粗集料對(duì)混凝土性能的影響及生產(chǎn)中的控制

劉 鋼 陳明宇

(新疆喀什西部建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 喀什 844000)

0 引言

在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中，原材料的質(zhì)量不是穩(wěn)定不變的，而是處于不斷變化的狀態(tài)，尤其是不同地區(qū)砂石料的質(zhì)量不一樣，并且同一地區(qū)的砂石料質(zhì)量也不可能一成不變。砂石料在混凝土中體積比例占到60%～70%，起到骨架的作用，對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度和耐久性都有很大影響，近年來隨著現(xiàn)代混凝土在全世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，天然砂石資源日益緊缺，且質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良、顆粒級(jí)配良好、含泥量小的砂石越來越少，因此，在現(xiàn)在的混凝土生產(chǎn)中，加強(qiáng)砂石料對(duì)混凝土性能影響的研究越來越必要。

粗集料對(duì)混凝土作用非常重要，它在混凝土中起著主要的骨架作用，級(jí)配良好、孔隙率小的粗集料，可以在滿足混凝土強(qiáng)度、耐久性和施工工作性的前提下，獲得節(jié)約水泥的經(jīng)濟(jì)效果，這對(duì)混凝土企業(yè)的生產(chǎn)非常重要。本文以喀什地區(qū)預(yù)拌混凝土用粗集料為對(duì)象，通過理論分析和試驗(yàn)，討論了粗集料的含泥量、粒型和顆粒級(jí)配等指標(biāo)對(duì)混凝土性能的影響，并對(duì)不同使用粗集料的混凝土進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析，以實(shí)現(xiàn)混凝土配合比的優(yōu)化并指導(dǎo)生產(chǎn)，達(dá)到有效控制混凝土的質(zhì)量，為實(shí)際混凝土生產(chǎn)中粗集料的選擇和配合比設(shè)計(jì)提供參考。

1 粗集料的物理性質(zhì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生的影響

以下粗集料通指石子。

1.1 石子的形狀和質(zhì)構(gòu)對(duì)混凝土性能的影響

1)對(duì)工作性的影響。石子的粒型和顆粒級(jí)配對(duì)混凝土的工作性產(chǎn)生影響，粒型差的石子(如針片狀含量較高)混凝土工作性就較差，要達(dá)到同樣的工作性就需要更多水泥漿的潤(rùn)滑作用，造成水泥用量增大，且對(duì)混凝土耐久性產(chǎn)生不利影響。2)對(duì)力學(xué)性能的影響。石子的特性對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，是通過石子與石子之間的機(jī)械作用和與漿體之間的粘結(jié)作用來實(shí)現(xiàn)的，表面粗糙、幾何形狀復(fù)雜的石子(如碎石)與水泥漿之間接觸面增加，粘結(jié)作用增強(qiáng)，與石子之間機(jī)械嵌鎖作用增強(qiáng)，因此帶來更高的強(qiáng)度，但形狀過于復(fù)雜(如針片狀含量多)則會(huì)帶來反作用。

1.2 顆粒級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響

石子的重要性能指標(biāo)之一是顆粒級(jí)配或者粒徑分布，這個(gè)性能指標(biāo)決定了工作性良好的混凝土對(duì)水泥漿的需求量和工作性。因?yàn)樗嗍腔炷林谐杀咀罡叩牟糠?，人們總是希望施工性、?qiáng)度和耐久性俱佳的混凝土需求盡可能少的水泥漿。考慮到混凝土是由緊密堆積的石子和其間填充的起到粘結(jié)作用的水泥砂漿所構(gòu)成時(shí)，石子的級(jí)配就顯得非常重要了。水泥砂漿的需求量是由石子間需填充的空隙和石子的需要包裹的表面決定的。

國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)于石子的顆粒級(jí)配進(jìn)行過深入的研究，并取得了一些成果，如Fuller首次提出了骨料最大密度曲線理論，陳建奎教授通過對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)的絕對(duì)體積法重新審視，建立了普遍適用的混凝土體積模型，這些理論和數(shù)學(xué)模型建立的目的是為了實(shí)現(xiàn)骨料的最緊密堆積。

1.3 含泥量對(duì)混凝土性能的影響

這里的含泥量泛指淤泥、粘土、污垢和有機(jī)物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)覆蓋在石子表面，不僅會(huì)影響石子與砂漿的粘結(jié)效果，還會(huì)增大混凝土的用水量，甚至某些有機(jī)物還會(huì)對(duì)水泥的水化作用產(chǎn)生影響。

2 原材料、試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 原材料

2.1.1 水泥

克州青松水泥有限責(zé)任公司普硅P.O42.5水泥，物理性能見表1。

又有這句諺語：“到男人心里去的路通過胃。”是說男人好吃，碰上會(huì)做菜款待他們的女人，容易上鉤。于是就有人說：“到女人心里的路通過陰道?！睋?jù)說是民國(guó)初年精通英文的那位名學(xué)者說的，名字她叫不出，就曉得他替中國(guó)人多妻辯護(hù)的那句名言：“只有一只茶壺幾只茶杯，哪有一只茶壺一只茶杯的？”

表1 水泥物理性能

2.1.2 粉煤灰

采用華能喀什電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰(以下簡(jiǎn)稱 FA)，細(xì)度20.0%，燒失量6.8%，需水量比103%。

2.1.3 高效減水劑

采用聚羧酸高效減水劑(以下簡(jiǎn)稱PCA)，固含量20%，減水率27%。

2.1.4 卵石

地產(chǎn)連續(xù)級(jí)配的河卵石，壓碎值8.0%，針片狀含量8.0%。

2.1.5 河砂

地產(chǎn)河洗砂，屬二區(qū)粗砂，細(xì)度模數(shù)為3.3，含泥量為1.9%。

2.2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.2.1 石子含泥量對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度的影響及經(jīng)濟(jì)性分析

本試驗(yàn)主要比較不同含泥量的石子對(duì)配制混凝土的影響，將顆粒級(jí)配合格的石子，通過改變含泥量來配制混凝土，觀察其和易性及對(duì)混凝土經(jīng)濟(jì)性能產(chǎn)生的影響。采用人工添加土粉(粘土質(zhì)黃土，質(zhì)地均勻，過0.075 mm篩)配成含泥量為2%，4%，6%的石子，來考查其對(duì)混凝土的性能和經(jīng)濟(jì)性影響。

從表2結(jié)果可見，含泥量對(duì)混凝土拌合物的工作性和硬化后混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生了影響，一定量的含泥對(duì)混凝土拌合物的出機(jī)和易性是有好處的，但是對(duì)坍落度損失產(chǎn)生不利影響，含泥量越大，坍落度損失越快。且隨著含泥量的增大，混凝土的強(qiáng)度降低，從3號(hào)配合比的試驗(yàn)與1，2號(hào)的對(duì)比，經(jīng)測(cè)算，混凝土生產(chǎn)成本約降低了4元，可見控制含泥量對(duì)混凝土質(zhì)量是很重要的。

表2 石子含泥量對(duì)混凝土的影響

2.2.2 石子粒型和顆粒級(jí)配對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度的影響及經(jīng)濟(jì)性分析

選取兩種連續(xù)級(jí)配(5 mm～20 mm粒級(jí))卵石A和B(見圖1，圖2)，A粒型較好，顆粒級(jí)配符合JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，針片狀含量5%，孔隙率42%;B粒型較差，針片狀含量為11%，孔隙率48%，2.36 mm方孔篩篩余僅1.6%，不符合JGJ 52-2006顆粒級(jí)配范圍，以此兩種卵石來配制混凝土，觀察其和易性及對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生的影響。

圖1 卵石A

圖2 卵石B

由表3結(jié)果可見，配合比4由于卵石級(jí)配合理、針片狀含量較小，且為連續(xù)級(jí)配，因此混凝土出機(jī)坍落度比較大，且混凝土強(qiáng)度發(fā)展均優(yōu)于配合比5，配合比5由于針片狀含量較大及級(jí)配不良的影響，造成卵石的滾動(dòng)效應(yīng)減弱，混凝土流動(dòng)性變差，因此混凝土拌合物出機(jī)坍落度比配合比4小，1 h坍落度損失較大的原因可能是因?yàn)榧?jí)配不良和針片狀含量大造成了混凝土略微泌水。通過配合比6可見，即便每立方米混凝土降低了30 kg水泥，6號(hào)的7 d，28 d強(qiáng)度也優(yōu)于5號(hào)，6號(hào)的3 d強(qiáng)度較低是因?yàn)樵龃蠡炷翐搅克鶎?dǎo)致。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益方面，采用質(zhì)量較差的卵石，導(dǎo)致混凝土工作性能的下降和強(qiáng)度的損失，也就導(dǎo)致了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的降低。通過以上試驗(yàn)結(jié)果可見，優(yōu)化卵石的粒型及級(jí)配可以帶來混凝土工作性能和強(qiáng)度的提升，并帶來混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

表3 石子粒型對(duì)混凝土的影響

3 實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)卵石質(zhì)量的控制方法

隨著砂石等資源的日益枯竭，作為混凝土生產(chǎn)非常重要的原材料——砂石料質(zhì)量波動(dòng)加大，在生產(chǎn)中發(fā)生混凝土拌合物坍落度損失過快、容易堵泵及混凝土強(qiáng)度波動(dòng)大乃至不合格的情況經(jīng)常發(fā)生，混凝土的質(zhì)量控制越來越難。作者在實(shí)際生產(chǎn)中采取一系列針對(duì)性的措施來加強(qiáng)對(duì)卵石質(zhì)量的控制，確保了混凝土質(zhì)量水平的穩(wěn)定甚至在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了混凝土配合比的優(yōu)化，降低了生產(chǎn)成本，提高了混凝土生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有如下舉措:

1)要求石料廠對(duì)卵石進(jìn)行二次沖洗。石料廠為了加快生產(chǎn)速度及節(jié)約成本，石料往往沖洗的不干凈，甚至于用含泥漿的污水對(duì)石料進(jìn)行沖洗，造成了出廠的石料含泥量較大，對(duì)此我們嚴(yán)格要求石料廠嚴(yán)格控制石料的潔凈程度，對(duì)石料進(jìn)行二次沖洗，將進(jìn)廠卵石含泥量控制在1.0%以下。

2)建立了原材料分級(jí)制度，將卵石進(jìn)行分級(jí)(見圖3)，卵石定期進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于粒型、級(jí)配較好，比較潔凈的卵石給予較高的單價(jià)，較差的卵石給予較低的單價(jià)，使石料廠有加強(qiáng)出廠質(zhì)量監(jiān)控的主動(dòng)性。

圖3 進(jìn)廠原材料

通過以上措施的實(shí)施，使卵石的質(zhì)量控制在一個(gè)穩(wěn)定、良好的水平，不僅混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，和易性良好，在此基礎(chǔ)上又不斷進(jìn)行了混凝土配合比的優(yōu)化，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

粗集料對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度有很大影響，含泥量較大、粒型及級(jí)配不良的卵石，不僅對(duì)混凝土工作性能不良，還導(dǎo)致混凝土早、后期強(qiáng)度下降，對(duì)企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)配合比，提升經(jīng)濟(jì)效益不利?；炷辽a(chǎn)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中通過嚴(yán)格控制卵石的質(zhì)量，可以提高混凝土的質(zhì)量，進(jìn)而提升混凝土的質(zhì)量控制水平，由于混凝土企業(yè)的生產(chǎn)是規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)量巨大是顯著特點(diǎn)，因此，對(duì)卵石的質(zhì)量控制措施，會(huì)以較小的代價(jià)(嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)、石子單價(jià)的提高等)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益(混凝土強(qiáng)度的提高、質(zhì)量控制水平的穩(wěn)定和優(yōu)化配合比帶來成本的降低)，意義重大。

[1] [加]Sidney Mindess，[美]J.Francis Young David Darwin.混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2] 廉慧珍，李玉琳.當(dāng)前混凝土配合比“設(shè)計(jì)”存在的問題——關(guān)于混凝土配合比選擇方法的討論之一[J].混凝土，2009(3):51-52.

[3] 王小健，卜中平.強(qiáng)化再生粗骨料配制的再生混凝土的試驗(yàn)研究[J].山西建筑，2010，36(15):163-164.