機(jī)制砂特性對(duì)混凝土工作性能的影響

■李殿權(quán)，鄒 亮，孟祥杰，黃小文 ■重慶建研科之杰新材料有限公司，重慶 402760

機(jī)制砂是經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石、礦山尾礦或者工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)、風(fēng)華的顆粒。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量的增加以及國家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大，機(jī)制砂越來越多地應(yīng)用于商品混凝土中。此外，在我國某些地區(qū)天然砂資源非常匱乏，特別是汛期的到來使得這些地區(qū)出現(xiàn)無天然砂可用的局面，重慶地區(qū)已經(jīng)有少數(shù)攪拌站因?yàn)楹由暗娜狈Χ捎萌珯C(jī)制砂，因此對(duì)機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用的研究具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)原材料

(1)水泥:小南海P·O42.5R 級(jí)水泥。

(2)粉煤灰:珞電II 級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)及化學(xué)成分如表1 所示。

表1 粉煤灰品質(zhì)及化學(xué)成分

(3)減水劑:a、減水型，固含量為10.0%;b、保坍型，固含量為12.0%;引氣劑;增稠劑

(4)粗集料:石灰?guī)r5～10mm 石子和10～20mm 石子。

(5)細(xì)集料:河砂，細(xì)度模數(shù)為1.38;4 種卵石機(jī)制砂(分別編號(hào)為1#、2#、3#、4#)，細(xì)度模數(shù)在2.90～3.10 之間;6 種碎石機(jī)制砂(分別編號(hào)為1、2、3、4、5、6)，細(xì)度模數(shù)在2.5～3.80 之間;所有機(jī)制砂MB 值均小于1.4。

2 實(shí)驗(yàn)方法

本研究以混凝土坍落度及擴(kuò)展度為指標(biāo)，對(duì)不同級(jí)配機(jī)制砂拌制的混凝土工作性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，混凝土工作性能按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。不同機(jī)制砂的孔隙率按照公式1-ρL/ρ 計(jì)算(ρL、ρ 分別表示堆積密度、表觀密度，測試方法參照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 機(jī)制砂等量取代河砂對(duì)混凝土工作性能的影響

本研究固定了細(xì)集料中機(jī)制砂用量為河砂用量的2.4 倍，配合比設(shè)計(jì)如表2 所示，考察了10 種不同機(jī)制砂(4 種卵石機(jī)制砂、6 種碎石機(jī)制砂)對(duì)混凝土工作性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、4 所示。

表2 機(jī)制砂等量取代河砂配合比

表3 不同卵石機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性能的影響

表4 不同碎石機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性能的影響

由表3 所示可知，4 種卵石機(jī)制砂拌制的混凝土初始流動(dòng)性比較接近，坍落度相差僅5mm，擴(kuò)展度均在560～580mm 之間。但相對(duì)于1#、4#號(hào)卵石機(jī)制砂，2#、3#號(hào)卵石機(jī)制砂拌制的混凝土流動(dòng)性損失較大，1h 之后1#、4#號(hào)卵石機(jī)制砂拌制的混凝土坍落度在200mm 以上、擴(kuò)展度在400mm 以上，而2#、3#號(hào)卵石機(jī)制砂拌制的混凝土坍落度小于200mm、擴(kuò)展度小于400mm。4 種卵石機(jī)制砂拌制的混凝土表現(xiàn)出良好的和易性，但1#、4#號(hào)卵石機(jī)制砂拌制的混凝土出現(xiàn)輕微的泌水現(xiàn)象。由表4 可知，除4、5 號(hào)碎石機(jī)制砂外，其余機(jī)制砂拌制的混凝土和易性均比較優(yōu)異;2、3、6 號(hào)碎石機(jī)制砂拌制的混凝土出現(xiàn)較大的流動(dòng)性損失，1h 后坍落度小于180mm，3 號(hào)碎石機(jī)制砂甚至只有120mm，1 號(hào)碎石機(jī)制砂拌制的混凝土流動(dòng)性損失較小，1h 后坍落度為220mm、擴(kuò)展度大于500mm，4、5 號(hào)碎石機(jī)制砂拌制的混凝土在1h 后坍落度及擴(kuò)展度均有所增加。從表3、4 中可知，拌制混凝土?xí)r碎石機(jī)制砂要達(dá)到與卵石機(jī)制砂相近的流動(dòng)性需要更多的外加劑，用a 外加劑時(shí)卵石機(jī)制砂的摻量為1.35%，而碎石機(jī)制砂的摻量達(dá)到了1.8%。

2#、3#號(hào)卵石機(jī)制砂明顯改善了混凝土的泌水現(xiàn)象，主要是由于這兩種卵石機(jī)制砂的石粉含量明顯多于1#、4#號(hào)卵石機(jī)制砂的石粉含量，特別是3#號(hào)卵石機(jī)制砂石粉含量達(dá)到11.48%，孫秋彥的研究也認(rèn)為卵石機(jī)制砂石粉含量控制在10%左右有利于混凝土的保水性。4、5號(hào)碎石機(jī)制砂拌制的混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重泌水、沉底，主要是由于這兩種機(jī)制砂石粉含量極低造成的，它們的石粉含量分別僅為0.1%和1.2%(見表3)，此外，這兩種機(jī)制砂孔隙率也較大，特別是4 號(hào)碎石機(jī)制砂的孔隙率高達(dá)43.7%(見表3)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他機(jī)制砂，孔隙率越高就需要更多的粉料填充空隙，這無疑對(duì)本身就缺乏石粉的這兩種機(jī)制砂雪上加霜。對(duì)于石粉含量、孔隙率接近的4#號(hào)卵石機(jī)制砂和1 號(hào)碎石機(jī)制砂，達(dá)到相近的擴(kuò)展度時(shí)碎石機(jī)制砂外加劑摻量明顯增加，這可能是由于碎石機(jī)制砂表面相對(duì)于卵石機(jī)制砂而言更粗糙，吸附外加劑的能力更強(qiáng)，從而需要更多的外加劑達(dá)到相同的流動(dòng)性。就流動(dòng)性損失而言，1 號(hào)碎石機(jī)制砂拌制的混凝土流動(dòng)性損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于初始流動(dòng)性接近的2、3、6 號(hào)碎石機(jī)制砂拌制的混凝土，這主要是由于前者石粉含量相對(duì)較少，吸附外加劑的量下降，殘留在體系中游離的外加劑量相對(duì)較多，從而有利于混凝土流動(dòng)性的保持。

3.2 全機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性能的影響

卵石機(jī)制砂可能由于其顆粒表面較碎石機(jī)制砂光滑，在相近條件下(3#號(hào)卵石機(jī)制砂與3 號(hào)碎石機(jī)制砂)卵石機(jī)制砂拌制的全機(jī)制砂混凝土粘聚性較差。在碎石機(jī)制砂中，隨著石粉含量和砂率的增加全機(jī)制砂混凝土的粘聚性得到了有效地改善，主要是由于混凝土體系中石粉含量的增加，客觀上增加了混凝土中漿體的體積，從而有效地改善了混凝土粘聚性。

4 結(jié)論

(1)卵石機(jī)制砂比碎石機(jī)制砂更容易泌水，拌制的混凝土和易性較差。石粉含量和孔隙率接近的1#號(hào)卵石機(jī)制(石粉含量6.99%、孔隙率38.4%)和1 號(hào)碎石機(jī)制砂(石粉含量5.39%、孔隙率37.8%)等量取代河砂時(shí)，前者拌制的混凝土輕微泌水、粘聚性良，而后者拌制的混凝土不泌水、粘聚性優(yōu)。

(2)在相同條件下混凝土要達(dá)到同樣的流動(dòng)性，碎石機(jī)制砂需要的減水劑摻量高于卵石機(jī)制砂;碎石機(jī)制砂由于較強(qiáng)的吸附能力使得其拌制的混凝土具有較大的流動(dòng)性損失，保坍型減水劑有助于減小其流動(dòng)性損失。

(3)同條件下，全機(jī)制砂混凝土的砂率較摻有河砂混凝土的砂率高，機(jī)制砂石粉含量越低砂率越高。卵石機(jī)制砂不宜配制低標(biāo)號(hào)(C30及以下)全機(jī)制砂混凝土，石粉含量為11.48%的3#號(hào)卵石機(jī)制砂在46%砂率時(shí)的C30 混凝土粘聚性差;用碎石機(jī)制砂配制低標(biāo)號(hào)(C30 及以下)全機(jī)制砂混凝土?xí)r，石粉含量宜控制在10%以上。

［1］王稷良.機(jī)制砂特性對(duì)混凝土性能的影響及機(jī)理研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2008.

［2］孫秋彥.卵石破碎原狀機(jī)制砂混凝土石粉含量限值試驗(yàn)研究［D］.鄭州:華北水利水電學(xué)院，2011.

［3］石新橋.機(jī)制砂在高性能混凝土中的應(yīng)用研究［D］.天津:天津大學(xué)，2007.