多級配砂搭配使用的作用機理

鄔錦斌 廖明飛 鐘海敏 譚廣源 梁朝軍 滕德旺

（1 廣東華南混凝土有限公司；2 佛山市政通混凝土制品有限公司）（3 廣州超力鐘村混凝土有限公司；4 清遠市益強混凝土有限公司；5 東莞市華升混凝土有限公司）

多級配砂是指通過搭配海峽砂，石粉，機制砂按一定的比例混合使用，從而達到最佳級配。

海峽砂是在福建沿海、臺灣海峽區域開采的海砂，通過正規途徑合法合理開采并經過淡化處理，符合相關法律法規標準要求的淡化砂。

石粉（石屑）是碎石破碎過程經篩分剩下的石粉和石屑。

機制砂是指通過制砂機和其它附屬設備加工而成的砂子。

1 各級配砂的篩分過程及原理

首先我們看看海峽砂的細度模數和篩分過程，見表1。

表1

通過表1 可以看出海峽砂顆粒單一，主要集中在0.6mm 及0.3mm 的篩孔，各占33%及60%，細度模數雖然有2.36，屬中細砂范圍，但級配區不符合II 區，也不符合Ⅲ區范圍，即使降低砂率混凝土拌合物仍會出現保水性差，滯后泌水等情況，不利于施工，泵送效果也不理想。

接著看看石粉的細度模數和篩分過程，見表2。

表2

如果單從細度模數上分析，該石粉屬中砂范圍，0.63mm 的篩在II 區，0.3mm 也在II 區，但其余各篩余量不在II 區范圍，并且0.3mm 的篩余量只有8.8%，但底盤卻有21%，造成0.6mm 以上的顆粒太多，中間區間太少，底盤含粉占比過多，用作混凝土需水量較大，外加劑摻量過高，使用成本和經濟成本上都沒有優勢。

我們再看看機制砂的細度模數和篩分過程，見表3。

從表3 可以看出機制砂基本在粗砂范圍，剛好在Ⅰ區的邊緣，通過試配并提高砂率，但拌制出來的混凝土和易性不夠理想，沒有光澤度，包裹性差，坍落度損失較快，整體漿量不夠，可泵性差。分析原因，主要是0.3mm的篩余量較小，0.15mm 及以下的細顆粒含量也不多，漿體量不足，需要增加膠凝材料的總量來改善混凝土和易性。

表3

在進行多級配砂搭配試驗過程中，也做了海峽砂跟石粉的搭配使用試驗，取得較好的效果，并發表在相關雜志，在此不再細述海峽砂及石粉的搭配試驗過程，本文重點介紹海峽砂、石粉、機制砂多級配砂的試驗及搭配過程，同行讀者如需閱讀海峽砂跟石粉的搭配使用試驗可搜索《海峽砂對混凝土性能的影響及控制措施》。

表4 是海峽砂、石粉、機制砂多級配砂按照一定的比例搭配篩分的過程，其比例為海峽砂:石粉:機制砂=27:28:45。

表4

經篩分后的細度模數為2.91，屬中粗砂范圍，對照各篩余量符合II 區技術要求，0.30mm 篩余量在24.8%完全滿足泵送混凝土不少于15%要求，各顆粒級配分布較均勻，對配制泵送及其它普通混凝土均有幫助。

通過改善砂的級配區，從根本上解決混凝土的工作性，改進混凝土的和易性、流動性和泵送性滿足客戶的需求。

2 設計思路及試驗過程

在進行各種砂搭配試驗初期進行很多組試驗，按不同的比例摻入石粉及機制砂進行篩分及混凝土試配，相互驗證對混凝土拌合物性能的影響，畢竟材料搭配復雜，前期也沒有太多的使用案例可供參考，雖然之前也有海峽砂及石粉搭配使用的經驗，但現在材料更為復雜，而且品種多樣，所有的一切只能從試驗中尋找答案。

最初期的設計思路是以海峽砂為主，石粉及機制砂為輔，石粉及機制砂的比例各占10%～15%，經過多次的試配驗證，基本能滿足使用要求。但在某一時期，一砂難求，用“瘋狂的砂子”來形容并不為過，最高價達300 多元/方，但仍處于有價無市狀態，又恰逢建筑高鋒期，供不應求，建筑用砂市場亟待解決。

于是我們提出一個大膽的想法，是否可以不用砂，即把海峽砂取消，只用石粉及機制砂代替，但經過試配驗證，實踐應用難度較大，混凝土用水量過高，外加劑摻量超過4.5%，并且坍落度損失過快，難以滿足施工要求。

然后只用機制砂拌制混凝土，通過提高砂率、增加膠凝材料、提高外加劑摻量等手段，但拌制出來的混凝土和易性仍不夠理想，整體漿量較少，混凝土表面看起來就是很多大顆粒的砂子，很澀，沒有光澤度，包裹性差，坍落度損失較快，剛出機還好，但很快就會失去流動性，可泵性難以滿足要求。

但我們并沒有放棄，再次回歸原點，把海峽砂的比例控制在50%，石粉+機制砂的比例控制在50%再次進行試配驗證，通過多次試配調試，混凝土初始狀態基本滿足施工要求，也在生產中實踐應用可行。

為了進一步提高混凝土的工作性及性價比，在保證質量的前提下提高經濟效益，最后選用以下方案：海峽砂+石粉的比例在55%，機制砂的比例在45%，以此為基礎做砂的篩分試驗及混凝土試配，相互驗證，得出的結果多級配砂的細度模數為2.91，混凝土的試驗記錄如表5。

表5 （單位：kg)

試驗結果及強度如表6。

表6

通過不同標號的混凝土試配驗證，多級配砂的比例（海峽砂27%:石粉28%:機制砂45%）是可行的，混凝土拌合物初始狀態良好，粘聚性及包裹性良，無泌水現象，通過調整外加劑的保坍性，兩小時內坍損20mm 內，總體和易性優良。

圖1 初始坍落度215mm

圖2 初始擴展度530mm

由于石粉中4.75mm 篩余量有12%，在設計配合比時應適當減少碎石用量，建議按10%的碎石用量扣除。機制砂的細度模數達3.68，屬粗砂范圍，砂率也要相應提高，最后把石子的總量控制在950kg～980kg 之間進行試配，混凝土拌合物可滿足泵送要求。

考慮到高標號混凝土膠凝材料總量超過450kg，還有坍落度的經時損失，試驗中未摻入石粉，以海峽砂及機制砂雙摻使用，在保證混凝土工作性的同時，后期強度也有保障，實現較高的經濟效益。

在試驗階段剛好遇上冬季，氣溫較低，早期強度偏低，礦物摻合料摻量相對減少，以保證后期強度的發展，在后期也進行大量跟蹤服務，到現場回彈，參與工地的驗收，圖3、圖4 是部分跟蹤信息。

多級配砂的使用混凝土密實度較高，氣泡較少，對強度有幫助，我們也對強度發展進行追蹤，發覺28 天后強度仍有較大增長，于是建議施工單位超過兩個月才進行主體驗收，合格率110%以上，受到施工單位的好評。

3 生產過程的控制

⑴機制砂的含水率一般都比較大，每班次檢測頻率不少于兩次，根據含水率的變化及時調整。

圖3 工地現場抽芯

圖4 混凝土芯樣

⑵如果新進的機制砂含水率過高（超過10%以上）建議至少靜置12 小時，含水率相對穩定再用。

⑶石粉的含水率不宜超2%，超過2%容易堵塞，很難配料，耽誤生產。

⑷石粉料倉及料稱應配備震錘以方便投料。

⑤用水量會有所增加，需要提高外加劑摻量及改進保坍性能，保持兩小時內坍損在20mm之間。

⑹因外加劑摻量較高，要嚴密關注外加劑摻量的變化，加強出廠控制，防止混凝土離析。

4 總結

海峽砂、石粉、機制砂多級搭配，在行業內屬于比較大膽的創新，大摻量石粉及機制砂并把海峽砂的用量控制在27%內更是業內的創舉。經過多次的實驗實踐，從砂的篩分搭配到混凝土試配，互相取證，找到最佳搭配比例，把多級搭配的砂控制在中砂II 區范圍，混凝土拌合物各性能指標基本滿足施工要求，既合理調配資源，又提高經濟效益和社會效益，同時響應政府大力推廣發展機制砂的要求，這是一舉多得的舉措。

但在生產使用過程還會碰到許許多多的難題，譬如石粉的投料方式，機制砂的供貨保障，不同石場不同生產工藝生產出來的機制砂千變萬化，都要經過試配重新驗證，同時嚴格控制石粉及機制砂亞甲藍MB 值，MB 值過高吸附率過大，混凝土坍損過快，難以施工，對混凝土強度產生不良影響。

任何新材料、新技術、新工藝的推廣都會有一個艱難的發展過程，需要從業者不斷的開拓創新，不斷的自我修正，自我完善，在響應政府方針政策的同時提高經濟效益和社會效益，通過科學的手段解決在生產中碰到的技術難題，我相信只要我們堅持不懈的努力，孜孜不倦的追求，即使較為復雜的技術難題也會迎刃而解，作為混凝土行業從業人員，我們都肩負著技術創新和質量管理的重任，幸福都是奮斗出來的。