甘肅地區(qū)機制砂石粉含量及亞甲藍值對混凝土性能的影響

霍道平 朱效峰

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司 湖北武漢 430080）

1 研究背景

甘肅地區(qū)處于黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原的交匯地帶，地形狹長，天然河砂、江砂資源匱乏。隨著甘肅省內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的投入不斷加大，對砂石料的需求逐年增加，現(xiàn)有河道的無序開采已嚴(yán)重影響防洪、污染水質(zhì)、影響景觀，并且合格的河砂數(shù)量越來越少，嚴(yán)重供不應(yīng)求，再加上長距離運輸，單方價格逐漸飆升。黃河及其他支流是甘肅地區(qū)主要水源地，有國家級、省級、市級水生資源保護區(qū)22個，在國家“綠水青山就是金山銀山”的大環(huán)境下，對甘肅地區(qū)的環(huán)保也提出了新要求。

從經(jīng)濟和環(huán)保兩方面考慮，在甘肅地區(qū)采用機制砂取代天然砂配制混凝土已經(jīng)成為了必然趨勢。與國內(nèi)其他一些省份相比較而言，甘肅的機制砂使用起步較晚，因母巖品質(zhì)、加工設(shè)備和加工工藝不同，其石粉含量、亞加藍值、粒級分布等都存在著較大的差異，為此本文重點探討機制砂石粉含量變化及亞加藍值變化對機制砂混凝土工作性能和強度的影響。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗原材料

各試驗原材料如下：

（1）水泥：為成縣祁連山P.O.42.5水泥。

（2）粉煤灰：為甘肅鑫火建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F類II級低鈣粉煤灰。

（3）粗、細集料：為麥積區(qū)東方鑫永采石廠生產(chǎn)的5～31.5mm連續(xù)級配碎石，細集料為麥積區(qū)東方鑫永采石廠生產(chǎn)的機制砂，細度模數(shù)2.8。

（4）外加劑：為上海華登建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚羧酸HP400緩凝型減水劑。

2.2 混凝土配合比

通過試配確定試驗用配合比具體如表1所示。

表1 混凝土配合比設(shè)計

2.3 試驗方法

為了研究機制砂石粉含量和亞甲藍值對混凝土工作性能和強度的影響，通過篩分、按比例摻石粉以控制機制砂中石粉含量分別處為0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，通過對機制砂沖洗、按比例摻粘土事先調(diào)整機制砂亞甲藍值使其分別為 0g·kg-1、0.3g·kg-1、0.6g·kg-1、0.9g·kg-1、1.2g·kg-1、1.5g·kg-1、1.8g·kg-1、2.1g·kg-1。機制砂石粉含量和亞甲藍值分別按照《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42—2005）中T0327、T0349規(guī)定的方法進行測定[1]。

按上述表1的配合比試拌機制砂混凝土，只有機制砂石粉含量或亞甲藍值單一變量，分別試驗出石粉含量變化對C30機制砂混凝土的工作性能（坍落度、擴展度）和強度（7d和28d抗壓強度）的影響規(guī)律，不同亞甲藍值對C30機制砂混凝土的工作性能（坍落度、擴展度）和強度（7d和28d抗壓強度）的影響規(guī)律。混凝土拌合物工作性能（坍落度、擴展度）依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）進行測試，混凝土抗壓強度依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）進行測試。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 石粉含量變化分別對混凝土坍落度、擴展度的影響

本文設(shè)計的石粉含量的試驗變化值分別是0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，具體試驗結(jié)果見表2。

表2 不同石粉含量分別對混凝土坍落度、擴展度的影響

根據(jù)試驗結(jié)果得出石粉含量變化分別對C30機制砂混凝土工作性能（坍落度、擴展度）影響規(guī)律，具體分析如下：在機制砂石粉含量≤3%時由于細顆粒較少，保水性差，級配差，混凝土的工作性（和易性）較差，有輕微的泌漿現(xiàn)象。在機制砂中石粉含量3%～12%時細顆粒的比例適當(dāng)增加從而增大了整體比表面積，使混凝土拌合物黏聚性增強，保水性提高，離析泌水程度適當(dāng)減小，拌合物狀態(tài)較大改善，坍落度及擴展度較好且呈遞增趨勢；其中機制砂石粉含量在9%～12%時拌制的混凝土工作性效果最好。但是當(dāng)石粉含量繼續(xù)增大時，由于細顆粒含量過大導(dǎo)致混凝土拌合物需水量明顯增加，對減水劑的吸附作用增加，在同一配比情況下漿體變得粘稠，流動性變差，坍落度和擴展度不同程度減小。

3.2 石粉含量變化對混凝土7d和28d抗壓強度的影響

根據(jù)石粉含量變化對混凝土工作性能（坍落度、擴展度）的影響，在石粉含量為0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%時分別成型試件，通過試驗得出石粉含量變化對應(yīng)C30機制砂混凝土的7d和28d抗壓強度，見表3。

表3 石粉含量變化對混凝土（7d和28d）抗壓強度的影響

根據(jù)試驗結(jié)果分析得出石粉含量變化對機制砂混凝土7d和28d抗壓強度的影響規(guī)律：當(dāng)石粉含量＜12%時，隨著機制砂石粉含量的增加，C30機制砂混凝土7d抗壓強度和28d抗壓強度均有小幅度提高；當(dāng)石粉含量＞12%時，隨著機制砂石粉含量的增加，C30機制砂混凝土7d抗壓強度和28d抗壓強度均有一定程度降低。原因為適量的石粉加入填充了水泥石結(jié)構(gòu)空隙，改善混凝土的密實性，提高混凝土強度；同時一部分石粉在堿環(huán)境下發(fā)生二次反應(yīng)，進一步促進混凝土的抗壓強度提高；但超過一定量的石粉加入時，多出的石粉便會降低水泥與集料的界面粘結(jié)強度形成薄弱界面并阻礙水泥的水化，從而降低了混凝土的早期強度。

3.3 亞加藍值變化對混凝土坍落度與擴展度的影響

本文通過清洗機制砂和外摻粘土的方法，提前準(zhǔn)備調(diào)整好亞加藍值的機制砂，使亞加藍值處于所需的大小。在本文中所用機制砂亞加藍值分別為：0g·kg-1、0.3g·kg-1、0.6g·kg-1、0.9g·kg-1、1.2g·kg-1、1.5g·kg-1、1.8g·kg-1、2.1g·kg-1，見表 4。

表4 亞加藍值變化對混凝土坍落度與擴展度的影響

根據(jù)試驗結(jié)果總結(jié)出機制砂亞加藍值變化對混凝土坍落度和擴展度的影響規(guī)律：相同配合比、其他材料不變條件下，隨著機制砂亞加藍值的增加混凝土坍落度和擴展度均成下降趨勢，當(dāng)亞加藍值＞1.5g.kg-1后混凝土坍落度和擴展度下降明顯且已不具備流動性。原因分析：機制砂亞加藍值增加代表其中粘土成分增多，而粘土成分增加，粘土中物質(zhì)對外加劑和水分的吸附增加，使得水泥漿體流動所需的水分減少，減水劑活性降低，混凝土流動性下降。當(dāng)粘土物質(zhì)增加到一定程度即亞加藍值很大時，粘土物質(zhì)較強的吸附性使得外加劑功能性作用大幅降低，導(dǎo)致混凝土不具備流動性，從流動狀態(tài)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。

3.4 亞加藍值變化對混凝土抗壓強度的影響（見表5）

根據(jù)表5總結(jié)出機制砂亞加藍值變化對混凝土7d和28d抗壓強度的影響規(guī)律：用同一配比、不同亞加藍值的機制砂拌制混凝土，成型試件并檢測其7d和28d抗壓強度，分析試驗結(jié)果可得：不同亞加藍值機制砂對C30機制砂混凝土抗壓強度影響規(guī)律：隨著機制砂亞加藍值的增加，C30機制砂混凝土的7d抗壓強度、28抗壓強度呈總體降低趨勢，當(dāng)機制砂亞加藍值＜1.5g·kg-1時，影響不明顯，超過1.5g·kg-1會迅速下降。具體原因為機制砂亞加藍值增加，代表其中粘土成分增多，而粘土物質(zhì)的加入對水泥形成部分附著降低了水泥水化的比表面積，影響了水泥的水化，使得強度總體降低。

表5 亞加藍值變化對混凝土抗壓強度的影響

4 研究結(jié)論

（1）其它材料指標(biāo)合格，只有機制砂石粉含量單一變量情況下，C30機制砂混凝土的坍落度和擴展度在機制砂石粉含量3%～12%時呈遞增趨勢，當(dāng)石粉含量＞12%時呈下降趨勢，且當(dāng)石粉含量在9%～12%時混凝土工作性能到最優(yōu)狀態(tài)。

（2）其它材料指標(biāo)合格，只有機制砂石粉含量單一變量情況下，C30機制砂混凝土抗壓強度在機制砂石粉含量＜12%時呈遞增趨勢，當(dāng)石粉含量超過12%時呈下降趨勢。

（3）其它材料指標(biāo)合格，只有機制砂亞加藍值單一變量情況下，C30機制砂混凝土坍落度、擴展度、抗壓強度隨著機制砂亞加藍值的增加總體呈下降趨勢，當(dāng)亞加藍值＞1.5g·kg-1下降幅度大幅增加。

5 結(jié)束語

通過本文對機制砂的石粉含量和亞甲藍值對機制砂混凝土工作性能和強度的影響的闡述，希望為甘肅地區(qū)機制砂應(yīng)用從石粉含量和亞加藍值控制提供參考。