水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量試驗(yàn)優(yōu)化研究★

陳曉玲

(南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院路橋與港航工程學(xué)院，江蘇南京 211188)

根據(jù)GB/T 14685-2011建設(shè)用卵石、碎石(以下簡(jiǎn)稱規(guī)范)的規(guī)定，粗集料的主要技術(shù)要求包括:強(qiáng)度、堅(jiān)固性、顆粒級(jí)配、針片狀顆粒含量、有害物質(zhì)含量等。水泥混凝土用粗集料顆粒形狀一般以正立方體為佳，不宜含有過多的針片狀顆粒，否則將顯著影響混凝土拌和物的工作性及硬化后的強(qiáng)度。規(guī)范指出:水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的測(cè)試方法采用規(guī)準(zhǔn)儀法進(jìn)行，針狀顆粒指顆粒長(zhǎng)度大于平均粒徑2.4倍的顆粒，片狀顆粒指顆粒厚度小于平均粒徑0.4倍的顆粒。試驗(yàn)時(shí)挑出所有針狀、片狀顆粒，稱量各粒級(jí)針狀顆粒和片狀顆粒的總質(zhì)量，計(jì)算針片狀顆粒含量。

在試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，粗集料的顆粒形狀很不規(guī)則，在鑒別針片狀顆粒時(shí)用規(guī)準(zhǔn)儀法不能較全面反映顆粒的形狀，不是很合理。另規(guī)范要求將挑選出來的針片狀顆粒全部相加，計(jì)算出總的針片狀顆粒的含量，這樣計(jì)算也很不合理，未能考慮針片狀顆粒的大小對(duì)拌制的水泥混凝土性能的影響。因此，本文主要針對(duì)以上問題提出一些合理化的建議。

1 測(cè)試方法的優(yōu)化

1.1 采用游標(biāo)卡尺法測(cè)試更科學(xué)

根據(jù)規(guī)范，針狀顆粒及片狀顆粒的定義并沒有一定的比例。如片狀規(guī)準(zhǔn)儀的開口尺寸比例約為1∶6，但是實(shí)際上通過該孔的集料的比例也不一定是小于1∶6。以4.75 mm～9.5 mm集料為例。用間距17.1 mm鑒定，凡是顆粒長(zhǎng)度大于17.1 mm者為針狀顆粒，則比例為不小于1.8倍～3.6倍;將通過17.1 mm的顆粒用2.8 mm寬的片狀規(guī)準(zhǔn)儀鑒定，凡是厚度小于2.8 mm的為片狀顆粒，則比例為不小于1.7倍 ～3.4倍，如果某顆粒長(zhǎng)度恰好為17.1 mm，而寬度小于2.8 mm，則其倍數(shù)大于6.1倍。也就是說通不過針狀顆粒規(guī)準(zhǔn)儀及通過片狀顆粒規(guī)準(zhǔn)儀的顆粒的最大長(zhǎng)度與最小厚度的比例可能為1.7倍～6.1倍，經(jīng)常有超過6.1倍的情況。這個(gè)比例范圍很難劃定。

實(shí)際的操作中由于顆粒形狀不是很規(guī)則，在測(cè)試針狀顆粒時(shí)，只要是長(zhǎng)度通不過針狀規(guī)準(zhǔn)儀相應(yīng)柱距的顆粒都為針狀顆粒，忽略了顆粒厚度方向的尺寸。測(cè)試片狀顆粒時(shí)，經(jīng)常因?yàn)轭w粒厚度方向某一個(gè)截面超過片狀規(guī)準(zhǔn)儀相應(yīng)間距，則顆粒通不過去，而不能定義為片狀顆粒。這樣的測(cè)試方法不能全面反映顆粒的形狀。本文建議應(yīng)同時(shí)考慮顆粒長(zhǎng)度與厚度方向的比例，作為控制顆粒形狀的指標(biāo)。

對(duì)于瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量測(cè)試方法，規(guī)范采用游標(biāo)卡尺法。我國(guó)規(guī)范規(guī)定顆粒最大長(zhǎng)度方向與最小厚度方向的尺寸之比大于3∶1的顆粒為針片狀顆粒。實(shí)際證明，這樣的測(cè)試方法能較好地反映顆粒的形狀。筆者認(rèn)為，水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量測(cè)試方法可參照此方法進(jìn)行。由于水泥混凝土對(duì)集料的要求沒有瀝青混合料嚴(yán)格，水泥混凝土集料的針片狀顆粒只在拌和和成型過程中有影響，混凝土結(jié)硬以后影響就小了(對(duì)于高強(qiáng)混凝土要適當(dāng)考慮)，所以這個(gè)比例可以放寬。

1.2 游標(biāo)卡尺法測(cè)試方法探討

用游標(biāo)卡尺法測(cè)量粗集料顆粒的長(zhǎng)度(L)與厚度(t)兩個(gè)方向的數(shù)值，以L/t的比值來反映顆粒的形狀，比較科學(xué)?，F(xiàn)問題是比值定為多少合適。在瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量試驗(yàn)中，美國(guó)ASTMD 4791-95規(guī)定了測(cè)定L/b為3∶1和5∶1不同標(biāo)準(zhǔn)針片狀顆粒含量的方法，另在NCAT和FHΩA的SMA設(shè)計(jì)規(guī)范中也提出3∶1和5∶1兩種不同標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)要求。

對(duì)于水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的標(biāo)準(zhǔn)是否可參照以上5∶1的標(biāo)準(zhǔn)，另由于針片狀顆粒含量對(duì)不同強(qiáng)度混凝土的影響是不同的，對(duì)于不同強(qiáng)度的混凝土其針片狀顆粒含量的標(biāo)準(zhǔn)是否采用不同標(biāo)準(zhǔn)，本研究采用3∶1和5∶1兩種不同標(biāo)準(zhǔn)、選用C25，C40，C50等3個(gè)強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行了以下相關(guān)試驗(yàn)。

1.2.1 試驗(yàn)材料

1)水泥:南京海螺水泥有限公司生產(chǎn)的 P.C32.5，P.O42.5(R)。

2)細(xì)集料:南京市江寧區(qū)祿口風(fēng)干河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量為 1.0%。

3)粗集料:南京市江寧區(qū)陶吳勝利砂石廠生產(chǎn)的4.75 mm～31.5 mm連續(xù)級(jí)配碎石，所用的針片狀顆粒采用人工方法挑出。

4)水:自來水。

1.2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)前選用了多棱角狀的碎石，經(jīng)初步檢驗(yàn)針片狀顆粒較多。對(duì)所選原材料首先進(jìn)行了清洗，風(fēng)干。因試樣在9.5 mm～16.0 mm范圍針片狀顆粒較多，故試驗(yàn)統(tǒng)一將針片狀顆粒設(shè)置在9.5 mm～16.0 mm篩孔上。另試驗(yàn)前又準(zhǔn)備了幾組無針片狀顆粒的試樣。

試驗(yàn)前，混凝土強(qiáng)度選用了3種，即C25，C40，C50，分別計(jì)算其配合比，并用無針片狀顆粒的試樣進(jìn)行混凝土工作性及強(qiáng)度測(cè)定，結(jié)果見表1。

表1 不同強(qiáng)度混凝土工作性、強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果

從表2～表4試驗(yàn)結(jié)果可看出:

1)對(duì)于L/b為3∶1的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)時(shí)將所有大于此標(biāo)準(zhǔn)的顆粒定義為針片狀。針片狀顆粒含量分別人為設(shè)置為5%，15%，25%。

表2 采用不同標(biāo)準(zhǔn)針片狀顆粒含量拌制的混凝土(C25)測(cè)試結(jié)果

表3 采用不同標(biāo)準(zhǔn)針片狀顆粒含量拌制的混凝土(C40)測(cè)試結(jié)果

表4 采用不同標(biāo)準(zhǔn)針片狀顆粒含量拌制的混凝土(C50)測(cè)試結(jié)果

從以上試驗(yàn)結(jié)果來看，C25，C40混凝土的工作性良好，強(qiáng)度均略有增長(zhǎng)。C50混凝土的工作性測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，摻量為5%，15%混凝土工作性良好，強(qiáng)度略增長(zhǎng)，但25%含量的混凝土工作性不好、強(qiáng)度略有下降。

2)對(duì)于L/b為5∶1的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)時(shí)將所有大于此標(biāo)準(zhǔn)的顆粒定義為針片狀。針片狀顆粒含量分別人為設(shè)置為5%，15%，25%。

從以上試驗(yàn)結(jié)果來看，對(duì)于C25，C40混凝土，針片狀摻量為25%的，工作性不良，強(qiáng)度略有增長(zhǎng)。對(duì)于C50混凝土，針片狀摻量為15%，25%的工作性不好，強(qiáng)度基本相同。

對(duì)于針片狀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范制定部門可根據(jù)混凝土的不同強(qiáng)度，分別規(guī)定不同標(biāo)準(zhǔn)(L/b分別為3∶1和5∶1)針片狀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以上數(shù)據(jù)可作為參考。

2 測(cè)試結(jié)果的優(yōu)化

水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量試驗(yàn)的目的可用于評(píng)價(jià)集料的形狀及其在工程中的適用性(工程中主要考慮對(duì)新拌混凝土工作性及強(qiáng)度的影響)。試驗(yàn)規(guī)定，將各個(gè)篩孔上挑選出的針片狀顆粒相加，計(jì)算總的針片狀顆粒含量。

試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣計(jì)算很不合理。未能考慮不同粒徑針片狀顆粒的大小對(duì)水泥混凝土的影響。文獻(xiàn)［5］對(duì)此想法設(shè)置了相關(guān)試驗(yàn)，得出了一些很有價(jià)值的結(jié)論。試驗(yàn)中提出:同樣15%含量的針片狀顆粒，要看顆粒粒徑的大小。大小不一樣，對(duì)水泥混凝土性能的影響是明顯有差異的。如顆粒主要集中在4.75 mm的篩孔上，對(duì)水泥混凝土的性能影響不大，如集中發(fā)生在19.0 mm的篩孔上，影響就較明顯。同時(shí)建議賦予不同粒徑針片狀顆粒不同的影響系數(shù)，在計(jì)算粗集料針片狀顆粒含量時(shí)應(yīng)按不同粒徑針片狀顆粒分別乘以其對(duì)應(yīng)的影響系數(shù)，這樣更能客觀地反映集料的性能。

文獻(xiàn)［6］設(shè)置大量試驗(yàn)，提出了不同粒徑針片狀顆粒的影響系數(shù)。這個(gè)想法很有價(jià)值。并提出在計(jì)算針片狀顆?？偤繒r(shí)，應(yīng)分別乘以對(duì)應(yīng)的影響系數(shù)再相加。這樣的計(jì)算方法對(duì)評(píng)價(jià)粗集料在工程中的適用性更科學(xué)、合理。

3 與工程適用性的優(yōu)化研究

針片狀顆粒含量的試驗(yàn)?zāi)康闹饕糜谠u(píng)價(jià)集料在工程中的適用性。針片狀顆粒含量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)規(guī)范作了嚴(yán)格規(guī)定。本研究認(rèn)為僅僅依靠集料的針片狀顆粒含量進(jìn)行工程適用性的評(píng)價(jià)還是不夠的，應(yīng)結(jié)合所配制的水泥混凝土的性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，這樣較科學(xué)合理。

粗集料的顆粒形狀很不規(guī)范，要以量化方法分析針片狀顆粒含量對(duì)混凝土工作性及強(qiáng)度等性能的影響，研究時(shí)不確定因素很多，同樣的測(cè)試方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不能得出穩(wěn)定而可靠的試驗(yàn)結(jié)果。故在許多的相關(guān)研究中分析針片狀顆粒含量對(duì)水泥混凝土性能的影響時(shí)說法不一。本研究提出:可根據(jù)混凝土的施工配合比、原材料以及強(qiáng)度分別拌制含有針片狀和不含針片狀顆粒的混凝土試樣，測(cè)定其相關(guān)性能(工作性、強(qiáng)度、彈性模量等)進(jìn)行比較，如果測(cè)試結(jié)果滿足規(guī)范要求或滿足重復(fù)性試驗(yàn)精度要求，則該粗集料滿足工程適用性。如不滿足，則可考慮該粗集料針片狀顆粒含量可能超標(biāo)，可適當(dāng)更換原材料。

4 結(jié)語

針片狀顆粒含量是反映粗集料生產(chǎn)技術(shù)水平與粒型品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)新拌混凝土的工作性以及硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性能都有不同程度的影響。本文對(duì)水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的測(cè)試方法、結(jié)果處理、如何綜合評(píng)價(jià)等3個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化研究，對(duì)該試驗(yàn)方法進(jìn)行了全面地分析探討，得出的結(jié)論可供規(guī)范制定、試驗(yàn)檢測(cè)等工程相關(guān)單位參考。

［1］JTG E42-2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［2］GB/T 14685-2011，建筑用卵石、碎石［S］.

［3］JGJ 55-2000，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［4］JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［5］劉鳳翰，陳曉玲.水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒試驗(yàn)研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2012(4):21.

［6］劉鳳翰，陳曉玲.水泥混凝土用粗骨料不同粒徑針片狀顆粒影響系數(shù)研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2012(8):62.

［7］宋 偉，趙尚傳，殷福新，等.粗集料針片狀顆粒含量對(duì)混凝土工作性及力學(xué)性能影響的研究［J］.公路交通科技，2007(42):101.

［8］孫南屏，祁 玲.含針片狀粗集料的堆砌性能及對(duì)混凝土的影響［J］.商品混凝土，2010(42):96-98.

［9］汪海年，郝培文.粗集料二維形狀特征的圖像描述［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2009(26):48.

［10］周 燁.粗集料針片狀顆粒含量對(duì)瀝青混合料性能的影響［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011(92):36.

［11］秦祿生.瀝青面層用粗集料針片狀顆粒和含泥量技術(shù)指標(biāo)研究［J］.公路交通科技，2009(92):65.