卵石粗骨料颗粒级配对混凝土施工性能影响的试验研究

唐旺，韩振响，李东军

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

江西信江八字嘴航电枢纽项目工程BW2 标段，是以航运为主、兼顾发电等综合利用的航电枢纽工程，项目所需混凝土达68 万m3，大部分结构为大体积混凝土。由于项目卵石资源较丰富，采用自采卵石作为混凝土骨料进行结构物施工是保证项目经济、高效完成的关键。但本项目自采卵石级配波动较大、压碎指标值高、针片状颗粒含量较多，影响混凝土性能，故在保证混凝土结构强度、耐久性的前提下，如何对不同级配组成的卵石进行工程运用，有效利用自采卵石资源，是项目建设过程中需解决的关键问题。

目前国内外学者围绕卵石混凝土性能进行了一系列相关的研究。李树山等[1]从粗骨料粒径、水灰比和龄期的角度，对卵石混凝土进行力学性能的研究。徐欢等[2]通过人工筛选粗骨料，基于卵石形状指数和颗粒级配，对自密实混凝土的工作性能和力学性能进行研究。陈三安[3]基于塞尔维亚贝尔格莱德市Zemun-Borca 大桥项目，采用天然卵石作为大跨预应力混凝土连续梁桥混凝土的粗骨料，对混凝土工作性能、力学性能和耐久性等性能进行研究。贾然等[4]基于不同水胶，从矿粉掺量的角度，对破碎卵石混凝土的力学性能和耐久性等性能进行研究。陈代果等[5]通过在不同强度等级混凝土中预埋不同粒径的天然卵石，采用MTS 液压加载系统进行拉拔试验，对水泥浆体与骨料界面过渡区的力学特征进行研究，从宏观上得到混凝土中卵石与浆体之间的界面黏结强度的大小及规律。闫红伟等[6]以5～25 mm 连续粒级卵石为研究对象，研究颗粒级配对混凝土力学性能的影响。陈旭涛等[7]以非洲地区某新建港口项目为背景，从当地卵石骨料和碎石骨料的级配、形状和力学特性的角度，探讨了在相同坍落度下卵石混凝土和碎石混凝土的力学性能，以及矿粉对卵石混凝土强度和收缩性能的改善效果。王树新等[8]为了提高再生骨料在再生混凝土中的掺量，针对不同再生骨料掺量制备的水泥混凝土，通过力学特性分析，提出了一种新型再生骨料替代方式。综上所述，国内外对卵石混凝土应用方面有较多理论研究，在工程实践中，天然卵石性能各异，针对高吸水率卵石对混凝土施工性能和质量影响的研究较少，还值得深入研究。

本试验以5～25 mm 连续粒级卵石为研究对象，研究颗粒级配对混凝土和易性、力学性能以及耐久性的影响，定量分析卵石级配对混凝土质量影响，为施工企业控制混凝土的施工质量提供参考，也为下一步通过改变卵石混凝土用水量、卵石粒形、砂率等参数，改善卵石混凝土施工和易性，提高施工效率提供理论基础。

1 试验原材料

1.1 胶凝材料

水泥采用江西万年青水泥厂生产的P·O 42.5级水泥，同时制作水泥砂浆试块，用于后面测试水泥胶砂的抗压强度。

掺合料为粉煤灰，采用江西益材生产的F 类Ⅱ级粉煤灰。

1.2 外加剂

1.3 细骨料

细骨料为江西信江流域自采骨料，含泥量不超过《水运工程混凝土质量控制标准》[9]的要求，细骨料的技术指标见表1。

表1 细骨料的技术参数Table 1 Technical parameters of fine aggregate

1.4 粗骨料

粗骨料为江西信江流域自采骨料，含泥量不超过《水运工程混凝土质量控制标准》[9]的要求，粗骨料的技术指标见表2。

表2 粗骨料的技术参数Table 2 Technical parameters of coarse aggregate

1.5 水

水采用江西信江地区的自来水。

2 卵石粗骨料颗粒级配对混凝土性能的影响

粗骨料是混凝土内部组成材料中粒径最大的材料，约占混凝土体积的45%～75%，是混凝土中重要组分之一，起到骨架的作用[10]。颗粒级配的优良，会直接对混凝土性能造成影响，最终影响混凝土的施工质量。江西信江八字嘴航电枢纽项目工程大部分混凝土运输、入仓采用罐车+泵送的组合方式，因此本试验以5～25 mm 连续粒级卵石为研究对象，探讨在同一强度等级下不同的卵石级配状态对混凝土性能的影响。

目前洋地黄毒苷临床已很少应用，所以市面上很难买到。为保留该实验项目，我们对实验进行了改进。用维拉帕米（钙通道阻滞剂，临床主要用于治疗心律失常）[4]作为取代药，以异丙肾上腺素为工具药来区分普萘洛尔和维拉帕米对心脏的抑制作用及其作用机制。

2.1 粗骨料颗粒级配的确定

本试验依据《水运工程混凝土质量控制标准》[9]第4.5.4.3 条5～25 mm 连续粒级卵石的颗粒级配范围，见表3，将5～25 mm 的卵石中小于10 mm 的卵石粒设定不同累计筛余百分比颗粒组。

表3 5～25 mm 卵石的颗粒级配范围Table 3 particle gradation range of pebbles from 5 mm to 25 mm

从表3 可以看出，5～25mm 的卵石中小于10mm的小颗粒在2.36 mm 方孔筛上的累计筛余百分比是95%～100%，在4.75 mm 方孔筛上的累计筛余百分比是90%～100%。通过改变卵石颗粒级配，在对比试验中将5～25 mm 的卵石中小于10 mm 的小颗粒进行筛分，在配合比试验阶段分别加入含量为A（0%）、B（10%）、C（20%）、D（30%）、E（40%）、F（50%）的小颗粒。为确保级配，人为挑出每级粒径中的针片状卵石，人工调整卵石级配。试验用5～25 mm 连续粒级卵石的颗粒级配范围见表4。

表4 试验用5～25 mm 卵石的颗粒级配范围Table 4 Particle gradation range of pebbles from 5 mm to 25 mm for experiment

2.2 试验配合比

江西信江八字嘴航电枢纽项目中C30F50P6结构混凝土工程量最多，因此选用C30F50P6 混凝土配合比进行研究，基准配比见表5。

表5 混凝土配合比Table 5 Proportioning of concrete mix

3 试验结果与分析

根据表4 和表5 分别配置卵石混凝土。对拌制的6 组混凝土分别进行工作性能（密度、坍落度和倒置坍落度筒排空时间）、力学性能测试（7 d 和28 d 立方体抗压强度）和耐久性测试（抗冻性和抗渗等级评价）。测得的数据满足规范要求，[11-12]试验结果见表6 和表7。

表6 粗骨料颗粒级配对卵石混凝土和易性和力学性能影响测试结果Table 6 Experiment results of influence of coarse aggregate gradation on workability and mechanical performance of pebble concrete

表7 粗骨料颗粒级配对卵石混凝土耐久性影响测试结果Table 7 Experiment results of influence of coarse aggregate gradation on durability of pebble concrete

由表6 及表7 可知：

1）混凝土拌合物A～F 组坍落度均满足（180±20）mm 的施工要求，保水性、黏聚性良好，拌合物较粘稠。坍落度和倒置坍落度筒排空时间测试结果表明C 组的和易性最好，因此卵石混凝土的和易性不会随着小颗粒所占比例的增大而改善。并且根据密度测试的结果，卵石混凝土的密度也同样不会随着小颗粒所占比例的增大而增大。

2）卵石7 d 立方体抗压强度的最大值为27.6 MPa，最小值为21.8 MPa，28 d 立方体抗压强度的最大值为40.0 MPa，最小值为31.9 MPa，因此颗粒级配对卵石混凝土早期强度的影响较大。

4）混凝土耐久性测试结果表明颗粒级配对本项目结构混凝土的抗渗性能影响比抗冻性能影响大。混凝土拌合物A～F 组的抗冻等级均可达到F100，无麻面掉角现象，满足F50 的技术要求，且冻融循环次数达到100 次时混凝土的质量损失与相对动弹模量均无明显变化，因此还可继续进行混凝土冻融试验。A～F 组的抗渗等级均达到P8，无渗水现象，满足P6 的设计要求，劈开试块可以发现在抗渗等级P8 时混凝土渗水高度随小颗粒所占比例的增大而减小。

4 结语

本文以5～25 mm 连续粒级卵石为研究对象，研究不同颗粒级配对混凝土性能的影响，试验结果表明：

1）级配良好的卵石能使混凝土具有良好的工作性，但骨料中小颗粒含量过大或者过小，均无法获得和易性最佳及密度最大的混凝土。

2）当小石子在粗骨料中所占比例为0～50%时，颗粒级配对卵石混凝土工作性能的影响比力学性能影响大，并且在此比例范围内颗粒级配对卵石混凝土早期强度的影响较大。

3）耐久性测试结果表明颗粒级配对本项目结构混凝土的抗渗性能影响比抗冻性能影响大。在本项目中混凝土的抗渗性能随小颗粒所占比例的增大而增大，但对其抗冻性能影响不大。

4）本次试验颗粒级配小颗粒含量20%时卵石混凝土的和易性最佳，50%时卵石混凝土的力学性能和抗渗性能最佳。

本研究能为下一步通过改变卵石混凝土用水量、卵石粒形、砂率等参数，改善卵石混凝土施工性能，为施工企业提高施工效率及控制混凝土的施工质量提供理论基础。