0引言
隨著國家基礎建設步伐加快，全國新增骨料加工廠如雨後春筍般迅速建成，而新增加工廠存在技術問題沒有完全解決便投入生產，導致了產品質量參差不齊，有些單級配骨料粒徑不符合規範要求，甚至像含泥量、針片狀含量這些可以嚴重影響混凝土質量的參數，出廠時也達不到規範要求。現行配合比設計規範中對骨料級配選取要求並不能很完善地解決以上提出的新問題，這就促使在對骨料的級配選取要更加合理才能避免對結構混凝土產生本質上的質量病害。
眾所周知，骨料在混凝土當中起骨架作用，主要用來穩定體積。在混凝土組成結構中，粗集料的空隙用細集料來填充，在更細集料的空隙中用水泥漿來填充。可以說，一個良好的混凝土結構首先要滿足集料級配要求空隙率最小，比表面積最小，密度或密實度最大。
本文就以上理論提出對骨料級配進行優選設計，進一步改善骨料級配在混凝土當中的劣性。
1現行混凝土配合比設計規範中對骨料選取的規定
在現行普通混凝土配合比設計規程JGJ～52～2011中，對砂率選取的描述是這樣的：
當缺乏砂率的歷史資料時，混凝土砂率的確定應符合下列規定：
①塌落度小於10mm的混凝土，其砂率應經試驗確定；
②塌落度為10mm～60mm的混凝土，其砂率可根據骨料品種、最大公稱粒徑及水膠比按表1選取；
③塌落度大於60mm的混凝土，其砂率可經試驗確定，也可在表1的基礎上，按塌落度每增大20mm、砂率增大1%的幅度予以調整。
由以上描述可以發現，在混凝土配合比設計中砂率的選取是根據碎石的粒徑及水膠比大小來大概確定的，有一定隨意性，這給配合比設計骨料的合理級配的選取帶來了很大的不確定性。能不能有理論支持的最合理砂率和骨料級配來給配合比設計帶來更大的指導性呢？
2確定較合理的粗骨料級配
隨著粗骨料連續級配在混凝土應用中的完善，在現代建築施工中，粗骨料的使用已經由原來的單級配發展成為使用二級配、三級配。下面以二級配為例，介紹如何確定較合理的粗骨料級配。現有兩種單粒級碎石，規格分別為5～16mm碎石及16～31.5mm碎石，其累計篩余分別見表2，通過不同的摻配比例a和b，根據表2就能確定出其合成級配的累計篩余，當累計篩余的取值及合成級配值越接近規範級配中值時，說明其摻配比例越接近合理。
3配合比設計中確定較合理的砂率
混凝土設計過程中，確定細骨料用量多少的參數是由砂率決定的，而通過上文表述不難得出，砂率的選取很大程度上取決於經驗。運用統計學及混凝土學原理，可以使得砂率的確定較為合理。下面以C30普通鐵路混凝土設計為例來說明此方法。
設水灰比0.38，膠凝材料用量為400kg/m3，經過1%減水劑的摻入後用水量為165kg/m3，採用質量法計算，假設每立方混凝土單位質量為2400kg/m3，則骨料總體質量為1835kg/m3。
當砂率分別取直40%，38%，36%，34%，32%共計五個值時，則粗細骨料分別取值為:第一組，粗骨料為1101kg/m3，細骨料為734kg/m3；第二組，粗骨料為1138kg/m3細骨料為697kg/m3；第三組，粗骨料為1174kg/m3，細骨料為661kg/m3；第四組，粗骨料為1211kg/m3，細骨料為624kg/m3；第五組，粗骨料為1248kg/m3，細骨料為587kg/m3。按此比例分別製作五組制樣，每組樣品不少於20000g。
用四分法取樣10000g後分別進行緊密密度試驗，其綜合緊密密度分別為1600kg/m3，1620kg/m3，1630kg/m3，1610kg/m3，1590kg/m3。如表3。
以表3砂率為橫坐標，綜合緊密密度為縱坐標，以直角坐標系建立二維圖，根據圖中綜合緊密密度峰值相對應的砂率即為較合理砂率。
4運用富勒曲線合理取值
施工過程中，往往出現這樣的情況，粗骨料級配的波動性以及不合理性，機制砂中公稱直徑為4.75mm篩上的質量往往大於規範上要求的上限即10%，有些甚至達到了15%～20%左右，這些因素就導致了採用現行規範中累計篩余的規定值來確定級配的不合理性。試想能否找到一種有理論依據方法，能把砂石料混合在一起進行試驗，從而來控制級配的合理性呢？
早在1909年，富勒和湯姆森便提出最大密度理論曲線，即級配曲線越接近拋物線時則其密度越大。其公式為
P=100（d/D）h，h=1/3～1/2
其中P：小於粒徑d粒料總量；D：粒料最大粒徑；d：各篩的尺寸。
當h=0.5時，代表最大密度理論曲線。以富勒公式為模型，建立最佳密度曲線。工程用骨料最大粒徑為31.5mm，則其理論級配計算有如表4關係。
在直角坐標中繪製出最大密度曲線，如圖1。圖中，h=0.5為最大密度曲線，h=0.3～0.7為允許波動範圍。由圖1可知，粗集料占集料總量的61.2%。其中單級配5～16mm占粗集料比例為32.4%/61.2%=52.9%，單級配16～31.5mm占粗集料比例為28.8%/61.2%=47.1%。細集料占集料總量的38.8%即砂率為38.8%。
5綜述
我國地大物博，華北、東北、華東、華中、華南、西南、西北各地地質情況錯綜複雜。現正建設的貴陽樞紐高速鐵路工程中，由於地處華南地區，加之貴州省河砂資源極其有限，全線使用機制砂作為中、低標號混凝土原材料進行施工。
在配合比設計過程中發現使用的機制砂產品石粉偏高，4.75mm篩超粒徑現象明顯，使用現行配合比設計規範不能有效的指導砂率及級配指標的選擇，通過綜合運用以上方法得到了比較有效的解決方案，解決了現場實際施工中遇到的棘手問題，為配合比設計打下堅實基礎。
6結論
集料的級配設計是混凝土配合比設計中非常重要的一個環節，級配的優劣將直接影響到混凝土的各方面性能。因此，是否能確定骨料合理級配在混凝土設計中具有較高的應用價值，也會給混凝土施工、養護等一系列後續工作從根本上帶來技術保障。