碎石精加工骨料在預拌混凝土中的應用試驗與配合比優化

羅全洪

(廈門路橋翔通股份有限公司五通分公司，福建 廈門361016)

0 前言

幾年來，隨著海西經濟跨越發展，基建設施及房地產工程的大量投入，福建許多地區的建筑材料出現了緊缺現象，特別是混凝土所用的天然河砂消耗殆盡，其價格也不斷攀高，因此，很多商品混凝土企業轉向使用淡化海砂或者水洗石屑，雖一定程度緩解了天然河砂需求，但由于各種原因，淡化海砂或者水洗石屑也同時對混凝土工作性能、耐久性能帶來各種影響，給工程造成了許多預想不到的風險。

在這種背景下，許多工程技術人員特別是混凝土方面技術人員花費大量精力力圖改變這種資源困境。有技術人員通過長期考察和研究，對以巴馬克原理為背景的骨料精加工系統及其核心技術進行分析，認為該系統可以對普通碎石進行精加工，獲得質量穩定的精品碎石和優良的機制砂[1]；也有技術人員對碎石精加工系統在商混站中應用及對所加工形成精品碎石、機制砂混合料用于預拌混凝土中做了一些的研究試驗[2]；他們均認為碎石精加工混凝土骨料可以應用到預拌混凝土中，從而達到降低成本及提高產品質量的目的。在此基礎上，筆者也調查了福建地區目前僅有莆田及漳州兩地兩家商混站生產碎石精加工骨料的質量以及應用狀況，與兩家攪拌站技術人員共同探討和分析，對混凝土配合比進行了對比試驗及優化，為碎石精加工骨料在預拌混凝土中更好地應用出謀獻策。

1 對比試驗

1.1 試驗用原材料

精品機制砂：花崗巖質，石粉含量5.0%，泥塊含量0.0%，表觀密度2630 kg/m3,堆積密度1520kg/m3,細度模數2.6，Ⅱ區中砂，價格65 元/m3。

精品碎石： 花崗巖質，5 ～31.5mm 連續級配，含泥量0.3%，泥塊含量0.0，針片狀含量3.5%，壓碎指標8.9%，表觀密度2640kg/m3,堆積密度1530kg/m3，價格70 元/m3。

表1 試驗對比：在用泵送配合比

普通碎石： 花崗巖質，5 ～31.5mm 連續級配，含泥量0.5%，泥塊含量0.1%，針片狀含量10.5%，壓碎指標12.0%，表觀密度2620 kg/m3,堆積密度1490kg/m3,價格53 元/m3。

天然河砂：Ⅱ區中砂、細度模數2.6、泥塊含量0.4%、含泥量1%,表觀密度2590kg/m3,堆積密度1420kg/m3,價格77 元/m3。

水泥：龍巖閩福P·O42.5R，28d 強度54.5MPa，密度3.15g/cm3，價格450 元/噸。

粉煤灰：本地后石電廠Ⅱ級F 類，細度20%，需水量比101%，28d 活性指數為65%，密度2.35g/cm3，價格190 元/噸。

礦渣微粉：本地三鋼S95 級，28d 活性指數96%，密度2.75g/cm3，價格350 元/噸。

高效緩凝外加劑：本地LQ-100 聚羧酸系，1.15%減水率19%，摻量α為1.5%～2.5%，凝結時間10～12h，密度1.15g/cm3，含固量33%；抗壓強度比130%，價格3200 元/噸。

1.2 試驗方案

采用目前在建筑工程使用的C25 ～C50 泵送備用系統配合比，該配合比考慮了福建省建設主管部門下發的有關摻合料使用的規定要求[3]。本次試驗采用兩個方案，主要是骨料組分發生變化，其他組分不變。方案1：用普通碎石、河砂等骨料對在用的C25 ～C50 系統泵送配合比進行驗證；方案2：用精品碎石（5 ～16mm、16 ～25mm 兩種規格碎石混合而成的連續級配）、混合砂（50%的河砂、50%機制砂摻配而成），并對比兩個方案的混凝土工作性能和部分力學性能，兩個方案的系統配合比見表1。

1.3 試驗結果與分析

1.3.1 試驗結果

表2 混凝土工作性能與部分力學性能

1.3.2 結果分析

1）做出方案1 與方案2 水膠比與28d 強度關系圖, 方案2所配制的各強度等級的混凝土抗壓強度均優于方案1，約高過一個等級。如圖1。

2）方案2 較方案1 的混凝土工作性能如混凝土初始坍落度、擴展度以及1h 經時損失等表現更佳；

圖1 方案1 與方案2 之水膠比與強度關系圖

3）做為驗證配合比的方案1，其工作性能和部分的力學性能的表現也能滿足備用配合比使用要求。

4）從以上結果可以看出，使用碎石精加工骨料可以改善混凝土工作性能，提高混凝土抗壓強度，改善混凝土抗滲性能。作為C50 以上高強度等級混凝土如箱梁等使用完全能滿足要求，并且可以降低混凝土成本，但如用于普通混凝土上，顯然成本較高，不能承受，需要進行配合比優化。

2 配合比優化

2.1 建立一元回歸方程

針對上述試驗結果，可以建立起碎石精加工骨料系統配合比中水膠比與28d 強度關系的一元回歸線性方程式，如圖2。通過分析，碎石精加工骨料系統配合比28d 強度與水膠比的一元線性回歸關系式為：fcu,o=-145.96 W/B +117.36，按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》確定出新的碎石精加工骨料系統配合比。

圖2 碎石精加工骨料系統配合比回歸分析圖

2.2 配合比優化設計

優化后配合比及成本結果如表3。

2.3 配合比驗證結果

結論：經過配合比優化驗證，碎石精加工骨料所配制的混凝土各項工作性能及部分力學性能能滿足普通混凝土要求，該系統配合比能夠滿足房建工程使用。

3 工程應用

上述碎石精加工骨料配合比又通過幾次驗證，其工作性能及大部分力學性能、耐久性能均能滿足工程需要，富余系數也能滿足要求，列入了備用配合比并應用到某大橋的樁基、承臺、墩身及箱梁部分，以及一些公共工程和房地產項目。通過28d 現場強度跟蹤及統計，C30 配合比共使用25 次約5000 m3，組數60 組，強度平均值34.9MPa； C35 配合比共使用28次約4000m3，組數45 組，強度平均值39.8MPa；C40 混凝土共使用18 次約3500m3，組數22 組，強度平均值45.6MPa；C45 混凝土共使用8 次約3500m3，組數13 組，強度平均值50.4MPa；C50 混凝土共使用25 次約4000m3，組數34 組，強度平均值56.7MPa；這些工程的混凝土強度均能滿足要求，且成本較低 （平均成本降低8 ～12 元/m3），取得了良好的經濟效益。

表3 碎石精加工骨料系統配合比

表4 混凝土工作性能與部分力學性能

4 結論

用普通碎石通過精加工形成精品砂石骨料，產成品的各項技術指標均優于普通骨料，用于預拌混凝土所表現的各項工作性能及力學性能也同樣優于普通骨料，且可以解決當前天然砂資源困境。雖然碎石再加工需要設備及資金的大量投入，產成品的成本大大高于普通碎石，但可以通過配合比優化來解決這些問題，工程上應用也能滿足要求，并能克服淡化海砂或者水洗石屑給工程造成了許多預想不到的風險。由于碎石精加工工藝復雜性，本文還未能對機制砂含粉量變化對混凝土各項性能產生影響作出評判，留待今后做進一步研究。

[1] 彭建良，蘇志切等.骨料精加工系統的應用及其核心技術的分析》；商品混凝土；2011（10）

[2] 陳志友.精品砂石骨料生產系統在商混站中的應用探討[J]; 江西建材；2011（02）

[3] 關于開展預拌砼和現澆砼結構工程專項整治工作的通知 閩建建 [2011]47 號

[4] 彭建良，沈云翔.骨料的撥開系數用于泵送混凝土配合比設計的方法探討[J]；福建建筑,2010（06）

[5] 普通混凝土配合比設計規程JGJ55-2011