2016年第11期 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete 商品混凝土
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研究探索
粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响
郑灼知１，刘晓钰２
（1. 成都七中嘉祥外国语学校，四川 成都 610000；2. 中建商品混凝土（成都）有限公司，四川 成都 610000）
［摘 要］在自密实混凝土中，粗骨料对自密实混凝土性能具有较大影响。本文通过研究粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响，提出了评价粗骨料形状系数的方法，并测试了使用不同形状系数的粗骨料，其自密实混凝土的工作性能以及力学性能，包括坍落度、扩展度、V 型槽时间和强度等。［关键词］自密实混凝土；粗骨料；形状系数
粗骨料是混凝土的主要组成部分之一，特别是在自密实混凝土中，粗骨料的种类、强度、体积率、最大粒径、形状系数以及级配都将导致自密实混凝土的不同性能[1]。而且，自密实混凝土有着良好的流动性和密
实性，对粗骨料的要求就会更高，根据《自密实混凝土应用技术规程》的要求[2]，粗骨料宜采用连续级配或两个单粒级配的石子，最大粒径不宜大于 20mm ；石子的含泥量、泥块含量及针片状颗粒含量宜符合要求；石子的空隙率宜小于 40%[3]。
混凝土的一般组成可以分为固相和液相，液相也就是水泥浆，固相就是粗骨料。一般都是水泥浆带动粗骨料流动，而自密实混凝土要求有比较好的流动性，可见自密实混凝土中，粗骨料对流动性的影响很大[4]。对于骨料种类、级配、针片状颗粒等指标均相同的粗骨料而言，可以用石头颗粒的形状系数来评价骨料对自密实混凝流动性的影响，而在一些研究中，形状系数的不同会影响自密实混凝土拌合物的塑性粘度和屈服应力[5]。可见，研究粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响是非常有必要的。
1 试验内容
1.1 粗骨料形状系数确定
粗骨料长、宽、高分别为 L 、B 、T ，等轴率 k=B/L ，薄片率 λ=T/B ，粗骨料等轴率和薄片率分别反映其粒形呈针片状的程度[6]。粗骨料等轴率和薄片率越大，粗骨料中针、片状颗粒的比例越高，其总体表面积和空隙率也会越大，从而使粗骨料的压碎值增大，不利于粗骨料骨架的形成，进而会影响混凝土的流动性和最终的强度[7]。
本试验采用 Heywoodde 的建议[8]，令粗骨料形状系数 m=B/T 、n=L/B （L ≥B ≥T ），即 m=1/λ、n=1/k 。Mora [9] 等认为：相同来源、相同产地的粗骨料应该多多少少具有相同的粒形特征，这样就可以根据粗骨料颗粒宽度（B ）来计算其平均厚度（T ）：
T=λB (1)这样粗骨料颗粒体积 V 可用式 (2) 计算：
V=TA=λBA (2)式中，A 为粗骨料颗粒投影面积。将每一颗粗骨料颗粒的体积加起来，再乘以粗骨料的密度 ρ，即可得到粗骨料的总
质量 M ：
∑⋅=N
BA M λρ
(3)
式中：Ｎ为粗骨料颗粒总数。根据式（3）可以得到 λ 倒数的计算式，为：
m M BA N
==∑/1
ρλ
(4)
将实测的粗骨料质量和密度，以及用 IPP 软件（全称Image-Pro Plus ，是由美国 Media Cybernetics 公司开发的一种功能强大的 2D 和 3D 图像处理、增强和分析软件，具有异常丰富的测量和定制功能，是世界最顶级的图像分析软件包，被广泛应用于质量控制、材料成像及其它的多项科研、医学与工业用途）分析得到的粗骨料颗粒的宽度和投影面积 A 代入 (4) 中，即可计算得到粗骨料的 m 值[10]。
n 值由 IPP 软件分析得到的粗骨料长度和宽度直接计算得出。
1.2 试验配比
将所选碎石分成 A1、A2、A3 三组，各组中碎石级配相同，如表 1 所示。人为调整各试验组中针片状碎石的含量，使 A1 均是球型碎石，A2 球型和针片状各一半，A3 均是针片状碎石。image pro plus
表 １ 碎石级配
粒径(mm)5～1010～1515～20比例(%)
25.16
49.85
25.00
根据前期试配与优化结果，以 C50 强度为标准，所选自密实混凝土配合比如表 2 所示。
表 ２ 自密实混凝土配合比 ｋｇ／ｍ３
水灰比减水剂砂石水泥Ⅰ级粉煤灰
矿粉0.33
5.5
165
859
250
210
40
2 试验结果与分析
2.1 粗骨料形状系数
应用 Image-ProPlus 6 对所拍石子进行图像处理，背景选用白纸避免颜干扰，拍摄时白纸底部放置刻度尺作为标尺，所拍图像如图 1 所示，计算所得粗骨料形状系数如表 3。
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