CN110154231B - 一种优化混合砂颗粒级配的调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土用砂配比技术领域，具体涉及一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，将A类原砂和B类原砂这两种砂按照适当的比例调配在一起，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6‑3.7范围内的调制比例生产混合砂，既能充分利用原砂材料，提高堆积密度，降低空隙率，降低工程成本，混合砂的级配稳定且符合级配要求，增强混凝土拌和物的和易性，使混凝土的外观平整及强度等级符合规范要求；该调制方法操作简单，操作效率高，得到的调制比例生产混合砂的成本降低低，可用于大规模生产。

Description

一种优化混合砂颗粒级配的调制方法
技术领域
本发明涉及混凝土用砂配比技术领域，具体涉及一种优化混合砂颗粒级配的调制方法。
背景技术
开挖疏浚河道的过程中，经常发现河床开挖物中存在大量可供工程使用的河砂，这些开挖砂往往会被运送至砂场或搅拌站，用于工程生产混凝土拌和物的原材料。但是，由于地质、地形、河流作用等各种原因，开挖过程中必然会遇到河床从表层到底层形成一种自然分层的现象。河床表层砂的类型大多细颗粒含量居多，砂的细度模数在2.1-2.4范围内；而河床底层的砂粗颗粒含量偏多，砂的细度模数在3.0-3.3范围内。
按照目前技术水平处理的话，仅仅是将开挖出来的两种类型砂单纯地按照自然比例混合在一起，缺乏较为科学系统的方法。随着开挖的不均匀性变化亦会引起搭配比例的变化，这使得混合砂的颗粒级配较不稳定，各粒级组的颗粒含量变化浮动较大，情况严重时甚至会导致级配不良的后果。而砂的级配不良往往会造成混凝土拌和物和易性不良，在混凝土浇筑过程中容易造成混凝土拌和物离析、泌水等不良后果，从而降低了混凝土的强度等级，影响其表面美观，导致整个工程质量下降。
目前建设过程中，大部分工程只是将这两种类型的砂简单地按照自然比例混合在一起，最终只能靠末端检验颗粒分析去检验混合砂是否满足混凝土细骨料原材的要求。混合砂一旦不符合规范技术要求，就得必须重新配制，增加了工程成本。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，将A类原砂和B类原砂这两种砂按照适当的比例调配在一起，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内的调制比例生产混合砂，既能充分利用原砂材料，提高堆积密度，降低空隙率，降低工程成本，混合砂的级配稳定且符合级配要求，增强混凝土拌和物的和易性，使混凝土的外观平整及强度等级符合规范要求；该调制方法操作简单，操作效率高，得到的调制比例生产混合砂的成本降低低，可用于大规模生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，包括如下步骤：
(S1)、A类原砂和B类原砂均按检测频率的规范要求进行取样，得到A类砂样和B类砂样；
(S2)、取步骤(S1)得到的A类砂样和B类砂样分别进行颗粒级配分析检测，记录原始数据并计算其分计筛余百分率；
(S3)、制定A类砂样和B类砂样的调制比例方案，按比例计算混合砂的分计筛余百分率、累计筛余百分率和细度模数；
(S4)、依照步骤(S3)制定的调制比例方案，按比例将A类砂样和B类砂样混合并拌和均匀，然后检测并计算混合砂的堆积密度；
(S5)、绘制筛孔尺寸-累计筛余百分率变化关系曲线、调制比例-细度模数变化关系曲线和调制比例-堆积密度变化关系曲线；
(S6)、根据步骤(S5)的三种变化关系曲线，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内的调制比例，即达到优化混合砂颗粒级配的目的。
本发明的优化混合砂颗粒级配的调制方法，将A类原砂和B类原砂这两种原砂按照适当的比例调配在一起，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内的调制比例生产混合砂，既能充分利用原砂材料，提高堆积密度，降低空隙率，降低工程成本，混合砂的级配稳定且符合级配要求，增强混凝土拌和物的和易性，使混凝土的外观平整及强度等级符合规范要求；该调制方法操作简单，操作效率高，得到的调制比例生产混合砂的成本降低低，可用于大规模生产。选择的调配比例的混合砂符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内，这样使粗颗粒砂的空隙恰好由中颗粒砂填充，中颗粒砂的空隙恰好由细颗粒砂填充，如此逐级填充使混合砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，从而达到节约水泥、提高混凝土综合性能的效果。其中，所述A类原砂的细度模数与B类原砂的细度模数不同。
本发明的调制方法系统科学，可实行操作性高，操作过程便捷，应用范围广，适合各类河道开挖疏浚料中混合砂的调制；定量定性，能明确反映混合砂的细度模数及颗粒级配分区。两种不同原砂通过定量的比例进行混合，明显增大了混合砂的颗粒级配的稳定性，满足工程混凝土生产所需。此外，本发明的调制方法一次到位，避免因混合砂不符合规范技术要求而出现二次配制的情况，节约资源和成本。
优选的，所述步骤(S1)中，按检测频率的规范要求进行取样的步骤为：在原砂料堆上划分6-10处均匀分布的取样部位，将每处取样部位的表层铲除，然后从每处取样部位抽取相同重量的砂样，组成一组样品；从皮带运输机上取样时，应用与皮带等宽的接料器在皮带运输机机尾出料处全断面定时抽取2-6份相同重量的砂样，组成一组样品。
采用上述技术方案，取样进行试验得到的调制比例的精确度高，应用于A类原砂和B类原砂混合成混合砂的稳定性高。
优选的，所述步骤(S2)中，颗粒级配分析检测的步骤为：筛除砂样中大于9.50mm的颗粒，并将砂样缩分至1000-1200g，放在干燥箱中于100-110℃温度下烘干至恒温，待冷却至室温后，分为相同重量的两份备用；称取砂样500g，将砂样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛上，然后进行筛分；将套筛置于摇筛机上，摇10-15min后取下套筛，按筛孔大小顺序再逐个用手筛，筛至每分钟通过量小于总重量的0.1％为止，通过的砂样并入下一号筛中，并和下一号筛中的砂样一起过筛，这样顺序进行，直至各号筛全部筛完为止，称出各号筛的筛余量，精确至1g，计算各号筛的分计筛余百分率。
采用上述技术方案，筛除砂样中大于9.50mm的颗粒，避免大于9.50mm的颗粒影响检测精确度，烘干以降低砂样受到水份含量的影响，减少误差。所述步骤(S2)中，分计筛余百分率为某号筛上的筛余量占原砂总质量的百分率。
优选的，所述套筛包括孔径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的筛。
优选的，所述步骤(S3)中，制定A类砂样和B类砂样的调制比例方案的步骤为：按A类砂样和B类砂样按重量比n：(10-n)混合成混合砂，其中，0＜n≤9，且n为整数或0.5的整数倍。
采用上述技术方案，0＜n≤9，且n为整数或0.5的整数倍，即n的取值为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。
优选的，所述步骤(S3)中，所述混合砂的分计筛余百分率的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000041
式中，Ai、Bi、Ci分别为A类砂样、B类砂样、混合砂的各号筛的分计筛余百分率；
a、b分别为A类砂样、B类砂样的混合重量占比；
所述混合砂的累计筛余百分率的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000042
式中，Ci'为混合砂的各号筛的累计筛余百分率；
所述混合砂的细度模数的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000043
式中，Mx为细度模数，精确至0.01；
C1'、C2'、C3'、C4'、C5'、C6'分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率。
优选的，所述步骤(S4)中，检测并计算混合砂的堆积密度的步骤为：装取混合砂3L，放在干燥箱于100-110℃温度下烘干至恒量，待冷却至室温后，筛除大于4.75mm的颗粒，分为相等重量的两份备用；取其中一份，用漏斗或料勺将试样从容量筒中心上方50mm处倒入，让混合砂以自由落体落下，当容量筒上部混合砂呈堆体，且容量筒四周溢满时，即停止加料；然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平，称出混合砂和容量筒总质量，精确至1g；所述混合砂的堆积密度的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000051
式中：ρ1为堆积密度，单位为kg/m3；
G1为容量筒和混合砂的总质量，单位为g；
G2为容量筒质量，单位为g；
V为容量筒的容积，单位为L。
优选的，所述步骤(S6)中，符合级配要求是指根据600μm筛孔对应的混合砂的累计筛余百分率，分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，Ⅰ区的的累计筛余百分率在71-85％，Ⅱ区的的累计筛余百分率在41-70％，Ⅲ区的的累计筛余百分率在16-40％；细度模数在3.1-3.7范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅰ区，细度模数在2.3-3.0范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅱ区，细度模数在1.6-2.2范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅲ区。
本发明的有益效果在于：优化混合砂颗粒级配的调制方法，将A类原砂和B类原砂这两种砂按照适当的比例调配在一起，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内的调制比例生产混合砂，既能充分利用原砂材料，提高堆积密度，降低空隙率，降低工程成本，混合砂的级配稳定且符合级配要求，增强混凝土拌和物的和易性，使混凝土的外观平整及强度等级符合规范要求；该调制方法操作简单，操作效率高，得到的调制比例生产混合砂的成本降低低，可用于大规模生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，包括如下步骤：
(S1)、A类原砂和B类原砂均按检测频率的规范要求进行取样，得到A类砂样和B类砂样；
(S2)、取步骤(S1)得到的A类砂样和B类砂样分别进行颗粒级配分析检测，记录原始数据并计算其分计筛余百分率；
(S3)、制定A类砂样和B类砂样的调制比例方案，按比例计算混合砂的分计筛余百分率、累计筛余百分率和细度模数；
(S4)、依照步骤(S3)制定的调制比例方案，按比例将A类砂样和B类砂样混合并拌和均匀，然后检测并计算混合砂的堆积密度；
(S5)、绘制筛孔尺寸-累计筛余百分率变化关系曲线、调制比例-细度模数变化关系曲线和调制比例-堆积密度变化关系曲线；
(S6)、根据步骤(S5)的三种变化关系曲线，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内的调制比例，即达到优化混合砂颗粒级配的目的。
本实施例中，所述A类原砂取自河床表层且细度模数为2.2的原砂，所述B类原砂取自河床底层且细度模数为3.3的原砂。
所述步骤(S1)中，按检测频率的规范要求进行取样的步骤为：在原砂料堆上划分6-10处均匀分布的取样部位，优选为在原砂料堆上划分8处均匀分布的取样部位，将每处取样部位的表层铲除，然后从每处取样部位抽取相同重量的砂样，组成一组样品；从皮带运输机上取样时，应用与皮带等宽的接料器在皮带运输机机尾出料处全断面定时抽取2-6份相同重量的砂样，优选为在皮带运输机机尾出料处全断面定时抽取4份相同重量的砂样，组成一组样品。
所述步骤(S2)中，颗粒级配分析检测的步骤为：筛除砂样中大于9.50mm的颗粒，并将砂样缩分至1000-1200g，优选为将砂样缩分至1100g，放在干燥箱中于100-110℃温度下烘干至恒温，优选为105℃烘干至恒温，待冷却至室温后，分为相同重量的两份备用；称取砂样500g，将砂样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛上，然后进行筛分；将套筛置于摇筛机上，摇10-15min后取下套筛，优选为摇10min，按筛孔大小顺序再逐个用手筛，筛至每分钟通过量小于总重量的0.1％为止，通过的砂样并入下一号筛中，并和下一号筛中的砂样一起过筛，这样顺序进行，直至各号筛全部筛完为止，称出各号筛的筛余量，精确至1g，计算各号筛的分计筛余百分率。
所述套筛包括孔径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的筛。
步骤(S2)的检验及计算结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002108774510000071
所述步骤(S3)中，制定A类砂样和B类砂样的调制比例方案的步骤为：按A类砂样和B类砂样按重量比n：(10-n)混合成混合砂，其中，0＜n≤9，且n为整数或0.5的整数倍。
所述步骤(S3)中，所述混合砂的分计筛余百分率的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000081
式中，Ai、Bi、Ci分别为A类砂样、B类砂样、混合砂的各号筛的分计筛余百分率；
a、b分别为A类砂样、B类砂样的混合重量占比；
步骤(S3)的混合砂的分计筛余百分率计算结果如下表2所示：
表2
Figure BDA0002108774510000082
所述混合砂的累计筛余百分率的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000091
式中，Ci'为混合砂的各号筛的累计筛余百分率；
步骤(S3)的混合砂的累计筛余百分率计算结果如下表3所示：
表3
Figure BDA0002108774510000092
所述混合砂的细度模数的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000093
式中，Mx为细度模数，精确至0.01；
C1'、C2'、C3'、C4'、C5'、C6'分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率。
步骤(S3)的混合砂的细度模数计算结果如下表4所示：
表4
Figure BDA0002108774510000101
所述步骤(S4)中，检测并计算混合砂的堆积密度的步骤为：装取混合砂3L，放在干燥箱于100-110℃温度下烘干至恒量，优选为105℃温度下烘干至恒量，待冷却至室温后，筛除大于4.75mm的颗粒，分为相等重量的两份备用；取其中一份，用漏斗或料勺将试样从容量筒中心上方50mm处倒入，让混合砂以自由落体落下，当容量筒上部混合砂呈堆体，且容量筒四周溢满时，即停止加料；然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平，称出混合砂和容量筒总质量，精确至1g；所述混合砂的堆积密度的计算公式为：
Figure BDA0002108774510000102
式中：ρ1为堆积密度，单位为kg/m3；
G1为容量筒和混合砂的总质量，单位为g；
G2为容量筒质量，单位为g；
V为容量筒的容积，单位为L。
步骤(S4)的混合砂的堆积密度计算结果如下表5所示：
表5
Figure BDA0002108774510000111
所述步骤(S6)中，符合级配要求是指根据600μm筛孔对应的混合砂的累计筛余百分率，分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，Ⅰ区的的累计筛余百分率在71-85％，Ⅱ区的的累计筛余百分率在41-70％，Ⅲ区的的累计筛余百分率在16-40％；细度模数在3.1-3.7范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅰ区，细度模数在2.3-3.0范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅱ区，细度模数在1.6-2.2范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅲ区。
由上述调制方法可知，当n＝3.5时，符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内，即A类砂样和B类砂样按重量比3.5：6.5混合成混合砂，可使混合砂形成密致的堆积状态，空隙率达到较小值，从而达到节约水泥、提高混凝土综合性能的效果。
性能测试：
制定3组混凝土实验，3组混凝土均按水、水泥、混合砂和石子按重量比0.38：1：1.11：2.72制备成边长为150mm的混凝土立方体，每组水泥均取自同批次的水泥，水泥的强度等级为P.O42.5，每组石子均取自同批次的石子，石子为粒径在5-31.5mm连续粒级碎石，混合砂均由A类砂样和B类砂样按重量比n：(10-n)混合而成，第1组的n值为2，第2组的n值为3.5，第3组的n值为7；然后依照《GBT 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》分别养护7d和28d，依照《GBT 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土立方体的抗压强度，单位为MPa，每组重复试验5次，测试结果剔除最大值和最小值后再取平均值，测试结果如下表6所示：
表6
n 7d抗压强度/MPa 28d抗压强度/MPa
2 24.8 33.1
3.5 31.6 54.9
7 26.3 37.5
由上表6可知，n值为3.5的抗压强度比n值为2和7的均高，采用本发明的优化混合砂颗粒级配的调制方法取得的调制配比，可优化混合砂应用于混凝土的抗压强度，充分利用原砂材料，提高堆积密度，降低空隙率，降低工程成本，增强混凝土拌和物的和易性，使混凝土的强度等级符合规范要求。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(S1)、A类原砂和B类原砂均按检测频率的规范要求进行取样，得到A类砂样和B类砂样；
(S2)、取步骤(S1)得到的A类砂样和B类砂样分别进行颗粒级配分析检测，记录原始数据并计算其分计筛余百分率；
(S3)、制定A类砂样和B类砂样的调制比例方案，按比例计算混合砂的分计筛余百分率、累计筛余百分率和细度模数；
(S4)、依照步骤(S3)制定的调制比例方案，按比例将A类砂样和B类砂样混合并拌和均匀，然后检测并计算混合砂的堆积密度；
(S5)、绘制筛孔尺寸-累计筛余百分率变化关系曲线、调制比例-细度模数变化关系曲线和调制比例-堆积密度变化关系曲线；
(S6)、根据步骤(S5)的三种变化关系曲线，选取符合级配要求、堆积密度最大且细度模数在1.6-3.7范围内的调制比例，即达到优化混合砂颗粒级配的目的；
所述步骤(S1)中，按检测频率的规范要求进行取样的步骤为：在原砂料堆上划分6-10处均匀分布的取样部位，将每处取样部位的表层铲除，然后从每处取样部位抽取相同重量的砂样，组成一组样品；从皮带运输机上取样时，应用与皮带等宽的接料器在皮带运输机机尾出料处全断面定时抽取2-6份相同重量的砂样，组成一组样品；
所述步骤(S6)中，符合级配要求是指根据600μm筛孔对应的混合砂的累计筛余百分率，分成Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，Ⅰ区的的累计筛余百分率在71-85％，Ⅱ区的的累计筛余百分率在41-70％，Ⅲ区的的累计筛余百分率在16-40％；细度模数在3.1-3.7范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅰ区，细度模数在2.3-3.0范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅱ区，细度模数在1.6-2.2范围内的混合砂的累计筛余百分率应落在Ⅲ区。
2.根据权利要求1所述的一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，其特征在于：所述步骤(S2)中，颗粒级配分析检测的步骤为：筛除砂样中大于9.50mm的颗粒，并将砂样缩分至1000-1200g，放在干燥箱中于100-110℃温度下烘干至恒温，待冷却至室温后，分为相同重量的两份备用；称取砂样500g，将砂样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛上，然后进行筛分；将套筛置于摇筛机上，摇10-15min后取下套筛，按筛孔大小顺序再逐个用手筛，筛至每分钟通过量小于总重量的0.1％为止，通过的砂样并入下一号筛中，并和下一号筛中的砂样一起过筛，这样顺序进行，直至各号筛全部筛完为止，称出各号筛的筛余量，精确至1g，计算各号筛的分计筛余百分率。
3.根据权利要求2所述的一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，其特征在于：所述套筛包括孔径依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的筛。
4.根据权利要求1所述的一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，制定A类砂样和B类砂样的调制比例方案的步骤为：按A类砂样和B类砂样按重量比n：(10-n)混合成混合砂，其中，0＜n≤9，且n为整数或0.5的整数倍。
5.根据权利要求1所述的一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，所述混合砂的分计筛余百分率的计算公式为：
Figure FDA0002594652670000021
式中，Ai、Bi、Ci分别为A类砂样、B类砂样、混合砂的各号筛的分计筛余百分率；
a、b分别为A类砂样、B类砂样的混合重量占比；
所述混合砂的累计筛余百分率的计算公式为：
Figure FDA0002594652670000031
式中，Ci'为混合砂的各号筛的累计筛余百分率；
所述混合砂的细度模数的计算公式为：
Figure FDA0002594652670000032
式中，Mx为细度模数，精确至0.01；
C1'、C2'、C3'、C4'、C5'、C6'分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累计筛余百分率。
6.根据权利要求1所述的一种优化混合砂颗粒级配的调制方法，其特征在于：所述步骤(S4)中，检测并计算混合砂的堆积密度的步骤为：装取混合砂3L，放在干燥箱于100-110℃温度下烘干至恒量，待冷却至室温后，筛除大于4.75mm的颗粒，分为相等重量的两份备用；取其中一份，用漏斗或料勺将试样从容量筒中心上方50mm处倒入，让混合砂以自由落体落下，当容量筒上部混合砂呈堆体，且容量筒四周溢满时，即停止加料；然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平，称出混合砂和容量筒总质量，精确至1g；所述混合砂的堆积密度的计算公式为：
Figure FDA0002594652670000033
式中：ρ1为堆积密度，单位为kg/m3；
G1为容量筒和混合砂的总质量，单位为g；
G2为容量筒质量，单位为g；
V为容量筒的容积，单位为L。
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