CN111847947B - 一种砂石骨料级配优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种砂石骨料级配优化方法，首先对砂石骨料进行筛分，得到各级骨料对应的筛孔边长为di和分计筛余百分率pi，利用所得筛分信息计算砂石骨料的级配连续系数SGm，并与级配连续系数的目标值SG标进行对比，对砂石骨料的级配条件进行评价以指导后续级配调整工序。本发明通过设计出一种科学合理的骨料级配连续系数评价方法，可同步对骨料整体粗细程度和骨料级配连续分布状态进行评价和调整，以迅速优化骨料级配，并有效提升骨料级配品质；且涉及的优化过程简单、操作方便、适用性广，可有效指导砂石骨料生产，适合推广应用。

Description

一种砂石骨料级配优化方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种砂石骨料级配优化方法。
背景技术
现代混凝土以大流态为主体，对混凝土的和易性要求越来越高，客观上对砂石骨料质量的要求也越来越高。而目前我国砂石质量整体上较差，主要体现在粒形差、级配不良等，进而导致混凝土胶凝材料用量大、用水量大等问题。且由于生产所使用的砂石品质波动较大，混凝土在施工过程中堵管、离析、泌水等问题频频发生。骨料的质量已经成为现代混凝土技术发展的瓶颈，严重影响了工程质量。提高砂石质量，是提升混凝土产业和技术的必由途径。高性能混凝土的定义中明确规定要求采用优质常规原材料，提出和建立高品质骨料的技术体系和要求势在必行。
目前一般砂石骨料级配优化设计主要是根据最大密实度和最小空隙率理论展开，力求以最少砂浆体积(完全包裹骨料)和最大骨料体积组成具有良好工作性能的混凝土拌合物；但涉及的设计方法较为单一，并且单纯追求空隙率最小，密实度最大，配制过程繁琐，评价方法单一且存在着一定的不合理性。目前关于骨料级配优劣评价的相关方法有空隙率、骨料的细度模数、标准中对于不同级配区间累计筛余范围的限定等三种方法，分别对应的技术问题如下:1)空隙率评价，仅能给出骨料最终空隙率结果，说明骨料堆积致密性情况，并不能给出若空隙率高，级配较差的具体优化方法；2)骨料细度模数评价，目前只针对于细骨料(砂)采用此方法，仅能通过不同公称粒径累计筛余作为单一变量套入公式计算出砂骨料的整体平均粗细程度，并不能判定砂骨料的级配连续分布优劣情况；3)标准中对于不同级配区间累计筛余范围的限定，仅给出了骨料不同公称粒径累计筛余的一个较宽的限定范围，并没有说明具体的骨料级配评价方法以及若在范围外如何进行级配的优化。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有砂石骨料优化技术和骨料调节手段存在的不足，提供一种砂石骨料级配优化方法，通过设计出一种科学合理的骨料级配连续系数评价方法，可同步对骨料整体粗细程度和骨料级配连续分布优劣情况进行评价和调整，以迅速优化骨料级配，并有效提升骨料级配品质；且该方法涉及的优化过程简单、操作方便、适用性广，可有效指导砂石骨料生产，适合推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种砂石骨料级配优化方法，包括如下步骤：
1)对砂石骨料采用标准筛进行筛分，得到不同粒径区间的分级骨料；分级骨料按骨料粒径递增的顺序分为n级骨料，其中第i级骨料的筛孔边长为di(单位为mm)，第i级分级骨料的分计筛余百分率为pi，i＝1、2、...或n，n为大于3的自然数；
2)根据步骤1)所述筛分结果，计算砂石骨料的级配连续系数SGm，其中SGm＝∑dipi，m为对砂石骨料的级配调整次数(通常m取值6以下)；得初始级配连续系数SG0；
3)将所得砂石骨料的初始级配连续系数SG0与级配连续系数的目标值SG标进行对比，当骨料级配连续系数SG0在SG标的取值范围之内时，无需对对应批次砂石骨料进行级配优化；当骨料级配连续系数SG0超出SG标的取值范围时，首先计算得到分级骨料中的最大级配连续系数MAX(dipi)，调整最大级配连续系数MAX(dimaxpimax)对应的第imax级以及第imax+1级或imax-1级分级骨料的分计筛余百分率；按照上述步骤对砂石骨料的级配进行m次调整，直至所得级配连续系数SGm符合SG标的取值范围。
上述方案中，所述砂石骨料为粗骨料或细骨料。
上述方案中，所述细骨料的粒径范围为0～5mm；粗骨料的粒径范围为5～16mm、5～20mm、5～25mm、5～31.5mm或5～40mm。
上述方案中，所述细骨料的粒径范围为0～5mm时，SG标的取值范围为0.7～1.4；所述石骨料的粒径范围5～16mm时，SG标的取值范围为7.0～8.0；所述粗骨料的粒径范围5～20mm时，SG标的取值范围为9.0～10.5；所述粗骨料的粒径范围5～25mm时，SG标的取值范围为11.0～13.0；所述粗骨料的粒径范围5～31.5mm时，SG标的取值范围为12.0～14.0；所述粗骨料的粒径范围5～40mm时，SG标的取值范围为15.0～17.5。
上述方案中，步骤3)中当计算得到的级配连续系数SGm大于SG标的上限值时，将第imax级的分计筛余百分率pimax降低a％，第imax-1级的分计筛余百分率pimax-1提升a％；当计算得到的级配连续系数SGm小于SG标的下限值时，将第imax级的分计筛余百分率pimax降低a％，第imax+1级的分计筛余百分率pimax+1提升a％。
优选的，所述a的取值范围为3～5。
本发明所述砂石骨料级配优化技术适用性广，适用于各种生产用砂石骨料的优化工作，并可有效提升目前的市场砂石品质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明涉及的骨料级配优化工艺简单、操作方便，可为砂石骨料评价体系和砂石调整手段提供一条高效、可行性方案，有效填补目前骨料级配优化方法相关领域的空白；且本发明所述优化方法对砂石级配优劣程度评价适用性强，适合推广应用。
2)本发明首次提出以级配连续系数SGx为评价指标，并以MAX(dipi)对应的分级骨料为具体砂石调整步骤中的参考节点，在大大简化砂石调整步骤的前提下，可同步实现对骨料整体粗细程度和骨料连续分布状态的调整，可有效指导现有砂石骨料生产。
3)采用本发明所述方法优化所得砂石骨料密实度高，空隙率低，应用于混凝土中可明显改善拌合物和易性能，降低胶材用量。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种砂石骨料级配优化方法，包括如下步骤：
1)针对0～5mm(公称粒径)的骨料，对待优化的骨料分别采用4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm标准筛进行筛分，得到不同粒径区间的分级骨料(6级)，其中第i级分级骨料的分计筛余比例为pi，对应的筛孔边长为di，且i按粒径递增的方式顺序编号；具体筛分结果见表1；
2)根据表1所述筛分结果，根据公式SGm＝∑dipi计算砂石骨料的初始级配连续系数SG0＝(4.75×23％+2.36×8％+1.18×24％+0.6×19％+0.3×11％+0.15×10％)＝1.7；
3)计算得到的初始级配连续系数SG0大于骨料目标级配连续系数SG标(0.7～1.4)的上限值，根据公式MAX(dipi)选取粒径区间中最大级配系数dimaxpimax，其中最大级配系数MAX(dipi)＝d6p6＝1.09，imax＝6，第6级筛孔边长4.75mm分计筛余百分量为23％，并将其下降5％调整至18％；第(imax-1)级(第5级)筛孔边长2.36mm分计筛余为8％，将其提升5％调整至13％，第1次调整后各粒径区间骨料级配系数见表2；
4)重新根据公式SGm＝∑dipi计算经步骤3)所述第一次优化调整后的骨料级配连续系数SG1＝1.6，大于骨料目标级配连续系数SG标(0.7～1.4)的上限值，重新根据公式MAX(dipi)选取粒径区间中最大级配系数dimaxpimax，其中最大级配系数MAX(dipi)＝d6p6＝0.86，imax＝6，第6级筛孔边长4.75mm分计筛余百分量为18％，并将其下降5％调整至13％；第(imax-1)级(第5级)筛孔边长2.36mm分计筛余为13％，将其提升5％调整至18％，第2次调整后各粒径区间骨料级配系数见表3；
5)计算第二次优化调整后所得骨料的骨料级配连续系数SG2＝(4.75×13％+2.36×18％+1.18×24％+0.6×19％+0.3×11％+0.15×10％)＝1.5，大于骨料目标级配连续系数SG标(0.7～1.4)的上限值，继续根据公式MAX(dipi)选取粒径区间中最大级配系数dimaxpimax，其中最大级配系数MAX(dipi)＝d6p6＝0.62，imax＝6，第6级筛孔边长4.75mm分计筛余百分量为13％，并将其下降5％调整至8％；第(imax-1)级(第5级)筛孔边长2.36mm分计筛余为18％，将其提升5％调整至23％，第3次调整后各粒径区间骨料级配系数见表4；
6)计算经第三次优化调整后所得骨料的骨料级配连续系数SG3，其取值为1.4，在目标级配连续系数SG标0.7～1.4的取值范围内，优化调整结束。
表1原始骨料的级配组成(质量参数)
Figure BDA0002610260630000041
表2第1次优化调整后级配系数
Figure BDA0002610260630000042
表3第2次优化调整后级配系数
Figure BDA0002610260630000043
表4第3次优化调整后级配系数
Figure BDA0002610260630000044
经测试，本实施例所述原始骨料在级配优化前松散堆积空隙率为39％，细度模数为2.9，根据JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》标准划分要求属于无区中砂，级配优化后松散堆积空隙率为35％，细度模数为3.3，根据标准划分要求属于Ⅰ区粗砂，级配优化从侧面验证有明显改善效果，实现了级配区间由无区向Ⅰ区的过渡，并且在骨料由中砂转变为粗砂(目前常规思路是中砂空隙率低于粗砂)的同时还可显著降低空隙率。
将本实施例所得级配优化后骨料应用于普通混凝土中，同强度强度等级下采用本实施例骨料混凝土较采用优化前骨料混凝土，28d强度可提升20～40％，拌合物坍落度可提升20～40mm，扩展度可提升40～60mm，电通量可降低300～500C，混凝土工作性、力学及耐久性能均有明显改善，在保证基本同样性能前提下，同强度等级混凝土配比可降低30～50kg胶材；采用本实施例骨料混凝土较采用常规Ⅰ区粗砂骨料混凝土，28d强度可提升10～15％，拌合物坍落度可提升10～20mm，扩展度可提升20～35mm，电通量可降低150～250C，混凝土工作性、力学及耐久性能均有较明显改善，在保证基本同样性能前提下，同强度等级混凝土配比可降低15～30kg胶材。
本实施例采用3次调整工艺即可实现无区中砂的级配优化，涉及的调整步骤简单、操作方便，将所得优化骨料应用于混凝土中可明显改善拌合物和易性能，降低胶材用量，具有重要的应用和推广价值。
实施例2
一种砂石骨料级配优化方法，包括如下步骤：
1)针对5～20mm(公称粒径)的骨料，对待优化的骨料分别采用19mm、16mm、9.5mm、4.75mm标准筛进行筛分，得到不同粒径区间的分级骨料(4级)，其中第i级分级骨料的分计筛余比例为pi，对应的筛孔边长为di，且i按粒径递增的方式顺序编号；具体筛分结果见表5；
2)根据表5所述筛分结果，根据公式SGx＝∑dipi计算砂石骨料的级配连续系数SGx；计算得到的初始级配连续系数SG0＝(19.0×13％+16.0×15％+9.5×37％+4.75×30％)＝9.8；处于表1砂石骨料级配连续系数砂标准范围(9.0～10.5)内，级配优化结束。
表5实施例2骨料的级配组成(质量参数)
Figure BDA0002610260630000051
本实施例所述骨料颗粒级配并未处于JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》标准要求常规级配范围内，按照常规思路应当优化，但根据本发明所述级配优化系数推算属于本专利要求级配标准系数范围内，松散堆积空隙率为37％，本实施例骨料应用到普通混凝土中，混凝土拌合物坍落扩展度处于210/600～230/650mm范围内，28d强度可达到120％以上，28d电通量＜500C，氯离子扩散系数＜2.00(10-12m2×s-1)，试验验证骨料应用性能优异，完全符合相关标准要求，无需优化；可有效简化基于本领域常规级配标准的砂石骨料优化工序。
实施例3
一种砂石骨料级配优化方法，包括如下步骤：
1)针对5～25mm(公称粒径)的粗骨料，对待优化的骨料分别采用26.5mm、19.0mm、16.0mm、9.5mm、4.75mm标准筛进行筛分，得到不同粒径区间的分级骨料(5级)，其中第i级分级骨料的分计筛余比例为pi，对应的筛孔边长为di，且i按粒径递增的方式顺序编号；具体筛分结果见表6；
2)根据表6所述筛分结果，根据公式SGm＝∑dipi计算砂石骨料的初始级配连续系数SG0＝(26.5×1％+19.0×17％+16.0×15％+9.5×37％+4.75×22％)＝10.5；
3)计算得到的初步级配连续系数SG0小于骨料目标级配连续系数SG标(11.0～13.0)的下限值，根据公式MAX(dipi)选取粒径区间中最大级配系数dimaxpimax，其中最大级配系数MAX(dipi)＝d2p2＝3.52，imax＝2，第2级筛孔边长9.5mm分计筛余百分量为37％，并将其下降5％调整至32％；第(imax+1)级(第3级)筛孔边长16.0mm分计筛余为15％，将其提升5％调整至20％，第1次调整后各粒径区间骨料级配系数见表7；
4)重新根据公式SGm＝∑dipi计算经步骤3)所述第一次优化调整后的骨料级配连续系数SG1＝10.8，小于骨料目标级配连续系数SG标(11.0～13.0)的下限值，重新根据公式MAX(dipi)选取粒径区间中最大级配系数dimaxpimax，其中最大级配系数MAX(dipi)＝d4p4＝3.23，imax＝4，第4级筛孔边长19.0mm分计筛余百分量为17％，并将其下降5％调整至12％；第(imax+1)级(第5级)筛孔边长26.5mm分计筛余为1％，将其提升5％调整至6％，第2次调整后各粒径区间骨料级配系数见表8；
5)计算经第二次优化调整后所得骨料的骨料级配连续系数SG2，其取值为11.2，在目标级配连续系数SG标11.0～13.0的取值范围内，优化调整结束。
表6实施例3的原始骨料级配组成(质量参数)
Figure BDA0002610260630000061
Figure BDA0002610260630000071
表7第1次优化调整后级配系数
Figure BDA0002610260630000072
表8第2次优化调整后级配系数
Figure BDA0002610260630000073
将本实施例所述骨料颗粒级配处于JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》标准要求常规级配范围内，按照常规思路无需优化，但根据本发明所述级配优化系数推算未处于本专利要求级配标准系数范围内，故需要进行优化，优化前骨料松散堆积空隙率为41％，优化后骨料松散堆积空隙率为37％，将本实施例所得级配优化后骨料应用于普通混凝土中，同强度强度等级下采用本实施例骨料混凝土较采用优化前骨料混凝土，28d强度可提升15～35％，拌合物坍落度可提升20～35mm，扩展度可提升40～55mm,电通量可降低300～500C，混凝土工作性、力学及耐久性能均有明显改善，在保证基本同样性能前提下，同强度等级混凝土配比可降低15～30kg胶材。
本实施例采用2次调整工艺即可实现骨料的级配优化，涉及的调整步骤简单、操作方便，将所得优化骨料应用于混凝土中可明显改善拌合物和易性能，降低胶材用量，具有重要的应用和推广价值。
对比例
一种砂石骨料级配优化方法，考虑到空隙率于骨料体积的联系性，尝试将∑di 2pi作为级配连续系数SGm，但通过多次数据算术验证发现此公式推导结果无规律性，无法对砂石骨料级配产生简便、高效的优化效果。
综上，本发明所述砂石骨料级配优化技术，可进一步促进砂石骨料级配组成的合理化，且涉及的优化方法简单，骨料优化过程成本无明显提升，可为砂石骨料评价体系及具体优化手段提供一条全新思路。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种砂石骨料级配优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对砂石骨料进行筛分，得到不同粒径区间的分级骨料；所述分级骨料按骨料粒径递增的顺序分为n级骨料，其中第i级骨料的筛孔边长为di，第i级分级骨料的分计筛余百分率为pi，i＝1、2、...或n，n为大于3的自然数；
2)根据步骤1)所述筛分结果，计算砂石骨料的级配连续系数SGm，其中SGm＝∑dipi，m为对砂石骨料的级配调整次数；得初始级配连续系数SG0；
3)将所得砂石骨料的初始级配连续系数SG0与级配连续系数的目标值SG标进行对比，当骨料级配连续系数SG0在SG标的取值范围之内时，无需对对应批次砂石骨料进行级配优化；当骨料级配连续系数SG0超出SG标的取值范围时，首先计算得到分级骨料中的最大级配连续系数MAXdipi，调整最大级配连续系数MAXdimaxpimax对应的第imax级以及第imax+1级或imax-1级分级骨料的分计筛余百分率；按照上述步骤对砂石骨料的级配进行m次调整，直至所得级配连续系数SGm符合SG标的取值范围；
所述砂石骨料为粗骨料或细骨料；
所述细骨料的粒径范围为0～5mm；粗骨料的粒径范围为5～16mm、5～20mm、5～25mm、5～31.5mm或5～40mm；
所述细骨料的粒径范围为0～5mm时，SG标的取值范围为0.7～1.4；所述粗骨料的粒径范围5～16mm时，SG标的取值范围为7.0～8.0；所述粗骨料的粒径范围为5～20mm时，SG标的取值范围为9.0～10.5；所述粗骨料的粒径范围5～25mm时，SG标的取值范围为11.0～13.0；所述粗骨料的粒径范围5～31.5mm时，SG标的取值范围为12.0～14.0；所述石骨料的粒径范围5～40mm时，SG标的取值范围为15.0～17.5；
步骤3)中当计算得到的级配连续系数SGm大于SG标的上限值时，将第imax级的分计筛余百分率pimax降低a％，第imax-1级的分计筛余百分率pimax-1提升a％；当计算得到的级配连续系数SGm小于SG标的下限值时，将第imax级的分计筛余百分率pimax降低a％，第imax+1级的分计筛余百分率pimax+1提升a％；
所述a的取值范围为3～5。
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