碎石精加工骨料在预拌混凝土中的应用试验与配合比优化

罗全洪

(厦门路桥翔通股份有限公司五通分公司，福建 厦门361016)

0 前言

几年来，随着海西经济跨越发展，基建设施及房地产工程的大量投入，福建许多地区的建筑材料出现了紧缺现象，特别是混凝土所用的天然河砂消耗殆尽，其价格也不断攀高，因此，很多商品混凝土企业转向使用淡化海砂或者水洗石屑，虽一定程度缓解了天然河砂需求，但由于各种原因，淡化海砂或者水洗石屑也同时对混凝土工作性能、耐久性能带来各种影响，给工程造成了许多预想不到的风险。

在这种背景下，许多工程技术人员特别是混凝土方面技术人员花费大量精力力图改变这种资源困境。有技术人员通过长期考察和研究，对以巴马克原理为背景的骨料精加工系统及其核心技术进行分析，认为该系统可以对普通碎石进行精加工，获得质量稳定的精品碎石和优良的机制砂[1]；也有技术人员对碎石精加工系统在商混站中应用及对所加工形成精品碎石、机制砂混合料用于预拌混凝土中做了一些的研究试验[2]；他们均认为碎石精加工混凝土骨料可以应用到预拌混凝土中，从而达到降低成本及提高产品质量的目的。在此基础上，笔者也调查了福建地区目前仅有莆田及漳州两地两家商混站生产碎石精加工骨料的质量以及应用状况，与两家搅拌站技术人员共同探讨和分析，对混凝土配合比进行了对比试验及优化，为碎石精加工骨料在预拌混凝土中更好地应用出谋献策。

1 对比试验

1.1 试验用原材料

精品机制砂：花岗岩质，石粉含量5.0%，泥块含量0.0%，表观密度2630 kg/m3,堆积密度1520kg/m3,细度模数2.6，Ⅱ区中砂，价格65 元/m3。

精品碎石： 花岗岩质，5 ～31.5mm 连续级配，含泥量0.3%，泥块含量0.0，针片状含量3.5%，压碎指标8.9%，表观密度2640kg/m3,堆积密度1530kg/m3，价格70 元/m3。

表1 试验对比：在用泵送配合比

普通碎石： 花岗岩质，5 ～31.5mm 连续级配，含泥量0.5%，泥块含量0.1%，针片状含量10.5%，压碎指标12.0%，表观密度2620 kg/m3,堆积密度1490kg/m3,价格53 元/m3。

天然河砂：Ⅱ区中砂、细度模数2.6、泥块含量0.4%、含泥量1%,表观密度2590kg/m3,堆积密度1420kg/m3,价格77 元/m3。

水泥：龙岩闽福P·O42.5R，28d 强度54.5MPa，密度3.15g/cm3，价格450 元/吨。

粉煤灰：本地后石电厂Ⅱ级F 类，细度20%，需水量比101%，28d 活性指数为65%，密度2.35g/cm3，价格190 元/吨。

矿渣微粉：本地三钢S95 级，28d 活性指数96%，密度2.75g/cm3，价格350 元/吨。

高效缓凝外加剂：本地LQ-100 聚羧酸系，1.15%减水率19%，掺量α为1.5%～2.5%，凝结时间10～12h，密度1.15g/cm3，含固量33%；抗压强度比130%，价格3200 元/吨。

1.2 试验方案

采用目前在建筑工程使用的C25 ～C50 泵送备用系统配合比，该配合比考虑了福建省建设主管部门下发的有关掺合料使用的规定要求[3]。本次试验采用两个方案，主要是骨料组分发生变化，其他组分不变。方案1：用普通碎石、河砂等骨料对在用的C25 ～C50 系统泵送配合比进行验证；方案2：用精品碎石（5 ～16mm、16 ～25mm 两种规格碎石混合而成的连续级配）、混合砂（50%的河砂、50%机制砂掺配而成），并对比两个方案的混凝土工作性能和部分力学性能，两个方案的系统配合比见表1。

1.3 试验结果与分析

1.3.1 试验结果

表2 混凝土工作性能与部分力学性能

1.3.2 结果分析

1）做出方案1 与方案2 水胶比与28d 强度关系图, 方案2所配制的各强度等级的混凝土抗压强度均优于方案1，约高过一个等级。如图1。

2）方案2 较方案1 的混凝土工作性能如混凝土初始坍落度、扩展度以及1h 经时损失等表现更佳；

图1 方案1 与方案2 之水胶比与强度关系图

3）做为验证配合比的方案1，其工作性能和部分的力学性能的表现也能满足备用配合比使用要求。

4）从以上结果可以看出，使用碎石精加工骨料可以改善混凝土工作性能，提高混凝土抗压强度，改善混凝土抗渗性能。作为C50 以上高强度等级混凝土如箱梁等使用完全能满足要求，并且可以降低混凝土成本，但如用于普通混凝土上，显然成本较高，不能承受，需要进行配合比优化。

2 配合比优化

2.1 建立一元回归方程

针对上述试验结果，可以建立起碎石精加工骨料系统配合比中水胶比与28d 强度关系的一元回归线性方程式，如图2。通过分析，碎石精加工骨料系统配合比28d 强度与水胶比的一元线性回归关系式为：fcu,o=-145.96 W/B +117.36，按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》确定出新的碎石精加工骨料系统配合比。

图2 碎石精加工骨料系统配合比回归分析图

2.2 配合比优化设计

优化后配合比及成本结果如表3。

2.3 配合比验证结果

结论：经过配合比优化验证，碎石精加工骨料所配制的混凝土各项工作性能及部分力学性能能满足普通混凝土要求，该系统配合比能够满足房建工程使用。

3 工程应用

上述碎石精加工骨料配合比又通过几次验证，其工作性能及大部分力学性能、耐久性能均能满足工程需要，富余系数也能满足要求，列入了备用配合比并应用到某大桥的桩基、承台、墩身及箱梁部分，以及一些公共工程和房地产项目。通过28d 现场强度跟踪及统计，C30 配合比共使用25 次约5000 m3，组数60 组，强度平均值34.9MPa； C35 配合比共使用28次约4000m3，组数45 组，强度平均值39.8MPa；C40 混凝土共使用18 次约3500m3，组数22 组，强度平均值45.6MPa；C45 混凝土共使用8 次约3500m3，组数13 组，强度平均值50.4MPa；C50 混凝土共使用25 次约4000m3，组数34 组，强度平均值56.7MPa；这些工程的混凝土强度均能满足要求，且成本较低 （平均成本降低8 ～12 元/m3），取得了良好的经济效益。

表3 碎石精加工骨料系统配合比

表4 混凝土工作性能与部分力学性能

4 结论

用普通碎石通过精加工形成精品砂石骨料，产成品的各项技术指标均优于普通骨料，用于预拌混凝土所表现的各项工作性能及力学性能也同样优于普通骨料，且可以解决当前天然砂资源困境。虽然碎石再加工需要设备及资金的大量投入，产成品的成本大大高于普通碎石，但可以通过配合比优化来解决这些问题，工程上应用也能满足要求，并能克服淡化海砂或者水洗石屑给工程造成了许多预想不到的风险。由于碎石精加工工艺复杂性，本文还未能对机制砂含粉量变化对混凝土各项性能产生影响作出评判，留待今后做进一步研究。

[1] 彭建良，苏志切等.骨料精加工系统的应用及其核心技术的分析》；商品混凝土；2011（10）

[2] 陈志友.精品砂石骨料生产系统在商混站中的应用探讨[J]; 江西建材；2011（02）

[3] 关于开展预拌砼和现浇砼结构工程专项整治工作的通知 闽建建 [2011]47 号

[4] 彭建良，沈云翔.骨料的拨开系数用于泵送混凝土配合比设计的方法探讨[J]；福建建筑,2010（06）

[5] 普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2011