廢石沫作混凝土細(xì)骨料在混凝土應(yīng)用中的試驗(yàn)性能研究

魏忠，牛成功，陳文彬，吳躍輝，宋姍，賈亞瓊，宋盼

（河南中建西部建設(shè)有限公司，河南 鄭州 451450）

0 引言

在混凝土體積總量中，細(xì)骨料的占比在 30%～40%之間，成為生產(chǎn)混凝土的主要原材料之一，并且在混凝土材料系統(tǒng)中起著重大作用，例如填充粗骨料之間的間隙、與膠凝材料形成砂漿等。另外，骨料級(jí)配對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性也起到很大的影響，較好的骨料級(jí)配應(yīng)當(dāng)是：空隙率小，以減少填充骨料之間間隙的膠凝材料用量，并確保密實(shí)性。為了達(dá)到混凝土和易性要求，骨料還需具有較小的總比表面積。因此，細(xì)骨料的質(zhì)量和級(jí)配直接影響到混凝土的性能，如和易性、強(qiáng)度、耐久性等[1]。

Ⅱ 區(qū)的天然中砂是一種優(yōu)良的混凝土細(xì)骨料，然而由于天然砂資源的日益短缺，以及地理分布不均勻等原因，尋找代替天然砂的原材料刻不容緩。機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏高，單獨(dú)作為細(xì)骨料時(shí)，顆粒粒形較差、表面形狀不均勻且粗糙不光滑。如果將其單獨(dú)用作混凝土細(xì)骨料的組分，則會(huì)導(dǎo)致混凝土的和易性和可泵性能較差，同時(shí)導(dǎo)致混凝土骨料系統(tǒng)中的級(jí)配是不連續(xù)的，從而影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性等性能。廢石屑單獨(dú)作為混凝土細(xì)骨料組分時(shí)，細(xì)度模數(shù)偏低，其總表面積偏大，與膠凝材料形成漿體組分時(shí)所需膠凝材料的用量增加，從而增加了混凝土開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加了混凝土的生產(chǎn)成本[2-3]。

根據(jù)上述情況以及當(dāng)?shù)氐脑牧鲜袌?chǎng)，本文主要研究了級(jí)配、細(xì)度模數(shù)較差的機(jī)制砂和當(dāng)?shù)毓橇仙a(chǎn)線廢棄的廢石沫（0～5mm），并進(jìn)行細(xì)骨料最小空隙率搭配試驗(yàn)，以便搭配出級(jí)配合理、空隙率小的最佳比例細(xì)骨料，從而制備出性能良好的混凝土。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 水泥

在實(shí)際生產(chǎn)中，水泥品種的選擇應(yīng)從多方面來(lái)進(jìn)行考慮，其中包括澆筑部位、混凝土的強(qiáng)度等級(jí)等。根據(jù)實(shí)際情況，本試驗(yàn)所用水泥為河南禹州天瑞水泥，規(guī)格型號(hào)為 P·O42.5，具體的性能指標(biāo)如表1所示。

1.2 礦物摻合料

礦粉的加入可改善混凝土的工作性能，試驗(yàn)所選用的礦粉為河南晉鋼建材有限公司所生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦粉，該礦粉具體的性能指標(biāo)為表2所示。

表1 水泥性能指標(biāo)

表2 礦粉性能指標(biāo)

添加粉煤灰可以起到改善混凝土性能和降低混凝土生產(chǎn)成本的雙重作用。該試驗(yàn)所用的粉煤灰為 Ⅱ 級(jí)粉煤灰（由鞏義怡晟有限公司所生產(chǎn)），該粉煤灰具體的性能指標(biāo)為表3所示。

表3 粉煤灰性能指標(biāo)

1.3 減水劑

該試驗(yàn)所用的減水劑為河南新星建材有限公司生產(chǎn)的高效減水劑，具體性能指標(biāo)如表4所示。

表4 減水劑性能指標(biāo)

1.4 粗、細(xì)骨料

該試驗(yàn)所用細(xì)骨料為本地區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)制砂及礦山生產(chǎn)產(chǎn)生的廢石沫，粗骨料的規(guī)格為 5～20mm 的碎石，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表5和表6所示。

表5 細(xì)骨料的性能指標(biāo)

表6 粗骨料的性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)過(guò)程和分析

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將機(jī)制砂與廢石沫分別按質(zhì)量比為 8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6 混合成5組細(xì)骨料，分別測(cè)定其空隙率，以及所制備混凝土的和易性、強(qiáng)度等性能，從而找出最佳搭配比例的細(xì)骨料。

2.2 試驗(yàn)用配合比

表7 試驗(yàn)用配合比 kg/m3

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

由表8以及圖 1、圖2可知，機(jī)制砂與廢石屑搭配比例為 6∶4 時(shí)，混合料松散堆積密度和緊密堆積密度具有最低的空隙率。

表8 各比例混合料空隙率情況

圖1 搭配比例與松散堆積空隙率折線圖

選定比例為 6∶4 時(shí)級(jí)配較好，該比例混合料的篩余結(jié)果如表9所示，從表中可以看出，根據(jù)該比例制備的細(xì)骨料混合物滿足 Ⅱ 區(qū)中砂的級(jí)配要求[4]。

五組細(xì)骨料混合料所制備 C30 混凝土的性能指標(biāo)由表10所示，可知在相同配比下不同級(jí)配的細(xì)骨料對(duì)混凝土和易性有較大程度的影響。當(dāng)混合料空隙率最小時(shí)，其細(xì)度模數(shù)及級(jí)配均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求中混凝土用砂為 Ⅱ 區(qū)中砂的要求，且混凝土拌合物和易性良好，泵送性能、28d 強(qiáng)度均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表9 6∶4 比例混合料篩余情況

圖2 搭配比例與緊密堆積空隙率折線圖

3 結(jié)論

（1）機(jī)制砂與廢石屑搭配比例為 6∶4 時(shí)，混合料松散堆積密度和緊密堆積密度具有最低的空隙率。

（2）機(jī)制砂與廢石屑搭配比例為 6∶4 時(shí)，混凝土拌合物和易性良好，泵送性能和 28d 強(qiáng)度均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。