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普通混凝土配合比骨料用量定量计算与探讨 　　摘要: 将现有混凝土配合比的“半计算”发展为可依据不同情况变化的“全计算”—在用水量、砂率推导的基础上；将骨料用量以科学方法定量计算得出，并通过讨论骨料的几个影响因素，以期使混凝土的配制更加科学化、精确化。 　　关键词: 普通混凝土配合比;骨料； 　　 　　 中图分类号： TU37文献标识码：A 　　0 引言 　　现有混凝土配合比规范[1]中，物料用量以水灰比为重点，而其它材料用量如用水量、骨料用量均为按照经验给出，特别在目前骨料的生产和使用得不到重视的情况下，其质量难以保证，；且实际使用的骨料质量参差不齐，影响因素不同。因此对实际使用的粗细骨料及其各粒径的组成情况以计算公式的形式，定量给出这是很有意义的。 　　 　　1 推导过程与讨论 　　假设条件：（1）组成混凝土的固态、液态、气态三相的体积具有可加性；（2）混凝土由砂浆组成的胶凝相包裹、胶结骨料；填充骨料间的间隙；砂浆由干砂浆、掺料、空气和水组成。 　　依据陈建圭等人[2]的推导结果，可知用水量和砂率的定量计算式，如下式所示： 　　用水量为 （1） 　　砂率为（2） 　　式中： 为砂浆体积（L）； 为干砂浆体积（L）； 为用水量（L）； , , , , 分别为水泥，掺料，空气，细骨料和粗骨料石的用量（L）； 为依据规范配合比公式计算得到的最低试配强度（MPa）， 为所用水泥28天实测胶砂强度或依据富余系数求得的水泥28天胶砂强度（MPa）， 、 分别为所用胶凝材料和水的质量（单位量纲同）； 、 、 、 分别为所用水泥、细掺料的密度以及细骨料砂和粗骨料石的视密度； 为掺料的百分比，此处只考虑普通混凝土，即 取0。 　　讨论骨料的情况：为了让骨料颗粒之间空隙最少而使混凝土尽可能达到最密实的状态，Fuller和Thompson[3]建议颗粒体系（水泥+骨料）的理想级配应遵循以下关系式： 　　 （3） 　　式中， 为粒径为d的骨料过筛率（%）； 为所用骨料颗粒的最大粒径（指筛分试验中骨料全部通过或者最多5%未通过的筛的孔径）。 　　按照Fuller和Thompson的研究结果，若“水泥+骨料”组成的颗粒体系满足（3）式，就??获得最紧密的颗粒粒径分布：粒径较小的颗粒填充较大颗粒的空隙，依次向上填充。满足已获广泛认可的“隔层堆积”[4]理论。但是另一方面，固体颗粒堆积最紧密时，加水拌合时流动性不好，工作性不良而影响浇注；因此，（3）式适用于低流动性混凝土拌合物，实际浇注施工时现场需要借助振动仪器。针对上述情况，Bolomey提出了修正理想级配曲线，如下式： 　　（4） 　　式中： 为考虑工作性要求和骨料类型（人工或天然骨料）而引入的参数，其他与（3）式同，当 值取0时，（4）式和（3）式相同。 的取值如表1所示： 　　表 1 骨料类型和工作性对参数 的影响 　　骨料类型 混凝土拌合物稠度下的 值 　　 　　 　　 　　注：S1对应坍落度为10～40mm；S2为50～90mm，S3为100～150mm，S4为160～210mm，S5为210mm。 　　从表1中可以看出，在骨料粒型由天然骨料变化为人工碎石和混凝土拌合物的流动性能提高时， 值随之增大：结合（4）式可知， 值增大则细骨料（砂）的用量提高，这是因为一方面天然骨料较人工骨料粒型规则、表面光滑，摩擦力较后者小而对混凝土拌合物的流动阻力较小，因而在相同的条件下达到预期的流动性能所需的砂的用量也较后者少；另一方面，随着拌合物要求的流动性提高，砂率也相应的提高。[5]应该注意到在计算骨料级配时，（3）式、（4）式中包含了水泥颗粒的影响。因此Fuller和Bolomey分别提出了表征纯骨料级配关系式： 　　 （5） 　　 （6） 　　式中：C=c/（c+a）*100表征水泥用量所占水泥和骨料用量总质量的百分数。 　　对比两式，Fuller关系（5）式比Bolomey关系（6）式粗骨料颗粒多，细骨料颗粒少。因此当配制低工作性混凝土按照Fuller关系以尽量降低空隙体积，减少水泥用量；配制工作性能要求较高混凝土时最好按照Bolomey关系以提高细骨料含量，拌合物塑性使离析减小。相应对比（3）、（4）式和（5）、（6）式由于后两者考虑了水泥用量，细骨料含量相对前两者少，而粘聚性相对差。通过分析可知：实际上（3）、（4）、（5）、（6）式当d=4.75时对应的P值即为当筛孔尺寸为4.75时的过筛率，对照粗细骨料砂、石的粒径范围可知即为砂率[1]；结合现有混凝土生产使用时，低流动性和和易性相比于较好的流动性和和易性，前者不利于现场施工，需要借助人工机器振捣，耗费人力财力物力，过振时会造成混凝土的分层离析，影响混凝土的使用[6]。因此配制混凝土