机械工程师中级论文范文混凝土配合比设计中骨料合理级配

　　在建筑上需要用的材料是很多的，混凝土就是其中之一，不论是路面施工还是房屋建筑上都会用到混凝土。不同用途中，混凝土的配比方式也不相同，本文是一篇机械工程师中级论文范文，主要论述了混凝土配合比设计中骨料合理级配初探。
　　摘要：简要介绍混凝土配合比设计过程中粗骨料级配和砂率的合理选取方法，阐述了合理级配、砂率选取的重要性。

　　Abstract： This paper simply introduces the reasonable selection method of aggregate gradation and sand coarse aggregate ratio in the design process of concrete mix proportion， expounds the importance of the reasonable graduation and the selection of sand coarse aggregate ratio.

　　关键词：级配,砂率,统计学,富勒曲线

　　Key words： graduation;sand coarse aggregate ratio;statistics;fuller's curve

　　中图分类号：TU528.01 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)12-0107-02

　　0 引言

　　随着国家基础建设步伐加快，全国新增骨料加工厂如雨后春笋般迅速建成，而新增加工厂存在技术问题没有完全解决便投入生产，导致了产品质量参差不齐，有些单级配骨料粒径不符合规范要求，甚至像含泥量、针片状含量这些可以严重影响混凝土质量的参数，出厂时也达不到规范要求。现行配合比设计规范中对骨料级配选取要求并不能很完善地解决以上提出的新问题，这就促使在对骨料的级配选取要更加合理才能避免对结构混凝土产生本质上的质量病害。

　　众所周知，骨料在混凝土当中起骨架作用，主要用来稳定体积。在混凝土组成结构中，粗集料的空隙用细集料来填充，在更细集料的空隙中用水泥浆来填充。可以说，一个良好的混凝土结构首先要满足集料级配要求空隙率最小，比表面积最小，密度或密实度最大。

　　本文就以上理论提出对骨料级配进行优选设计，进一步改善骨料级配在混凝土当中的劣性。

　　1 现行混凝土配合比设计规范中对骨料选取的规定

　　在现行普通混凝土配合比设计规程JGJ-52-2011中，对砂率选取的描述是这样的：

　　当缺乏砂率的历史资料时，混凝土砂率的确定应符合下列规定：

　　①塌落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定;

　　②塌落度为10mm～60mm的混凝土，其砂率可根据骨料品种、最大公称粒径及水胶比按表1选取;

　　③塌落度大于60mm的混凝土，其砂率可经试验确定，也可在表1的基础上，按塌落度每增大20mm、砂率增大1%的幅度予以调整。

　　由以上描述可以发现，在混凝土配合比设计中砂率的选取是根据碎石的粒径及水胶比大小来大概确定的，有一定随意性，这给配合比设计骨料的合理级配的选取带来了很大的不确定性。能不能有理论支持的最合理砂率和骨料级配来给配合比设计带来更大的指导性呢?

　　2 确定较合理的粗骨料级配

　　随着粗骨料连续级配在混凝土应用中的完善，在现代建筑施工中，粗骨料的使用已经由原来的单级配发展成为使用二级配、三级配。下面以二级配为例，介绍如何确定较合理的粗骨料级配。现有两种单粒级碎石，规格分别为5-16mm碎石及16-31.5mm碎石，其累计筛余分别见表2，通过不同的掺配比例a和b，根据表2就能确定出其合成级配的累计筛余，当累计筛余的取值及合成级配值越接近规范级配中值时，说明其掺配比例越接近合理。

　　3 配合比设计中确定较合理的砂率

　　混凝土设计过程中，确定细骨料用量多少的参数是由砂率决定的，而通过上文表述不难得出，砂率的选取很大程度上取决于经验。运用统计学及混凝土学原理，可以使得砂率的确定较为合理。下面以C30普通铁路混凝土设计为例来说明此方法。

　　设水灰比0.38，胶凝材料用量为400kg/m3，经过1%减水剂的掺入后用水量为165kg/m3，采用质量法计算，假设每立方混凝土单位质量为2400kg/m3，则骨料总体质量为1835kg/m3。

　　当砂率分别取直40%，38%，36%，34%，32%共计五个值时，则粗细骨料分别取值为：第一组，粗骨料为1101kg/m3，细骨料为734kg/m3;第二组，粗骨料为1138kg/m3细骨料为697kg/m3;第三组，粗骨料为1174kg/m3，细骨料为661kg/m3;第四组，粗骨料为1211kg/m3，细骨料为624kg/m3;第五组，粗骨料为1248kg/m3，细骨料为587kg/m3。按此比例分别制作五组制样，每组样品不少于20000g。

　　用四分法取样10000g后分别进行紧密密度试验，其综合紧密密度分别为1600kg/m3，1620kg/m3，1630kg/m3，

　　1610kg/m3，1590kg/m3。如表3。

　　以表3砂率为横坐标，综合紧密密度为纵坐标，以直角坐标系建立二维图，根据图中综合紧密密度峰值相对应的砂率即为较合理砂率。

　　4 运用富勒曲线合理取值

　　施工过程中，往往出现这样的情况，粗骨料级配的波动性以及不合理性，机制砂中公称直径为4.75mm筛上的质量往往大于规范上要求的上限即10%，有些甚至达到了15%-20%左右，这些因素就导致了采用现行规范中累计筛余的规定值来确定级配的不合理性。试想能否找到一种有理论依据方法，能把砂石料混合在一起进行试验，从而来控制级配的合理性呢?

　　早在1909年，富勒和汤姆森便提出最大密度理论曲线，即级配曲线越接近抛物线时则其密度越大。其公式为

　　P=100(d/D)h，h=1/3～1/2

　　其中 P：小于粒径d粒料总量;

　　D：粒料最大粒径;

　　d：各筛的尺寸。

　　当h=0.5时，代表最大密度理论曲线。以富勒公式为模型，建立最佳密度曲线。工程用骨料最大粒径为31.5mm，则其理论级配计算有如表4关系。

　　在直角坐标中绘制出最大密度曲线，如图1。图中，h=0.5为最大密度曲线，h=0.3～0.7为允许波动范围。

　　由图1可知，粗集料占集料总量的61.2%。其中单级配5-16mm占粗集料比例为32.4%/61.2%=52.9%，单级配16-31.5mm占粗集料比例为28.8%/61.2%=47.1%。细集料占集料总量的38.8%即砂率为38.8%。

　　5 综述

　　我国地大物博，华北、东北、华东、华中、华南、西南、西北各地地质情况错综复杂。现正建设的贵阳枢纽高速铁路工程中，由于地处华南地区，加之贵州省河砂资源极其有限，全线使用机制砂作为中、低标号混凝土原材料进行施工。

　　在配合比设计过程中发现使用的机制砂产品石粉偏高，4.75mm筛超粒径现象明显，使用现行配合比设计规范不能有效的指导砂率及级配指标的选择，通过综合运用以上方法得到了比较有效的解决方案，解决了现场实际施工中遇到的棘手问题，为配合比设计打下坚实基础。

　　6 结论

　　集料的级配设计是混凝土配合比设计中非常重要的一个环节，级配的优劣将直接影响到混凝土的各方面性能。因此，是否能确定骨料合理级配在混凝土设计中具有较高的应用价值，也会给混凝土施工、养护等一系列后续工作从根本上带来技术保障。

　　参考文献：

　　[1]GB/T14684-2011，建设用砂[S].

　　[2]GB/T14685-2011，建设用卵石、碎石[S].

　　[3]JGJ-52-2011，普通混凝土配合比设计规程[S].
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