高强度等级碎卵石混凝土试验研究

李亚南

(1.安徽省·淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 230002；2.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽 合肥 230088)

0 前 言

混凝土发展至今已有几十年的历史，期间一直使用破碎岩石作为主要粗骨料。导致了破碎岩石开采量大、优质资源减少、污染严重、环境恶化等问题。在“十三五”规划中提到我国将要紧紧抓住改善环境质量这个核心，实施质量和总量双管控，加强和完善环境监测体系建设，科学决策、系统治污，分区分类、分级分项，精细管理，精准发力。朝着习近平总书记提出的蓝天常在、青山常在、绿水常在的目标不断前进。随着环境保护力度的加大、打击非法开采山石工作的进一步深入，破碎岩石作为一种不可再生资源，必然会变得越来越紧俏。而建筑废料回收再利用制成的混凝土粗骨料，由于种种原因，目前基本还停留在研究层面，并不能形成大量使用的局面。在这种情况下，由卵石破碎形成的碎石配制混凝土成为了当前热门的课题。

目前，安徽省有部分混凝土生产企业在不同程度地使用碎卵石，尤其是安徽中北部地区，碎石资源并不十分丰富，且受到环境保护政策的制约，碎石的开采量有时并不能满足发展的需要。但由于过去很长时间内，混凝土市场一直使用碎石作为粗集料配制混凝土，导致使用方对掺有碎卵石的混凝土的质量存在疑义，对碎卵石混凝土较为排斥。其原因主要是因为碎石使用范围广、技术成熟、易于配制一般工程所需强度等级的混凝土，所以碎石作为粗骨料在安徽省大部分地区易被建设方所认可。至于用破碎卵石配制混凝土的情况，在大部分地区建设方的接受度不高。主要原因还是因为人们都认为破碎卵石配制混凝土易泌水、对浆体握裹力不足、强度偏低。本文通过用碎石、碎卵石两种粗集料配制不同强度等级的混凝土的方法，得出碎石与碎卵石在不同掺加比例的情况下配制的混凝土试块的力学性能的数据，初步观察两者有无较大的差异，是否可以在一定情况下部分替换或者全部替换使用。

1 试验原材料

水泥为P·Ⅱ52.5安徽省滁州市全椒县海螺袋装水泥。主要性能指标如表1所示。

表1 P·Ⅱ52.5水泥主要物理、力学性能

细骨料为六安河砂。粗骨料为连续粒级5～25 mm安徽省巢湖市散兵镇碎石。主要性能指标如表2～3所示。

表2 砂主要性能指标

表3 碎石主要性能指标

粉煤灰为合肥联合公司Ⅰ级。主要性能指标如表4所示。

表4 粉煤灰主要性能指标 %

外加剂为江苏苏博特聚羧酸高性能减水剂。主要性能指标如表5所示。

表5 外加剂主要性能指标

本次试验用碎卵石产地六安，经过当地开采、破碎加工、冲洗后制成。部分物理性能如表6所示。

表6 碎卵石物理性能

卵石经过破碎后，由于破碎工艺、破碎次数及卵石成分的不同，会呈现出不同的破碎形态。外貌形态上的明显差异很大程度上会导致混凝土拌合物工作性上的差别。除此之外，碎卵石物理特性及岩性上也存在一定的差别。碎石由同一种岩石破碎而成，成分较为单一。卵石由于河流冲刷、运输的作用，造成一个地区的卵石可能由多种成分的岩石以互相交错的形式存在。针对碎卵石存在破碎面以及成分复杂的问题，在配制混凝土前，对其进行破碎面比例、母岩抗压强度的试验。

以中华人民共和国铁道部科学技术司科技基【2005】101号文《客运专线基床表层级配碎石暂行技术条件》中附录B[1]的试验方法作为参考，分成16～22.4 mm和22.4～31.5 mm两种粒径进行试验。得出该碎卵石16～22.4单级破碎面比例70.4%；22.4～31.5单级破碎面比例74.0%；总破碎面比例72.3%。取10块体积稍大的卵石原料，加工后进行母岩抗压强度试验。结果如表7所示。

表7 母岩抗压强度数值

由母岩抗压数据也可看出，碎卵石中确实存在多种岩石共存的特点，且各岩石种类之间性能差异较大，母岩抗压强度之间存在数倍的差异，这也会导致所成型的混凝土性能存在一定离散性。

2 试验方案

以碎石为粗骨料配制混凝土的配合比数据作为基准，在其他原材料用量保持不变的情况下，使用碎卵石完全替代碎石配制碎卵石混凝土。通过碎石混凝土及碎卵石混凝土之间抗压强度、抗折强度的数据对比，找到两者之间的区别。配合比见表8。

表8 C50配合比数据 单位：kg

3 试验结果及分析

力学性能见表9。

表9 力学性能总表

抗压试验中，碎卵石混凝土的强度无论以何种比例掺配，其强度均大于碎石混凝土。在两个龄期的结果中，碎卵石混凝土抗压强度最低值为碎石混凝土的101%，最高为106%。证明其在抗压强度方面完全可以替代碎石混凝土。值得注意的是，从抗压试验两个龄期碎卵石各掺配比例来看，强度增长规律并不相同，28 d龄期中，65%碎卵石掺量的混凝土抗压强度最高。90 d龄期中，100%掺量的抗压强度最高。可见碎卵石自身岩石种类多且各种类性能差异大的特点影响了其强度发展的规律。

抗折试验中，碎卵石混凝土随着掺配比例的提高，破碎面比例随之增加，强度必然降低。这是因为碎卵石破碎工艺导致的问题，不完全的破碎使其始终保留了一部分卵石光滑的界面，这在试验中造成了不利的影响，在成型的试件中形成了较多的薄弱点。而且无论碎卵石中各种岩石的性能如何，光滑面都是共有的特性。所以抗折强度取决于粗骨料的外貌形态，在母岩抗压强度相近的情况下，岩石种类对抗折强度无较明显影响。

4 结 论

碎卵石吸水率高于碎石，在混凝土成型前期一定程度上减缓了水泥水化的速度，后期又缓慢释放水分，延长水化时间，水泥浆体水化更加充分，导致了碎卵石混凝土的强度普遍要高于碎石混凝土。组成碎卵石的岩石种类繁多，其最优掺配比例因为自身岩石多样性的特性而很难确定。在此次试验中，65%碎卵石掺量的混凝土在28、90 d龄期的抗压强度试验中均表现良好，在不追求抗压强度最大值的情况下，可以作为参考。

碎卵石抗折强度受其自身特点的影响，略低于碎石混凝土。碎卵石混凝土的抗压强度虽然高于碎石混凝土，但高强度混凝土在一般建筑物中更多的用在梁、板这些重要部位，而且这些部位在建筑结构中会受到一定的弯折力。这种情况下，碎卵石混凝土较低的抗折强度对工程显然是不利的。尤其是公路、桥梁工程对混凝土的抗折有着很高的要求，这种情况下，碎卵石混凝土显然不是最好的选择。

碎卵石存在一定量的光滑面，在成型时光滑面对水泥浆体的握裹力偏低。在抗压试验中，碎卵石破碎面比例随着掺量的增加而逐步提高时，碎卵石混凝土的抗压强度并没有随之降低，而抗折强度降低的规律明显。可见在特定情况下，破碎面比例对碎卵石混凝土抗压强度结果影响不大，而对抗折强度方面存在明显的不利因素。

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