高強度等級碎卵石混凝土試驗研究

李亞南

(1.安徽省·淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 230002；2.安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽 合肥 230088)

0 前 言

混凝土發展至今已有幾十年的歷史，期間一直使用破碎巖石作為主要粗骨料。導致了破碎巖石開采量大、優質資源減少、污染嚴重、環境惡化等問題。在“十三五”規劃中提到我國將要緊緊抓住改善環境質量這個核心，實施質量和總量雙管控，加強和完善環境監測體系建設，科學決策、系統治污，分區分類、分級分項，精細管理，精準發力。朝著習近平總書記提出的藍天常在、青山常在、綠水常在的目標不斷前進。隨著環境保護力度的加大、打擊非法開采山石工作的進一步深入，破碎巖石作為一種不可再生資源，必然會變得越來越緊俏。而建筑廢料回收再利用制成的混凝土粗骨料，由于種種原因，目前基本還停留在研究層面，并不能形成大量使用的局面。在這種情況下，由卵石破碎形成的碎石配制混凝土成為了當前熱門的課題。

目前，安徽省有部分混凝土生產企業在不同程度地使用碎卵石，尤其是安徽中北部地區，碎石資源并不十分豐富，且受到環境保護政策的制約，碎石的開采量有時并不能滿足發展的需要。但由于過去很長時間內，混凝土市場一直使用碎石作為粗集料配制混凝土，導致使用方對摻有碎卵石的混凝土的質量存在疑義，對碎卵石混凝土較為排斥。其原因主要是因為碎石使用范圍廣、技術成熟、易于配制一般工程所需強度等級的混凝土，所以碎石作為粗骨料在安徽省大部分地區易被建設方所認可。至于用破碎卵石配制混凝土的情況，在大部分地區建設方的接受度不高。主要原因還是因為人們都認為破碎卵石配制混凝土易泌水、對漿體握裹力不足、強度偏低。本文通過用碎石、碎卵石兩種粗集料配制不同強度等級的混凝土的方法，得出碎石與碎卵石在不同摻加比例的情況下配制的混凝土試塊的力學性能的數據，初步觀察兩者有無較大的差異，是否可以在一定情況下部分替換或者全部替換使用。

1 試驗原材料

水泥為P·Ⅱ52.5安徽省滁州市全椒縣海螺袋裝水泥。主要性能指標如表1所示。

表1 P·Ⅱ52.5水泥主要物理、力學性能

細骨料為六安河砂。粗骨料為連續粒級5～25 mm安徽省巢湖市散兵鎮碎石。主要性能指標如表2～3所示。

表2 砂主要性能指標

表3 碎石主要性能指標

粉煤灰為合肥聯合公司Ⅰ級。主要性能指標如表4所示。

表4 粉煤灰主要性能指標 %

外加劑為江蘇蘇博特聚羧酸高性能減水劑。主要性能指標如表5所示。

表5 外加劑主要性能指標

本次試驗用碎卵石產地六安，經過當地開采、破碎加工、沖洗后制成。部分物理性能如表6所示。

表6 碎卵石物理性能

卵石經過破碎后，由于破碎工藝、破碎次數及卵石成分的不同，會呈現出不同的破碎形態。外貌形態上的明顯差異很大程度上會導致混凝土拌合物工作性上的差別。除此之外，碎卵石物理特性及巖性上也存在一定的差別。碎石由同一種巖石破碎而成，成分較為單一。卵石由于河流沖刷、運輸的作用，造成一個地區的卵石可能由多種成分的巖石以互相交錯的形式存在。針對碎卵石存在破碎面以及成分復雜的問題，在配制混凝土前，對其進行破碎面比例、母巖抗壓強度的試驗。

以中華人民共和國鐵道部科學技術司科技基【2005】101號文《客運專線基床表層級配碎石暫行技術條件》中附錄B[1]的試驗方法作為參考，分成16～22.4 mm和22.4～31.5 mm兩種粒徑進行試驗。得出該碎卵石16～22.4單級破碎面比例70.4%；22.4～31.5單級破碎面比例74.0%；總破碎面比例72.3%。取10塊體積稍大的卵石原料，加工后進行母巖抗壓強度試驗。結果如表7所示。

表7 母巖抗壓強度數值

由母巖抗壓數據也可看出，碎卵石中確實存在多種巖石共存的特點，且各巖石種類之間性能差異較大，母巖抗壓強度之間存在數倍的差異，這也會導致所成型的混凝土性能存在一定離散性。

2 試驗方案

以碎石為粗骨料配制混凝土的配合比數據作為基準，在其他原材料用量保持不變的情況下，使用碎卵石完全替代碎石配制碎卵石混凝土。通過碎石混凝土及碎卵石混凝土之間抗壓強度、抗折強度的數據對比，找到兩者之間的區別。配合比見表8。

表8 C50配合比數據 單位：kg

3 試驗結果及分析

力學性能見表9。

表9 力學性能總表

抗壓試驗中，碎卵石混凝土的強度無論以何種比例摻配，其強度均大于碎石混凝土。在兩個齡期的結果中，碎卵石混凝土抗壓強度最低值為碎石混凝土的101%，最高為106%。證明其在抗壓強度方面完全可以替代碎石混凝土。值得注意的是，從抗壓試驗兩個齡期碎卵石各摻配比例來看，強度增長規律并不相同，28 d齡期中，65%碎卵石摻量的混凝土抗壓強度最高。90 d齡期中，100%摻量的抗壓強度最高。可見碎卵石自身巖石種類多且各種類性能差異大的特點影響了其強度發展的規律。

抗折試驗中，碎卵石混凝土隨著摻配比例的提高，破碎面比例隨之增加，強度必然降低。這是因為碎卵石破碎工藝導致的問題，不完全的破碎使其始終保留了一部分卵石光滑的界面，這在試驗中造成了不利的影響，在成型的試件中形成了較多的薄弱點。而且無論碎卵石中各種巖石的性能如何，光滑面都是共有的特性。所以抗折強度取決于粗骨料的外貌形態，在母巖抗壓強度相近的情況下，巖石種類對抗折強度無較明顯影響。

4 結 論

碎卵石吸水率高于碎石，在混凝土成型前期一定程度上減緩了水泥水化的速度，后期又緩慢釋放水分，延長水化時間，水泥漿體水化更加充分，導致了碎卵石混凝土的強度普遍要高于碎石混凝土。組成碎卵石的巖石種類繁多，其最優摻配比例因為自身巖石多樣性的特性而很難確定。在此次試驗中，65%碎卵石摻量的混凝土在28、90 d齡期的抗壓強度試驗中均表現良好，在不追求抗壓強度最大值的情況下，可以作為參考。

碎卵石抗折強度受其自身特點的影響，略低于碎石混凝土。碎卵石混凝土的抗壓強度雖然高于碎石混凝土，但高強度混凝土在一般建筑物中更多的用在梁、板這些重要部位，而且這些部位在建筑結構中會受到一定的彎折力。這種情況下，碎卵石混凝土較低的抗折強度對工程顯然是不利的。尤其是公路、橋梁工程對混凝土的抗折有著很高的要求，這種情況下，碎卵石混凝土顯然不是最好的選擇。

碎卵石存在一定量的光滑面，在成型時光滑面對水泥漿體的握裹力偏低。在抗壓試驗中，碎卵石破碎面比例隨著摻量的增加而逐步提高時，碎卵石混凝土的抗壓強度并沒有隨之降低，而抗折強度降低的規律明顯。可見在特定情況下，破碎面比例對碎卵石混凝土抗壓強度結果影響不大，而對抗折強度方面存在明顯的不利因素。

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