摻機制砂與特細砂混凝土性能的研究

（鎮江新區建設工程質量中心試驗室，江蘇 鎮江 212134）

隨著混凝土行業的發展，砂作為其組成的必要材料，需求量越來越大，質量要求也越來越高，但是合格的天然砂資源卻越來越少，另一方面，不斷擴大規模的礦業開發，產生的尾礦（機制砂）數量也不斷增加。若將機制砂部分替代天然砂，并摻入一定量的特細砂，用于混凝土的配制中，既能廢物利用，變廢為寶，減少了尾礦堆積造成的環境污染，也能緩解天然砂資源的匱乏，符合可持續發展的要求。

1 原材料

1.1 膠凝材料

江蘇鶴林水泥，強度等級為42.5MPa 普通硅酸鹽水泥，標準稠度需水量為27.8，28 天抗壓強度為52.3MPa。鎮江國電諫壁電廠產的Ⅱ級粉煤灰，細度11.2%，需水量99%。

1.2 外加劑

江蘇蘇博特生產的PCA-10 型高效減水劑，混凝土減水率為20.2%。

1.3 骨料

安徽生產的5mm～31.5mm 連續級配碎石，含泥量0.3%，泥塊含量0%，壓碎值為9%。天然河砂，Ⅱ區，細度模數2.6，含泥量1.0%，泥塊含量0.1%；安徽生產的機制砂，細度模數3.5，亞甲藍值1.4；特細砂，細度模數1.5，含泥量2.9%，泥塊含量0.9%。三種砂篩分析數據見表1。

表1 天然河砂、機制砂、特細砂和機制特細混合砂的篩分析

2 混凝土配合比及試驗分析

由表1可看到該機制砂的特點，粗顆粒（粒徑0.63mm～5mm）多，細顆粒（粒徑0.08mm～0.63mm）少，摻其配制的混凝土和易性差，容易泌水，工作性能不佳，但對強度增長有利。特細砂中，粗顆粒含量少，細小顆粒占很大一部分，其對新拌混凝土的粘聚性和保水性有較好的幫助，但如果摻量過高，混凝土的需水量將變大，強度減小，工作性能亦會變差，所以將兩者混合使用，發揮各自優點，可以取得良好的效果。我們知道配置混凝土時宜優先選用Ⅱ區砂，因此需要把機制砂和特細砂按一定比例組成后，將其級配調整在Ⅱ區砂要求的范圍內。通過不同比例的搭配試驗發現，當機制砂和特細砂的比例為3:2 時，其（機制特細混合砂）級配滿足Ⅱ區砂要求，篩分析結果見表1。混凝土試配時，配合比中單位體積用水量、水膠比和外加劑摻量均保持不變，只根據不同混合砂級配略微調整砂率。不同混合砂的組分比例及細度模數見表2，混凝土配合比和試驗結果分別見表3和表4，抗壓強度見圖1。

表2 不同比例混合砂的細度模數

表3 不同比例混合砂混凝土配合比

表4 不同比例混合砂混凝土性能和強度

由表4可知，隨著機制特細混合砂總摻量增大，混凝土的坍落度越來越小，坍落度1 小時損失量越來越大，當總摻量達到50%時，混凝土拌合物的工作性能發生明顯變化。這是因為相對于天然砂，一方面機制砂本身不呈圓狀，砂漿滾動潤滑作用不好，且有裂隙和孔洞，會過快的吸走水泥漿體，；另一方面特細砂的比表面積大，在水膠比相同，漿體一定的情況下，隨著機制特細混合砂總摻量增大，包裹在細骨料上的漿體不富余，拌合物工作性能不佳，特別表現在流動性上。

圖1 不同比例混合砂混凝土7d 和28d 抗壓強度

圖1中可以看到，隨著機制特細混合砂總摻量的增加，混凝土的7d 和28 的抗壓強度先增后降，當總摻量為40%時，得到的混凝土強度最高。這是因為機制砂的顆粒形狀尖銳，棱角多，粘結力大，機械咬合作用強，其所含的石粉也增加了混凝土密實度；而且本試驗所用機制砂的母巖為石灰石，其主要成分是碳酸鈣，在混凝土高堿的環境中，機制砂表面會發生微化學反應，改善了混凝土的孔結構和漿體—骨料界面結構，這些都有利于混凝土強度的提高。

3 結論

將機制砂和特細砂搭配用于的混凝土中，既能發揮機制砂提高混凝土強度的作用，而特細砂又改變了機制砂級配不良的缺點，較好的改善了混凝土拌合物的工作性能。但相對于天然砂混凝土，其工作性能及保塌能力還有待于提高，作者認為可以適當增加外加劑的摻量及調整外加劑中保塌組分來解決這一問題。