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骨料在混凝土中的作用
了解这个混凝土配合比设计的主力如何改变混凝土配合比的特性和性能
波特兰水泥协会
发现制造商:掺合料
骨料通常被认为是混凝土混合物中的惰性填料。但仔细观察就会发现骨料在新鲜混凝土和硬化混凝土的性能中所起的主要作用和影响。级配、最大尺寸、单位重量和水分含量的变化都可以改变混凝土混合物的特性和性能。
经济是考虑周全的总体选择的另一个原因。您通常可以通过选择允许的最大聚合大小来节省资金。使用较大的粗骨料通常通过减少水泥需求来降低混凝土混合物的成本，水泥是最昂贵的成分。如果水灰比(w/c)保持不变，那么水泥量(在合理的耐久性范围内)就会减少。较低的含水量将减少收缩和与限制体积变化相关的开裂的可能性。
这里概述了在选择和配合比混凝土骨料时要考虑的最重要的因素。
典型骨料比例
图1 -注意这种常规混凝土混合料的粒度分布。
骨料在典型的混凝土混合物中所占比例高达60%至80%，因此必须正确地选择耐久骨料，进行最佳效率的混合，并适当控制以产生一致的混凝土强度、和易性、完工性和耐久性(图1)。传统混凝土混合物中的成分通常在以下比例范围内:
了解更多关于成为一件商品的材料混凝土混合物．
| 成分 水泥 总 水 空气 |
范围 7% - 15% 60% - 80% 14% - 18% 2% - 8% |
质量统计
确保您的混凝土生产商购买优质骨料，并通过定期骨料测试结果验证ASTM C 33，“混凝土骨料的标准规范。”当地集料的良好性能历史也提供了该材料在使用中的良好性能的指示。
优质骨料必须干净、坚硬、坚固、具有耐用的颗粒，并且不吸收有害化学物质、粘土涂层或其他可能影响水泥水化或降低膏体-骨料结合的污染物。要避免的聚合包括:
- 易碎或易裂的。
- 含有大量软质多孔材料的材料。
- 某些类型的“燧石”，因为它们可能具有非常低的抗风化性，并可能导致表面缺陷，称为弹洞(图2和3)。
在硅质颗粒上出现弹射的混凝土平面表面。虽然弹跳不是结构上的问题，但它是一个令人烦恼的表面缺陷，可能是审美抱怨的来源，如果过多，可能会影响钢筋板的覆盖质量。(图片由波特兰水泥协会提供)
纵向切片的芯截面显示了弹出的机理。一些硅质颗粒比高质量的骨料更具吸水性。当位于饱和表面附近时，它们可以吸收水分，在冻结时，膨胀并剥落其上方的混凝土，以及一部分骨料。(图片由PCA提供)
作为一种自然产生的材料，骨料有时会在交付的产品中包含风化或不稳定的颗粒。细集料和粗集料中有害物质的允许百分比分别列在ASTM C 33表1和表3中。有些项目可能需要更严格的限制。为了避免在混凝土中放置后难以纠正的问题，在材料提交时验证这些限制没有超过。
层次
根据骨料可用性和工程要求优化级配，可得到具有良好和易性和完工性的经济混凝土。粗骨料和细骨料之间的比例将根据每种骨料的独特特性、放置方法和所需的表面处理而变化。
细骨料和粗骨料的分界线是3/8英寸的筛子。细度模量(FM)是骨料细度的指标。FM的计算方法是将每个指定系列筛上保留的质量的累积百分比相加，并除以100(见表1)。细骨料的FM应在2.3至3.1的范围内。FM的变化不应超过0.2;否则，混合调整可能是必要的。过细的材料会有更高的需水量，通常会导致粘稠的混合物。过于粗糙的材料将产生粗糙的混合物，更难放置、巩固和整理。
| 筛分粒度 | 质量所保留的单个分数的百分比 | 质量通过百分率 | 按质量计算的累计保留百分比 |
|---|---|---|---|
| 9.5毫米(3/8英寸) | 0 | One hundred. | 0 |
| 4.75 mm(4号) | 2 | 98 | 0 |
| 2.36 mm(8号) | 13 | 85 | 15 |
| 1.18 mm(16号) | 20. | 65 | 35 |
| 600µm(30号) | 20. | 45 | 55 |
| 300µm (No. 50) | 24 | 21 | 79 |
| 150µm (No. 100) | 18 | 3. | 97 |
| 锅 | 3. | 0 | - |
| 总计 | One hundred. | 283 | |
| 细度模量= 283 ÷ 100 = 2.83 | |||
细骨料应在ASTM C 33第6节规定的级配范围内。如果在当地可获得的细骨料中存在缺陷，混凝土可能受益于添加空气夹带，额外的水泥，或补充胶凝材料(SCM)来解决这些缺点。
ASTM C 33的表2列出了广泛的粗骨料级配范围。这些广泛的分级带适用于全国各地。一旦为项目选择了级配，将级配保持在较窄的范围内将获得更大的批与批一致性。这通常是通过适当储存骨料和重新加工库存来实现的，以防止过度分离(图4)。
在混合料中可使用的粗骨料的最大尺寸取决于构件的尺寸、形状和配筋，基于这些“不超过”准则(见图5和图6):
3/4钢筋之间或钢筋与型钢之间的净间距(覆盖距离)
1/3厚板深度
构件最窄维度的1/5
通常使用细料和粗料的混合级配来分析骨料(图7)。这提供了对混合料在混凝土中的性能的估计。每个地区都有其骨料的缺陷，但一旦绘制出综合骨料级配(保留百分比与筛分尺寸)，就可以更容易地识别和补救这些缺陷。然后可以考虑其他骨料来源或额外的骨料混合，以接近难以实现的“理想”级配，提供最佳的和易性、可泵性、减少收缩和经济(图1)。
注意，从混合物中去除沙子将传统的混凝土转变为“无细粒”混合物，也称为“透水”混凝土(见透水混凝土路面)．透水混凝土有资格获得LEED分数，这是由环保组织开发的绿色建筑评级系统美国绿色建筑委员会(USGBC)，因为它允许径流直接渗透到路基，重新补充地下水位。
图4 -为了解决颗粒尺寸的过度分离问题，通常在批处理之前，要围绕圆周重新加工桩以重新混合尺寸，而不是直接进入桩中。(图片由PCA提供)
图5 -通过钢筋与覆盖尺寸之间的明确距离的推荐最大骨料尺寸。(图片由PCA提供)
图6 -基于放置方法和板厚的最大骨料粒径。(图片由PCA提供)
图7 -细骨料到粗骨料的粒度分布对混凝土的和易性和性能起着重要作用。(图片由PCA提供)
图1 -常规混凝土的最佳组合骨料级配。(PCA提供)
露骨料混凝土的特殊注意事项
承包商布置装饰水刷石混凝土在美国，外观是首要考虑的因素，应特别注意骨料的形状、纹理、颜色和整体外观，以产生最佳外观的最终产品(图8)。在放置建筑混凝土时，应测试试验混合物并放置模型，以确保各方对所选材料都满意。
砾石和碎石通常都可以用于制作高质量的混凝土(图9)，尽管砾石通常是暴露骨料的首选。再生混凝土的使用，粉碎成适当大小的混凝土骨料，也证明了成功的性能。与传统骨料相比，再生混凝土具有更高的吸收率和更低的比重。为了生产含有部分再生混凝土骨料的优质耐用混凝土，通常需要试验混凝土混合物，并密切监测旧再生混凝土的性能，根据需要进行混合调整。
露骨料混凝土路面。
砾石和碎石都可以制成优质混凝土。与碾碎的石头相比，砾石的需水量较低。砾石是人行道和装饰应用中暴露骨料混凝土的首选材料。碎石通常表现出较高的膏体-骨料粘结。碎石是首选的路面混合料，因为较高的膏体-骨料粘结产生较高的抗弯强度(图片由PCA提供)
湿度控制
图2 -骨料含水率在混凝土和易性中起一定作用。如果集料太干，它们会从混合物中吸收(偷走)水分。如果集料太湿，则必须从预期的混合水量中减去多余的水分。(图片由PCA提供)
骨料的吸收和表面水分是生产混凝土始终达到规定或目标强度的简单而又至关重要的方面。水灰比与强度之间的基本关系始于对水分贡献或骨料吸收的修正。
聚集体有点像小而硬的海绵。混合料设计计算假设集料处于饱和表面干燥(SSD)状态，这意味着它们的吸收得到满足，并且没有水从混合物中提取或添加到混合物中。如果它们的吸收不满意，这些“海绵”会从指定数量的混合水中窃取水分，减少混凝土的坍落度。如果“海绵”过于湿润(超过满足吸收的量)，必须从批量混合水的量中减去额外的水。否则，超过目标w/c比，强度将下降(图2)。
重要的集合注意事项
做使用符合的骨料ASTM C 33，“混凝土骨料的标准规范。”骨料必须是健全的，干净的，坚硬的，耐用的，并且没有过量的细粒或污染物，可以影响水泥水化或破坏膏体-骨料粘结。
不细粒和粗粒骨料中有害物质含量超标。这些限制分别在ASTM C 33表1和表3中给出。有些规范可能需要更严格的限制。
做定期监测粗集料和细集料的水分含量，以促进批与批之间的一致性和均匀性。聚合箱中的湿度探头应根据制造商的建议进行校准。湿度探头也应定期用标准的燃烧湿度测定方法进行检查(Astm c 566)．
做确保库存得到妥善管理。它们应该建立在水平或缓坡层，以减少隔离，并有足够的间隔，以允许正常工作的桩。在院子空间有限，库存难以分开的地区，应使用屏障，以避免不同尺寸的材料混合和交叉污染。
有关骨料和混凝土配合比设计的更多信息，请阅读:
混凝土混合料的设计与控制“，美国波特兰水泥协会(见第5章，混凝土用骨料)。
美国混凝土学会(ACI)委员会报告221R-96，混凝土中正常重量和重量级骨料使用指南，第4.5节。
发现制造商:掺合料
