宋少民：高品質(zhì)骨料及其對混凝土性能的影響

　　2013年8月24日，機(jī)制砂石人工骨料的生產(chǎn)和在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)交流會在北京隆重召開。北京建筑工程大學(xué)教授宋少民以“高品質(zhì)骨料及其對混凝土性能的影響”為題做報(bào)告。講述了現(xiàn)代混凝土的定義和特征、高品質(zhì)骨料的技術(shù)要求、高品質(zhì)骨料對混凝土性能的影響。

　　現(xiàn)代混凝土的定義和特征定義：

　　現(xiàn)代混凝土是在高效減水劑開發(fā)和利用基礎(chǔ)上，礦物摻和料得到廣泛應(yīng)用的多組分混凝土。

　　1、以大流態(tài)為主體，拌合物流變性成為一個重要問題；2、膠凝材料由水泥和摻和料共同組成；3、強(qiáng)度等級范圍大大拓展；4、骨料品質(zhì)的影響突顯，機(jī)制砂成為建筑砂主要品種；5、水膠比降低，低活性摻和料得以廣泛應(yīng)用。

　　骨料對于混凝土的重要意義

　　混凝土中最穩(wěn)定的組分是骨料。如果不能用足夠包裹骨料的最少量的漿體和最大量的骨料組成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。骨料的品質(zhì)在很大程度上決定著混凝土配合比設(shè)計(jì)的路線。

　　法天師地 敬重萬物

　　我們不要幼稚地認(rèn)為"人定勝天"，而更應(yīng)該遵循"天人合一，自然為重"的原則。

　　山石河卵的存在歷史悠長，其耐久性不言而喻。我們在制備混凝土?xí)r盡可能使骨料比例增大，符合古人"天人合一、法天師地"的哲學(xué)思想。

　　老子說：天地不仁，以萬物為芻狗。告戒我們應(yīng)該體恤、敬重世間萬物。

　　我們高質(zhì)量加工機(jī)制砂石，能夠很好地服務(wù)于混凝土，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，延長混凝土結(jié)構(gòu)物壽命。就是做到物盡其用，"以萬物為芻狗"。

　　規(guī)模空前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

　　我國建筑結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式為主體，混凝土用量接近世界年產(chǎn)量的60%，砂石骨料消耗量巨大，生態(tài)、資源受到嚴(yán)重影響和挑戰(zhàn)。如果這樣沉重的代價不能換來好的技術(shù)效果和建筑物的長壽命，我們將貽害子孫。

毀田挖砂

破壞景觀短期難以修復(fù)

挖砂造成鐵路橋坍塌 [Page]

　　砂石質(zhì)量嚴(yán)重制約我國混凝土質(zhì)量和新技術(shù)應(yīng)用

　　砂石是混凝土質(zhì)量控制的上游環(huán)節(jié)，我國砂石質(zhì)量差，級配不合理、空隙率高，粒形不好，不僅影響混凝土拌合物和易性，對混凝土力學(xué)性能和耐久性都帶來不利影響。

　　砂石質(zhì)量差造成的后果：拌合物流變性不良；漿體用量大，漿骨比高；影響力學(xué)性能或局部出現(xiàn)大缺陷；體積穩(wěn)定性差。

　　提高砂石質(zhì)量是水泥混凝土產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的必由之路

　　砂石質(zhì)量好，就可以有效控制漿量，進(jìn)而降低水泥用量，對于我國在今后一個時期內(nèi)控制和減少水泥產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)意義重大。

　　現(xiàn)代混凝土更看重骨料哪些性質(zhì)？強(qiáng)度、級配、粒形、空隙率……

　　骨料的作用與強(qiáng)度

　　更多情況下骨料的作用：抑制收縮，防止開裂而不是傳遞應(yīng)力；對于干硬性混凝土、低塑性混凝土和高強(qiáng)泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土強(qiáng)度，普通泵送混凝土一般骨料可不要求立方體抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。

　　高品質(zhì)骨料的技術(shù)要求

　　什么樣的骨料才算是高品質(zhì)呢？

　　傳統(tǒng)骨料品質(zhì)的不足：顆粒形狀不好；級配不良甚至說沒有級配可言。

　　傳統(tǒng)骨料的問題：不考慮砂石的整形；不考慮機(jī)制砂的級配調(diào)整。

　　關(guān)于骨料顆粒形狀的問題：粗骨料針片狀的定義與指標(biāo)過寬；機(jī)制砂沒有粒形要求。

　　對策：提出非常不規(guī)則骨料概念與指標(biāo)要求；提出片狀顆粒的概念與指標(biāo)要求。

　　高品質(zhì)骨料的技術(shù)要求

　　英國BS812規(guī)定：碎石或卵石的針狀顆粒（即顆粒的長度大于該顆粒的平均粒徑1.8倍）和片狀顆粒（即顆粒的厚度小于該顆粒的平均粒徑0.6倍）。

　　高品質(zhì)骨料的主要技術(shù)要求

　　粗骨料：

　　顆粒表面具有不滲透的結(jié)構(gòu)特征，則不利于形成良好的粘結(jié)；骨料吸水率大則不利于抗凍性。建議粗骨料吸水率控制在1.5%以下。

　　細(xì)骨料：

　　砂表觀密度、松散堆積密度應(yīng)符合如下規(guī)定： 表觀密度不小于2500 kg/m³； 松散堆積密度不小于1450 kg/m³； 空隙率不大于43%。

　　關(guān)于堿活性骨料：

　　在強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和資源合理利用的大背景下，認(rèn)為堿活性骨料不可用的觀點(diǎn)不可取。經(jīng)堿集料反應(yīng)試驗(yàn)后，試件應(yīng)無裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象，在規(guī)定的試驗(yàn)齡期膨脹率應(yīng)小于0.10%(本款不作為合格與等級評價指標(biāo))。如果骨料具有堿活性，則要求配制混凝土?xí)r粉煤灰占膠凝材料比例不低于30%或礦渣粉占膠凝材料比例不低于40%，并相應(yīng)采用較低的水膠比，含氣量不低于4.0%。

　　巖石：

　　1、嚴(yán)格選擇母巖，禁止用泥質(zhì)砂巖或風(fēng)化嚴(yán)重的其他山巖加工粗細(xì)骨料。

　　2、 禁止用放射性指標(biāo)超標(biāo)的山巖加工骨料。

　　3、加工砂石時注意剝離山皮土。[Page]

　　結(jié)論與觀點(diǎn)

　　1、本課題使用的加工玄武巖、石灰石巖的粒形和級配明顯優(yōu)于新疆破碎卵同材質(zhì)骨料。制混凝土所需膠凝材料用量對比圖2、在C50以上的較高等級混凝土中，玄武巖作為粗骨料對保證和提高混凝土早期強(qiáng)度（含28d）更有利。

　　3、卵石所制各種強(qiáng)度等級混凝土均明顯低于同等級碎石混凝土，說明碎石所配混凝土機(jī)械咬合力強(qiáng)，對混凝土早期強(qiáng)度（含28d）影響明顯。

　　4、通過對比同等級強(qiáng)度下不同粗骨料拌制混凝土所需的膠凝材料用量可以發(fā)現(xiàn)，破碎卵石和未破碎卵石作為粗骨料拌制中低強(qiáng)度等級混凝土所需的膠凝材料用量和用水量高于高品質(zhì)玄武巖和石灰石巖作為粗骨料拌制的混凝土（見圖1）。這是由于卵石粒形不規(guī)則者較多，破碎后級配不良，空隙率高，需要更多的細(xì)集料及膠凝材料包裹。

　　5、通過對比十組不同強(qiáng)度等級混凝土的實(shí)際強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)，無論是3d、7d還是28d強(qiáng)度，玄武巖和石灰石巖作為粗骨料拌制成型的混凝土試塊強(qiáng)度均大于破碎卵石和未破碎卵石作為粗骨料拌制成型的混凝土試塊（見圖2、圖3、圖4）。出現(xiàn)這種情況，除了由于機(jī)械咬合力對混凝土早期強(qiáng)度（含28天）重要影響外，還因?yàn)槠扑楹蟮穆咽m然機(jī)械咬合力較強(qiáng)，但由于級配、粒形的缺陷，直接或間接影響了混凝土強(qiáng)度。

　　6、觀察十組不同強(qiáng)度等級混凝土的砂率可以發(fā)現(xiàn)，破碎卵石和未破碎卵石作為粗骨料拌制混凝土?xí)r的砂率要大于玄武巖和石灰石巖作為粗骨料時拌制的混凝土。這也從工作性的角度證明了破碎卵石和未破碎卵石在拌制混凝土?xí)r或由于空隙率較大，或由于粒形不好，需要較多膠凝材料來填充空隙或包裹粗骨料。

　　綜上所述，利用玄武巖與尾礦石灰石巖加工的高品質(zhì)混凝土粗骨料配制的C15-C60混凝土，其膠凝材料用量少，和易性良好，28天強(qiáng)度高，與目前新疆混凝土生產(chǎn)常用的卵石與破碎卵石相比較技術(shù)優(yōu)勢明顯，且經(jīng)濟(jì)性較好，具有良好的發(fā)展前景。

　　混凝土產(chǎn)業(yè)應(yīng)該遵循優(yōu)質(zhì)優(yōu)價的市場規(guī)則，鼓勵骨料加工業(yè)采用高品質(zhì)骨料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。粗骨料利用單粒級在攪拌站分別存貯計(jì)量，控制非常不規(guī)則骨料含量；細(xì)骨料嚴(yán)格執(zhí)行級配技術(shù)要求，并在級配合格基礎(chǔ)上控制細(xì)度模數(shù)。機(jī)制砂提出片狀顆粒概念、檢測方法以及技術(shù)指標(biāo)。

　　其實(shí)骨料還有許多值得我們深入研究的問題，僅提以下幾點(diǎn)供大家思考：

　　骨料對大流態(tài)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是靠傳遞應(yīng)力的骨架作用，還是靠對界面的影響？

　　骨料的飽和面干狀態(tài)的界定，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的方法是否合理？

　　關(guān)于粗細(xì)骨料吸水率的控制指標(biāo)是否合理？

　　混凝土的魅力就在于他有太多的問題需要我們?nèi)ニ伎肌⒀芯亢蛯?shí)踐。外國人說中國人是最能模仿別人的民族，說："you arealways follow us"。混凝土行業(yè)應(yīng)該鼓勵更多學(xué)者、企業(yè)家、工程技術(shù)人人員勇于質(zhì)疑、勤于思考、大膽實(shí)踐。中國是現(xiàn)代混凝土最大的舞臺，中國人理所當(dāng)然是主角，是引領(lǐng)者。

　　在此，我想提醒大家不要輕視高品質(zhì)骨料生產(chǎn)的技術(shù)和工藝難度，不要忘記我國目前可以稱得上高品質(zhì)的骨料加工線不夸張的說屈指可數(shù)。同時鼓勵混凝土行業(yè)領(lǐng)袖型企業(yè)和水泥混凝土大型集團(tuán)把建設(shè)或合作建設(shè)高品質(zhì)骨料加工基地作為重要戰(zhàn)略目標(biāo)，示范和引領(lǐng)砂石行業(yè)，促進(jìn)混凝土行業(yè)水平整體提升。

　　規(guī)范與變通

　　對比東西方文化差異，我們太愛變通的習(xí)慣導(dǎo)致了建筑業(yè)太多的不規(guī)范行為。其實(shí)我們祖先就說過："做事要入世，為人要出世"，也就是認(rèn)真做事，一絲不茍；大度為人不必太在意。我們需要質(zhì)疑與創(chuàng)新；我們必須統(tǒng)一認(rèn)識；我們遵循整體論。中國混凝土的路在我們腳下。