粉煤灰、矿渣掺量不同将对混凝土性能产生不同影响，对此国内外研究者已进行了广泛研究。研究发现，随各种掺合料替代总量增加，其强度逐渐降低，随养护龄期增加，其强度降低量减小。四川乐山地区混凝土搅拌站常用的人工砂，其颗粒分布呈现“两头多中间少”的现象类似，即粒径在1.18～4.75mm的粗颗粒和小于0.075mm的石粉颗粒较多，粒径在0.15～0.6mm的中颗粒较少，属劣级配砂。劣级配砂会对有效砂率及堆积效应产生不同的影响，导致细骨料的比表面积和空隙率发生变化，从而用劣级配砂配制的混凝土性能与正常级配砂配制的混凝土性能出现差异。
本研究以C30混凝土为例，配制粉煤灰矿渣掺量不同的劣级配砂配制混凝土，计算该研究中配制混凝土用劣级配砂和石的堆积效应，并通过测定其初始坍落度、1h坍落度及成型养护至一定龄期时的抗压强度及是否满足相应的强度等级要求，考察粉煤灰矿渣掺量不同对劣级配砂配制混凝土工作性和抗压强度的影响并探索其影响规律.
1材料与方法
1.1原材料
水泥采用四川省峨胜水泥厂生产的峨胜PO42.5级水泥，比表面积为368m2/kg，3、28d平均抗压强度分别为29.1和54.3MPa。
粉煤灰采用四川省峨眉山市宏源煤灰厂生产的Ⅱ级粉煤灰，需水量比为102，烧失量为3.67%。
矿渣采用四川省峨眉山市宏源煤灰厂生产的磨细矿渣，比表面积为510m2/kg，28d活性指数为74，烧失量为4.3%，表1列出了水泥和掺合料的化学组成。
减水剂为巴斯夫Ｒheobuild1040(LL)高效减水剂；水为自来水；粗骨料为由卵石破碎而成的人工碎石，其颗粒级配如表2所示；细骨料为河砂与卵石破碎而成的人工砂按1∶4比例组合而成的混合砂.混合砂的级配情况如表3所示，表中同时列出了《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准规范》(JGJ52-2006)推荐的泵送商品混凝土适宜用Ⅱ区中砂的级配区要求，用于与本研究中实际用砂相比较。
1.2混凝土配合比
为比较不掺粉煤灰矿渣、粉煤灰与矿渣掺量的不同，及单掺粉煤灰和矿渣对泵送混凝土性能的影响。根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》并结合当地混凝土生产常用配合比确定出6组C30混凝土配合比，各组水胶比均为0.5，砂率固定为42%，单方胶凝材料总量均为360kg，减水剂掺量为1.6%，单方用水量均为180kg。掺入粉煤灰、矿渣替代部分水泥时，采用等量替代水泥的方法。
6组混凝土粉煤灰矿渣掺量情况：
(1)单掺粉煤灰或矿渣，采用内掺法，根据规范规定不超过允许最大掺量，具体为分别掺入粉煤灰30%或矿渣40%；
(2)复掺粉煤灰和矿渣，采用内掺法，分别是矿渣+粉煤灰：10%+30%、20%+20%、30%+10%；并以未掺粉煤灰矿渣的混凝土做空白对照.混凝土配合比中单方混凝土中水泥和粉煤灰矿渣用量见表4。
1.3试验方法
混凝土坍落度是用标准坍落度圆锥筒进行测试，具体操作过程根据GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。同时统计了1h后坍落度值。
按设计配合比称量后，人工拌合均匀后分两层装入100mm×100mm×100mm的钢模中，每装一层插捣25次，最后装满刮平表面。在标准条件下养护1d后拆模，再在(20±2)℃的水中养护直至相应龄期取出试样，将试件擦拭干净，用JES—2000A型压力试验机测试出各试样3、28、56d抗压强度。其中每3个试块为1组，每组试样强度代表值乘以0.95所得结果见表5。
根据GB/T50107—2010《混凝土强度检验评定标准》评价各组混凝土是否满足强度等级要求。
2结果与讨论
2.1堆积特性分析
根据表3可看出所用砂不符合级配要求，属劣级配砂.虽然砂的级配不符合要求，但并不能完全否定砂石混合料的紧密堆积效应.考察是否能获得紧密堆积的经典连续堆积理论Andreasen方程，其表达式为：
根据1材料与方法中提到的砂率、砂石的颗粒级配等数据，可计算出砂石混合料中各粒径对应累计筛下百分数，如表6所示。同时根据式(3)计算出Fuller指数为1/2和1/3时各粒径所对应的累计筛下百分数列于表6中。
根据表5中数据对混凝土中混合砂石颗粒的Andreasen曲线分布作图，如图1所示。由图1可知，砂石除了粒径0.3mm段，其余粒径段均居于疏填充和最密填充之间，特别是其中小粒径部分很接近q=1/3的曲线，本研究中的砂石形成了较紧密的堆积，使劣级配砂不致对混凝土性能产生明显影响。使离析危险最小化，松散堆积必须有较多的细组分，而紧密堆积则应少一些细组分。从表3砂的级配表中可看出小于0.15mm的细颗粒较多，这正好与不太紧密填充相对应，利于减少离析的发生。因此从上述试验数据和结果分析推测，本研究中尽管所用砂为劣级配，但仍可获得较好的堆积效应。
2.2混凝土坍落度及坍落扩展度
坍落度试验结果表明，初始坍落度均满足大于150mm，但1h后坍落度产生损失，F0、C0坍落度均小于150mm。而复掺40%粉煤灰和矿渣的混凝土和掺30%粉煤灰的混凝土在1h内均能满足大于150mm。根据《混凝土泵送施工技术规程》，坍落度大于150mm即可满足泵送高度达到100m的要求，满足浇筑普通多层和高层建筑物混凝土泵送高度需求。因此，可认为粉煤灰矿渣复掺总量为40%的混凝土和掺30%的粉煤灰混凝土工作性满足生产实际所需。单掺粉煤灰和复掺粉煤灰矿渣具有较好的保坍性，而单掺矿粉因泌水率较高而保坍性较差。对于未掺粉煤灰矿渣的混凝土，可能是因水化早期水泥比粉煤灰矿渣反应快，会消耗掉更多的水，故1h后混凝土坍落度不能满足泵送需求。即本研究中混凝土与其它研究中正常级配砂配制混凝土相一致，推测导致出现坍落度差异的原因只是因掺合料比例的变化，而与砂的级配没有太大联系。
2.3混凝土抗压强度及强度等级评定
表6列出了各组混凝土3、28、56d的抗压强度.比较表6中F1(FA∶SP=1∶3)、F2(FA∶SP=1∶1)、F3(FA∶SP=3∶1)3d时抗压强度，可看出当粉煤灰、矿渣复掺总量均为40%时，随粉煤灰掺量于S75级矿渣。即该研究中掺入的粉煤灰矿渣活性不太高，所以在研究的养护龄期内，各混凝土强度均低于空白混凝土强度。
本研究中各组样品评定的样本容量数小于10，GB/T50107—2010《混凝土强度检验评定标准》规定，应用非统计法评定混凝土强度等级。当平均强度和最低强度均满足式1和式2要求时，则满足相应的强度等级要求。若以常规28d强度作为评定依据，则仅F0、F1、C0这3组样品满足强度等级要求。而在GB/T50107—2010《混凝土强度检验评定标准》中规定掺加矿物掺合料混凝土的强度与纯水泥混凝土相比，早期强度较低，而后期发展较快，为充分利用矿物掺合料混凝土的后期强度，混凝土强度进行合格评定时的试验龄期可以大于28d。鉴于此，本研究中选择以56d强度作为强度评定的依据，因本研究中的各组样品强度均大于34.5MPa，所以各组样品均满足C30混凝土强度等级的要求。增加矿渣掺量减少，混凝土抗压强度逐渐减小，这主要是因为矿渣具有比粉煤灰更大的化学能和化学活性，且磨细矿渣中的活性物质比粉煤灰多。单掺粉煤灰S0与单掺矿渣F0样品的比较也可以看出，尽管S0中水泥占胶凝材料总量70%，F0中水泥只占胶凝材料总量60%，S0的3d强度仍小于F0样品的3d强度，进一步说明粉煤灰对混凝土早期强度的贡献小于矿渣对混凝土早期强度的贡献。但无论粉煤灰、矿渣单掺还是复掺配制的混凝土强度均小于未掺的空白混凝土。这是因为粉煤灰、矿渣的水化需与水泥水化后的产物之一Ca(OH)2发生反应才会产生强度，所以均对混凝土早期强度贡献较小。尽管粉煤灰矿渣粒径较细具有微粉填充效应利于提高早期强度，但不能抵消由二次水化反应滞后导致早期强度减小的作用，说明上述配合比情况下，在劣级配砂配制的混凝土中，二次水化反应产生强度滞后是导致混凝土早期强度降低的主要原因。
有研究发现部分掺了掺合料的混凝土早期强度高于未掺掺合料的空白混凝土，这主要是因为在其研究中，掺合料掺量较低，单掺粉煤灰未超过30%，单掺矿渣未超过15%，水胶比仅0.25或0.30的缘故。而本研究中粉煤灰矿渣总掺量达到30%～40%，而且水胶比为0.5，故配制的混凝土强度低于空白混凝土与已有研究结果并不矛盾。
根据上述分析可以看出，在研究的掺量范围内粉煤灰矿渣掺量差异对劣级配砂配制混凝土性能的影响与正常级配砂配制混凝土性能的影响类似。根据表中数据可进一步分析随养护龄期增长，混凝土强度增长与粉煤灰矿渣掺量的相互联系。复掺粉煤灰矿渣，从3～28d时间段，随粉煤灰掺量增加，强度增长量减少，而比较养护28d与56d的混凝土强度，发现强度增长量随粉煤灰掺量增加而逐渐增加，说明粉煤灰二次水化反应比矿渣二次水化反应进一步滞后。在研究的养护龄期内，掺入粉煤灰矿渣的混凝土强度均低于空白混凝土.这可能是因为所使用的粉煤灰是Ⅱ级粉煤灰，所用的矿渣其28d活度系数甚至低于S75级矿渣。即该研究中掺入的粉煤灰矿渣活性不太高，所以在研究的养护龄期内，各混凝土强度均低于空白混凝土强度。
本研究中各组样品评定的样本容量数小于10，GB/T50107—2010《混凝土强度检验评定标准》规定，应用非统计法评定混凝土强度等级。当平均强度和最低强度均满足式1和式2要求时，则满足相应的强度等级要求。若以常规28d强度作为评定依据，则仅F0、F1、C0这3组样品满足强度等级要求。而在GB/T50107—2010《混凝土强度检验评定标准》中规定掺加矿物掺合料混凝土的强度与纯水泥混凝土相比，早期强度较低，而后期发展较快，为充分利用矿物掺合料混凝土的后期强度，混凝土强度进行合格评定时的试验龄期可以大于28d。鉴于此，本研究中选择以56d强度作为强度评定的依据，因本研究中的各组样品强度均大于34.5MPa，所以各组样品均满足C30混凝土强度等级的要求。
式(2)、(3)是规范规定混凝土强度评定强度是否合格需要满足的条件，该两式计算结果与测试出抗压强度结果比较说明了混凝土符合强度等级要求。
鉴于本研究采用的是手工拌合，其拌合均匀性弱于机械搅拌，如果采用机械搅拌，强度将进一步提高，则各组混凝土应该能够满足C30强度等级要求。
从上述研究结果和讨论可看出，尽管是劣级配砂，但根据Andreasen方程分析发现砂与石混合在一起仍能获得较好的堆积效应，没有对混凝土性能产生明显的不良影响。粉煤灰、矿渣对劣级配砂配制的混凝土性能的影响与其它研究中发现的粉煤灰、矿渣对混凝土性能的影响是相一致的。
3结论
(1)劣级配砂与石混合仍可获得较紧密堆积；
(2)矿渣粉煤灰掺量对虽为劣级配砂配制但具有较紧密堆积混凝土工作性和抗压强度的影响，与对正常级配砂配制混凝土工作性和抗压强度的影响类似；
(3)粉煤灰矿渣复掺总量为40%和单掺30%粉煤灰的劣级配砂配制混凝土均满足泵送需要，56d时研究的各组样品均满足强度等级要求。
