连续级配混凝土研究!

连续级配混凝土研究!

2015-07-07赖瑞星

摘要︰

1. 何谓连续级配混凝土。

2. 混凝土骨材的理想级配。

3. 如何制作及分析混凝土配比中骨材的总级配曲线。

4. 不同尺寸骨材的填充量化方法与效果分析。

5. 连续级配的实例验证。

一、何谓混凝土骨材的「连续级配」

混凝土所使用的粗、细骨材，系用天然的优良砂石(不得有风化岩、叶岩、碱骨材等)，经破

碎、清洗、筛分而成。混凝土产制厂购入时作比重、吸水率、磨损率、健性等材质方面的试验，只要材料的来源没有变化，则这些试验可以较低的的频率为之；但是因为砂、石生产场别之间有很不同的加工方式，产品会有很大的质量差别，再加上碎制砂、石的加工机具很容易产生磨耗，故粗、细成品粒材的级配(粒度)变动是很寻常的；而粗、细骨材占混凝土组成

的80%左右，骨材粒度的变动当然是混凝土质量变动的重要因素，管制好骨材级配的变动

就成了混凝土生产业者最重要的管制项目，所以混凝土产制厂必须以足够的频率作粒料筛分析的检验，取得生产调整的资料。

「骨材的级配」为不同尺寸颗粒排列组合的一种物理量，当大尺寸骨材间之空隙被较小尺寸骨材填塞后，大小颗粒组成一个密实的「网络」结构，非但外力可藉由大大小小的颗粒均匀负载之，整体骨材内之空隙率也会降低。当不同尺寸之骨材相互填塞至最佳状况时，其单位容积将增加，此颗粒大小尺寸之排列组合即为「级配」。

在如何掌控粒料级配前，让我们先了解什么是优良的混凝土骨材级配。是否为良好的骨材级配，端视于该级配的用途为何，针对水泥混凝土的用途须要让其组成为最致密 (具有最小的空隙率)的连续级配；在各种骨材于特定的比率之下，使得骨材占最大体积比，非但可

藉其有效的大小填充的网络结构，发挥粒料既有的强度功能，且可因大小颗粒间的滚动，达成混凝土所须的工作度，因为骨材占最大体积比且为致密状态，故也可使用较少量的胶结材料，达到经济的目的，这种连续级配的骨材颗粒的分布类似「富勒曲线FLC」。

二、混凝土骨材的的理想级配

早在1907年「富勒氏及汤姆森」(Fullerand Thomson)提出，固体粒料粒径分布定义的理论方程式及其分布曲线。其方程式为：

h：系数(0.3∼0.5)

P：某粒径颗粒的过筛百分比d：某颗粒的粒径(mm) D：该级配组的最大颗粒的粒径(mm)

其中h值愈小表示级配中的细粒料愈多，水泥混凝土的骨材级配h值为0.5，今以5~25mm 集料规范的粗骨材与细骨材之粒径，以「富勒氏及汤姆森」方程式所算出的数值如下表1，由相关数据绘成图形如下【图一】及【图二】。

表1 5~25mm集料骨材粒径规范及理想值

骨材粒径m

m 25.0 19.

12.5 9.5 4.75 2.4 1.2 0.6 0.3 0.1

5

0.07

5

粗骨材规范% 100~9

5

–60~2

5

–10~05~0–––––

细骨材规范% ––––100~9

5

100~8

80~4

5

60~2

5

30~1

10~

2

5~0

富勒曲线值% 10081.8

7

70.7

1

61.6

4

43.5930.7221.7

3

15.4

9

10.9

5

7.7

5

–

由表1 的数据以富勒计算值为应变量，骨材粒径为自变数作成下图︰

【图一】5~25mm骨材、细骨材规范及FLC(实际粒径)

横作标改以「对数刻度」表示，则图形变为：

【图二】5~25mm骨材、细骨材规范及FLC(对数粒径)

如【图一】及【图二】所示，粗、细骨材筛分析规范的目的，为使混凝土的骨材粒度的分布能够尽量合乎「富勒曲线FLC」所示的大小颗粒呈连续状态的分布，使整个骨材集料中大颗粒间空隙有次大颗粒填充之，如此大、小颗粒相户填充的循环，使整体成为紧密之结构。

关于富勒曲线(FLC)有以下各种特性：

•与纵坐标(过筛百分比)相交于7%∼8%间，表示粒径0.15mm以下的「填充用」粉细材料至少须占有7%∼8%的重量比。

•因横坐标资料跨距过大(从0.075mm到37.5mm)，故以对数坐标表表示，则图形能更清楚骨材颗粒的级配详情(尤其在细粒料部份)。

•由【图一】中可知，粒径1.18mm以下过筛率急遽缩小(细粒料少)，故此理论级配的组构偏重于检讨粗粒料级配的组合方式。

.富勒曲线(FLC)系由富勒公式所导出理论级配图，其颗粒皆为理想的圆形颗粒；

实际上混凝土的骨材绝大部份系由不规则颗粒所组成，但级配的架构走势，仍须参照富勒曲线的趋势组合级配，所以，混凝土粒料的组合只要类似富勒曲线(FLC)即可。

•富勒曲线只是混凝土骨材须要连续级配的理想依据，但是，单位体积内的混凝土骨材若完全依富勒曲线组合构成，但因实际粒料并非圆颗粒，颗粒间须有更多的填充，混凝土会因过少的细粒料而造成工作性的不良

•实际骨材粒料的FLC与理想FLC的比较，可判别混凝土料性的粗细性。三、配比骨材的实际级配与理想级配

富勒曲线(FLC)既然为混合骨材粒度分布的数理依据，在混凝土配比设计时，就要以富勒曲线(FLC)作为一设计的重要参考依据；如何在满足混凝土配比设计的其它条件之下，又可使混凝土的骨材级配可满足富勒曲线(FLC)的要求，为混凝土配比设计者重要的课题。

这些有关富勒曲线(FLC)作业包括：(1) 粗、细骨材的筛分析试验。(2) 理想富勒曲线(FLC)的建立。(3)骨材实际富勒曲线(FLC)的建立。(4)骨材总级配是否呈“连续”状态的判定。(5)总级配异常的修正。

今以实际粗、细骨材的粒度加以说明：

1. 细骨材筛分析及其级配规范

表2 细骨材筛分析表