機制砂對緩凝混凝土性能的影響

王　晶，劉貞鵬

(廣西交通職業技術學院，廣西　南寧　530216)

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機制砂對緩凝混凝土性能的影響

王晶，劉貞鵬

(廣西交通職業技術學院，廣西南寧530216)

摘要：文章選取天然河砂、石灰巖石屑、鵝卵石破碎砂及混合砂等不同品種細集料，以初始坍落度、3 h坍落度和28 d抗壓強度為指標研究了機制砂對緩凝混凝土工作性能及力學性能的影響。結果表明：機制砂對混凝土拌合物初始坍落度影響較小，但機制砂中的石粉會對外加劑產生吸附作用，降低與外加劑的相容性，導致3 h坍落度損失較大；質量良好的機制砂配制的混凝土無論是工作性能還是力學性能均不差于甚至優于天然砂。

關鍵詞：機制砂混凝土；工作性能；力學性能

0引言

近年來，機制砂在混凝土中的應用越來越廣泛，由于機制砂特性與天然砂有很大的區別，使得機制砂混凝土在配合比設計、生產、施工等方面也存在較大的不同[1]。而現階段相關研究多集中在機制砂中石粉的含量及特性對混凝土性能的影響上[2]，理論研究仍欠系統。

實際工程中，當運輸時間較長時，為了保證混凝土拌合物的正常澆筑，通常需添加一定的緩凝劑，本文依托廣西貴港市奇石鄉高山橋項目，研究了天然河砂、石灰巖石屑、鵝卵石破碎砂以及混合砂(機制砂和天然河砂復合或不同機制砂復合)等不同品種細集料混凝土的坍落度和抗壓強度值，并模擬工程實際重點研究了混凝土拌制后3 h坍落度，探討了機制砂對摻加緩凝劑混凝土施工性能的影響，以期為類似工程的混凝土施工質量控制提供指導。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料

(1)水泥：華潤(貴港)P·O 42.5 R散裝水泥，具體技術指標試驗結果見表1。

表1　水泥各項技術指標試驗結果表

(2)粗集料：石腳村石場5～31.5 mm連續級配碎石。

(3)細集料：天然河砂、鵝卵石破碎砂及石灰巖石屑，各種細集料的主要性能指標見表2。

表2　細集料主要性能指標試驗結果表

(4)水：自來水。

(5)外加劑：某緩凝高效減水劑，減水率18%。

1.2試驗方法

本文以C30水下混凝土為例，以天然河砂配制的混凝土為基準，測定初始坍落度、3 h坍落度和28 d抗壓強度值，調整至均符合設計要求，得到基準配合比為水泥∶細集料∶粗集料∶水=370∶790∶1 083∶167，外加劑摻量1.8%。在此基礎上，分別以鵝卵石破碎砂、石灰巖石屑、混合砂替代河砂配制混凝土，測定坍落度和強度數值，以研究機制砂對混凝土拌合物施工性能及硬化混凝土力學性能的影響。

拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080-2002)進行測試，抗壓強度按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081-2002)進行測試，抗壓強度測試采用尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的正立方體試件。

2試驗結果與分析

不同細集料配制的混凝土坍落度及強度試驗結果見表3。

表3　不同細集料混凝土坍落度、抗壓強度試驗結果表

2.1機制砂對緩凝混凝土拌合物工作性能的影響

不同品種細集料混凝土拌合物的初始坍落度和3h坍落度如表3和圖1所示。從中可以看出，在其他條件相同的前提下，細集料無論采用天然砂、機制砂還是混合砂，配制出的混凝土拌合物初始坍落度相差并不大，均在200 mm±10 mm范圍內。但總體而言，由于機制砂是由機械破碎、篩分制成的[3]，表面粗糙、棱角尖銳，導致含機制砂混凝土拌合物初始坍落度較純天然砂混凝土略小。

圖1　不同品種細集料混凝土拌合物的坍落度柱狀圖

工程中，初始坍落度僅表征混凝土拌合物在攪拌地點的流動性，從攪拌到澆筑中間可能會有較長的運輸時間，這一過程中混凝土拌合物的施工和易性不可避免地會降低，表現為坍落度的經時損失。為了準確反映混凝土拌合物在澆筑地點的施工性能，本論文模擬實際情況又測定了混凝土拌制完成后3 h的坍落度值。

從表3和圖1中可以看出，盡管添加了有緩凝效果的外加劑，混凝土拌合物的3 h坍落度還是較初始坍落度有不同程度的下降，其中石屑混凝土尤其明顯，由200 mm變為100 mm。考慮到石屑中<0.075 mm顆粒含量(1.9%)遠高于河砂(0.6%)及鵝卵石破碎砂(0.4%)，應該是石屑中較多的石粉增大了對外加劑的吸附性，降低了混凝土體系與外加劑的相容性，影響了外加劑緩凝作用的發揮，最終導致坍落度較大的經時損失。

重點考慮不同品種細集料混凝土拌合物的3 h坍落度，可以認為河砂和鵝卵石破碎砂混凝土拌合物的工作性能較好，石屑混凝土較差，兩種混合砂混凝土居中。鵝卵石經水流作用粒形渾圓、表面光滑，其實可視為較大粒徑的天然河砂，經破碎后得到的細集料仍存在部分像天然河砂一樣的光滑表面，在混凝土中顆粒與顆粒之間的摩阻力小，拌合物流動性好。而石屑是采石場加工碎石時的篩下部分，本身粒形就較差，針片狀顆粒含量較多，由其拌制的混凝土拌合物流動阻力大，工作性差；另外石屑中較大的石粉含量又增加了對外加劑的吸附作用，降低了與外加劑的適應性，導致石屑混凝土拌合物的工作性最差。50%的石屑分別取代天然河砂或鵝卵石破碎砂組成混合砂后，混凝土拌合物的3 h坍落度基本上恰好是組成混合砂的兩種細集料單獨配制混凝土拌合物3 h坍落度的平均值。

2.2機制砂對緩凝混凝土力學性能的影響

圖2　不同品種細集料混凝土28 d抗壓強度值柱狀圖

不同品種細集料混凝土的28 d抗壓強度值如表3和圖2所示。從中可以看出，細集料品種對硬化混凝土28 d抗壓強度有一定影響，最大值(鵝卵石破碎砂混凝土)與最小值(石屑混凝土)相差4.2 MPa。具體來說，與不同品種細集料混凝土拌合物坍落度規律類似，天然河砂及鵝卵石破碎砂混凝土強度較高，石屑混凝土較小，混合砂混凝土居中。

多數研究認為，由于機制砂表面粗糙、多棱角，提高了與漿體之間的咬合力，從而對強度有增強效應[4]，這也在鵝卵石破碎砂混凝土強度略高于河砂混凝土上得到了驗證。而石屑混凝土強度之所以較低，應該是由其本身質量較差所致。在機制砂生產中，應選用專門的制砂設備、合理的制砂工藝，進行嚴格的質量控制。

3結語

(1)不同品種細集料混凝土拌合物初始坍落度

相差不大，即機制砂對混凝土拌合物初始坍落度影響較小。但機制砂中的石粉會對外加劑產生吸附作用，降低與外加劑的相容性，導致3 h坍落度損失增大。

(2)綜合考慮坍落度和強度，鵝卵石破碎砂與河砂混凝土試驗結果相近，性能最佳，石屑混凝土最差，混合砂居中。質量良好的機制砂配制的混凝土無論是工作性能還是力學性能均不差于甚至強于天然砂。

(3)應在制砂設備、制砂工藝等方面加強對機制砂生產質量的控制，確保機制砂品質。

參考文獻

[1]蔣正武，吳建林.貴州地區機制砂在混凝土中應用存在的問題及建議[J].商品混凝土，2011(8)：4-6.

[2]蔡基偉.石粉對機制砂混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[3]GB/T 14684-2011，建設用砂[S].

[4]林遠志.C55機制砂混凝土在橋梁主梁的應用研究[D].重慶：重慶交通大學，2014.

Influence of Manufactured Sand on the Properties of Retarded Concrete

WANG Jing，LIU Zhen-peng

(Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning，Guangxi，530216)

Abstract：This article selected the natural river sand，limestone chippings，pebble broken sand，mixed sand and other different fine aggregate，then with initial slump，3h slump and 28d compressive strength as the Index，it studied the influence of manufactured sand on the work performance and mechanical properties of retarded concrete.The results showed that：the manufactured sand has little influence on the initial slump of concrete mixtures，but the stone powder in manufactured sand will produce the ab-sorption effect on the admixture，reducing the compatibility with admixtures，thus resulting in greater los-ses of 3h slump；the work performance and mechanical properties of concrete prepared by good-quality manufactured sand are not worse than and even better than natural sand.

Keywords：Manufactured sand concrete；Work performance；Mechanical properties

收稿日期：2015-12-10

文章編號：1673-4874(2016)01-0011-03

中圖分類號：U414

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.003

基金項目

作者簡介

王晶(1983—)，工程師，研究方向：水泥混凝土的各項性能；

劉貞鵬(1989—)，碩士，研究方向：水泥混凝土的各項性能。

2016年廣西教育廳科研項目“機制砂泵送混凝土的配合比研究”