寧夏地區(qū)白云碎屑灰?guī)r粗骨料品質對預拌混凝土性能的影響

王進軍 王存福 楊巖 焦全春 張志成 朱永和 李祿祿 劉瑩

摘 要：【目的】水利與建筑行業(yè)在混凝土原材料、配合比等方面存在差異，導致預拌混凝土在水利工程中的應用受到影響，所以需要對其影響情況進行研究?！痉椒ā客ㄟ^對寧夏地區(qū)白云碎屑灰?guī)r進行室內試驗，研究混凝土粗骨料最大粒徑、泥塊含量和針片狀含量對混凝土工作性能、抗壓強度、抗凍性，并通過SEM分析觀察泥塊含量對混凝土密實性和黏結強度的影響?！窘Y果】試驗結果表明：粗骨料最大粒徑對預拌混凝土性能影響較??；隨著粗骨料泥塊含量的增大，預拌混凝土工作性能明顯降低；隨著針片狀骨料含量的增加，水泥混凝土的坍落度呈降低趨勢；通過SEM技術發(fā)現(xiàn)骨料中泥塊含量增加將導致不同程度的結構薄弱區(qū)和缺陷。【結論】通過對預拌混凝土性能影響因素進行研究，對寧夏地區(qū)水利工程質量控制具有指導意義，為地方水利工程質量檢測提供參考。

關鍵詞：預拌混凝土；最大粒徑；泥塊含量；針片狀含量；SEM分析

中圖分類號：TV62；TV882.1? ?文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-5168（2024）03-0048-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.010

Study on the Influence of the Quality of Coarse Aggregate of White Cloud Clastic Limestone on the Performance of Ready-Mixed Concrete in Ningxia Area

WANG Jinjun1 WANG Cunfu1 YANG Yan1 JIAO Quanchun1 ZHANG Zhicheng1

ZHU Yonghe2 LI Lulu2 LIU Ying2

（1.Ningxia Shuifa Haiyuan Water Supply Co.， Ltd.， Zhongwei 755000，China; 2. Jianghe Anlan Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003，China）

Abstract： [Purposes] The differences in concrete raw materials and mix proportions between water conservancy and construction industries have affected the application of ready-mixed concrete in water conservancy projects， so it is necessary to study its impact.[Methods] Through the indoor test of dolomite clastic limestone in Ningxia area， the effects of the maximum particle size of concrete coarse aggregate， the content of mud and the content of needle flake on the working performance， compressive strength and frost resistance of concrete were studied， and the effect of mud content on the compactness and bonding strength of concrete was observed by SEM analysis. [Findings] The test results show that the maximum particle size of coarse aggregate has little effect on the performance of ready-mixed concrete. With the increase of the content of coarse aggregate mud block， the working performance of ready-mixed concrete is obviously reduced. With the increase of the content of needle-like aggregate， the slump of cement concrete decreases. Through SEM technology， it is found that forming different degrees of structural weak areas and defects.[Conclusions] Through the research on the influencing factors of ready-mixed concrete performance， it has guiding significance for the quality control of water conservancy projects in Ningxia， and provides reference for the quality inspection of local water conservancy projects.

Keywords： ready-mixed concrete; maximum particle size; mud content; needle flake content; SEM analysis

0 引言

預拌混凝土是指在攪拌站（樓）生產的，通過運輸設備送至使用地點、交貨時為拌和物的混凝土［1］。與傳統(tǒng)建設施工過程中的自拌混凝土相比，預拌混凝土具有生產過程集中、管理規(guī)范、經濟環(huán)保等優(yōu)點，在建筑、水利等不同行業(yè)得到廣泛推廣和應用。

預拌混凝土在生產過程中骨料品質執(zhí)行《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ 52—2006）。與水利行業(yè)標準《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677—2014）中對骨料的品質要求相比，差異主要體現(xiàn)在骨料級配、針片狀、含泥量及泥塊含量等方面。大量研究結果表明，骨料級配對混凝土的早期收縮性能、強度及微觀結構等具有顯著影響［2-4］；骨料含泥量、泥塊含量對混凝土的工作性能、外加劑性能發(fā)揮及耐久性等具有不利影響［5-6］。

本研究通過室內試驗，以粗骨料入手，分析不同混凝土骨料品質要求主要差異指標，骨料最大粒徑、泥塊含量及針片狀含量對不同配合比預拌混凝土工作性能、抗壓強度及抗凍性的影響，并通過SEM電鏡分析研究泥塊含量對混凝土密實性的影響。以期為預拌混凝土在水利行業(yè)的推廣應用、檢驗評價、標準制定等提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 試驗方案

1.1 粗骨料最大粒徑

水利行業(yè)混凝土用粗骨料一般選用粒徑為5～20 mm或20～40 mm的碎石；建筑行業(yè)則為 5～31.5 mm粒徑的碎石。選取與國標碎石同種巖性的碎石進行破碎，獲取粒徑31.5～40 mm的碎石，按照一定比例摻加到粒徑20～31.5 mm的碎石中，使其變成粒徑20～40 mm的碎石。然后開展混凝土性能對比試驗，在碎石最大粒徑不同、其他因素相同的前提下，對比分析預拌混凝土工作性能、抗壓強度以及抗凍性能等主要性能，具體試驗工況見表1。

1.2 粗骨料泥塊含量

建筑行業(yè)依據(jù)《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ 52—2006），混凝土強度等級C30～C55時，粗骨料泥塊含量應≤0.7%；而混凝土強度等級≥C60時，粗骨料泥塊含量應≤0.5%。而水利行業(yè)依據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677—2014），混凝土設計強度等級≥30 MPa時，不允許含有粗骨料泥塊。在粗骨料中摻入不同比例的泥塊，用以檢測不同泥塊摻量對預拌混凝土工作性能、抗壓強度及抗凍性能的影響。利用粉土把含水量控制在25%左右，過5 mm篩擠壓成泥條，風干后切段或掰斷成小節(jié)，再經過2.5 mm的篩子過篩，使泥塊粒徑控制在5 mm以下、2.5 mm以上。選用0.30水膠比作為研究對象，在用水量、外加劑總量不變，水膠比和膠凝材料維持原來比例的條件下，按照粗骨料重量的百分數(shù)摻入泥塊，使其保持在0.2%、0.5%及0.7%。試驗用混凝土配合比選用表1中混凝土編號YB-0.30-JGJ配合比，不同泥塊含量試驗編號分別為YB-0.30-JZ、YB-0.30-NK0.2%（0.5%、0.7%）。

1.3 原材料

試驗所用水泥為P.O42.5水泥，粉煤灰為F類Ⅰ級粉煤灰，減水劑為聚羧酸系標準型高效減水劑，引氣劑為AE型引氣劑，骨料均為灰?guī)r，人工破碎碎石。所有原材料均檢測滿足相關規(guī)范要求。

2 試驗結果分析

2.1 粗骨料最大粒徑影響結果分析

在進行粗骨料最大粒徑對預拌混凝土性能影響試驗的過程中發(fā)現(xiàn)，在用水量、膠凝材料不變的前提下，碎石最大粒徑為31.5 mm及40 mm時，預拌混凝土的工作性能、坍落度、含泥量、坍落度1 h經時變化量變化不明顯。

在兩種水膠比條件下，用最大粒徑為40 mm的碎石拌制的混凝土7 d、28 d抗壓強度均略大于最大粒徑為31.5 mm的碎石拌制的混凝土7 d、28 d抗壓強度，但差異不明顯，僅提高約2%。在兩種水膠比條件下，用最大粒徑為40 mm的碎石拌制的混凝土凍融循環(huán)質量損失率和相對動彈性模量與最大粒徑為31.5 mm的碎石拌制的混凝土的結果基本相同。這表明在一般情況下，預拌混凝土質量主要取決于膠凝材料用量、水膠比、骨料、外加劑等因素，粗骨料最大粒徑對預拌混凝土工作性能、抗壓強度及抗凍性能影響不大。

2.2 粗骨料泥塊含量影響結果分析

混凝土粗骨料中的泥塊通過攪拌，依然以泥粉的形態(tài)存在于混凝土中，對于混凝土拌和物，特別是使用聚羧酸減水劑的混凝土工作性能影響較大。隨著泥塊含量的摻量增加，坍落流動度明顯降低，坍落度經時損失增加，含氣量降低，甚至出現(xiàn)無含氣的現(xiàn)象，混凝土容重也隨之增加。粗骨料不同泥塊含量對預拌混凝土抗壓強度、抗拉強度以及抗凍性能的影響結果如圖1至圖3所示。

由圖1可知，當粗骨料含泥塊在0.5%及以下時，影響混凝土抗壓強度不明顯；當粗骨料含泥塊超過0.5%時，對混凝土抗壓強度的影響較為明顯。水膠比為0.30時，7 d抗壓強度由泥塊含量0%的35.2 MPa下降到泥塊含量0.7%的29.1 MPa，下降約17.3%，28 d抗壓強度由泥塊含量0%的52.1 MPa下降到泥塊含量0.7%的43.6 MPa。依據(jù)（JGJ 52-2006），混凝土強度等級C30～C55時，粗骨料泥塊含量應≤0.7%，當混凝土強度≥C30、泥塊含量0.7%時，使用建筑行業(yè)粗骨料拌制的混凝土將比使用水利行業(yè)粗骨料拌制的混凝土強度低約10%。

由圖2和圖3可知，混凝土抗凍性對粗骨料泥塊含量較敏感，泥塊含量為0.2%時混凝土凍融循環(huán)質量損失率和相對動彈性模量均已發(fā)生明顯變化。水膠比為0.30時，與泥塊含量0%時相比，泥塊含量為0.2%、0.5%、0.7%時混凝土200次凍融循環(huán)質量損失率分別上升16.7%、38.9%、61.1%；泥塊含量為0.2%、0.5%、0.7%時混凝土200次凍融循環(huán)相對動彈性模量分別下降3.7%、8.5%、11.0%。依據(jù)《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ 52—2006），混凝土強度等級C30～C55時，粗骨料泥塊含量應≤0.7%，當混凝土強度≥C30、泥塊含量0.7%時，依據(jù)建筑行業(yè)拌制的混凝土將比依據(jù)水利行業(yè)標準拌制的混凝土凍融循環(huán)質量損失率約上升60%，相對動彈性模量約下降10%。

2.3 混凝土SEM結果分析

為研究泥塊對混凝土內部產生影響，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀測方法進行高分辨率透射電子像分析。

預拌混凝土基準組和粗骨料含泥量為0.5%試件28 d的SEM形貌如圖4和圖5所示。由圖4可知，基準組試件中鈣礬石相互相交錯搭接形成骨架，而C-S-H凝膠填充AFt相網(wǎng)狀結構的空隙，使得結構變得致密，基體中的各相形成穩(wěn)定且連續(xù)的載體。相較之下，粗骨料含泥中黏土質礦物會增加對外加劑的吸附，使得預拌混凝土拌和物的坍落度損失變大，工作性能變差。泥包裹在骨料的表面，濕泥逐漸失去水分，大大降低了骨料與水泥水化產物之間的界面黏結力，進而形成不同程度的結構薄弱區(qū)和缺陷。在微觀形貌上，混凝土體系形成微小裂縫等缺陷，如圖5中畫圈所示，這也導致混凝土的力學性能、變形性能和耐久性能出現(xiàn)下降。

2.4? 針片狀含量影響結果分析

研究結果表明，隨著針片狀骨料含量的增加，水泥混凝土的坍落度呈降低趨勢，當含量超過15%后降低愈加明顯。當針片狀摻量達到25%時，拌和物產生離析、泌水現(xiàn)象。這是由于針片狀骨料的比表面積要大得多，因此導致坍落度下降明顯、流動度減小，坍落度經時損失增加。

骨料針片狀含量在15%時，對水泥混凝土整體抗壓強度、劈裂強度的影響較小，但隨著針片狀含量的增加，混凝土強度呈下降趨勢，在針片狀含量達到25%時，混凝土強度明顯降低。

3? 結論

本研究通過對建筑與水利行業(yè)相關規(guī)范對寧夏地區(qū)白云灰?guī)r預拌混凝土粗骨料品質要求的差異進行對比，具體結論如下。

①粗骨料最大粒徑對預拌混凝土的工作性能、抗壓強度及抗凍性能均影響較小。

②隨著粗骨料泥塊含量的增大，預拌混凝土工作性能明顯降低。泥塊含量由0%增大到0.7%后，預拌混凝土抗壓強度、凍融循環(huán)相對動彈性模量分別降低約10%。

③隨著針片狀骨料含量的增加，水泥混凝土的坍落度呈降低趨勢，當含量超過15%后，降低愈加明顯；當針片狀摻量達到25%時，拌合物產生離析、泌水現(xiàn)象，混凝土強度明顯降低。

參考文獻：

［1］全國混凝土標準化技術委員會.預拌混凝土：GB/T 14902—2012［S］.北京：中國標準出版社，2012.

［2］張成銀，鄭磊，劉長順，等.粗骨料級配對混凝土早期收縮性能的影響［J］.混凝土與水泥制品，2022（11）：27-29，34.

［3］商曉陽，劉潤清，李永華，等.骨料級配對超高性能混凝土強度及孔結構的影響［J］.沈陽理工大學學報，2022，41（4）：49-55.

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