特細砂對混凝土性能的影響

張梅

（金華市龍鼎混凝土有限公司，浙江 金華 321031）

0 前言

當前混凝土作為基礎結構材料的需求高居不下，砂石原材料供應持續緊張，尤其是天然砂資源日益枯竭，加上環保限采，使得優質砂石材料更加短缺，大量細度模數在 1.0 以下的特細砂流入市場。由于特細砂粒徑較小、級配較差，在配制混凝土過程如不控制用量會造成混凝土流動性和保坍性能損失，影響混凝土強度和耐久性[1]。從利于生產和環保角度出發，不少學者對特細砂混凝土生產進行了卓有成效的研究，為特細砂的應用了提供良好指導，但多集中在特細砂自身特性如細度模數、含泥量等，而影響混凝土生產的其他因素如水膠比、環境溫度等因素需要更多探討。

合適的水膠比對于保證混凝土工作性能和強度至關重要，本文通過研究在不同水膠比條件下，摻特細砂對混凝土工作性能和強度的影響，為特細砂的應用提供技術參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥為海螺 P·O42.5 水泥，水泥的性能指標見表 1。粉煤灰為 Ⅱ 級灰，需水比為 97%。礦粉為S95，比表面積為 398m2/kg。

（2）特細砂為河砂，根據試驗要求，選擇不同細度模數的特細砂，不同含泥量細砂由原砂經過水洗干燥后篩余 75μm 以下泥粉，根據需要獲得不同含泥量的特細砂。機制砂為石灰巖破碎而成，細度模數為 3.0，石粉含量為 9%，MB 值 2.0。

（3）石子由小石和大石按照一定比例混合得到的連續級配（5～25mm），壓碎值 9%。

（4）外加劑采用科之杰減水劑，固含量為 15%，推薦摻量為 1.0%～3.0%。

表 1 水泥的性能指標

1.2 試驗方法

（1）摻入特細砂后的混合砂細度模數參照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》進行測試。

（2）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測試混凝土拌合物的擴展度、坍落度以及經時坍落度損失。

（3）按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》，將拌和好的混凝土成型 100mm 100mm 100mm 混凝土試件，進行標準養護（溫度(20±2)℃，相對濕度為 95%），測定混凝土 7d、28d抗壓強度。

（4）采用 C30 配合比，基準組膠凝材料的用量為340kg/m3，砂率為 48%，中砂為全機砂，外加劑摻量為2.1%，固定外加劑用量，采用給定水膠比進行試驗。

2 試驗結果及討論

2.1 特細砂摻量對混合砂細度模數的影響

選用特細砂細度模數為 0.8，機制砂初始細度模數為 3.0，特細砂的加入會增加混合砂中細顆粒粉料的比例，進而對混合砂的細度模數和顆粒級配造成影響，對不同特細砂摻量的混合砂進行測試，結果見表 2。

表 2 混合砂細度模數

表 2 結果顯示，特細砂摻入對混合砂級配影響較大，細顆粒的增多使得混凝土細度模數降低[2]，增加特細砂摻量可以對機制砂細度模數進行有效調節。

2.2 水膠比對混合砂混凝土性能的影響

水膠比是影響混凝土工作性能和力學性能的重要指標，同樣對混凝土服役安全和耐久性產生影響。采用通過改變用水量來改變混凝土的水膠比，對摻入特細砂（細度模數 0.8）后混合砂混凝土工作性能和強度進行測試，結果見表 3。

表 3 結果顯示，水膠比為 0.40、0.45 時，相同水膠比特細砂摻量提高，混凝土初始工作性能先增加后降低，在特細砂摻量 20% 時，混凝土初始坍落度和擴展度最大，且相對全機砂混凝土和摻特細砂 40% 混凝土，1h 混凝土坍落度經時損失也較小。這是因為適量特細砂的加入改善了集料的顆粒級配，對集料的包裹性和粘聚性增加，混凝土和易性改善。當水膠比為 0.50、0.55，特細砂摻量提高，混凝土初始工作性能降低不大，混凝土經時損失相比水膠比較低時相對較小。對混凝土抗壓強度而言，水膠比提高，都使得混凝土強度降低，當特細砂摻量 20%，混凝土各水膠比強度相比全機砂混凝土要高，這是因為適當摻量特細砂提高了混凝土的密實度，從而使得混凝土抵抗荷載的能力增強。

表 3 混合砂混凝土工作性能和強度結果

表 4 水膠比對摻不同細度模數特細砂混凝土性能的影響

2.3 同摻量下水膠比對摻不同細度特細砂對混凝土性能的影響

特細砂的細度對混合砂的級配產生影響，砂細度不同對水分的包裹及釋放能力也會有所差異。設定特細砂同質量取代機制砂 20%，研究了不同水膠比情況下，特細砂細度模數對混凝土性能的影響，測試結果見表 4。

表 4 結果顯示，相同水膠比情況下，特細砂適當的細度能夠改善混凝土的級配，進而改善混凝土工作性能，當特細砂細度模數 1.0 時，在不同用水量下的混凝土和易性均達到最佳，混凝土 1h 經時保坍能力相對較強。用水量增加并未改善低細度特細砂混凝土的和易性，這是因為較多的細顆粒提高了漿體量，也增加了水分散失的速率。

水膠比增加，摻特細砂混凝土強度總體出現下降，但特細砂細度模數 1.0 時，混凝土流動性改善，使得混凝土密實性改善，從而有利于混凝土強度提高。

表 5 水膠比對不同含泥量特細砂混凝土性能的影響

2.4 特細砂含泥量對不同水膠比混合砂混凝土性能的影響

當前河砂開采越來越困難，含泥量高的河砂也逐漸充斥市場。泥粉自身容易吸水膨脹，且對外加劑容易產生競爭吸附[3,4]。設定特細砂摻量 20%，通過外摻泥粉獲得含泥量 0%、2.5%、5.0%、10% 的特細砂，研究進行不同水膠比試驗，結果見表 5。

從表 5 結果可知，特細砂含泥量增多，會阻礙混凝土的流變性能，使得混凝土初始坍落度和擴展度降低，同時由于泥粉自身易吸水膨脹，對外加劑產生競爭吸附，使得混凝土保坍能力降低。對于含泥量較多的特細砂，適當增加用水量有利于混凝土的流動，但對混凝土坍損并無幫助。

對于混凝土強度結果，同水膠比，特細砂含泥量增加，混凝土強度遞減，含泥量低于 2.5% 略有下降，之后混凝土強度快速損失。同含泥量的特細砂，增加用水量使得混凝土空隙率增多，抵抗荷載的能力下降。

3 結論

（1）特細砂摻入能改變混合砂的顆粒級配，對混合砂的細度模數造成影響。

（2）同水膠比時適量的特細砂（20%）能夠高混凝土的和易性和保坍能力，強度也有所增加。水膠比提高，對于高摻量特細砂初始工作性能有一定改善作用，但對混凝土強度發展不利。

（3）水膠比增加，摻同細度特細砂混凝土強度下降，但同水膠比，當特細砂細度模數 1.0 時，混凝土和易性良好，混凝土 7d 和 28d 強度優良。

（4）特細砂含泥對混凝土工作性能和強度帶來負面影響，水膠比提高對于高含泥特細砂初始工作性能有一定改善作用，但易造成混凝土強度損失，因此需要嚴格控制特細砂含泥量。