骨料级配优化对混凝土胶凝材料用量的影响

浅谈骨料级配优化对混凝土胶凝材料用量的影响陈洪杰(内江师范学院四川内江641000)摘要：骨料级配的优化对于提高混凝土的强度和减少水泥用量具有重要的意义。本文主要设计的就是C25、C30混凝土。水泥强度用的是内江重龙山出产的32.5R复合硅酸盐水泥。沙采用细沙。采用连续级配4.75~26.5mm的粒径。进行混凝土配合比实验对比骨料配合比优化后的混凝土强度。最后找到强度最高的级配。在该级配上适当减少水泥的用量。混凝土的强度将满足要求。采用人工捣实的方法。用标准养护条件，标准加载实验，标准边界约束条件。关键词：粗骨料、细骨料、级配优化、混凝土、水泥用量随着建筑工程的蓬勃发展，混凝土在现在的建筑业中运用越来越广泛。面对激烈的市场竞争，混凝土厂家迫切希望采用各种技术手段在保证混凝土强度的前提下尽量减少水泥的用量，进而降低生产成本。混凝土拌合物由水泥、沙、石子、水组成。石子作为混凝土的骨架，中间缝隙应该由水泥砂浆填充。当粗骨料之间的缝隙越小则需要的水泥砂浆的量也就越少，进而需要的水泥用量也少。级配优化前后的对比图如下所示。但是目前建筑材料市场的粗骨料几乎没有优化，基本上都是随意搭配的。鉴于目前这种情况，骨料级配的优化对于实际的工程意义非常重要。由于天然的粗骨料空隙率比较大，所以水泥用量相对较多。因此具有较大的优化空间。进而可以减低混凝土开发商的生产成本，因此具有很大的研究意义。本文主要针对4.75~26.5mm的粗骨料粒径进行优化，进而减少粗骨料之间的孔隙率。但是骨料之间的空隙不能无限的减少，如果减少得太多则骨料之间的粘接力将降低，从而使得混凝土的强度降低。因此我们需要找到那个最优的=骨料配合比。1.实验1.1主要原材料1.1.1粗骨料种类（碎石）4.75~9.5mm9.5~16mm16~19mm19~26.5mm1.1.2沙子(河沙)1.1.3水（自来水）1.1.4水泥本实验采用的是内江资中重龙山生产的P.C32.5R的复合硅酸盐水泥1.2实验方法保持细骨料、水泥、水的种类不变，通过改变粗骨料中粒径为9.5~16mm和19~26.5mm的石子在总的粗骨料中占的比例，其他粗骨料均匀配合。混凝土的设计强度为C25和C30。粒径为9.5~16mm和19~26.5mm的粗骨料分别按占总粗骨料的百分比按10%、20%、30%、40%、50%、70%、80%、100%。沙、水泥、石子、水均按普通混凝土配合比设计。实验所做的混凝土试件如下：9.5~16mm和19~26.5mm粒径所占百分含量如下：1.3C25混凝土配合比设计Mc/Mc:Mw/Mc:Ms/Mc:Mg/Mc=1:0.52:1.74:3.34实验时实际称取的水：1.323kg水泥：2.544kg沙子:4.424kg石子：8.51kgC30混凝土配合比设计Mc/Mc:Mw/Mc:Ms/Mc:Mg/Mc=1:0.46:1.31:3.07实验时实际称取的水：1.323kg水泥：2.88kg沙子：3.78kg石子：8.82kg1.4试验原理由于直接减少水泥的用量来探究骨料级配对水泥用量的影响，操作起来不容易，因此只有用标准的混凝土配合比来设计，再减少水泥用量。设计强度等级为C25和C30的混凝土，然后运用控制变量法使粗骨料中粒径为9.5~16mm和19~26.5mm的质量百分含量分别按10%、20%、30%、40%、50%、70%、80%、100%。而其他粒径的粗骨料均匀混合。水、水泥、沙子、石子用量按混凝土配合比设计的来称取。然后做成混凝土拌合物（和易性要满足要求坍落度为10~30mm），装模（100mm×100mm×100mm）再人工捣实，在标准混凝土养护箱中养护28天后测最大破坏荷载，然后做出粒径为9.5~16mm和19~26.5mm的质量百分含量与最大荷载的曲线图，最后找到曲线的最大值所对应的粒径的百分含量，在此基础上减小水泥的用量1%、2%、3%再做成混0%20%40%60%80%100%120%含量含量含量含量9.5~1619~26.5凝土试样测其最大荷载。最终得出结论。2.实验数据的分析与处理2.1数据分析由于实验仪器和测量仪器本身的误差和精度的局限性所造成的误差、称量样品和器皿中残留的样品所引起的误差、混凝土拌合物拌得不充分，采用人工捣实时捣实得不充分使得有些地方没有捣实所造成的误差、养护条件（湿度、温度）（养护28天）由于混凝土试件过密使得养得不充分使得强度降低、压力试验时操作造成的误差。2.2数据处理舍去那些偏差较大的数据（错误）尽量取中间数据的平均值作为抗压强度值。2.3原始数据见附表13.实验结果与分析3.1混凝土试件荷载实验随粒径含量增加表如下010020030040019~26.5mmC25C30由表可知19~26.5mm粒径的粗骨料的含量大约在55%左右的时候混凝土极限荷载最大，9.5~16mm粒径的粗骨料的含量大约在25%左右的时候混凝土极限荷载最大。中和两图表可知骨料级配有一定优化的必要性。在此配合下减少水泥的用量1%~2%极限荷载应该也会满足要求。如果实际中采用机械捣实混凝土的强度等级应该还有很大程度上的提高。能实现工程建设中实际的经济利益，为混凝土开发上节约很多成本，具有一定的研究意义。3.2结论19~26.5mm粒径的粗骨料的含量大约在55%左右和9.5~16mm粒径的粗骨料的含量大约在25%左右在此级配下减少水泥用量1%~2%。经济价值可观。参考文献：《建筑材料》程从密主编天津科学技术出版社《骨料级配优化对混凝土胶凝材料用量的影响》蔡杰龙杨永民李伟01002003004009.5~16mmC25C30附表1混凝土抗压荷载试验结果123456坍落度增加量C3019~26.5mm10%306.05295.06268.22308.32295.65283.9223mmC25269.24260.22237.22239.17241.62139.5227mmC3019~26.5mm20%294.87231.08250.65274.58274.71234.8225mmC25191.07195.21194.16178.62200.50195.6317mmC3019~26.5mm30%279.29303.50272.96287.03288.92265.5917mmC25259.38254.48261.57255.53251.58265.4023mmC3019~26.5mm40%322.05309.80314.22265.67273.52302.8329mmC25237.23216.30200.43231.25199.37228.5516mmC3019~26.5mm50%314.12317.75336.83322.97311.95315.1714mmC25230.32198.25248.91260.49247.90271.6922mmC3019~26.5mm70%287.03324.50276.74263.81291.58291.3525mmC25252.41280.21248.12265.72259.21246.0926mmC3019~26.5mm80%299.35333.12327.53333.40251.35312.9522mmC25199.97227.82221.62223.61239.84231.5225mmC3019~26.5mm100%322.36220.84322.61225.38318.84320.2329mmC25213.15240.53252.44223.62168.64276.0621mmC309.5~16mm10%350.31233.04364.39328.85334.16274.3628mmC25259.04318.95219.43194.27248.02232.2820mmC309.5~16mm20%406.73317.50401.51307.31352.59386.0918mmC25309.92293.46320.86286.63316.39280.8620mmC309.5~16mm30%346.73347.43365.76367.10323.77314.4128mmC25284.44283.98255.30276.85278.55282.2523mmC309.5~16mm40%317.29315.75280.95357.07343.60367.8329mmC25288.57285.93321.61260.55274.24223.4827mmC309.5~16mm50%315.66308.40269.78329.32335.38309.0027mmC25273.35294.09271.01274.97276.88285.5727mmC309.5~16mm70%322.62340.75331.00340.33363.85279.5217mmC25350.63278.65309.41325.74319.28323.4526mmC309.5~16mm80%306.82312.51335.70280.28305.99311.4211mmC25262.66329.08298.90300.98304.46318.3329mmC309.5~16mm100%336.68283.97299.25286.49293.64327.5520mmC25243.10220.78215.23241.77259.88199.8527mm