机制砂颗粒形状评价方法的相关性

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摘 要：采用间隙率法、流动时间法以及数字图像处理等方法测试了不同机制砂的颗粒形状，研究颗粒级配及细度模数对测试结果的影响，并分析了3种方法测试结果与相应水泥胶砂流动度的相关性。结果表明，当采用流动时间法测试时，流动时间随机制砂颗粒粒径增大而延长，且流动时间与水泥胶砂流动度相关系数仅为0.064 4；当采用间隙率法机制砂测试时，未压实间隙率随机制砂粒径增大而减小，其与水泥胶砂相关系数为0.719 3，相关性良好。

关键词：机制砂；颗粒尺寸；未压实间隙率；流动时间；流动度；相关系数

中图分类号：TU528

文献标志码：A

文章编号：1674-4764（2012）04-0161-04

Correlation between Particle Shape Evaluation Methods of Manufactured Sand

YE Jianxiong，YU Linwen，YAN Congjin，YANG Changhui

(College of Material Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045，P.R.China)

Abstract:Particle shapes of different manufactured sand were tested by several methods such as uncompacted void content (UVC) test, flow time test and image analysis, the effect of particle size distribution and fineness modulus on test results were also studied，and then the correlation was analyzed. It is found that with the increase of particle sizes, flow time prolongs and UVC decreases. The correlation coefficient between flow time and fluidity of cement mortar is only 0.064 while that between UVC and fluidity of cement mortar is 0.719 3.

Key words:manufactured sand; particle size; uncompacted void content; flow time; fluidity; correlation coefficient



细集料的颗粒形状是影响混凝土性能的重要因素之一，一般来说，天然砂表面光滑，颗粒圆润；而机制砂由天然岩石经机械破碎而成，与天然砂相比，其颗粒表面粗糙、棱角多，这些特性决定了机制砂混凝土性能与天然砂混凝土存在较大差异。当采用颗粒形状差、棱角多的机制砂配制混凝土时，需要提高胶凝材料用量以保证混凝土具有良好的工作性［1-3］。Meininger［4］研究证实，细集料的性质（颗粒级配、颗粒形状、表面粗糙度等）对硅酸盐水泥混凝土拌合物需水量的影响很大，用水量的不同导致混凝土硬化后的收缩、裂缝以及耐久性都有极大差异。Kosmatka等［5］认为细集料的颗粒形状和表面纹理特征对新拌混凝土性能的影响相比对硬化后混凝土性能影响更大。

对细集料颗粒形状评价方法的研究主要集中在沥青混合料用细集料棱角性的评价，包括细集料流动时间法［6-7］、未压实间隙率法［8］、CCR试验［7］和数字图像处理方法［9］等。由于沥青混合料对车辙稳定性具有一定要求，因此要求细集料颗粒间的咬合以及集料与沥青间的黏结作用较强［10-11］，而大部分普通水泥混凝土需要具备良好的工作性以保证易于施工。因此，适用于普通水泥混凝土用细集料应与沥青混合料用细集料颗粒形状评价方法有所区别，确定一种适用于水泥混凝土用机制砂颗粒形状的评价方法，对于控制机制砂生产质量、保证机制砂混凝土性能具有重要意义［9］。

笔者采用间隙率法、流动时间法以及数字图像处理方法分别表征7种不同机制砂的颗粒形状，分析不同方法表征机制砂颗粒形状的测试结果与水泥胶砂流动度的相关性，以探讨适用于水泥混凝土的机制砂颗粒形状的合理表征方法。

1 试验

1.1 原材料

水泥采用的重庆拉法基水泥厂生产的P.O 42.5级水泥，其标准稠度用水量为27.6%，28 d水泥胶砂抗压强度为54.0 MPa。

采用的天然砂为岳阳中砂，编号为A，7种机制砂分别取自不同的机制砂生产厂家，依次编号为B～H。为了排除颗粒级配对试验结果的影响，将8种试验用砂参考《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 52－2006)规定的分区，按照相同的颗粒级配混合，细度模数为2.8和3.2，每种细度模数均包括2种级配，试验采用的级配如表1所示。

1.2 试验方法

机制砂的间隙率和流动时间均参照《公路工程集料试验规程》JTJ 058－2000规定的方法进行，试验均进行3次，取3次平均值作为最终结果。需要说明的是试验流动时间试验采用的装置与间隙率装置相同。水泥胶砂流动度试验方法参考《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419－2005)，分别用不同的砂代替标准砂进行。

采用数字图像处理方法测试机制砂棱角性时，由于机制砂中细小颗粒的图像难以获取、分析，因此试验只选取粒径为2.36～4.75 mm间的颗粒，将其洗净烘干，然后按照李嘉等［12］设计的“逆光箱”法（如图1所示）获取图像。引入圆度（F）［9］和粗糙度（R）［13］2个概念表征细集料的棱角性，其计算式如式（1）和式（2）所示。采用Image proplus(Ipp)图像分析软件处理获取的图片，计算圆度和粗糙度。