您所在的位置：首頁(yè) > 學(xué)術(shù)交流編者按：
當(dāng)前，“碳達(dá)峰、碳中和”已成為砂石行業(yè)的熱點(diǎn)，“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”是砂石行業(yè)和企業(yè)履行社會(huì)責(zé)任、推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重大歷史擔(dān)當(dāng)。今年2月，中國(guó)砂石協(xié)會(huì)發(fā)布的《推進(jìn)砂石行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)倡議書(shū)》（點(diǎn)擊查看），提出了“提高站位，勇?lián)笆袠I(yè)碳減排責(zé)任；堅(jiān)持綠色發(fā)展，推進(jìn)清潔生產(chǎn)；發(fā)展綠色技術(shù)，加強(qiáng)科技創(chuàng)新”三項(xiàng)重要倡議。
關(guān)于推動(dòng)砂石企業(yè)減碳降碳方面，其中一個(gè)重要方向就是利用技術(shù)創(chuàng)新提高機(jī)制砂石產(chǎn)品品質(zhì)，適度降低空隙率，進(jìn)而降低水泥使用量。眾所周知，水泥熟料在燒制過(guò)程中，往往需要煤粉燃燒產(chǎn)生出1400℃左右的高溫，降低水泥用量就是減碳降碳的重要舉措之一。下面的論文就是通過(guò)優(yōu)化骨料級(jí)配，在保持混凝土工作性能和強(qiáng)度的情況下，降低水泥使用量，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，采用在成都地區(qū)原材料價(jià)格進(jìn)行估算，單方C30、C50混凝土配合比成本可分別降低約11元和19元。
原文如下：
骨料級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響研究
黃偉，邱旭，吳鑫
（四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610051）
【摘要】研究機(jī)制砂、碎石的級(jí)配對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度的影響。通過(guò)查閱現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，砂、石的研究范圍分別是Ⅱ區(qū)砂和5~25mm連續(xù)粒級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果表明：砂應(yīng)分別控制比粒度4.5~5.5、細(xì)度模數(shù)2.6~2.9、石粉含量7％以內(nèi)；碎石級(jí)配應(yīng)在《普通混凝土砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52—2006）中累計(jì)篩余的中值靠近6／8區(qū)間；級(jí)配優(yōu)化后的骨料能夠降低混凝土砂率、水膠比、膠凝材料和外加劑用量，提高工作性能和強(qiáng)度或保持工作性能和強(qiáng)度不降低情況下節(jié)約配制成本。
【關(guān)鍵詞】級(jí)配；工作性能；強(qiáng)度；成本
０前言
經(jīng)統(tǒng)計(jì)，目前成都地區(qū)市面上機(jī)制砂級(jí)配普遍有著“兩頭重中間輕”、5~25mm連續(xù)級(jí)配碎石多數(shù)出現(xiàn)斷級(jí)配的現(xiàn)象，導(dǎo)致砂石級(jí)配較差，空隙率較大，影響混凝土質(zhì)量。
較好的砂石級(jí)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，同時(shí)在保證混凝土工作性及強(qiáng)度不降低情況下可以降低膠材及外加劑用量，節(jié)約成本。
通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、參考國(guó)標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在滿足砂石現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下，引入比粒度的概念[1]，通過(guò)級(jí)配優(yōu)化研究確定砂石關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步驗(yàn)證砂石級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響。本文還通過(guò)砂石級(jí)配的控制對(duì)混凝土性能進(jìn)行定量研究，通過(guò)廣泛試驗(yàn)制定企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，展現(xiàn)企業(yè)創(chuàng)新突破的能力[2]，為混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量和成本控制提供有效的數(shù)據(jù)支撐。
１.試驗(yàn)
1.1 主要儀器設(shè)備
TYE-2000E壓力試驗(yàn)機(jī)；HJS-60雙臥軸混凝土試驗(yàn)攪拌機(jī)；JJ-5水泥膠砂攪拌機(jī)；ZT-96膠砂試體成型振實(shí)臺(tái)；ZBSX-92A震擊式標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)；1㎡振動(dòng)臺(tái)；坍落度桶；1000g、60kg電子天平；JJ-1A亞甲藍(lán)攪拌機(jī)；1ｍ長(zhǎng)鋼尺。
1.2 原材料
水泥：四川峨勝水泥股份有限公司，P·O42.5R級(jí)，28d抗壓強(qiáng)度50.8MPa，45μm方孔篩篩余百分率為14%。
粉煤灰：自貢市順永建材有限公司，Ⅰ級(jí)，細(xì)度：8.8%；燒失量：3.0%，需水量比：93.1%。
礦粉：四川中林廣升環(huán)保建材有限公司，S95級(jí)，活性指數(shù)：7d，73%；28d，97%。
砂：成都廣漢宏茂產(chǎn)人工砂，Ⅱ區(qū)中砂。
碎石：成都廣漢宏茂產(chǎn)人工碎石，Ⅱ類碎石，屬5~25mm連續(xù)粒級(jí)。
外加劑：四川路加四通科技發(fā)展有效公司，HLP。
標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司，符合國(guó)標(biāo)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》(GB/T17671—1999)的中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。
水：自來(lái)水。
1.3 試驗(yàn)方法
經(jīng)篩分得到各分計(jì)砂石，根據(jù)比粒度、石粉含量、最大粒徑等進(jìn)行人工復(fù)配，對(duì)復(fù)配后的砂石進(jìn)行表觀特性檢測(cè)、膠砂和試配等驗(yàn)證。砂石的級(jí)配、松散密度、表觀密度、空隙率、細(xì)度模數(shù)等按照《普通混凝土砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52—2006)[3]和《高性能混凝土用骨料》(JG/T568—2019)[4]；擴(kuò)展度和坍落度按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080—2016)[5]；混凝土抗壓強(qiáng)度按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081—2002)[6]。
1.4 砂的制備
通過(guò)篩分得到4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm、篩底共計(jì)8個(gè)單級(jí)的砂，在Ⅱ區(qū)砂中分別選取比粒度為3.6、4.6、5.6、6.6的砂。固定0.15mm篩下的總量，控制石粉含量為0.5%、10%，研究復(fù)配后的砂的空隙率、膠砂需水量比和流動(dòng)度比的影響，篩選出最優(yōu)砂進(jìn)行后續(xù)試配驗(yàn)證（注：①A1、A2、A3、A4分別代表比粒度為3.6、4.6、5.6、6.6，②B1、B2、B3分別代表石粉含量為0、5%、10%）。
1.5 碎石的制備
研究《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52—2006）和《高性能混凝土用骨料》（JG/T568—2019）標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于連續(xù)級(jí)配5~25mm碎石的級(jí)配范圍，取標(biāo)準(zhǔn)中累計(jì)篩余的上限區(qū)間、中值區(qū)間、下限區(qū)間的碎石進(jìn)行復(fù)配，測(cè)得各級(jí)配碎石的表觀特性、根據(jù)結(jié)果再進(jìn)行5~25mm連續(xù)級(jí)配累計(jì)篩余的7/8區(qū)間、6/8區(qū)間、5/8區(qū)間或3/8區(qū)間、2/8區(qū)間、1/8區(qū)間的復(fù)配[7]，測(cè)得表觀特性，得到最低空隙率，篩選出最優(yōu)碎石進(jìn)行后續(xù)試配驗(yàn)證。
1.6 配合比設(shè)計(jì)
砂石級(jí)配的驗(yàn)證試配中，配合比設(shè)計(jì)需固定各膠凝材料的量和砂率，通過(guò)調(diào)整外加劑和水膠比，在工作性能大致相同的條件下對(duì)比基準(zhǔn)砂石和級(jí)配優(yōu)化后的砂石混凝土拌和物后期強(qiáng)度、砂石級(jí)配的成本測(cè)算驗(yàn)證試配中，基準(zhǔn)組采用攪拌站實(shí)際生產(chǎn)配合比，對(duì)照組在此基礎(chǔ)上減少膠凝材料總量(改變膠材成分占比)、由于試驗(yàn)表明使用級(jí)配優(yōu)化的砂石可降低砂率，故對(duì)照組較基準(zhǔn)組降低2%砂率、對(duì)比基準(zhǔn)砂石和對(duì)照組混凝土拌和物的工作性、后期強(qiáng)度及成本。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 復(fù)配砂表觀特性及膠砂試驗(yàn)
在Ⅱ區(qū)砂范圍內(nèi)，通過(guò)比粒度和石粉含量控制機(jī)制砂級(jí)配，得出13組試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 復(fù)配砂級(jí)配-表觀特性試驗(yàn)表
1）第5~7組相較基準(zhǔn)組緊密堆積密度增大了100~150kg/m3，緊密堆積空隙率降低了3%~5%，第3~7組膠砂需水量比較低，第5~7組流動(dòng)度較大，相較基準(zhǔn)組膠砂需水量比降低了近10%，流動(dòng)度增加了40~50mm、主要原因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)，隨著比粒度的增大，比表面積增大，膠砂需水量比變大，膠砂流動(dòng)性變差。
2）相同比粒度下，固定150μm篩網(wǎng)篩下的總量，石粉含量的占比對(duì)空隙率影響較?。浑S著石粉含量的增大，膠砂需水量比增大，流動(dòng)度減小，但對(duì)空隙率影響較小，因?yàn)槭塾休^大的比表面積，會(huì)導(dǎo)致混凝土拌和物變黏或增大用水量。
3）綜合考慮空隙率及膠砂需水量比，采用第6組A2B2進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
2.2 復(fù)配碎石表觀特性
復(fù)配碎石級(jí)配-表觀特性試驗(yàn)見(jiàn)表2。
表2 復(fù)配碎石級(jí)配-表觀特性試驗(yàn)表
在5~25mm連續(xù)粒級(jí)范圍內(nèi)，中值靠近上限有較小空隙率，由表2可得以下結(jié)論：
1）設(shè)置級(jí)配時(shí)最大粒徑未考慮26.5mm篩網(wǎng)及以上碎石，因?yàn)檫B續(xù)級(jí)配中最大粒徑為31.5mm的碎石在拌和物中裸露，混凝土勻質(zhì)性、包裹性較差，且根據(jù)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》（JGJ10—2011）[8]中規(guī)定，最小內(nèi)徑為125mm的混凝土輸送管中粗骨料最大粒徑不應(yīng)大于25mm。
2）由于級(jí)配靠近上限區(qū)間，整體碎石比表面積較小，混凝土中使用更少的水或膠材用量就能達(dá)到較好的工作性能；較低的空隙率所需砂率就越小，粗集料相比細(xì)集料有更高的強(qiáng)度，更易提高混凝土后期強(qiáng)度。
3）選用5~25mm連續(xù)粒級(jí)累計(jì)篩余6/8區(qū)間C3進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
2.3 骨料級(jí)配優(yōu)化試配驗(yàn)證
對(duì)比級(jí)配優(yōu)化后的骨料和普通骨料在不同砂率下的空隙率及試配結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 級(jí)配優(yōu)化砂石砂率試配驗(yàn)證表
1）砂率升高導(dǎo)致空隙率降低，但不是空隙率越低拌和物工作性能就越好。隨著砂率的增大，骨料總比表面積增大，需要更多漿體填充，試驗(yàn)表明，采用44%~46%砂率C30混凝土拌和物性能最佳。
2）級(jí)配優(yōu)化后的骨料在降低0.3%~0.5%的外加劑摻量的情況下，相比普通骨料能夠保證有大致相同的工作性能，節(jié)省成本的同時(shí)提高強(qiáng)度。
3）級(jí)配優(yōu)化后的骨料能夠在相同的工作性能下降低砂率，提高強(qiáng)度。
2.4 骨料級(jí)配優(yōu)化減膠試驗(yàn)及成本測(cè)算
通過(guò)調(diào)整外加劑摻量、膠材用量和組成，在保證大致相同的工作性能和強(qiáng)度的前提下降低成本，由表4可得：使用級(jí)配優(yōu)化后的骨料配制混凝土，對(duì)比基準(zhǔn)組在保持基本一致的工作性能及強(qiáng)度條件下，采用在成都地區(qū)原材料價(jià)格進(jìn)行估算，單方C30、C50混凝土配合比成本可分別降低約11元和19元。
表4 C30、C50減膠試驗(yàn)
3 結(jié)論
1）比粒度對(duì)砂空隙率和膠砂需水量比影響較大，應(yīng)控制在4.5~5.5，細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.6~2.9；石粉含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致混凝土拌和物變黏或增加用水量，應(yīng)控制在7.0%以內(nèi)。
2）5~25mm連續(xù)粒級(jí)碎石在累計(jì)篩余中值靠近6/8區(qū)間有較小空隙率，最大粒徑不應(yīng)大于25mm，使用該級(jí)配碎石可降低砂率和用水量。
3）較好的砂石級(jí)配能夠降低膠凝材料和外加劑用量，在保證工作性能和強(qiáng)度不變的條件下，有效節(jié)省成本。
4)在一定范圍內(nèi)空隙率越低混凝土質(zhì)量越好，但并沒(méi)有絕對(duì)的線性關(guān)系，主要因?yàn)榛炷临|(zhì)量影響因素復(fù)雜，不能從單一角度評(píng)判其好壞。因此，研究砂石最低空隙率是否具有現(xiàn)實(shí)意義有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)：
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來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)、中國(guó)砂石協(xié)會(huì)
中國(guó)砂石協(xié)會(huì)
2021年10月08日
