连续级配混凝土应用研究!.doc

.页眉. .页脚. 连续级配混凝土研究! 2015-07-07 赖瑞星摘要︰ 1. 何谓连续级配混凝土。 2. 混凝土骨材的理想级配。 3. 如何制作及分析混凝土配比中骨材的总级配曲线。 4. 不同尺寸骨材的填充量化方法与效果分析。 5. 连续级配的实例验证。.页眉. .页脚. 一、何谓混凝土骨材的「连续级配」混凝土所使用的粗、细骨材, 系用天然的优良砂石( 不得有风化岩、叶岩、碱骨材等), 经破碎、清洗、筛分而成。混凝土产制厂购入时作比重、吸水率、磨损率、健性等材质方面的试验, 只要材料的来源没有变化, 则这些试验可以较低的的频率为之; 但是因为砂、石生产场别之间有很不同的加工方式, 产品会有很大的质量差别, 再加上碎制砂、石的加工机具很容易产生磨耗, 故粗、细成品粒材的级配( 粒度) 变动是很寻常的; 而粗、细骨材占混凝土组成的 80% 左右,骨材粒度的变动当然是混凝土质量变动的重要因素,管制好骨材级配的变动就成了混凝土生产业者最重要的管制项目, 所以混凝土产制厂必须以足够的频率作粒料筛分析的检验,取得生产调整的资料。「骨材的级配」为不同尺寸颗粒排列组合的一种物理量, 当大尺寸骨材间之空隙被较小尺寸骨材填塞后, 大小颗粒组成一个密实的「网络」结构, 非但外力可藉由大大小小的颗粒均匀负载之,整体骨材内之空隙率也会降低。当不同尺寸之骨材相互填塞至最佳状况时,其单位容积将增加,此颗粒大小尺寸之排列组合即为「级配」。在如何掌控粒料级配前, 让我们先了解什么是优良的混凝土骨材级配。是否为良好的骨材级配, 端视于该级配的用途为何, 针对水泥混凝土的用途须要让其组成为最致密( 具有最小的空隙率)的连续级配;在各种骨材于特定的比率之下,使得骨材占最大体积比,非但可藉其有效的大小填充的网络结构,发挥粒料既有的强度功能,且可因大小颗粒间的滚动,达成混凝土所须的工作度, 因为骨材占最大体积比且为致密状态, 故也可使用较少量的胶结材料,达到经济的目的,这种连续级配的骨材颗粒的分布类似「富勒曲线 FLC 」。二、混凝土骨材的的理想级配早在 1907 年「富勒氏及汤姆森」(Fullerand Thomson) 提出,固体粒料粒径分布定义的理论方程式及其分布曲线。其方程式为: h:系数( ～ ) P: 某粒径颗粒的过筛百分比 d: 某颗粒的粒径(mm) D: 该级配组的最大颗粒的粒径(mm) .页眉. .页脚. 其中 h 值愈小表示级配中的细粒料愈多, 水泥混凝土的骨材级配 h 值为 0. 5, 今以 5~25m m 集料规范的粗骨材与细骨材之粒径,以「富勒氏及汤姆森」方程式所算出的数值如下表 1 , 由相关数据绘成图形如下【图一】及【图二】。表1 5~25mm 集料骨材粒径规范及理想值骨材粒径 mm 19. 0 5 5 粗骨材规范% 100~9 5– 60~2 5– 10~0 5~0 –––––细骨材规范%–––– 100~9 5 100~8 0 80~4 5 60~2 5 30~1 0 10~ 2 5~0 富勒曲线值% 100 7 1 4 3 9 5 5–由表 1 的数据以富勒计算值为应变量,骨材粒径为自变数作成下图︰【图一】 5~25mm 骨材、细骨材规范及 FLC( 实际粒径) 横作标改以「对数刻度」表示,则图形变为: .页眉. .页脚. 【图二】 5~25mm 骨材、细骨材规范及 FLC( 对数粒径) 如【图一】及【图二】所示,粗、细骨材筛分析规范的目的,为使混凝土的骨材粒度的分布能够尽量合乎「富勒曲线 FLC 」所示的大小颗粒呈连续状态的分布, 使整个骨材集料中大颗粒间空隙有次大颗粒填充之,如此大、小颗粒相户填充的循环,使整体成为紧密之结构。关于富勒曲线(FLC) 有以下各种特性: ?与纵坐标( 过筛百分比) 相交于 7% ～ 8% 间, 表示粒径 以下的「填充用」粉细材料至少须占有 7% ～ 8% 的重量比。?因横坐标资料跨距过大(从 到 ), 故以对数坐标表表示, 则图形能更清楚骨材颗粒的级配详情( 尤其在细粒料部份)。?由【图一】中可知,粒径 以下过筛率急遽缩小( 细粒料少), 故此理论级配的组构偏重于检讨粗粒料级配的组合方式。.页眉. .页脚. . 富勒曲线(FLC) 系由富勒公式所导出理论级配图,其颗粒皆为理想的圆形颗粒; 实际上混凝土的骨材绝大部份系由不规则颗粒所组成,但级配的架构走势,仍须参照富勒曲线的趋势组合级配,所以,混凝土粒料的组合只要类似富勒曲线(FLC) 即可。?富勒曲线