石灰石機制砂和鵝卵石機制砂混合比例對混凝土強度的影響

周珉，龍祖業

（廣西魚峰混凝土有限公司，廣西 柳州 545008）

石灰石機制砂和鵝卵石機制砂混合比例對混凝土強度的影響

周珉，龍祖業

（廣西魚峰混凝土有限公司，廣西 柳州 545008）

本研究針對本公司生產的石灰石機制砂和本地周邊生產的鵝卵石機制砂混合比例對混凝土強度的影響。通過試驗得出石灰石機制砂和卵石機制砂在按 3:1 比例搭配，即卵石機制砂用量占細骨料的 25% 時，混凝土的工作性能和齡期強度到達峰值。

石灰石機制砂；鵝卵石機制砂；坍落度；擴展度；齡期強度

0 引言

在建筑用砂由天然河砂逐漸向機制砂轉移的今天，商品混凝土的細骨料幾乎全部由機制砂構成。與河砂相比，機制砂有自己的特點，例如機制砂多棱角、表面粗糙、含有大量石粉，且多數機制砂級配不良。但在相同條件下，機制砂配制出的混凝土強度略高于河砂混凝土的抗壓強度，而混凝土細骨料級配好壞直接影響到混凝土的工作性能和齡期強度[1]。本公司從 2012 年開始生產的石灰石機制砂代替天然砂作為混凝土的細骨料投入生產，在長期的生產應用中取得了良好的質量效果和經濟效益。但是以石灰石機制砂組成的細骨料石粉含量偏大，級配偏細。為了改善細骨料的級配，控制石粉含量，公司購買了周邊生產的鵝卵石機制砂進行搭配。本研究旨在探尋石灰石機制砂和鵝卵石機制砂最佳搭配比例，以及混合比例對混凝土強度的影響。

1 試驗方案

1.1 原材料的技術指標

試驗使用的石灰石機制砂為本公司生產，主要性能指標見表1。鵝卵石機制砂為柳州市周邊砂廠生產，主要性能指標見表 2。水泥為魚峰牌 P·II 42.5，主要性能指標見表 3。摻合料為魚峰牌 S75 級礦渣粉；碎石為柳州馬鞍山 5～31.5mm 碎石，連續級配；外加劑為高效減水緩凝劑，減水率 20%。所使用的原材料各項技術指標合格。

表1 石灰石機制砂的主要性能指標

石灰石機制砂分計篩余項看出篩孔徑 4.75mm 篩余量總量為 1%，占有比例太小，偏細；而篩孔徑 1.18～0.6mm 篩余量較大，占有比例稍多；該樣級配分配應增加 4.75mm 篩余量比例。

表2 鵝卵石機制砂的主要性能指標

卵石機制砂分計篩余項看出篩孔徑 2.36mm 和 4.75mm兩個篩余量總量為 44%，占有比例太大，偏粗；而篩孔徑1.18～0.300mm 篩余量較少，占有比例稍小；該樣應增加 0.6和 1.18 兩個篩余量比例。

表3 水泥的主要性能指標

1.2 試驗方法

試驗方案主要是用上述兩種機制砂按比例混合來配制C25、C30、C35、C40 四個強度等級的普通混凝土，每個強度等級的混凝土分別做 4 組兩種機制砂不同比例混合的試驗，這四組混合的比例為 1:0、3:1、1:1、1:3。兩種砂按比例混合后根據 GB/T 146842－2011《建筑用砂》[2]進行篩分試驗，結果如表 4。

各強度的混凝土按每個混合比例分別做坍落度和擴展度試驗，以及 7d 和 28d 齡期強度試驗。各強度等級的試驗配合比如表 5 所示，兩種機制砂在每個強度等級配合比的用量如表 6 所示。本試驗方案依據 GB/T 50080－2011《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[3]和 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[4]進行。

表5 試驗配合比 kg/m 3

表6 砂子混合比例用量 kg/m 3

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

根據以上的試驗方法和試驗步驟，試配混凝土的坍落度和擴展度，以及 7d 和 28d 齡期強度的試驗結果如表 7。

2.2 試驗結果分析

2.2.1 對工作性能的影響

根據上述試驗結果，可以繪制出各個強度等級混凝土在機制砂不同比例混合狀態下的坍落度變化的曲線圖，如圖 1。以及擴展度變化的曲線圖，如圖 2。

由圖 1 和圖 2 可以看出，各個強度等級混凝土的坍落度和擴展度隨著兩種機制砂混合的比例改變有著明顯的曲線變化。分析原因：（1）只用石灰石機制砂配制混凝土，由于其級配相對集中，混凝土漿體不飽滿，工作性能并未完全達到最佳。（2）當混合比例達到 3:1，也就是細骨料中 75% 的石灰石機制砂搭配 25% 的鵝卵石機制砂時，混凝土的工作性能達到了峰值。兩種機制砂相互有效的彌補各自級配上的缺陷，使得細骨料的混合級配優良，混凝土漿體豐富，具備了最佳的工作性能。（3）隨著細骨料中鵝卵石機制砂比例的增加，其級配上的缺陷越發明顯，使得細骨料級配變粗，混凝土的包裹性變差，工作性能有著明顯的下降。

表7 兩種機制砂各比例混合的混凝土的性能指標

圖1 坍落度試驗

圖2 擴展度試驗

2.2.2 對齡期強度的影響

各個強度等級混凝土在兩種機制砂不同的混合比例下齡期強度的變化曲線如圖 3。

圖3 抗壓強度試驗

由圖 3 混凝土的抗壓強度變化曲線圖可以看出，各強度混凝土在相同混合比例的強度曲線相似。分析原因：（1）全用石灰石機制砂配制混凝土時，由于石灰石機制砂石粉含量較高，石粉填充了混凝土中的孔隙，且 0.08mm 以下的石粉可以與水泥熟料生成水化碳鋁酸鈣[5]。在該混合比例下混凝土早期強度發展快，7d 強度最高。（2）當混合比例達到3:1，早期強度發展得也比較快，由于級配優良，密實度高，水泥水化對后期強度增長貢獻更大，28d 強度形成曲線峰值。（3）隨著鵝卵石機制砂用量的增加，細骨料級配變粗，骨料間空隙變大，有一部分水泥只能起到填充作用，對強度貢獻較小，7d 和 28d 抗壓強度明顯下降。

3 結論

通過對試驗結果的分析，可以得出以下幾個結論：

（1）各強度等級的混凝土坍落度和擴展度隨著細骨料中鵝卵石機制砂比例的增加。先變大然后迅速減小，各強度等級的混凝土坍落度都是在兩種機制砂混合比例為 3:1 的情況下達到峰值，隨后下降。

（2）各強度等級的混凝土 7d 抗壓強度隨著細骨料中鵝卵石機制砂比例的增加而降低，但是 28d 抗壓強度都是在兩種機制砂混合比例為 3:1 的情況下達到峰值，隨后下降。

由此可以得出本試驗的研究結果說明，當在主要以石灰石機制砂為細骨料的普通混凝土中按比例加入鵝卵石機制砂，既能有效的改善混凝土的工作性能，又能提高混凝土的強度。細骨料中石灰石機制砂和鵝卵石機制砂最佳的混合比例為 3:1。

[1] 王稷良， 周明凱， 王雨利，等．影響混凝土強度的因素分析[J]．商品混凝土， 2006(5)：38-44.

[2] GB/T 14684－2011．建筑用砂[S]．

[3] GB/T 50080－2011．普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S]．

[4] GB/T 50081－2002．普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].

[5] 徐健， 蔡基偉， 王稷良，等．人工砂與人工砂混凝土的研究現狀[J]．建材世界，2004，25(3)：20-24.

［通訊地址］廣西柳州市柳太路 62 號（545008）

周珉（1987—），男，大學本科，工程師，廣西魚峰混凝土有限公司，主要從事混凝土技術管理工作。