卵石粗骨料顆粒級配對混凝土施工性能影響的試驗研究

唐旺，韓振響，李東軍

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

江西信江八字嘴航電樞紐項目工程BW2 標段，是以航運為主、兼顧發電等綜合利用的航電樞紐工程，項目所需混凝土達68 萬m3，大部分結構為大體積混凝土。由于項目卵石資源較豐富，采用自采卵石作為混凝土骨料進行結構物施工是保證項目經濟、高效完成的關鍵。但本項目自采卵石級配波動較大、壓碎指標值高、針片狀顆粒含量較多，影響混凝土性能，故在保證混凝土結構強度、耐久性的前提下，如何對不同級配組成的卵石進行工程運用，有效利用自采卵石資源，是項目建設過程中需解決的關鍵問題。

目前國內外學者圍繞卵石混凝土性能進行了一系列相關的研究。李樹山等[1]從粗骨料粒徑、水灰比和齡期的角度，對卵石混凝土進行力學性能的研究。徐歡等[2]通過人工篩選粗骨料，基于卵石形狀指數和顆粒級配，對自密實混凝土的工作性能和力學性能進行研究。陳三安[3]基于塞爾維亞貝爾格萊德市Zemun-Borca 大橋項目，采用天然卵石作為大跨預應力混凝土連續梁橋混凝土的粗骨料，對混凝土工作性能、力學性能和耐久性等性能進行研究。賈然等[4]基于不同水膠，從礦粉摻量的角度，對破碎卵石混凝土的力學性能和耐久性等性能進行研究。陳代果等[5]通過在不同強度等級混凝土中預埋不同粒徑的天然卵石，采用MTS 液壓加載系統進行拉拔試驗，對水泥漿體與骨料界面過渡區的力學特征進行研究，從宏觀上得到混凝土中卵石與漿體之間的界面黏結強度的大小及規律。閆紅偉等[6]以5～25 mm 連續粒級卵石為研究對象，研究顆粒級配對混凝土力學性能的影響。陳旭濤等[7]以非洲地區某新建港口項目為背景，從當地卵石骨料和碎石骨料的級配、形狀和力學特性的角度，探討了在相同坍落度下卵石混凝土和碎石混凝土的力學性能，以及礦粉對卵石混凝土強度和收縮性能的改善效果。王樹新等[8]為了提高再生骨料在再生混凝土中的摻量，針對不同再生骨料摻量制備的水泥混凝土，通過力學特性分析，提出了一種新型再生骨料替代方式。綜上所述，國內外對卵石混凝土應用方面有較多理論研究，在工程實踐中，天然卵石性能各異，針對高吸水率卵石對混凝土施工性能和質量影響的研究較少，還值得深入研究。

本試驗以5～25 mm 連續粒級卵石為研究對象，研究顆粒級配對混凝土和易性、力學性能以及耐久性的影響，定量分析卵石級配對混凝土質量影響，為施工企業控制混凝土的施工質量提供參考，也為下一步通過改變卵石混凝土用水量、卵石粒形、砂率等參數，改善卵石混凝土施工和易性，提高施工效率提供理論基礎。

1 試驗原材料

1.1 膠凝材料

水泥采用江西萬年青水泥廠生產的P·O 42.5級水泥，同時制作水泥砂漿試塊，用于后面測試水泥膠砂的抗壓強度。

摻合料為粉煤灰，采用江西益材生產的F 類Ⅱ級粉煤灰。

1.2 外加劑

1.3 細骨料

細骨料為江西信江流域自采骨料，含泥量不超過《水運工程混凝土質量控制標準》[9]的要求，細骨料的技術指標見表1。

表1 細骨料的技術參數Table 1 Technical parameters of fine aggregate

1.4 粗骨料

粗骨料為江西信江流域自采骨料，含泥量不超過《水運工程混凝土質量控制標準》[9]的要求，粗骨料的技術指標見表2。

表2 粗骨料的技術參數Table 2 Technical parameters of coarse aggregate

1.5 水

水采用江西信江地區的自來水。

2 卵石粗骨料顆粒級配對混凝土性能的影響

粗骨料是混凝土內部組成材料中粒徑最大的材料，約占混凝土體積的45%～75%，是混凝土中重要組分之一，起到骨架的作用[10]。顆粒級配的優良，會直接對混凝土性能造成影響，最終影響混凝土的施工質量。江西信江八字嘴航電樞紐項目工程大部分混凝土運輸、入倉采用罐車+泵送的組合方式，因此本試驗以5～25 mm 連續粒級卵石為研究對象，探討在同一強度等級下不同的卵石級配狀態對混凝土性能的影響。

目前洋地黃毒苷臨床已很少應用，所以市面上很難買到。為保留該實驗項目，我們對實驗進行了改進。用維拉帕米（鈣通道阻滯劑，臨床主要用于治療心律失常）[4]作為取代藥，以異丙腎上腺素為工具藥來區分普萘洛爾和維拉帕米對心臟的抑制作用及其作用機制。

2.1 粗骨料顆粒級配的確定

本試驗依據《水運工程混凝土質量控制標準》[9]第4.5.4.3 條5～25 mm 連續粒級卵石的顆粒級配范圍，見表3，將5～25 mm 的卵石中小于10 mm 的卵石粒設定不同累計篩余百分比顆粒組。

表3 5～25 mm 卵石的顆粒級配范圍Table 3 particle gradation range of pebbles from 5 mm to 25 mm

從表3 可以看出，5～25mm 的卵石中小于10mm的小顆粒在2.36 mm 方孔篩上的累計篩余百分比是95%～100%，在4.75 mm 方孔篩上的累計篩余百分比是90%～100%。通過改變卵石顆粒級配，在對比試驗中將5～25 mm 的卵石中小于10 mm 的小顆粒進行篩分，在配合比試驗階段分別加入含量為A（0%）、B（10%）、C（20%）、D（30%）、E（40%）、F（50%）的小顆粒。為確保級配，人為挑出每級粒徑中的針片狀卵石，人工調整卵石級配。試驗用5～25 mm 連續粒級卵石的顆粒級配范圍見表4。

表4 試驗用5～25 mm 卵石的顆粒級配范圍Table 4 Particle gradation range of pebbles from 5 mm to 25 mm for experiment

2.2 試驗配合比

江西信江八字嘴航電樞紐項目中C30F50P6結構混凝土工程量最多，因此選用C30F50P6 混凝土配合比進行研究，基準配比見表5。

表5 混凝土配合比Table 5 Proportioning of concrete mix

3 試驗結果與分析

根據表4 和表5 分別配置卵石混凝土。對拌制的6 組混凝土分別進行工作性能（密度、坍落度和倒置坍落度筒排空時間）、力學性能測試（7 d 和28 d 立方體抗壓強度）和耐久性測試（抗凍性和抗滲等級評價）。測得的數據滿足規范要求，[11-12]試驗結果見表6 和表7。

表6 粗骨料顆粒級配對卵石混凝土和易性和力學性能影響測試結果Table 6 Experiment results of influence of coarse aggregate gradation on workability and mechanical performance of pebble concrete

表7 粗骨料顆粒級配對卵石混凝土耐久性影響測試結果Table 7 Experiment results of influence of coarse aggregate gradation on durability of pebble concrete

由表6 及表7 可知：

1）混凝土拌合物A～F 組坍落度均滿足（180±20）mm 的施工要求，保水性、黏聚性良好，拌合物較粘稠。坍落度和倒置坍落度筒排空時間測試結果表明C 組的和易性最好，因此卵石混凝土的和易性不會隨著小顆粒所占比例的增大而改善。并且根據密度測試的結果，卵石混凝土的密度也同樣不會隨著小顆粒所占比例的增大而增大。

2）卵石7 d 立方體抗壓強度的最大值為27.6 MPa，最小值為21.8 MPa，28 d 立方體抗壓強度的最大值為40.0 MPa，最小值為31.9 MPa，因此顆粒級配對卵石混凝土早期強度的影響較大。

4）混凝土耐久性測試結果表明顆粒級配對本項目結構混凝土的抗滲性能影響比抗凍性能影響大。混凝土拌合物A～F 組的抗凍等級均可達到F100，無麻面掉角現象，滿足F50 的技術要求，且凍融循環次數達到100 次時混凝土的質量損失與相對動彈模量均無明顯變化，因此還可繼續進行混凝土凍融試驗。A～F 組的抗滲等級均達到P8，無滲水現象，滿足P6 的設計要求，劈開試塊可以發現在抗滲等級P8 時混凝土滲水高度隨小顆粒所占比例的增大而減小。

4 結語

本文以5～25 mm 連續粒級卵石為研究對象，研究不同顆粒級配對混凝土性能的影響，試驗結果表明：

1）級配良好的卵石能使混凝土具有良好的工作性，但骨料中小顆粒含量過大或者過小，均無法獲得和易性最佳及密度最大的混凝土。

2）當小石子在粗骨料中所占比例為0～50%時，顆粒級配對卵石混凝土工作性能的影響比力學性能影響大，并且在此比例范圍內顆粒級配對卵石混凝土早期強度的影響較大。

3）耐久性測試結果表明顆粒級配對本項目結構混凝土的抗滲性能影響比抗凍性能影響大。在本項目中混凝土的抗滲性能隨小顆粒所占比例的增大而增大，但對其抗凍性能影響不大。

4）本次試驗顆粒級配小顆粒含量20%時卵石混凝土的和易性最佳，50%時卵石混凝土的力學性能和抗滲性能最佳。

本研究能為下一步通過改變卵石混凝土用水量、卵石粒形、砂率等參數，改善卵石混凝土施工性能，為施工企業提高施工效率及控制混凝土的施工質量提供理論基礎。