當前，“碳達峰、碳中和”已成為砂石行業的熱點，“做好碳達峰、碳中和工作”是砂石行業和企業履行社會責任、推動行業高質量發展的重大歷史擔當。今年2月，中國砂石協會發布的《推進砂石行業碳達峰、碳中和行動倡議書》（點擊查看），提出了“提高站位，勇擔砂石行業碳減排責任；堅持綠色發展，推進清潔生產；發展綠色技術，加強科技創新”三項重要倡議。

關于推動砂石企業減碳降碳方面，其中一個重要方向就是利用技術創新提高機制砂石產品品質，適度降低空隙率，進而降低水泥使用量。眾所周知，水泥熟料在燒制過程中，往往需要煤粉燃燒產生出1400℃左右的高溫，降低水泥用量就是減碳降碳的重要舉措之一。下面的論文就是通過優化骨料級配，在保持混凝土工作性能和強度的情況下，降低水泥使用量，并取得顯著的經濟效益，采用在成都地區原材料價格進行估算，單方C30、C50混凝土配合比成本可分別降低約11元和19元。

原文如下：

骨料級配對混凝土性能的影響研究

黃偉，邱旭，吳鑫

（四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610051）

【摘要】研究機制砂、碎石的級配對混凝土和易性及強度的影響。通過查閱現行標準，砂、石的研究范圍分別是Ⅱ區砂和5~25mm連續粒級。試驗結果表明：砂應分別控制比粒度4.5~5.5、細度模數2.6~2.9、石粉含量7％以內；碎石級配應在《普通混凝土砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52—2006）中累計篩余的中值靠近6／8區間；級配優化后的骨料能夠降低混凝土砂率、水膠比、膠凝材料和外加劑用量，提高工作性能和強度或保持工作性能和強度不降低情況下節約配制成本。

【關鍵詞】級配；工作性能；強度；成本

０前言

經統計，目前成都地區市面上機制砂級配普遍有著“兩頭重中間輕”、5~25mm連續級配碎石多數出現斷級配的現象，導致砂石級配較差，空隙率較大，影響混凝土質量。

較好的砂石級配可以有效降低混凝土中骨料空隙率，改善混凝土的工作性能，同時在保證混凝土工作性及強度不降低情況下可以降低膠材及外加劑用量，節約成本。

通過查閱相關文獻、參考國標及行業標準，在滿足砂石現行標準條件下，引入比粒度的概念[1]，通過級配優化研究確定砂石關鍵性技術指標，進一步驗證砂石級配對混凝土性能的影響。本文還通過砂石級配的控制對混凝土性能進行定量研究，通過廣泛試驗制定企業質量標準，展現企業創新突破的能力[2]，為混凝土生產的質量和成本控制提供有效的數據支撐。

１.試驗

1.1 主要儀器設備

TYE-2000E壓力試驗機；HJS-60雙臥軸混凝土試驗攪拌機；JJ-5水泥膠砂攪拌機；ZT-96膠砂試體成型振實臺；ZBSX-92A震擊式標準振篩機；1㎡振動臺；坍落度桶；1000g、60kg電子天平；JJ-1A亞甲藍攪拌機；1ｍ長鋼尺。

1.2 原材料

水泥：四川峨勝水泥股份有限公司，P·O42.5R級，28d抗壓強度50.8MPa，45μm方孔篩篩余百分率為14%。

粉煤灰：自貢市順永建材有限公司，Ⅰ級，細度：8.8%；燒失量：3.0%，需水量比：93.1%。

礦粉：四川中林廣升環保建材有限公司，S95級，活性指數：7d，73%；28d，97%。

砂：成都廣漢宏茂產人工砂，Ⅱ區中砂。

碎石：成都廣漢宏茂產人工碎石，Ⅱ類碎石，屬5~25mm連續粒級。

外加劑：四川路加四通科技發展有效公司，HLP。

標準砂：廈門艾思歐標準砂有限公司，符合國標《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》(GB/T17671—1999)的中國ISO標準砂。

水：自來水。

1.3 試驗方法

經篩分得到各分計砂石，根據比粒度、石粉含量、最大粒徑等進行人工復配，對復配后的砂石進行表觀特性檢測、膠砂和試配等驗證。砂石的級配、松散密度、表觀密度、空隙率、細度模數等按照《普通混凝土砂、石質量及檢驗方法標準》(JGJ52—2006)[3]和《高性能混凝土用骨料》(JG/T568—2019)[4]；擴展度和坍落度按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T50080—2016)[5]；混凝土抗壓強度按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081—2002)[6]。

1.4 砂的制備

通過篩分得到4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm、篩底共計8個單級的砂，在Ⅱ區砂中分別選取比粒度為3.6、4.6、5.6、6.6的砂。固定0.15mm篩下的總量，控制石粉含量為0.5%、10%，研究復配后的砂的空隙率、膠砂需水量比和流動度比的影響，篩選出最優砂進行后續試配驗證（注：①A1、A2、A3、A4分別代表比粒度為3.6、4.6、5.6、6.6，②B1、B2、B3分別代表石粉含量為0、5%、10%）。

1.5 碎石的制備

研究《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52—2006）和《高性能混凝土用骨料》（JG/T568—2019）標準關于連續級配5~25mm碎石的級配范圍，取標準中累計篩余的上限區間、中值區間、下限區間的碎石進行復配，測得各級配碎石的表觀特性、根據結果再進行5~25mm連續級配累計篩余的7/8區間、6/8區間、5/8區間或3/8區間、2/8區間、1/8區間的復配[7]，測得表觀特性，得到最低空隙率，篩選出最優碎石進行后續試配驗證。

1.6 配合比設計

砂石級配的驗證試配中，配合比設計需固定各膠凝材料的量和砂率，通過調整外加劑和水膠比，在工作性能大致相同的條件下對比基準砂石和級配優化后的砂石混凝土拌和物后期強度、砂石級配的成本測算驗證試配中，基準組采用攪拌站實際生產配合比，對照組在此基礎上減少膠凝材料總量(改變膠材成分占比)、由于試驗表明使用級配優化的砂石可降低砂率，故對照組較基準組降低2%砂率、對比基準砂石和對照組混凝土拌和物的工作性、后期強度及成本。

2 試驗結果及分析

2.1 復配砂表觀特性及膠砂試驗

在Ⅱ區砂范圍內，通過比粒度和石粉含量控制機制砂級配，得出13組試驗方案及結果見表1。

表1 復配砂級配-表觀特性試驗表

1）第5~7組相較基準組緊密堆積密度增大了100~150kg/m³，緊密堆積空隙率降低了3%~5%，第3~7組膠砂需水量比較低，第5~7組流動度較大，相較基準組膠砂需水量比降低了近10%，流動度增加了40~50mm、主要原因為在一定范圍內，隨著比粒度的增大，比表面積增大，膠砂需水量比變大，膠砂流動性變差。

2）相同比粒度下，固定150μm篩網篩下的總量，石粉含量的占比對空隙率影響較??；隨著石粉含量的增大，膠砂需水量比增大，流動度減小，但對空隙率影響較小，因為石粉有較大的比表面積，會導致混凝土拌和物變黏或增大用水量。

3）綜合考慮空隙率及膠砂需水量比，采用第6組A2B2進行后續試驗。

2.2 復配碎石表觀特性

復配碎石級配-表觀特性試驗見表2。

表2 復配碎石級配-表觀特性試驗表

在5~25mm連續粒級范圍內，中值靠近上限有較小空隙率，由表2可得以下結論：

1）設置級配時最大粒徑未考慮26.5mm篩網及以上碎石，因為連續級配中最大粒徑為31.5mm的碎石在拌和物中裸露，混凝土勻質性、包裹性較差，且根據《混凝土泵送施工技術規程》（JGJ10—2011）[8]中規定，最小內徑為125mm的混凝土輸送管中粗骨料最大粒徑不應大于25mm。

2）由于級配靠近上限區間，整體碎石比表面積較小，混凝土中使用更少的水或膠材用量就能達到較好的工作性能；較低的空隙率所需砂率就越小，粗集料相比細集料有更高的強度，更易提高混凝土后期強度。

3）選用5~25mm連續粒級累計篩余6/8區間C3進行后續試驗。

2.3 骨料級配優化試配驗證

對比級配優化后的骨料和普通骨料在不同砂率下的空隙率及試配結果見表3。

表3 級配優化砂石砂率試配驗證表

1）砂率升高導致空隙率降低，但不是空隙率越低拌和物工作性能就越好。隨著砂率的增大，骨料總比表面積增大，需要更多漿體填充，試驗表明，采用44%~46%砂率C30混凝土拌和物性能最佳。

2）級配優化后的骨料在降低0.3%~0.5%的外加劑摻量的情況下，相比普通骨料能夠保證有大致相同的工作性能，節省成本的同時提高強度。

3）級配優化后的骨料能夠在相同的工作性能下降低砂率，提高強度。

2.4 骨料級配優化減膠試驗及成本測算

通過調整外加劑摻量、膠材用量和組成，在保證大致相同的工作性能和強度的前提下降低成本，由表4可得：使用級配優化后的骨料配制混凝土，對比基準組在保持基本一致的工作性能及強度條件下，采用在成都地區原材料價格進行估算，單方C30、C50混凝土配合比成本可分別降低約11元和19元。

表4 C30?、C50減膠試驗

3 結論

1）比粒度對砂空隙率和膠砂需水量比影響較大，應控制在4.5~5.5，細度模數應控制在2.6~2.9；石粉含量過高會導致混凝土拌和物變黏或增加用水量，應控制在7.0%以內。

2）5~25mm連續粒級碎石在累計篩余中值靠近6/8區間有較小空隙率，最大粒徑不應大于25mm，使用該級配碎石可降低砂率和用水量。

3）較好的砂石級配能夠降低膠凝材料和外加劑用量，在保證工作性能和強度不變的條件下，有效節省成本。

4)在一定范圍內空隙率越低混凝土質量越好，但并沒有絕對的線性關系，主要因為混凝土質量影響因素復雜，不能從單一角度評判其好壞。因此，研究砂石最低空隙率是否具有現實意義有待進一步研究。

參考文獻：

[1]傅沛興.比粒度：一種表示砂石粒度的新概念[J].建筑材料學報，2006，9(1)：142-144.

[2]岳曉偉，邵建峰，倪衛紅，等.機制砂級配和空隙率關系研究[J].混凝土，2018，40(8)：106-107.

[3]中華人民共和國建設部.普通混凝土用砂石質量及檢驗方法標準：JGJ52—2006[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.高性能混凝土用骨料：JG/T568—2019[S].北京：中國建筑工業出版社，2019.

[5]中華人民共和國住房和城鄉建設部.普通混凝土拌合物性能試驗方法標準：GB/T50080—2016[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[6]中華人民共和國建設部.普通混凝土力學性能試驗方法標準：GB/T50081—2002[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[7]李文科，瞿官偉，范志，等.砂石級配的探究及其對混凝土性能的影響[J].商品混凝土，2018，15(7)：28-31.

[8]中華人民共和國住房和城鄉建設部.混凝土泵送施工技術規程：JGJ/T10—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.
來源：中國知網、中國砂石協會