空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)

两个概念区分

孔隙率是材料中孔隙体积占总体积的比例,材料的孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度,从而反映混凝土的抗渗性能。是针对单一的某种材料而言。

空隙率是指散粒材料在某堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。相比孔隙率,空隙率不是指某单一材料,它指的某堆积体积中可能包含多种材料,可以是多种材料颗粒之间的空隙。

01

关于砂率与孔隙率

首先认清一点,混凝土中的0-5(单位当然应该是mm)的“石子”不叫石子,叫砂子,亦或细集料。大于5mm的才能称为石子,在这点上全世界的标准规定的都一样。 按照混凝土的孔隙率学说,混凝土越是级配合理,孔隙率越小,强度越高。

泵送混凝土砂率比空隙率高。但具体砂率要依据工程要求坍落度流动性来确定。石头大小不完全决定砂率,主要看级配合理不合理,空隙大,砂率要大。

通常来说,砂的表观密度不得小于2500kg/m3,松散密度不得小于1400kg/m3,空隙率不得大于44%。砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

02

关于密实度与空隙率

混凝土配合比的最终目的是水泥用量最小而又能达到目标强度。因此必需使得混凝土尽量的密实,而达到最好密实度的原则是最细的颗粒满满包围较细颗粒,用包围好了的组成物又去满满包围小颗粒,裹着包围物的浆体又去满满包围较大的颗粒,直至包满粗骨料,使得所有的空隙被填充。假如砂石的颗粒级配不连续,其空隙体积就会太大,不但要浪费水泥,而且还有可能留下空隙存在于混凝土中。这样的混凝土构件必定强度更差。

一般如果确定了石子的孔隙率,就能确定沙子的用量了。做下石子的孔隙率,一般会在41%左右,这样的话, 砂率选择就大一点,一般在43左右。石的表观密度不得小于2600kg/m3,1类碎石空隙率不得大于43%,2类碎石空隙率不得大于45%,3类碎石空隙率不得大于47%。

03

确定空隙率时要综合考虑配比

在配比设计中,混凝土配比的容重与表观密度有关。堆积密度主要影响混凝土配比设计中砂率的确定。空隙率=堆积密度/表观密度。石子的空隙率越大,砂率越大,反之亦然。同理,砂子的空隙率越大,需要的胶凝材料就越多。这样才能保证混凝土的和易性。

说的空隙率,不能把它脱离整个配比环境单独说。通常在配合比中的砂石比,以一定浆骨比(或骨料总量)下的砂率表示。对级配良好的石子,砂率的选择以石子松堆空隙率与砂的松堆空隙率乘积为 0.16~0.2 为宜。

一般,泵送混凝土砂率不宜小于 36%,并不宜大于 45%。为此应充分重视石子的级配,以不同粒径的两级配或三级配后松堆空隙率不大于 42%为宜。石子松堆空隙率越小,砂石比可越小。在水胶比和浆骨比一定的条件下,砂石比的变动主要可影响施工性和变形性质,对硬化后的强度也会有所影响(在一定范围内,砂率小的,强度稍低,弹性模量稍大,开裂敏感性较低,拌和物黏聚性稍差,反之则相反)。

确定配合比的原则

▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼

(1)按具体工程提供的《混凝土技术要求》选择原材料和配合比。

(2)注重骨料级配和粒形,按最大松堆密度法优化级配骨料,但级配后空隙率应不大于 42%。

(3)按最小浆骨比(即最小用水量或胶凝材料总量)原则,尽量减小浆骨比,根据混凝土强度等级和最小胶凝材料总量的原则确定浆骨(体积)比,按选定的浆骨比得到 1 m3 混凝土拌和物浆体体积和骨料体积;计算骨料体积所使用的密度应当是饱和面干状态下所测定的。

(4)按施工性要求选择砂石比,按《混凝土技术要求》中的混凝土目标性能确定矿物掺和料掺量和水胶比。

(5)分别按绝对体积法用浆体体积计算胶凝材料总量和用水量;用骨料体积计算砂、石用量。调整水胶比时,保持浆体体积不变。

(6)根据工程特点和技术要求选择合适的外加剂,用高效减水剂掺量调整拌和物的施工性。

(7)由于水泥接触水时就开始水化,拌和物的实际密实体积略小于各材料密度之和,则当未掺入引气剂时,可不考虑搅拌时掺入约 1%的空气。

在试配时,对于砂石的选用应该考虑到以下综合指标。对于石子,要先后考虑到品种、饱和面状态的表观密度、松堆密度、石子最大粒径、级配的比例和级配后的空隙率。对于砂子,要筛除 5 mm 以上颗粒后的细度模数、5 mm 以上颗粒含量、饱和面状态的表观密度、自然堆积密度、空隙率。

砂的颗粒的总表面积要小,在其他条件都考虑到的条件下,砂尽可能粗些。砂的颗粒级配要良好,颗粒级配是指粒径大小不同的砂相互搭配的情况。砂颗粒间大小搭配合理,达到逐级填充,减小空隙率,以实现尽可能高的密实度。用级配良好的砂配制混凝土,不仅空隙率小节约水泥,而且因水泥的用量减小,水泥石含量少,混凝土的密实度提高,从而强度和耐久性得以加强。在混凝土中,水泥浆是通过骨料颗粒表面来实现有效粘结的,骨料的总表面积越小,水泥越节约。

04

关于空隙率的分析

如考虑不透水混凝土的情况。因水分子的直径是 0.4 nm,要想使水在孔隙中不流动,假定需要的孔隙尺寸应小于 5 倍水分子直径(即 2 nm)的话,那么,要想使混凝土变得不透水,根据情况可以推断,加入如硅粉类的超细颗粒材料,将会使混凝土的配制变得更加容易。当然,只有综合考虑了不同颗粒间的相互作用,不同尺寸范围孔隙间的填充方法,考虑了界面和过渡区,建立起多尺寸范围颗粒堆积体的科学模型和分析方法后,才能真正用于混凝土的配合比设计和孔结构分析。

考虑颗粒堆积体系在自重作用下达到密实,用 PFC3D 软件模拟颗粒堆积体,同时计算其孔隙率,通过所建立的方法近似计算颗粒堆积体孔隙的连通性,在研究颗粒体系的粒径范围内(最大与最小粒径的比值小于 16),计算结果表明:

(1)球形颗粒在重力作用下堆积体系的孔隙率大约在 20%~ 45%之间。

(2)符合 Fuller 粒径分布曲线的颗粒堆积体具有相对低的孔隙率。

(3)颗粒形状对堆积体系的孔隙率有影响,球形颗粒能够得到孔隙率较低的堆积体。

(4)模拟颗粒堆积体的孔隙连通性接近 100%。

(5)要想使混凝土变得不透水,在混凝土中掺入超细颗粒(纳米量级)材料将更容易实现。

05

砂石密度孔隙率试验操作步骤及注意事项

通过对砂石表观密度、堆积密度的测定,计算出砂石的孔隙率及空隙率,从而了解材料的构造特征,便于试配出最佳状态。

一、实验仪器

1、测定砂的表观密度:

容量瓶法:容量瓶(500mL),电子秤、铝制料勺、浅盘、滴管等。

2、测定石子的表观密度:

广口瓶法:广口瓶、玻璃片、天平、浅盘、毛巾、电子秤等。

液体比重天平法:静水天平、配套器具、烘箱等。

3、测定砂松堆密度:下料漏斗、标准容器、台秤等。

4、测定石松堆密度:标准容器、小铲、台秤等。

二、实验操作

(一)砂表观密度

1、称取烘干砂300g。

2、在容量瓶内注入水至瓶颈刻度线,擦干瓶外水分,称其质量。

3、倒出容量瓶内部分水,剩余至约球部高度的1/3。将300g砂全装入容量瓶,倾斜约45度摇转容量瓶,使试样在水中充分搅动(排除气泡)。静置一段时间后用滴管添水至瓶颈刻度线,擦干瓶外水分,称其质量。

(二)石子的表观密度(广口瓶法)

1、称取烘干石。

2、将水注满广口瓶,用玻璃片封住瓶口,擦干瓶外水分后称其质量。

3、倒出广口瓶内水约1/2,倾斜放置广口瓶,将石装入其中。然后注满水,用玻璃片覆盖瓶口,以上下左右摇晃的方法排除气泡。再静置一段时间,将水注满广口瓶,用玻璃片封住瓶口,擦干瓶外水分,称其质量。

(三)石子的表观密度(液体比重天平法)

1、称取烘干石。

2、将干石装入吊篮,并浸入生水容器,同时上下升降吊篮排除气泡。

3、调整好容器中水的高度后,称量出吊篮及石子在水中的质量。

4、调整好容器中水的高度后,称量出吊篮在水中的质量。

5、测量水温。

(四)堆积密度实验

1、砂松散堆积密度

(1)称取标准容器的质量,测定标准容器的体积 (V)。将标准容器置于下料漏斗下面,使下料漏斗对正中心。

(2)用铝制料勺将试样装入下料漏斗,打开活动门,使试样徐徐落入标准容器直至试样装满并超出标准容器筒口,移开漏斗。

(3)用直尺将多余的试样沿筒口中心线向相反方向刮平,称其质量。

2、石松散堆积密度

(1)称取标准容器的质量及测定标准容器的体积(V)。

(2)取一份试样,用小铲将试样从容量筒上方50mm处加入,至容器上部试样呈锥体且四周溢满时。

(3)使表面凸起部分体积和凹陷部分体积大致相等,称取总质量。

三、数据处理

(一)砂表观密度

1、按公式计算砂的表观密度,精确至10kg/m3。

不同水温对砂的表观密度影响的修正系数如下对应:

水温/℃:15、 16 、17、 18、 19、 20、 21、 22 、23、 24 、25

0.002、 0.003、 0.003、 0.004、 0.004、 0.005、 0.005、 0.006、 0.006、 0.007 、0.008

2、以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3 ,否则重做。

(二)石表观密度

1、计算石子的表观密度,精确至10kg/m3。

不同水温对砂的表观密度影响的修正系数2、以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3 ,否则重做。对于颗粒材质不均匀的材料,两次测定结果差值若大于该值,可取4次试验结果的算术平均值。

(三)堆积密度试验

1、砂松散堆积密度

(1)计算试样的散堆积密度,精确至10kg/m3。

(2)以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果,精确至10kg/m3。

2、石子松散堆积密度试验

(1)计算试样的松散堆积密度,精确至10kg/m3。

(2)以两次试验结果的算术平均值作为最后结果。

(四)空隙率

1、空隙率,精确至1%。

注意公式中 ρ1——材料的松散堆积密度;ρ2——材料的表观密度。

2、以两次试验结果的算术平均值作为最后结果。

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(1)

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(2)

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(3)

四、实验注意事项

1、砂表观密度试验时:

1)加砂后应将粘在容量瓶颈内壁冲洗进容量瓶。

2)水 砂 瓶和水 砂两次称量注意瓶塞。

3)赶气泡时间尽量延长,5min以上。

2、石表观密度试验时:

1)加石时应将广口瓶倾斜。

2)水应加到瓶口高出,盖玻璃板应水平推移。

3)升降吊篮排除气泡时,石子不得露出液面。

3、砂堆积密度试验时:注意不要振动容器筒。

4、实验的步骤和方法与标准方法中有所差异。《建设用砂》GB/T14684标准中,测定砂表观密度,水温应在15~25℃,砂 水 容量瓶的质量要静置 24小时后进行称量。《建设用卵石、碎石》GB/T14685标准中,测定石子表观密度,水温应在15~25℃,石子和吊篮在水中的质量要静置24小时后进行称量。

06

实例分析

(1)原材料的选取

水泥:常州金坛盘固水泥集团生产的盘固牌P.042.5级水泥。其理化性能见表1。

粉煤灰:镇江谏壁电厂生产的华源牌Ⅰ级粉煤灰。其理化性能见表2。

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(4)

砂:产地江西赣江,细度模数2.2,2.6,2.9三种,含泥量均<1.0%。

碎石:浙江湖州花岗岩;粒径5mm~16mm,5mm~25mm偏粗两种规格,含泥量0.4%,压碎值6. 7%。

外加剂:江苏博特新材料有限公司产JM-9高效缓凝减水剂。其性能见表3。

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(5)

(2)试验内容

混凝土的工作性也称为和易性,是指砼拌合物能保持其组成成分均匀,不发生分层离析、泌水等现象,适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业,并能获得质量均匀、密实的砼的性能。它是一项综合技术性能,包括流动性、粘聚性和保水性三个方面。所谓的拌合物和易性良 好,就是使这三方面的性能,在某种具体条件下得到统一,达到均为良好的状况。

以下试验就是从工作性、强度、抗渗性等角度出发,来简要阐明骨料孔隙率对混凝土性能的 影响。

试验固定其他因素,以最常用的C30泵送砼为基准配合比:

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(6)

以此材料配制的混凝土工作性、强度如下:

空隙率和孔隙率怎么测的(空隙率和孔隙率)(7)

(3) 试验结果及分析

从以上结果可以看出,骨料孔隙率对混凝土工作性的影响很明显,第3、4、5组混凝土基本 无法泵送施工;对混凝土强度的影响最大也达到5MPa,说明骨料孔隙率应当在配合比设计时作为重要参数加以分析;对混凝土抗渗强度影响非常明显,最大和最小值相差一倍以上。仔细分析坍落度和强度数据,还可得到几点规律:

① 砂的细度模数越小,混凝土强度越低,但砂的细度过粗导致混凝土离析时强度明显下 降;

② 碎石的级配明显影响骨料孔隙率,单级配时强度提高,但工作性很差;

③ 孔隙率最小时,工作性和强度达到最佳平衡点;

④ 骨料孔隙率越小,抗渗等级越大。

(4) 结语

骨料空隙率大小,反映了骨料各个粒级的搭配情况。连续粒级时,混凝土工作性好,拌合物均匀,抗渗等级就高,这和以往人们认为骨料比表面积越小,抗渗等级越高不同,由此说明在混凝土设计时不应仅仅考虑理论规律,更应根据试验调整配合比达到最佳的工作性,使拌合物均匀,没有捷径,空隙率和孔隙率的把控也是从试配中来,没有哪家的秘方是最好的,只有你的是不是最合适的。这才是使混凝土各个性能达到均衡的要义所在。

,

免责声明:本文仅代表文章作者的个人观点,与本站无关。其原创性、真实性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容文字的真实性、完整性和原创性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并自行核实相关内容。文章投诉邮箱:anhduc.ph@yahoo.com

    分享
    投诉
    首页