比粒度-一种表示沙石粒度的新概念.docVIP

PAGE PAGE 6 比粒度——一种表示砂石粒度的新概念 北京市建筑工程研究院 自1824年出现波特兰水泥以来，水泥便以优于其它胶结材料的优越性能配制混凝土，作为土建工程的重要材料。至今己发展为从房屋建筑、道路、桥梁、隧道、采油平台、核反应堆等包括高强、耐火、防渗、耐酸碱、耐冲刷、防幅射等多种性能要求的土建工程的主要建设材料。混凝土是由以水泥为主的胶结材浆体与多种不同粒径砂石混拌均匀成型的土建工程材料。要配制良好的混凝土，除要求优质的胶结材和质地堅固的集料外，主要有两个配制原则。一是填充密实性原则，对于干硬性混凝土、低塑性混凝土和塑性混凝土要求细集料填充粗集料空隙，胶结材填充细集料空隙，填充饱满密实，並有一定程度便于运输施工的馀裕;对于流动性混凝土和大流动性混凝土(含自密实混凝土)则除要求填充密实外，还要求集料均匀的悬浮在胶结材浆体中，具有不离析的施工流动性。为満足前一种要求，粗细集料均需要具有尽可能优良的级配，较低的空隙率;而満足后一种要求，则还需要集料具有较好的粒形和满足浆体流动性的外加剂。除此之外，不同细度细集料的表面积差异对于与之相匹配的浆体性能与数量影响较大，因而了解细集料的比表面积，对于配制性能优良的混凝土至关重要。目前广泛采用的以“细度模数”表述砂子细度的方法有一个不足之处，即细度模数与不同细度砂子的比表面积没有相关性，而配制混凝土时砂浆的需浆量与混凝土的拌合水量却与集料的表面积直接相关。许多混凝土工作者对此感到困惑，从而各自积累或归纳若干经验性规律。例如美国垦务局Denver实验室的经验，以细度模数2.75为标准状态，砂子细度模数每增减0.1，混凝土砂率相应增减0.5%;同时砂率每增减1%，混凝土用水量相应增减1%。由于细度模数与砂子比表面积不存在线性关系，显然这种经验规律很难应用到特粗砂或特细砂。笔者也曾摸索积累过若干经验性规律，但仍然为找不到科学的规律性而困惑多年。近期笔者终于在摆脱”细度模数”框框的情况下，探索出一种既能表述砂子细度同时能表述砂子比表面积的规律，称之为”集料粒度与表面积关系法则”。並进一步提出了”比粒度”这种表述砂、石粒度的新概念。这是一个专门针对混凝土集料颗粒粗细程度与比表面积关系的规律，而且不仅适用于砂子细度指标与表面积关系，而且适用于不同粒度粗集料粒度与表面积关系，进一步还可能适用于水泥与掺合料的颗粒粒度与表面积关系。本文就此加以阐述。 一．集料粒径与表面积关系法则：从以下计算中探索砂石粒径与表面积关系，1．正方体（边长2m）则 体 积V1=2*2*2= 8m表面积S1=1*6*2*2=24m将其切为8个小正方体，则 总体积V2=8*1*1*1=8m总表面积S2=8*6*1*1=48m3计算结果：V2=V1 S2=2S1所以正方体边长小一半，总体积相同，总表面积增加一倍。 2．球体：正方体内接球体球直径=正方体边长，则球体积V=πd3/6球表面积S=πd2 若将球直径减半，则 8个小正方体的8个内接球体，总体积与总表面积的关系为：8小球总体积V1=8*π(d/2)3/6=πd3/68个小球总表面积S1=8*π(d/2)2=2πd2计算结果：V1=V2 S1=2S2 所以球体直径小一半，则在总体积不变的情况下，小球体的总表面积增加一倍。虽然球体一般处于自然堆积状态，但只要总体积相同，（比重相同的物质的总重量相同）则直径小一半的球体总表面积增加一倍。3．十四面体正方形的岩石经流水冲刷滚动，逐渐削掉尖角而成十四面体，甚至逐渐将尖角磨圆。为便于计算，可以设想河道中的砂石为边角磨圆的正十四面体、长十四面体和扁十四面体，则与相同质量的某粒径砂石相比，粒径小一半的砂石，其总表面积增加一倍。从上面的算例使我们认识一个规律：A批集料的粒径为B批集料粒径的n倍，则B批集料的总表面积为A批集料总表面积的1/n。可以称这种规律性为集料粒径与表面积关系法则。前面均是n=2或1/2的计算例，为说明n值的广泛适用性，再以改变n值的立方体计算一次。例如边长为3m的立方体，将其切为边长1m的小立方体27块。则边长为3m的立方体的体 积V1=3*3*3=27m3表面积S1=6*3*3=54m切割为边长1m的小立方体后，其总体积V2=27*1*1*1=27m总表面积S2=27*6*1*1=162m162/54=3通过此计算例，说明n值的广泛适用性，进一步证明“集料粒径与表面积关系法则”的正确性。二、砂的比粒度：众所周知，混凝土用砂的细度以“细度模数”表述。细度模数是将一定量的砂子，经过常用的五种筛网（先过9.5mm筛，剔除大于9.5mm的颗粒，再依次顺序通过4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.