特細砂與機制砂復摻對混凝土性能影響的試驗研究

馮濤濤，吳超，趙世冉，袁延召，成東京，張凱峰

（1. 中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710116；2. 中建商品混凝土山西有限公司，山西 太原 030000）

特細砂與機制砂復摻對混凝土性能影響的試驗研究

馮濤濤1，吳超2，趙世冉1，袁延召1，成東京2，張凱峰1

（1. 中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710116；2. 中建商品混凝土山西有限公司，山西 太原 030000）

特細砂顆粒級配單一是造成混凝土流動性差的主要原因，本文通過對比試驗對特細砂配制混凝土關鍵技術進行了系列研究。研究結果表明：特細砂與機制砂復摻利用且摻量為 25% 時，混凝土工作性能優良、抗壓強度滿足施工要求，此時混凝土砂率為 47%；特細砂與機制砂復摻所配制的混凝土物理力學性能優于普通河砂混凝土；特細砂的引入有助提升混凝土品質，降低能耗，有效降低優質河砂短缺地區混凝土的生產成本。

特細砂；混凝土；工作性能；抗壓強度

0 前言

特細砂是指細度模數在 1.5 以下或者平均粒徑在 0.25mm以下的砂[1]。特細砂由于粒徑小、比表面積大，拌制同樣強度混凝土時用水量和水泥用量比普通中、粗砂混凝土大。在同一施工條件下，采用特細砂制備的混凝土工作性能差，并且比普通中、粗砂混凝土更易出現收縮裂縫等質量缺陷。但是研究表明，通過合理的調配，特細砂配制的混凝土工作性能與抗壓強度均能接近中、粗砂混凝土，甚至當采用特細砂配制高強、高性能混凝土時，其工作性能與強度也能滿足施工要求，而且具有良好的抗凍性能與抗滲性能[2-5]。隨著城市化進程的加快，優質河砂資源逐漸短缺，具有豐富特細砂資源的地區若能科學合理地使用特細砂，對于降本增效、提高混凝土質量具有重要意義。

特細砂復摻改性是其綜合應用的重要手段，本文通過對比試驗研究特細砂、機制砂以及特細砂與機制砂復摻對混凝土工作性能和抗壓強度的影響，重點研究不同復摻比例、砂率以及砂的種類對混凝土性能的影響規律，掌握特細砂配制混凝土的關鍵技術。

1 原材料

（1）水泥：采用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，各項性能指標檢測均符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求。其物理性能見表 1。

表1　水泥物理性能指標

（2）摻合料：采用 Ⅱ 級粉煤灰、S95 級礦粉。其中，粉煤灰細度 16.8%，燒失量 5%，需水量比 101%；礦粉比表面積 400m2/kg，7d 活性指數 81%，28d 活性指數 98%。

（3）粗骨料：采用 5～31.5mm 連續級配碎石，緊密堆積密度 1650kg/m3，壓碎值 12%。

（4）細骨料：特細砂，細度模數 1.2，含泥量 5%；機制砂，細度模數 3.2，MB 值 1.0；河砂，細度模數 2.7，含泥量4.3%。

（5）外加劑：萘系高效減水劑，減水率 18.7%，凈漿流動度 220mm。

（6）拌合水：自來水。

2 試驗方法

試驗依據 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》進行 C40 混凝土配合比設計，通過對比試驗分別研究特細砂與機制砂不同比例復摻、不同砂率、不同種類砂對混凝土工作性能及抗壓強度的影響，其中混凝土設計水膠比為 0.45，總膠材用量 400kg/m3，工作性能及抗壓強度分別參考 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和 GB/ T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

3 試驗及結果分析

3.1 特細砂與機制砂不同比例復摻對混凝土性能的影響

試驗分別采用特細砂取代 0%、5%、15%、25%、35%、45%、55% 的機制砂進行混凝土工作性能和抗壓強度的試驗研究，混凝土配合比與性能見表 2。

3.1.1 特細砂與機制砂不同比例復摻對混凝土工作性能的影響

由表 2 可見，當采用特細砂分別取代 0%、5%、15%、25%、35%、45%、55% 的機制砂時，隨著特細砂摻量的增加，混凝土坍落度與擴展度均呈現先增加后減小的趨勢。從混凝土工作性能來看，當特細砂取代率在 0%～15% 之間時，新拌混凝土易出現泌水分層、工作性能差的特點，隨著特細砂摻量的提高，混凝土和易性有較大改善，具體表現為混凝土和易性提高、粘度上升；當特細砂取代率大于 25% 時，混凝土和易性變差、粘度急劇上升，且在 55% 取代率時已經基本失去流動性能。試驗表明，特細砂取代率不宜超過 25%。這主要是因為，隨著特細砂摻量的增加，細集料比表面積增大，顆粒級配趨于合理，混凝土和易性得到改善。當特細砂摻量達到 25% 時，細集料顆粒級配最佳，混凝土和易性最好，然而，當摻量大于 25% 時，細集料比表面積逐漸增大，所需水泥漿量不足，造成混凝土粘度增加，流動性變差。

表2　不同特細砂取代率混凝土配合比及性能結果

3.1.2 特細砂與機制砂不同比例復摻對混凝土抗壓強度的影響

圖1　特細砂摻量對混凝土抗壓強度的影響規律

由圖1 可知，隨著特細砂摻量的增加，混凝土抗壓強度表現出先增加后減小的趨勢，這與表 3 中混凝土工作性能的變化規律一致。當特細砂摻量達到 25% 時，混凝土 7d、28d強度達到最大值。這是因為，特細砂的摻入優化了機制砂的顆粒級配，且在 25% 摻量下混凝土骨料間緊密堆積，共同提高了混凝土的抗壓強度。另外，特細砂顆粒細小，隨著摻量的增加，細集料比表面積相對增大，用于包裹細集料顆粒的水泥漿需求量增加[6]，具體表現為，特細砂摻量大于 25%時，混凝土和易性變差，抗壓強度降低。

3.2 不同砂率對混凝土性能的影響

試驗采用固定特細砂摻量，改變砂率的方法，對比研究砂率變化對混凝土性能的影響規律。其中，特細砂摻量為25%，砂率分別為 35%、39%、43%、47%、51%、55%，混凝土配合比及性能見表 3。

表3　不同砂率混凝土配合比及性能結果

3.2.1 不同砂率對混凝土工作性能的影響

由表 3 可知，在保持特細砂摻量不變的情況下，混凝土的工作性能隨砂率的增加呈現先增強后減弱的趨勢，當砂率增大至 43%～47% 時，混凝土流動性改善較為明顯，并且在47% 時混凝土坍落度和擴展度達到了最大值，和易性最佳。試驗表明，當砂率超過 51% 時，混凝土粘度上升，需水量增大[7]，工作性能降低，因此混凝土砂率不宜超過 47%。

3.2.2 不同砂率對混凝土抗壓強度的影響

圖2　不同砂率對混凝土抗壓強度的影響規律

從圖2 可以看出，隨著砂率的逐漸增大，混凝土 7d、28d 抗壓強度均呈現先增加后減小的趨勢，且在 47% 砂率時，抗壓強度出現峰值，這說明，當特細砂取代量為 25%時，混合細集料的合理砂率為 47%，此時混凝土的工作性能和抗壓強度均能滿足施工要求。

3.3 不同種類細集料對混凝土性能的影響

試驗分別采用 25% 特細砂與機制砂復摻、60% 河砂與機制砂復摻、100% 河砂三種細集料體系進行混凝土性能對比試驗研究，試驗配合比見表 4。

表4　不同種類細集料混凝土配合比及性能結果

3.3.1 不同種類砂對混凝土工作性能的影響

由表 4 中試驗數據可知，在坍落度相同的情況下，采用25% 特細砂與機制砂復摻制備的混凝土擴展度大于采用 100%河砂和采用 60% 河砂與機制砂復摻體系的混凝土。從工作性能來看，采用 60% 河砂與機制砂復摻體系的混凝土出現輕微泌水，因此，在泵送混凝土生產中，更宜采用 100% 河砂或25% 特細砂與機制砂復摻的細集料，考慮到當下優質河砂資源短缺的情況，在特細砂資源豐富地區，混凝土生產應采用25% 特細砂與機制砂復摻的細集料，以達到提升混凝土工作性能，降低能耗，提高經濟效益的目的。

3.3.2 不同種類砂對混凝土抗壓強度的影響

由圖3 可知，采用 3 種不同類型細骨料制備的混凝土28d 抗壓強度均滿足 C40 混凝土設計要求。當采用 25% 特細砂與機制砂復摻使用時，混凝土 7d、28d 抗壓強度最大，采用 60% 河砂與機制砂混合使用時，混凝土 28d 抗壓強度最小，這是因為，特細砂在合理摻量下（25%）優化了機制砂的顆粒級配，提升了混凝土的勻質性與密實度，提高了混凝土的抗壓強度。

圖3　不同種類砂對混凝土抗壓強度的影響規律

4 結論

（1）特細砂與機制砂復摻利用且摻量為 25%，砂率為47% 時，混凝土的工作性能優良、抗壓強度滿足施工要求。

（2）在合適的摻量下，特細砂與機制砂復摻制備的混凝土物理力學性能最佳，優于純河砂或河砂與機制砂復摻制備的混凝土。

（3）在優質河砂資源短缺的地區，可采用特細砂復摻機制砂配制混凝土，可以提升混凝土品質，降低能耗，并產生良好的經濟效益和社會效益。

[1] BJG 19—65．特細砂混凝土配制及應用規程[S]．

[2] 吐爾洪?吐爾地，曾力，劉志棟，等．特細砂混凝土配合比設計及試驗[J]．混凝土，2010,07: 141-144．

[3] 宓永寧，孫榮華，張玉清，等．特細砂配制混凝土的試驗研究[J]．混凝土，2011,12: 56-58+61．

[4] 蒲心誠，嚴吳南，王沖，等．特細砂超高強高性能混凝土的配制技術[J]．重慶建筑大學學報，1999,01: 3-6+33．

[5] 張藺．特細砂的應用問題淺析[J]．西部探礦工程，2008 (6): 207-209．

[6] 宓永寧，張穎，張樹偉，等．遼河特細砂分形特征及特細砂混凝土性能研究[J]．混凝土，2012,10: 51-54．

[7] 周學，于紅生，劉林明．混凝土配合比設計中砂率選擇方法探討[J]．商品混凝土，2007,05: 43-46．

［通訊地址］陜西省西安市長安區王寺西街 中建西部建設北方有限公司研發中心（710116）

馮濤濤（1988—），男，本科，助理工程師，主要從事高性能混凝土及綠色建材研究。