水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量試驗優化研究★

陳曉玲

(南京交通職業技術學院路橋與港航工程學院，江蘇南京 211188)

根據GB/T 14685-2011建設用卵石、碎石(以下簡稱規范)的規定，粗集料的主要技術要求包括:強度、堅固性、顆粒級配、針片狀顆粒含量、有害物質含量等。水泥混凝土用粗集料顆粒形狀一般以正立方體為佳，不宜含有過多的針片狀顆粒，否則將顯著影響混凝土拌和物的工作性及硬化后的強度。規范指出:水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的測試方法采用規準儀法進行，針狀顆粒指顆粒長度大于平均粒徑2.4倍的顆粒，片狀顆粒指顆粒厚度小于平均粒徑0.4倍的顆粒。試驗時挑出所有針狀、片狀顆粒，稱量各粒級針狀顆粒和片狀顆粒的總質量，計算針片狀顆粒含量。

在試驗時發現，粗集料的顆粒形狀很不規則，在鑒別針片狀顆粒時用規準儀法不能較全面反映顆粒的形狀，不是很合理。另規范要求將挑選出來的針片狀顆粒全部相加，計算出總的針片狀顆粒的含量，這樣計算也很不合理，未能考慮針片狀顆粒的大小對拌制的水泥混凝土性能的影響。因此，本文主要針對以上問題提出一些合理化的建議。

1 測試方法的優化

1.1 采用游標卡尺法測試更科學

根據規范，針狀顆粒及片狀顆粒的定義并沒有一定的比例。如片狀規準儀的開口尺寸比例約為1∶6，但是實際上通過該孔的集料的比例也不一定是小于1∶6。以4.75 mm～9.5 mm集料為例。用間距17.1 mm鑒定，凡是顆粒長度大于17.1 mm者為針狀顆粒，則比例為不小于1.8倍～3.6倍;將通過17.1 mm的顆粒用2.8 mm寬的片狀規準儀鑒定，凡是厚度小于2.8 mm的為片狀顆粒，則比例為不小于1.7倍 ～3.4倍，如果某顆粒長度恰好為17.1 mm，而寬度小于2.8 mm，則其倍數大于6.1倍。也就是說通不過針狀顆粒規準儀及通過片狀顆粒規準儀的顆粒的最大長度與最小厚度的比例可能為1.7倍～6.1倍，經常有超過6.1倍的情況。這個比例范圍很難劃定。

實際的操作中由于顆粒形狀不是很規則，在測試針狀顆粒時，只要是長度通不過針狀規準儀相應柱距的顆粒都為針狀顆粒，忽略了顆粒厚度方向的尺寸。測試片狀顆粒時，經常因為顆粒厚度方向某一個截面超過片狀規準儀相應間距，則顆粒通不過去，而不能定義為片狀顆粒。這樣的測試方法不能全面反映顆粒的形狀。本文建議應同時考慮顆粒長度與厚度方向的比例，作為控制顆粒形狀的指標。

對于瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量測試方法，規范采用游標卡尺法。我國規范規定顆粒最大長度方向與最小厚度方向的尺寸之比大于3∶1的顆粒為針片狀顆粒。實際證明，這樣的測試方法能較好地反映顆粒的形狀。筆者認為，水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量測試方法可參照此方法進行。由于水泥混凝土對集料的要求沒有瀝青混合料嚴格，水泥混凝土集料的針片狀顆粒只在拌和和成型過程中有影響，混凝土結硬以后影響就小了(對于高強混凝土要適當考慮)，所以這個比例可以放寬。

1.2 游標卡尺法測試方法探討

用游標卡尺法測量粗集料顆粒的長度(L)與厚度(t)兩個方向的數值，以L/t的比值來反映顆粒的形狀，比較科學。現問題是比值定為多少合適。在瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量試驗中，美國ASTMD 4791-95規定了測定L/b為3∶1和5∶1不同標準針片狀顆粒含量的方法，另在NCAT和FHΩA的SMA設計規范中也提出3∶1和5∶1兩種不同標準以及技術要求。

對于水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的標準是否可參照以上5∶1的標準，另由于針片狀顆粒含量對不同強度混凝土的影響是不同的，對于不同強度的混凝土其針片狀顆粒含量的標準是否采用不同標準，本研究采用3∶1和5∶1兩種不同標準、選用C25，C40，C50等3個強度的混凝土進行了以下相關試驗。

1.2.1 試驗材料

1)水泥:南京海螺水泥有限公司生產的 P.C32.5，P.O42.5(R)。

2)細集料:南京市江寧區祿口風干河砂，細度模數2.6，含泥量為 1.0%。

3)粗集料:南京市江寧區陶吳勝利砂石廠生產的4.75 mm～31.5 mm連續級配碎石，所用的針片狀顆粒采用人工方法挑出。

4)水:自來水。

1.2.2 試驗方案設計

試驗前選用了多棱角狀的碎石，經初步檢驗針片狀顆粒較多。對所選原材料首先進行了清洗，風干。因試樣在9.5 mm～16.0 mm范圍針片狀顆粒較多，故試驗統一將針片狀顆粒設置在9.5 mm～16.0 mm篩孔上。另試驗前又準備了幾組無針片狀顆粒的試樣。

試驗前，混凝土強度選用了3種，即C25，C40，C50，分別計算其配合比，并用無針片狀顆粒的試樣進行混凝土工作性及強度測定，結果見表1。

表1 不同強度混凝土工作性、強度測定結果

從表2～表4試驗結果可看出:

1)對于L/b為3∶1的標準，試驗時將所有大于此標準的顆粒定義為針片狀。針片狀顆粒含量分別人為設置為5%，15%，25%。

表2 采用不同標準針片狀顆粒含量拌制的混凝土(C25)測試結果

表3 采用不同標準針片狀顆粒含量拌制的混凝土(C40)測試結果

表4 采用不同標準針片狀顆粒含量拌制的混凝土(C50)測試結果

從以上試驗結果來看，C25，C40混凝土的工作性良好，強度均略有增長。C50混凝土的工作性測定時發現，摻量為5%，15%混凝土工作性良好，強度略增長，但25%含量的混凝土工作性不好、強度略有下降。

2)對于L/b為5∶1的標準，試驗時將所有大于此標準的顆粒定義為針片狀。針片狀顆粒含量分別人為設置為5%，15%，25%。

從以上試驗結果來看，對于C25，C40混凝土，針片狀摻量為25%的，工作性不良，強度略有增長。對于C50混凝土，針片狀摻量為15%，25%的工作性不好，強度基本相同。

對于針片狀的技術標準，規范制定部門可根據混凝土的不同強度，分別規定不同標準(L/b分別為3∶1和5∶1)針片狀的技術標準。以上數據可作為參考。

2 測試結果的優化

水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量試驗的目的可用于評價集料的形狀及其在工程中的適用性(工程中主要考慮對新拌混凝土工作性及強度的影響)。試驗規定，將各個篩孔上挑選出的針片狀顆粒相加，計算總的針片狀顆粒含量。

試驗時發現，這樣計算很不合理。未能考慮不同粒徑針片狀顆粒的大小對水泥混凝土的影響。文獻［5］對此想法設置了相關試驗，得出了一些很有價值的結論。試驗中提出:同樣15%含量的針片狀顆粒，要看顆粒粒徑的大小。大小不一樣，對水泥混凝土性能的影響是明顯有差異的。如顆粒主要集中在4.75 mm的篩孔上，對水泥混凝土的性能影響不大，如集中發生在19.0 mm的篩孔上，影響就較明顯。同時建議賦予不同粒徑針片狀顆粒不同的影響系數，在計算粗集料針片狀顆粒含量時應按不同粒徑針片狀顆粒分別乘以其對應的影響系數，這樣更能客觀地反映集料的性能。

文獻［6］設置大量試驗，提出了不同粒徑針片狀顆粒的影響系數。這個想法很有價值。并提出在計算針片狀顆粒總含量時，應分別乘以對應的影響系數再相加。這樣的計算方法對評價粗集料在工程中的適用性更科學、合理。

3 與工程適用性的優化研究

針片狀顆粒含量的試驗目的主要用于評價集料在工程中的適用性。針片狀顆粒含量的技術標準現規范作了嚴格規定。本研究認為僅僅依靠集料的針片狀顆粒含量進行工程適用性的評價還是不夠的，應結合所配制的水泥混凝土的性能進行全面評價，這樣較科學合理。

粗集料的顆粒形狀很不規范，要以量化方法分析針片狀顆粒含量對混凝土工作性及強度等性能的影響，研究時不確定因素很多，同樣的測試方法、技術標準不能得出穩定而可靠的試驗結果。故在許多的相關研究中分析針片狀顆粒含量對水泥混凝土性能的影響時說法不一。本研究提出:可根據混凝土的施工配合比、原材料以及強度分別拌制含有針片狀和不含針片狀顆粒的混凝土試樣，測定其相關性能(工作性、強度、彈性模量等)進行比較，如果測試結果滿足規范要求或滿足重復性試驗精度要求，則該粗集料滿足工程適用性。如不滿足，則可考慮該粗集料針片狀顆粒含量可能超標，可適當更換原材料。

4 結語

針片狀顆粒含量是反映粗集料生產技術水平與粒型品質的一個重要指標，對新拌混凝土的工作性以及硬化混凝土的力學性能和耐久性能都有不同程度的影響。本文對水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的測試方法、結果處理、如何綜合評價等3個方面進行了優化研究，對該試驗方法進行了全面地分析探討，得出的結論可供規范制定、試驗檢測等工程相關單位參考。

［1］JTG E42-2005，公路工程集料試驗規程［S］.

［2］GB/T 14685-2011，建筑用卵石、碎石［S］.

［3］JGJ 55-2000，普通混凝土配合比設計規程［S］.

［4］JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程［S］.

［5］劉鳳翰，陳曉玲.水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒試驗研究［J］.四川建筑科學研究，2012(4):21.

［6］劉鳳翰，陳曉玲.水泥混凝土用粗骨料不同粒徑針片狀顆粒影響系數研究［J］.四川建筑科學研究，2012(8):62.

［7］宋 偉，趙尚傳，殷福新，等.粗集料針片狀顆粒含量對混凝土工作性及力學性能影響的研究［J］.公路交通科技，2007(42):101.

［8］孫南屏，祁 玲.含針片狀粗集料的堆砌性能及對混凝土的影響［J］.商品混凝土，2010(42):96-98.

［9］汪海年，郝培文.粗集料二維形狀特征的圖像描述［J］.建筑材料學報，2009(26):48.

［10］周 燁.粗集料針片狀顆粒含量對瀝青混合料性能的影響［J］.交通標準化，2011(92):36.

［11］秦祿生.瀝青面層用粗集料針片狀顆粒和含泥量技術指標研究［J］.公路交通科技，2009(92):65.