高強(qiáng)度等級碎卵石混凝土試驗研究

李亞南

(1.安徽省·淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 230002；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230088)

0 前 言

混凝土發(fā)展至今已有幾十年的歷史，期間一直使用破碎巖石作為主要粗骨料。導(dǎo)致了破碎巖石開采量大、優(yōu)質(zhì)資源減少、污染嚴(yán)重、環(huán)境惡化等問題。在“十三五”規(guī)劃中提到我國將要緊緊抓住改善環(huán)境質(zhì)量這個核心，實施質(zhì)量和總量雙管控，加強(qiáng)和完善環(huán)境監(jiān)測體系建設(shè)，科學(xué)決策、系統(tǒng)治污，分區(qū)分類、分級分項，精細(xì)管理，精準(zhǔn)發(fā)力。朝著習(xí)近平總書記提出的藍(lán)天常在、青山常在、綠水常在的目標(biāo)不斷前進(jìn)。隨著環(huán)境保護(hù)力度的加大、打擊非法開采山石工作的進(jìn)一步深入，破碎巖石作為一種不可再生資源，必然會變得越來越緊俏。而建筑廢料回收再利用制成的混凝土粗骨料，由于種種原因，目前基本還停留在研究層面，并不能形成大量使用的局面。在這種情況下，由卵石破碎形成的碎石配制混凝土成為了當(dāng)前熱門的課題。

目前，安徽省有部分混凝土生產(chǎn)企業(yè)在不同程度地使用碎卵石，尤其是安徽中北部地區(qū)，碎石資源并不十分豐富，且受到環(huán)境保護(hù)政策的制約，碎石的開采量有時并不能滿足發(fā)展的需要。但由于過去很長時間內(nèi)，混凝土市場一直使用碎石作為粗集料配制混凝土，導(dǎo)致使用方對摻有碎卵石的混凝土的質(zhì)量存在疑義，對碎卵石混凝土較為排斥。其原因主要是因為碎石使用范圍廣、技術(shù)成熟、易于配制一般工程所需強(qiáng)度等級的混凝土，所以碎石作為粗骨料在安徽省大部分地區(qū)易被建設(shè)方所認(rèn)可。至于用破碎卵石配制混凝土的情況，在大部分地區(qū)建設(shè)方的接受度不高。主要原因還是因為人們都認(rèn)為破碎卵石配制混凝土易泌水、對漿體握裹力不足、強(qiáng)度偏低。本文通過用碎石、碎卵石兩種粗集料配制不同強(qiáng)度等級的混凝土的方法，得出碎石與碎卵石在不同摻加比例的情況下配制的混凝土試塊的力學(xué)性能的數(shù)據(jù)，初步觀察兩者有無較大的差異，是否可以在一定情況下部分替換或者全部替換使用。

1 試驗原材料

水泥為P·Ⅱ52.5安徽省滁州市全椒縣海螺袋裝水泥。主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 P·Ⅱ52.5水泥主要物理、力學(xué)性能

細(xì)骨料為六安河砂。粗骨料為連續(xù)粒級5～25 mm安徽省巢湖市散兵鎮(zhèn)碎石。主要性能指標(biāo)如表2～3所示。

表2 砂主要性能指標(biāo)

表3 碎石主要性能指標(biāo)

粉煤灰為合肥聯(lián)合公司Ⅰ級。主要性能指標(biāo)如表4所示。

表4 粉煤灰主要性能指標(biāo) %

外加劑為江蘇蘇博特聚羧酸高性能減水劑。主要性能指標(biāo)如表5所示。

表5 外加劑主要性能指標(biāo)

本次試驗用碎卵石產(chǎn)地六安，經(jīng)過當(dāng)?shù)亻_采、破碎加工、沖洗后制成。部分物理性能如表6所示。

表6 碎卵石物理性能

卵石經(jīng)過破碎后，由于破碎工藝、破碎次數(shù)及卵石成分的不同，會呈現(xiàn)出不同的破碎形態(tài)。外貌形態(tài)上的明顯差異很大程度上會導(dǎo)致混凝土拌合物工作性上的差別。除此之外，碎卵石物理特性及巖性上也存在一定的差別。碎石由同一種巖石破碎而成，成分較為單一。卵石由于河流沖刷、運輸?shù)淖饔?，造成一個地區(qū)的卵石可能由多種成分的巖石以互相交錯的形式存在。針對碎卵石存在破碎面以及成分復(fù)雜的問題，在配制混凝土前，對其進(jìn)行破碎面比例、母巖抗壓強(qiáng)度的試驗。

以中華人民共和國鐵道部科學(xué)技術(shù)司科技基【2005】101號文《客運專線基床表層級配碎石暫行技術(shù)條件》中附錄B[1]的試驗方法作為參考，分成16～22.4 mm和22.4～31.5 mm兩種粒徑進(jìn)行試驗。得出該碎卵石16～22.4單級破碎面比例70.4%；22.4～31.5單級破碎面比例74.0%；總破碎面比例72.3%。取10塊體積稍大的卵石原料，加工后進(jìn)行母巖抗壓強(qiáng)度試驗。結(jié)果如表7所示。

表7 母巖抗壓強(qiáng)度數(shù)值

由母巖抗壓數(shù)據(jù)也可看出，碎卵石中確實存在多種巖石共存的特點，且各巖石種類之間性能差異較大，母巖抗壓強(qiáng)度之間存在數(shù)倍的差異，這也會導(dǎo)致所成型的混凝土性能存在一定離散性。

2 試驗方案

以碎石為粗骨料配制混凝土的配合比數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，在其他原材料用量保持不變的情況下，使用碎卵石完全替代碎石配制碎卵石混凝土。通過碎石混凝土及碎卵石混凝土之間抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的數(shù)據(jù)對比，找到兩者之間的區(qū)別。配合比見表8。

表8 C50配合比數(shù)據(jù) 單位：kg

3 試驗結(jié)果及分析

力學(xué)性能見表9。

表9 力學(xué)性能總表

抗壓試驗中，碎卵石混凝土的強(qiáng)度無論以何種比例摻配，其強(qiáng)度均大于碎石混凝土。在兩個齡期的結(jié)果中，碎卵石混凝土抗壓強(qiáng)度最低值為碎石混凝土的101%，最高為106%。證明其在抗壓強(qiáng)度方面完全可以替代碎石混凝土。值得注意的是，從抗壓試驗兩個齡期碎卵石各摻配比例來看，強(qiáng)度增長規(guī)律并不相同，28 d齡期中，65%碎卵石摻量的混凝土抗壓強(qiáng)度最高。90 d齡期中，100%摻量的抗壓強(qiáng)度最高?？梢娝槁咽陨韼r石種類多且各種類性能差異大的特點影響了其強(qiáng)度發(fā)展的規(guī)律。

抗折試驗中，碎卵石混凝土隨著摻配比例的提高，破碎面比例隨之增加，強(qiáng)度必然降低。這是因為碎卵石破碎工藝導(dǎo)致的問題，不完全的破碎使其始終保留了一部分卵石光滑的界面，這在試驗中造成了不利的影響，在成型的試件中形成了較多的薄弱點。而且無論碎卵石中各種巖石的性能如何，光滑面都是共有的特性。所以抗折強(qiáng)度取決于粗骨料的外貌形態(tài)，在母巖抗壓強(qiáng)度相近的情況下，巖石種類對抗折強(qiáng)度無較明顯影響。

4 結(jié) 論

碎卵石吸水率高于碎石，在混凝土成型前期一定程度上減緩了水泥水化的速度，后期又緩慢釋放水分，延長水化時間，水泥漿體水化更加充分，導(dǎo)致了碎卵石混凝土的強(qiáng)度普遍要高于碎石混凝土。組成碎卵石的巖石種類繁多，其最優(yōu)摻配比例因為自身巖石多樣性的特性而很難確定。在此次試驗中，65%碎卵石摻量的混凝土在28、90 d齡期的抗壓強(qiáng)度試驗中均表現(xiàn)良好，在不追求抗壓強(qiáng)度最大值的情況下，可以作為參考。

碎卵石抗折強(qiáng)度受其自身特點的影響，略低于碎石混凝土。碎卵石混凝土的抗壓強(qiáng)度雖然高于碎石混凝土，但高強(qiáng)度混凝土在一般建筑物中更多的用在梁、板這些重要部位，而且這些部位在建筑結(jié)構(gòu)中會受到一定的彎折力。這種情況下，碎卵石混凝土較低的抗折強(qiáng)度對工程顯然是不利的。尤其是公路、橋梁工程對混凝土的抗折有著很高的要求，這種情況下，碎卵石混凝土顯然不是最好的選擇。

碎卵石存在一定量的光滑面，在成型時光滑面對水泥漿體的握裹力偏低。在抗壓試驗中，碎卵石破碎面比例隨著摻量的增加而逐步提高時，碎卵石混凝土的抗壓強(qiáng)度并沒有隨之降低，而抗折強(qiáng)度降低的規(guī)律明顯?？梢娫谔囟ㄇ闆r下，破碎面比例對碎卵石混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果影響不大，而對抗折強(qiáng)度方面存在明顯的不利因素。

[ID:010428]