骨料中各種大小不同的顆粒之間的數(shù)量比例，稱為骨料的級(jí)配。骨料的級(jí)配如果選擇不當(dāng)，以至骨料的比表面積、空隙率過(guò)大，則需要更多的水泥漿，才能使混凝土獲得一定的流動(dòng)性，才能填充骨料間的空隙。而且，骨料的級(jí)配對(duì)硬化混凝土的性能也有很大的影響，如強(qiáng)度、耐久性等。如果骨料級(jí)配不合理，有時(shí)即使多加水泥，硬化混凝土的性能也會(huì)受到一定的影響，因此骨料級(jí)配對(duì)于獲得高質(zhì)量、低成本的混凝土非常重要。

 

　　骨料顆粒大小常用篩分確定，JGJ 52-2006對(duì)標(biāo)準(zhǔn)篩系的規(guī)格和質(zhì)量有明確的規(guī)定。骨料的級(jí)配采用各篩上的篩余量按質(zhì)量百分率表示，其篩分結(jié)構(gòu)可以繪制成篩分曲線，也稱級(jí)配曲線。

 

 

　　骨料級(jí)配對(duì)空隙率的影響？

 

　　骨料級(jí)配、骨料最大粒徑和最小粒徑等因素對(duì)混凝土的水泥用量和需水量都有很大影響，同時(shí)還對(duì)混凝土的和易性、可泵性、經(jīng)濟(jì)性、孔隙率、收縮性和耐久性產(chǎn)生顯著影響。

 

　　骨料的級(jí)配對(duì)空隙率的影響從下圖的實(shí)驗(yàn)中可以看出。第一個(gè)燒杯中是單一級(jí)配的粒徑較大的骨料，第二個(gè)燒杯中是單一級(jí)配的粒徑較小的骨料，第三個(gè)燒杯中是這兩種骨料按1:1混合（體積比）的混合骨料。然后向這三個(gè)燒杯中注入水，前兩個(gè)燒杯可注入的水量完全相同，說(shuō)明骨料間的空隙的體積是相同的，與骨料的粒徑?jīng)]有關(guān)系。而第三個(gè)燒杯可注入的水量明顯減少，說(shuō)明這兩種骨料混合后，骨料間空隙的體積明顯減小，也就是說(shuō)空隙率顯著下降。如果將更多不同粒徑的骨料混合在一起，其空隙率會(huì)進(jìn)一步下降。而混凝土中水泥漿的用量與骨料空隙率成正比。

 

▲ 骨料空隙率實(shí)驗(yàn)

 

　　在實(shí)際工程中，水泥漿的用量往往大于骨料間空隙的體積。如下圖所示，上圖中骨料彼此相接觸，下圖表示骨料分布在水泥漿中的情況，骨料彼此不再接觸，因此空隙體積變大，也就是水泥漿的用量增大，只有這樣，混凝土才具有良好的和易性。

 

▲ 骨料空隙率與水泥漿的用量

 

　　骨料級(jí)配理論有哪些？

 

　　良好的骨料級(jí)配要滿足以下基本要求：

 

　　骨料的空隙率最小，可以減少水泥漿用量，配出性能好的混凝土。

 

　　骨料混合物具有適當(dāng)小的表面積，從而節(jié)省水泥，改善工作性能。

 

　　盡可能采用最大數(shù)量的最大粒徑骨料，這樣可以大大提高密實(shí)度，減少表面積。大粒徑骨料越多，骨架作用越強(qiáng)。

 

　　目前常用的級(jí)配理論有兩種，連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配。

 

　　一、連續(xù)級(jí)配理論

 

　　連續(xù)級(jí)配的特征是粗細(xì)骨料各分級(jí)粒度俱全，相鄰兩級(jí)粒徑比為2。

 

　　主張連續(xù)級(jí)配的專家認(rèn)為，一個(gè)良好的連續(xù)級(jí)配是按照一定的粒徑比及其含量形成一個(gè)連續(xù)的級(jí)配曲線。如在實(shí)際配合混凝土?xí)r，骨料各級(jí)含量符合或接近此理論曲線，所配的混凝土具有良好的工作度和最大密實(shí)度。

 

　　二、間斷級(jí)配理論

 

　　為了得到最小空隙率，相鄰兩級(jí)骨料粒度比要比較大，才能使大顆粒十分靠近，大顆粒數(shù)量最多。有試驗(yàn)證明，但粒度比為8:1時(shí)，采用2—3級(jí)的間斷級(jí)配，就可能達(dá)到最優(yōu)的空隙率。試驗(yàn)還指出，間斷級(jí)配最大一級(jí)骨料用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)級(jí)配最大一級(jí)骨料的用量，在達(dá)到同樣的空隙率時(shí)，間斷級(jí)配的表面積較小。上述兩種級(jí)配理論的前提是，認(rèn)為硬化后混凝土的結(jié)構(gòu)及其骨料的空間關(guān)系，與硬化前干混合物顆粒排列狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。只有在此前提下，骨料的理想級(jí)配才有意義。

 

　　但實(shí)際情況是，混凝土是通過(guò)一定的工藝措施才能使之密實(shí)成型，因此骨料的實(shí)際分布狀態(tài)受混凝土拌合物流動(dòng)性及外力作用條件的影響，不一定能保持理想位置，特別是混凝土干硬時(shí)，其緊密程度與理想狀態(tài)有較大出入。

 

　　其實(shí)，上述兩個(gè)級(jí)配理論都是要降低骨料的空隙率和表面積，從而提高最大顆粒的使用量。在這方面，間斷級(jí)配的優(yōu)越性顯然更顯著些。間斷級(jí)配的優(yōu)點(diǎn)是空隙率小，表面積小，骨料的骨架作用較顯著，從而能節(jié)省水泥，提高混凝土的性能。

 

 

　　骨料組合結(jié)構(gòu)有懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)三類（分別對(duì)應(yīng)的是巖石中的基底膠結(jié)、孔隙膠結(jié)、接觸膠結(jié)）。不同的混凝土對(duì)骨架的結(jié)構(gòu)要求各有不同。

 

　　對(duì)于泵送的混凝土而言，需要的是相對(duì)密實(shí)而易于流動(dòng)的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)骨料組合,對(duì)于干硬性和塑性混凝土則需要密實(shí)結(jié)構(gòu)的骨料組合，對(duì)于透水混凝土則需要骨架空隙結(jié)構(gòu)。

 

　　一種確定的骨料其級(jí)配是確定的連續(xù)粒級(jí)或者單一粒級(jí)。生產(chǎn)所需要的骨料是以這已有的（確定的）骨料去合成一個(gè)具有新級(jí)配的骨料組合。其方法有：

 

　　按不同的比例組合骨料，分別測(cè)定其容重，取較密實(shí)者。一般是先分別確定各種砂、石的比例，然后按經(jīng)驗(yàn)或者其他方法確定砂率。也就是結(jié)果是密實(shí)的，但是否適合配制泵送混凝土，是不確定的。對(duì)于2種砂或石的合成比較方便，如果有3種以上，那試驗(yàn)會(huì)比較煩雜。那就需要先合成其的2種，然后將這作為贗顆粒與第3種再去合成。

 

　　直接以篩分結(jié)果，按連續(xù)級(jí)配的曲線試算求解。按不同的比例組合骨料，分別試算其各檔料的篩余是否符合連續(xù)級(jí)配。與方法1一樣，石、砂先分別按規(guī)范中的級(jí)配范圍配好，再去選擇砂率。

 

　　按上一檔（較大粒徑）的空隙率確定下一檔（較小粒徑）的用量。也是先確定各種石的比例，然后確定砂率。比如以“干砂漿”體積填充石子空隙以及其他的“正填法”、“逆填法”。

 

　   骨料密實(shí)級(jí)配，富勒理想級(jí)配的曲線公式：P=A+（100-A）* 式中  P—通過(guò)某一篩孔的顆粒百分?jǐn)?shù)%A—系數(shù)，隨混凝土的坍落度而變，查下表d—某一篩的篩孔寬或直徑mmD—骨料的最大粒徑mm由上式計(jì)算出來(lái)的各級(jí)顆粒百分?jǐn)?shù)，可作為密實(shí)級(jí)配的參考，在此基礎(chǔ)上作適當(dāng)調(diào)整，求出骨料容重最大的級(jí)配，即為密實(shí)級(jí)配。

 

 

　　按間斷級(jí)配間斷級(jí)配是人為的剔去骨料中的某些中間級(jí)，在顆粒配合時(shí)故意造成顆粒尺寸的間斷，也就消除了較小顆粒的契塞和支撐作用所造成的空隙，使骨料的空隙率達(dá)到最小。間斷級(jí)配的顆粒組成不能用篩分曲線圖來(lái)表示。間斷級(jí)配的優(yōu)點(diǎn)是空隙率小，比連續(xù)級(jí)配的密實(shí)度高。

 

　　間斷級(jí)配的各檔集料組合之間關(guān)系，以D1、D2、D3、D4表示各檔顆粒粒徑的上限，d1、d2、d3、d4為其下限，則：第一檔組合 D1/d1=1.5第二檔組合 D2/d2=1.5—2第三檔組合 D3/d3=2第四檔組合 D4/d4=2至于D1、D2、D3、D4之間的關(guān)系，卵石：D2/D1=1/8，D3/D2=1/6—1/8，D4/D3=1/6；碎石：D2/D1=1/10，D3/D2=1/8—1/10，D4/D3=1/8。

 

　　一般情況下只要采用兩檔級(jí)配，很少采用四檔級(jí)配，因?yàn)橛玫诙n組合的集料填充第一檔組合的集料，其填滿程度就可以達(dá)到95%。

 

　　骨料中斷后，下一級(jí)和上一級(jí)顆粒平均尺寸的比值一般采用1：4—1：6之間。在一般工業(yè)與民用建筑上，以采用兩級(jí)中斷為宜。如最大粒徑為40mm，其分級(jí)可為5—10mm，20—40mm。在大體積（如水工）中，可采用三級(jí)中斷。如最大粒徑為250mm，其分級(jí)可為5—10mm，25—50mm，150—250mm。當(dāng)最大粒徑小于25mm時(shí)，因空隙率的減少不顯著，不宜采用。以上5種方法可以配出密實(shí)的組合，卻不能保證流動(dòng)性。

 

　　基于連續(xù)級(jí)配的砂石統(tǒng)一曲線基于砂、石都是骨料，只不過(guò)是顆粒粗、細(xì)的區(qū)別和石、砂分別配在二者的粒徑交界處會(huì)有很大的“撞車” 可能，應(yīng)該將砂、石統(tǒng)一考慮，以簡(jiǎn)化、優(yōu)化合成骨料級(jí)配的方法。以FULLER最大密度曲線理論為基礎(chǔ), 參考混凝土泵送規(guī)范的最佳級(jí)配線和適宜泵級(jí)配區(qū)、骨料組成對(duì)強(qiáng)度的影響、個(gè)別孔徑顆粒對(duì)泵送的影響（如0.315等）對(duì)曲線作一定的修正,形成砂石統(tǒng)一曲線。

 

　　曲線（略）經(jīng)過(guò)與幾個(gè)區(qū)域的實(shí)際應(yīng)用配比對(duì)比：僅僅是死板的按曲線計(jì)算得出的結(jié)果與實(shí)際使用的配比相差不大（實(shí)際應(yīng)用時(shí)不是僅僅考慮流動(dòng)性最好，而是成本第一）；對(duì)存在問(wèn)題的配比也可以比較直觀的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在；無(wú)論是天然砂、機(jī)制砂還是石屑都一樣適用。