砂石針片狀、含泥量對混凝土性能的影響

孫向陽

（舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400）

交流借鑒

砂石針片狀、含泥量對混凝土性能的影響

孫向陽

（舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400）

砂石在混凝土中用量占 70%～80%，石子的顆粒形狀直接影響石子的孔隙率，同時也影響混凝土拌合物的工作性和硬化后混凝土的力學性能；砂子的含泥量是混凝土原材料中一個重要的控制指標，其含量的多少，對混凝土產生重要的影響。本文通過石子針片狀含量對石子孔隙率的影響及砂子泥含量對混凝土性能影響的試驗，分析找出相應的參數變化規律，以指導生產，控制混凝土質量。

山砂；河砂；工作性

0 前言

砂石作為混凝土中比例最大的原材料，砂石價格相對水泥較為便宜，在混凝土中不會與水、水泥發生復雜的化學變化，因此，在傳統觀念上沒有引起人們的足夠重視，所以導致我國混凝土砂石生產企業技術及工藝水平低下。當前我國砂石質量普遍太差，石子松堆空隙率在 45% 以上（理想粒形和級配的石子松堆空隙率為 38%），針片狀顆粒超過 10%（西方國家的限值為 5%），砂子中含泥量最多的達 20%，含石量超過 25%……[1]

在國家、行業標準中均對石子針片狀含量及砂子含泥量指標有限制，但目前關于石子針片狀及砂的含泥量對混凝土性能影響的認識，仍然不足。因此，本文通過試驗數據分析研究，總結其對混凝土性能的影響規律，為在生產中控制混凝土質量提供試驗數據和理論依據。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：郟縣中聯 P·O42.5，物理力學性能如表 1。

（2）粉煤灰：平頂山姚孟電廠Ⅱ級灰，其性能如表 2。

（3）粗集料：舞鋼市礦山碎石，其性能指標如表 3。

（4）細集料：平頂山市葉縣辛店鎮河砂，細度模數2.8，性能指標見表 4。

（5）外加劑：采用脂肪族復合高效減水劑，密度為1.192g/m2，推薦摻量為 21.5%，減水率為 2.5%，含氣量為10%。

在混凝土配合比設計和生產應用中，骨料的含泥量和針片狀含量應嚴格執行 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢測方法標準》的現行標準。

表 1 水泥的物理與力學性能

表 2 粉煤灰性能 %

表 3 舞鋼碎石性能指標

表 4 河砂性能指標

2 針片狀對石子孔隙率及混凝土的影響

本試驗采用舞鋼碎石，各項性能指標如表 3，先把碎石的針片狀顆粒全部挑出，然后再加入針片狀石子，使其含量為 0%、5%、10%、15%、20%、25% 和 30%，該碎石表觀密度為 2690㎏/m3，則各針片狀含量下石子孔隙率如表 5。

表 5 石子孔隙率

從表 5 中可以看出碎石的孔隙率隨著針片狀的增加而增加，針片狀含量每增加 5%，孔隙率大約相應增加 2%～3%。在混凝土中石子的空隙要靠砂漿來填充，隨著空隙的增加混凝土中石子含量降低，石子孔隙率增加 2%～3%，砂漿體積相應也要增加 2%～3%。砂漿的收縮大于混凝土的收縮，砂漿體積收縮增加，會使混凝土抗裂性降低。另外，針片狀碎石增加降低了混凝土流動性，同時水泥粘結強度也降低。

3 砂子含泥量對混凝土的影響

砂含泥量對混凝土影響試驗是根據不同的試驗要求，在生產實際中，根據原材料進貨過程中對砂子含泥量進行的試驗結果，選取含泥量為 2%、5%、8% 和 10% 進行試驗。

配合比計算及試驗是參照 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》，試驗采取相同配合比，除砂的含泥量不同外，其它材料均一樣。試驗配合比見表 6。3.1 試驗結果

表 6 試驗配合比 kg/m3

通過對含泥量為 2%、5%、8% 及 10% 四種河砂進行試驗，混凝土的初始坍落度和一個小時坍落度經時損失，對試塊進行 7d、28d 強度抗壓試驗，結果如表 7、圖 1。

表 7 砂含泥量不同對 混凝土坍落度與強度

圖 1 不同砂含泥量對強度影響曲線圖

3.2 試驗結果分析

3.2.1 砂含泥量對混凝土工作性能的影響

(2)若CP(a)＞1,則P?(G)的連通分支個數為k(P?(G))=s1(P)-s1(Φ(P))+1.

骨料作為混凝土體系中極為重要的組成部分，其中帶有一定含泥量是無法避免的。大規模的基礎設施建設促使砂石開采量逐年提高，由于用量太大，原料通常供不應求。優質的砂石資源是十分有限的，很多地區迫不得已在一些含泥量很高的河道、山體進行采掘，導致了砂石中的粘土含量往往要超過規定限值很多。

粘土是具有一定粒徑范圍的層狀或層鏈狀硅酸鹽的多礦物集合體。粘土作為一種層狀硅酸鹽礦物，其層間距的可變化性是導致其吸收水分、體積容脹的主要原因。水是混凝土體系中提供潤滑和流動作用的最主要載體，粘土作為一種吸水能力強的礦物，對體系中的自由水的吸附是不可忽視的，因為被吸入層間的這部分水是無法參與體系流動的。粘土層間對于體系內自由水的大量吸附導致固相和液相體積的變化也許才是對體系和易性影響的最大因素。

隨著含泥量增加，混凝土的初始坍落度明顯降低，砂子的含泥量越大，對坍落度的影響越明顯，且坍落度降低的速率呈加速降低趨勢。當含泥量達到 10% 時，在相同材料的前提下，混凝土拌合物初始坍落度為 0。含泥量越高吸水量越大，混凝土的用水量要加大才能保證要求的流動性。隨含泥量的增高，混凝土的保坍性能也越來越差。在試驗中發現，砂含泥量在 2% 以上時，為了保證初始坍落度能達到180mm，需增加的用水量遠超過含泥量為 2% 砂的用水量。

3.2.2 砂含泥量對混凝土強度的影響

表 7 中給出砂含泥量對混凝土力學性能的影響數據，從其中可以看出隨著含泥量的增加，各強度等級的混凝土的 7d、28d 混凝土的抗壓強度均明顯降低，而且呈現不等速降低：含泥量由 2% 增加到 5% 時，混凝土 28d 強度降低8%～12%，即含泥量每降低 1%，抗壓強度降低 3% 左右；含泥量由 5% 增加到 8% 時，混凝土 28d 強度降低 15%～18%，即含泥量每降低 1%，抗壓強度降低 5% 左右；含泥量由 8%增加到 10% 時，混凝土 28d 強度降低 20%，即含泥量每降低1%，抗壓強度降低 10% 左右。

由于砂表面被砂中粘土包裹形成粘土層，阻礙了砂子與膠凝材料的粘結，降低了膠凝材料與砂子的粘結力，從而降低了混凝土的強度。如果要保持混凝土強度不變，水泥用量應隨著砂子含泥量的增加而增加，即砂子的含泥量在2%～5% 的范圍內，含泥量每增加 1%，水泥用量增加 3% 左右；含泥量在 5%～8% 的范圍內，含泥量每增加 1%，水泥用量增加 5% 左右；含泥量在 8%～10% 的范圍內，含泥量每增加 1%，水泥用量增加 10% 左右。才能保持強度不發生明顯變化，這明顯就加大了混凝土的生產成本。

4 小結

（1）隨著石子針片狀含量的增加，石子的孔隙率增加，針片狀每增加 5%，石子孔隙率增加 2%～3%。混凝土砂漿相應增加才能填充增加的孔隙率，砂漿的增加造成混凝土開裂的幾率增大。

（2）砂子含泥量對混凝土坍落度有很大的影響。砂子的含泥量越大，對坍落度的影響越明顯，且坍落度降低的速率呈加速降低趨勢。當含泥量達到 10% 時，在相同材料的情況，混凝土拌合物初始坍落度為 0。

（3）砂含泥量對混凝土強度的影響很大。砂子的含泥量在 2%～5% 的范圍內，含泥量每增加 1%，水泥用量增加 3%左右；含泥量在 5%～8% 的范圍內，含泥量每增加 1%，水泥用量增加 5% 左右；含泥量在 8%～10% 的范圍內，含泥量每增加 1%，水泥用量增加 10% 左右。

［通訊地址］舞陽縣惠達公路工程有限公司（462400）

孫向陽（1988—），男，現從事混凝土生產質量控制，配合比設計，材料檢測。