細骨料配合比優(yōu)化和預拌混凝土性能研究

慈芳芳

（山東省調水工程運行維護中心青島分中心，山東 青島 266100）

當前，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，全國各地基礎設施建設也正在快速推進，對于混凝土材料的需求量越來越大。由于混凝土用量日益增加，配制混凝土所消耗的骨料也明顯增加，通過統(tǒng)計相關信息發(fā)現(xiàn)，我國每一年消耗天然砂石高達50 億t[1]。由于天然河砂受到資源短缺、價格上漲等因素的影響，加之，處于快速發(fā)展期的建筑行業(yè)也迫切需要一種新的混凝土細集料，有效緩解甚至解決我國河砂短缺的問題，而利用當?shù)氐臋C制砂、山砂等細骨料配制混凝土也成為必然趨勢。而通過多種骨料混配混凝土，不僅可以改善骨料的級別，也有利于提高混凝土的性能。因此。本文對混凝土配合比及其優(yōu)化展開研究，有助于進一步推廣替代河砂的細骨料，降低生產混凝土所用成本，并在一定程度上提升產品質量。

在混凝土試配及預拌混凝土生產中，只有根據(jù)預拌混凝土的性能要求及工程特點，在充分考慮材料各項指標實際情況的基礎上，進行混凝土配合比設計，才能確保預拌混凝土的生產質量。而已有的混凝土配合比設計軟件及系統(tǒng)多預設原材料質量良好，與混凝土生產的實際狀況不符。尤其是在當前骨料種類繁多，劣質骨料使用較多的情況下，已有的軟件及系統(tǒng)對骨料的重視程度較低，已經難以適合當前的生產要求。

1 試 驗

1.1 原材料

試驗所用原材料主要有P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，河砂、山砂、機制砂、石子、外加劑、水等。

粗骨料使用5～25 mm 級配碎石，詳細見表1，篩分狀況如圖1 示。

圖1 細骨料級配對比結果

表1 粗骨料基本信息

因機制砂級配、具有較高的吸水率等不同因素的影響，它的空隙率比河砂小，但通過機制砂配制混凝土用水量比較大。

砂的細度模數(shù)求解公式如下：

其中：α1-α7：方篩孔尺寸分別為4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0（篩底）的累計篩余量（%）。

通過分析圖1 不同細骨料級配差異可知，細骨料及山砂出現(xiàn)多個粒徑累計篩余大于1 區(qū)砂范圍的狀況，而河砂的粒徑累計篩余處于《建筑用砂》所規(guī)定的I 區(qū)范圍之內[2]。分析發(fā)現(xiàn)，山砂因通過水洗處理，中間顆粒比較多，細顆粒少；細骨料偏大于2.36 mm 的大顆粒及0.63 mm 以下的小顆粒多，紅箭顆粒比較少[3～5]。細骨料及山砂以上級配會使得混凝土用水量及其膠材用量顯著增加，從而導致其性能下降、增加建設成本等問題。

1.2 試驗設計

整個試驗使用正交試驗法，將砂率、漿骨比、山砂與機制砂的混配比例三個因素考慮在內，每一項因素均取3 個水平，如表2 示。為進一步與河砂展開比較，選取10、11、12 這三組作為對照組，10 組所用細骨料均為山砂，11 組均為機制砂，12 組則全部是河砂，而不同因素組合及配合比具體情況如表3。

表2 各種因素的水平表

表3 不同因素組合及配合比情況

2 混凝土性能影響結果分析

2.1 實驗結果

對各組配合比條件下混凝土工作性能、耐久性及力學性能展開檢測，其中，通過坍落度展現(xiàn)混凝土的工作性能，借助氯離子擴散系數(shù)反映其耐久性，利用7 d、28 d 齡期抗壓強度來展現(xiàn)混凝土經過硬化后的力學性能，具體結果見表4。

2.2 極差分析

對同一個指標，采用各項因素與之對應的極差R 大小展現(xiàn)這一因素對指標產生的影響。從所配制混凝土的坍落度來說，依據(jù)不同的影響程度，其從大到小的排列順序為：B＞A＞C，考慮到所設置坍落度目標值為180±30 mm，選取A1B1C3能夠達到實際要求，因此，將其當做最優(yōu)組合。

對7 d、28 d 混凝土抗壓強度，根據(jù)其影響程度自大至小排序均為A=B＞C，最優(yōu)條件下應選定的組合為A2B2C2。自配制的混凝土其氯離子擴散系數(shù)方面分析，各項因素根據(jù)其影響程度由大至小排列是A＞B＞C，應該選出的最優(yōu)組合為A3B1C1。

全面分析不同因素對混凝土的工作、力學、耐久性產生的影響，設定所選出的最優(yōu)水平組合是A1B1C3，見表5。

表4 各組試驗結果

表5 極差分析詳細結果

3 結 論

機制砂和山砂混合配制的混凝土膠材用量、砂率比較大，具有良好的經濟性和力學性能，且機制砂、山砂進行混配，有利于優(yōu)化骨料級配，混凝土用水量明顯減少，滿足實際要求。全面分析不同因素對混凝土的工作、力學、耐久性產生的影響最優(yōu)水平組合是A1B1C3。