定制碎石骨料对泵送混凝土性能影响的研究与应用

赵世冉，宋心，王建华，李楠，王平，周帅平

（1. 陕西秦汉恒盛新型建材科技股份有限公司，陕西 西咸新区 712000；2. 陕西恒盛集团新材料研究中心，陕西 西咸新区 712000）

0 前言

粗骨料是混凝土材料的重要组成部分，占混凝土体积的 50%～70%，承担主要的外力荷载和内部应力，是混凝土体积稳定性的主要承担者[1,2]。近年来，随着环境资源约束的增强和环保督查的不断升级，采用科学化开采、标准化生产、专业化运输的矿山碎石逐步取代河流中的卵石成为混凝土的主要骨料。

国家标准 GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》中对于碎石颗粒级配的技术要求比较宽松，只规定了每一粒级的区间范围，混凝土公司验收时只要颗粒级配符合相应粒级范围的碎石都视为合格。然而，验收合格的骨料由于粒径组合不同导致碎石的空隙率等指标是变化的，从而间接影响着混凝土生产的稳定性[3-6]。因此本文依托某超高层项目，进行碎石骨料空隙率对混凝土性能影响的试验研究，进而定制骨料，专料专供，以实现提高混凝土品质，保障混凝土工程质量的目的。

1 C50 泵送混凝土试验

1.1 试验原材料

试验水泥采用陕西冀东 P·O42.5 水泥，各项检测指标满足国标 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的要求；粉煤灰采用陕西韩城大唐盛龙Ⅱ级粉煤灰，细度21%，烧失量 5.2%；矿粉采用陕西韩城大唐盛龙 S95级矿粉，流动度比 96%，7d 活性指数 74%，28d 活性指数 96%；天然细骨料采用陕西宝鸡中砂，细度模数2.6，含泥量 1%；减水剂采用江苏苏博特公司生产的聚羧酸系高效减水剂，固含量 26%，减水率 25%。粗骨料采用冀东水泥铜川有限公司生产的 5～16mm 和 16～25mm 碎石，颗粒级配符合国标 GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》的要求，基本性能指标见表 1。

表1 骨料基本性能

1.2 试验方案

在混凝土企业的生产过程中，常根据经验用铲车将 5～16mm 和 16～25mm 两种规格的碎石骨料混合使用，这往往会造成骨料质量波动，从而影响混凝土质量。如果能够从厂家源头将骨料混合好，能有效地解决

这个问题。试验分别对 5～16mm、16～25mm 骨料进行筛分，然后分别按照 9:1、8:2、7:3、6:4 的比例进行混合，并测定松散堆积密度、紧密堆积密度、空隙率等数据，并在此基础上进行 C50 混凝土的试验研究和应用，试验配比见表 2。

表2 试配配比 kg/m3

2 试验结果与讨论

2.1 不同比例碎石混合对骨料指标的影响

将 5～16mm 和 16～25mm 两种规格的碎石骨料分别按照 9:1、8:2、7:3、6:4 的比例进行混合，并测定基础指标，结果见表 3。

表3 不同比例混合碎石骨料基础指标

由表 3 可知，随着 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例由 9:1 变化到 6:4，较细碎石 5～16mm 粒级含量逐渐增多，混合骨料的松散空隙率呈逐渐降低的趋势。这表明，较细的 5～16mm 碎石颗粒中一部分填充了 16～25mm 碎石的空隙，从而降低了混合骨料的空隙率。这也从另一个方面说明，日常根据经验用铲车将两种骨料混合使用的连续级配的骨料，其基本指标是有所不同的，因此将不同粒级碎石骨料按规定混合，对于保持粗骨料和混凝土质量稳定性具有重要意义。

2.2 不同比例混合碎石对 C50 混凝土物理性能的影响

试验结合某在建超高层项目，依次采用 9:1、8:2、7:3、6:4 混合的碎石骨料进行 C50 泵送混凝土试配，并通过坍落度、扩展度、倒提时间等物理性能测试，对混凝土的抗离析性能和泵送性能进行评价，试验结果见表 4 和图 1、图 2。

表4 不同比例混合碎石骨料混凝土物理性能指标

图1 混凝土坍落度、扩展度试验结果

图2 混凝土倒提时间、V 型漏斗试验结果

由图 1 可知，在胶凝材料总量足够的情况下，随着 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例的变化，混凝土的扩展度和坍落度分别在 560～580mm 之间和 220～240mm 之间波动。其中，在混合比例为 9:1 时，混凝土扩展度最大，坍落度却最小，这是因为此时混合骨料大部分为 16～25mm 粒径，混凝土空隙率较大，砂浆填充在空隙之间，坍落度桶提起时，砂浆裹着骨料流动，静置后骨料在中间堆积，混凝土扩展度由外层的砂浆呈现，数据上表现为扩展度较大，坍落度较小。

由图 2 可知，在碎石混合比例由 9:1 变化到 6:4 的过程中，混凝土通过 V 型漏斗的时间由 16s 降低到13s，同时坍落度筒倒提时间由 8s 降低到 7s，这表明混凝土的包裹性和流动性呈现逐渐变好的趋势，混凝土抗离析性能和可泵送性能增强。这是因为，随着骨料空隙率的减小，骨料级配趋于合理，在水泥砂浆总量不变的情况下，需要填充骨料空隙的砂浆减少，用于包裹骨料的砂浆增加，提高了混凝土的流动性。综合扩展度和坍落度数据可知，当 16～25mm 和 5～16mm 碎石混合比例为 6:4 时，混凝土物理性能最好。

2.3 不同比例混合碎石对 C50 混凝土力学性能的影响

试验依次对不同比例混合碎石 C50 泵送混凝土的7d、28d、60d 抗压强度进行了测试，结果见表 5 和图3。

表5 不同比例混合碎石骨料混凝土力学性能指标

图3 混凝土抗压强度试验结果

由图 3 可知，随着养护龄期和碎石混合比例的变化，混凝土的抗压强度逐渐增强，并且混合比例为 7:3和 6:4 的混凝土抗压强度高于混合比例为 8:2 和 9:1 的混凝土，当混合比例为 6:4 时，混凝土抗压强度最高。这表明，随着骨料空隙率的减小，混凝土密实度增加，抗压强度增加。

试验结合混合骨料空隙率变化和物理力学性能变化，采用 6:4 的比例进行混合骨料定制化生产，考虑到骨料生产过程中的人为及筛网磨损等因素易造成的骨料生产波动，在骨料进场时建立以空隙率为主要检测指标的每日进厂验收制度，跟踪骨料生产和应用情况，如表 6 和图 4 所示。经过连续的空隙率监测发现，定制的混合骨料空隙率会出现波动，说明骨料的品质发生了变化，这时就需要及时将情况反馈给骨料生产方，查找问题并调整，以保证骨料质量的稳定性。

图4 定制骨料进场空隙率监测图

表6 定制骨料进场空隙率监测数据

3 结果与讨论

混凝土企业根据经验用铲车将两种或几种骨料混合使用的连续级配的骨料，其基本指标是有所不同的，因此通过在生产源头进行不同粒级碎石骨料按规定混合，对于保持粗骨料和混凝土质量稳定性具有重要意义。

将 16～25mm 和 5～16mm 两种碎石按照不同比例混合可以降低连续级配骨料的空隙率，进而提高混凝土的物理性能和力学性能。当混合比例为 6:4 时，骨料空隙率最低，同时生产的混凝土泵送性能、抗压强度等指标最好。

由骨料生产商从源头开始进行骨料质量把控，混凝土公司进场验收，并且双方建立完善的反馈和沟通对接机制，可以显著提高骨料的长期稳定性，进而保证混凝土质量的稳定性。