摘 要：针对混凝土天然细骨料呈地域性分布不均的特点，本文确定了一种特细砂与石灰石碎屑的搭配比例方法，降低细骨料空隙率并使之满足混凝土用细骨料的质量要求，以达到使用特细砂、石灰石碎屑替代紧缺的天然砂的目的。本方法经济可行，能提高混凝土的和易性及强度，并能满足混凝土耐久性要求。
关键词：特细砂；石灰石碎屑；骨料空隙率；混凝土细骨料
前言
细骨料是混凝土的重要组成部分，约占混凝土体积总量的30%~40%，其在混凝土材料体系中起填充粗骨料空隙、与胶凝材料构成砂浆等作用。细骨料品质的好坏直接影响新拌混凝土和硬化后混凝土的性能，如和易性、强度、耐久性等。
天然砂特别是Ⅱ区中砂是优良的细骨料。然而由于优质天然砂形成年代久远，地理分布不均，大规模开采使用受到限制。特细砂细度模数偏低。单独作为细骨料时，总表面积增大，需要更多的水泥浆来包裹，同时在骨料中缺失了粒径级配档，因此组成的混凝土密实度较差，只有依靠增加水泥用量来弥补，由此增大了混凝土开裂风险，同时也增加了混凝土的生产成本。石灰石碎屑（0mm~5mm）细度模数偏大，颗粒形状棱角多，表面粗糙不光滑，粉末含量较大，单独作为细骨料会引起混凝土和易性、可泵性变差，同样也存在混凝土材料体系缺乏级配的问题，从而影响混凝土强度和耐久性。
骨料级配对混凝土的和易性、经济性有很大影响，并直接影响到混凝土的强度、耐久性。较好的骨料级配应当是：空隙率小，以减少胶凝材料填充空隙用量并保证密实度；总比表面积小，以减少包裹骨料表面的砂浆量，满足混凝土和易性的要求。
我们根据当地情况特点，对级配、细度模数较差的河道特细砂及当地骨料生产线废弃的石灰石碎屑（0mm~5mm）进行研究，并进行细骨料最小空隙率搭配试验，确定最佳搭配比例，发现特细砂搭配石灰石碎屑（0mm~5mm）可作为细骨料在C50以下标号的混凝土中应用。
1 搭配比例试验方案
1.1 原料情况（见表1）
表1 细骨料物理特征
砂的种类 | 细度模数 （μf） | 堆积密度 （kg/m3） | 紧密密度 （kg/m3） | 表观密度 （kg/m3） | 堆积密度空隙率 （%） | 紧密密度空隙率 （%） |
石灰石碎屑 | 3.4 | 1450 | 1610 | 2700 | 46 | 40 |
特细砂 | 1.5 | 1480 | 1670 | 2660 | 44 | 37 |
1.2 试验设计
将石灰石碎屑与特细砂分别按不同比例混合，按质量比2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3分成6组，分别测定其骨料空隙率，从而找出最小空隙率对应的最佳搭配比例，通过对该比例细骨料进行筛分，使该比例符合Ⅱ区中砂级配要求。
1.3 实验结果
表2 不同细骨料搭配比例空隙率情况
比例关系 | 堆积密度 （kg/m3） | 紧密密度 （kg/m3） | 表观密度 （kg/m3） | 空隙率（%） | |
石灰石碎屑：特细砂 | 堆积密度空隙率 | 紧密密度空隙率 | |||
2:8 | 1660 | 1760 | 2660 | 38% | 34% |
3:7 | 1670 | 1780 | 2660 | 37% | 33% |
4:6 | 1690 | 1820 | 2650 | 36% | 31% |
5:5 | 1680 | 1810 | 2660 | 37% | 32% |
6:4 | 1660 | 1790 | 2670 | 38% | 33% |
7:3 | 1640 | 1770 | 2680 | 39% | 34% |
表3 选定的搭配比例筛余情况
混合比例 （石灰石碎屑：特细砂） | 方孔筛筛孔边长 mm | 5mm | 2.5mm | 1.25mm | 0.63mm | 0.315mm | 0.160mm | 底 | 细度模数 （0.1） |
4:6 | 质量（1g） | 6 | 55 | 85 | 116 | 71 | 110 | 57 | 2. 4 |
分计筛余（0.1%） | 1.2 | 11 | 17 | 23.2 | 14.2 | 22 | 11.4 | ||
累计筛余（0.1%） | 1.2 | 12.2 | 29.2 | 52.4 | 66.6 | 88.6 | 100 |
由图1、图2和表2可以看出，石灰石碎屑与特细砂按4:6搭配堆积空隙率与紧密密度空隙率最低，选定此为较好级配。按4:6搭配比例筛余结果见表3。
由表3可以看出，按细骨料最佳密实度方法确定的细骨料搭配比例（石灰石碎屑：特细砂=4:6），可满足Ⅱ区中砂级配要求。
2 混凝土拌和物验证
不同细骨料搭配比例的新拌混凝土，其和易性见表4。
表4 不同细骨料搭配比例的新拌混凝土和易性
试验编号 | 混合砂比例 （石灰石/特细砂） | 坍落度 （mm） | 扩展度 （mm） | 工作性 |
YF-047 | 2:8 | 230 | 530/540 | 偏粘 |
YF-048 | 3:7 | 225 | 630/610 | 轻微泌浆，包裹性稍差 |
YF-049 | 4:6 | 225 | 580/590 | 黏聚性、包裹性良好 |
YF-050 | 5:5 | 210 | 540/580 | 包裹性稍差，显石子 |
YF-051 | 6:4 | 205 | 435/440 | 包裹性差，显石子 |
YF-052 | 7:3 | 145 | 350/350 | 包裹性差，显石子，流动性差 |
通过搭配比例试验和混凝土拌和物验证发现：骨料空隙率最小时的细骨料搭配比例，可满足《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》（JGJ52-2006）对细骨料Ⅱ区中砂的级配要求，且和易性最好。由此可以得出，石灰石碎屑与特细砂在细骨料空隙率达到最小时，混凝土性能会较好。
3 混凝土试配
现以C30为例进行配合比设计。
3.1 原材料情况（见表5）
表5 试配原材料
水泥 | 厂家 | 品种 | 比表面积（m2/kg） | 水泥3d强度（MPa） | 水泥28d强度（MPa） |
375 | 26.4 | 52.0 | |||
CA | P.O42.5 | 初凝时间（min） | 终凝时间（min） | 安定性 | |
185 | 265 | 合格 | |||
矿粉 | 厂家 | 品种 | 比表面积（m2/kg） | 7d活性指数（%） | 28d活性指数（%） |
HS | S95 | 432 | 78 | 96 | |
粉煤灰 | 厂家 | 品种 | 细度（45μm） | 需水量比（%） | 烧失量（%） |
HY | Ⅱ级 | 8.9 | 97 | 6.8 | |
特细砂 | 厂家 | 品种 | 细度模数 | 含泥量（%） | 泥块含量（%） |
SH | 细砂 | 1.5 | 2.8 | 0.8 | |
石灰石碎屑 | 厂家 | 品种 | 细度模数 | 含泥/石粉量（%） | MB值 |
TH | 石灰石碎屑 | 3.4 | 5.5 | 0.75 | |
碎石（5~10mm） | 厂家 | 含泥量 | 泥块含量（%） | 针片状含量（%） | |
TH | 0.4 | 0.1 | 3 | ||
碎石（10~20mm） | 厂家 | 含泥量 | 泥块含量（%） | 针片状含量（%） | 压碎值指标（%） |
TH | 0.4 | 0.1 | 5 | 9.4 | |
外加剂 | 厂家 | 品种 | 减水率（%） | 密度（kg/m3） | 固含量（%） |
JY | 聚羧酸系减水剂 | 23 | 1.072 | 17 |
3.2 配合比情况（见表6）
表6 试配配合比（kg/m3）
水胶比 | 水 | 水泥 | 粉煤灰 | 矿粉 | 石灰石碎屑 | 特细砂 | 5~10mm石 | 10~20mm石 | 外加剂 | 砂率（%） |
0.48 | 172 | 198 | 82 | 80 | 312 | 468 | 270 | 808 | 5.76 | 42 |
总胶凝材料为360kg/m3时，C30混凝土28d混凝土抗压强度为41.4Pa，达到设计强度的138%，拌和物和易性良好，混凝土耐久性满足要求。
通过使用该方法，能够节约单方混凝土水泥用量20kg，按每吨水泥400元计算，可节约8元。石灰石碎屑、特细砂替换天然砂，每方混凝土约使用780kg，石屑按40元（到厂价）、特细砂按50元（到厂价）、中砂按60元（到厂价）计算，单方混凝土约可节约10.92元，单方混凝土共计节约18.92元；同时每年可消纳大量矿山废弃石灰石碎屑，具有较好的社会效益。
结语
在一定浆骨比条件下，按骨料最小空隙率方式确定比例，石灰石碎屑与特细砂搭配使用作为混凝土细骨料，能够得到满意的混凝土设计方案。
< 完 >
