骨料级配对混凝土性能的影响研究

通过查阅相关文献、参考国标及行业标准，在满足砂石现行标准条件下，引入比粒度的概，通过级配优化研究确定砂石关键性技术指标，进一步验证砂石级配对混凝土性能的影响。本文还通过砂石级配的控制对混凝土性能进行定量研究，通过广泛试验制定企业质量标准，展现企业创新突破的能，为混凝土生产的质量和成本控制提供有效的数据支撑。

1试验

1.1主要仪器设备

TYE-2000E压力试验机；HJS-60双卧轴混凝土试验搅拌机；JJ-5水泥胶砂搅拌机；ZT-96胶砂试体成型振实台；ZBSX-92A震击式标准振筛机；1异振动台；坍落度桶；1000g、60kg电子天平；JJ-1A亚甲蓝搅拌机；1m长钢尺。

1.2原材料

水泥：四川峨胜水泥股份有限公司，P・O42.5R级，28d抗压强度50.8MPa，45|xm方孔筛筛余百分率为14%。

粉煤灰：自贡市顺永建材有限公司，I级，细度：8.8%；烧失量：3.0%，需水量比：93.1%o

矿粉：四川中林广升环保建材有限公司，S95级，活性指数：7d，73%；28d，97%o

砂：成都广汉宏茂产人工砂，II区中砂。

碎石：成都广汉宏茂产人工碎石，II类碎石，属5～25mm连续粒级。

外加剂：四川路加四通科技发展有效公司，HLP。

标准砂：厦门艾思欧标准砂有限公司，符合国标《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671—1999)的中国ISO标准砂。

水：自来水。

1.3试验方法

经筛分得到各分计砂石，根据比粒度、石粉含量、最大粒径等进行人工复配，对复配后的砂石进行表观特性检测、胶砂和试配等验证。砂石的级配、松散密度、表观密度、空隙率、细度模数等按照《普通混凝土砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006和《高性能混凝土用骨料》(JG/T568—2019；扩展度和坍落度按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080—2016；混凝土抗压强度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002。

1.4砂的制备

通过筛分得到4.75.2.36、1.18，0.6、0.3、0.15，0.075mm、筛底共计8个单级的砂，在II区砂中分别选取比粒度为3.6、4.6、5.6、6.6的砂。固定0.15mm筛下的总量，控制石粉含量为0、5%.10%，研究复配后的砂的空隙率、胶砂需水量比和流动度比的影响，筛选出最优砂进行后续试配验证(注：①A1、A2、A3、A4分别代表比粒度为3.6、4.6、5.6、6.6，②B1、B2、B3分别代表石粉含量为0、5%，10%)。

1.5碎石的制备

研究《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52—2006）和《高性能混凝土用骨料》（JG/T568-2019）标准关于连续级配5～25mm碎石的级配范围，取标准中累计筛余的上限区间、中值区间、下限区间的碎石进行复配，测得各级配碎石的表观特性。根据结果再进行5～25mm连续级配累计筛余的7/8区间、6/8区间、5/8区间或3/8区间、2/8区间、1/8区间的复，测得表观特性，得到最低空隙率，筛选出最优碎石进行后续试配验证。

1.6配合比设计

砂石级配的验证试配中，配合比设计需固定各胶凝材料的量和砂率，通过调整外加剂和水胶比，在工作性能大致相同的条件下对比基准砂石和级配优化后的砂石混凝土拌和物后期强度。

砂石级配的成本测算验证试配中，基准组采用搅拌站实际生产配合比，对照组在此基础上减少胶凝材料总量（改变胶材成分占比）。由于试验表明使用级配优化的砂石可降低砂率，故对照组较基准组降低2%砂率。对比基准砂石和对照组混凝土拌和物的工作性、后期强度及成本。

2试验结果及分析

2.1复配砂表观特性及胶砂试验

在2区砂范围内，通过比粒度和石粉含量控制机制砂级配，得出13组试验方案及结果见表1。

1）第5～7组相较基准组紧密堆积密度增大了100～150kg/m³，M密堆积空隙率降低了3%～5%，第3～7组胶砂需水量比较低，第5～7组流动度较大，相较基准组胶砂需水量比降低了近10%，流动度增加了40～50mmo主要原因为在一定范围内，随着比粒度的增大，比表面积增大，胶砂需水量比变大，胶砂流动性变差。

2）相同比粒度下，固定150μm筛网筛下的总量，石粉含量的占比对空隙率影响较小；随着石粉含量的增大，胶砂需水量比增大，流动度减小，但对空隙率影响较小，因为石粉有较大的比表面积，会导致混凝土拌和物变黏或增大用水量。

3）综合考虑空隙率及胶砂需水量比，采用第6组A2B2进行后续试验。

2.2复配碎石表观特性

复配碎石级配-表观特性试验见表2。

在5～25mm连续粒级范围内，中值靠近上限有较小空隙率，由表2可得以下结论。

1）设置级配时最大粒径未考虑26.5mm筛网及以上碎石，因为连续级配中最大粒径为31.5mm的碎石在拌和物中裸露，混凝土匀质性、包裹性较差，且根据《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ10-2011）⑻中规定，最小内径为125mm的混凝土输送管中粗骨料最大粒径不应大于25mm。

2）由于级配靠近上限区间，整体碎石比表面积较小，混凝土中使用更少的水或胶材用量就能达到较好的工作性能；较低的空隙率所需砂率就越小，粗集料相比细集料有更高的强度，更易提高混凝土后期强度。

3）选用5～25nun连续粒级累计筛余6/8区间C3进行对比级配优化后的骨料和普通骨料在不同砂率下的空后续试验。

2.3骨料级配优化试配验证

对比级配优化后的骨料和普通骨料在不同砂率下的空隙率及试配结果见表3。

1）砂率升高导致空隙率降低，但不是空隙率越低拌和物工作性能就越好。随着砂率的增大，骨料总比表面积增大，需要更多浆体填充，试验表明，采用44%〜46%砂率C30混凝土拌和物性能最佳。

2）级配优化后的骨料在降低0.3%-0.5%的外加剂掺量的情况下，相比普通骨料能够保证有大致相同的工作性能，节省成本的同时提高强度。

3）级配优化后的骨料能够在相同的工作性能下降低砂率，提高强度。

3结论

1）比粒度对砂空隙率和胶砂需水量比影响较大，应控制在4.5-5.5，细度模数应控制在2.6〜2.9；石粉含量过高会导致混凝土拌和物变黏或增加用水量，应控制在7.0%以内。

2）5～25mm连续粒级碎石在累计筛余中值靠近6/8区间有较小空隙率，最大粒径不应大于25mm，使用该级配碎石可降低砂率和用水量。

3）较好的砂石级配能够降低胶凝材料和外加剂用量，在保证工作性能和强度不变的条件下，有效节省成本。

4）在一定范围内空隙率越低混凝土质量越好，但并没有绝对的线性关系，主要因为混凝土质量影响因素复杂，不能从单一角度评判其好坏。因此，研究砂石最低空隙率是否具有现实意义有待进一步研究。