石灰石机制砂和鹅卵石机制砂混合比例对混凝土强度的影响

周珉，龙祖业

（广西鱼峰混凝土有限公司，广西 柳州 545008）

石灰石机制砂和鹅卵石机制砂混合比例对混凝土强度的影响

周珉，龙祖业

（广西鱼峰混凝土有限公司，广西 柳州 545008）

本研究针对本公司生产的石灰石机制砂和本地周边生产的鹅卵石机制砂混合比例对混凝土强度的影响。通过试验得出石灰石机制砂和卵石机制砂在按 3:1 比例搭配，即卵石机制砂用量占细骨料的 25% 时，混凝土的工作性能和龄期强度到达峰值。

石灰石机制砂；鹅卵石机制砂；坍落度；扩展度；龄期强度

0 引言

在建筑用砂由天然河砂逐渐向机制砂转移的今天，商品混凝土的细骨料几乎全部由机制砂构成。与河砂相比，机制砂有自己的特点，例如机制砂多棱角、表面粗糙、含有大量石粉，且多数机制砂级配不良。但在相同条件下，机制砂配制出的混凝土强度略高于河砂混凝土的抗压强度，而混凝土细骨料级配好坏直接影响到混凝土的工作性能和龄期强度[1]。本公司从 2012 年开始生产的石灰石机制砂代替天然砂作为混凝土的细骨料投入生产，在长期的生产应用中取得了良好的质量效果和经济效益。但是以石灰石机制砂组成的细骨料石粉含量偏大，级配偏细。为了改善细骨料的级配，控制石粉含量，公司购买了周边生产的鹅卵石机制砂进行搭配。本研究旨在探寻石灰石机制砂和鹅卵石机制砂最佳搭配比例，以及混合比例对混凝土强度的影响。

1 试验方案

1.1 原材料的技术指标

试验使用的石灰石机制砂为本公司生产，主要性能指标见表1。鹅卵石机制砂为柳州市周边砂厂生产，主要性能指标见表 2。水泥为鱼峰牌 P·II 42.5，主要性能指标见表 3。掺合料为鱼峰牌 S75 级矿渣粉；碎石为柳州马鞍山 5～31.5mm 碎石，连续级配；外加剂为高效减水缓凝剂，减水率 20%。所使用的原材料各项技术指标合格。

表1 石灰石机制砂的主要性能指标

石灰石机制砂分计筛余项看出筛孔径 4.75mm 筛余量总量为 1%，占有比例太小，偏细；而筛孔径 1.18～0.6mm 筛余量较大，占有比例稍多；该样级配分配应增加 4.75mm 筛余量比例。

表2 鹅卵石机制砂的主要性能指标

卵石机制砂分计筛余项看出筛孔径 2.36mm 和 4.75mm两个筛余量总量为 44%，占有比例太大，偏粗；而筛孔径1.18～0.300mm 筛余量较少，占有比例稍小；该样应增加 0.6和 1.18 两个筛余量比例。

表3 水泥的主要性能指标

1.2 试验方法

试验方案主要是用上述两种机制砂按比例混合来配制C25、C30、C35、C40 四个强度等级的普通混凝土，每个强度等级的混凝土分别做 4 组两种机制砂不同比例混合的试验，这四组混合的比例为 1:0、3:1、1:1、1:3。两种砂按比例混合后根据 GB/T 146842－2011《建筑用砂》[2]进行筛分试验，结果如表 4。

各强度的混凝土按每个混合比例分别做坍落度和扩展度试验，以及 7d 和 28d 龄期强度试验。各强度等级的试验配合比如表 5 所示，两种机制砂在每个强度等级配合比的用量如表 6 所示。本试验方案依据 GB/T 50080－2011《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[3]和 GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[4]进行。

表5 试验配合比 kg/m 3

表6 砂子混合比例用量 kg/m 3

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

根据以上的试验方法和试验步骤，试配混凝土的坍落度和扩展度，以及 7d 和 28d 龄期强度的试验结果如表 7。

2.2 试验结果分析

2.2.1 对工作性能的影响

根据上述试验结果，可以绘制出各个强度等级混凝土在机制砂不同比例混合状态下的坍落度变化的曲线图，如图 1。以及扩展度变化的曲线图，如图 2。

由图 1 和图 2 可以看出，各个强度等级混凝土的坍落度和扩展度随着两种机制砂混合的比例改变有着明显的曲线变化。分析原因：（1）只用石灰石机制砂配制混凝土，由于其级配相对集中，混凝土浆体不饱满，工作性能并未完全达到最佳。（2）当混合比例达到 3:1，也就是细骨料中 75% 的石灰石机制砂搭配 25% 的鹅卵石机制砂时，混凝土的工作性能达到了峰值。两种机制砂相互有效的弥补各自级配上的缺陷，使得细骨料的混合级配优良，混凝土浆体丰富，具备了最佳的工作性能。（3）随着细骨料中鹅卵石机制砂比例的增加，其级配上的缺陷越发明显，使得细骨料级配变粗，混凝土的包裹性变差，工作性能有着明显的下降。

表7 两种机制砂各比例混合的混凝土的性能指标

图1 坍落度试验

图2 扩展度试验

2.2.2 对龄期强度的影响

各个强度等级混凝土在两种机制砂不同的混合比例下龄期强度的变化曲线如图 3。

图3 抗压强度试验

由图 3 混凝土的抗压强度变化曲线图可以看出，各强度混凝土在相同混合比例的强度曲线相似。分析原因：（1）全用石灰石机制砂配制混凝土时，由于石灰石机制砂石粉含量较高，石粉填充了混凝土中的孔隙，且 0.08mm 以下的石粉可以与水泥熟料生成水化碳铝酸钙[5]。在该混合比例下混凝土早期强度发展快，7d 强度最高。（2）当混合比例达到3:1，早期强度发展得也比较快，由于级配优良，密实度高，水泥水化对后期强度增长贡献更大，28d 强度形成曲线峰值。（3）随着鹅卵石机制砂用量的增加，细骨料级配变粗，骨料间空隙变大，有一部分水泥只能起到填充作用，对强度贡献较小，7d 和 28d 抗压强度明显下降。

3 结论

通过对试验结果的分析，可以得出以下几个结论：

（1）各强度等级的混凝土坍落度和扩展度随着细骨料中鹅卵石机制砂比例的增加。先变大然后迅速减小，各强度等级的混凝土坍落度都是在两种机制砂混合比例为 3:1 的情况下达到峰值，随后下降。

（2）各强度等级的混凝土 7d 抗压强度随着细骨料中鹅卵石机制砂比例的增加而降低，但是 28d 抗压强度都是在两种机制砂混合比例为 3:1 的情况下达到峰值，随后下降。

由此可以得出本试验的研究结果说明，当在主要以石灰石机制砂为细骨料的普通混凝土中按比例加入鹅卵石机制砂，既能有效的改善混凝土的工作性能，又能提高混凝土的强度。细骨料中石灰石机制砂和鹅卵石机制砂最佳的混合比例为 3:1。

[1] 王稷良， 周明凯， 王雨利，等．影响混凝土强度的因素分析[J]．商品混凝土， 2006(5)：38-44.

[2] GB/T 14684－2011．建筑用砂[S]．

[3] GB/T 50080－2011．普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S]．

[4] GB/T 50081－2002．普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[5] 徐健， 蔡基伟， 王稷良，等．人工砂与人工砂混凝土的研究现状[J]．建材世界，2004，25(3)：20-24.

［通讯地址］广西柳州市柳太路 62 号（545008）

周珉（1987—），男，大学本科，工程师，广西鱼峰混凝土有限公司，主要从事混凝土技术管理工作。