定制碎石骨料對泵送混凝土性能影響的研究與應用

趙世冉，宋心，王建華，李楠，王平，周帥平

（1. 陜西秦漢恒盛新型建材科技股份有限公司，陜西 西咸新區 712000；2. 陜西恒盛集團新材料研究中心，陜西 西咸新區 712000）

0 前言

粗骨料是混凝土材料的重要組成部分，占混凝土體積的 50%～70%，承擔主要的外力荷載和內部應力，是混凝土體積穩定性的主要承擔者[1,2]。近年來，隨著環境資源約束的增強和環保督查的不斷升級，采用科學化開采、標準化生產、專業化運輸的礦山碎石逐步取代河流中的卵石成為混凝土的主要骨料。

國家標準 GB/T 14685—2011《建設用卵石、碎石》中對于碎石顆粒級配的技術要求比較寬松，只規定了每一粒級的區間范圍，混凝土公司驗收時只要顆粒級配符合相應粒級范圍的碎石都視為合格。然而，驗收合格的骨料由于粒徑組合不同導致碎石的空隙率等指標是變化的，從而間接影響著混凝土生產的穩定性[3-6]。因此本文依托某超高層項目，進行碎石骨料空隙率對混凝土性能影響的試驗研究，進而定制骨料，專料專供，以實現提高混凝土品質，保障混凝土工程質量的目的。

1 C50 泵送混凝土試驗

1.1 試驗原材料

試驗水泥采用陜西冀東 P·O42.5 水泥，各項檢測指標滿足國標 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求；粉煤灰采用陜西韓城大唐盛龍Ⅱ級粉煤灰，細度21%，燒失量 5.2%；礦粉采用陜西韓城大唐盛龍 S95級礦粉，流動度比 96%，7d 活性指數 74%，28d 活性指數 96%；天然細骨料采用陜西寶雞中砂，細度模數2.6，含泥量 1%；減水劑采用江蘇蘇博特公司生產的聚羧酸系高效減水劑，固含量 26%，減水率 25%。粗骨料采用冀東水泥銅川有限公司生產的 5～16mm 和 16～25mm 碎石，顆粒級配符合國標 GB/T 14685—2011《建設用卵石、碎石》的要求，基本性能指標見表 1。

表1 骨料基本性能

1.2 試驗方案

在混凝土企業的生產過程中，常根據經驗用鏟車將 5～16mm 和 16～25mm 兩種規格的碎石骨料混合使用，這往往會造成骨料質量波動，從而影響混凝土質量。如果能夠從廠家源頭將骨料混合好，能有效地解決

這個問題。試驗分別對 5～16mm、16～25mm 骨料進行篩分，然后分別按照 9:1、8:2、7:3、6:4 的比例進行混合，并測定松散堆積密度、緊密堆積密度、空隙率等數據，并在此基礎上進行 C50 混凝土的試驗研究和應用，試驗配比見表 2。

表2 試配配比 kg/m3

2 試驗結果與討論

2.1 不同比例碎石混合對骨料指標的影響

將 5～16mm 和 16～25mm 兩種規格的碎石骨料分別按照 9:1、8:2、7:3、6:4 的比例進行混合，并測定基礎指標，結果見表 3。

表3 不同比例混合碎石骨料基礎指標

由表 3 可知，隨著 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例由 9:1 變化到 6:4，較細碎石 5～16mm 粒級含量逐漸增多，混合骨料的松散空隙率呈逐漸降低的趨勢。這表明，較細的 5～16mm 碎石顆粒中一部分填充了 16～25mm 碎石的空隙，從而降低了混合骨料的空隙率。這也從另一個方面說明，日常根據經驗用鏟車將兩種骨料混合使用的連續級配的骨料，其基本指標是有所不同的，因此將不同粒級碎石骨料按規定混合，對于保持粗骨料和混凝土質量穩定性具有重要意義。

2.2 不同比例混合碎石對 C50 混凝土物理性能的影響

試驗結合某在建超高層項目，依次采用 9:1、8:2、7:3、6:4 混合的碎石骨料進行 C50 泵送混凝土試配，并通過坍落度、擴展度、倒提時間等物理性能測試，對混凝土的抗離析性能和泵送性能進行評價，試驗結果見表 4 和圖 1、圖 2。

表4 不同比例混合碎石骨料混凝土物理性能指標

圖1 混凝土坍落度、擴展度試驗結果

圖2 混凝土倒提時間、V 型漏斗試驗結果

由圖 1 可知，在膠凝材料總量足夠的情況下，隨著 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例的變化，混凝土的擴展度和坍落度分別在 560～580mm 之間和 220～240mm 之間波動。其中，在混合比例為 9:1 時，混凝土擴展度最大，坍落度卻最小，這是因為此時混合骨料大部分為 16～25mm 粒徑，混凝土空隙率較大，砂漿填充在空隙之間，坍落度桶提起時，砂漿裹著骨料流動，靜置后骨料在中間堆積，混凝土擴展度由外層的砂漿呈現，數據上表現為擴展度較大，坍落度較小。

由圖 2 可知，在碎石混合比例由 9:1 變化到 6:4 的過程中，混凝土通過 V 型漏斗的時間由 16s 降低到13s，同時坍落度筒倒提時間由 8s 降低到 7s，這表明混凝土的包裹性和流動性呈現逐漸變好的趨勢，混凝土抗離析性能和可泵送性能增強。這是因為，隨著骨料空隙率的減小，骨料級配趨于合理，在水泥砂漿總量不變的情況下，需要填充骨料空隙的砂漿減少，用于包裹骨料的砂漿增加，提高了混凝土的流動性。綜合擴展度和坍落度數據可知，當 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例為 6:4 時，混凝土物理性能最好。

2.3 不同比例混合碎石對 C50 混凝土力學性能的影響

試驗依次對不同比例混合碎石 C50 泵送混凝土的7d、28d、60d 抗壓強度進行了測試，結果見表 5 和圖3。

表5 不同比例混合碎石骨料混凝土力學性能指標

圖3 混凝土抗壓強度試驗結果

由圖 3 可知，隨著養護齡期和碎石混合比例的變化，混凝土的抗壓強度逐漸增強，并且混合比例為 7:3和 6:4 的混凝土抗壓強度高于混合比例為 8:2 和 9:1 的混凝土，當混合比例為 6:4 時，混凝土抗壓強度最高。這表明，隨著骨料空隙率的減小，混凝土密實度增加，抗壓強度增加。

試驗結合混合骨料空隙率變化和物理力學性能變化，采用 6:4 的比例進行混合骨料定制化生產，考慮到骨料生產過程中的人為及篩網磨損等因素易造成的骨料生產波動，在骨料進場時建立以空隙率為主要檢測指標的每日進廠驗收制度，跟蹤骨料生產和應用情況，如表 6 和圖 4 所示。經過連續的空隙率監測發現，定制的混合骨料空隙率會出現波動，說明骨料的品質發生了變化，這時就需要及時將情況反饋給骨料生產方，查找問題并調整，以保證骨料質量的穩定性。

圖4 定制骨料進場空隙率監測圖

表6 定制骨料進場空隙率監測數據

3 結果與討論

混凝土企業根據經驗用鏟車將兩種或幾種骨料混合使用的連續級配的骨料，其基本指標是有所不同的，因此通過在生產源頭進行不同粒級碎石骨料按規定混合，對于保持粗骨料和混凝土質量穩定性具有重要意義。

將 16～25mm 和 5～16mm 兩種碎石按照不同比例混合可以降低連續級配骨料的空隙率，進而提高混凝土的物理性能和力學性能。當混合比例為 6:4 時，骨料空隙率最低，同時生產的混凝土泵送性能、抗壓強度等指標最好。

由骨料生產商從源頭開始進行骨料質量把控，混凝土公司進場驗收，并且雙方建立完善的反饋和溝通對接機制，可以顯著提高骨料的長期穩定性，進而保證混凝土質量的穩定性。