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摘要：混凝土由胶凝材料、砂子、水和外加剂组成。石子在混凝土中起着骨架的作用，是混凝土成型的基础。因此，石材的性能对混凝土的性能有着重要的影响。
关键词：石子级配；混凝土工作性；影响
一、实验
1、实验原材料
水泥：重庆永荣青鹏水泥有限公司的PO42.5R普通硅酸盐水泥；
粉煤灰：重庆旗能电铝有限公司生产的的二级粉煤灰；
矿粉：重庆钰宏再生资源有限公司生产S95级矿渣水泥、粉煤灰和矿粉的粒径分布如表1所示及图1所示。
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图1 水泥、粉煤灰和矿粉的粒径分布图
石子：重庆本地产的碎石粒径分别为5mm -10mm、10mm -20mm、16mm -31.5mm。砾石的单粒级配及破碎值均满足要求。碎石的试验指标如表2所示。
砂子：重庆本地机制砂细度模量为2.6，砂的试验指标如表3所示。减水剂：科之杰聚羧酸减水剂；
水：自来水。
表1 水泥、粉煤灰和矿粉的粒径分布
2、实验配合比设计
实验配制C35等级混凝土，基于《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2011），计算初步确定采用水胶比为0.36，胶凝材料为370kg/m3，其中，水泥掺量为胶材总量的60%，粉煤灰掺量为胶材总量的30%，矿粉掺量为胶材总量的10%。经过初步试拌后确定砂率为0.39，采用混料设计法设计得到的10组石子三元体系混凝土配合比如表4所示。
3、试验方法
在实验室中，依据设计得到的混凝土配合比称量相应的材料，依次将砂子、石子和胶凝材料放于搅拌机，搅拌2min后，将减水剂与水混合加入材料中搅拌，每组配比在搅拌机中搅拌20L混凝土；依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080－2016），测试每组混凝土的坍落度和扩展度，每组混凝土搅拌后及时清理搅拌机，防止上一组混凝土的砂浆和减水剂对下一组混凝土的配制产生影响。在进行正式实验测试前，先通过实验选定混凝土中减水剂的掺量，以基本保证混凝土均不产生离析和泌水，最终确定减水剂掺量为1.1%，以此为基础，进行后续混凝土工作性实验。
表4 混凝土配合比
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二、试验结果与分析
实验测得石子三元体系的10组混凝土坍落度和扩展度结果如表5所示，代表性的混凝土工作性测试如图2所示。
表5 石子三元体系混凝土工作性测试结果
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图2 混凝土工作性测试
从表2可以看出，混凝土中大中小石块的比例对混凝土的工作性能有着重要的影响。当混凝土中石材的级配发生变化时，混凝土的坍落度由55mm变为195mm，扩展度也在0-480mm之间波动。这是因为当碎石级配不同时，岩石的表面积和孔隙度，用于填充混凝土和石差距包石头表面的水泥桨尺寸也不同，最终导致润滑等离子体体积的变化，混凝土的和易性变化，这也是混凝土衰退和扩展角度碎石级配的重要原因。
混凝土的坍落度在190mm -195mm之间时，其膨胀度在295mm - 480mm之间。换句话说，当混凝土的坍落度相同时，相应的膨胀变化很大。这是由于大石头和小石头的比例不同，导致石头的分级不同，导致同一组混凝土的坍落度和伸长不匹配。当混凝土中较大的石块较多时，石块的骨架起着重要的作用，但料浆体积流动较快，所以膨胀程度较大，但混凝土状态较差。只有当石块的级配适当时，混凝土中的料浆才能有效地包裹石块，混凝土的坍落度与膨胀度有良好的关系，混凝土处于良好状态。
制作表1中测试结果的三元等效图，如图3所示。从图中可以看出，随着小石子和中石子含量的增加，混凝土的坍落度有减小的趋势。当石块的比例更加平衡，即大石块、中石块和小石块的比例基本相同时，混凝土的坍落度达到最大。对上述实验结果进行回归分析，以研究混凝土坍落度与石子级配之间的关系。设定混凝土坍落度为y，大石子掺量为x1，中石子为x2，小石子为x3，建立y与x1，x2，x3之间的关系如下：y=－409x1－709x2－909x3+2713x1x2+3203x1x3+4077x2x3－6287x1x2x3
Ｒ－Sq（调整）=84.80%
从上式可以看出，混凝土坍落度与大、中、小石子的掺量有良好的非线性关系，其拟合参数达到了84.8%。
为进一步得到最优的石子比例关系，对表5中的测试结果进行相应优化。当设定混凝土坍落度为200mm时，解上述关系式，可得到大石子、中石子和小石子的比例为0.36∶0.33∶0.31，也即在混凝土坍落度为200mm时，此石子比例为最优比例，如图4所示。
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图3 不同石子级配混凝土坍落度等值线图（mm）
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图4 混凝土工作性回归分析
采用计算求得的最优石子级配（大石子∶中石子∶小石子=0.36∶0.33∶0.31），进行混凝土配合比设计，除石子级配外，其他混凝土配合比参数均与石子三元体系设计时相同，并进行混凝土试拌试验，测得混凝土的坍落度为205mm。这也与优化后的结果基本相同，证实了响应优化的可靠性。
结束语：
（1）石级配混凝土的和易性研究对混凝土的和易性有着重要的影响。
（2）基于设计级配的混凝土和易性指标测试可以在尽可能少的试验的基础上，快速有效地获得满足和易性要求的石材配合比。
（3）试验中分别采用坍落度和伸长来衡量混凝土的工作性能，这是目前混凝土试验中的一个重要指标。然而，单独衡量各指标仍有偏倚。能否综合考虑两者是下一步研究的重点。
参考文献：
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