不同产地砂、碎石颗粒级配试验检测差异对混凝土工作性的影响

引言

砂、碎石的颗粒级配是决定混凝土集料骨架结构的核心因素，对混凝土拌和物的施工性能及硬化后的力学性能至关重要。不同产地的砂、碎石受母岩性质、风化程度、搬运距离等地质条件影响，颗粒级配存在天然差异。这些差异通过集料的堆积密度、空隙率等指标间接影响混凝土工作性，可能造成混凝土流动性不足、离析或泌水等问题。

一、砂、碎石颗粒级配及混凝土工作性相关理论

1.1 砂、碎石颗粒级配基本理论

砂、碎石颗粒级配指集料中不同粒径颗粒的搭配比例，是衡量集料骨架合理性的核心指标。其常用评价参数包括筛余百分率（某粒径筛网上残留颗粒占总质量的比例）、累计筛余曲线（反映颗粒粒径分布的连续变化）及细度模数。

从级配类型看，连续级配因包含从粗到细的完整粒径区间，颗粒间可相互填充，能形成空隙率小的密实骨架；间断级配缺少某一区间粒径颗粒，虽骨架支撑性较强，但空隙率较高，需更多浆体填充。天然砂、碎石的级配受产地地质影响显著，风化充分的集料往往级配更连续，而岩性坚硬的碎石可能呈现粗颗粒偏多的级配特征。

1.2 混凝土工作性核心指标

工作性即拌和物便于进行施工操作的程度，重要指标是流动性、黏聚性和保水性。流动性说明拌和物流动性，以坍落度或者扩展度表示，如果流动性小，混凝土浇筑过程中难度大，如果流动性过大，易出现离析。黏聚性说明拌和物粘聚力的大小，通过拌和物是否出现分离、泌水判定，黏聚性差容易导致施工过程中集料与水泥浆分离。保水性说明拌和物的保水能力的大小，用泌水率衡量，保水性差会出现混凝土表面有浮水，混凝土强度与耐久性差，三者之间彼此息息相关，需要根据施工工艺（泵送、振捣）来确定平衡点。

1.3 集料颗粒级配对混凝土工作性的作用机制

集料颗粒级配影响混凝土的工作性是由骨料颗粒级配改变了骨架的密度和集料的总表面积所决定的，连续且级配良好的集料粗颗粒起骨架作用，细颗粒填充骨架空隙，在保证有足够多的浆体用于填充总表面积的条件下可减小浆体用量，这是因为骨架是密集的，因此浆体难以包裹大量颗粒而显粘滞不易流动，而如果粒径偏粗则集料骨架的总空隙过多，浆体用量无法保证，则拌和物会出现不黏、不湿润和不易流动性；如果粒径偏细则总表面积多，浆体用量则不足以覆盖大量颗粒，从而造成黏聚性差。

二、不同产地砂、碎石颗粒级配试验检测差异分析

2.1 产地天然差异导致的级配特征区别

天然砂和机制砂由于地质成因的区别，不同产地砂石的级配各有一定的差异。如由于河水的长期输送作用，岩石中粗砂和细砂以及棱角较尖锐的粒径组成的集料比例较均匀的连续级配的岩石所产的砂即河砂。而由于山上碎石由于碎裂方式不同，故往往以大颗粒居多，级配曲线会出现一些较陡峭的部位，且岩石的硬度和岩性都会影响其级配。如花岗岩质地坚硬，其破碎产物粗骨料中较大粒径的比例居多，属粗级配的岩石；而石灰岩由于其性质较为软，破碎后形成的细颗粒沙所占的比例较多，连续性较好。此外，不同的地质沉积环境，集料粗细颗粒大小的组合在连续性上也存在一些差异，集料的连续级配主要是集料在原地被搬运形成连续级配或由于沉积过程稳定产生级配曲线较平滑，而间断级配往往是由于沉积过程不稳定产生级配曲线出现较大的波动。

2.2 试验检测环节的差异来源及影响

试验检测操作过程的不一致会影响集料的级配真实性。在取样过程中，不按要求进行取样，盲目取样，对集料采用从集料堆表层取样的方式，也会使得集料中的细颗粒含量较少，导致级配呈偏粗趋势的假性表现，取样数量不够也易造成偶然误差变大，降低级配曲线代表性。而在筛析过程中所使用的设备、操作的不统一都会影响级配真实性，筛网孔径精度差会影响颗粒尺寸划分的准确与否，振动筛的振幅、振频不一致会影响颗粒的通过率，细颗粒更容易因振幅小而堵塞于粗筛网中；在筛析过程中，湿度过大容易使砂料中细颗粒胶凝，难以通过振动来将其分散开，检测级配中细颗粒含量较低；而在干燥环境中则会使得细颗粒粉尘飞扬，导致检测数据的不准确，这些过程中操作的差异会导致不同生产地点的集料检测级配和实际的级配呈一定差异。

2.3 级配试验检测差异的综合表征

检测天然级配差或检测环节差体现为累计级配曲线和主控级配差。天然级配差由同一产地集料试验曲线整体左移或右移反映出：有的产地左移或右移，曲线斜率则显示集料各粒径区间粒径过渡是否平滑。检测环节差由检测环节操作失误造成累计筛余曲线局部不平滑：某一粒径区间累计筛余偏高或偏低由原材取样差造成，筛余曲线有异常跳转则由筛子筛分时出现的情况如投料量过少或过多造成。比较检测同产地的级配曲线可以判断出检测中天然级配差是稳定差异还是由检测环节差造成的不稳定差异。

三、颗粒级配差异对混凝土工作性的影响试验

3.1 试验设计与材料准备

试验方法采用试验控制变量法，将不同产地砂、碎石的不同颗粒级配作为试验变量，水泥选用同一种品种水泥，水灰比、外加剂类型的用量和掺加量相同。选择具有代表性的级配差别的不同产地集料，如级配连续的河流砂、偏粗的山区碎石、偏细的沉积砂及级配波动变化的砂，尽可能的涵盖天然级配中具有代表性的类别。在进行材料准备前将不同产地的集料的超径颗粒筛选去掉，并按检测后的级配调整不同产地集料的比例，使之具有如施工工程中使用的颗粒级配状态。

3.2 混凝土工作性测试方法

坍落度、扩展度联合法检测流动性：分别按正常操作步骤把拌和物装在坍落度筒内，捣实后再提筒，量测拌和物坍落度和底面扩散直径，并观测流动中的黏聚性情况。黏聚性的判定采用倒坍法配合判断，用捣棒轻敲拌和物锥体的侧面，判定有无离析和浆体离散现象。保水性：采用泌水率测定方法，拌和物用容器装好并封闭后静置，将表面泌出水收集起来，然后对泌水量相对于拌和物的总用水量作一个计算。所有检测项目必须在拌和完规定时间内完成，每组试验检测值都需有 3 次平行测试，以减轻偶然性误差带来的影响。

3.3 试验结果与差异分析

由试验结果可以看出，集料的不同级配对混凝土工作性的影响比较规律，连续级配且粗细颗粒含量所占空隙较低的集料，拌和物流动性较好，坍落度及扩展度较稳定，这与细颗粒填充粗颗粒空隙，浆体消耗少有关；而集料级配偏粗的集料粗细骨料骨架空隙率较高，浆体多用于润滑骨架，在相同浆体用量下拌和物的流动性和黏聚性相对差一些。黏聚性方面，集料级配偏细的砂增加集料总表面积，如果浆体偏少易导致黏聚性差，在拌和物振捣过程中容易出现离析；而碎石如果间断级配，缺少中间粒径颗粒，会出现拌和物黏聚性不均匀的问题。

结语

不同产地砂、碎石的天然级配差异及试验检测偏差，会通过集料骨架结构影响混凝土工作性。级配连续且检测精准的集料，能提升混凝土流动性、黏聚性及保水性稳定性。本研究为集料选择和配合比优化提供参考。但对极端级配的研究不足，未来可结合检测标准化，深化级配调控技术。

参考文献

[1] 王博, 成东京, 张磊, 等. 石材加工废料在混凝土中的应用研究[J]. 江西建材,2024,(S1):106-109.

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