细骨料配合比优化和预拌混凝土性能研究

慈芳芳

（山东省调水工程运行维护中心青岛分中心，山东 青岛 266100）

当前，随着城镇化的快速发展，全国各地基础设施建设也正在快速推进，对于混凝土材料的需求量越来越大。由于混凝土用量日益增加，配制混凝土所消耗的骨料也明显增加，通过统计相关信息发现，我国每一年消耗天然砂石高达50 亿t[1]。由于天然河砂受到资源短缺、价格上涨等因素的影响，加之，处于快速发展期的建筑行业也迫切需要一种新的混凝土细集料，有效缓解甚至解决我国河砂短缺的问题，而利用当地的机制砂、山砂等细骨料配制混凝土也成为必然趋势。而通过多种骨料混配混凝土，不仅可以改善骨料的级别，也有利于提高混凝土的性能。因此。本文对混凝土配合比及其优化展开研究，有助于进一步推广替代河砂的细骨料，降低生产混凝土所用成本，并在一定程度上提升产品质量。

在混凝土试配及预拌混凝土生产中，只有根据预拌混凝土的性能要求及工程特点，在充分考虑材料各项指标实际情况的基础上，进行混凝土配合比设计，才能确保预拌混凝土的生产质量。而已有的混凝土配合比设计软件及系统多预设原材料质量良好，与混凝土生产的实际状况不符。尤其是在当前骨料种类繁多，劣质骨料使用较多的情况下，已有的软件及系统对骨料的重视程度较低，已经难以适合当前的生产要求。

1 试 验

1.1 原材料

试验所用原材料主要有P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，河砂、山砂、机制砂、石子、外加剂、水等。

粗骨料使用5～25 mm 级配碎石，详细见表1，筛分状况如图1 示。

图1 细骨料级配对比结果

表1 粗骨料基本信息

因机制砂级配、具有较高的吸水率等不同因素的影响，它的空隙率比河砂小，但通过机制砂配制混凝土用水量比较大。

砂的细度模数求解公式如下：

其中：α1-α7：方筛孔尺寸分别为4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0（筛底）的累计筛余量（%）。

通过分析图1 不同细骨料级配差异可知，细骨料及山砂出现多个粒径累计筛余大于1 区砂范围的状况，而河砂的粒径累计筛余处于《建筑用砂》所规定的I 区范围之内[2]。分析发现，山砂因通过水洗处理，中间颗粒比较多，细颗粒少；细骨料偏大于2.36 mm 的大颗粒及0.63 mm 以下的小颗粒多，红箭颗粒比较少[3～5]。细骨料及山砂以上级配会使得混凝土用水量及其胶材用量显著增加，从而导致其性能下降、增加建设成本等问题。

1.2 试验设计

整个试验使用正交试验法，将砂率、浆骨比、山砂与机制砂的混配比例三个因素考虑在内，每一项因素均取3 个水平，如表2 示。为进一步与河砂展开比较，选取10、11、12 这三组作为对照组，10 组所用细骨料均为山砂，11 组均为机制砂，12 组则全部是河砂，而不同因素组合及配合比具体情况如表3。

表2 各种因素的水平表

表3 不同因素组合及配合比情况

2 混凝土性能影响结果分析

2.1 实验结果

对各组配合比条件下混凝土工作性能、耐久性及力学性能展开检测，其中，通过坍落度展现混凝土的工作性能，借助氯离子扩散系数反映其耐久性，利用7 d、28 d 龄期抗压强度来展现混凝土经过硬化后的力学性能，具体结果见表4。

2.2 极差分析

对同一个指标，采用各项因素与之对应的极差R 大小展现这一因素对指标产生的影响。从所配制混凝土的坍落度来说，依据不同的影响程度，其从大到小的排列顺序为：B＞A＞C，考虑到所设置坍落度目标值为180±30 mm，选取A1B1C3能够达到实际要求，因此，将其当做最优组合。

对7 d、28 d 混凝土抗压强度，根据其影响程度自大至小排序均为A=B＞C，最优条件下应选定的组合为A2B2C2。自配制的混凝土其氯离子扩散系数方面分析，各项因素根据其影响程度由大至小排列是A＞B＞C，应该选出的最优组合为A3B1C1。

全面分析不同因素对混凝土的工作、力学、耐久性产生的影响，设定所选出的最优水平组合是A1B1C3，见表5。

表4 各组试验结果

表5 极差分析详细结果

3 结 论

机制砂和山砂混合配制的混凝土胶材用量、砂率比较大，具有良好的经济性和力学性能，且机制砂、山砂进行混配，有利于优化骨料级配，混凝土用水量明显减少，满足实际要求。全面分析不同因素对混凝土的工作、力学、耐久性产生的影响最优水平组合是A1B1C3。