废石沫作混凝土细骨料在混凝土应用中的试验性能研究

魏忠，牛成功，陈文彬，吴跃辉，宋姗，贾亚琼，宋盼

（河南中建西部建设有限公司，河南 郑州 451450）

0 引言

在混凝土体积总量中，细骨料的占比在 30%～40%之间，成为生产混凝土的主要原材料之一，并且在混凝土材料系统中起着重大作用，例如填充粗骨料之间的间隙、与胶凝材料形成砂浆等。另外，骨料级配对混凝土的强度、耐久性也起到很大的影响，较好的骨料级配应当是：空隙率小，以减少填充骨料之间间隙的胶凝材料用量，并确保密实性。为了达到混凝土和易性要求，骨料还需具有较小的总比表面积。因此，细骨料的质量和级配直接影响到混凝土的性能，如和易性、强度、耐久性等[1]。

Ⅱ 区的天然中砂是一种优良的混凝土细骨料，然而由于天然砂资源的日益短缺，以及地理分布不均匀等原因，寻找代替天然砂的原材料刻不容缓。机制砂细度模数偏高，单独作为细骨料时，颗粒粒形较差、表面形状不均匀且粗糙不光滑。如果将其单独用作混凝土细骨料的组分，则会导致混凝土的和易性和可泵性能较差，同时导致混凝土骨料系统中的级配是不连续的，从而影响混凝土的强度和耐久性等性能。废石屑单独作为混凝土细骨料组分时，细度模数偏低，其总表面积偏大，与胶凝材料形成浆体组分时所需胶凝材料的用量增加，从而增加了混凝土开裂的风险，同时也增加了混凝土的生产成本[2-3]。

根据上述情况以及当地的原材料市场，本文主要研究了级配、细度模数较差的机制砂和当地骨料生产线废弃的废石沫（0～5mm），并进行细骨料最小空隙率搭配试验，以便搭配出级配合理、空隙率小的最佳比例细骨料，从而制备出性能良好的混凝土。

1 试验原材料

1.1 水泥

在实际生产中，水泥品种的选择应从多方面来进行考虑，其中包括浇筑部位、混凝土的强度等级等。根据实际情况，本试验所用水泥为河南禹州天瑞水泥，规格型号为 P·O42.5，具体的性能指标如表1所示。

1.2 矿物掺合料

矿粉的加入可改善混凝土的工作性能，试验所选用的矿粉为河南晋钢建材有限公司所生产的 S95 级矿粉，该矿粉具体的性能指标为表2所示。

表1 水泥性能指标

表2 矿粉性能指标

添加粉煤灰可以起到改善混凝土性能和降低混凝土生产成本的双重作用。该试验所用的粉煤灰为 Ⅱ 级粉煤灰（由巩义怡晟有限公司所生产），该粉煤灰具体的性能指标为表3所示。

表3 粉煤灰性能指标

1.3 减水剂

该试验所用的减水剂为河南新星建材有限公司生产的高效减水剂，具体性能指标如表4所示。

表4 减水剂性能指标

1.4 粗、细骨料

该试验所用细骨料为本地区域内生产的机制砂及矿山生产产生的废石沫，粗骨料的规格为 5～20mm 的碎石，具体试验数据分别如表5和表6所示。

表5 细骨料的性能指标

表6 粗骨料的性能指标

2 试验过程和分析

2.1 试验设计

将机制砂与废石沫分别按质量比为 8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6 混合成5组细骨料，分别测定其空隙率，以及所制备混凝土的和易性、强度等性能，从而找出最佳搭配比例的细骨料。

2.2 试验用配合比

表7 试验用配合比 kg/m3

2.3 试验结果及分析

由表8以及图 1、图2可知，机制砂与废石屑搭配比例为 6∶4 时，混合料松散堆积密度和紧密堆积密度具有最低的空隙率。

表8 各比例混合料空隙率情况

图1 搭配比例与松散堆积空隙率折线图

选定比例为 6∶4 时级配较好，该比例混合料的筛余结果如表9所示，从表中可以看出，根据该比例制备的细骨料混合物满足 Ⅱ 区中砂的级配要求[4]。

五组细骨料混合料所制备 C30 混凝土的性能指标由表10所示，可知在相同配比下不同级配的细骨料对混凝土和易性有较大程度的影响。当混合料空隙率最小时，其细度模数及级配均满足国家标准要求中混凝土用砂为 Ⅱ 区中砂的要求，且混凝土拌合物和易性良好，泵送性能、28d 强度均满足国家标准要求。

表9 6∶4 比例混合料筛余情况

图2 搭配比例与紧密堆积空隙率折线图

3 结论

（1）机制砂与废石屑搭配比例为 6∶4 时，混合料松散堆积密度和紧密堆积密度具有最低的空隙率。

（2）机制砂与废石屑搭配比例为 6∶4 时，混凝土拌合物和易性良好，泵送性能和 28d 强度均符合国家标准要求。