預(yù)拌混凝土中骨料級配對混凝土性能的影響

馮艷芹，李俊，吳芳

（寧夏錦泰鴻業(yè)商砼有限公司研發(fā)中心，寧夏　銀川　750200）

預(yù)拌混凝土中骨料級配對混凝土性能的影響

馮艷芹，李俊，吳芳

（寧夏錦泰鴻業(yè)商砼有限公司研發(fā)中心，寧夏銀川750200）

在粗細(xì)骨料的級配對混凝土有至關(guān)重要的作用，本文通過調(diào)整骨料的顆粒級配和使用比例與不同的礦物摻合料來配制混凝土。驗(yàn)證骨料級配和不同礦物摻合料對混凝土和易性、工作性、密實(shí)性、力學(xué)性能影響。

骨料級配；工作性；配合比設(shè)計(jì)；混凝土

0　引言

隨著商品混凝土技術(shù)的發(fā)展，混凝土從簡單的四大組份發(fā)展到現(xiàn)在的六大組份。混凝土作為現(xiàn)用量最大、使用最廣的建筑材料，需要大量的砂石等自然資源為其提供充足的原材料。骨料是混凝土的重要組成部分，骨料的級配對混凝土的和易性、耐久性、力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性能都有著很大的影響。

混凝土是一種由硬化水泥石和骨料組成的復(fù)合材料，其中混凝土骨料約占總體積的60%～70% 左右，因此骨料的力學(xué)性能、形狀、表面特征及主要技術(shù)指標(biāo)等直接影響著混凝土的工作狀態(tài)、密實(shí)度、力學(xué)性能和裂紋的擴(kuò)展，混凝土骨料級配對混凝土的耐久性有重要影響。現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)形勢的嚴(yán)峻對商砼站是個巨大的挑戰(zhàn)，往往出現(xiàn)骨料質(zhì)量不合格等諸多因素。實(shí)際混凝土生產(chǎn)中，骨料級配是參照國家規(guī)范通過砂率確定的，缺乏定量化、計(jì)算機(jī)化。本文通過使用 Excel軟件和堆積密度法求解骨料各粒徑材料含量及級配，根據(jù)調(diào)整骨料級配在不同礦物摻合料環(huán)境下的使用做了以下工作：（1）從混凝土配合比理論分析了骨料級配對混凝土拌合物工作性、和易性的影響；（2）分析了通過調(diào)整骨料級配、骨料孔隙率對密實(shí)度的影響；（3）進(jìn)行了相關(guān)骨料、混凝土性能的測試試驗(yàn)；（4）以不同骨料級配配制混凝土觀察其工作性、和易性、力學(xué)性能；（5）混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)表明：砂石比例搭配合理的混凝土才會有最大強(qiáng)度。

1　試驗(yàn)概況

1.1原材料技術(shù)指標(biāo)與試驗(yàn)

水泥：寧夏瀛海天琛建材有限公司瀛海牌 P·O42.5R 水泥，3d 水泥強(qiáng)度28.8MPa；28d 水泥強(qiáng)度50.1MPa。水泥的物理性能指標(biāo)見表1。

表1　水泥的物理性能

礦物摻合料：寧夏青鋁自備電廠Ⅰ級灰，45μm 方孔篩篩余11%，燒失量4.69%；阿拉善左旗鑫磊石料廠石灰石粉，比表面積680m2/kg，45μm 方孔篩篩余8.6%。粉煤灰及石灰石粉的主要性能指標(biāo)見表2。

表2　粉煤灰及石灰石粉的主要性能

粗骨料：阿拉善左旗鑫磊石料廠5～25mm 碎石（記作碎石 A），含泥量0.6%，壓碎指標(biāo)值9.8%；阿拉善左旗鑫磊石料廠5～10mm 碎石（記作碎石 B），含泥量0.4%。粗骨料的顆粒級配見表3，基本性能指標(biāo)見表4。

表3　粗骨料顆粒級配

表4　粗骨料基本技術(shù)指標(biāo)

細(xì)骨料：（1）青銅峽細(xì)砂：細(xì)度模數(shù)2.1，含泥量1.8%，泥塊含量1.0%；（2）志輝砂石廠產(chǎn)水洗砂：細(xì)度模數(shù)3.4，含泥量2.1%，級配偏粗，（3）阿拉善左旗鑫磊石料廠產(chǎn)水洗砂：細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量2.5%，級配偏粗；（4）阿拉善左旗鑫磊石料廠產(chǎn)碎屑：細(xì)度模數(shù)3.2，MB 值（亞甲藍(lán)法）1.0，石粉含泥量1.3%；（5）阿拉善左旗鑫磊石料廠產(chǎn)天然砂：細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量4.7%；泥塊含量1.3%。細(xì)骨料的顆粒級配見表5，基本性能指標(biāo)見表6。

外加劑：寧夏騰仁化工建材有限公司，聚羧酸減水劑，減水率28.7%，含固量12%。

水：市政自來水。

表5　細(xì)骨料顆粒級配

根據(jù)以上碎石及砂、石顆粒級配及基本技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)C30混凝土基準(zhǔn)配合（見表7）比為例，觀察混凝土在攪拌成型過程中的狀態(tài)差異。測定坍落度、入泵坍落度、1h 坍落度等，并觀察混凝土拌合物的和易性、工作性及強(qiáng)度。

表7　混凝土基準(zhǔn)配合比　kg/ m3

表8　混凝土狀態(tài)描述及混凝土強(qiáng)度

根據(jù) Excel 軟件求解粗、細(xì)骨料級配，通過碎石和0.5碎石相互搭配做試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比（合成后編號為碎石 A、碎石B）。②③④⑤ 號砂和 ① 號細(xì)砂相互搭配做試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比（合成后編號為砂 a、砂 b、砂 c、砂 d），用 Excel 軟件求解與以往相同砂、石相同搭配方法做堆積密度法試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本接近，從而證明了 Excel 軟件求解的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，該方法節(jié)省了人力和時間，提高了工作效率。合理設(shè)計(jì)混凝土配合比、調(diào)整合理砂率，通過試配以上細(xì)骨料（以下用編號代替）最佳級配和合理砂率配制混凝土觀察混凝土和易性、工作性、力學(xué)性能。

1.2試驗(yàn)依據(jù)

根據(jù) GB/T14902—2003預(yù)拌混凝土國家標(biāo)準(zhǔn)、GB175—2007普通硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)、JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析

2.1Excel 軟件合成試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

粗骨料合成級配曲線見圖1，合成后級配見表9，合成合粗骨料的基本指標(biāo)見表10。

細(xì)骨料合成級配曲線見圖2，合成后級配見表11，合成合粗骨料的基本指標(biāo)見表12。

圖1　碎石粗骨料合成級配曲線

表9　Excel 粗骨料合成級配

表10　粗骨料合成基本技術(shù)指標(biāo)

圖2　砂細(xì)骨料合成級配曲線

表11　Excel 細(xì)骨料合成級配

表12　合成細(xì)骨料基本技術(shù)指標(biāo)

從以上數(shù)據(jù)中可以看出不同級配的兩種砂、石通過 Excel合成級配后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都能達(dá)到 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求，兩種砂合成后比未合成前的顆粒級配更加合理，從堆積密度中可以看出密實(shí)性好，空隙率降低。

2.2最佳級配與合理砂率下拌合物和易性、工作性的變化

根據(jù)以上砂 a、b、c、d、石 B 合成曲線圖1和圖2，設(shè)計(jì) C30混凝土配合比（見表13）為例，觀察混凝土在攪拌成型過程中的狀態(tài)差異。測定坍落度、入泵坍落度、1h 坍落度等，并觀察混凝土拌合物的和易性、工作性、及強(qiáng)度（表14）。

表13　混凝土調(diào)整配合比　kg/ m3

表14　混凝土狀態(tài)描述及混凝土強(qiáng)度

在混凝土配合比設(shè)計(jì)中很多人認(rèn)為：粗骨料最大粒徑越大、砂率越小，所配制的混凝土越好。事實(shí)并非如此，骨料最大粒級雖大，但小顆粒（5～10mm 或5～15mm）很少甚至沒有，填充其空隙需要的砂漿量并不能減少，同時還會帶來一些副作用，所拌出混凝土易于離析、泌水現(xiàn)象及強(qiáng)度降低并影響耐久性。

級配就是將不同粒徑分布的骨料顆粒混合，以盡量減小混凝土的空隙率，從而減少漿體用量，同時拌合后的混凝土運(yùn)送過程不易發(fā)生分離。理想的骨料級配是：大顆粒骨料堆積的空隙，由小顆粗粒骨料填充；小顆粒粗骨料的間隙再由細(xì)骨料填充；由漿體填充骨料密實(shí)堆積體的空隙，并在其表面形成潤滑層，使拌合物具有滿足施工需要的工作性、和易性，混凝土密實(shí)度、強(qiáng)度也能達(dá)到混凝土配合比設(shè)計(jì)要求。

3　結(jié)論

根據(jù)以上基準(zhǔn)配合比和調(diào)整配合比所拌出混凝土的狀態(tài)及強(qiáng)度和以上圖片可以看出，粗細(xì)骨料級配和砂率滿足混凝土設(shè)計(jì)要求的工作性、和易性及強(qiáng)度。在混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，也要根據(jù)施工方和施工現(xiàn)場的要求來隨時調(diào)整混凝土配合比，達(dá)到更好的施工效果。

[1] JGJ52—2006．普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2] GB/T50080—2002．普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[3] GB/T50081—2002．普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 王瑞．石灰石粉在自密實(shí)混凝土工程中的應(yīng)用[J]．商品混凝土，2015,10：56-60．

[5] 黃勁，呂寅 ，張麗，等．不同細(xì)度模數(shù)人工砂應(yīng)用于混凝土的性能研究[J]．商品混凝土，2015.05．

[6] 鄭興民，李青青，陳松玉．機(jī)制砂、天然砂及特細(xì)砂的混合使用[J]．商品混凝土，2015.03．

［通訊地址］寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭縣德勝工業(yè)園區(qū)新勝東路（750200）

馮艷芹（1991—），女，助理工程師，主要從事混凝土原材料檢測。