天然卵石集料配制C50梁混凝土研究

秦明强，陈梦义，叶志坤，占　文

(1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,武汉 430040；2.海工结构新材料及

维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040;3.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，武汉 430040)



天然卵石集料配制C50梁混凝土研究

秦明强1,2,3，陈梦义1,2,3，叶志坤1,2,3，占文1,2,3

(1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,武汉 430040；2.海工结构新材料及

维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040;3.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，武汉 430040)

摘要：对比了塞尔维亚多瑙河大桥工程所用天然卵石集料与国内卵石集料的差异，并分别采用两种天然卵石集料配制C50梁混凝土。试验结果表明，采用两种天然卵石作为集料可分别配制出工作性能优良，力学性能和耐久性等性能均能满足设计要求的C50梁混凝土。

关键词：卵石；配制技术；力学性能；耐久性

目前，混凝土一般采用碎石或破碎卵石作为粗集料，较少采用天然卵石作为粗集料，尤其是在预应力混凝土结构中[1，2]。随着混凝土用量的逐年增大，优质的集料趋于匮乏，但在部分河流区域具有一定量的天然碎石，能否采用全天然卵石来配制预应力混凝土值得研究。

该研究以塞尔维亚多瑙河大桥为工程依托，在当地具有优质的天然卵石资源，且一直采用天然卵石作为水泥混凝土集料；同时，在我国卵石分布比较广泛，其中长江流域和黄河流域均有大量且品质较好的河卵石；另外，北方的山东半岛的胶南及日照岚山等地区、辽宁辽东半岛等地卵石资源都各具特点，且种类丰富[3，4]。该研究对比分析塞尔维亚多瑙河大桥工程所用天然卵石集料与国内卵石集料的差异，并采用多瑙河卵石与国内卵石来配制C50箱梁混凝土。

1原材料

1)水泥试验用水泥为塞尔维亚当地拉法基水泥厂生产的PC42.5R水泥，标准稠度用水量为28.2%，比表面积为400 m3/kg，3 d、28 d抗压强度分别为32.0 MPa和57.8 MPa。

2)粉煤灰由于塞尔维亚当地没有粉煤灰，该试验用粉煤灰为武汉阳逻电厂Ⅱ级灰，其性能指标如表1所示。

表1　粉煤灰性能指标

3)细集料该研究选用塞尔维亚和国内长江砂，其性能指标如表2所示。

表2　细集料性能指标

4)减水剂

选用西卡公司生产的Sika vsc 3077高性能减水剂，其减水率为34.3%，固含量为27.4%。

2天然卵石集料性能对比

试验选用塞尔维亚多瑙河内的天然卵石以及国内多个地区的天然卵石，对以上几种卵石的基本性能指标进行了测试，测试时将卵石按照4.75~9.5 mm、9.5~19.0 mm粒径筛分，以一定的比例混合后获得孔隙率最低的卵石级配，性能指标见表3。

表3　不同产地卵石性能

注：压碎值采用《建设用碎石、卵石》(GBT 14685—2011)规定的方法测试。

由表3可知，多瑙河天然卵石各项性能指标优良，级配较好(图1所示)、空隙率较低、泥块含量和含泥量较小、片状颗粒含量低和压碎值较小。天然卵石集料得满足国内《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)Ⅰ类碎石的技术要求。卵石的空隙率为41.7%，小于43%，能满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F 50—2011)配制高性能混凝土的技术指标要求；含泥量为0.28%、泥块含量为0，表明卵石经过水洗后非常洁净，这对于降低单方混凝土用水量和外加剂掺量十分有利。天然卵石片状颗粒含量低和压碎值较小，主要由于颗粒表面光滑、粒形圆润、坚硬，这对提高混凝土工作性非常有利。

国内的天然卵石随产地不同性能有一定的差异，主要表现在针片状含量、压碎值、泥块含量和含泥量等指标，浙江宁海(图2所示)和新疆心怡砂场天然卵石性能较优。试验选用多瑙河天然卵石来配制C50箱梁混凝土，并选用国内的浙江宁海天然卵石作为对比。

3C50梁混凝土配合比设计

梁为预应力结构，除抗压强度要求较高外，有早期张拉强度要求和耐久性要求；同时也应关注梁混凝土收缩徐变的控制。工程所在地耐久性影响因素主要为冻融破坏，设计提出了抗冻性和抗水压渗透两个耐久性指标要求。C50梁的配制技术指标如表4所示。

表4　C50梁混凝土技术指标

注：塞尔维亚MB45强度等级大致相当于国内C50，V8同国内P8，M150同国内F150。

塞尔维亚没有掺合料，胶凝材料以纯水泥为主，C50梁混凝土采用纯水泥作为胶凝材料；国内类似结构一般掺入粉煤灰或粉煤灰矿粉复掺作为胶凝材料体系。试验分别采用不同胶凝材料用量、水胶比和砂率来进行C50梁混凝土配制，C50梁混凝土的试验配合比及性能结果分别如表5和表6所示。

表5　C50梁混凝土配合比设计

表6　各组配合比性能

从表6中的工作性能试验结果可知，在固定用水量条件下，随着胶凝材料用量的增加，通过调节外加剂掺量，LS-1~LS-6六组配合比均可达到设计要求的坍落度，所配制的混凝土工作性能良好。由力学性能试验结果可知，提高胶凝材料用量、降低砂率、降低水胶比对混凝土强度有改善作用。当水胶比过大、胶凝材料用量过低时，28 d抗压强度不能满足大于59.9 MPa的设计要求；当胶凝材料为410 kg/m3或更高时、水胶比小于0.35(LS-4~LS-6组别)，28 d抗压强度均满足设计要求，且3 d抗压强度大于设计强度等级的80%，便于早期张拉。由耐久性试验结果可知，随着水胶比的降低，混凝土抗渗等级提高；LS-1~LS-6六组配合比均可达到F300，满足设计要求。综合经济性能，LS-4组别可作为C50梁混凝土配合比。

LS-7~LS-9组别配合比为根据国内配合比设计思路，选用武汉阳逻电厂粉煤灰作为掺合料、浙江宁海卵石、长江砂，其余材料与LS-1~LS-6组别相同。由表8可知，使用国内的配合比设计思路以及国内的原材料，配制出的混凝土工作性能良好、满足设计要求。由力学性能试验结果可知，LS-7组别由于胶凝材料用量稍低，28 d抗压强度不能满足大于59.9 MPa的设计要求，当胶凝材料达到475 kg/m3或更高时，3 d和28 d抗压强度均能满足要求；由耐久性可知，LS-7~LS-9组别配合比均能满足设计要求。综合经济性能，LS-8组别可作为国内原材料条件下的C50梁混凝土配合比。

对比LS-4与LS-8组别混凝土性能可知，采用国内卵石配制出的混凝土性能与塞尔维亚多瑙河卵石无明显差异。

4结论

a.采用天然卵石经过配合比优化设计，可配制出工作性、力学性能及耐久性均良好的C50梁混凝土。

b.国内优选的天然卵石与塞尔维亚多瑙河卵石性能指标差异不大，配制出的混凝土性能均满足设计要求。在国内天然卵石资源丰富地区也可采用天然卵石作为集料配制C50梁混凝土。

参考文献

[1]徐欣,刘金才,颜万军,等.用卵石配制高强高性能混凝土的探讨[J].混凝土,2001(5):51-53.

[2]张廷雷,苗秀鹏,陈燕. 全卵石破碎骨料C55泵送混凝土配合比设计及应用[J].建筑,2012(3):61-63.

[3]李光中. 湖南国际金融大厦 C55 高强卵石混凝土泵送施工[J].施工技术,1998(10):17-18.

[4]梁玉国,石立峰. 不同粗骨料配制C70高强混凝土的对比研究[J].河北建筑工程学院学报,2001(2):15-18.

Study on Preparing C50 Beam Concrete with Natural Pebble

QINMing-qiang1,2,3,CHENMeng-yi1,2,3,YEZhi-kun1,2,3,ZHANWen1,2,3

(1.Wuhan Harbor Engineering Design & Research Institute Co, LTD of CCCG, Wuhan 430040,China;

2.Hubei Key Laboratory of Advanced Materials & Reinforcement Technology Research for Marine

Environment Structures, Wuhan 430040,China；3.Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology,

Ministry of Communication, Wuhan 430040,China)

Abstract:Differences between domestic pebble aggregate and natural pebble aggregate adopted in Zemun-Borca Bridge are studied. Also, C50 beam concrete is prepared with both two kinds of pebble. Experimental results show that both two pebble aggregates can be adopted to prepare the required C50 beam concrete, which have excellent working performance, mechanical properties and durability.

Key words:pebble;preparation techniques;mechanical property;durability

作者简介：秦明强(1980-)，高级工程师.E-mail:dzqinmq@tom.com

收稿日期：2015-10-11.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.008