精制砂用于CL墻體C40自密實混凝土的研究和工程應用

張全貴，楊建寧，周金金，息學立

（石家莊金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家莊 051430）

精制砂用于CL墻體C40自密實混凝土的研究和工程應用

張全貴，楊建寧，周金金，息學立

（石家莊金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家莊 051430）

相比一般河砂與普通機制砂，精制砂有最小的比表面積，可有效降低混凝土水膠比，用于配制自密實高性能混凝土有較大優勢。試驗表明，隨機制砂細度模數和石粉含量的增大，混凝土工作性能表現為先優后差，抗壓強度逐漸增大至平衡值。根據試驗結果，選定細度模數 2.8，石粉含量 8% 的精制砂，用于實際工程 CL 墻體設計的 C40 自密實混凝土。

精制砂；自密實混凝土；CL 墻體

0 引言

混凝土是由以水泥為主的膠結材漿體與多種不同粒徑砂石混拌均勻成型的土建工程材料。砂作為混凝土的主要原材料之一，包括天然砂和機制砂兩大類。受自然資源的限制，以河砂為主的天然砂越來越無法滿足日益增長的混凝土生產需求，另外因過量地開采天然砂源，對自然環境所造成的壓力也日益增加，因此使用機制砂替代河砂在國內外已成為混凝土行業可持續發展的一種趨勢[1]。

自密實混凝土因具有十分良好的工作性、力學性能與耐久性，而被廣泛應用于各類混凝土工程中。自密實混凝土除要求填充密實外，還要求集料均勻的懸浮在膠結材漿體中，具有不離析的施工流動性。在自密實混凝土中集料體積分數占60%以上，對自密實混凝土的各項性能起著重要的作用。與一般河砂相比，普通機制砂顆粒往往級配不良、顆粒粗糙、多棱角、表面積大、石粉含量高等不足點，因此，級配連續、粒型圓整、石粉含量穩定可控的精制砂（完全有粒徑10～16mm 的石灰石制作的，廠家可調級配，級配連續，粒型圓整、石粉含量穩定可控基本不含泥，粒型接近于立方體和球形，不同于一般的機制砂），對于配制自密實混凝土意義重大。

本文研究了利用精制砂配制 C40 自密實高性能混凝土，研究了精制砂的細度模數、石粉含量等指標對自密實混凝土工作性能、力學性能的影響規律。

1 砂比表面積

針對混凝土集料顆粒粗細程度與比表面積關系的規律，付沛興提出了一個“比粒度”的概念。在砂細度模數指標基本一樣的條件下，什么樣的砂比表面積最小，達到配制最密實性混凝土的要求。

在同體積情況下，球體的表面積最小，立方體其次。但真正達到接近球體外形和立方體的集料顆粒也很少，但精制砂已基本滿足。控制比表面積的大小是配制性價比高的混凝土的關鍵，精制砂相對常見的河砂和一般的機制砂來說其比表面積要小不少，對降低混凝土的水膠比有利，為配制大流態的高性能混凝土提供了許多便捷之處。

2 原材料與試驗方法

2.1 試驗原材料

（1）水泥：贊皇金隅水泥廠 P·O42. 5 普通硅酸鹽水泥。性能指標如表1。

（2）礦物摻合料

粉煤灰：為西柏坡電廠F類Ⅰ級粉煤灰。依據 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進行檢測，其性能指標見表2。

表2 粉煤灰技術指標 %

礦渣粉：為邢臺超巖建材的 S95 級礦渣粉，性能指標如表3。

表3 礦渣粉性能指標

（3）骨料

表1 水泥性能指標

細骨料：河砂，正定河道，Ⅱ 區，細度模數 2.8；精制砂，細度模數 2.8～3.2，Ⅱ 區級配，石粉含量為 5%～12%，主要成分為 CaCO3。5mm 篩余沒有。

粗骨料：選用 5～10mm 連續級配碎石，產地為石家莊井陘礦區。性能指標如表4。

（4）外加劑：選用北京金隅水泥科技生產的外加劑，其性能指標如表5 所示。

表4 碎石性能指標

表5 外加劑性能指標

2.2 試驗方法

（1）自密實混凝土的工作性能主要指填充性能和穩定性。試驗采用坍落度、擴展度和 T500對混凝土工作性能進行表征，以便與工地實測對應，其他性能也已進行，在此文中不贅述。試驗方法參照 CCES 02—2006《自密實混凝土設計與施工指南》進行。

（2）混凝土試件的抗壓強度按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定進行。抗壓試件制作按要求，不采取振搗措施，分兩次均勻裝入試模中，中間間隔30s。成型試件橫截面尺寸為 100mm×100mm。

2.3 混凝土試配

為研究精制砂的細度模數、石粉含量對自密實混凝土的影響，設計精制砂的細度模數分布為 2.6、2.8、3.0 和 3.2，石粉含量分布為 5%、8%、12%，混凝土配比方案如表6 示，外加劑摻量根據出機狀態進行調整，A0 為河砂配比。A1 到 A7是精制砂。

表6 試驗設計混凝土設配方案 kg/m3

3 試驗結果分析

3.1 細度模數對混凝土工作性能的影響

不同細度模數的精制砂試配結果統計見表7。由表7 試驗結果，用精制砂取代河砂，可配制工作性能相同的自密實混凝土，經時擴展度損失在控制范圍內。對比不同細度模數的精制砂，在保持砂率不變，隨細度模數增大，混凝土擴展度至 500mm 的時間 T500呈增加趨勢，最終擴展度逐漸減小。細度模數達到 3.2，混凝土和易性變差，擴展度經時損失明顯加快。

表7 不同細度模數對混凝土工作性能的影響

3.2 細度模數對混凝土抗壓性能的影響

細度模數對混凝土抗壓強度的影響見表8。由表8 知，河砂與不同細度模數的精制砂相比，精制砂各齡期抗壓強度均優于河砂，分析認為，精制砂含石粉，填充于骨料間隙，混凝土密實度增大，抗壓強度增大。隨精制砂細度模數增大，混凝土強度增大。

表8 不同細度模數砂配制的混凝土抗壓強度 MPa

3.3 石粉含量對混凝土工作性能的影響

石粉含量對混凝土工作性能的影響結果見表9。由試驗結果，隨精制砂石粉含量增加，T500先減小后增大，擴展度先增大后減小。當石粉含量達到 12% 時，混凝土狀態粘稠，流動性能明顯變差。這是因為石粉作為填充料，可填充混凝土中的間隙，排擠出空隙中的自由水分，改善混凝土的工作性能。但若含量超過一定范圍，則會加大骨料比表面積，引起用水量的增加，導致混凝土粘稠[2]。

表9 不同石粉含量對混凝土工作性能的影響

3.4 石粉含量對混凝土抗壓強度的影響

石粉含量對混凝土抗壓強度的影響結果見表10。由結果可知，隨石粉含量增加，混凝土強度逐漸增大，石粉含量為8% 基本達到平衡值。因為石粉在水泥水化過程中起晶核作用，可促進 C-S-H 和 Ca(OH)2的形成，使混凝土強度增大，當所需石粉含量達到限值時，若再增加石粉用量已不能起到上述作用[3,4]。

表10 不同石粉含量配制的混凝土抗壓強度 MPa

4 生產應用

4.1 生產配合比選定

綜合考慮以上混凝土試配方案，保證混凝土工作性能與力學性能，選取方案 A6 配比為生產配比應用，即精制砂細度模數為 2.8，石粉含量 8%。

4.2 工程應用

某商品房住宅工程，其中 5# 樓設計外墻所有樓層全部為CL 保溫墻體，即墻體中間加置保溫板，要求混凝土為 C40 不振搗自密實混凝土，在泵送及混凝土自落時具有良好的流動性能，抗離析性能。CL 墻體結構如圖6 所示。

圖6 CL 墻體結構圖

混凝土設計為 C40 自密實免振混凝土，實際生產根據站內原材情況進行略微調整砂率和外加劑摻量，保證生產混凝土出廠具有良好的工作性能。澆筑現場入泵前，每車再次進行擴展度檢測都在 680～690mm，倒提坍落度筒 5～6s，工作性能完全滿足澆筑施工要求。拆模后的澆筑實體外觀如圖7示，填充密實，無蜂窩麻面出現，感官相當漂亮。

5 結論

（1）控制比表面積是配制高性能混凝土的關鍵，相比一般河砂和普通機制砂，精制砂比表面積最小，可有效降低混凝土水膠比。

（2）級配連續、粒型圓整、石粉含量穩定可控的精制砂可完全替代天然河砂用于配制自密實高性能混凝土，而且每車生產的混凝土拌合物性能相當穩定。

（3）精制砂的細度模數、石粉含量對混凝土的工作性能、抗壓強度的影響：隨精制砂細度模數和石粉含量的增大，工作性能先優后差，抗壓強度增大至平衡值。

圖7 墻體外觀

[1] 陳欣聲．機制砂在商品混凝土中的應用[J]．工程機械，2004，35(11): 74-75．

[2] 尹耿，馬保果，張風臣，等．超細石灰石粉水泥基材料早起性能研究[J]．武漢理工大學學報，2009，31(4): 116-119．

[3] 楊長輝，張靖，葉建雄，等．早期養護條件對水泥石碳硫硅鈣石型硫酸鹽腐蝕的影響[J]．土木建筑與環境工程，2010，32(2): 135-139．

[4] 劉樹華，閻培渝．石灰石粉在復合膠凝材料中的水化性能[J]．硅酸鹽學報，2008,36(11): 1401-1405．

［通訊地址］河北省石家莊市欒城竇嫗工業區 石家莊金隅旭成混凝土有限公司（051430）

張全貴（1975—），男，高工，主要研究商品混凝土的質量管控和各種特殊混凝土及混凝土外加劑。