑交界處會有很大的“撞車” 可能，應該將砂、石統(tǒng)一考慮，以簡化、優(yōu)化合成骨料級配的方法。以FULLER最大密度曲線理論為基礎(chǔ), 參考混凝土泵送規(guī)范的最佳級配線和適宜泵級配區(qū)、骨料組成對強度的影響、個別孔徑顆粒對泵送的影響(如0.315等)對曲線作一定的修正,形成砂石統(tǒng)一曲線。

曲線(略)經(jīng)過與幾個區(qū)域的實際應用配比對比： 僅僅是死板的按曲線計算得出的結(jié)果與實際使用的配比相差不大(實際應用時不是僅僅考慮流動性最好,而是成本第一)；對存在問題的配比也可以比較直觀的發(fā)現(xiàn)問題所在；無論是天然砂、機制砂還是石屑都一樣適用。

來源：砼學研究所

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骨料級配

骨料中各種大小不同的顆粒之間的數(shù)量比例，稱為骨料的級配。

骨料的級配如果選擇不當，以至骨料的比表面積、空隙率過大，則需要更多的水泥漿，才能使混凝土獲得一定的流動性，才能填充骨料間的空隙。而且，骨料的級配對硬化混凝土的性能也有很大的影響，如強度、耐久性等。如果骨料級配不合理，有時即使多加水泥，硬化混凝土的性能也會受到一定的影響，因此骨料級配對于獲得高質(zhì)量、低成本的混凝土非常重要。

骨料顆粒大小常用篩分確定，JGJ52-2006對標準篩系的規(guī)格和質(zhì)量有明確的規(guī)定。骨料的級配采用各篩上的篩余量按質(zhì)量百分率表示，其篩分結(jié)構(gòu)可以繪制成篩分曲線，也稱級配曲線。

骨料級配對空隙率影響

骨料級配、骨料最大粒徑和最小粒徑等因素對混凝土的水泥用量和需水量都有很大影響，同時還對混凝土的和易性、可泵性、經(jīng)濟性、孔隙率、收縮性和耐久性產(chǎn)生顯著影響。

骨料的級配對空隙率的影響從下圖的實驗中可以看出。第一個燒杯中是單一級配的粒徑較大的骨料，第二個燒杯中是單一級配的粒徑較小的骨料，第三個燒杯中是這兩種骨料按1:1混合（體積比）的混合骨料。然后向這三個燒杯中注入水，前兩個燒杯可注入的水量完全相同，說明骨料間的空隙的體積是相同的，與骨料的粒徑?jīng)]有關(guān)系。而第三個燒杯可注入的水量明顯減少，說明這兩種骨料混合后，骨料間空隙的體積明顯減小，也就是說空隙率顯著下降。如果將更多不同粒徑的骨料混合在一起，其空隙率會進一步下降。而混凝土中水泥漿的用量與骨料空隙率成正比。

骨料空隙率實驗

在實際工程中，水泥漿的用量往往大于骨料間空隙的體積。如下圖所示，上圖中骨料彼此相接觸，下圖表示骨料分布在水泥漿中的情況，骨料彼此不再接觸，因此空隙體積變大，也就是水泥漿的用量增大，只有這樣，混凝土才具有良好的和易性。

骨料空隙率與水泥漿的用量

級配理論

良好的骨料級配要滿足以下基本要求：

1，骨料的空隙率最小，可以減少水泥漿用量，配出性能好的混凝土。

2，骨料混合物具有適當小的表面積，從而節(jié)省水泥，改善工作性能。

3，盡可能采用最大數(shù)量的最大粒徑骨料，這樣可以大大提高密實度，減少表面積。大粒徑骨料越多，骨架作用越強。

目前常用的級配理論有兩種，連續(xù)級配和間斷級配。

一、連續(xù)級配理論

連續(xù)級配的特征是粗細骨料各分級粒度俱全，相鄰兩級粒徑比為2。

主張連續(xù)級配的專家認為，一個良好的連續(xù)級配是按照一定的粒徑比及其含量形成一個連續(xù)的級配曲線。如在實際配合混凝土時，骨料各級含量符合或接近此理論曲線，所配的混凝土具有良好的工作度和最大密實度。

二、間斷級配理論

為了得到最小空隙率，相鄰兩級骨料粒度比要比較大，才能使大顆粒十分靠近，大顆粒數(shù)量最多。有試驗證明，但粒度比為8:1時，采用2-3級的間斷級配，就可能達到最優(yōu)的空隙率。試驗還指出，間斷級配最大一級骨料用量遠遠大于連續(xù)級配最大一級骨料的用量，在達到同樣的空隙率時，間斷級配的表面積較小。

上述兩種級配理論的前提是，認為硬化后混凝土的結(jié)構(gòu)及其骨料的空間關(guān)系，與硬化前干混合物顆粒排列狀態(tài)相對應。只有在此前提下，骨料的理想級配才有意義。

但實際情況是，混凝土是通過一定的工藝措施才能使之密實成型，因此骨料的實際分布狀態(tài)受混凝土拌合物流動性及外力作用條件的影響，不一定能保持理想位置，特別是混凝土干硬時，其緊密程度與理想狀態(tài)有較大出入。

其實，上述兩個級配理論都是要降低骨料的空隙率和表面積，從而提高最大顆粒的使用量。在這方面，間斷級配的優(yōu)越性顯然更顯著些。間斷級配的優(yōu)點是空隙率小，表面積小，骨料的骨架作用較顯著，從而能節(jié)省水泥，提高混凝土的性能。

骨料如何配？

骨料組合結(jié)構(gòu)有懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)三類（分別對應的是巖石中的基底膠結(jié)、孔隙膠結(jié)、接觸膠結(jié)）。不同的混凝土對骨架的結(jié)構(gòu)要求各有不同。

對于泵送的混凝土而言,需要的是相對密實而易于流動的懸浮密實結(jié)構(gòu)骨料組合,對于干硬性和塑性混凝土則需要密實結(jié)構(gòu)的骨料組合，對于透水混凝土則需要骨架空隙結(jié)構(gòu)。

一種確定的骨料其級配是確定的連續(xù)粒級或者單一粒級。生產(chǎn)所需要的骨料是以這已有的（確定的）骨料去合成一個具有新級配的骨料組合。其方法有：

1、按不同的比例組合骨料，分別測定其容重，取較密實者。一般是先分別確定各種砂、石的比例，然后按經(jīng)驗或者其他方法確定砂率。也就是結(jié)果是密實的，但是否適合配制泵送混凝土，是不確定的。對于2種砂或石的合成比較方便，如果有3種以上，那試驗會比較煩雜。那就需要先合成其的2種，然后將這作為贗顆粒與第3種再去合成。

2、直接以篩分結(jié)果，按連續(xù)級配的曲線試算求解。按不同的比例組合骨料，分別試算其各檔料的篩余是否符合連續(xù)級配。與方法1一樣，石、砂先分別按規(guī)范中的級配范圍配好，再去選擇砂率。

3、按上一檔（較大粒徑）的空隙率確定下一檔（較小粒徑）的用量。也是先確定各種石的比例，然后確定砂率。比如以“干砂漿”體積填充石子空隙以及其他的“正填法”、“逆填法”。

4、骨料密實級配，富勒理想級配的曲線公式：P=A+（100-A）* 式中 P---通過某一篩孔的顆粒百分數(shù)%A---系數(shù)，隨混凝土的坍落度而變，查下表d---某一篩的篩孔寬或直徑mmD---骨料的最大粒徑mm由上式計算出來的各級顆粒百分數(shù)，可作為密實級配的參考，在此基礎(chǔ)上作適當調(diào)整，求出骨料容重最大的級配，即為密實級配。

5、按間斷級配間斷級配是人為的剔去骨料中的某些中間級，在顆粒配合時故意造成顆粒尺寸的間斷，也就消除了較小顆粒的契塞和支撐作用所造成的空隙，使骨料的空隙率達到最小。間斷級配的顆粒組成不能用篩分曲線圖來表示。間斷級配的優(yōu)點是空隙率小，比連續(xù)級配的密實度高。

間斷級配的各檔集料組合之間關(guān)系，以D1、D2、D3、D4表示各檔顆粒粒徑的上限，d1、d2、d3、d4為其下限，則：第一檔組合 D1/d1=1.5第二檔組合 D2/d2=1.5—2第三檔組合 D3/d3=2第四檔組合 D4/d4=2至于D1、D2、D3、D4之間的關(guān)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。

一般情況下只要采用兩檔級配，很少采用四檔級配，因為用第二檔組合的集料填充第一檔組合的集料，其填滿程度就可以達到95%。

骨料中斷后，下一級和上一級顆粒平均尺寸的比值一般采用1：4—1：6之間。在一般工業(yè)與民用建筑上，以采用兩級中斷為宜。如最大粒徑為40mm，其分級可為5—10mm，20--40mm。在大體積（如水工）中，可采用三級中斷。如最大粒徑為250mm，其分級可為5—10mm，25--50mm，150--250mm。當最大粒徑小于25mm時，因空隙率的減少不顯著，不宜采用。以上5種方法可以配出密實的組合，卻不能保證流動性。

6、基于連續(xù)級配的砂石統(tǒng)一曲線基于砂、石都是骨料，只不過是顆粒粗、細的區(qū)別和石、砂分別配在二者的粒徑交界處會有很大的“撞車” 可能，應該將砂、石統(tǒng)一考慮，以簡化、優(yōu)化合成骨料級配的方法。以FULLER最大密度曲線理論為基礎(chǔ), 參考混凝土泵送規(guī)范的最佳級配線和適宜泵級配區(qū)、骨料組成對強度的影響、個別孔徑顆粒對泵送的影響(如0.315等)對曲線作一定的修正,形成砂石統(tǒng)一曲線。

曲線(略)經(jīng)過與幾個區(qū)域的實際應用配比對比： 僅僅是死板的按曲線計算得出的結(jié)果與實際使用的配比相差不大(實際應用時不是僅僅考慮流動性最好,而是成本第一)；對存在問題的配比也可以比較直觀的發(fā)現(xiàn)問題所在；無論是天然砂、機制砂還是石屑都一樣適用。

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