細(xì)骨料配合比優(yōu)化和預(yù)拌混凝土性能研究

慈芳芳

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心青島分中心，山東 青島 266100）

當(dāng)前，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，全國(guó)各地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也正在快速推進(jìn)，對(duì)于混凝土材料的需求量越來(lái)越大。由于混凝土用量日益增加，配制混凝土所消耗的骨料也明顯增加，通過統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息發(fā)現(xiàn)，我國(guó)每一年消耗天然砂石高達(dá)50 億t[1]。由于天然河砂受到資源短缺、價(jià)格上漲等因素的影響，加之，處于快速發(fā)展期的建筑行業(yè)也迫切需要一種新的混凝土細(xì)集料，有效緩解甚至解決我國(guó)河砂短缺的問題，而利用當(dāng)?shù)氐臋C(jī)制砂、山砂等細(xì)骨料配制混凝土也成為必然趨勢(shì)。而通過多種骨料混配混凝土，不僅可以改善骨料的級(jí)別，也有利于提高混凝土的性能。因此。本文對(duì)混凝土配合比及其優(yōu)化展開研究，有助于進(jìn)一步推廣替代河砂的細(xì)骨料，降低生產(chǎn)混凝土所用成本，并在一定程度上提升產(chǎn)品質(zhì)量。

在混凝土試配及預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中，只有根據(jù)預(yù)拌混凝土的性能要求及工程特點(diǎn)，在充分考慮材料各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，才能確保預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量。而已有的混凝土配合比設(shè)計(jì)軟件及系統(tǒng)多預(yù)設(shè)原材料質(zhì)量良好，與混凝土生產(chǎn)的實(shí)際狀況不符。尤其是在當(dāng)前骨料種類繁多，劣質(zhì)骨料使用較多的情況下，已有的軟件及系統(tǒng)對(duì)骨料的重視程度較低，已經(jīng)難以適合當(dāng)前的生產(chǎn)要求。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)所用原材料主要有P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，河砂、山砂、機(jī)制砂、石子、外加劑、水等。

粗骨料使用5～25 mm 級(jí)配碎石，詳細(xì)見表1，篩分狀況如圖1 示。

圖1 細(xì)骨料級(jí)配對(duì)比結(jié)果

表1 粗骨料基本信息

因機(jī)制砂級(jí)配、具有較高的吸水率等不同因素的影響，它的空隙率比河砂小，但通過機(jī)制砂配制混凝土用水量比較大。

砂的細(xì)度模數(shù)求解公式如下：

其中：α1-α7：方篩孔尺寸分別為4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0（篩底）的累計(jì)篩余量（%）。

通過分析圖1 不同細(xì)骨料級(jí)配差異可知，細(xì)骨料及山砂出現(xiàn)多個(gè)粒徑累計(jì)篩余大于1 區(qū)砂范圍的狀況，而河砂的粒徑累計(jì)篩余處于《建筑用砂》所規(guī)定的I 區(qū)范圍之內(nèi)[2]。分析發(fā)現(xiàn)，山砂因通過水洗處理，中間顆粒比較多，細(xì)顆粒少；細(xì)骨料偏大于2.36 mm 的大顆粒及0.63 mm 以下的小顆粒多，紅箭顆粒比較少[3～5]。細(xì)骨料及山砂以上級(jí)配會(huì)使得混凝土用水量及其膠材用量顯著增加，從而導(dǎo)致其性能下降、增加建設(shè)成本等問題。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

整個(gè)試驗(yàn)使用正交試驗(yàn)法，將砂率、漿骨比、山砂與機(jī)制砂的混配比例三個(gè)因素考慮在內(nèi)，每一項(xiàng)因素均取3 個(gè)水平，如表2 示。為進(jìn)一步與河砂展開比較，選取10、11、12 這三組作為對(duì)照組，10 組所用細(xì)骨料均為山砂，11 組均為機(jī)制砂，12 組則全部是河砂，而不同因素組合及配合比具體情況如表3。

表2 各種因素的水平表

表3 不同因素組合及配合比情況

2 混凝土性能影響結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)各組配合比條件下混凝土工作性能、耐久性及力學(xué)性能展開檢測(cè)，其中，通過坍落度展現(xiàn)混凝土的工作性能，借助氯離子擴(kuò)散系數(shù)反映其耐久性，利用7 d、28 d 齡期抗壓強(qiáng)度來(lái)展現(xiàn)混凝土經(jīng)過硬化后的力學(xué)性能，具體結(jié)果見表4。

2.2 極差分析

對(duì)同一個(gè)指標(biāo)，采用各項(xiàng)因素與之對(duì)應(yīng)的極差R 大小展現(xiàn)這一因素對(duì)指標(biāo)產(chǎn)生的影響。從所配制混凝土的坍落度來(lái)說，依據(jù)不同的影響程度，其從大到小的排列順序?yàn)椋築＞A＞C，考慮到所設(shè)置坍落度目標(biāo)值為180±30 mm，選取A1B1C3能夠達(dá)到實(shí)際要求，因此，將其當(dāng)做最優(yōu)組合。

對(duì)7 d、28 d 混凝土抗壓強(qiáng)度，根據(jù)其影響程度自大至小排序均為A=B＞C，最優(yōu)條件下應(yīng)選定的組合為A2B2C2。自配制的混凝土其氯離子擴(kuò)散系數(shù)方面分析，各項(xiàng)因素根據(jù)其影響程度由大至小排列是A＞B＞C，應(yīng)該選出的最優(yōu)組合為A3B1C1。

全面分析不同因素對(duì)混凝土的工作、力學(xué)、耐久性產(chǎn)生的影響，設(shè)定所選出的最優(yōu)水平組合是A1B1C3，見表5。

表4 各組試驗(yàn)結(jié)果

表5 極差分析詳細(xì)結(jié)果

3 結(jié) 論

機(jī)制砂和山砂混合配制的混凝土膠材用量、砂率比較大，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和力學(xué)性能，且機(jī)制砂、山砂進(jìn)行混配，有利于優(yōu)化骨料級(jí)配，混凝土用水量明顯減少，滿足實(shí)際要求。全面分析不同因素對(duì)混凝土的工作、力學(xué)、耐久性產(chǎn)生的影響最優(yōu)水平組合是A1B1C3。