有关预拌混凝土集料级配优化试验分析

【摘要】本文为研究集料级配对预拌混凝土质量的影响，以粗集料的级配优化分析为例，设定4个粗集料级配含量因素、再加上粗砂含量和砂率2个因素，并设定5个水平，进行正交分析。结果表明：20-16mm粒径含量对预拌混凝土质量的影响最大，31.5-25mm粒径含量、25-20mm粒径含量、20-16mm粒径含量、16-10mm粒径含量、粗砂含量、砂率分别为：10%、24%、25%、28%、70%、39%时，混凝土的坍落度和抗压强度综合功效系数最高。

【关键词】混凝土;集料;级配;试验

混凝土工程是建筑工程中的重要组成部分，其性能对建筑工程整体质量、安全、耐久性等具有重要影响[1]。混凝土是由水泥、水、砂子、石子、外加剂等按照一定的配合比进行搅拌振捣浇筑而成的，其中：砂子、石子等是集料，是混凝土原料中的重要部分，不同粒径的集料以不同级配组合形成混凝土的基本骨架。因此，集料的强度、弹性模量、颗粒形状等对混凝土的力学性能具有重要影响;集料的化学组成、热膨胀系数、导热系数等与混凝土的收缩、徐变、耐久性等有密切关系[2]。混凝土集料级配的优劣直接影响到混凝土的和易性、强度和耐久性，也对其造价有重要影响。因此，加强混凝土集料级配优化试验具有十分重要的现实意义。

1 预拌混凝土集料级配优化试验方案

1.1 试验背景和目的

许多地区的集料生产工艺落后，产品质量低，集料级配差，往往一家预拌混凝土生产厂家的集料供应商有十几家，这些供应商提供的集料级配差异大，给混凝土质量控制带来重大影响。预拌混凝土生产实践证明：粗集料级配的不稳定对混凝土坍落度有重要影响，对混凝土的流变性造成影响，因此，研究粗集料的级配对于提高预拌混凝土强度和质量有重要影响[3]。本次研究通过对集料级配的试验分析，试图找出优化集料级配的方法，为预拌混凝土整体级配的优化提供借鉴。

1.2 试验原材料

1.2.1 水泥

选用42.5级普通硅酸盐水泥，其标准稠度用水量为25.6%，初凝时间为2：20，终凝时间为3：25;3d、7d、28d的抗压强度分别为24.4MPa、35.2MPa、53.5MPa，3d、7d、28d的抗折强度分别为5.0MPa、6.5MPa、8.5MPa。

1.2.2 集料

砂采用中粗砂和中细砂，将其晒至气干状态使用。粗集料全部采用现场取样，晒出>40mm的粗集料，然后使用筛孔尺寸为31.5mm、25mm、20mm、16mm、10mm、5mm、2.5mm的标准筛进行集料的筛选，选出31.5-25mm、25-20mm、20-16mm、16-10mm四个粒径级别的粗集料。将所有集料晒至气干状态使用。

1.3 试验方法

细集料的各个粒径不作为因素进行分析，采用的细集料有中粗砂和中细砂，计算出中粗砂占总砂含量的百分比作为一个因素进行试验分析。粗集料则按照4个粒径级别进行因素分析。砂率作为混凝土力学性能和工作性能的重要指标，对混凝土质量具有重要影响，因此将其作为一个因素进行分析。本次研究中就有6个因素。对31.5-25mm粒径的粗集料和砂率按照每增加2%为一个水平;对25-20mm、20-16mm、16-10mm粒径的集料按照每增加3%为一个水平;对粗砂按照每增加20%为一个水平，进行正交试验，见表1为六因素五水平。总试验次数为25次。

表1 正交试验的六因素五水平

因素/水平

A

B

C

D

E

F

31.5-25mm

25-20mm

20-16mm

16-10mm

粗砂含量

砂率

1

8%

18%

13%

16%

10%

37%

2

10%

21%

16%

19%

30%

39%

3

12%

24%

19%

22%

50%

41%

4

14%

27%

22%

25%

70%

43%

5

16%

30%

25%

28%

90%

45%

1.4 试验配合比

预拌混凝土的强度为C30，坍落度为（120±30）mm的典型基准配合比，在集料总重量不变的情况下，混凝土中的其他原材料用量见表2。同时，将基准配合比单独做一次试验，直接称取现场的集料进行试验。

表2 基准配合比

水

水泥

砂

石

粉煤灰

外加剂

矿渣

水灰比

水胶比

砂率

171

192

788

1045

71

6.08

75

0.891

0.506

43.0

2 试验结果分析

通过26次试验对比分析发现，在混凝土的坍落度、7d抗压强度、28d抗压强度这3个指标上，各个因素表现出不同的影响力，而且要求的配合比也不一样。例如：砂率大、粗砂含量少，则坍落度大、抗压强度小。在本次试验中，砂率选择水平3，粗砂含量选择水平1，A、B、C、D四因素分别选择水平4、1、1、3，试验得出的坍落度为150.0，7d抗压强度为22.6，28d抗压强度为37.3。砂率选择水平5，粗砂含量选择水平1，A、B、C、D四因素分别选择水平1、5、5、1，试验得出的坍落度为200.0，7d抗压强度为20.4，28d抗压强度为32.7%。

为了综合反应出集料级配对混凝土坍落度和抗压强度的影响，我们引入功效系数，对坍落度、7d抗压强度、28d抗压强度进行功效系数的评定，最后得出总功效系数，根据总功效系数得出最优集料级配优化方案。对六因素进行总功效分析，在5个不同水平下，A、B、C、D、E、F六个因素的总功效系数极差分别为：0.217、0.159、0.241、0.182、0.095、0.160。可见，20-16mm粒径的集料对总功效系数影响最大，影响程度按顺序依次为：C>A>D>F>B>E。综合各集料的比例，结果发现：当集料级配为：A2、B3、C5、D5、E4、F2时，也就是说，31.5-25mm粒径含量、25-20mm粒径含量、20-16mm粒径含量、16-10mm粒径含量、粗砂含量、砂率分别为：10%、24%、25%、28%、70%、39%时，混凝土的坍落度和抗压强度综合功效系数最高。

3 结论

本研究主要以四个等级的粗集料粒径的含量为研究对象，以典型基准配合比为参照物，引入功效系数概念进行坍落度、抗压强度的综合分析，找出集料级配优化的技术方案。在预拌混凝土集料级配的优化分析上，该技术方案可以作为预拌混凝土生产中质量的评价标准，评价预拌混凝土的质量状况。本次研究结果表明：20-16mm粒径含量、31.5-25mm粒径含量、16-10mm粒径含量对混凝土的质量影响较大，因此在实践中，预拌混凝土生产厂家应加强对集料采购的控制[4]，可以采用分批采购的方式采用集料，严格按照级配规格进行分批订货，加强集料采购的控制，接着在实际生产中加强集料级配的优化分析，提高预拌混凝土质量。

参考文献

[1] 周梅，牟爽，王强等.等强条件下集料级配对煤矸石集料混凝土工作性与强度影响[J].硅酸盐通报，2012，31（6）：1529-1534.

[2] 王恒，曲俐俐.骨料级配优化在预拌混凝土生产中的应用[J].中国港湾建设，2013，（5）：37-39.

[3] 陈旭峰，徐景会，赵营等.铁尾矿在预拌混凝土产业化应用的技术开发[J].混凝土，2014，（4）：112-114，118.

[4] 牟爽.大流动性自燃煤矸石全轻混凝土试验研究[D].辽宁工程技术大学，2012.