细集料颗粒级配对C60石屑混凝土性能的影

0引言

混凝土是现代土木工程用量最大的建筑材料。由于近年来城市化的加速，工程建设的增加，使得混凝土用量剧增，造成建筑用砂需求紧缺。我国建筑用砂中的天然砂主要是河砂，但由于河砂资源分布不均，加之多年的过度采挖，质量明显下降，且价格昂贵。因此，亟需寻找天然砂的替代品。

按照《公路工程集料试验规程》JTGE42-规定，石屑为采石场加工碎石时通过最小筛孔（通常为2.36mm或4.75mm）的筛下部分。石屑是采石场在机械加工碎石过程中形成的副产品，采用石屑来替代天然砂，环境和经济效益明显：一方面可以缓解天然砂的紧缺，且石屑较天然砂便宜；另一方面可以实现石屑的再利用。

近年来，国内对石屑混凝土的研究越来越多，也取得了一些成果。但目前石屑在混凝土中的研究和应用仍停留在中低强度混凝土上。高强混凝土具有高弹性模量、低渗透和抵抗环境侵蚀介质破坏能力，较普通混凝土具有更好的应用前景。影响高强混凝土的敏感因素较多，如砂率、石粉含量等，故石屑在C60及C60以上的高强混凝土中的研究较少。本文通过石屑与天然砂的混合试验，研究石屑掺量对细集料（混合砂）颗粒级配的改变，并浅探细集料（混合砂）的颗粒级配对C60混凝土性能的影响。

1原材料及试验方法

1.1原材料

水泥。大田红狮水泥有限公司生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1。

矿粉。福建三安建材有限公司生产的S95级矿粉，其物理性能见表2。

粉煤灰。厦门益材粉煤灰有限责任公司漳州分公司生产的F类Ⅱ级灰，其物理性能见表3。

石屑。产地为仙游枫亭，通过4.75mm标准筛筛下部分。

天然砂。产地为福州青口，细砂。

粗集料。仙游蒲峰采石场，粒径为5～31.5mm和5～20.0mm。

外加剂。试验选用与红狮水泥适应性较好的福建科之杰新材料有限公司生产的Point-S缓凝高效减水剂。

1.2试验方法

将石屑按照20%、30%、40%、50%、60%和70%的质量比与天然砂混合，按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ/T52-）测试混合后细集料的颗粒级配。以C60强度等级的混凝土为研究对象，根据配制经验，初步确定C60胶凝材料为kg/m3，水胶比为0.30，砂率为37%～39%。试配设计将石屑与天然砂按照0:、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40和70:30的质量比混合作为细集料。而粗集料为5～31.5mm和5～20.0mm两种粒径石子按照60:40混合。试验配合比见表4。

混凝土的和易性，按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T）测试。

混凝土的规定龄期的强度，按照《普通混凝土力学性能测试标准》（GB/T-）测试。

2结果与讨论

2.1石屑掺量对细集料颗粒级配的影响

细集料的颗粒级配是指不同粒径颗粒的分布情况。颗粒级配合理，细集料各级颗粒相互有序填充，可获得较小的空隙率和比表面积。这样不仅可以节约水泥，而且可改善混凝土的和易性，提高混凝土的强度和耐久性。

试验将石屑与天然砂按不同的质量比混合，测试混合后的细集料的颗粒级配，试验结果见表5。

试验结果表明：随着石屑掺量的增加，细集料的细度模数逐渐增大。其中当石屑掺量为20%～60%，据细度模数划分，混合后的细集料可判定为中砂；而当石屑掺量大于70%，同理混合后的细集料可判定为粗砂。

试验用天然砂为细砂，颗粒级配区处在Ⅲ区。随着石屑掺量的增加，细集料的颗粒级配区逐渐由Ⅲ区过渡到Ⅰ区。其中石屑掺量为40%、50%时，细集料的颗粒级配区处在Ⅱ区。配制混凝土，宜优先选用Ⅱ区的中砂。石屑的颗粒级配区处在Ⅰ区，且为粗砂，从颗粒级配上分析不适宜配制混凝土。但其通过与天然砂混合，可得到适宜配制混凝土的Ⅱ区的中砂。

2.2细集料颗粒级配对混凝土和易性的影响

砂的颗粒级配对新拌混凝土拌合物的工作性能，乃至强度都有着很大的影响。Ⅰ区砂级配较粗，保水性较差；Ⅱ区砂一般为常用级配的中砂，和易性较好；Ⅲ区砂属于细砂或偏细砂，保水性较好，但拌合物粘度略大。合理的颗粒级配，可在较少用水量的情况下，得到较好的流动性、均匀密实的混凝土。

从颗粒级配分析可得，石屑与天然砂按照不同的质量比混合，得到的细集料有粗砂、中砂和细砂，而其颗粒级配区也分别处在Ⅲ区、Ⅱ区、Ⅰ区。试验以C60混凝土为研究对象，研究不同石屑掺量的细集料的颗粒级配对C60高强石屑混凝土和易性的影响。试验结果见表6。

从表6分析可得，随着石屑掺量的增加，混凝土拌合物的和易性变化明显。当石屑掺量为20%、30%时，细集料约为Ⅲ区细砂，C60混凝土拌合物整体偏粘，流动性差，对混凝土泵送不利。这是由于石屑与天然砂混合后细集料偏细，其比表面积偏大，造成混凝土的用水量增加。而试验设计使用相同的用水量，故混凝土偏粘，流动性差；当石屑掺量为40%、50%时，细集料约为Ⅱ区中砂，C60混凝土拌合物工作性能较好。此范围内的石屑掺量，细集料比表面积适当（较纯天然砂），且其中石屑的多棱角结构又不至影响流动性，故混凝土可获得较好工作性能；而当石屑掺量为60%、70%时，细集料约为Ⅰ区粗砂，C60混凝土拌合物出现不同程度的泌水，且混凝土粘聚性差，流动性也变差，不宜泵送。石屑掺量过高造成细集料偏粗，其总体比表面积减小，加之较粗颗粒为多棱角的石屑，混凝土的粘聚性变差，且易泌水。

2.3细集料颗粒级配对混凝土力学性能的影响

抗压强度是评价混凝土力学性能的重要指标之一。石屑的掺量对混合细集料的颗粒级配有很大影响，而细集料的颗粒级配的不同，会对混凝土的强度发展或利或害。

从表6及图1可以看出，掺用适量石屑，C60混凝土7d强度增长3.7%～9.8%，28d强度增长1.7%～7.3%。但随着石屑掺量的增加，C60混凝土的强度呈先增大后减小的趋势，且均比使用纯天然砂配制的混凝土强度高。这与多数研究结论一致。石屑表面粗糙，且带有尖锐棱角，可使颗粒间相互摩擦力增大，并增强了细集料与浆体的咬合力，使得浆体与细集料的界面得到改善，从而有效提高混凝土的抗压强度。同时，石屑中的部分石粉，在一定范围内对混凝土的强度发展也有增强作用。

石屑掺量为20%、30%时，与天然砂混合，细集料偏细，混凝土偏粘，流动性较差，混凝土成型不易均匀、密实；石屑掺量为60%、70%时，细集料偏粗，且棱角尖锐颗粒较多，在相同胶凝材料用量的情况下，混凝土细集料填充存较多空隙，对混凝土强度发展有害；而当石屑掺量为40%、50%时，细集料为处在Ⅱ区的中砂，级配良好，混凝土和易性好，提高密实度，强度增长效果最佳。

整体而言，细集料的颗粒级配对C60高强石屑混凝土强度影响较和易性不甚显著。

3结论

（1）不同掺量的石屑与天然砂混合，可改变细集料的颗粒级配。合理的石屑掺量，可得到适宜配制混凝土的Ⅱ区的中砂。

（2）综合混凝土的和易性和力学性能，石屑与天然砂混合，细集料颗粒级配对C60高强石屑混凝土的工作性能有较显著影响。配制高强石屑混凝土时，宜通过颗粒级配试验，确定石屑合理的掺量，使细集料约为Ⅱ区的中砂。（来源《福建建材》）