碎石加工尾料在流动性混凝土中的应用

冯宝辉

天津市滨涛鑫源混凝土有限公司 天津 300400

1 材料及方法

1.1 原料

水泥采用普通硅酸盐水泥，胶砂28d抗压强度为46．6MPa、抗折强度为7．4MPa；聚羧酸高性能减水剂；粗骨料为粒径5～20mm的碎石，级配良好，表观密度为2740kg/m3，压碎指标为9．2%；水为普通自来水；细骨料分别为天然河砂和经过预处理的碎石加工尾料人工砂。碎石加工尾料来自天津某建筑混凝土用碎石加工场，母岩的主要成分为石灰岩，颗粒与碎石的物理性能以及力学性能基本一致。但尾料中石粉含量较高并存在少量的泥土，且颗粒级配不均匀并偏向于中粗砂，因此必须对尾料进行处理。采用自来水冲洗至石粉含量不大于10%为止，然后进行筛分处理，使得生产出的尾料人工砂满足GB/T14684-2011《建筑用砂》关于混凝土用砂的标准[1]。

1.2 试验方法

混凝土试件的试验龄期为3d、7d、14d、28d、56d、90d和180d，共计7个测试阶段。按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，每种混凝土各制作7组试件，每组试件均包括3块150mm×150mm×150mm立方体抗压强度试件、3块100mm×100mm×300mm轴心抗压强度试件和3块100mm×100mm×100mm劈裂抗拉强度试件。在天津大学建材实验室内完成试件制作，放入标准养护室养护28d，然后取出并放置于室内大气环境中。养护至相应试验龄期时，取出试件，在电液伺服机YAW-3000上进行加载试验[2]。

2 试验结果及分析

2.1 混凝土拌合物的物理性能

观察混凝土拌合物外观，受细骨料颜色的影响（尾料人工砂呈青色），碎石加工尾料人工砂混凝土拌合物（C30R、C50R）比天然河砂混凝土（C30T、C50T）外观颜色略深；C30R、C50R的和易性和稠度较好。C30R和C30T的坍落度差别不大，C50R的坍落度小于C50T，但均能达到设计要求。分析原因，随着水灰比的减小，尾料人工砂的特性反映明显，一方面是尾料人工砂表面粗糙、比表面积较大，与水泥胶体粘结界面较广；另一方面，由于集料表面吸附了一层石粉，石粉的颗粒细，吸水性强，提高了混凝土拌合物的和易性和调度[3]。

2.2 力学性能发展规律

对混凝土试件在相应龄期进行加载试验，结果见表4。根据表4中试验数据，分别建立不同试件的力学性能（立方体抗压强度、轴心抗压强度以及劈裂抗拉强度）随龄期的发展规律曲线。

观察试件加载现象和破坏形态发现，同一龄期的C30R、C50R分别与C30T、C50T的加载破坏形态基本相似[4]。轴心抗压强度其破坏形态既有纵向裂缝破坏，也有主斜裂缝破坏，主斜裂缝破坏后的开裂面穿过了水泥石，并有较多粗骨料（碎石）被贯穿劈开；另外，在加载过程中，龄期为28d以上的C50R轴心抗压强度试件在接近极限强度时，常常会出现较严重的脆性劈裂破坏，并随着龄期的增长愈加明显。分析原因是，由于尾料人工砂中石粉填充了混凝土内部孔隙，增强了混凝土骨架，并随着强度的增长，增强作用越明显[5]。

2.3 强度指标间换算关系

根据GB50010-2010《混凝土结构设计规范》，轴心抗压强度与立方体抗压强度换算关系用线性关系表达为：fc=0．76α2fcu(1)式中，fc—混凝土轴心抗压强度，MPa；fcu—混凝土立方体抗压强度，MPa；α2—混凝土脆性折减系数，当混凝土强度等级小于或等于C30时，取值为1．0；对于C40以下混凝土fc/fcu取0．76，对C40以上混凝土考虑脆性折减系数α2（对高强混凝土C80取0．87，中间按线性插入）[6]。

3 结论

（1）分析混凝土拌合物物理性能表明，尾料人工砂几何尺寸的粗糙和石粉的吸水性而稍微降低了混凝土拌合物的坍落度，随着混凝土强度等级的提高影响越显著，适量石粉能够提高混凝土拌合物的和易性和稠度；

（2）根据加载试验结果，在龄期为180d内的尾料人工砂流动性混凝土的力学性能（立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度）发展规律与天然河砂混凝土基本一致；在龄期28d内，尾料人工砂流动性混凝土的力学性能分别与天然河砂混凝土相近，后期的力学性能分别较天然河砂混凝土略高，并随混凝土强度等级的提高，提高更明显；

（3）基于试验结果，分别建立和讨论了尾料人工砂流动性的混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的换算关系模型，并与河砂混凝土的试验模型对比，安全性满足相关规范要求。