石子參數(shù)對混凝土強(qiáng)度影響的再探討

摘　要：敘述了石子的粒徑、壓碎指標(biāo)等參數(shù)對混凝土強(qiáng)度的影響，并研究了怎樣利用淮南地區(qū)不理想的碎石配制高強(qiáng)混凝土的方法。

關(guān)鍵詞：混凝土強(qiáng)度；石子粒徑；壓碎指標(biāo)

1 　概述

     土木工程施工前的重要準(zhǔn)備工作之一是進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，混凝土配合比設(shè)計(jì)時對混凝土四大組成材料都有具體的要求，其中對石子的要求是依據(jù)行標(biāo)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(J GJ53 - 92) 規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)中，對石子的含泥量、泥塊含量、針片狀含量等都提出了具體要求。通常情況下，在配制的低中強(qiáng)度混凝土?xí)r，滿足了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的石子，對混凝土強(qiáng)度不會產(chǎn)生大的影響。但隨著混凝土強(qiáng)度的提高，對石子的要求也越加嚴(yán)格，除要滿足以上所提標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求，還要涉及石子的其他參數(shù)要求。筆者在進(jìn)行淮南市劉莊礦井壁高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)時，遇到了石子的狀態(tài)參數(shù)對中高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響的情況，就此展開了一些研究，現(xiàn)提出來與同行探討。

2 　石子強(qiáng)度對混凝土強(qiáng)度的影響

    劉莊煤礦是設(shè)計(jì)能力為300 ×104 t 的新煤礦，有主、副、風(fēng)井各一個，井壁混凝土設(shè)計(jì)中，最高強(qiáng)度等級為C50 和C55 的高流態(tài)、抗?jié)B抗凍混凝土。為降低成本，根據(jù)施工方要求，石子用淮南本地產(chǎn)石灰?guī)r碎石，其混凝土設(shè)計(jì)用原材料情況如下：

    水泥：42. 5 級巢湖普通水泥；砂子：細(xì)度模數(shù)2. 6 淮濱砂；石子：淮南八公山區(qū)石灰?guī)r碎石，粒徑為20～40mm；水∶自來水；外加劑：蒙城防水劑廠FS - A 混凝土外加劑。其中，石子參數(shù)如表1 所示。
　                     表1 　八公山20～40mm石灰?guī)r碎石試驗(yàn)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該石子的含泥量等指標(biāo)均滿足J GJ53- 92 標(biāo)準(zhǔn)要求，可用來配制井壁混凝土。

2. 1 　混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

    用上述材料配制C50 、C55 混凝土，其結(jié)果如表2 所示。

表2 　混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

注：其他項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果：表觀密度2. 71g/ cm3 ；泥塊含量：0. 10 %；含泥量0. 45 %；針片狀含量： 6. 50 %；壓碎指標(biāo)值： 9. 50 %。篩分結(jié)果： 為20～40mm 級配合格的碎石。

2. 2 　強(qiáng)度試驗(yàn)分析

    普通混凝土破壞的方式通常有三種，一是水泥漿與石子之間界面的破壞；二是水泥漿的破壞；三是石子本身的破壞。當(dāng)水灰比較大時，易發(fā)生界面破壞和水泥漿破壞，而水灰比較小時，常發(fā)生石子破壞。由上述強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可看出，配制的C50 、C55混凝土，均在50MPa 以下破壞，且破壞原因是石子劈裂破壞引起的，說明是石子強(qiáng)度不夠引起的C50 和C55 混凝土幾乎在同一強(qiáng)度大小處破壞，也就是說所用的八公山20～40mm 石灰?guī)r碎石只能配制50MPa 以下的混凝土。

2. 3 　提高石子強(qiáng)度的措施

    為滿足配制C55 混凝土的要求，原有石子的強(qiáng)度需進(jìn)一步提高，具體采用二種方法，一是減小原有石子的粒徑；二是使用強(qiáng)度高的石子。

    減小原有石子的粒徑，是指用八公山區(qū)16～31. 5mm 石灰?guī)r碎石代替原來20～40mm 碎石，因淮南各石子廠生產(chǎn)工藝較落后，破碎機(jī)破碎成的10～20mm 石子針片狀含量太高，因此沒有選用10～20mm 碎石。

表3 　八公山16～31. 5mm石子混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

    由以上試驗(yàn)可知， 當(dāng)石子粒徑由20 ～ 40mm 改為16 ～31.5mm時，從混凝土破壞形態(tài)上看，仍然是石子劈裂破壞引起混凝土破壞，但混凝土強(qiáng)度有所提高，這說明對高強(qiáng)混凝土來說，隨著骨料粒徑的減小，石子強(qiáng)度會增大，分析原因可能是由于骨料尺寸越大，其石子內(nèi)部存在的薄弱層越多，其強(qiáng)度也就越低，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度越低。當(dāng)大石子破碎成小石子時，必然是沿著石子內(nèi)部薄弱層碎裂，這樣小石子內(nèi)部更密實(shí)，強(qiáng)度也就越高。另外，小粒徑骨料表面積大，能增加石子和水泥漿的接觸面積，界面受力更均勻，使混凝土受壓時強(qiáng)度更高。

    因八公山16～31. 5mm 石kj_9†Y_k子仍然沒有配制出石并沒有配制出C55 混凝土，說明碎石壓碎指標(biāo)即使?jié)M足了標(biāo)準(zhǔn)要求，也不一定能配制出高強(qiáng)度等級的混凝土。因此，石子的壓碎指標(biāo)只能是判斷石子強(qiáng)度的間接指標(biāo)，沒有石子立方體抗壓強(qiáng)度值準(zhǔn)確。

表4 　九龍崗石子、懷遠(yuǎn)石子的混凝土強(qiáng)

    由上述試驗(yàn)可知，九龍崗石子強(qiáng)度高于八公山石子，但從混凝土破壞形式上看，仍是石子破壞，且仍有一部分混凝土強(qiáng)度沒有達(dá)到55MPa 以上，而懷遠(yuǎn)花崗巖石子強(qiáng)度則高得多，其配制的混凝土破壞形式是水泥漿破壞引起的，為穩(wěn)妥起見，最后確定，配制C50 混凝土用九龍崗16～31. 5mm 石灰?guī)r碎石，配制C55 混凝土則用懷遠(yuǎn)16～31. 5mm 花崗巖碎石。

3 　石子壓碎指標(biāo)對混凝土強(qiáng)度的影響

    石子的強(qiáng)度可用抗壓強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)表示。碎石抗壓強(qiáng)度  值是指將母巖制50mm 的立方塊，在水飽和狀態(tài)下測得的極限抗壓強(qiáng)度值。壓碎指標(biāo)值是指將石子裝入圓筒內(nèi)，在規(guī)定壓力下特壓，經(jīng)2. 5mm 篩子過篩，篩下去的石子重量占原有石子總重量的百分?jǐn)?shù)。因?qū)⑹又瞥闪⒎襟w試件的過程復(fù)雜，所以一般情況下都用壓碎指標(biāo)來反映石子的強(qiáng)度。

對上述幾種石子的壓碎指標(biāo)值測試結(jié)果如表5 。

表5 　各種石子的壓碎指標(biāo)

    根據(jù)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(JGJ53 - 92) 標(biāo)準(zhǔn)，對石子壓碎指標(biāo)的限量如表6 所示。

表6 　石子壓碎指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值要求

    由表5 、表6 對比可知，除八公山20～40mm 石灰?guī)r碎石的壓碎指標(biāo)超標(biāo)外，其余石子的壓碎指標(biāo)都滿足要求，而由前述強(qiáng)度試驗(yàn)可知，八公山16～31. 5mm 碎石和九龍崗16～31. 5mm 碎石并沒有配制出C55 混凝土，說明碎石壓碎指標(biāo)即使?jié)M足了標(biāo)準(zhǔn)要求，也不一定能配制出高強(qiáng)度等級的混凝土。因此，石子的壓碎指標(biāo)只能是判斷石子強(qiáng)度的間接指標(biāo)，沒有石子立方體抗壓強(qiáng)度值準(zhǔn)確。

4 　結(jié)束語

(1) 石子粒徑越小，其強(qiáng)度越高，其配制的中高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度會隨之提高。

(2) 一般情況下，花崗巖石子配制中高強(qiáng)度等級混凝土較理想。

(3) 碎石的壓碎指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)時，未必就能配制中高強(qiáng)度等級混凝土。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 　陳肇元. 高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用[M] . 北京：清華大學(xué)出版社，2002 ，12.

[ 2 ] 　張仁水，吳保群，倪修全. 建筑工程材料[M] . 中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2000 ，1.