水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量试验优化研究★

陈晓玲

(南京交通职业技术学院路桥与港航工程学院，江苏南京 211188)

根据GB/T 14685-2011建设用卵石、碎石(以下简称规范)的规定，粗集料的主要技术要求包括:强度、坚固性、颗粒级配、针片状颗粒含量、有害物质含量等。水泥混凝土用粗集料颗粒形状一般以正立方体为佳，不宜含有过多的针片状颗粒，否则将显著影响混凝土拌和物的工作性及硬化后的强度。规范指出:水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量的测试方法采用规准仪法进行，针状颗粒指颗粒长度大于平均粒径2.4倍的颗粒，片状颗粒指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒。试验时挑出所有针状、片状颗粒，称量各粒级针状颗粒和片状颗粒的总质量，计算针片状颗粒含量。

在试验时发现，粗集料的颗粒形状很不规则，在鉴别针片状颗粒时用规准仪法不能较全面反映颗粒的形状，不是很合理。另规范要求将挑选出来的针片状颗粒全部相加，计算出总的针片状颗粒的含量，这样计算也很不合理，未能考虑针片状颗粒的大小对拌制的水泥混凝土性能的影响。因此，本文主要针对以上问题提出一些合理化的建议。

1 测试方法的优化

1.1 采用游标卡尺法测试更科学

根据规范，针状颗粒及片状颗粒的定义并没有一定的比例。如片状规准仪的开口尺寸比例约为1∶6，但是实际上通过该孔的集料的比例也不一定是小于1∶6。以4.75 mm～9.5 mm集料为例。用间距17.1 mm鉴定，凡是颗粒长度大于17.1 mm者为针状颗粒，则比例为不小于1.8倍～3.6倍;将通过17.1 mm的颗粒用2.8 mm宽的片状规准仪鉴定，凡是厚度小于2.8 mm的为片状颗粒，则比例为不小于1.7倍 ～3.4倍，如果某颗粒长度恰好为17.1 mm，而宽度小于2.8 mm，则其倍数大于6.1倍。也就是说通不过针状颗粒规准仪及通过片状颗粒规准仪的颗粒的最大长度与最小厚度的比例可能为1.7倍～6.1倍，经常有超过6.1倍的情况。这个比例范围很难划定。

实际的操作中由于颗粒形状不是很规则，在测试针状颗粒时，只要是长度通不过针状规准仪相应柱距的颗粒都为针状颗粒，忽略了颗粒厚度方向的尺寸。测试片状颗粒时，经常因为颗粒厚度方向某一个截面超过片状规准仪相应间距，则颗粒通不过去，而不能定义为片状颗粒。这样的测试方法不能全面反映颗粒的形状。本文建议应同时考虑颗粒长度与厚度方向的比例，作为控制颗粒形状的指标。

对于沥青混合料用粗集料针片状颗粒含量测试方法，规范采用游标卡尺法。我国规范规定颗粒最大长度方向与最小厚度方向的尺寸之比大于3∶1的颗粒为针片状颗粒。实际证明，这样的测试方法能较好地反映颗粒的形状。笔者认为，水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量测试方法可参照此方法进行。由于水泥混凝土对集料的要求没有沥青混合料严格，水泥混凝土集料的针片状颗粒只在拌和和成型过程中有影响，混凝土结硬以后影响就小了(对于高强混凝土要适当考虑)，所以这个比例可以放宽。

1.2 游标卡尺法测试方法探讨

用游标卡尺法测量粗集料颗粒的长度(L)与厚度(t)两个方向的数值，以L/t的比值来反映颗粒的形状，比较科学。现问题是比值定为多少合适。在沥青混合料用粗集料针片状颗粒含量试验中，美国ASTMD 4791-95规定了测定L/b为3∶1和5∶1不同标准针片状颗粒含量的方法，另在NCAT和FHΩA的SMA设计规范中也提出3∶1和5∶1两种不同标准以及技术要求。

对于水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量的标准是否可参照以上5∶1的标准，另由于针片状颗粒含量对不同强度混凝土的影响是不同的，对于不同强度的混凝土其针片状颗粒含量的标准是否采用不同标准，本研究采用3∶1和5∶1两种不同标准、选用C25，C40，C50等3个强度的混凝土进行了以下相关试验。

1.2.1 试验材料

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

2)细集料:南京市江宁区禄口风干河砂，细度模数2.6，含泥量为 1.0%。

3)粗集料:南京市江宁区陶吴胜利砂石厂生产的4.75 mm～31.5 mm连续级配碎石，所用的针片状颗粒采用人工方法挑出。

4)水:自来水。

1.2.2 试验方案设计

试验前选用了多棱角状的碎石，经初步检验针片状颗粒较多。对所选原材料首先进行了清洗，风干。因试样在9.5 mm～16.0 mm范围针片状颗粒较多，故试验统一将针片状颗粒设置在9.5 mm～16.0 mm筛孔上。另试验前又准备了几组无针片状颗粒的试样。

试验前，混凝土强度选用了3种，即C25，C40，C50，分别计算其配合比，并用无针片状颗粒的试样进行混凝土工作性及强度测定，结果见表1。

表1 不同强度混凝土工作性、强度测定结果

从表2～表4试验结果可看出:

1)对于L/b为3∶1的标准，试验时将所有大于此标准的颗粒定义为针片状。针片状颗粒含量分别人为设置为5%，15%，25%。

表2 采用不同标准针片状颗粒含量拌制的混凝土(C25)测试结果

表3 采用不同标准针片状颗粒含量拌制的混凝土(C40)测试结果

表4 采用不同标准针片状颗粒含量拌制的混凝土(C50)测试结果

从以上试验结果来看，C25，C40混凝土的工作性良好，强度均略有增长。C50混凝土的工作性测定时发现，掺量为5%，15%混凝土工作性良好，强度略增长，但25%含量的混凝土工作性不好、强度略有下降。

2)对于L/b为5∶1的标准，试验时将所有大于此标准的颗粒定义为针片状。针片状颗粒含量分别人为设置为5%，15%，25%。

从以上试验结果来看，对于C25，C40混凝土，针片状掺量为25%的，工作性不良，强度略有增长。对于C50混凝土，针片状掺量为15%，25%的工作性不好，强度基本相同。

对于针片状的技术标准，规范制定部门可根据混凝土的不同强度，分别规定不同标准(L/b分别为3∶1和5∶1)针片状的技术标准。以上数据可作为参考。

2 测试结果的优化

水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量试验的目的可用于评价集料的形状及其在工程中的适用性(工程中主要考虑对新拌混凝土工作性及强度的影响)。试验规定，将各个筛孔上挑选出的针片状颗粒相加，计算总的针片状颗粒含量。

试验时发现，这样计算很不合理。未能考虑不同粒径针片状颗粒的大小对水泥混凝土的影响。文献［5］对此想法设置了相关试验，得出了一些很有价值的结论。试验中提出:同样15%含量的针片状颗粒，要看颗粒粒径的大小。大小不一样，对水泥混凝土性能的影响是明显有差异的。如颗粒主要集中在4.75 mm的筛孔上，对水泥混凝土的性能影响不大，如集中发生在19.0 mm的筛孔上，影响就较明显。同时建议赋予不同粒径针片状颗粒不同的影响系数，在计算粗集料针片状颗粒含量时应按不同粒径针片状颗粒分别乘以其对应的影响系数，这样更能客观地反映集料的性能。

文献［6］设置大量试验，提出了不同粒径针片状颗粒的影响系数。这个想法很有价值。并提出在计算针片状颗粒总含量时，应分别乘以对应的影响系数再相加。这样的计算方法对评价粗集料在工程中的适用性更科学、合理。

3 与工程适用性的优化研究

针片状颗粒含量的试验目的主要用于评价集料在工程中的适用性。针片状颗粒含量的技术标准现规范作了严格规定。本研究认为仅仅依靠集料的针片状颗粒含量进行工程适用性的评价还是不够的，应结合所配制的水泥混凝土的性能进行全面评价，这样较科学合理。

粗集料的颗粒形状很不规范，要以量化方法分析针片状颗粒含量对混凝土工作性及强度等性能的影响，研究时不确定因素很多，同样的测试方法、技术标准不能得出稳定而可靠的试验结果。故在许多的相关研究中分析针片状颗粒含量对水泥混凝土性能的影响时说法不一。本研究提出:可根据混凝土的施工配合比、原材料以及强度分别拌制含有针片状和不含针片状颗粒的混凝土试样，测定其相关性能(工作性、强度、弹性模量等)进行比较，如果测试结果满足规范要求或满足重复性试验精度要求，则该粗集料满足工程适用性。如不满足，则可考虑该粗集料针片状颗粒含量可能超标，可适当更换原材料。

4 结语

针片状颗粒含量是反映粗集料生产技术水平与粒型品质的一个重要指标，对新拌混凝土的工作性以及硬化混凝土的力学性能和耐久性能都有不同程度的影响。本文对水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量的测试方法、结果处理、如何综合评价等3个方面进行了优化研究，对该试验方法进行了全面地分析探讨，得出的结论可供规范制定、试验检测等工程相关单位参考。

［1］JTG E42-2005，公路工程集料试验规程［S］.

［2］GB/T 14685-2011，建筑用卵石、碎石［S］.

［3］JGJ 55-2000，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［4］JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程［S］.

［5］刘凤翰，陈晓玲.水泥混凝土用粗集料针片状颗粒试验研究［J］.四川建筑科学研究，2012(4):21.

［6］刘凤翰，陈晓玲.水泥混凝土用粗骨料不同粒径针片状颗粒影响系数研究［J］.四川建筑科学研究，2012(8):62.

［7］宋 伟，赵尚传，殷福新，等.粗集料针片状颗粒含量对混凝土工作性及力学性能影响的研究［J］.公路交通科技，2007(42):101.

［8］孙南屏，祁 玲.含针片状粗集料的堆砌性能及对混凝土的影响［J］.商品混凝土，2010(42):96-98.

［9］汪海年，郝培文.粗集料二维形状特征的图像描述［J］.建筑材料学报，2009(26):48.

［10］周 烨.粗集料针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响［J］.交通标准化，2011(92):36.

［11］秦禄生.沥青面层用粗集料针片状颗粒和含泥量技术指标研究［J］.公路交通科技，2009(92):65.