高品质骨料及其对混凝土性能的影响

高品质骨料及其对混凝土性能的影响2013年8月24日，机制砂石人工骨料的生产和在混凝土中的应用技术交流会在北京隆重召开。北京建筑工程大学教授宋少民以“高品质骨料及其对混凝土性能的影响”为题做报告。讲述了现代混凝土的定义和特征、高品质骨料的技术要求、高品质骨料对混凝土性能的影响。现代混凝土的定义和特征定义：现代混凝土是在高效减水剂开发和利用基础上，矿物掺和料得到广泛应用的多组分混凝土。1、以大流态为主体，拌合物流变性成为一个重要问题；2、胶凝材料由水泥和掺和料共同组成；3、强度等级范围大大拓展；4、骨料品质的影响突显，机制砂成为建筑砂主要品种；5、水胶比降低，低活性掺和料得以广泛应用。骨料对于混凝土的重要意义混凝土中最稳定的组分是骨料。如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料组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。骨料的品质在很大程度上决定着混凝土配合比设计的路线。我们高质量加工机制砂石，能够很好地服务于混凝土，实现节能减排，延长混凝土结构物寿命。就是做到物尽其用。规模空前的基础设施建设我国建筑结构以钢筋混凝土结构形式为主体，混凝土用量接近世界年产量的60%，砂石骨料消耗量巨大，生态、资源受到严重影响和挑战。如果这样沉重的代价不能换来好的技术效果和建筑物的长寿命，我们将贻害子孙。砂石质量严重制约我国混凝土质量和新技术应用砂石是混凝土质量控制的上游环节，我国砂石质量差，级配不合理、空隙率高，粒形不好，不仅影响混凝土拌合物和易性，对混凝土力学性能和耐久性都带来不利影响。砂石质量差造成的后果：拌合物流变性不良；浆体用量大，浆骨比高；影响力学性能或局部出现大缺陷；体积稳定性差。提高砂石质量是水泥混凝土产业节能减排的必由之路砂石质量好，就可以有效控制浆量，进而降低水泥用量，对于我国在今后一个时期内控制和减少水泥产量，实现节能减排的战略目标意义重大。现代混凝土更看重骨料哪些性质？强度、级配、粒形、空隙率……骨料的作用与强度更多情况下骨料的作用：抑制收缩，防止开裂而不是传递应力；对于干硬性混凝土、低塑性混凝土和高强泵送混凝土粗骨料要求高于混凝土强度，普通泵送混凝土一般骨料可不要求立方体抗压强度指标。高品质骨料的技术要求什么样的骨料才算是高品质呢？传统骨料品质的不足：颗粒形状不好；级配不良甚至说没有级配可言。传统骨料的问题：不考虑砂石的整形；不考虑机制砂的级配调整。关于骨料颗粒形状的问题：粗骨料针片状的定义与指标过宽；机制砂没有粒形要求。对策：提出非常不规则骨料概念与指标要求；提出片状颗粒的概念与指标要求。高品质骨料的技术要求英国BS812规定：碎石或卵石的针状颗粒（即颗粒的长度大于该颗粒的平均粒径1.8倍）和片状颗粒（即颗粒的厚度小于该颗粒的平均粒径0.6倍）。高品质骨料的主要技术要求粗骨料：颗粒表面具有不渗透的结构特征，则不利于形成良好的粘结；骨料吸水率大则不利于抗冻性。建议粗骨料吸水率控制在1.5%以下。细骨料：砂表观密度、松散堆积密度应符合如下规定：表观密度不小于2500kg/m3；松散堆积密度不小于1450kg/m3；空隙率不大于43%。关于碱活性骨料：在强调产业可持续发展和资源合理利用的大背景下，认为碱活性骨料不可用的观点不可取。经碱集料反应试验后，试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%(本款不作为合格与等级评价指标)。如果骨料具有碱活性，则要求配制混凝土时粉煤灰占胶凝材料比例不低于30%或矿渣粉占胶凝材料比例不低于40%，并相应采用较低的水胶比，含气量不低于4.0%。岩石：1、严格选择母岩，禁止用泥质砂岩或风化严重的其他山岩加工粗细骨料。2、禁止用放射性指标超标的山岩加工骨料。3、加工砂石时注意剥离山皮土。结论与观点1、本课题使用的加工玄武岩、石灰石岩的粒形和级配明显优于新疆破碎卵同材质骨料。制混凝土所需胶凝材料用量对比图2、在C50以上的较高等级混凝土中，玄武岩作为粗骨料对保证和提高混凝土早期强度（含28d）更有利。3、卵石所制各种强度等级混凝土均明显低于同等级碎石混凝土，说明碎石所配混凝土机械咬合力强，对混凝土早期强度（含28d）影响明显。4、通过对比同等级强度下不同粗骨料拌制混凝土所需的胶凝材料用量可以发现，破碎卵石和未破碎卵石作为粗骨料拌制中低强度等级混凝土所需的胶凝材料用量和用水量高于高品质玄武岩和石灰石岩作为粗骨料拌制的混凝土（见图1）。这是由于卵石粒形不规则者较多，破碎后级配不良，空隙率高，需要更多的细集料及胶凝材料包裹。5、通过对比十组不同强度等级混凝土的实际强度可以发现，无论是3d、7d还是28d强度，玄武岩和石灰石岩作为粗骨料拌制成型的混凝土试块强度均大于破碎卵石和未破碎卵石作为粗骨料拌制成型的混凝土试块（见图2、图3、图4）。出现这种情况，除了由于机械咬合力对混凝土早期强度（含28天）重要影响外，还因为破碎后的卵石虽然机械咬合力较强，但由于级配、粒形的缺陷，直接或间接影响了混凝土强度。6、观察十组不同强度等级混凝土的砂率可以发现，破碎卵石和未破碎卵石作为粗骨料拌制混凝土时的砂率要大于玄武岩和石灰石岩作为粗骨料时拌制的混凝土。这也从工作性的角度证明了破碎卵石和未破碎卵石在拌制混凝土时或由于空隙率较大，或由于粒形不好，需要较多胶凝材料来填充空隙或包裹粗骨料。综上所述，利用玄武岩与尾矿石灰石岩加工的高品质混凝土粗骨料配制的C15-C60混凝土，其胶凝材料用量少，和易性良好，28天强度高，与目前新疆混凝土生产常用的卵石与破碎卵石相比较技术优势明显，且经济性较好，具有良好的发展前景。混凝土产业应该遵循优质优价的市场规则，鼓励骨料加工业采用高品质骨料技术标准进行生产。粗骨料利用单粒级在搅拌站分别存贮计量，控制非常不规则骨料含量；细骨料严格执行级配技术要求，并在级配合格基础上控制细度模数。机制砂提出片状颗粒概念、检测方法以及技术指标。其实骨料还有许多值得我们深入研究的问题，仅提以下几点供大家思考：骨料对大流态混凝土强度的贡献是靠传递应力的骨架作用，还是靠对界面的影响？骨料的饱和面干状态的界定，现在标准的方法是否合理？关于粗细骨料吸水率的控制指标是否合理？混凝土的魅力就在于他有太多的问题需要我们去思考、研究和实践。外国人说中国人是最能模仿别人的民族，说：youarealwaysfollowus。混凝土行业应该鼓励更多学者、企业家、工程技术人人员勇于质疑、勤于思考、大胆实践。中国是现代混凝土最大的舞台，中国人理所当然是主角，是引领者。在此，我想提醒大家不要轻视高品质骨料生产的技术和工艺难度，不要忘记我国目前可以称得上高品质的骨料加工线不夸张的说屈指可数。同时鼓励混凝土行业领袖型企业和水泥混凝土大型集团把建设或合作建设高品质骨料加工基地作为重要战略目标，示范和引领砂石行业，促进混凝土行业水平整体提升。规范与变通对比东西方文化差异，我们太爱变通的习惯导致了建筑业太多的不规范行为。其实我们祖先就说过：做事要入世，为人要出世，也就是认真做事，一丝不苟；大度为人不必太在意。我们需要质疑与创新；我们必须统一认识；我们遵循整体论。中国混凝土的路在我们脚下。广告江苏腾达建筑机械有限公司董事长彭龙喜分析了中国人工砂的现状与发展趋势、我国机制砂生产线及其技术装备的现状及优缺点，介绍了“腾达”一体化制砂系统的强大优势和市场前景。他分析了近几年砂石行业情况，表示我国已经到了发展机制砂行业的最佳时期。一是铁路公路桥梁建筑等行业。已经有了自己的机制砂行业标准，建设部有推荐使用的国家标准：GB/T14684-2011，对控制产品质量提供了依据。二是混凝土行业专家学者通过自主研究和学习国外先进的混凝土技术，一致认为通过外加剂提高质量和性能已经几乎到了尽头，只有通过提高混凝土用砂骨料的粒型、优质级配才是发展高性能混凝土的根本途径，同时降低水泥用量，降低生产成本。他重点介绍了“腾达”一体化制砂系统的特殊优点是该设备节能环保、砂型优越。具体优点如下：1.砂型优越：生产过程中，以破碎+碾磨+石打石整形一体化，成品砂级配稳定、粒形好（含10%以下微级配石粉），基本无针片状砂，成品为多棱角，接近圆形，细度模数（2.3～3.0）和含粉量（10%以下）可调,各项性能指标符合国家《建筑用砂》GB14684-2011标准（专利设备）。2.能耗低：出料能耗3kW/t，每吨比国际国内同类产品节能60%；易损件消耗0.5元/吨。综合电费、易损件更换、人工工资、折旧、管理费用等，每吨加工成本不超过6.6元，大大降低制砂成本。一次性出砂率0～4.75mm（＞70%），满足混凝土用砂；0～2mm（＞40%），满足干粉砂浆用砂。3.进料粒度范围大：进料粒径从0mm～120mm。4.噪音低：比传统制砂系统降低20分贝。5.破碎范围广：除正常破碎各种石灰石以外，同时可用于破碎尾矿、鹅卵石、建筑垃圾等材料。6.绿色环保：系统配置先进的除尘方案，工作环境无任何粉尘污染。7.结构紧凑：100～200m2（整体可拆装运输，正常情况下一星期可完成安装调试），高度较低，最大高度10～20m。8.自动化程度高：控制系统集成在一个操作室内，最大限度的降低了人力资源成本。清华大学土木工程系教授覃维祖围绕机制砂石生产与应用若干问题进行讨论。他介绍了骨料强度、渗透性，混凝土的强度、骨料料源的选择、机制砂中的石粉与含泥量、标准与规范的修订。覃维祖表示，通常情况下，骨料强度对普通强度混凝土的影响很小，因为骨料（除轻骨料外）的强度比混凝土中基体和界面过渡区的强度要高出数倍。换句话说，由于破坏是由其它两相决定，绝大多数天然骨料的强度几乎得不到利用。在硬化混凝土中水泥浆体的毛细管孔隙率一般为30~40%。与之相比，大多数天然骨料的孔体积通常低于3%，很少超过10%。因此可以预计，骨料的渗透性远低于典型的水泥浆体。但事实并非如此，从一些天然岩石和水泥浆体渗透性的数据来看，骨料的渗透系数像水灰比为0.38-0.71的水化水泥浆体一样变化。覃维祖在介绍到骨料料源选择时，特别指出骨料的粘结性通常被行业的所忽视，他指出：骨料与水泥浆之间的粘结是混凝土强度中一个重要因素。特别是对抗折强度更是如此，但粘结的本质仍未被完全认识。粘结形成的部分原因是骨料的表面粗糙度使水泥浆与骨料相互嵌合。例如碎石颗粒，其表面粗糙，由于机械嵌合能形成较好的粘结；通常较软的、多孔的和矿物学上异质的颗粒也能获得较好的粘结。一般来说，如果颗粒表面具有不渗透的结构特性，则不利于形成良好的粘结。