粗集料對混凝土性能的影響及生產中的控制

劉 鋼 陳明宇

(新疆喀什西部建設有限責任公司，新疆 喀什 844000)

0 引言

在預拌混凝土生產中，原材料的質量不是穩定不變的，而是處于不斷變化的狀態，尤其是不同地區砂石料的質量不一樣，并且同一地區的砂石料質量也不可能一成不變。砂石料在混凝土中體積比例占到60%～70%，起到骨架的作用，對混凝土的和易性、強度和耐久性都有很大影響，近年來隨著現代混凝土在全世界范圍內的廣泛應用，天然砂石資源日益緊缺，且質量穩定、性能優良、顆粒級配良好、含泥量小的砂石越來越少，因此，在現在的混凝土生產中，加強砂石料對混凝土性能影響的研究越來越必要。

粗集料對混凝土作用非常重要，它在混凝土中起著主要的骨架作用，級配良好、孔隙率小的粗集料，可以在滿足混凝土強度、耐久性和施工工作性的前提下，獲得節約水泥的經濟效果，這對混凝土企業的生產非常重要。本文以喀什地區預拌混凝土用粗集料為對象，通過理論分析和試驗，討論了粗集料的含泥量、粒型和顆粒級配等指標對混凝土性能的影響，并對不同使用粗集料的混凝土進行經濟成本分析，以實現混凝土配合比的優化并指導生產，達到有效控制混凝土的質量，為實際混凝土生產中粗集料的選擇和配合比設計提供參考。

1 粗集料的物理性質對混凝土性能產生的影響

以下粗集料通指石子。

1.1 石子的形狀和質構對混凝土性能的影響

1)對工作性的影響。石子的粒型和顆粒級配對混凝土的工作性產生影響，粒型差的石子(如針片狀含量較高)混凝土工作性就較差，要達到同樣的工作性就需要更多水泥漿的潤滑作用，造成水泥用量增大，且對混凝土耐久性產生不利影響。2)對力學性能的影響。石子的特性對混凝土力學性能的影響，是通過石子與石子之間的機械作用和與漿體之間的粘結作用來實現的，表面粗糙、幾何形狀復雜的石子(如碎石)與水泥漿之間接觸面增加，粘結作用增強，與石子之間機械嵌鎖作用增強，因此帶來更高的強度，但形狀過于復雜(如針片狀含量多)則會帶來反作用。

1.2 顆粒級配對混凝土性能的影響

石子的重要性能指標之一是顆粒級配或者粒徑分布，這個性能指標決定了工作性良好的混凝土對水泥漿的需求量和工作性。因為水泥是混凝土中成本最高的部分，人們總是希望施工性、強度和耐久性俱佳的混凝土需求盡可能少的水泥漿。考慮到混凝土是由緊密堆積的石子和其間填充的起到粘結作用的水泥砂漿所構成時，石子的級配就顯得非常重要了。水泥砂漿的需求量是由石子間需填充的空隙和石子的需要包裹的表面決定的。

國內外的專家學者對于石子的顆粒級配進行過深入的研究，并取得了一些成果，如Fuller首次提出了骨料最大密度曲線理論，陳建奎教授通過對混凝土配合比設計的絕對體積法重新審視，建立了普遍適用的混凝土體積模型，這些理論和數學模型建立的目的是為了實現骨料的最緊密堆積。

1.3 含泥量對混凝土性能的影響

這里的含泥量泛指淤泥、粘土、污垢和有機物等雜質，這些雜質覆蓋在石子表面，不僅會影響石子與砂漿的粘結效果，還會增大混凝土的用水量，甚至某些有機物還會對水泥的水化作用產生影響。

2 原材料、試驗方法及結果分析

2.1 原材料

2.1.1 水泥

克州青松水泥有限責任公司普硅P.O42.5水泥，物理性能見表1。

又有這句諺語：“到男人心里去的路通過胃。”是說男人好吃，碰上會做菜款待他們的女人，容易上鉤。于是就有人說：“到女人心里的路通過陰道。”據說是民國初年精通英文的那位名學者說的，名字她叫不出，就曉得他替中國人多妻辯護的那句名言：“只有一只茶壺幾只茶杯，哪有一只茶壺一只茶杯的？”

表1 水泥物理性能

2.1.2 粉煤灰

采用華能喀什電廠的Ⅱ級粉煤灰(以下簡稱 FA)，細度20.0%，燒失量6.8%，需水量比103%。

2.1.3 高效減水劑

采用聚羧酸高效減水劑(以下簡稱PCA)，固含量20%，減水率27%。

2.1.4 卵石

地產連續級配的河卵石，壓碎值8.0%，針片狀含量8.0%。

2.1.5 河砂

地產河洗砂，屬二區粗砂，細度模數為3.3，含泥量為1.9%。

2.2 試驗方法及結果分析

2.2.1 石子含泥量對混凝土工作性、強度的影響及經濟性分析

本試驗主要比較不同含泥量的石子對配制混凝土的影響，將顆粒級配合格的石子，通過改變含泥量來配制混凝土，觀察其和易性及對混凝土經濟性能產生的影響。采用人工添加土粉(粘土質黃土，質地均勻，過0.075 mm篩)配成含泥量為2%，4%，6%的石子，來考查其對混凝土的性能和經濟性影響。

從表2結果可見，含泥量對混凝土拌合物的工作性和硬化后混凝土的強度產生了影響，一定量的含泥對混凝土拌合物的出機和易性是有好處的，但是對坍落度損失產生不利影響，含泥量越大，坍落度損失越快。且隨著含泥量的增大，混凝土的強度降低，從3號配合比的試驗與1，2號的對比，經測算，混凝土生產成本約降低了4元，可見控制含泥量對混凝土質量是很重要的。

表2 石子含泥量對混凝土的影響

2.2.2 石子粒型和顆粒級配對混凝土工作性、強度的影響及經濟性分析

選取兩種連續級配(5 mm～20 mm粒級)卵石A和B(見圖1，圖2)，A粒型較好，顆粒級配符合JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準，針片狀含量5%，孔隙率42%;B粒型較差，針片狀含量為11%，孔隙率48%，2.36 mm方孔篩篩余僅1.6%，不符合JGJ 52-2006顆粒級配范圍，以此兩種卵石來配制混凝土，觀察其和易性及對強度產生的影響。

圖1 卵石A

圖2 卵石B

由表3結果可見，配合比4由于卵石級配合理、針片狀含量較小，且為連續級配，因此混凝土出機坍落度比較大，且混凝土強度發展均優于配合比5，配合比5由于針片狀含量較大及級配不良的影響，造成卵石的滾動效應減弱，混凝土流動性變差，因此混凝土拌合物出機坍落度比配合比4小，1 h坍落度損失較大的原因可能是因為級配不良和針片狀含量大造成了混凝土略微泌水。通過配合比6可見，即便每立方米混凝土降低了30 kg水泥，6號的7 d，28 d強度也優于5號，6號的3 d強度較低是因為增大混凝土摻量所導致。在技術經濟效益方面，采用質量較差的卵石，導致混凝土工作性能的下降和強度的損失，也就導致了生產經濟效益的降低。通過以上試驗結果可見，優化卵石的粒型及級配可以帶來混凝土工作性能和強度的提升，并帶來混凝土技術經濟效益的提高。

表3 石子粒型對混凝土的影響

3 實際生產中對卵石質量的控制方法

隨著砂石等資源的日益枯竭，作為混凝土生產非常重要的原材料——砂石料質量波動加大，在生產中發生混凝土拌合物坍落度損失過快、容易堵泵及混凝土強度波動大乃至不合格的情況經常發生，混凝土的質量控制越來越難。作者在實際生產中采取一系列針對性的措施來加強對卵石質量的控制，確保了混凝土質量水平的穩定甚至在此基礎上實現了混凝土配合比的優化，降低了生產成本，提高了混凝土生產企業的經濟效益，有如下舉措:

1)要求石料廠對卵石進行二次沖洗。石料廠為了加快生產速度及節約成本，石料往往沖洗的不干凈，甚至于用含泥漿的污水對石料進行沖洗，造成了出廠的石料含泥量較大，對此我們嚴格要求石料廠嚴格控制石料的潔凈程度，對石料進行二次沖洗，將進廠卵石含泥量控制在1.0%以下。

2)建立了原材料分級制度，將卵石進行分級(見圖3)，卵石定期進行檢驗，根據檢驗結果，對于粒型、級配較好，比較潔凈的卵石給予較高的單價，較差的卵石給予較低的單價，使石料廠有加強出廠質量監控的主動性。

圖3 進廠原材料

通過以上措施的實施，使卵石的質量控制在一個穩定、良好的水平，不僅混凝土質量穩定，和易性良好，在此基礎上又不斷進行了混凝土配合比的優化，提高了企業的經濟效益。

4 結語

粗集料對混凝土的和易性、強度有很大影響，含泥量較大、粒型及級配不良的卵石，不僅對混凝土工作性能不良，還導致混凝土早、后期強度下降，對企業優化生產配合比，提升經濟效益不利。混凝土生產企業在實際生產中通過嚴格控制卵石的質量，可以提高混凝土的質量，進而提升混凝土的質量控制水平，由于混凝土企業的生產是規模化生產，生產量巨大是顯著特點，因此，對卵石的質量控制措施，會以較小的代價(嚴把質量關、石子單價的提高等)帶來顯著的經濟效益(混凝土強度的提高、質量控制水平的穩定和優化配合比帶來成本的降低)，意義重大。

[1] [加]Sidney Mindess，[美]J.Francis Young David Darwin.混凝土[M].北京:化學工業出版社，2009.

[2] 廉慧珍，李玉琳.當前混凝土配合比“設計”存在的問題——關于混凝土配合比選擇方法的討論之一[J].混凝土，2009(3):51-52.

[3] 王小健，卜中平.強化再生粗骨料配制的再生混凝土的試驗研究[J].山西建筑，2010，36(15):163-164.