卵石粗骨料顆粒級配對混凝土施工性能影響的試驗(yàn)研究

唐旺，韓振響，李東軍

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

江西信江八字嘴航電樞紐項(xiàng)目工程BW2 標(biāo)段，是以航運(yùn)為主、兼顧發(fā)電等綜合利用的航電樞紐工程，項(xiàng)目所需混凝土達(dá)68 萬m3，大部分結(jié)構(gòu)為大體積混凝土。由于項(xiàng)目卵石資源較豐富，采用自采卵石作為混凝土骨料進(jìn)行結(jié)構(gòu)物施工是保證項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)、高效完成的關(guān)鍵。但本項(xiàng)目自采卵石級配波動(dòng)較大、壓碎指標(biāo)值高、針片狀顆粒含量較多，影響混凝土性能，故在保證混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性的前提下，如何對不同級配組成的卵石進(jìn)行工程運(yùn)用，有效利用自采卵石資源，是項(xiàng)目建設(shè)過程中需解決的關(guān)鍵問題。

目前國內(nèi)外學(xué)者圍繞卵石混凝土性能進(jìn)行了一系列相關(guān)的研究。李樹山等[1]從粗骨料粒徑、水灰比和齡期的角度，對卵石混凝土進(jìn)行力學(xué)性能的研究。徐歡等[2]通過人工篩選粗骨料，基于卵石形狀指數(shù)和顆粒級配，對自密實(shí)混凝土的工作性能和力學(xué)性能進(jìn)行研究。陳三安[3]基于塞爾維亞貝爾格萊德市Zemun-Borca 大橋項(xiàng)目，采用天然卵石作為大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋混凝土的粗骨料，對混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性等性能進(jìn)行研究。賈然等[4]基于不同水膠，從礦粉摻量的角度，對破碎卵石混凝土的力學(xué)性能和耐久性等性能進(jìn)行研究。陳代果等[5]通過在不同強(qiáng)度等級混凝土中預(yù)埋不同粒徑的天然卵石，采用MTS 液壓加載系統(tǒng)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，對水泥漿體與骨料界面過渡區(qū)的力學(xué)特征進(jìn)行研究，從宏觀上得到混凝土中卵石與漿體之間的界面黏結(jié)強(qiáng)度的大小及規(guī)律。閆紅偉等[6]以5～25 mm 連續(xù)粒級卵石為研究對象，研究顆粒級配對混凝土力學(xué)性能的影響。陳旭濤等[7]以非洲地區(qū)某新建港口項(xiàng)目為背景，從當(dāng)?shù)芈咽橇虾退槭橇系募壟洹⑿螤詈土W(xué)特性的角度，探討了在相同坍落度下卵石混凝土和碎石混凝土的力學(xué)性能，以及礦粉對卵石混凝土強(qiáng)度和收縮性能的改善效果。王樹新等[8]為了提高再生骨料在再生混凝土中的摻量，針對不同再生骨料摻量制備的水泥混凝土，通過力學(xué)特性分析，提出了一種新型再生骨料替代方式。綜上所述，國內(nèi)外對卵石混凝土應(yīng)用方面有較多理論研究，在工程實(shí)踐中，天然卵石性能各異，針對高吸水率卵石對混凝土施工性能和質(zhì)量影響的研究較少，還值得深入研究。

本試驗(yàn)以5～25 mm 連續(xù)粒級卵石為研究對象，研究顆粒級配對混凝土和易性、力學(xué)性能以及耐久性的影響，定量分析卵石級配對混凝土質(zhì)量影響，為施工企業(yè)控制混凝土的施工質(zhì)量提供參考，也為下一步通過改變卵石混凝土用水量、卵石粒形、砂率等參數(shù)，改善卵石混凝土施工和易性，提高施工效率提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 膠凝材料

水泥采用江西萬年青水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5級水泥，同時(shí)制作水泥砂漿試塊，用于后面測試水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度。

摻合料為粉煤灰，采用江西益材生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰。

1.2 外加劑

1.3 細(xì)骨料

細(xì)骨料為江西信江流域自采骨料，含泥量不超過《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[9]的要求，細(xì)骨料的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 細(xì)骨料的技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of fine aggregate

1.4 粗骨料

粗骨料為江西信江流域自采骨料，含泥量不超過《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[9]的要求，粗骨料的技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 粗骨料的技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of coarse aggregate

1.5 水

水采用江西信江地區(qū)的自來水。

2 卵石粗骨料顆粒級配對混凝土性能的影響

粗骨料是混凝土內(nèi)部組成材料中粒徑最大的材料，約占混凝土體積的45%～75%，是混凝土中重要組分之一，起到骨架的作用[10]。顆粒級配的優(yōu)良，會直接對混凝土性能造成影響，最終影響混凝土的施工質(zhì)量。江西信江八字嘴航電樞紐項(xiàng)目工程大部分混凝土運(yùn)輸、入倉采用罐車+泵送的組合方式，因此本試驗(yàn)以5～25 mm 連續(xù)粒級卵石為研究對象，探討在同一強(qiáng)度等級下不同的卵石級配狀態(tài)對混凝土性能的影響。

目前洋地黃毒苷臨床已很少應(yīng)用，所以市面上很難買到。為保留該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。用維拉帕米（鈣通道阻滯劑，臨床主要用于治療心律失常）[4]作為取代藥，以異丙腎上腺素為工具藥來區(qū)分普萘洛爾和維拉帕米對心臟的抑制作用及其作用機(jī)制。

2.1 粗骨料顆粒級配的確定

本試驗(yàn)依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[9]第4.5.4.3 條5～25 mm 連續(xù)粒級卵石的顆粒級配范圍，見表3，將5～25 mm 的卵石中小于10 mm 的卵石粒設(shè)定不同累計(jì)篩余百分比顆粒組。

表3 5～25 mm 卵石的顆粒級配范圍Table 3 particle gradation range of pebbles from 5 mm to 25 mm

從表3 可以看出，5～25mm 的卵石中小于10mm的小顆粒在2.36 mm 方孔篩上的累計(jì)篩余百分比是95%～100%，在4.75 mm 方孔篩上的累計(jì)篩余百分比是90%～100%。通過改變卵石顆粒級配，在對比試驗(yàn)中將5～25 mm 的卵石中小于10 mm 的小顆粒進(jìn)行篩分，在配合比試驗(yàn)階段分別加入含量為A（0%）、B（10%）、C（20%）、D（30%）、E（40%）、F（50%）的小顆粒。為確保級配，人為挑出每級粒徑中的針片狀卵石，人工調(diào)整卵石級配。試驗(yàn)用5～25 mm 連續(xù)粒級卵石的顆粒級配范圍見表4。

表4 試驗(yàn)用5～25 mm 卵石的顆粒級配范圍Table 4 Particle gradation range of pebbles from 5 mm to 25 mm for experiment

2.2 試驗(yàn)配合比

江西信江八字嘴航電樞紐項(xiàng)目中C30F50P6結(jié)構(gòu)混凝土工程量最多，因此選用C30F50P6 混凝土配合比進(jìn)行研究，基準(zhǔn)配比見表5。

表5 混凝土配合比Table 5 Proportioning of concrete mix

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)表4 和表5 分別配置卵石混凝土。對拌制的6 組混凝土分別進(jìn)行工作性能（密度、坍落度和倒置坍落度筒排空時(shí)間）、力學(xué)性能測試（7 d 和28 d 立方體抗壓強(qiáng)度）和耐久性測試（抗凍性和抗?jié)B等級評價(jià)）。測得的數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求，[11-12]試驗(yàn)結(jié)果見表6 和表7。

表6 粗骨料顆粒級配對卵石混凝土和易性和力學(xué)性能影響測試結(jié)果Table 6 Experiment results of influence of coarse aggregate gradation on workability and mechanical performance of pebble concrete

表7 粗骨料顆粒級配對卵石混凝土耐久性影響測試結(jié)果Table 7 Experiment results of influence of coarse aggregate gradation on durability of pebble concrete

由表6 及表7 可知：

1）混凝土拌合物A～F 組坍落度均滿足（180±20）mm 的施工要求，保水性、黏聚性良好，拌合物較粘稠。坍落度和倒置坍落度筒排空時(shí)間測試結(jié)果表明C 組的和易性最好，因此卵石混凝土的和易性不會隨著小顆粒所占比例的增大而改善。并且根據(jù)密度測試的結(jié)果，卵石混凝土的密度也同樣不會隨著小顆粒所占比例的增大而增大。

2）卵石7 d 立方體抗壓強(qiáng)度的最大值為27.6 MPa，最小值為21.8 MPa，28 d 立方體抗壓強(qiáng)度的最大值為40.0 MPa，最小值為31.9 MPa，因此顆粒級配對卵石混凝土早期強(qiáng)度的影響較大。

4）混凝土耐久性測試結(jié)果表明顆粒級配對本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)混凝土的抗?jié)B性能影響比抗凍性能影響大。混凝土拌合物A～F 組的抗凍等級均可達(dá)到F100，無麻面掉角現(xiàn)象，滿足F50 的技術(shù)要求，且凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到100 次時(shí)混凝土的質(zhì)量損失與相對動(dòng)彈模量均無明顯變化，因此還可繼續(xù)進(jìn)行混凝土凍融試驗(yàn)。A～F 組的抗?jié)B等級均達(dá)到P8，無滲水現(xiàn)象，滿足P6 的設(shè)計(jì)要求，劈開試塊可以發(fā)現(xiàn)在抗?jié)B等級P8 時(shí)混凝土滲水高度隨小顆粒所占比例的增大而減小。

4 結(jié)語

本文以5～25 mm 連續(xù)粒級卵石為研究對象，研究不同顆粒級配對混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）級配良好的卵石能使混凝土具有良好的工作性，但骨料中小顆粒含量過大或者過小，均無法獲得和易性最佳及密度最大的混凝土。

2）當(dāng)小石子在粗骨料中所占比例為0～50%時(shí)，顆粒級配對卵石混凝土工作性能的影響比力學(xué)性能影響大，并且在此比例范圍內(nèi)顆粒級配對卵石混凝土早期強(qiáng)度的影響較大。

3）耐久性測試結(jié)果表明顆粒級配對本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)混凝土的抗?jié)B性能影響比抗凍性能影響大。在本項(xiàng)目中混凝土的抗?jié)B性能隨小顆粒所占比例的增大而增大，但對其抗凍性能影響不大。

4）本次試驗(yàn)顆粒級配小顆粒含量20%時(shí)卵石混凝土的和易性最佳，50%時(shí)卵石混凝土的力學(xué)性能和抗?jié)B性能最佳。

本研究能為下一步通過改變卵石混凝土用水量、卵石粒形、砂率等參數(shù)，改善卵石混凝土施工性能，為施工企業(yè)提高施工效率及控制混凝土的施工質(zhì)量提供理論基礎(chǔ)。