定制碎石骨料對(duì)泵送混凝土性能影響的研究與應(yīng)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(qū) 712000；2. 陜西恒盛集團(tuán)新材料研究中心，陜西 西咸新區(qū) 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(dān)主要的外力荷載和內(nèi)部應(yīng)力，是混凝土體積穩(wěn)定性的主要承擔(dān)者[1,2]。近年來，隨著環(huán)境資源約束的增強(qiáng)和環(huán)保督查的不斷升級(jí)，采用科學(xué)化開采、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、專業(yè)化運(yùn)輸?shù)牡V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(biāo)準(zhǔn) GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》中對(duì)于碎石顆粒級(jí)配的技術(shù)要求比較寬松，只規(guī)定了每一粒級(jí)的區(qū)間范圍，混凝土公司驗(yàn)收時(shí)只要顆粒級(jí)配符合相應(yīng)粒級(jí)范圍的碎石都視為合格。然而，驗(yàn)收合格的骨料由于粒徑組合不同導(dǎo)致碎石的空隙率等指標(biāo)是變化的，從而間接影響著混凝土生產(chǎn)的穩(wěn)定性[3-6]。因此本文依托某超高層項(xiàng)目，進(jìn)行碎石骨料空隙率對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究，進(jìn)而定制骨料，專料專供，以實(shí)現(xiàn)提高混凝土品質(zhì)，保障混凝土工程質(zhì)量的目的。

1 C50 泵送混凝土試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥采用陜西冀東 P·O42.5 水泥，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)滿足國標(biāo) 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(jí)粉煤灰，細(xì)度21%，燒失量 5.2%；礦粉采用陜西韓城大唐盛龍 S95級(jí)礦粉，流動(dòng)度比 96%，7d 活性指數(shù) 74%，28d 活性指數(shù) 96%；天然細(xì)骨料采用陜西寶雞中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量 1%；減水劑采用江蘇蘇博特公司生產(chǎn)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(chǎn)的 5～16mm 和 16～25mm 碎石，顆粒級(jí)配符合國標(biāo) GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》的要求，基本性能指標(biāo)見表 1。

表1 骨料基本性能

1.2 試驗(yàn)方案

在混凝土企業(yè)的生產(chǎn)過程中，常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用鏟車將 5～16mm 和 16～25mm 兩種規(guī)格的碎石骨料混合使用，這往往會(huì)造成骨料質(zhì)量波動(dòng)，從而影響混凝土質(zhì)量。如果能夠從廠家源頭將骨料混合好，能有效地解決

這個(gè)問題。試驗(yàn)分別對(duì) 5～16mm、16～25mm 骨料進(jìn)行篩分，然后分別按照 9:1、8:2、7:3、6:4 的比例進(jìn)行混合，并測(cè)定松散堆積密度、緊密堆積密度、空隙率等數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行 C50 混凝土的試驗(yàn)研究和應(yīng)用，試驗(yàn)配比見表 2。

表2 試配配比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同比例碎石混合對(duì)骨料指標(biāo)的影響

將 5～16mm 和 16～25mm 兩種規(guī)格的碎石骨料分別按照 9:1、8:2、7:3、6:4 的比例進(jìn)行混合，并測(cè)定基礎(chǔ)指標(biāo)，結(jié)果見表 3。

表3 不同比例混合碎石骨料基礎(chǔ)指標(biāo)

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(xì)碎石 5～16mm 粒級(jí)含量逐漸增多，混合骨料的松散空隙率呈逐漸降低的趨勢(shì)。這表明，較細(xì)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(gè)方面說明，日常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用鏟車將兩種骨料混合使用的連續(xù)級(jí)配的骨料，其基本指標(biāo)是有所不同的，因此將不同粒級(jí)碎石骨料按規(guī)定混合，對(duì)于保持粗骨料和混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性具有重要意義。

2.2 不同比例混合碎石對(duì) C50 混凝土物理性能的影響

試驗(yàn)結(jié)合某在建超高層項(xiàng)目，依次采用 9:1、8:2、7:3、6:4 混合的碎石骨料進(jìn)行 C50 泵送混凝土試配，并通過坍落度、擴(kuò)展度、倒提時(shí)間等物理性能測(cè)試，對(duì)混凝土的抗離析性能和泵送性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)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(biāo)

圖1 混凝土坍落度、擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 混凝土倒提時(shí)間、V 型漏斗試驗(yàn)結(jié)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(kuò)展度和坍落度分別在 560～580mm 之間和 220～240mm 之間波動(dòng)。其中，在混合比例為 9:1 時(shí)，混凝土擴(kuò)展度最大，坍落度卻最小，這是因?yàn)榇藭r(shí)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(shí)，砂漿裹著骨料流動(dòng)，靜置后骨料在中間堆積，混凝土擴(kuò)展度由外層的砂漿呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為擴(kuò)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(shí)間由 16s 降低到13s，同時(shí)坍落度筒倒提時(shí)間由 8s 降低到 7s，這表明混凝土的包裹性和流動(dòng)性呈現(xiàn)逐漸變好的趨勢(shì)，混凝土抗離析性能和可泵送性能增強(qiáng)。這是因?yàn)椋S著骨料空隙率的減小，骨料級(jí)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(dòng)性。綜合擴(kuò)展度和坍落度數(shù)據(jù)可知，當(dāng) 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例為 6:4 時(shí)，混凝土物理性能最好。

2.3 不同比例混合碎石對(duì) C50 混凝土力學(xué)性能的影響

試驗(yàn)依次對(duì)不同比例混合碎石 C50 泵送混凝土的7d、28d、60d 抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見表 5 和圖3。

表5 不同比例混合碎石骨料混凝土力學(xué)性能指標(biāo)

圖3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

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

試驗(yàn)結(jié)合混合骨料空隙率變化和物理力學(xué)性能變化，采用 6:4 的比例進(jìn)行混合骨料定制化生產(chǎn)，考慮到骨料生產(chǎn)過程中的人為及篩網(wǎng)磨損等因素易造成的骨料生產(chǎn)波動(dòng)，在骨料進(jìn)場(chǎng)時(shí)建立以空隙率為主要檢測(cè)指標(biāo)的每日進(jìn)廠驗(yàn)收制度，跟蹤骨料生產(chǎn)和應(yīng)用情況，如表 6 和圖 4 所示。經(jīng)過連續(xù)的空隙率監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，定制的混合骨料空隙率會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，說明骨料的品質(zhì)發(fā)生了變化，這時(shí)就需要及時(shí)將情況反饋給骨料生產(chǎn)方，查找問題并調(diào)整，以保證骨料質(zhì)量的穩(wěn)定性。

圖4 定制骨料進(jìn)場(chǎng)空隙率監(jiān)測(cè)圖

表6 定制骨料進(jìn)場(chǎng)空隙率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3 結(jié)果與討論

混凝土企業(yè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用鏟車將兩種或幾種骨料混合使用的連續(xù)級(jí)配的骨料，其基本指標(biāo)是有所不同的，因此通過在生產(chǎn)源頭進(jìn)行不同粒級(jí)碎石骨料按規(guī)定混合，對(duì)于保持粗骨料和混凝土質(zhì)量穩(wěn)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(xù)級(jí)配骨料的空隙率，進(jìn)而提高混凝土的物理性能和力學(xué)性能。當(dāng)混合比例為 6:4 時(shí)，骨料空隙率最低，同時(shí)生產(chǎn)的混凝土泵送性能、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)最好。

由骨料生產(chǎn)商從源頭開始進(jìn)行骨料質(zhì)量把控，混凝土公司進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，并且雙方建立完善的反饋和溝通對(duì)接機(jī)制，可以顯著提高骨料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，進(jìn)而保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性。