粗集料对混凝土性能的影响及生产中的控制

刘 钢 陈明宇

(新疆喀什西部建设有限责任公司，新疆 喀什 844000)

0 引言

在预拌混凝土生产中，原材料的质量不是稳定不变的，而是处于不断变化的状态，尤其是不同地区砂石料的质量不一样，并且同一地区的砂石料质量也不可能一成不变。砂石料在混凝土中体积比例占到60%～70%，起到骨架的作用，对混凝土的和易性、强度和耐久性都有很大影响，近年来随着现代混凝土在全世界范围内的广泛应用，天然砂石资源日益紧缺，且质量稳定、性能优良、颗粒级配良好、含泥量小的砂石越来越少，因此，在现在的混凝土生产中，加强砂石料对混凝土性能影响的研究越来越必要。

粗集料对混凝土作用非常重要，它在混凝土中起着主要的骨架作用，级配良好、孔隙率小的粗集料，可以在满足混凝土强度、耐久性和施工工作性的前提下，获得节约水泥的经济效果，这对混凝土企业的生产非常重要。本文以喀什地区预拌混凝土用粗集料为对象，通过理论分析和试验，讨论了粗集料的含泥量、粒型和颗粒级配等指标对混凝土性能的影响，并对不同使用粗集料的混凝土进行经济成本分析，以实现混凝土配合比的优化并指导生产，达到有效控制混凝土的质量，为实际混凝土生产中粗集料的选择和配合比设计提供参考。

1 粗集料的物理性质对混凝土性能产生的影响

以下粗集料通指石子。

1.1 石子的形状和质构对混凝土性能的影响

1)对工作性的影响。石子的粒型和颗粒级配对混凝土的工作性产生影响，粒型差的石子(如针片状含量较高)混凝土工作性就较差，要达到同样的工作性就需要更多水泥浆的润滑作用，造成水泥用量增大，且对混凝土耐久性产生不利影响。2)对力学性能的影响。石子的特性对混凝土力学性能的影响，是通过石子与石子之间的机械作用和与浆体之间的粘结作用来实现的，表面粗糙、几何形状复杂的石子(如碎石)与水泥浆之间接触面增加，粘结作用增强，与石子之间机械嵌锁作用增强，因此带来更高的强度，但形状过于复杂(如针片状含量多)则会带来反作用。

1.2 颗粒级配对混凝土性能的影响

石子的重要性能指标之一是颗粒级配或者粒径分布，这个性能指标决定了工作性良好的混凝土对水泥浆的需求量和工作性。因为水泥是混凝土中成本最高的部分，人们总是希望施工性、强度和耐久性俱佳的混凝土需求尽可能少的水泥浆。考虑到混凝土是由紧密堆积的石子和其间填充的起到粘结作用的水泥砂浆所构成时，石子的级配就显得非常重要了。水泥砂浆的需求量是由石子间需填充的空隙和石子的需要包裹的表面决定的。

国内外的专家学者对于石子的颗粒级配进行过深入的研究，并取得了一些成果，如Fuller首次提出了骨料最大密度曲线理论，陈建奎教授通过对混凝土配合比设计的绝对体积法重新审视，建立了普遍适用的混凝土体积模型，这些理论和数学模型建立的目的是为了实现骨料的最紧密堆积。

1.3 含泥量对混凝土性能的影响

这里的含泥量泛指淤泥、粘土、污垢和有机物等杂质，这些杂质覆盖在石子表面，不仅会影响石子与砂浆的粘结效果，还会增大混凝土的用水量，甚至某些有机物还会对水泥的水化作用产生影响。

2 原材料、试验方法及结果分析

2.1 原材料

2.1.1 水泥

克州青松水泥有限责任公司普硅P.O42.5水泥，物理性能见表1。

又有这句谚语：“到男人心里去的路通过胃。”是说男人好吃，碰上会做菜款待他们的女人，容易上钩。于是就有人说：“到女人心里的路通过阴道。”据说是民国初年精通英文的那位名学者说的，名字她叫不出，就晓得他替中国人多妻辩护的那句名言：“只有一只茶壶几只茶杯，哪有一只茶壶一只茶杯的？”

表1 水泥物理性能

2.1.2 粉煤灰

采用华能喀什电厂的Ⅱ级粉煤灰(以下简称 FA)，细度20.0%，烧失量6.8%，需水量比103%。

2.1.3 高效减水剂

采用聚羧酸高效减水剂(以下简称PCA)，固含量20%，减水率27%。

2.1.4 卵石

地产连续级配的河卵石，压碎值8.0%，针片状含量8.0%。

2.1.5 河砂

地产河洗砂，属二区粗砂，细度模数为3.3，含泥量为1.9%。

2.2 试验方法及结果分析

2.2.1 石子含泥量对混凝土工作性、强度的影响及经济性分析

本试验主要比较不同含泥量的石子对配制混凝土的影响，将颗粒级配合格的石子，通过改变含泥量来配制混凝土，观察其和易性及对混凝土经济性能产生的影响。采用人工添加土粉(粘土质黄土，质地均匀，过0.075 mm筛)配成含泥量为2%，4%，6%的石子，来考查其对混凝土的性能和经济性影响。

从表2结果可见，含泥量对混凝土拌合物的工作性和硬化后混凝土的强度产生了影响，一定量的含泥对混凝土拌合物的出机和易性是有好处的，但是对坍落度损失产生不利影响，含泥量越大，坍落度损失越快。且随着含泥量的增大，混凝土的强度降低，从3号配合比的试验与1，2号的对比，经测算，混凝土生产成本约降低了4元，可见控制含泥量对混凝土质量是很重要的。

表2 石子含泥量对混凝土的影响

2.2.2 石子粒型和颗粒级配对混凝土工作性、强度的影响及经济性分析

选取两种连续级配(5 mm～20 mm粒级)卵石A和B(见图1，图2)，A粒型较好，颗粒级配符合JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准，针片状含量5%，孔隙率42%;B粒型较差，针片状含量为11%，孔隙率48%，2.36 mm方孔筛筛余仅1.6%，不符合JGJ 52-2006颗粒级配范围，以此两种卵石来配制混凝土，观察其和易性及对强度产生的影响。

图1 卵石A

图2 卵石B

由表3结果可见，配合比4由于卵石级配合理、针片状含量较小，且为连续级配，因此混凝土出机坍落度比较大，且混凝土强度发展均优于配合比5，配合比5由于针片状含量较大及级配不良的影响，造成卵石的滚动效应减弱，混凝土流动性变差，因此混凝土拌合物出机坍落度比配合比4小，1 h坍落度损失较大的原因可能是因为级配不良和针片状含量大造成了混凝土略微泌水。通过配合比6可见，即便每立方米混凝土降低了30 kg水泥，6号的7 d，28 d强度也优于5号，6号的3 d强度较低是因为增大混凝土掺量所导致。在技术经济效益方面，采用质量较差的卵石，导致混凝土工作性能的下降和强度的损失，也就导致了生产经济效益的降低。通过以上试验结果可见，优化卵石的粒型及级配可以带来混凝土工作性能和强度的提升，并带来混凝土技术经济效益的提高。

表3 石子粒型对混凝土的影响

3 实际生产中对卵石质量的控制方法

随着砂石等资源的日益枯竭，作为混凝土生产非常重要的原材料——砂石料质量波动加大，在生产中发生混凝土拌合物坍落度损失过快、容易堵泵及混凝土强度波动大乃至不合格的情况经常发生，混凝土的质量控制越来越难。作者在实际生产中采取一系列针对性的措施来加强对卵石质量的控制，确保了混凝土质量水平的稳定甚至在此基础上实现了混凝土配合比的优化，降低了生产成本，提高了混凝土生产企业的经济效益，有如下举措:

1)要求石料厂对卵石进行二次冲洗。石料厂为了加快生产速度及节约成本，石料往往冲洗的不干净，甚至于用含泥浆的污水对石料进行冲洗，造成了出厂的石料含泥量较大，对此我们严格要求石料厂严格控制石料的洁净程度，对石料进行二次冲洗，将进厂卵石含泥量控制在1.0%以下。

2)建立了原材料分级制度，将卵石进行分级(见图3)，卵石定期进行检验，根据检验结果，对于粒型、级配较好，比较洁净的卵石给予较高的单价，较差的卵石给予较低的单价，使石料厂有加强出厂质量监控的主动性。

图3 进厂原材料

通过以上措施的实施，使卵石的质量控制在一个稳定、良好的水平，不仅混凝土质量稳定，和易性良好，在此基础上又不断进行了混凝土配合比的优化，提高了企业的经济效益。

4 结语

粗集料对混凝土的和易性、强度有很大影响，含泥量较大、粒型及级配不良的卵石，不仅对混凝土工作性能不良，还导致混凝土早、后期强度下降，对企业优化生产配合比，提升经济效益不利。混凝土生产企业在实际生产中通过严格控制卵石的质量，可以提高混凝土的质量，进而提升混凝土的质量控制水平，由于混凝土企业的生产是规模化生产，生产量巨大是显著特点，因此，对卵石的质量控制措施，会以较小的代价(严把质量关、石子单价的提高等)带来显著的经济效益(混凝土强度的提高、质量控制水平的稳定和优化配合比带来成本的降低)，意义重大。

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