作者·赖瑞星

作者简介：赖瑞星（先生）在混凝土行业从业30余年，编辑出版过大量混凝土文献和论文，赖瑞星先生目前担任“将心软件”的资深专家。

摘要：

新拌混凝土的质量特性中，工作性是产制单位最不容易管控的质量特性，而新拌混凝土皆须透过配方作产制，故首先从水泥混凝土配比的组成结构及特性作了解；以配比中较粗颗粒的部份(粗、细骨材)配合理论的富勒曲线(FullerCurve)作检讨，并分析当配比在作粗骨材使用量及组构变动、细骨骨材使用量及组构变动、胶结材使用量变动时，对骨材级配的影响。

现代水泥混凝土组成材料，主要组成物质可分为：

(1)粗、细粒料

(2)水泥(主要胶结材)

(3)水

(4)矿物掺料

(5)化学掺料等五大类。

前(1)(2)(3)三项为混凝土主要基材，

后(4)(5)两项在近年来有着长足的进步。

再以更详尽的情形来看混凝土实际的组构内容，以的混凝土配比为例，将配比的组成材料占总体积的比例，作成如的混凝土成份条形图。

其中粗、细骨材所占的体积比=0.+0.+0.+0.=0.由此，可见粗、细骨材在水泥混凝土组成体积中，占有一半以上的比率。

以整体的「单位体积」，再作成「圆型图」来表示各成份比率的组成状态：

由上及中皆可得知，粗、细粒料为混凝土的主要组成成份，约占60%～70%的混凝土单位体积比，其余则为水泥、矿物掺料、水及化学掺料所组成的水泥浆体，所以粗、细粒料的质量对混凝土的各项特性有最大的影响。同时由中得知：单位体积内的混凝土，其组成材料间有一定的比例。若我们随意更改其中一项原材料的使用量，则非但破坏原材料间的比例，也破坏了「单位体积」的精神，亦即破坏混凝土配比的共轭性。

混凝土产生抗压强度的来源可分为两大类，主要来源由水泥浆体所产生，次要来源则由所有原材料相互堆积、填缝的网络结构所产生。水泥浆体的组构与其抗压强度的机制，并非本文讨论之范围，但是它与骨材间的填充关系却是混凝土产生工作度的重要因素之一；水泥浆体对骨材的填充度够，混凝土就具有稠度，反之，容易产生粗涩、析离等工作性不良的情形发生。

构成水泥浆的水泥、矿物掺料及化学掺料的质量，一般混凝土产制厂除了作以「胶结材活性试验」及「比重、减水率试验」作综合性的结果检验外，其余的质量特性得由委外试验单位执行之。至于用量及各材料间比率则为混凝土抗压强度主要来源，混凝土产制厂必须依其使用的原材料作交叉比对试验以决定之。

混凝土预拌厂所使用的粗、细骨材其原材料皆为大自然的产物，经过加工后作为混凝土的基材；这些天然的粒料已长时期经过自然风化的严格筛选，其体积的稳定性、抗风化的能力及对腐蚀的抵抗性均较其他材料拥有更佳的耐久性，所以理论上混凝土使用量愈多愈佳。

然而，混凝土的工作性却是新拌混凝土最重要的特性，除了胶结材及水用量外，粗、细骨材的总使用量、粒料的形状、表面的光滑度及颗粒分布的级配曲线，会有明显的不同；一般就新拌混凝土的工作度来说，天然卵石、砂较加工碎石、砂为佳，光滑表面较粗糙表面为佳，连续的颗粒级配较跳跃级配为佳，故我们须慎选粗、细粒料的适用性及其适量性。

混凝土中粗、细骨材的的适用性及适量性，其实两者相互都有影响；然而，其适用性若不良则靠使用量的调整也很难有良好的改善，反之，使用量的调整在混凝土生产的过程中则容易的多，故我们必须先作粗、细粒料的适用性讨论。

混凝土所使用的粗、细骨材，系用天然的优良砂石(不得有风化岩、页岩、碱骨材等)，经破碎、清洗、筛分而成。混凝土产制厂购入时作比重、吸水率、磨损率、健性等材质方面的试验，因砂、石加工易产生加工机具的磨损，造成粗、细粒料的级配变动，这种变动是混凝土生产业者最重要的管制项目，所以混凝土产制厂必须以足够的频率作粒料筛分析的检验，取得生产调整的数据。

在如何掌控粒料级配前，让我们先了解什么是优良的混凝土骨材级配。是否为良好的骨材级配，端视于该级配的用途为何，针对水泥混凝土的用途须要让其组成为最密致(具有最小的空隙率)的连续级配；在各种骨材于特定的比率之下，使得骨材占最大体积比，非但可藉其有效的大小填充的网络结构，发挥粒料既有的强度功能，且可因大小颗粒间的滚动，达成混凝土所须的工作度，若使用良好的连续骨材级配呈现较佳的密致状态，必定可使用较少的胶结材料，达到降低成本的目的。早在年「富勒氏及汤姆森」(FullerandThomson)提出，固体粒料粒径分布定义的理论方程式及其分布曲线。其方程式为：

h：系数(0.3～0.5)P：某粒径颗粒的过筛百分比

d：某颗粒的粒径(mm)D：该级配组的最大颗粒的粒径(mm)

其中h值愈小表示级配中的细粒料愈多，水泥混凝土的骨材级配h值为0.5，以粗、细骨材之粒径规范值并利用（公式一），算出的数值表如下，由表中数据，以骨材粒径的实际数据为自变量，绘成图形如下；以骨材粒径的数据转换为对数刻度为自变量，绘成图形如下

由富勒曲线可知：

?富勒曲线(实坐标)的上部趋于直线，下部为椭圆曲线的一部份。

?与纵坐标(过筛百分比)相交于7%～8%间，表示粒径0.15mm(＃)以下的粉细料至少须占有7%～8%。

?因横坐标数据跨距过大(从0.mm到37.5mm)，故以对数坐标表表示，则图形能更清楚骨材颗粒的级配详情(尤其在细粒料部份)。

?粒径1.18mm(＃16)以下过筛率急遽缩小(细粒料少)，故此理论级配的组构偏重于粗粒料级配的组合方式。

?如及所示，粗、细骨材筛分析规范的目的，为使混凝土的骨材粒度的分布能合乎「富勒曲线FLC」所示的连续级配。

?富勒曲线(FLC)系由富勒公式所导出理论级配图，其颗粒皆为理想的圆形颗粒；实际上混凝土的骨材绝大部份系由不规则颗粒所组成，但仍须参照富勒曲线的趋势组合级配。

?富勒曲线只是混凝土骨材须要连续级配的依据，但是，单位体积内的混凝土骨材若完全依富勒曲线组合构成，则会因过少的细粒料而造成工作性的不良。今以下述实例说明之。

一般来说，水泥混凝土的骨材系由六分碎石、三分碎石(粗骨材)混合粗砂、细砂(细骨材)而成，在混凝土产制厂都会定时分别去作粗、细骨材筛分析的检验，大部份由检验的数据，再依经验法则去作配比设计或调整；但是却鲜少去作粗、细骨材在实际配比中颗粒级配的评估，配比中骨材颗粒的级配是否适当，经由富勒曲线的比对评估能使该配比得到最高效的级配网络结构，达到骨材具密致性的结构，配比设计者不可不慎。

混凝土配比中骨材级配富勒曲线(FLC)的评估步骤

1.今以厂内实际使用的细骨材，依CNSA作细骨材筛分析试验，并计算各筛号过筛率。试验结果可作成如下表所示：

粗、细砂混合后过筛值，系依据粗、细砂FM值与配比执行的综合FM值相关计算得知。依上表数据，可作成实际值及规范中值的筛分析图：

2.再以厂内实际使用的粗骨材依CNSA作粗骨材筛分析试验，并计算各筛号过筛率。试验结果可作成如下表所示：

?三、六分石混合后过筛值，系依配比执行的分配率计算得知。

?一般粗骨材筛分析底盘残存量并不记入，但在此须将其依细骨材筛分析法再予试验。依上的数据，可作成实际值及规范中值的筛分析图：

3.依相关条件作配比设计，计算出单位体积的各原材料使用量(粗、细骨材在S.S.D.状态下)。

4.配比粗、细骨材混合后，各粒径过筛率的计算原则。。。。。。。

（未完待续）

注解：此论文篇幅比较长，考虑分次发布，敬请期待下回分解。

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