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一、粗骨料概述

混凝土常用的粗骨料为碎石和卵石两种,粗骨料在混凝土中所占的体积为40%左右。卵石表面光滑,制成的混凝土和易性好,易于密实,缺点是与水泥浆的粘结力较碎石差。碎石表面粗糙且有棱角,与水泥浆的粘结比较牢固,故在配制高强度混凝土时宜选用碎石。

粗骨料的技术要求主要有以下几个方面。

1.有害物质、针片状颗粒、含泥量和泥块含量、坚固性

为保证混凝土的质量,卵石和碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。在实际工程中,粗骨料中常含泥和泥块,针、片状颗粒,以及有机物、硫化物、硫酸盐等有害物质。其中,针片状颗粒指粗骨料中细长的针状颗粒与扁平的片状颗粒。当颗粒形状的诸方向中的最小厚度(或直径)与最大长度(或宽度)的尺寸之比小于规定比例时,属于针片状颗粒。针、片状颗粒易折断,其含量多时,会降低新拌混凝土的流动性和硬化后混凝土的强度。含泥量是指碎石或砾石中小于0.075 mm的尘屑、淤泥和粘土的总含量及4.75mm以上泥块颗粒含量。粗骨料的坚固性是指粗骨料在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破碎的能力。

2.强度

为了保证混凝土的强度,粗骨料必须具有足够的强度。碎石的强度可用压碎指标和岩石抗压强度指标表示,卵石的强度可用压碎指标表示。当混凝土强度等级大于或等于C60时,对粗骨料强度有严格要求或对骨料质量有争议时,宜用岩石抗压强度作检验。

岩石抗压强度,是用母岩制成50mm50mm50mm的立方体,浸泡水中48小时,待吸水饱和后测定的抗压强度值。压碎指标是将一定质量气干状态下粒径为9.5~19.0 mm的石子装入一定规格的圆筒内,在压力机上均匀加荷到200KN并稳荷5秒,然后卸荷后称取试样质量(m0),再用孔径为2.36mm的筛筛除被压碎的碎粒,称取留在筛上的试样质量(m1)。压碎指标的计算公式如下:

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压碎指标越小,表明粗骨料抵抗破碎的能力越强,粗骨料的强度越高。

3.最大粒径和颗粒级配

(1)最大粒径

粗骨料中公称粒级的上限称为该骨料的最大粒径。当骨料粒径增大时,其总表面积减小,因此包裹它表面所需的水泥浆数量相应减少,可节约水泥,所以在条件许可的情况下,粗骨料最大粒径应尽量用得大些。

但试验研究证明,粗骨料最大粒径超过80mm后,随骨料粒径的增大节约水泥的效果不明显;当集料粒径大于40mm后,由于减少用水量获得的强度的提高被粘结面积的减少和大粒径骨料造成的不均匀性的不利影响所抵消;且给混凝土搅拌、运输、振捣等带来困难,强度也难以提高。因此要综合考虑各种因素来确定石子的最大粒径。

(2)颗粒级配。

粗骨料的级配原理与细骨料基本相同,也要求有良好的颗粒级配,以减小空隙率,节约水泥,提高混凝土的密实度和强度。粗骨料的颗粒级配用筛分析的方法进行测定,根据粗骨料的公称最大粒径选用相应的标准筛进行筛分,然后计算得各筛的分计筛余百分率和累计筛余百分率。粗骨料的颗粒级配分为连续粒级和单粒粒级,各粒级的累计筛余百分率应符合规范规定。

连续粒级是石子粒级呈连续性,即颗粒由大到小,每一级石子都占一定的比例。连续级配的颗粒大小搭配连续合理(最小粒径都从4.75mm起),石子的空隙率较小,用其配制的混凝土拌合物的和易性好,不易发生离析现象,混凝土质量容易保证,目前在土木工程中应用较多。但其缺点是,当最大粒径较大(大于40mm)时,天然形成的连续级配往往与理论值有偏差,且在运输、堆放过程中易发生离析,影响到级配的均匀合理性。实际应用时,除直接采用级配理想的天然连续级配外,常采用由预先分级筛分形成的单粒粒级进行掺配组合成人工连续级配。

间断级配是石子粒级不连续,人为剔去某些中间粒级的颗粒而形成的级配方式。间断级配相邻两级粒径相差较大,较大粒径骨料之间的空隙由比它小几倍的小粒径颗粒填充,能更有效降低石子颗粒间的空隙率,使水泥达到最大程度的节约,但由于颗粒粒径相差较大,混凝土拌合物容易产生离析、分层现象,导致施工困难,单粒粒级级配需按设计进行掺配而成。

无论连续级配还是间断级配,其级配原则是共同的,即骨料颗粒间的空隙要尽可能小;粒径过渡范围小;骨料颗粒紧密排列。

4.表观密度、堆积密度、空隙率、碱骨(集)料反应。

粗骨料的表观密度、堆积密度、空隙率应符合下列规定:表观密度应大于2500kg/m3,松散堆积密度大于1350kg/m3,空隙率小于47%。

经碱骨(集)料反应试验后,由碎石、卵石制备的试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象,在规定的试样龄期的膨胀率应小于0.10%。

要优先选用天然连续级配的粗骨料,使混凝土具有较好可泵性,减少用水量、水泥用量,进而减少水化热。应尽量使用同一产地、同一规格的石子,保持石子的级配基本一致。不含或少含针状和片状石子,也不含泥和杂物。

二、粗骨料技术要求

粗骨料应符合现行行业标准 《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定。

1.粗骨料使用规定

(1) 混凝土粗骨料宜采用连续级配。

(2) 对于混凝土结构,粗骨料最大公称粒径不得大于构件截面最小尺寸的1/4,且不得大于钢筋最小净间距的3/4;对混凝土实心板,骨料的最大公称粒径不宜大于板厚的1/3,且不得大于40mm;对于大体积混凝土,粗骨料最大公称粒径不宜小于31.5mm。

(3) 对于有抗渗、抗冻、抗腐蚀、耐磨或其他特殊要求的混凝土,粗骨料中的含泥量和泥块含量分别不应大于1.0%和0.5%;坚固性检验的质量损失不应大于8%。

(4) 对于高强混凝土,粗骨料的岩石抗压强度应至少比混凝土设计强度高30%;最大公称粒径不宜大于25mm,针片状颗粒含量不宜大于5%且不应大于8%;含泥量和泥块含量分别不应大于0.5%和0.2%。

(5) 对粗骨料或用于制作粗骨料的岩石,应进行碱活性检验,包括碱-硅酸反应活性检验和碱-碳酸盐反应活性检验;对手有预防混凝土碱-骨料反应要求的混凝土工程,不宜采用有碱活性的粗骨料。

2.粗骨料的主要控制指标

粗骨料质量主要控制项目应包括颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、压碎值指标和坚固性,用于高强混凝土的粗骨料主要控制项目还应包括岩石抗压强度。

3. 粗骨料检验方法

颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、压碎指标、坚固性、岩石抗压强度、碱活性 按JGJ52进行试验。

4.相关标准

JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》