混凝土用骨料实验

一、实验目的:1、掌握骨料孔隙、空隙的概念.2、学会砂筛分析和石子捣实密度的试验方法.3、了解骨料的（1）石子的针片状含量、压碎指标、松堆密度（2）轻骨料的桶压强度二、实验内容1、石子捣实密度试验2、砂筛分析试验3、砂表观密度测定4、石子的针片状含量、压碎指标、松堆密度（演示）5、轻骨料的桶压强度（演示）6、砂的含泥量（演示）三、实验具体内容1、石子捣实密度试验（1）实验说明a)通过对两种单粒级石子不同比例的搭配,观察其捣实密度的变化,画出石子比例和捣实密度的曲线,并进行分析；b)实验使用的石子是石灰岩碎石,粒径分别为5—10mm,10-20mm单粒级；c)所用容积升体积为10L；d)石子的称量总质量为20Kg。（2）实验仪器台秤(量程：50kg，精度50g)；容量筒：容积为10升（3）实验步骤以“骨料粒径5~10mm：骨料粒径10~20mm=3：7”为例进行说明：(1)称取容量筒自身的质量m1(2)分别称量6Kg粒径为5~10mm的骨料，及14Kg粒径为10~20mm的骨料。(3)将两种骨料放入大体积容器，进行搅拌，尽量将其搅拌均匀。(4)取搅拌均匀的骨料混合物，加入容量筒（10L）。用木槌敲打容量筒，将石子捣实。最后除去高处桶口表面的颗粒，使桶口平面凹陷与凸起面积基本相等。(5)将容积升置于电子称上，读出电子称示数m2.(6)由容量筒中试样的质量(m2-m1)和容量筒的体积(V)计算捣实密度。（4）实验结果及分析数据表格如下细骨料5-10mm03456710粗骨料10-20mm10765430捣实密度（Kg/m3）1605172017951745168017451610曲线图如下结果分析：（一）观察图像由图像可知，细骨料5~10mm、粗骨料10~20mm两种骨料混合后，随着细骨料5~10mm所占比例的增大，捣实密度总体上呈现先增大后减小的趋势。细骨料质量占40%时，捣实密度达到最大值峰值接近1800Kg/m3，在细骨料质量比例60%时，曲线出现波动。（二）相关现象的解释(1)对混合石子捣实密度先增后减的理解和解释：①由单个粒径的石子组成的石子之间空隙比较大，通常我们以均匀球体进行假设，则不难想到，如果由粒径较小的石子填充到粒径较大的石子的空隙中时，在石子的表观体积不变的前提下，石子的质量会有所增加，这就直接导致石子的捣实密度的增加。当较小粒径石子过多时，多出来的较小粒径石子自己堆积，堆积密度小于2种碎石掺合的堆积密度。当较大粒径石子过多时，较小粒径石子不能完全填充较大粒径石子孔隙，捣实密度也会降低。②在我们的实验中石子有两种粒径的石子组成，根据上述原理，单粒径时捣实密度最小，混合粒径时捣实密度有所增加，和实验结果相符。③理论上混合石子捣实密度应随着细石的含量变化连续变化，此函数关系为一个单峰上凸函数，存在唯一的最大值点，但是由于实验中的实验数据较少，而且实验人员的称量手段不同等原因，实验的曲线体现出一定的不规律性，但是不影响我们对实验结论的验证。在理论分析的基础上我们对实验数据进行适当的取舍，可以明显看出，60%这一组数据为异常点，舍去60%一组数据，那么实验结果将如下图所示。1550160016501700175018001850020406080100120密度（kg/m3）5-10mm骨料占总质量的百分比不同粒径石子比例与捣实密度曲线图我们可以较清晰的看到单峰性质。当然这也不能完全准确的反映捣实密度和细石含量的关系，具体实际的工程中还要通过具体实验和经验进行控制。(2)根据混合石子理论猜想决定最佳细石含量的因素：首先，假定较细的石子粒径足够小，则该小粒径的石子可以将大粒径的空隙填满，这样，孔隙率减小，填充率高，就使得混合石子的捣实密度大大增加，如果小粒径的石子不足够小，则不能将较大粒径的石子的空隙填满，捣实密度的增加程度就不如小粒径石子。所以大小粒径的粒径比例可能是一个影响因子。其次，由于实际石子中并非我们假定的均匀球体，而是呈现不规则的形状，可以想见如果石子的形状比较规则可以重复排列，则很有可能使得在一定的振捣条件下达到较大的捣实密度，即达到较小的孔隙率，较大的填充率，因此可以想见，石子的形状也是一个影响因子。再次，大小石子的密度不同也可能影响混合石子的捣实密度。(3)对实验误差的思考与分析通过对上述的实验进行分析，本实验中存在着较大误差，表现在以下几个方面：①曲线并非单峰函数，且去掉一个显然错误的结果后仍然有误差过大的嫌疑。②实验数据过少，测得的点不足以描画一个较清晰曲线。分析原因如下：①整体上，不同小组对实验的要求和理解不同，导致测得的捣实密度具有不可避免的类似于“起点不同”的系统误差。这可能是实验误差产生的最主要原因。②鉴于时间原因和实验条件所限，各小组进行实验的过程中都有不同程度的混合不均匀的情况，这使得实验的各组在进行自己组的测量的时候不能保证准确测量。各组测出的数据其可比较性本身较低。参考资料：（1）骨料在混凝土中，骨料占其总重量的80％以上。骨料所占的体积越多，水泥的1550160016501700175018001850024681012用量就越少，混凝土的经济性也就越好。骨料的质量好坏，在很大程度上影响到混凝土的性能。砂石骨料有粗、细之分。一般把石子叫做粗骨料，砂子叫做细骨料。细骨料的粒径范围为0.5～5mm，大于5mm的叫粗骨料。为了组成良好的级配，减少转运、搅拌、浇筑时分离，粗骨料要分成几个粒径级。在150～5mm的粒径范围内，习惯上把骨料分成四个粒径级，即150～80、80～40、40～20和20～5mm。为了简化称呼，分别把这四级骨料叫做大石、中石、小石和细石。（2）粗骨料的级配粗骨料的级配原理和细骨料基本相同，即要求大小石子组配适当，以使粗骨料的空隙率和总表面积比较小，这样拌制的混凝土水泥用量少，密实度也较好，有利于改善混凝土拌合物的和易性，不易产生分层离析和泌水现象，还能提高混凝土强度。尤其对于高强混凝土，粗骨料的级配尤为重要。反之，级配不合理，不仅增大了水泥用量，而且拌和物中的各种骨料在重力作用下，分层离析，影响混凝土的强度或是造成管道的堵塞。粗骨料的级配有两种，一种是连续级配，一种是间断级配。连续级配是石子由小到大各粒级相连的级配，适合配制各种流动性混凝土。间断级配是指石子用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，这时大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充。这种级配可以获得更小的空隙率，从而可以节约水泥，但混凝土拌合物易产生离析现象，增加施工困难，故在工程中应用较少。（3）骨料捣实密度骨料捣实密度的大小在一定程度上可以反映其级配是否合理。捣实密度越大，说明其空隙率越小，可以更好的发挥集料的附加作用而减少水泥用量和用水了，有利于改善混凝土拌和物的工作性，提高混凝土强度，耐久性，见效混凝土变形。2、砂筛分析试验（1）实验原理砂中含有不同粒径的颗粒，将砂通过不同孔径的筛，可将砂按照不同颗粒范围分离开来。通过筛分析，可计算砂子的大小搭配状况，判断砂子的级配和细度模数。实验中用到筛孔径（单位：mm）分别为5.00、2.50、1.25、0.630、0.315、0.16。按下式计算细度模数：11654321005)(AAAAAAAMx式中，A1、A2……A6分别为5.00、2.50……0.160mm孔筛上的累计筛余百分率。砂按细度模数(Mx)分粗、中、细和特细四种规格，由所测细度模数按规定评定该砂样的粗细程度。以Mx=3.7~3.1为粗砂，Mx=3.0~2.3为中砂，Mx=2.2~1.6为细砂，Mx=1.5~0.7为特细砂来评定该砂的粗细程度。根据0.630mm筛所在的区间判断砂子属于哪个区。画出砂子所在级配曲线，并画出所在区间的上下限．并判断级配是否合格。砂的级配区曲线（2）实验步骤a)称取砂500g。将筛子按筛孔由大到小叠合起来，附上筛底。将砂样倒入最上层（孔径为5mm）筛中。b)用手筛动筛子，筛至每分钟通过量小于试样总量的0.1%为止。c)称取各号筛上上的筛余量。d)计算分计筛余百分率：各号筛上筛余量除以试样总质量（精确至0.1%）。e)计算累计筛余百分率：每号筛上孔径大于和等于该筛孔径的各筛上的的分计筛余百分率之和（精确至0.1%），并绘制砂的筛分曲线。（3）实验结果及分析数据记录如下筛孔尺寸mm筛余量g分计筛余%累计筛余%5.00142.82.82.50326.49.21.25367.216.4计算细度模数MxA1=2.8，A2=9.2，A3=16.4，A4=32.4，A5=74.0，A6=92.0。则有2345611()52.16100xAAAAAAMA由于1.62.162.2，属于细砂。在筛孔尺寸=0.630mm时，测得曲线累计筛余量值为32.4%，落在3区范围内。其级配曲线为：由级配曲线可以看出该样本的级配合格.参考资料：（1）砂的粗细程度对配制混凝土的影响：砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度。砂子通常分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。在配制混凝土时，当相同用砂量条件下，采用细砂则其表面积较大，而用粗砂其总表面积较小。砂的总表面积愈大，则在0.6308016.032.40.31520841.674.00.169018.092.0筛底428.4100.4混凝土中需要包裹砂粒表面的水泥浆越多，当混凝土拌合物和易性要求一定时，显然用较粗的砂拌制混凝土比用较细的砂所需的水泥浆量为省。但若砂子过粗，易使混凝土拌合物产生离析、泌水等现象，影响混凝土的工作性。因此，用作配制混凝土的砂，不宜过细，也不宜过粗。（2）砂的颗粒级配对配制混凝土的影响：砂的颗粒级配是指砂中不同粒径颗粒的组配情况。如果砂的粒径相同，则其空隙率很大，在混凝土中填充砂子空隙的水泥浆用量就多；当用两种粒径的砂搭配起来，空隙就减少了；而用三种粒径的砂组配，空隙就更小。由此可知，当砂中含有较多的颗粒，并以适量的中粗颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，即具有良好的颗粒级配，则可达到使砂的空隙率和总表面积均较小。这种砂是比较理想的。不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而且还可以提高混凝土的和易性、密实度和强度。（3）补充：配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。当采用Ⅰ区砂时，应适当提高砂率，并保证足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。混凝土用砂应贯彻就地取材的原则，若某些地区的砂料出现过细、过粗或自然级配不良时，可采用人工级配，即将粗、细两种砂掺配使用，以调整其粗细程度和改善颗粒级配，直到复合要求为止。3、砂表观密度测定（1）实验原理表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。不含开口孔隙的表观密度称为视密度，以排水法测定其体积。（2）实验内容a)称取烘干试样300g(m0)，将砂子装入预先装有少量水的500mL容量饼中，加水到与刻度线平齐，称其质量m1g。b)倒出瓶中的水和砂，清洗瓶内外，再装水至瓶颈500mL刻度线。称其质量m2g：c)按下式计算砂的表观密度ρ0（精确至0.01g/cm3）（3）实验结果及分析测得数据：m0=300g，m1=837g，m2=651g。由公式计算得，砂的表观密度𝜌0=2.63g/cm3。00021mmmm00021mmmm根据建筑用砂国家标准5.5条规定，建筑用砂的表观密度应大于2500kg/m3，即2.50g/cm3。故试验砂样表观密度达到国家建筑用砂标准。4、演示实验（查找资料）（1）石子的针片状含量、压碎指标、松堆密度；（2）轻骨料的桶压强度；（3）砂的含泥量1石子针片状颗粒含量的测定（1）实验仪器：针状规准仪和片状规准仪（2）实验步骤:--依据石子的最大粒径，按下表进行有代表性取样并筛分；--用规准仪按下表对试样逐粒进行检验，凡颗粒长度大于针状规准仪者为针状颗粒；厚度小于片状规准仪上相应孔宽者为片状颗粒；2石子压碎指标测定（1）实验仪器：压碎指标测定仪；压力试验机；2.5mm筛子；电子秤。（2）试样制备：标准试样应采用10-20mm的颗粒,并在