宁夏地区白云碎屑灰岩粗骨料品质对预拌混凝土性能的影响

王进军 王存福 杨岩 焦全春 张志成 朱永和 李禄禄 刘莹

摘 要：【目的】水利與建筑行业在混凝土原材料、配合比等方面存在差异，导致预拌混凝土在水利工程中的应用受到影响，所以需要对其影响情况进行研究。【方法】通过对宁夏地区白云碎屑灰岩进行室内试验，研究混凝土粗骨料最大粒径、泥块含量和针片状含量对混凝土工作性能、抗压强度、抗冻性，并通过SEM分析观察泥块含量对混凝土密实性和黏结强度的影响。【结果】试验结果表明：粗骨料最大粒径对预拌混凝土性能影响较小；随着粗骨料泥块含量的增大，预拌混凝土工作性能明显降低；随着针片状骨料含量的增加，水泥混凝土的坍落度呈降低趋势；通过SEM技术发现骨料中泥块含量增加将导致不同程度的结构薄弱区和缺陷。【结论】通过对预拌混凝土性能影响因素进行研究，对宁夏地区水利工程质量控制具有指导意义，为地方水利工程质量检测提供参考。

关键词：预拌混凝土；最大粒径；泥块含量；针片状含量；SEM分析

中图分类号：TV62；TV882.1   文献标志码：A    文章编号：1003-5168（2024）03-0048-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.010

Study on the Influence of the Quality of Coarse Aggregate of White Cloud Clastic Limestone on the Performance of Ready-Mixed Concrete in Ningxia Area

WANG Jinjun1 WANG Cunfu1 YANG Yan1 JIAO Quanchun1 ZHANG Zhicheng1

ZHU Yonghe2 LI Lulu2 LIU Ying2

（1.Ningxia Shuifa Haiyuan Water Supply Co.， Ltd.， Zhongwei 755000，China; 2. Jianghe Anlan Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003，China）

Abstract： [Purposes] The differences in concrete raw materials and mix proportions between water conservancy and construction industries have affected the application of ready-mixed concrete in water conservancy projects， so it is necessary to study its impact.[Methods] Through the indoor test of dolomite clastic limestone in Ningxia area， the effects of the maximum particle size of concrete coarse aggregate， the content of mud and the content of needle flake on the working performance， compressive strength and frost resistance of concrete were studied， and the effect of mud content on the compactness and bonding strength of concrete was observed by SEM analysis. [Findings] The test results show that the maximum particle size of coarse aggregate has little effect on the performance of ready-mixed concrete. With the increase of the content of coarse aggregate mud block， the working performance of ready-mixed concrete is obviously reduced. With the increase of the content of needle-like aggregate， the slump of cement concrete decreases. Through SEM technology， it is found that forming different degrees of structural weak areas and defects.[Conclusions] Through the research on the influencing factors of ready-mixed concrete performance， it has guiding significance for the quality control of water conservancy projects in Ningxia， and provides reference for the quality inspection of local water conservancy projects.

Keywords： ready-mixed concrete; maximum particle size; mud content; needle flake content; SEM analysis

0 引言

预拌混凝土是指在搅拌站（楼）生产的，通过运输设备送至使用地点、交货时为拌和物的混凝土［1］。与传统建设施工过程中的自拌混凝土相比，预拌混凝土具有生产过程集中、管理规范、经济环保等优点，在建筑、水利等不同行业得到广泛推广和应用。

预拌混凝土在生产过程中骨料品质执行《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）。与水利行业标准《水工混凝土施工规范》（SL 677—2014）中对骨料的品质要求相比，差异主要体现在骨料级配、针片状、含泥量及泥块含量等方面。大量研究结果表明，骨料级配对混凝土的早期收缩性能、强度及微观结构等具有显著影响［2-4］；骨料含泥量、泥块含量对混凝土的工作性能、外加剂性能发挥及耐久性等具有不利影响［5-6］。

本研究通过室内试验，以粗骨料入手，分析不同混凝土骨料品质要求主要差异指标，骨料最大粒径、泥块含量及针片状含量对不同配合比预拌混凝土工作性能、抗压强度及抗冻性的影响，并通过SEM电镜分析研究泥块含量对混凝土密实性的影响。以期为预拌混凝土在水利行业的推广应用、检验评价、标准制定等提供理论依据和数据支持。

1 试验方案

1.1 粗骨料最大粒径

水利行业混凝土用粗骨料一般选用粒径为5～20 mm或20～40 mm的碎石；建筑行业则为 5～31.5 mm粒径的碎石。选取与国标碎石同种岩性的碎石进行破碎，获取粒径31.5～40 mm的碎石，按照一定比例掺加到粒径20～31.5 mm的碎石中，使其变成粒径20～40 mm的碎石。然后开展混凝土性能对比试验，在碎石最大粒径不同、其他因素相同的前提下，对比分析预拌混凝土工作性能、抗压强度以及抗冻性能等主要性能，具体试验工况见表1。

1.2 粗骨料泥块含量

建筑行业依据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006），混凝土强度等级C30～C55时，粗骨料泥块含量应≤0.7%；而混凝土强度等级≥C60时，粗骨料泥块含量应≤0.5%。而水利行业依据《水工混凝土施工规范》（SL 677—2014），混凝土设计强度等级≥30 MPa时，不允许含有粗骨料泥块。在粗骨料中掺入不同比例的泥块，用以检测不同泥块掺量对预拌混凝土工作性能、抗压强度及抗冻性能的影响。利用粉土把含水量控制在25%左右，过5 mm筛挤压成泥条，风干后切段或掰断成小节，再经过2.5 mm的筛子过筛，使泥块粒径控制在5 mm以下、2.5 mm以上。选用0.30水胶比作为研究对象，在用水量、外加剂总量不变，水胶比和胶凝材料维持原来比例的条件下，按照粗骨料重量的百分数掺入泥块，使其保持在0.2%、0.5%及0.7%。试验用混凝土配合比选用表1中混凝土编号YB-0.30-JGJ配合比，不同泥块含量试验编号分别为YB-0.30-JZ、YB-0.30-NK0.2%（0.5%、0.7%）。

1.3 原材料

试验所用水泥为P.O42.5水泥，粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰，减水剂为聚羧酸系标准型高效减水剂，引气剂为AE型引气剂，骨料均为灰岩，人工破碎碎石。所有原材料均检测满足相关规范要求。

2 试验结果分析

2.1 粗骨料最大粒径影响结果分析

在进行粗骨料最大粒径对预拌混凝土性能影响试验的过程中发现，在用水量、胶凝材料不变的前提下，碎石最大粒径为31.5 mm及40 mm时，预拌混凝土的工作性能、坍落度、含泥量、坍落度1 h经时变化量变化不明显。

在两种水胶比条件下，用最大粒径为40 mm的碎石拌制的混凝土7 d、28 d抗压强度均略大于最大粒径为31.5 mm的碎石拌制的混凝土7 d、28 d抗压强度，但差异不明显，仅提高约2%。在两种水胶比条件下，用最大粒径为40 mm的碎石拌制的混凝土冻融循环质量损失率和相对动弹性模量与最大粒径为31.5 mm的碎石拌制的混凝土的结果基本相同。这表明在一般情况下，预拌混凝土质量主要取决于胶凝材料用量、水胶比、骨料、外加剂等因素，粗骨料最大粒径对预拌混凝土工作性能、抗压强度及抗冻性能影响不大。

2.2 粗骨料泥块含量影响结果分析

混凝土粗骨料中的泥块通过搅拌，依然以泥粉的形态存在于混凝土中，对于混凝土拌和物，特别是使用聚羧酸减水剂的混凝土工作性能影响较大。随着泥块含量的掺量增加，坍落流动度明显降低，坍落度经时损失增加，含气量降低，甚至出现无含气的现象，混凝土容重也随之增加。粗骨料不同泥块含量对预拌混凝土抗压强度、抗拉强度以及抗冻性能的影响结果如图1至图3所示。

由图1可知，当粗骨料含泥块在0.5%及以下时，影响混凝土抗壓强度不明显；当粗骨料含泥块超过0.5%时，对混凝土抗压强度的影响较为明显。水胶比为0.30时，7 d抗压强度由泥块含量0%的35.2 MPa下降到泥块含量0.7%的29.1 MPa，下降约17.3%，28 d抗压强度由泥块含量0%的52.1 MPa下降到泥块含量0.7%的43.6 MPa。依据（JGJ 52-2006），混凝土强度等级C30～C55时，粗骨料泥块含量应≤0.7%，当混凝土强度≥C30、泥块含量0.7%时，使用建筑行业粗骨料拌制的混凝土将比使用水利行业粗骨料拌制的混凝土强度低约10%。

由图2和图3可知，混凝土抗冻性对粗骨料泥块含量较敏感，泥块含量为0.2%时混凝土冻融循环质量损失率和相对动弹性模量均已发生明显变化。水胶比为0.30时，与泥块含量0%时相比，泥块含量为0.2%、0.5%、0.7%时混凝土200次冻融循环质量损失率分别上升16.7%、38.9%、61.1%；泥块含量为0.2%、0.5%、0.7%时混凝土200次冻融循环相对动弹性模量分别下降3.7%、8.5%、11.0%。依据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006），混凝土强度等级C30～C55时，粗骨料泥块含量应≤0.7%，当混凝土强度≥C30、泥块含量0.7%时，依据建筑行业拌制的混凝土将比依据水利行业标准拌制的混凝土冻融循环质量损失率约上升60%，相对动弹性模量约下降10%。

2.3 混凝土SEM结果分析

为研究泥块对混凝土内部产生影响，通过扫描电子显微镜（SEM）观测方法进行高分辨率透射电子像分析。

预拌混凝土基准组和粗骨料含泥量为0.5%试件28 d的SEM形貌如图4和图5所示。由图4可知，基准组试件中钙矾石相互相交错搭接形成骨架，而C-S-H凝胶填充AFt相网状结构的空隙，使得结构变得致密，基体中的各相形成稳定且连续的载体。相较之下，粗骨料含泥中黏土质矿物会增加对外加剂的吸附，使得预拌混凝土拌和物的坍落度损失变大，工作性能变差。泥包裹在骨料的表面，湿泥逐渐失去水分，大大降低了骨料与水泥水化产物之间的界面黏结力，进而形成不同程度的结构薄弱区和缺陷。在微观形貌上，混凝土体系形成微小裂缝等缺陷，如图5中画圈所示，这也导致混凝土的力学性能、变形性能和耐久性能出现下降。

2.4  针片状含量影响结果分析

研究结果表明，随着针片状骨料含量的增加，水泥混凝土的坍落度呈降低趋势，当含量超过15%后降低愈加明显。当针片状掺量达到25%时，拌和物产生离析、泌水现象。这是由于针片状骨料的比表面积要大得多，因此导致坍落度下降明显、流动度减小，坍落度经时损失增加。

骨料针片状含量在15%时，对水泥混凝土整体抗压强度、劈裂强度的影响较小，但随着针片状含量的增加，混凝土强度呈下降趋势，在针片状含量达到25%时，混凝土强度明显降低。

3  结论

本研究通过对建筑与水利行业相关规范对宁夏地区白云灰岩预拌混凝土粗骨料品质要求的差异进行对比，具体结论如下。

①粗骨料最大粒径对预拌混凝土的工作性能、抗压强度及抗冻性能均影响较小。

②随着粗骨料泥块含量的增大，预拌混凝土工作性能明显降低。泥块含量由0%增大到0.7%后，预拌混凝土抗压强度、冻融循环相对动弹性模量分别降低约10%。

③随着针片状骨料含量的增加，水泥混凝土的坍落度呈降低趋势，当含量超过15%后，降低愈加明显；当针片状掺量达到25%时，拌合物产生离析、泌水现象，混凝土强度明显降低。

参考文献：

［1］全国混凝土标准化技术委员会.预拌混凝土：GB/T 14902—2012［S］.北京：中国标准出版社，2012.

［2］张成银，郑磊，刘长顺，等.粗骨料级配对混凝土早期收缩性能的影响［J］.混凝土与水泥制品，2022（11）：27-29，34.

［3］商晓阳，刘润清，李永华，等.骨料级配对超高性能混凝土强度及孔结构的影响［J］.沈阳理工大学学报，2022，41（4）：49-55.

［4］李琼，冯琼，曹辉.再生骨料级配对混凝土力学性能的影响及微观机理分析［J］.江苏大学学报（自然科学版），2019，40（5）：614-620.

［5］林敦亮.砂含泥量对C80高强混凝土工作性、抗压强度及耐久性的影响研究［J］.广东建材，2019，35（6）：13-15.

［6］張丽超.骨料中含泥量对聚羧酸系外加剂工作性能影响的研究［J］.长春工程学院学报（自然科学版），2013，14（3）：4-7.