適配曲線法對混凝土碎石級配調整應用

姚學健，葛孚強，張 勇

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；2.德州市李家岸灌區管理局，山東 德州 251500；3.山東水務混凝土外加劑有限公司，山東 濟南 250220）

普通混凝土是由膠材、砂、石和水組成的，在配合比設計中，用水量根據拌合物的坍落度確定，水泥用量根據混凝土所要求的強度確定，混凝土拌合物中水泥漿數量是根據骨料間所有的空隙均被填滿，并使水泥漿有一定的余量來計算。良好的碎石級配，可使骨料間的空隙率和總表面積減少，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離析性，提高混凝土的強度和耐久性，并可獲得良好的經濟性。特別是配制高強混凝土，碎石級配的優劣將顯著影響混凝土的性能。因此，在混凝土配合比設計中，碎石級配的選擇顯得尤為重要。

1 碎石的物理力學指標及級配分類

1.1 主要物理力學指標

碎石是用機械的方法將巖石破碎、篩分制成的，粒徑大于4.75mm的巖石顆粒，通常稱為粗骨（集）料。碎石的物理力學指標包括：顆粒級配、針片狀顆粒含量、含泥量和泥塊含量、有害物質含量、強度、堅固性、壓碎指標、吸水率、表觀密度及堿活性等。骨料的各項性能指標都將直接影響到混凝土的施工性能和使用性能。

1.2 級配分類

碎石在混凝土組分中主要起骨架作用，碎石級配通常分為連續級配、間斷級配和單粒級3種：連續級配是從大到小多級顆粒尺寸的骨料連續依次按比例組合，是現澆混凝土中最常用的級配形式；間斷級配是指在多級骨料粒徑中減去其中一級或二級而組成的，它能夠降低骨料間的孔隙率，減少填充空隙的膠材用量，但它可能會使混凝土發生離析現象，不利施工；單粒級是預先分級篩分的碎石，用來改善骨料級配或配成較大粒度的連續粒級。不宜用單一的單粒級配制混凝土，如必須單獨使用，則應通過試驗分析論證。

2 適配曲線法選取碎石級配

2.1 碎石級配選取的原則

1）優質、經濟、就地取材。工程開工前，要現場考察好碎石生產廠家，選擇碎石品質好，生產能力強，碎石單粒級或連續級配規格多，生產性能穩定的廠家。2）滿足建筑物結構設計要求。從結構上要考慮建筑物結構尺寸及結構鋼筋間距。3）滿足施工工藝要求。根據攪拌、運輸、泵送高度、振搗方式選擇合適的粒徑。4）碎石應質地堅硬、清潔、不含雜質，滿足混凝土耐久性要求。5）從經濟上考慮，碎石粒徑大，水泥用量小。

2.2 設計程序

1）標準曲線的繪制。混凝土所用級配碎石嚴格按照GB/T14685-2011對碎石規定的范圍來調整。下面以5～40mm連續粒級為例進行分析。

據表1，5～40mm規定的范圍，將數據分別列出見表2，中值曲線是要配置的最佳級配曲線。

2）碎石的篩分以及實際曲線的繪制。將碎石1、碎石2、碎石3分別進行篩分試驗，為了準確地掌握碎石的級配范圍，篩分試驗做2次取平均值，根據篩分試驗結果繪制各碎石在規定篩孔的累計篩余曲線。

表1 GB/T14685-2011表1-1中要求的篩孔累計篩余 %

表2 根據表1中5～40mm規定的范圍將數據列表 %

3）根據碎石1、碎石2、碎石3的篩分情況分別獲得各碎石對應篩孔的分計篩余。以10kg碎石為基準試樣，反復調整各碎石的比例（見表3），直到合成的曲線與中值曲線吻合或者很接近，再確定各碎石比例。

4）將碎石按調整好的比例混合、篩分，根據實際篩分的結果最終確定各粒級的比例。

表3 各粒級碎石比例調整表

3 級配調整方法

施工過程中，由于氣候條件、生產工藝及管理因素的變化，碎石級配會發生波動，需要對碎石級配用量及含水量進行調整以滿足配比設計要求，以保證混凝土拌合物的穩定性，減小對混凝土性能的影響。

3.1 含有超遜徑顆粒時骨料用量的調整

砂石骨料可聯合調整，主要考慮最小粒級碎石中小于4.75mm顆粒視為細骨料，砂骨料中超過4.75mm顆粒視為粗骨料。當某級骨料有超徑顆粒時，則將其計入上一粒徑級，并增加本粒徑級用量；當有遜徑顆粒時，將其計入下一粒徑級，并增加本粒徑級用量。各級骨料換算校正數按如下公式進行計算：校正量=（本級超徑量+本級遜徑量）一（下一級超徑量+上一級遜徑量）。

校正量調整換算后要校核總用量是否與設計相同，以確保滿足混凝土設計配合比，保證混凝土拌合物的質量。

3.2 含水量變化時，骨料用量的調整

試驗室確定配合比時，若以氣干狀態的骨料（砂石）為標準，則工程現場施工配合比調整時應扣除骨料的全部含水量；若以飽和面干狀態的骨料為標準，則工程現場施工配合比調整時應扣除骨料表面含水量或補足其達到飽和面干狀態所需吸收的水量，同時調整骨料用量和用水量。普通混凝土設計配合比骨料一般以干燥狀態為基準，水電工程混凝土設計配合比骨料以飽和面干狀態為基準。

總之，適配曲線法對選取碎石級配及調整方法具有可操作性，它能優化混凝土骨架結構，經濟適用，能使混凝土拌合物工作性能穩定，有利混凝土強度及耐久性的發揮。