摘 要：叙述了石子的粒径、压碎指标等参数对混凝土强度的影响，并研究了怎样利用淮南地区不理想的碎石配制高强混凝土的方法。
关键词：混凝土强度；石子粒径；压碎指标
1 概述
土木工程施工前的重要准备工作之一是进行混凝土配合比设计，混凝土配合比设计时对混凝土四大组成材料都有具体的要求，其中对石子的要求是依据行标《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(J GJ53 - 92) 规定，该标准中，对石子的含泥量、泥块含量、针片状含量等都提出了具体要求。通常情况下，在配制的低中强度混凝土时，满足了标准规定要求的石子，对混凝土强度不会产生大的影响。但随着混凝土强度的提高，对石子的要求也越加严格，除要满足以上所提标准中规定的要求，还要涉及石子的其他参数要求。笔者在进行淮南市刘庄矿井壁高强混凝土设计时，遇到了石子的状态参数对中高强混凝土配合比设计产生重大影响的情况，就此展开了一些研究，现提出来与同行探讨。
2 石子强度对混凝土强度的影响
刘庄煤矿是设计能力为300 ×104 t 的新煤矿，有主、副、风井各一个，井壁混凝土设计中，最高强度等级为C50 和C55 的高流态、抗渗抗冻混凝土。为降低成本，根据施工方要求，石子用淮南本地产石灰岩碎石，其混凝土设计用原材料情况如下：
水泥：42. 5 级巢湖普通水泥；砂子：细度模数2. 6 淮滨砂；石子：淮南八公山区石灰岩碎石，粒径为20～40mm；水∶自来水；外加剂：蒙城防水剂厂FS - A 混凝土外加剂。其中，石子参数如表1 所示。
表1 八公山20～40mm石灰岩碎石试验指标检验结果
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筛孔尺寸(mm) |
累计筛余率( %) |
标准值( %)
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10 |
100 |
95～100 |
|
20 |
95. 0 |
90～100 |
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31. 5 |
84. 5 |
80～100 |
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50 |
0 |
0 |
由以上试验数据可知，该石子的含泥量等指标均满足J GJ53- 92 标准要求，可用来配制井壁混凝土。
2. 1 混凝土强度试验
用上述材料配制C50 、C55 混凝土，其结果如表2 所示。
表2 混凝土强度试验
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强度等级 |
配合比 |
28d 平均强度 (MPa) |
最大值 (MPa) |
最小值 (MPa) |
组数
|
破坏 特征 |
|
C50 |
1∶1. 26∶2. 32∶0. 32 FS - A 8 % |
48. 6 |
50. 8 |
47. 1 |
6 |
石子劈裂 |
|
C55 |
1∶1. 12∶2. 08∶0. 30 FS - A 8 % |
49. 2 |
49. 2 |
48. 6 |
5 |
石子劈裂 |
注：其他项目试验结果：表观密度2. 71g/ cm3 ；泥块含量：0. 10 %；含泥量0. 45 %；针片状含量： 6. 50 %；压碎指标值： 9. 50 %。筛分结果： 为20～40mm 级配合格的碎石。
2. 2 强度试验分析
普通混凝土破坏的方式通常有三种，一是水泥浆与石子之间界面的破坏；二是水泥浆的破坏；三是石子本身的破坏。当水灰比较大时，易发生界面破坏和水泥浆破坏，而水灰比较小时，常发生石子破坏。由上述强度试验结果可看出，配制的C50 、C55混凝土，均在50MPa 以下破坏，且破坏原因是石子劈裂破坏引起的，说明是石子强度不够引起的C50 和C55 混凝土几乎在同一强度大小处破坏，也就是说所用的八公山20～40mm 石灰岩碎石只能配制50MPa 以下的混凝土。
2. 3 提高石子强度的措施
为满足配制C55 混凝土的要求，原有石子的强度需进一步提高，具体采用二种方法，一是减小原有石子的粒径；二是使用强度高的石子。
减小原有石子的粒径，是指用八公山区16～31. 5mm 石灰岩碎石代替原来20～40mm 碎石，因淮南各石子厂生产工艺较落后，破碎机破碎成的10～20mm 石子针片状含量太高，因此没有选用10～20mm 碎石。
表3 八公山16～31. 5mm石子混凝土强度试验
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强度等级 |
配合比 |
28d 平均强度 (MPa) |
最大值 (MPa) |
最小值 (MPa) |
组数
|
破坏 特征 |
|
C50 |
1∶1. 26∶2. 32∶0. 32 FS - A 8 % |
52.3 |
53.2 |
49.8 |
5 |
石子劈裂 |
|
C55 |
1∶1. 12∶2. 08∶0. 30 FS - A 8 % |
53.6 |
54.3 |
51.8 |
5 |
石子劈裂 |
由以上试验可知， 当石子粒径由20 ～ 40mm 改为16 ～31.5mm时，从混凝土破坏形态上看，仍然是石子劈裂破坏引起混凝土破坏，但混凝土强度有所提高，这说明对高强混凝土来说，随着骨料粒径的减小，石子强度会增大，分析原因可能是由于骨料尺寸越大，其石子内部存在的薄弱层越多，其强度也就越低，导致混凝土强度越低。当大石子破碎成小石子时，必然是沿着石子内部薄弱层碎裂，这样小石子内部更密实，强度也就越高。另外，小粒径骨料表面积大，能增加石子和水泥浆的接触面积，界面受力更均匀，使混凝土受压时强度更高。
因八公山16～31. 5mm 石kj_9†Y_k子仍然没有配制出石并没有配制出C55 混凝土，说明碎石压碎指标即使满足了标准要求，也不一定能配制出高强度等级的混凝土。因此，石子的压碎指标只能是判断石子强度的间接指标，没有石子立方体抗压强度值准确。
表4 九龙岗石子、怀远石子的混凝土强
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强度等级 |
配合比 |
28d 平均强度 (MPa) |
最大值 (MPa) |
最小值 (MPa) |
组数
|
破坏 特征 |
|
C50 |
1∶1. 26∶2. 32∶0. 32 FS - A 8 % |
56.8 |
57.9 |
53.7 |
5 |
石子劈裂 |
|
C55 |
1∶1. 12∶2. 08∶0. 30 FS - A 8 % |
60.8 |
63.5 |
59.5 |
5 |
石子劈裂 |
由上述试验可知，九龙岗石子强度高于八公山石子，但从混凝土破坏形式上看，仍是石子破坏，且仍有一部分混凝土强度没有达到55MPa 以上，而怀远花岗岩石子强度则高得多，其配制的混凝土破坏形式是水泥浆破坏引起的，为稳妥起见，最后确定，配制C50 混凝土用九龙岗16～31. 5mm 石灰岩碎石，配制C55 混凝土则用怀远16～31. 5mm 花岗岩碎石。
3 石子压碎指标对混凝土强度的影响
石子的强度可用抗压强度和压碎指标表示。碎石抗压强度 值是指将母岩制50mm 的立方块，在水饱和状态下测得的极限抗压强度值。压碎指标值是指将石子装入圆筒内，在规定压力下特压，经2. 5mm 筛子过筛，筛下去的石子重量占原有石子总重量的百分数。因将石子制成立方体试件的过程复杂，所以一般情况下都用压碎指标来反映石子的强度。
对上述几种石子的压碎指标值测试结果如表5 。
表5 各种石子的压碎指标
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石子产地及规格 |
压碎指标值 |
组数 |
|
八公山20～40mm 石灰岩碎石 |
12. 6 |
2 |
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八公山16～31. 5mm 石灰岩碎石 |
10.8 |
2 |
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九龙岗16～31. 5mm 石灰岩碎石 |
9.8 |
2 |
|
怀远16～31. 5mm 花岗岩碎石 |
8.5 |
2 |
根据《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ53 - 92) 标准，对石子压碎指标的限量如表6 所示。
表6 石子压碎指标标准值要求
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岩石品种 |
混凝土强度等级 |
压碎指标( %) |
|
水成岩(如石灰岩) |
C55～C40 |
≤12 |
|
火成岩(如花岗岩) |
C55～C40 |
≤13 |
由表5 、表6 对比可知，除八公山20～40mm 石灰岩碎石的压碎指标超标外，其余石子的压碎指标都满足要求，而由前述强度试验可知，八公山16～31. 5mm 碎石和九龙岗16～31. 5mm 碎石并没有配制出C55 混凝土，说明碎石压碎指标即使满足了标准要求，也不一定能配制出高强度等级的混凝土。因此，石子的压碎指标只能是判断石子强度的间接指标，没有石子立方体抗压强度值准确。
4 结束语
(1) 石子粒径越小，其强度越高，其配制的中高强混凝土强度会随之提高。
(2) 一般情况下，花岗岩石子配制中高强度等级混凝土较理想。
(3) 碎石的压碎指标满足标准时，未必就能配制中高强度等级混凝土。
参考文献：
[ 1 ] 陈肇元. 高强混凝土及其应用[M] . 北京：清华大学出版社，2002 ，12.
[ 2 ] 张仁水，吴保群，倪修全. 建筑工程材料[M] . 中国矿业大学出版社， 2000 ，1.
