“提高砂石产品质量”、“降低成本”和“碳中和”的辩证关系

“提高砂石产品质量”、“降低成本”和“碳中和”的辩证关系

 

编者按：

当前，“碳达峰、碳中和”已成为砂石行业的热点，“做好碳达峰、碳中和工作”是砂石行业和企业履行社会责任、推动行业高质量发展的重大历史担当。今年2月，中国砂石协会发布的《推进砂石行业碳达峰、碳中和行动倡议书》（点击查看），提出了“提高站位，勇担砂石行业碳减排责任；坚持绿色发展，推进清洁生产；发展绿色技术，加强科技创新”三项重要倡议。

关于推动砂石企业减碳降碳方面，其中一个重要方向就是利用技术创新提高机制砂石产品品质，适度降低空隙率，进而降低水泥使用量。众所周知，水泥熟料在烧制过程中，往往需要煤粉燃烧产生出1400℃左右的高温，降低水泥用量就是减碳降碳的重要举措之一。下面的论文就是通过优化骨料级配，在保持混凝土工作性能和强度的情况下，降低水泥使用量，并取得显著的经济效益，采用在成都地区原材料价格进行估算，单方C30、C50混凝土配合比成本可分别降低约11元和19元。

原文如下：

骨料级配对混凝土性能的影响研究

黄伟，邱旭，吴鑫

（四川华西绿舍建材有限公司，四川 成都 610051）

【摘要】研究机制砂、碎石的级配对混凝土和易性及强度的影响。通过查阅现行标准，砂、石的研究范围分别是Ⅱ区砂和5~25mm连续粒级。试验结果表明：砂应分别控制比粒度4.5~5.5、细度模数2.6~2.9、石粉含量7％以内；碎石级配应在《普通混凝土砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52—2006）中累计筛余的中值靠近6／8区间；级配优化后的骨料能够降低混凝土砂率、水胶比、胶凝材料和外加剂用量，提高工作性能和强度或保持工作性能和强度不降低情况下节约配制成本。

【关键词】级配；工作性能；强度；成本

０前言

经统计，目前成都地区市面上机制砂级配普遍有着“两头重中间轻”、5~25mm连续级配碎石多数出现断级配的现象，导致砂石级配较差，空隙率较大，影响混凝土质量。

较好的砂石级配可以有效降低混凝土中骨料空隙率，改善混凝土的工作性能，同时在保证混凝土工作性及强度不降低情况下可以降低胶材及外加剂用量，节约成本。

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，引入比粒度的概念[1]，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力[2]，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㎡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，45μm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%。

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%。

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)[3]和《高性能混凝土用骨料》(JG/T568—2019)[4]；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)[5]；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)[6]。

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区间的复配[7]，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Ⅱ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。

表1 复配砂级配-表观特性试验表

1）第5~7组相较基准组紧密堆积密度增大了100~150kg/m³，紧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40~50mm、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。

表2 复配碎石级配-表观特性试验表

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）[8]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5~25mm连续粒级累计筛余6/8区间C3进行后续试验。

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。

表3 级配优化砂石砂率试配验证表

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。

2.4 骨料级配优化减胶试验及成本测算

通过调整外加剂掺量、胶材用量和组成，在保证大致相同的工作性能和强度的前提下降低成本，由表4可得：使用级配优化后的骨料配制混凝土，对比基准组在保持基本一致的工作性能及强度条件下，采用在成都地区原材料价格进行估算，单方C30、C50混凝土配合比成本可分别降低约11元和19元。

表4 C30​、C50减胶试验

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。

参考文献：

[1]傅沛兴.比粒度：一种表示砂石粒度的新概念[J].建筑材料学报，2006，9(1)：142-144.

[2]岳晓伟，邵建峰，倪卫红，等.机制砂级配和空隙率关系研究[J].混凝土，2018，40(8)：106-107.

[3]中华人民共和国建设部.普通混凝土用砂石质量及检验方法标准：JGJ52—2006[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.高性能混凝土用骨料：JG/T568—2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土拌合物性能试验方法标准：GB/T50080—2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[6]中华人民共和国建设部.普通混凝土力学性能试验方法标准：GB/T50081—2002[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[7]李文科，瞿官伟，范志，等.砂石级配的探究及其对混凝土性能的影响[J].商品混凝土，2018，15(7)：28-31.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土泵送施工技术规程：JGJ/T10—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

来源：中国知网、中国砂石协会