学术交流
石灰石碎屑配特细砂作细骨料在混凝土中的应用
发布日期：2013-10-31 浏览次数： 次
王进军
（邯郸金隅太行水泥有限责任公司 邯郸 056200）
摘 要：针对混凝土天然细骨料呈地域性分布不均的特点，本文确定了一种特细砂与石灰石碎屑的搭配比例方法，降低细骨料空隙率并使之满足混凝土用细骨料的质量要求，以达到使用特细砂、石灰石碎屑替代紧缺的天然砂的目的。本方法经济可行，能提高混凝土的和易性及强度，并能满足混凝土耐久性要求。
关键词：特细砂；石灰石碎屑；骨料空隙率；混凝土细骨料
前言
细骨料是混凝土的重要组成部分，约占混凝土体积总量的30%~40%，其在混凝土材料体系中起填充粗骨料空隙、与胶凝材料构成砂浆等作用。细骨料品质的好坏直接影响新拌混凝土和硬化后混凝土的性能，如和易性、强度、耐久性等。
天然砂特别是Ⅱ区中砂是优良的细骨料。然而由于优质天然砂形成年代久远，地理分布不均，大规模开采使用受到限制。特细砂细度模数偏低。单独作为细骨料时，总表面积增大，需要更多的水泥浆来包裹，同时在骨料中缺失了粒径级配档，因此组成的混凝土密实度较差，只有依靠增加水泥用量来弥补，由此增大了混凝土开裂风险，同时也增加了混凝土的生产成本。石灰石碎屑（0mm~5mm）细度模数偏大，颗粒形状棱角多，表面粗糙不光滑，粉末含量较大，单独作为细骨料会引起混凝土和易性、可泵性变差，同样也存在混凝土材料体系缺乏级配的问题，从而影响混凝土强度和耐久性。
骨料级配对混凝土的和易性、经济性有很大影响，并直接影响到混凝土的强度、耐久性。较好的骨料级配应当是：空隙率小，以减少胶凝材料填充空隙用量并保证密实度；总比表面积小，以减少包裹骨料表面的砂浆量，满足混凝土和易性的要求。
我们根据当地情况特点，对级配、细度模数较差的河道特细砂及当地骨料生产线废弃的石灰石碎屑（0mm~5mm）进行研究，并进行细骨料最小空隙率搭配试验，确定最佳搭配比例，发现特细砂搭配石灰石碎屑（0mm~5mm）可作为细骨料在C50以下标号的混凝土中应用。
1 搭配比例试验方案
1.1 原料情况（见表1）
表1 细骨料物理特征
|
砂的种类 |
细度模数 （μf） |
堆积密度 （kg/m3） |
紧密密度 （kg/m3） |
表观密度 （kg/m3） |
堆积密度空隙率 （%） |
紧密密度空隙率 （%） |
|
石灰石碎屑 |
3.4 |
1450 |
1610 |
2700 |
46 |
40 |
|
特细砂 |
1.5 |
1480 |
1670 |
2660 |
44 |
37 |
1.2 试验设计
将石灰石碎屑与特细砂分别按不同比例混合，按质量比2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3分成6组，分别测定其骨料空隙率，从而找出最小空隙率对应的最佳搭配比例，通过对该比例细骨料进行筛分，使该比例符合Ⅱ区中砂级配要求。
1.3 实验结果
表2 不同细骨料搭配比例空隙率情况
|
比例关系 |
堆积密度 （kg/m3） |
紧密密度 （kg/m3） |
表观密度 （kg/m3） |
空隙率（%） |
|
|
石灰石碎屑：特细砂 |
堆积密度空隙率 |
紧密密度空隙率 |
|||
|
2:8 |
1660 |
1760 |
2660 |
38% |
34% |
|
3:7 |
1670 |
1780 |
2660 |
37% |
33% |
|
4:6 |
1690 |
1820 |
2650 |
36% |
31% |
|
5:5 |
1680 |
1810 |
2660 |
37% |
32% |
|
6:4 |
1660 |
1790 |
2670 |
38% |
33% |
|
7:3 |
1640 |
1770 |
2680 |
39% |
34% |
表3 选定的搭配比例筛余情况
|
混合比例 （石灰石碎屑：特细砂） |
方孔筛筛孔边长 mm |
5mm |
2.5mm |
1.25mm |
0.63mm |
0.315mm |
0.160mm |
底 |
细度模数 （0.1） |
|
4:6 |
质量（1g） |
6 |
55 |
85 |
116 |
71 |
110 |
57 |
2. 4 |
|
分计筛余（0.1%） |
1.2 |
11 |
17 |
23.2 |
14.2 |
22 |
11.4 |
|
|
|
累计筛余（0.1%） |
1.2 |
12.2 |
29.2 |
52.4 |
66.6 |
88.6 |
100 |
|
由图1、图2和表2可以看出，石灰石碎屑与特细砂按4:6搭配堆积空隙率与紧密密度空隙率最低，选定此为较好级配。按4:6搭配比例筛余结果见表3。
由表3可以看出，按细骨料最佳密实度方法确定的细骨料搭配比例（石灰石碎屑：特细砂=4:6），可满足Ⅱ区中砂级配要求。
2 混凝土拌和物验证
不同细骨料搭配比例的新拌混凝土，其和易性见表4。
表4 不同细骨料搭配比例的新拌混凝土和易性
|
试验编号 |
混合砂比例 （石灰石/特细砂） |
坍落度 （mm） |
扩展度 （mm） |
工作性 |
|
YF-047 |
2:8 |
230 |
530/540 |
偏粘 |
|
YF-048 |
3:7 |
225 |
630/610 |
轻微泌浆，包裹性稍差 |
|
YF-049 |
4:6 |
225 |
580/590 |
黏聚性、包裹性良好 |
|
YF-050 |
5:5 |
210 |
540/580 |
包裹性稍差，显石子 |
|
YF-051 |
6:4 |
205 |
435/440 |
包裹性差，显石子 |
|
YF-052 |
7:3 |
145 |
350/350 |
包裹性差，显石子，流动性差 |
通过搭配比例试验和混凝土拌和物验证发现：骨料空隙率最小时的细骨料搭配比例，可满足《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》（JGJ52-2006）对细骨料Ⅱ区中砂的级配要求，且和易性最好。由此可以得出，石灰石碎屑与特细砂在细骨料空隙率达到最小时，混凝土性能会较好。
3 混凝土试配
现以C30为例进行配合比设计。
3.1 原材料情况（见表5）
表5 试配原材料
|
水泥 |
厂家 |
品种 |
比表面积（m2/kg） |
水泥3d强度（MPa） |
水泥28d强度（MPa） |
|
375 |
26.4 |
52.0 |
|||
|
CA |
P.O42.5 |
初凝时间（min） |
终凝时间（min） |
安定性 |
|
|
185 |
265 |
合格 |
|||
|
矿粉 |
厂家 |
品种 |
比表面积（m2/kg） |
7d活性指数（%） |
28d活性指数（%） |
|
HS |
S95 |
432 |
78 |
96 |
|
|
粉煤灰 |
厂家 |
品种 |
细度（45μm） |
需水量比（%） |
烧失量（%） |
|
HY |
Ⅱ级 |
8.9 |
97 |
6.8 |
|
|
特细砂 |
厂家 |
品种 |
细度模数 |
含泥量（%） |
泥块含量（%） |
|
SH |
细砂 |
1.5 |
2.8 |
0.8 |
|
|
石灰石碎屑 |
厂家 |
品种 |
细度模数 |
含泥/石粉量（%） |
MB值 |
|
TH |
石灰石碎屑 |
3.4 |
5.5 |
0.75 |
|
|
碎石（5~10mm） |
厂家 |
含泥量 |
泥块含量（%） |
针片状含量（%） |
|
|
TH |
0.4 |
0.1 |
3 |
|
|
|
碎石（10~20mm） |
厂家 |
含泥量 |
泥块含量（%） |
针片状含量（%） |
压碎值指标（%） |
|
TH |
0.4 |
0.1 |
5 |
9.4 |
|
|
外加剂 |
厂家 |
品种 |
减水率（%） |
密度（kg/m3） |
固含量（%） |
|
JY |
聚羧酸系减水剂 |
23 |
1.072 |
17 |
3.2 配合比情况（见表6）
表6 试配配合比（kg/m3）
|
水胶比 |
水 |
水泥 |
粉煤灰 |
矿粉 |
石灰石碎屑 |
特细砂 |
5~10mm石 |
10~20mm石 |
外加剂 |
砂率（%） |
|
0.48 |
172 |
198 |
82 |
80 |
312 |
468 |
270 |
808 |
5.76 |
42 |
总胶凝材料为360kg/m3时，C30混凝土28d混凝土抗压强度为41.4Pa，达到设计强度的138%，拌和物和易性良好，混凝土耐久性满足要求。
通过使用该方法，能够节约单方混凝土水泥用量20kg，按每吨水泥400元计算，可节约8元。石灰石碎屑、特细砂替换天然砂，每方混凝土约使用780kg，石屑按40元（到厂价）、特细砂按50元（到厂价）、中砂按60元（到厂价）计算，单方混凝土约可节约10.92元，单方混凝土共计节约18.92元；同时每年可消纳大量矿山废弃石灰石碎屑，具有较好的社会效益。
结语
在一定浆骨比条件下，按骨料最小空隙率方式确定比例，石灰石碎屑与特细砂搭配使用作为混凝土细骨料，能够得到满意的混凝土设计方案。
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中国砂石协会
2013年10月31日
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