機制砂特性對混凝土工作性能的影響

■李殿權，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

機制砂是經除土處理，由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石、礦山尾礦或者工業廢渣顆粒，但不包括軟質、風華的顆粒。隨著我國基礎設施建設量的增加以及國家對環境保護力度的加大，機制砂越來越多地應用于商品混凝土中。此外，在我國某些地區天然砂資源非常匱乏，特別是汛期的到來使得這些地區出現無天然砂可用的局面，重慶地區已經有少數攪拌站因為河砂的缺乏而采用全機制砂，因此對機制砂在混凝土中應用的研究具有重要的理論及現實意義。

1 實驗原材料

(1)水泥:小南海P·O42.5R 級水泥。

(2)粉煤灰:珞電II 級粉煤灰，其品質及化學成分如表1 所示。

表1 粉煤灰品質及化學成分

(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:石灰巖5～10mm 石子和10～20mm 石子。

(5)細集料:河砂，細度模數為1.38;4 種卵石機制砂(分別編號為1#、2#、3#、4#)，細度模數在2.90～3.10 之間;6 種碎石機制砂(分別編號為1、2、3、4、5、6)，細度模數在2.5～3.80 之間;所有機制砂MB 值均小于1.4。

2 實驗方法

本研究以混凝土坍落度及擴展度為指標，對不同級配機制砂拌制的混凝土工作性能進行評價，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方法標準》進行測試。不同機制砂的孔隙率按照公式1-ρL/ρ 計算(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、石質量及檢驗方法標準》進行)。

3 實驗結果與討論

3.1 機制砂等量取代河砂對混凝土工作性能的影響

本研究固定了細集料中機制砂用量為河砂用量的2.4 倍，配合比設計如表2 所示，考察了10 種不同機制砂(4 種卵石機制砂、6 種碎石機制砂)對混凝土工作性能的影響，實驗結果如表3、4 所示。

表2 機制砂等量取代河砂配合比

表3 不同卵石機制砂對混凝土工作性能的影響

表4 不同碎石機制砂對混凝土工作性能的影響

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

2#、3#號卵石機制砂明顯改善了混凝土的泌水現象，主要是由于這兩種卵石機制砂的石粉含量明顯多于1#、4#號卵石機制砂的石粉含量，特別是3#號卵石機制砂石粉含量達到11.48%，孫秋彥的研究也認為卵石機制砂石粉含量控制在10%左右有利于混凝土的保水性。4、5號碎石機制砂拌制的混凝土出現嚴重泌水、沉底，主要是由于這兩種機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，這兩種機制砂孔隙率也較大，特別是4 號碎石機制砂的孔隙率高達43.7%(見表3)，遠遠高于其他機制砂，孔隙率越高就需要更多的粉料填充空隙，這無疑對本身就缺乏石粉的這兩種機制砂雪上加霜。對于石粉含量、孔隙率接近的4#號卵石機制砂和1 號碎石機制砂，達到相近的擴展度時碎石機制砂外加劑摻量明顯增加，這可能是由于碎石機制砂表面相對于卵石機制砂而言更粗糙，吸附外加劑的能力更強，從而需要更多的外加劑達到相同的流動性。就流動性損失而言，1 號碎石機制砂拌制的混凝土流動性損失遠遠小于初始流動性接近的2、3、6 號碎石機制砂拌制的混凝土，這主要是由于前者石粉含量相對較少，吸附外加劑的量下降，殘留在體系中游離的外加劑量相對較多，從而有利于混凝土流動性的保持。

3.2 全機制砂對混凝土工作性能的影響

卵石機制砂可能由于其顆粒表面較碎石機制砂光滑，在相近條件下(3#號卵石機制砂與3 號碎石機制砂)卵石機制砂拌制的全機制砂混凝土粘聚性較差。在碎石機制砂中，隨著石粉含量和砂率的增加全機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 結論

(1)卵石機制砂比碎石機制砂更容易泌水，拌制的混凝土和易性較差。石粉含量和孔隙率接近的1#號卵石機制(石粉含量6.99%、孔隙率38.4%)和1 號碎石機制砂(石粉含量5.39%、孔隙率37.8%)等量取代河砂時，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。

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

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

［1］王稷良.機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究［D］.武漢:武漢理工大學，2008.

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

［3］石新橋.機制砂在高性能混凝土中的應用研究［D］.天津:天津大學，2007.