碎石精加工骨料在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用試驗與配合比優(yōu)化

羅全洪

(廈門路橋翔通股份有限公司五通分公司，福建 廈門361016)

0 前言

幾年來，隨著海西經(jīng)濟跨越發(fā)展，基建設(shè)施及房地產(chǎn)工程的大量投入，福建許多地區(qū)的建筑材料出現(xiàn)了緊缺現(xiàn)象，特別是混凝土所用的天然河砂消耗殆盡，其價格也不斷攀高，因此，很多商品混凝土企業(yè)轉(zhuǎn)向使用淡化海砂或者水洗石屑，雖一定程度緩解了天然河砂需求，但由于各種原因，淡化海砂或者水洗石屑也同時對混凝土工作性能、耐久性能帶來各種影響，給工程造成了許多預(yù)想不到的風(fēng)險。

在這種背景下，許多工程技術(shù)人員特別是混凝土方面技術(shù)人員花費大量精力力圖改變這種資源困境。有技術(shù)人員通過長期考察和研究，對以巴馬克原理為背景的骨料精加工系統(tǒng)及其核心技術(shù)進(jìn)行分析，認(rèn)為該系統(tǒng)可以對普通碎石進(jìn)行精加工，獲得質(zhì)量穩(wěn)定的精品碎石和優(yōu)良的機制砂[1]；也有技術(shù)人員對碎石精加工系統(tǒng)在商混站中應(yīng)用及對所加工形成精品碎石、機制砂混合料用于預(yù)拌混凝土中做了一些的研究試驗[2]；他們均認(rèn)為碎石精加工混凝土骨料可以應(yīng)用到預(yù)拌混凝土中，從而達(dá)到降低成本及提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在此基礎(chǔ)上，筆者也調(diào)查了福建地區(qū)目前僅有莆田及漳州兩地兩家商混站生產(chǎn)碎石精加工骨料的質(zhì)量以及應(yīng)用狀況，與兩家攪拌站技術(shù)人員共同探討和分析，對混凝土配合比進(jìn)行了對比試驗及優(yōu)化，為碎石精加工骨料在預(yù)拌混凝土中更好地應(yīng)用出謀獻(xiàn)策。

1 對比試驗

1.1 試驗用原材料

精品機制砂：花崗巖質(zhì)，石粉含量5.0%，泥塊含量0.0%，表觀密度2630 kg/m3,堆積密度1520kg/m3,細(xì)度模數(shù)2.6，Ⅱ區(qū)中砂，價格65 元/m3。

精品碎石： 花崗巖質(zhì)，5 ～31.5mm 連續(xù)級配，含泥量0.3%，泥塊含量0.0，針片狀含量3.5%，壓碎指標(biāo)8.9%，表觀密度2640kg/m3,堆積密度1530kg/m3，價格70 元/m3。

表1 試驗對比：在用泵送配合比

普通碎石： 花崗巖質(zhì)，5 ～31.5mm 連續(xù)級配，含泥量0.5%，泥塊含量0.1%，針片狀含量10.5%，壓碎指標(biāo)12.0%，表觀密度2620 kg/m3,堆積密度1490kg/m3,價格53 元/m3。

天然河砂：Ⅱ區(qū)中砂、細(xì)度模數(shù)2.6、泥塊含量0.4%、含泥量1%,表觀密度2590kg/m3,堆積密度1420kg/m3,價格77 元/m3。

水泥：龍巖閩福P·O42.5R，28d 強度54.5MPa，密度3.15g/cm3，價格450 元/噸。

粉煤灰：本地后石電廠Ⅱ級F 類，細(xì)度20%，需水量比101%，28d 活性指數(shù)為65%，密度2.35g/cm3，價格190 元/噸。

礦渣微粉：本地三鋼S95 級，28d 活性指數(shù)96%，密度2.75g/cm3，價格350 元/噸。

高效緩凝外加劑：本地LQ-100 聚羧酸系，1.15%減水率19%，摻量α為1.5%～2.5%，凝結(jié)時間10～12h，密度1.15g/cm3，含固量33%；抗壓強度比130%，價格3200 元/噸。

1.2 試驗方案

采用目前在建筑工程使用的C25 ～C50 泵送備用系統(tǒng)配合比，該配合比考慮了福建省建設(shè)主管部門下發(fā)的有關(guān)摻合料使用的規(guī)定要求[3]。本次試驗采用兩個方案，主要是骨料組分發(fā)生變化，其他組分不變。方案1：用普通碎石、河砂等骨料對在用的C25 ～C50 系統(tǒng)泵送配合比進(jìn)行驗證；方案2：用精品碎石（5 ～16mm、16 ～25mm 兩種規(guī)格碎石混合而成的連續(xù)級配）、混合砂（50%的河砂、50%機制砂摻配而成），并對比兩個方案的混凝土工作性能和部分力學(xué)性能，兩個方案的系統(tǒng)配合比見表1。

1.3 試驗結(jié)果與分析

1.3.1 試驗結(jié)果

表2 混凝土工作性能與部分力學(xué)性能

1.3.2 結(jié)果分析

1）做出方案1 與方案2 水膠比與28d 強度關(guān)系圖, 方案2所配制的各強度等級的混凝土抗壓強度均優(yōu)于方案1，約高過一個等級。如圖1。

2）方案2 較方案1 的混凝土工作性能如混凝土初始坍落度、擴展度以及1h 經(jīng)時損失等表現(xiàn)更佳；

圖1 方案1 與方案2 之水膠比與強度關(guān)系圖

3）做為驗證配合比的方案1，其工作性能和部分的力學(xué)性能的表現(xiàn)也能滿足備用配合比使用要求。

4）從以上結(jié)果可以看出，使用碎石精加工骨料可以改善混凝土工作性能，提高混凝土抗壓強度，改善混凝土抗?jié)B性能。作為C50 以上高強度等級混凝土如箱梁等使用完全能滿足要求，并且可以降低混凝土成本，但如用于普通混凝土上，顯然成本較高，不能承受，需要進(jìn)行配合比優(yōu)化。

2 配合比優(yōu)化

2.1 建立一元回歸方程

針對上述試驗結(jié)果，可以建立起碎石精加工骨料系統(tǒng)配合比中水膠比與28d 強度關(guān)系的一元回歸線性方程式，如圖2。通過分析，碎石精加工骨料系統(tǒng)配合比28d 強度與水膠比的一元線性回歸關(guān)系式為：fcu,o=-145.96 W/B +117.36，按照J(rèn)GJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》確定出新的碎石精加工骨料系統(tǒng)配合比。

圖2 碎石精加工骨料系統(tǒng)配合比回歸分析圖

2.2 配合比優(yōu)化設(shè)計

優(yōu)化后配合比及成本結(jié)果如表3。

2.3 配合比驗證結(jié)果

結(jié)論：經(jīng)過配合比優(yōu)化驗證，碎石精加工骨料所配制的混凝土各項工作性能及部分力學(xué)性能能滿足普通混凝土要求，該系統(tǒng)配合比能夠滿足房建工程使用。

3 工程應(yīng)用

上述碎石精加工骨料配合比又通過幾次驗證，其工作性能及大部分力學(xué)性能、耐久性能均能滿足工程需要，富余系數(shù)也能滿足要求，列入了備用配合比并應(yīng)用到某大橋的樁基、承臺、墩身及箱梁部分，以及一些公共工程和房地產(chǎn)項目。通過28d 現(xiàn)場強度跟蹤及統(tǒng)計，C30 配合比共使用25 次約5000 m3，組數(shù)60 組，強度平均值34.9MPa； C35 配合比共使用28次約4000m3，組數(shù)45 組，強度平均值39.8MPa；C40 混凝土共使用18 次約3500m3，組數(shù)22 組，強度平均值45.6MPa；C45 混凝土共使用8 次約3500m3，組數(shù)13 組，強度平均值50.4MPa；C50 混凝土共使用25 次約4000m3，組數(shù)34 組，強度平均值56.7MPa；這些工程的混凝土強度均能滿足要求，且成本較低 （平均成本降低8 ～12 元/m3），取得了良好的經(jīng)濟效益。

表3 碎石精加工骨料系統(tǒng)配合比

表4 混凝土工作性能與部分力學(xué)性能

4 結(jié)論

用普通碎石通過精加工形成精品砂石骨料，產(chǎn)成品的各項技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于普通骨料，用于預(yù)拌混凝土所表現(xiàn)的各項工作性能及力學(xué)性能也同樣優(yōu)于普通骨料，且可以解決當(dāng)前天然砂資源困境。雖然碎石再加工需要設(shè)備及資金的大量投入，產(chǎn)成品的成本大大高于普通碎石，但可以通過配合比優(yōu)化來解決這些問題，工程上應(yīng)用也能滿足要求，并能克服淡化海砂或者水洗石屑給工程造成了許多預(yù)想不到的風(fēng)險。由于碎石精加工工藝復(fù)雜性，本文還未能對機制砂含粉量變化對混凝土各項性能產(chǎn)生影響作出評判，留待今后做進(jìn)一步研究。

[1] 彭建良，蘇志切等.骨料精加工系統(tǒng)的應(yīng)用及其核心技術(shù)的分析》；商品混凝土；2011（10）

[2] 陳志友.精品砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)在商混站中的應(yīng)用探討[J]; 江西建材；2011（02）

[3] 關(guān)于開展預(yù)拌砼和現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)工程專項整治工作的通知 閩建建 [2011]47 號

[4] 彭建良，沈云翔.骨料的撥開系數(shù)用于泵送混凝土配合比設(shè)計的方法探討[J]；福建建筑,2010（06）

[5] 普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程JGJ55-2011