高含粉石灰石機(jī)制砂在C60泵送混凝土中的試驗(yàn)研究

劉金標(biāo)（浙江東洲混凝土有限公司，浙江 杭州 311401）

隨著天然砂資源的枯絕，目前各地混凝土細(xì)骨料以機(jī)制砂為主，由于機(jī)制砂軋制出來后石粉含量較高和MB值波動(dòng)較大，對混凝土的諸多性能產(chǎn)生影響。因此必須對軋制后的機(jī)制砂進(jìn)行風(fēng)選或水洗，以使機(jī)制砂的石粉含量和MB值符合標(biāo)準(zhǔn)要求。目前機(jī)制砂一般僅用于C60以下混凝土，特別是未經(jīng)除粉的原狀機(jī)制砂只能部份用于低強(qiáng)度混凝土。在對機(jī)制砂的風(fēng)選或水洗過程中，必然對環(huán)境造成一定的污染和水資源浪費(fèi)，且導(dǎo)致部份有效成份的損失。因此如何在混凝土中使用未經(jīng)除粉的原狀機(jī)制砂是一個(gè)迫切需要解決的課題。本人結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源和生產(chǎn)需要對原狀機(jī)制砂在C60混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)用原材料

機(jī)制砂為某脫硫石灰石粉廠副產(chǎn)品，未經(jīng)除粉處理，其級(jí)配見表1，物理性能見表2。可看出該機(jī)制砂不在任何級(jí)配區(qū)內(nèi)，呈現(xiàn)兩頭多、中間少的狀況，特別是0.16mm以下顆粒達(dá)19%，0.08mm以下石粉含量超出JGJ52-2006標(biāo)準(zhǔn)8.2%。

水泥為浙江豪龍建材有限公司產(chǎn)42.5P·O，28天強(qiáng)度52.1MPa。礦粉為浙江波特蘭建材有限公司產(chǎn)S95級(jí),比表面積425m2/kg，28天活性指數(shù)99%。粉煤灰為國華浙江寧海電廠產(chǎn)Ⅱ級(jí)，細(xì)度13.8%，需水量比96%，燒失量0.7%。外加劑為杭州國力建材有限公司產(chǎn)高濃脂肪族復(fù)合型和聚羧酸減水劑，減水率分別為22%、26%。碎石為5-25連續(xù)級(jí)配青石。試驗(yàn)用機(jī)制砂和粉煤灰化學(xué)成份見表3。

表1 機(jī)制砂級(jí)配

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 減水劑的選擇

由于原狀碎屑石粉含量高，混凝土用水量大，使用現(xiàn)有材料配制C60（預(yù)估水膠比0.31），膠凝材料加機(jī)制砂中石粉達(dá)到650公斤以上，因此必須降低混凝土的單方用水量和膠凝材料用量，本試驗(yàn)采取摻加高效減水劑和減水型粉煤灰(礦物減水劑)兩種措施。每種措施經(jīng)多次試驗(yàn)后得到的試驗(yàn)結(jié)果見表四。從表4可見單獨(dú)加聚羧酸大幅減少單方用水量，加脂肪族高濃型減水較少，必須同時(shí)加礦物減水劑才能達(dá)到膠凝材料最高用量要求。由于聚羧酸減水劑對機(jī)制砂的MB值、泥粉含量比較敏感，會(huì)導(dǎo)致混凝土坍落度及損失不穩(wěn)定，因此本試驗(yàn)選用脂肪族減水劑加優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)粉煤灰的方案。

表2 機(jī)制砂物理性能

表3 試驗(yàn)用材料化學(xué)成份(%)

表4 減水劑和粉煤灰對C60混凝土用水量試驗(yàn)

表5 不同石粉含量機(jī)制砂混凝土工作性

2.2 機(jī)制砂石粉含量對工作性和強(qiáng)度的影響

高強(qiáng)混凝土膠凝材料用量多，機(jī)制砂中石粉含量增加了混凝土的粉料總量，使混凝土細(xì)粉料總表面積增加，吸水性增大，從而導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低。初步試驗(yàn)表明機(jī)制中石粉增加必須適量增加外加劑才能使混凝土流動(dòng)性保持不變，經(jīng)多次試配所得混凝土配合比見表5。

表5中不同石粉含量為試驗(yàn)用機(jī)制砂將0.08mm以下石粉篩出后配制而成。從表5可見石粉含量高于標(biāo)準(zhǔn)5%以上時(shí)，必須適當(dāng)增加外加劑用量，同時(shí)砂率需降低，這樣能保持流動(dòng)性基本一致并滿足泵送性要求。隨著石粉含量增加，混凝土倒坍時(shí)間增加，表明混凝土粘性增加，但含粉達(dá)17%時(shí)流動(dòng)性仍然良好

表6 不同石粉含量機(jī)制砂配制混凝土力學(xué)性能

不同石粉含量機(jī)制砂配制混凝土力學(xué)性能見表6。從表6可見石粉含量增加，混凝土7天強(qiáng)度增加，28天強(qiáng)度在含粉13%以內(nèi)略有增加，60天強(qiáng)度基本不變。混凝土7天強(qiáng)度隨含粉量增加而提高，是由于機(jī)制砂中的石灰石粉有促進(jìn)早期強(qiáng)度的作用[1]。

2.3 機(jī)制砂MB值對工作性和強(qiáng)度的影響

機(jī)制砂MB值代表機(jī)制砂中泥粉或吸附性物質(zhì)含量，其數(shù)值越高，對外加劑和水的吸附性越強(qiáng)，導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該單位所產(chǎn)機(jī)制砂MB值基本在0.35-.85間，因此選用MB值0.35-1.00的機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn)。表7為經(jīng)多次試驗(yàn)調(diào)整后的混凝土工作性數(shù)據(jù)，可看出隨著MB值增大，在用水量不變的情況下，需要較多地增加外加劑用量，才能保持流動(dòng)性不變。因此必須嚴(yán)格控制機(jī)制砂的MB值在0.8以內(nèi)，混凝土流動(dòng)性才較易控制。

表7 不同MB值機(jī)制砂對混凝土工作性影響

表8 不同MB值機(jī)制砂對混凝土強(qiáng)度影響

機(jī)制砂MB值對混凝土強(qiáng)度的影響見表8，比較B6、B8、B10可見，隨著MB值增加，混凝土7天強(qiáng)度下降較多，28天強(qiáng)度略為下降，60天強(qiáng)度基本不變。B6、B8、B10三組28天、60天強(qiáng)度均高于B4組，這是由于石粉含量較高對強(qiáng)度的增加作用抵消了泥粉含量增加對強(qiáng)度的減弱作用[2]。

表9 0.08mm以下石粉試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表10 折算后石灰石粉外摻量及石粉含量

2.4 高含粉機(jī)制砂使用于混凝土的標(biāo)準(zhǔn)符合性

根據(jù)以上試驗(yàn)分析，該機(jī)制砂在工作性、力學(xué)性能上完全可以配制C60混凝土，但不符合JGJ52標(biāo)準(zhǔn)石粉含量不超5%的要求。但是石粉中有一部份顆粒小于45um，按照《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T318可以作為摻合料用于配制混凝土。為此對機(jī)制砂篩分所得0.08mm以下顆粒進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見表9。可看出除45um篩余過大外，其余均符合石灰石粉標(biāo)準(zhǔn)，且有55.5%的顆粒在23um以下，比表面積基本達(dá)到水泥的細(xì)度，對混凝土力學(xué)性能有提高作用[1]。若按石灰石粉45um篩余不超過10%計(jì)，則石粉中有（100%-35.8%）×1.1=70.6%屬于石灰石粉。按這個(gè)比例對石粉含量9、13、17%組的混凝土石灰石粉含量和機(jī)制砂石粉含量進(jìn)行折算，結(jié)果見表10。可看出混凝土中石灰石粉外摻量在10%左右，這個(gè)摻量對混凝土強(qiáng)度、特別是早期強(qiáng)度有一定提高作用[2]，對混凝土體積穩(wěn)定性有利，對各種耐久性影響很小或有利[3]。折算后機(jī)制砂石粉含量符合JGJ52標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 語

1）機(jī)制砂石粉含量增加，會(huì)降低混凝土流動(dòng)性，含量15%以內(nèi)可通過適當(dāng)增加外加劑和減小砂率保持混凝土流動(dòng)性不變，并對強(qiáng)度、特別是早期強(qiáng)度有一定的提高作用。

2）機(jī)制砂的MB值也即泥粉增加，混凝土的流動(dòng)性下降較多，必須增加較多的外加劑才能保持流動(dòng)性不降低；MB值在1.0以內(nèi)，C60混凝土7天強(qiáng)度下降較多，28天、60天強(qiáng)度影響不大。

3）由于高石粉含量機(jī)制砂吸水量大，混凝土單方用水量增加多，宜選用高效減水劑和礦物減水劑復(fù)摻的方案配制C60泵送混凝土。

4）石灰石機(jī)制砂石粉含量15%以內(nèi)可以用于C60及以下混凝土配制，其MB值宜小于0.8。對所用石灰石礦原料純度高、泥粉含量低的機(jī)制砂，可不經(jīng)除粉處理直接用于C60及以下混凝土配制。

CSTM建筑材料領(lǐng)域委員會(huì)成立大會(huì)暨第一次工作會(huì)議在京召開

2018年3 月16 日，中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)建筑材料領(lǐng)域委員會(huì)（以下簡稱CSTM/FC03）成立大會(huì)暨第一次工作會(huì)議在北京順利召開。國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一部主任肖寒，中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟理事長、中國鋼研科技集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理王臣，中國建材集團(tuán)副董事長、中國建材總院院長姚燕，中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所主任鄭會(huì)保，中國中材股份有限公司副總裁余明清，中國建材總院黨委副書記、中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)總經(jīng)理馬振珠，寧波浙東建材集團(tuán)有限公司副總裁張日紅以及來自建材生產(chǎn)、使用、建設(shè)、銷售、研究、管理、檢驗(yàn)認(rèn)證等單位的代表近70人參加了會(huì)議。