淺談山砂混凝土材料控制和配制技術(shù)

李瓊

摘 要：該文從山砂混凝土的材料組成、技術(shù)性質(zhì)、配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方法等入手，分析山砂混凝土配制技術(shù)影響因素。結(jié)合實(shí)際情況提出解決方案，旨在從源頭上保證山砂混凝土配制質(zhì)量、提高配制效率、節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：山砂混凝土 配制技術(shù) 材料控制

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-0-02

貴州由于地質(zhì)原因，潔凈、級(jí)配佳的河砂匱乏，拌制混凝土主要采用山砂。山砂是由除土開采的碳酸鹽類巖石經(jīng)機(jī)械破碎篩分而成公稱粒徑小于5 mm的顆粒。作為地方特色材料山砂廣泛應(yīng)用于貴州土木工程建設(shè)中，其拌制的高性能混凝土技術(shù)日益成熟，但在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)一些試驗(yàn)室存在未嚴(yán)格遵守試驗(yàn)規(guī)程，配合比設(shè)計(jì)方案不經(jīng)濟(jì)，混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求，混凝土易泌水、干縮裂縫多，耐久性差等問題。針對(duì)以上問題，筆者認(rèn)為加強(qiáng)山砂混凝土材料控制和配制技術(shù)至關(guān)重要。

1 原材料質(zhì)量是山砂混凝土配制技術(shù)的物質(zhì)保證

1.1 膠凝材料

（1）水泥。水泥是山砂混凝土的膠凝材料，也是活性激發(fā)劑，其品種、質(zhì)量和摻量直接影響混凝土的工作性、強(qiáng)度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性。水泥愈細(xì)，比表面積愈大，需水量愈多，水化反應(yīng)愈充分，早期強(qiáng)度愈大，但水泥太細(xì)或水泥摻量過多，會(huì)導(dǎo)致水化熱過大，而在混凝土內(nèi)部形成裂縫，降低混凝土強(qiáng)度和耐久性。水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量少，能降低混凝土的水灰比提高混凝土的強(qiáng)度。水泥的細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、比表面積、安定性、凝結(jié)時(shí)間等應(yīng)滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求。高強(qiáng)混凝土宜優(yōu)先選用旋窯生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的強(qiáng)度等級(jí)為42.5或52.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

（2）摻合料。粉煤灰作為常用的摻合料，具有火山灰活性，粒徑小、水化熱低、和易性好、可改善混凝土抗硫酸鹽能力。其活性效應(yīng)對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展起重要作用，同時(shí)以玻璃珠形狀存在的粉煤灰可降低顆粒間的摩擦力，改善混凝土拌合物流動(dòng)性和硬化混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。加入粉煤灰還可以降低混凝土絕熱溫升，改善混凝土的抗裂性。粉煤灰質(zhì)量波動(dòng)幅度較大，拌制C50混凝土應(yīng)選用Ⅱ級(jí)以上的粉煤灰，實(shí)際摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。在山砂混凝土配制前需按GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中粉煤灰》測(cè)試粉煤灰的細(xì)度、需水量比、燒失量、安定性等技術(shù)指標(biāo)。

1.2 集料

（1）細(xì)集料。采用機(jī)制山砂，機(jī)制山砂級(jí)配具有兩頭多（粗粒、粉粒多），中間少特點(diǎn)；且顆粒棱角多，表面粗糙，與漿體有較高的粘接性；同時(shí)山砂中石粉含量比河砂高。石粉是惰性材料，沒有活性，不參與水泥的水化，它可起微集料作用填充混凝土的空隙，在單位用水量不變情況下，可增加混凝土漿體量和漿體的粘稠性，提高混凝土拌合物的黏聚性和保水性；使水泥石界面結(jié)構(gòu)致密，提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。但含量過大會(huì)降低水泥的膠凝性，影響混凝土拌和物的工作性且會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮裂縫，因此應(yīng)嚴(yán)格控制石粉的含量。國(guó)標(biāo)GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》對(duì)石粉含量規(guī)定相對(duì)較高，會(huì)導(dǎo)致配制不經(jīng)濟(jì)，因而建議采用貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)DB24/016-2010《山砂混凝土技術(shù)規(guī)程》控制山砂中石粉含量。為防止山砂在開采、加工等環(huán)節(jié)混入易膨脹的泥土，在測(cè)石粉含量前須先通過亞甲藍(lán)試驗(yàn)檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)每批產(chǎn)品開展細(xì)度模數(shù)、顆粒級(jí)配、堆積密度、泥塊含量、壓碎值試驗(yàn)，檢驗(yàn)后，各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)符合GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》要求。

（2）粗集料。主要用碎石，碎石的抗壓強(qiáng)度、最大粒徑、表面特征、雜質(zhì)含量對(duì)混凝土和易性、強(qiáng)度有較大影響。拌制高強(qiáng)混凝土所用碎石宜采用連續(xù)級(jí)配，最大公稱粒徑不宜大于25 mm，且需控制碎石中的針片狀顆粒含量、含泥量和泥塊含量。

1.3 外加劑

外加劑的品種和摻量應(yīng)根據(jù)山砂混凝土強(qiáng)度等級(jí)、使用要求、施工條件、混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境條件等因素經(jīng)試驗(yàn)后確定。常用的外加劑是減水劑，在混凝土中適量摻入高效減水劑，可減少單位用水量，降低水膠比，增大混凝土拌合物流動(dòng)性，節(jié)約水泥，提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。但應(yīng)注意外加劑摻量不宜過大，否則易導(dǎo)致混凝土離析和泌水，影響混凝土的耐久性，加速混凝土的劣化。外加劑質(zhì)量應(yīng)滿足GB8076-2008《混凝土外加劑》要求，使用液體外加劑時(shí)，應(yīng)注意扣除相應(yīng)的含水量。

1.4 水

凡是可飲用的潔凈的自來水和天然水，均可拌制混凝土。

2 材料間的適應(yīng)性是混凝土配制技術(shù)中不可忽視的問題

原材料間的適應(yīng)性對(duì)混凝土耐久性影響較大，應(yīng)通過試驗(yàn)，確認(rèn)材料混合材料間的相融性、適應(yīng)性及有害物質(zhì)的量的變化情況。如生產(chǎn)水泥使用的石膏調(diào)凝劑與減水劑如存在化學(xué)上的不適應(yīng)，會(huì)造成減水劑使用于混凝土后單位用水量不是減少，反而是增加。其次，減水劑的劑量存在適應(yīng)性。水泥中鋁酸三鈣含量越高，吸附能力越大，減水劑劑量適應(yīng)性越差。超過飽和摻量時(shí)，摻再多的外加劑也不起減水作用，反而可能帶來副作用。因此，應(yīng)通過減水劑適應(yīng)性的定量檢驗(yàn)實(shí)測(cè)出拌制混凝土所用實(shí)際水泥與減水劑拌合后減水劑的摻量與減水率的關(guān)系，確定最優(yōu)（飽和）摻量。另外應(yīng)測(cè)試控制外加劑帶入混凝土的含堿量。

3 確定各材料的比例用量是混凝土配制技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

確定混凝土配合比關(guān)鍵是確定膠凝材料用量、水膠比、砂率和外加劑用量。

3.1 膠凝材料用量

由于山砂質(zhì)量不如河砂，配制相同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r，山砂混凝土膠凝材料總量宜大于河砂混凝土膠凝材料總量。一般C50山砂混凝土膠凝材料可為460～540 kg/m3，粉煤灰摻量可為15%～20%。

3.2 水膠比

水膠比應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度和耐久性要求合理確定。在砂率相同的情況下，隨著水膠比的增大，山砂混凝土流動(dòng)性增大，但強(qiáng)度降低且單位用水量過大混凝土易離析、泌水。要滿足強(qiáng)度高耐久性好的要求，需采用較低水膠比，而低水膠比采用一般原材料和施工工藝難以獲得大的流動(dòng)性，故需摻入粉煤灰和高效減水劑以改善混凝土的流動(dòng)性，提高其強(qiáng)度。一般情況下C50混凝土水膠比可選0.30～0.36。

3.3 砂率

選擇砂率應(yīng)綜合考慮水膠比，碎石最大粒徑和山砂混凝土的坍落度。由于山砂中石粉含量大使得砂率小時(shí)，集料的空隙率大，砂漿量小，新拌混凝土流動(dòng)性小；砂率增大，集料的總表面積和空隙率增大，包裹砂子的水泥漿薄，砂粒間的摩阻力大，且粉體含量高，混凝土粘性大，流動(dòng)性低，故需通過試驗(yàn)確定最佳砂率。試驗(yàn)研究表明在原材料技術(shù)要求相同條件下，山砂混凝土比普通混凝土砂率大3%～4%。對(duì)于C50山砂混凝土一般坍落度在75～90 mm時(shí)，宜取0.31%～0.35%；坍落度在180～200 mm時(shí)，宜取0.39%～0.42%。

3.4 集漿比

在對(duì)山砂混凝土配制前需對(duì)礦質(zhì)混合料進(jìn)行組成設(shè)計(jì)，確定密級(jí)配集料，獲得嵌擠力、摩擦力較大的混合料結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高集漿比，可提高混凝土強(qiáng)度，減少混凝土的收縮。當(dāng)選用適宜的集料配制山砂混凝土?xí)r，可固定集漿體積比為65∶35，以提高配制效率。

4 試件的制備、成型、養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)是否規(guī)范直接決定混凝土配制技術(shù)的成敗

（1）山砂混凝土應(yīng)采用強(qiáng)制式機(jī)械攪拌機(jī)、二次加水法攪拌。粉劑減水劑宜與膠凝材料、山砂、碎石同時(shí)加入攪拌機(jī)攪拌，液體減水劑宜與拌合水同時(shí)加入。摻礦物摻合料、外加劑的應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，保證混凝土拌合物的均勻性。

（2）宜采用機(jī)械振搗成型試件。試件制作前，應(yīng)檢查試模安裝精度，清除底板、側(cè)模污物。

（3）在測(cè)試混凝土流動(dòng)性時(shí)，當(dāng)坍落度筒裝滿混凝土拌合物抹平后應(yīng)立即垂直平穩(wěn)地提起坍落度筒而不能旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后上提，否則會(huì)給試樣施加扭力，使測(cè)試值偏小。

（4）給標(biāo)準(zhǔn)試件加載做強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)合理選擇壓力機(jī)量程，使破壞荷載處于滿量程的20%-80%，同時(shí)根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大小合理控制加載速度。

（5）由于山砂石粉含量多，使山砂混凝土漿體含量多，混凝土易失水產(chǎn)生塑性收縮，因此試件須嚴(yán)格進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

5 試驗(yàn)-調(diào)整-總結(jié)是山砂混凝土配制技術(shù)的必經(jīng)途徑

山砂混凝土配制技術(shù)所考慮的因素較多，在配制時(shí)不能單純依賴以往的配合比資料，而應(yīng)遵循拌制材料的技術(shù)性質(zhì)通過試驗(yàn)-調(diào)整循序漸進(jìn)獲得綜合性能達(dá)到要求、施工指導(dǎo)性強(qiáng)的試驗(yàn)室配合比。同時(shí)要善于總結(jié)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配制中的問題，積累經(jīng)驗(yàn)，提高配制效率。

6 結(jié)語

由于山砂制造工藝限制，粉末含量高必然會(huì)增加山砂混凝土的單位用水量，影響山砂混凝土綜合性能。因此在中需嚴(yán)格控制各種材料質(zhì)量及山砂粉末含量，分析各材料間的適應(yīng)性和配制過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)才能提高配制質(zhì)量和配制效率。

參考文獻(xiàn)

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