廢石沫作混凝土細骨料在混凝土應用中的試驗性能研究

魏忠，牛成功，陳文彬，吳躍輝，宋姍，賈亞瓊，宋盼

（河南中建西部建設有限公司，河南 鄭州 451450）

0 引言

在混凝土體積總量中，細骨料的占比在 30%～40%之間，成為生產混凝土的主要原材料之一，并且在混凝土材料系統中起著重大作用，例如填充粗骨料之間的間隙、與膠凝材料形成砂漿等。另外，骨料級配對混凝土的強度、耐久性也起到很大的影響，較好的骨料級配應當是：空隙率小，以減少填充骨料之間間隙的膠凝材料用量，并確保密實性。為了達到混凝土和易性要求，骨料還需具有較小的總比表面積。因此，細骨料的質量和級配直接影響到混凝土的性能，如和易性、強度、耐久性等[1]。

Ⅱ 區的天然中砂是一種優良的混凝土細骨料，然而由于天然砂資源的日益短缺，以及地理分布不均勻等原因，尋找代替天然砂的原材料刻不容緩。機制砂細度模數偏高，單獨作為細骨料時，顆粒粒形較差、表面形狀不均勻且粗糙不光滑。如果將其單獨用作混凝土細骨料的組分，則會導致混凝土的和易性和可泵性能較差，同時導致混凝土骨料系統中的級配是不連續的，從而影響混凝土的強度和耐久性等性能。廢石屑單獨作為混凝土細骨料組分時，細度模數偏低，其總表面積偏大，與膠凝材料形成漿體組分時所需膠凝材料的用量增加，從而增加了混凝土開裂的風險，同時也增加了混凝土的生產成本[2-3]。

根據上述情況以及當地的原材料市場，本文主要研究了級配、細度模數較差的機制砂和當地骨料生產線廢棄的廢石沫（0～5mm），并進行細骨料最小空隙率搭配試驗，以便搭配出級配合理、空隙率小的最佳比例細骨料，從而制備出性能良好的混凝土。

1 試驗原材料

1.1 水泥

在實際生產中，水泥品種的選擇應從多方面來進行考慮，其中包括澆筑部位、混凝土的強度等級等。根據實際情況，本試驗所用水泥為河南禹州天瑞水泥，規格型號為 P·O42.5，具體的性能指標如表1所示。

1.2 礦物摻合料

礦粉的加入可改善混凝土的工作性能，試驗所選用的礦粉為河南晉鋼建材有限公司所生產的 S95 級礦粉，該礦粉具體的性能指標為表2所示。

表1 水泥性能指標

表2 礦粉性能指標

添加粉煤灰可以起到改善混凝土性能和降低混凝土生產成本的雙重作用。該試驗所用的粉煤灰為 Ⅱ 級粉煤灰（由鞏義怡晟有限公司所生產），該粉煤灰具體的性能指標為表3所示。

表3 粉煤灰性能指標

1.3 減水劑

該試驗所用的減水劑為河南新星建材有限公司生產的高效減水劑，具體性能指標如表4所示。

表4 減水劑性能指標

1.4 粗、細骨料

該試驗所用細骨料為本地區域內生產的機制砂及礦山生產產生的廢石沫，粗骨料的規格為 5～20mm 的碎石，具體試驗數據分別如表5和表6所示。

表5 細骨料的性能指標

表6 粗骨料的性能指標

2 試驗過程和分析

2.1 試驗設計

將機制砂與廢石沫分別按質量比為 8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6 混合成5組細骨料，分別測定其空隙率，以及所制備混凝土的和易性、強度等性能，從而找出最佳搭配比例的細骨料。

2.2 試驗用配合比

表7 試驗用配合比 kg/m3

2.3 試驗結果及分析

由表8以及圖 1、圖2可知，機制砂與廢石屑搭配比例為 6∶4 時，混合料松散堆積密度和緊密堆積密度具有最低的空隙率。

表8 各比例混合料空隙率情況

圖1 搭配比例與松散堆積空隙率折線圖

選定比例為 6∶4 時級配較好，該比例混合料的篩余結果如表9所示，從表中可以看出，根據該比例制備的細骨料混合物滿足 Ⅱ 區中砂的級配要求[4]。

五組細骨料混合料所制備 C30 混凝土的性能指標由表10所示，可知在相同配比下不同級配的細骨料對混凝土和易性有較大程度的影響。當混合料空隙率最小時，其細度模數及級配均滿足國家標準要求中混凝土用砂為 Ⅱ 區中砂的要求，且混凝土拌合物和易性良好，泵送性能、28d 強度均滿足國家標準要求。

表9 6∶4 比例混合料篩余情況

圖2 搭配比例與緊密堆積空隙率折線圖

3 結論

（1）機制砂與廢石屑搭配比例為 6∶4 時，混合料松散堆積密度和緊密堆積密度具有最低的空隙率。

（2）機制砂與廢石屑搭配比例為 6∶4 時，混凝土拌合物和易性良好，泵送性能和 28d 強度均符合國家標準要求。