劣質(zhì)砂對混凝土性能的影響

李云超，劉建芳，史川，鞏政，房啟濤

（山東省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院，山東 濟南 250022）

0 前言

隨著國家發(fā)展的需要，混凝土的使用量日益增加，但自然界中的優(yōu)質(zhì)河砂卻隨著不斷的開采，資源逐漸枯竭，近年來，混凝土原材料不斷變差，劣質(zhì)砂層出不窮。劣質(zhì)砂會影響混凝土的工作性能，造成泌水、坍落度損失快等不良現(xiàn)象，而且可能對混凝土的外觀和力學(xué)性能造成影響。

不同種類的砂所造成的影響各有不同，本文以蘇北地區(qū)典型的三種劣質(zhì)砂為例，對比分析了其對混凝土性能的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：P·O42.5 水泥，比表面積 350m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 26.2%，初凝時間 150min，終凝時間200min。 粉煤灰：Ⅱ 級粉煤灰，比表面積 325m2/kg。減水劑：安徽中鐵工程材料科技有限公司 R-101 型聚羧酸高性能減水劑，固含量 20%。粗骨料：5～16mm 及16～25mm 兩種級配玄武巖碎石。細(xì)骨料：贛江砂（空白組Ⅰ）；駱馬湖砂（Ⅱ）；沂河砂（Ⅲ）。各類砂的基本特性見表 1，級配見表 2。

1.2 試驗方法

按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中的坍落度與坍落擴展度法測定混凝土版何物的坍落度達(dá)到 (210±10)mm 時所需要的減水劑摻量。以及同等摻量下，測量混凝土的坍落擴展度及1h 經(jīng)時損失。后期測試混凝土的抗壓強度。試驗配合比 C30 混凝土配合比見表 3。

表 1 各類砂的基礎(chǔ)特性

表 2 篩分級配

表 3 混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結(jié)果

2.1 對聚羧酸系高性能減水劑摻量的影響

表 4 不同砂對減水劑摻量的影響

表 4 對比了使用三種不同砂的情況下，混凝土坍落度達(dá)到 (210±10)mm 時所需要的減水劑摻量。

由表 4 可以看出：贛江砂的減水劑摻量最低，沂河砂及駱馬湖砂依次增高。根據(jù)表 1 可以看出，駱馬湖砂的含泥量僅為 1.7%，要遠(yuǎn)小于沂河砂的 3.1% 含泥量，但是其減水劑摻量卻大于沂河砂，主要原因為駱馬湖砂中含有蒙脫土成份，對聚羧酸系高性能減水劑有著較大的吸附能力，所以影響了減水劑的減水效果。

2.2 對混凝土坍落度的影響

通過調(diào)整減水劑的摻量使混凝土拌合物的初始坍落度均在 (210±10)mm，且混凝土工作性能合適的情況下，對比使用不同砂子的混凝土 15min、30min、60min的經(jīng)時坍落度損失情況，如表 5 所示。

表 5 不同種類砂對混凝土坍落度損失的影響

由表 5 可以看出：贛江砂混凝土的經(jīng)時坍落度損失最低 1h，損失僅為 20mm，且無論混凝土靜置或是持續(xù)慢速攪拌，其混凝土坍落度損失保持一致；駱馬湖砂混凝土的損失最快，說明蒙脫土對減水劑的吸附能力遠(yuǎn)超于普通的泥粉，且蒙脫土的吸附特點為初始吸附量大，且吸收迅速，15min 內(nèi)混凝土即失去工作性；沂河砂拌制混凝土在靜置情況下，經(jīng)時坍落度損失較小，基本可以保證工作性能，但在攪拌過程中損失極快，這是因為沂河砂中存在著較多的風(fēng)化巖，其特點就是易攪碎，在持續(xù)攪拌過程中會被打碎形成類似泥粉的狀態(tài)，新生的泥粉會大量吸附減水劑有效成分和自由水，這就導(dǎo)致了混凝土坍落度急劇損失。

2.3 對混凝土力學(xué)性能的影響

砂的含泥量和堅固性會影響到混凝土的力學(xué)性能，表 6 給出不同種類的砂拌制的混凝土強度。

表 6 不同種類砂對混凝土強度的影響（C 30）

由表 6 可以看出：駱馬湖砂含有蒙脫土，雖然對混凝土的工作性能有較大的影響，但是對其強度影響較小；而沂河砂其強度明顯低于其他兩種類型的砂，因為其風(fēng)化巖以及較高的含泥量影響了混凝土的強度。

3 結(jié)論和討論

（1）混凝土對減水劑的需求量不能單從砂的含泥量的高低來判定，其泥粉的礦物種類也有很大影響，這里只對比了較為典型的蒙脫土，還有石英、云母及高嶺石等不同種類的礦物，這些礦物種類對減水劑的需求量有很大的影響。在本文中對比的劣質(zhì)砂，含泥量較低的駱馬湖砂對減水劑的需求量最高。

（2）不同種類砂拌制的混凝土對減水劑需求量越大的，通常其經(jīng)時坍落度損失也越大，這是因為聚羧酸系高性能減水劑在含泥砂石料中受到影響的主要原因是礦物成分對減水劑的有效成份的吸附，導(dǎo)致單位水泥量對減水劑有效成份的比例降低，自由水被更多的吸收進入硅酸鹽層間中，這個過程是持續(xù)的。通常情況下對減水劑需求量越大，這個吸附能力越強，在持續(xù)吸附的過程中，自由水逐漸減少，其流動性必然變差。

（3）在對比幾種不同類別的劣質(zhì)砂拌制混凝土的力學(xué)性能，駱馬湖砂與贛江砂混凝土的抗壓強度相近，而含泥量較高且含有風(fēng)化巖的沂河砂混凝土強度明顯低于其他兩種砂，可見含泥量和風(fēng)化巖對預(yù)拌混凝土強度會產(chǎn)生較大的影響，這種影響在混凝土強度等級提高的情況下會表現(xiàn)的差異更大。