不同類型砂石復配使用方法的應用實踐

來源：商品混凝土

時間：2016-02-20

技術研究集料砂石骨料技術混凝土

摘要：本文從不同粒徑的砂石進行復配的角度出發，通過復配達到滿足國家規范的技術指標要求。筆者分別探索出砂子和石子的復配方法，這兩種方法通過簡單的數學計算，快速確定砂石的不同品種之間的復配比例。找到了混合砂細度模數和碎石復配計算的簡易方法，方便試驗和生產。

關鍵詞：顆粒級配；細度模數；混合砂；碎石復配；空隙率

概述

骨料作為水泥混凝土的重要組成部分，在預拌混凝土中占到約70%的比例。隨著混凝土技術的發展，越來越要求骨料的質量穩定、粒形和級配良好。我國的骨料名義上的連續級配，實際上其中部分顆粒缺失，造成骨料級配單一、空隙率增大，導致混凝土配制時砂率高、漿體多、水泥用量大，不僅混凝土成本高，并且在混凝土和易性、強度方面的負面作用突出，而且體積穩定性也較差。良好的級配，有利于對混凝土質量的控制，同時也有利于降低生產成本。

針對不同級配的砂石在入場及使用時，如何進行重新組合這一技術難題，筆者結合GB/T14684—2011《建筑用砂》、GB/T14685—2011《建筑用碎石、卵石》及JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》對骨料的技術指標要求，探索用簡單數學計算的方法破解骨料復配這一難題，以實現骨料的最佳生產級配。

1 原材料

1.1 水泥

平頂山市郟縣中聯水泥P.O42.5，其物理力學性能如表1。

1.2 粉煤灰

平頂山姚孟電廠II級灰，其性能如表2。

1.3 粗集料

舞鋼市礦山碎石，5?25mm與5?10mm兩種復配使用。其性能指標如表3。

1.4 細集料

平頂山市葉縣辛店鎮河砂，平頂山市舞鋼尾礦砂篩分指標見表4。

1.5 減水劑

脂肪族復合高效減水劑，其性能指標見表5。

2 砂的復合使用

2.1 砂的細度模數與顆粒級配的關系

砂子的細度模數是砂子的一個重要指標，通常用來表示砂子的粗細程度。砂子的級配決定細度模數，同一細度模數的砂子可以有多種級配（表6），砂子的細度模數相同不代表砂子的級配相同。

砂子的細度模數雖然不能全面反映砂子的顆粒級配情況，但作為一種簡明的指標，可以在一定程度上反映砂子的差別。通常情況下（除間斷級配、中間一級或連續兩級含量過多的連續級配差者外），細度模數固定，級配發生變化對混凝土的性能影響很小。商品混凝土是一種專業的、批量生產的混凝土單位，砂子的用量大，砂子的來源復雜、級配多變，給混凝土質量控制的穩定帶來很大的難度，完全依靠砂子的級配變化來控制混凝土質量是不現實的。因此，我們要通過找到砂子的細度模數對混凝土性能的影響，通過對砂子細度模數的控制來實現控制混凝土的質量。

2.2 砂子的細度模數對混凝土性能的影響

為了研宄砂子的細度模數變化對混凝土性能有較好的相關性，特采用砂子細度模數為2.4?3.2的中、粗砂進行配合比試驗。設計配合比要求坍落度為180?200mm，以滿足實際生產中大流動性泵送混凝土生產的實際需要。在試驗中保持其他參數不變，僅改變砂子的細度模數，進行混凝土坍落度和擴展度試驗。通過試驗對比各細度模數的砂子對混凝土工作性能的影響。配合比見表7,試驗結果見表8。

從上述試驗結果可以看出：

（1）隨著砂子細度模數的增大，混凝土坍落度先增大后減小。當砂子細度模數變小時，砂子的比表面積增大，需水量增加，混凝土表現坍落度變小；當砂子細度模數變大時，砂子的比表面積減小，需水量減少，混凝土出現泌漿現象，石子出現堆積，坍落度變小。

（2）砂子的細度模數減小，混凝土保水性變好，流動性變差，擴展度變小；砂子的細度模數增大，混凝土保水性變差，做擴展度試驗時出現水圈。

（3）隨著砂子細度模數的增加，混凝土工作性先變好后變差。在細度模數適合時，混凝土和易性較好，符合施工要求。細度模數大于3.0時泌水增加，可泵性變差。這時砂子粗顆粒過多，比表面積小，保水性差，混凝土中多余的水浮在表面或邊緣。

（4）水膠比是混凝土強度的決定因素，砂子細度模數的變化對混凝土強度的變化影響不大，不超出2?3MPa。

2.3 砂子的復合使用方法

對于不同強度等級的混凝土，由于水膠比不同，膠凝材料用量不同，所要求的砂子的細度模數也不相同。按照上述C30的試驗方法分別對C15?C60的各強度等級的混凝土進行試驗驗證（圖1）。

由圖1可以看出，混凝土強度等級越高對砂子的細度模數要求也越高，混凝土強度等級高，水膠比小，膠凝材料用量大，膠凝材料的細度較小，漿體的富余量大，對砂子中的細顆粒需求量相對較少；低強度等級混凝土，水膠比大，膠凝材料用量少，漿體不足以填充集料間的空隙，需要有較多的細顆粒來填充空隙，因此對砂子的細顆粒量要求大，砂子的細度模數相應較小。

由此可見，不同強度等級的混凝土對砂子的細度模數要求也不相同，商品混凝土公司所生產的混凝土等級多樣。為了滿足不同的混凝土對砂子細度模數的要求，可以選用不同細度模數的砂子復配使用便于控制實際生產控制。

例如，現有兩種不同細度的砂，分別為μf=1.7和3.2，欲將其復配為細度模數2.7的砂，其各自的百分比為：

設：細度模數3.2的砂復配百分數為X，μf=1.7的砂為(1-X)

3.2X+1.7(1-X)=2.7，通過簡單計算，則細度模數3.2的砂為67%；細度模數1.8為33%。

將河砂（67%）與尾礦砂（33%）進行復配，篩分指標見表9。

該種砂子的復配方法可以根據混凝土對砂子細度模數不同的要求，迅速確定不同細度模數砂子的復配比例，對砂子的細度模數變化情況及時調整。在實際生產中每種砂通過不同的料倉分別計量，以確保混合砂摻配比例準確，質量均勻。

3 石子的復合理論及應用

連續級配碎石由大粒徑和小粒徑兩種不同粒徑組成，受粒徑級配數量的不同影響，連續級配碎石可以形成不同的組成結構：懸浮密實結構、骨架空隙結構和骨架密實結構（圖3）。泵送混凝土需要相對密實的懸浮密實結構骨料組合這種骨架結構易于流動，利于泵送。

碎石的懸浮密實結構是一種連續級配的組合形式，連續級配是按照不同尺寸顆粒按照一定的比例合理搭配，從而達到最小的空隙率，較小的比表面積。在碎石的生產過程中，由于裝、卸、運輸等動力作用下，只能達到數量上的級配，無法做到整體級配的均勻性。為了克服在生產過程中產生的這種在動力作用下，小顆粒向下移動，大顆粒留在表面的現象，在混凝土的生產過程中采用分級供應，使用了用單粒級兩級配或三級配，按量復配使用來優化級配，減小空隙率，降低膠凝材料用量。用兩級配或三級配復合的原則就是顆粒較小的碎石填滿顆粒較大的碎石并有一定的富余量，能在較大碎石間形成一定的松動效應（如圖4），以減少碎石間的摩擦阻力，改善骨料的潤滑作用，從而改善混凝土的流動性。