不同级配及组合骨料的混凝土配合比研究及工程应用

文摘 2024-10-06 07:01 河南

0引言

目前，在骨料颗粒级配研究领域中，有许多理论学说，其中经典的骨料连续级配理论有W.B.Fuller和S.E.ThomPson的最大密度理论，J.Bolomey，A.Birebent等的级配公式；经典的骨料间断级配理论主要有法国的R.Feret，R.Vallette，J.Villey等间断级配理论；以及我国刘崇熙的连续级配包围垛密理论和间断级配结晶堆垛理论等，这些理论都以实现骨料的堆积密度最大化为目标。

水工混凝土骨料应优选收缩小、线膨胀系数小、坚固性高及不透水的非活性骨料，在受客观条件限制而无法选择性能优良的骨料时，采用组合骨料也是提高水工混凝土综合性能的有效手段之一，比如锦屏一级水电站采用大理岩细骨料和砂岩粗骨料的组合骨料混凝土，弥补了单一骨料混凝土的缺陷。

在总结了这些理论和实际工程经验的前提下，桐子林水电站导流明渠工程结合自身的骨料供应情况，对非水工级配及组合骨料在混凝土中的应用做了大量的配合比试验研究，从试验检测情况来看，混凝土性能满足实际工程的技术要求。

该工程中的混凝土主要设计指标为C₉₀25F50W6，混凝土用到了两种不同的骨料以及组合骨料。通过试验检测数据，对应用于该混凝土的五道河和金龙沟骨料，以及对应的不同配合比和混凝土性能进行了对比分析，同时使用两河口骨料，进行了不同骨料比例、不同骨料级配对于混凝土配合比参数及其强度影响的研究。

1不同骨料的品质检测

1.1单一骨料性能

使用的骨料有金龙沟人工砂及5～20mm、20～40mm、40～80mm粗骨料，五道河人工砂及10～30mm、20～40mm及40～80mm粗骨料，两河口用机制砂及5～20mm、20～40mm、40～60mm粗骨料，骨料的性能试验检测结果见表1和表2。

从检测结果可知，五道河骨料的表观密度大于金龙沟骨料，吸水率略小于金龙沟骨料，坚固性指标略大于金龙沟骨料，均无泥块含量；两种人工砂的细度模数和石粉含量相差较小；粗骨料的含泥量和针片状含量较接近，五道河粗骨料的压碎指标和空隙率略大于金龙沟粗骨料，这些指标对混凝土的强度、耐久性等性能都要重要的影响。

1.2骨料级配分析

各级配混凝土的粗骨料最优比例检测结果见表3，从结果可知，三级配粗骨料的空隙率小于二级配粗骨料；金龙沟各级配粗骨料的空隙率小于五道河粗骨料；对于五道河粗骨料，不采用20～40mm时，粗骨料的空隙率则会变大。

2骨料对混凝土配合比的影响

采用P.O42.5普硅水泥及P·M42.5中热水泥，F类I级和Ⅱ级粉煤灰，其性能检测结果满足规范要求。对C₉₀25F50W6混凝土，使用金龙沟和五道河骨料进行了两种不同骨料及组合骨料的混凝土施工配合比研究，结果见表4。

从表中可知，在满足混凝土设计等级及和易性的要求下：

1）分别采用金龙沟骨料和五道河骨料的单一骨料混凝土配合比中，后者用水量略高于前者，水胶比和砂率基本相同。说明采用五道河骨料时，即使骨料为缺少5～10mm粒径的间断级配，仍可通过试验优选出各粒径骨料的合理级配比例。

2）当混凝土配合比采用金龙沟人工砂和五道河粗骨料组成的组合骨料，且二级配混凝土的粗骨料只采用10～30mm粒径小石，三级配混凝土的粗骨料只采用40～80mm大石和10～30mm粒径小石时，与单一骨料混凝土相比，其粉煤灰掺量降低，水胶比变大，单方混凝土的胶凝材料用量减少，二级配混凝土的砂率不变，用水量增加，三级配混凝土的砂率减小，用水量增加。

3）组合骨料采用金龙沟人工砂、五道河小石及金龙沟大石时，与组合骨料采用金龙沟人工砂和五道河粗骨料相比，三级配混凝土配合比参数基本相同。

为进一步研究不同骨料比例、不同骨料级配对于混凝土配合比参数及其强度的影响，针对两河口骨料5～20:20～40:40～60=2:3:5和5～20:20～40:40～60=3:3:4的骨料组合比例，以及一级配、二级配和二级半混凝土之间差异开展了较系统的比较试验。表5为对比试验用配合比参数。

3混凝土性能对比分析

使用五道河和金龙沟骨料混凝土现场取样的性能检测试验结果见表6和图1，混凝土性能均满足设计指标要求，从表中检测数据可知，对于单一骨料混凝土，其抗压强度、抗拉强度及耐久性的平均值较接近，说明金龙沟连续级配骨料的混凝土和五道河间断级配骨料的混凝土相比，其性能相差不大；组合骨料混凝土与单一骨料混凝土对比，其抗压强度及抗拉强度略小，不同组合骨料的混凝土性能基本相同。

两河口骨料不同比例及不同骨料级配下混凝土试验结果见表7，由表可见：①二级半混凝土相对于二级配混凝土，由于骨料粒径范围的变宽，单位用水量降低约15～20kg，骨料表面积及其混合空隙率由于粒径增加而降低，进而导致砂率降低；②筛除40mm骨料颗粒后，混凝土含气量检测结果略呈增加趋势，混凝土坍落度增加明显，但是倒坍落度桶扩展度试验结果不受影响，说明常态混凝土在保证相同和易性下，随着粒径范围的变宽，混凝土施工性能未受显著影响；③中热水泥和普通硅酸盐水泥混凝土在骨料扩展前后强度略有变化，但是两种水泥下的强度变化趋势并不一致，且不同水泥下的混凝土骨料扩展前后强度变化并不显著。

4工程应用情况

桐子林导流明渠已经顺利过流，对C₉₀25F50W6混凝土芯样取样检测情况来看，混凝土抗压强度等性能满足设计等级要求，从混凝土结构检测和安全监测情况来，混凝土表面没有发现有危害性的裂缝，混凝土结构稳定安全。

5结论

通过分析不同骨料比例、不同骨料级配对于混凝土配合比参数及其强度的影响，及非水工级配及组合骨料在桐子林水电站导流明渠工程C₉₀25F50W6混凝土中的应用情况，得到了如下结论：

1）试验表明，除五道河骨料的表观密度大于金龙沟骨料外，两种骨料已检测的其它性能相差不大。

2）当采用单一骨料时，金龙沟骨料为连续级配，五道河骨料为缺少5～10mm粒径的间断级配，采用这两种骨料的混凝土配合比参数基本一致，混凝土性能也相差不大。

3）当采用组合骨料，且骨料为缺少5～10mm粒径和30～40mm粒径的间断级配时，与采用单一骨料时对比，降低了粉煤灰掺量，水胶比变大，用水量增加，单方混凝土的胶凝材料用量减少，抗压强度及抗拉强度略有降低。

4）对比分析表明，采用间断级配的组合骨料时，能够设计出满足混凝土性能的配合比，实际工程应用效果较好，与单一骨料混凝土对比，其单方混凝土的胶凝材料用量甚至更少。

5）二级半混凝土相对于二级配混凝土，由于骨料粒径范围的变宽，单位用水量降低约15～20kg，骨料表面积及其混合空隙率由于粒径增加而降低，进而导致砂率降低，说明常态混凝土在保证相同和易性下，随着粒径范围的变宽，混凝土施工性能未受显著影响。

6）中热水泥和普通硅酸盐水泥混凝土在骨料扩展前后强度略有变化，但是两种水泥下的强度变化趋势并不一致，且不同水泥下的混凝土骨料扩展前后强度变化并不显著。

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