石子-土木工程材料-土木工程材料

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：粒径大于4.75 mm 的岩石颗粒称为粗集料。其危害作用与在细集料中的相同，其含量一般应符合表4.8的规定。集料的压碎指标值不应超过表4.9的规定。表4.10碎石或卵石的坚固性指标4.最大粒径与石子的级配最大粒径粗集料公称粒级的上限称为最大粒径，例如，当使用5～40 mm 的粗集料时，最大粒径为40 mm。粗集料最大粒径增大时，其表面积减小，有利于节约水泥。对这种预先分级筛分的粗集料称为单粒级，单粒级一般不单独使用，可组成间断级配。

粒径大于4.75 mm 的岩石颗粒称为粗集料（Coarse Aggregate）。混凝土工程中常用的有碎石（Crushed Stone）和卵石（Pebble）两大类。碎石为岩石经破碎、筛分而得，卵石多为自然形成的河卵石经冲洗筛分而得。

制备混凝土选用碎石还是卵石，要做全面比较衡量，根据工程性质、成本等条件尽可能就地取材。根据国家标准《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011），按卵石和碎石的技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的高强度混凝土；Ⅱ类宜用于C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土。

1.有害杂质

粗集料中常含有黏土、淤泥、硫酸盐、硫化物和有机杂质等一些有害杂质。其危害作用与在细集料中的相同，其含量一般应符合表4.8的规定。当怀疑粗集料中因含有无定形二氧化硅可能引起碱-集料反应时，必须进行专门的检验。活性氧化硅的矿物形式有蛋白石、玉髓和鳞石英等，含有活性氧化硅的岩石有流纹岩、安山岩和凝灰岩等。

表4.8　碎石中有害杂质及针片状颗粒限制值^[1]

pagenumber_ebook=81,pagenumber_book=74

碱集料反应是指当水泥中含碱量（K2O、Na2O）较高，又使用了活性集料（主要指活性SiO2），水泥中的碱类便可能与集料中的活性二氧化硅发生反应，在集料表面生成复杂的碱-硅酸凝胶.这种凝胶体吸水时，体积会膨胀，从而改变了集料与水泥浆原来的界面，所生成的凝胶是无限膨胀性的，会把水泥石胀裂。引起碱-集料反应的必要条件是：①水泥超过安全含碱量（以Na2O计，为水泥质量的0.6%）；②使用了活性集料；③水。

抑制碱-集料反应可考虑以下措施：

①根据工程条件，选择非活性集料；

②控制水泥含碱量不超过0.6%；

③在水泥中加入某些磨细的活性混合材料，使其在水泥硬化前就比较充分地和水泥中的碱成分发生反应，或者能促使反应产物在水泥浆中均匀分散阻止过分膨胀；

④防止外界水分渗入混凝土，保持混凝土处于干燥状态，以减轻反应的危害程度。

2.颗粒形状及表面特征

石子的表面形状会直接影响石子与水泥浆的黏结能力。碎石呈不规则立方形，表面棱角突出，粗糙不平，与水泥浆牢固地咬合在一起，对提高混凝土强度十分有利，但孔隙率与总表面积较大，水泥用量较高，且配制的混凝土拌合物和易性也较差。卵石表面光滑，空隙率与表面积都较小，对混凝土拌合物和易性有利，水泥用量少，但不利于与水泥石的黏结，配制混凝土的强度低。石子还必须考虑针、片状颗粒（Elongated or Particle）的含量，针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径的2.4倍；片状颗粒是指厚度小于平均粒径的40%。针片状颗粒本身容易折断，影响混凝土的强度，而且会增加集料的空隙率，影响拌合物的和易性。根据国家标准《建设用卵石、碎》（GB14685—2011）规定，针片状颗粒的含量应符合表4.8的规定。

3.强度（Strength）和坚固性（Soundness）

作为混凝土的集架材料，为了保证混凝土的强度，集料必须具有强度和坚固性。碎石或卵石的强度有两种方法测定：抗压强度测定和压碎指标测定。

（1）抗压强度测定

将岩石制作成50 mm 的立方体（或直径与高均为50 mm 的圆柱体）试件测定。

碎石抗压强度一般在混凝土强度等级不小于C60时才试验，其他有必要时也可测定。通常，要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5，火成岩强度不宜低于80 MPa，变质岩强度不宜低于60 MPa，水城岩强度不宜低于45 MPa。

（2）压碎指标值测定将一定量气干状态的10～20 mm 石子装入标准筒内按规定的加荷速度加荷至200 kN稳定5 s，卸载后称取试样质量m0，再用孔径2.36 mm 的筛子筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样质量m1，按式（4.2）计算压碎指标值δa。

pagenumber_ebook=82,pagenumber_book=75

式中　δa──压碎指标值（%）

m0──试样质量（g）；

m1──压碎试验后试样的筛余量（g）。

压碎指标值越小，集料抵抗压碎的能力越强。集料的压碎指标值不应超过表4.9的规定。C60及C60以上的混凝土应进行岩石的抗压强度检验。

表4.9　碎石及卵石的压碎指标

pagenumber_ebook=82,pagenumber_book=75

（3）坚固性

集料的坚固性反映的是集料在气候、外力或其他物理因素作用下抵抗破碎的能力。通常用硫酸盐浸泡法来检验，试样经5次循环后，其质量损失应不超过表4.10的规定。

表4.10　碎石或卵石的坚固性指标

pagenumber_ebook=82,pagenumber_book=75

4.最大粒径与石子的级配

（1）最大粒径

粗集料公称粒级的上限称为最大粒径（Maximum Size），例如，当使用5～40 mm 的粗集料时，最大粒径为40 mm。粗集料最大粒径增大时，其表面积减小，有利于节约水泥。因此，只要条件允许，拌制混凝土应尽可能把石子选得大一些。但研究表明，粗集料最大粒径超过150 mm 后，节约水泥的效果已经很不明显了。同时，选用过大的石子，给运输、搅拌、振捣都带来困难，所以需要综合考虑确定石子的最大粒径。

国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2015）从结构的角度规定，混凝土用粗集料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得超过钢筋间最小净距的3/4。对混凝土实心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40 mm。对于泵送混凝土，集料最大粒径与输送管内径之比为：碎石不宜大于1∶3，卵石不宜大于1∶2.5。石子粒径过大，对运输和搅拌都不方便。

（2）颗粒级配

石子的颗粒级配（Size Grading）是指石子各级粒径大小颗粒的分布情况。石子的级配有两种类型，即连续级配和间断级配。

连续级配由连续粒级组成，是表示石子的颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级都占有适当比例。选用连续级配的石子拌制混凝土，其拌合物不易离析，和易性较好。当最大粒径超过40 mm 时，开采、加工过程可能出现各级颗粒比例变动频繁，或在运输和堆放过程中发生离析引起级配不均匀、不稳定。为了保证粗集料具有均匀而稳定的级配，工程中常按颗粒大小分级过筛，分别堆放，需要时再按要求的比例配合。对这种预先分级筛分的粗集料称为单粒级，单粒级一般不单独使用，可组成间断级配。

间断级配是指人为剔除某些集料的粒级颗粒，使粗集料尺寸不连续。大粒径集料之间的空隙，由小许多的小粒径颗粒填充，使空隙率达到最小，密实度增加，节约水泥，但因其不同粒级的颗粒粒径相差较大，拌合物容易产生分层离析，一般工程中较少采用。

石子的最大粒径和颗粒级配都需通过筛分析试验来确定。石子标准筛的孔径为2.36 mm、4.75 mm、9.50 mm、16.0 mm、19.0 mm、26.50 mm、31.50 mm、37.50 mm、53.0 mm、63.0 mm、75.0 mm、90 mm 共12个筛子，可按需选用筛号进行筛分。累计筛余和分计筛余的计算方法与砂的计算方法相同。碎石和卵石的颗粒级配应符合表4.11的规定。

表4.11　卵石或碎石的颗粒级配范围^[2]

pagenumber_ebook=83,pagenumber_book=76

续表

pagenumber_ebook=84,pagenumber_book=77

石子-土木工程材料-土木工程材料

相关推荐