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閱讀：50發(fā)布時(shí)間：2021-8-23
砂石骨料是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用量、不可替代、*的材料，與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)。人類用來建設(shè)和改造世界，每年要消耗數(shù)百億噸砂石骨料。骨料占到硬化混凝土體積的60%到75%，是混凝土的主要組成部分。
砂石骨料的重要性不言而喻。但是，你對(duì)砂石骨料的相關(guān)知識(shí)真正熟知嗎？
骨料簡介
選擇正確的、高質(zhì)量的骨料，對(duì)于獲得高品質(zhì)混凝土的重要性是毋庸置疑的。在混凝土中，按照體積比，大約60%到75%（重量比約為70%到85%）都是骨料，骨料對(duì)新拌混凝土和硬化混凝土的性能以及混凝土的成本影響巨大。
細(xì)骨料是直徑小于5mm的天然砂和碎石，而粗骨料一般是由一種或多種礫石或碎石組成，其粒徑大于5mm。
某些天然骨料稱為連砂石，是既包含礫石，也包含砂子的連續(xù)級(jí)配的天然骨料，經(jīng)簡單處理后就可以在混凝土中使用。天然的礫石和砂子一般是通過開挖或采撈從礦坑、河流、湖泊或海床中取得。碎石通常是將采石場中的石頭破碎后取得。氣冷的高爐礦渣經(jīng)破碎后也可以作為骨料使用。
骨料通常需要經(jīng)過清洗和級(jí)配后才能使用，骨料的粒型、質(zhì)量、潔凈度、級(jí)配、含水量等都會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生影響。
天然骨料通常是各種巖石和不同礦物的混合物。自然界中存在三類巖石：火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖，每類巖石中又有不同的巖石品種，每個(gè)品種的巖石往往包含幾種礦物。例如，花崗巖中含有石英、長石、云母等礦物；石灰石含有方解石、白云石等礦物。
回收的混凝土壓碎后也是一種經(jīng)濟(jì)的骨料來源。
骨料必須滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，必須清潔、堅(jiān)硬、有足夠的強(qiáng)度、耐久性好、不吸附化學(xué)雜質(zhì)、表面沒有泥土和其他影響水泥水化、影響骨料與水泥凝膠粘合的細(xì)顆粒。避免使用易碎的骨料，避免使用頁巖或頁巖類材料含量過高的骨料，避免使用松軟多孔雜質(zhì)含量高的骨料。某些燧石的耐風(fēng)化性能很差，因此要特別避免使用。
骨料的級(jí)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(jí)配。
不同粒徑的骨料
骨料的級(jí)配如果選擇不當(dāng)，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(dòng)性，才能填充骨料間的空隙。而且，骨料的級(jí)配對(duì)硬化混凝土的性能也有很大的影響，如強(qiáng)度、耐久性等。如果骨料級(jí)配不合理，有時(shí)即使多加水泥，硬化混凝土的性能也會(huì)受到一定的影響，因此骨料級(jí)配對(duì)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，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)篩系的規(guī)格和質(zhì)量有明確的規(guī)定。骨料的級(jí)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(jí)配曲線。
骨料級(jí)配、骨料粒徑和最小粒徑等因素對(duì)混凝土的水泥用量和需水量都有很大影響，同時(shí)還對(duì)混凝土的和易性、可泵性、經(jīng)濟(jì)性、孔隙率、收縮性和耐久性產(chǎn)生顯著影響。
骨料的級(jí)配對(duì)空隙率的影響從下圖的實(shí)驗(yàn)中可以看出。個(gè)燒杯中是單一級(jí)配的粒徑較大的骨料，第二個(gè)燒杯中是單一級(jí)配的粒徑較小的骨料，第三個(gè)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(gè)燒杯中注入水，前兩個(gè)燒杯可注入的水量*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(gè)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(huì)進(jìn)一步下降。而混凝土中水泥漿的用量與骨料空隙率成正比。
在實(shí)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。
級(jí)配理論介紹
良好的骨料級(jí)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(dāng)小的表面積，從而節(jié)省水泥，改善工作性能。
3、盡可能采用數(shù)量的粒徑骨料，這樣可以大大提高密實(shí)度，減少表面積。大粒徑骨料越多，骨架作用越強(qiáng)。
目前常用的級(jí)配理論有兩種，連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配。
一、連續(xù)級(jí)配理論
連續(xù)級(jí)配的特征是粗細(xì)骨料各分級(jí)粒度俱全，相鄰兩級(jí)粒徑比為2。
主張連續(xù)級(jí)配的專家認(rèn)為，一個(gè)良好的連續(xù)級(jí)配是按照一定的粒徑比及其含量形成一個(gè)連續(xù)的級(jí)配曲線。如在實(shí)際配合混凝土?xí)r，骨料各級(jí)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密實(shí)度。
二、間斷級(jí)配理論
為了得到最小空隙率，相鄰兩級(jí)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(yàn)證明，但粒度比為8:1時(shí)，采用2-3級(jí)的間斷級(jí)配，就可能達(dá)到的空隙率。試驗(yàn)還指出，間斷級(jí)配一級(jí)骨料用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)級(jí)配一級(jí)骨料的用量，在達(dá)到同樣的空隙率時(shí)，間斷級(jí)配的表面積較小。
上述兩種級(jí)配理論的前提是，認(rèn)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(duì)應(yīng)。只有在此前提下，骨料的理想級(jí)配才有意義。
但實(shí)際情況是，混凝土是通過一定的工藝措施才能使之密實(shí)成型，因此骨料的實(shí)際分布狀態(tài)受混凝土拌合物流動(dòng)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(shí)，其緊密程度與理想狀態(tài)有較大出入。
其實(shí)，上述兩個(gè)級(jí)配理論都是要降低骨料的空隙率和表面積，從而提高顆粒的使用量。在這方面，間斷級(jí)配的*性顯然更顯著些。間斷級(jí)配的優(yōu)點(diǎn)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。
骨料的密度
a、骨料的表觀密度
表觀密度ρ是骨料顆粒單位體積（包括內(nèi)封閉孔隙）的質(zhì)量。
b、骨料的堆積密度
骨料在自然堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度ρ1，這里的體積既包括骨料的體積，也包括骨料間空隙的體積。
c、骨料的緊密密度
根據(jù)所規(guī)定的搗實(shí)條件，把骨料放入容器中，裝滿容器后的骨料質(zhì)量除以容器的體積，稱為緊密密度ρc。
d、骨料的空隙率
骨料顆粒之間沒有被骨料占據(jù)的自由空間，稱為骨料的空隙。在單位體積的骨料中，空隙所占的體積百分比，稱為空隙率。
只要測(cè)定骨料的表觀密度ρ和堆積密度ρ1，就可以計(jì)算出骨料的空隙率。
設(shè)總體積為V0，純粹骨料的體積為V，骨料的質(zhì)量為G：
堆積密度ρ1==G/V0
緊密密度ρc==G/V
空隙體積==V0-V
堆積密度空隙率：υ1==（1-ρ1/ρ）*
緊密密度空隙率：υc==（1-ρc/ρ）*
堿骨料反應(yīng)
堿骨料反應(yīng)病害圖
堿骨料反應(yīng)(AAR)可以導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)膨脹并產(chǎn)生嚴(yán)重開裂。堿骨料反應(yīng)的機(jī)理并沒有被*研究清楚，到目前為止所掌握的原因是由于混凝土中的某些骨料，如某些硅石類骨料，它們可以與水泥中的氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鈣等成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在骨料表面生成一種凝膠體。這種凝膠體遇水膨脹，產(chǎn)生張力而導(dǎo)致周圍的混凝土發(fā)生開裂。（環(huán)境溫度在21-24攝氏度時(shí)，混凝土的相對(duì)濕度在80%以上時(shí)才會(huì)導(dǎo)致凝膠體膨脹而產(chǎn)生開裂。）
無束縛混凝土結(jié)構(gòu)如果內(nèi)部有堿骨料反應(yīng)發(fā)生，表面會(huì)出現(xiàn)裂縫。一旦表面產(chǎn)生開裂，就會(huì)有更多的水份滲透進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，加速堿骨料反應(yīng)，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致凍融破壞，進(jìn)入惡性循環(huán)。
堿骨料反應(yīng)是一個(gè)緩慢的過程，往往需要若干年的時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)它給混凝土帶來的嚴(yán)重病害。
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