機制砂應用于泵送混凝土的試驗分析

（懷來縣宏建混凝土有限公司，河北 張家口 075431）

0 前言

隨著混凝土工業的蓬勃發展，混凝土用砂量是巨大的，由于天然砂是短時間內不可再生的地方資源，在我國不少地區天然砂資源逐步減少，甚至枯竭，且受建筑行業發展以及環境保護的需要，部分地區對其實施限制開采或禁止開采。機制砂的生產與應用已成為建筑行業發展的趨勢。機制砂是巖石經過除土開采、機械破碎、篩分制成的粒徑小于 4.75mm 的巖石顆粒。與天然砂相比，機制砂具有表面粗糙、多棱角、級配不良、細度模數大、石粉含量高等特點。本試驗就石灰巖質機制砂的顆粒級配、亞甲藍 MB 值、石粉含量進行分析，探討石灰巖質機制砂對泵送混凝土性能的影響。

1 原材料及配合比

（1）水泥為唐山冀東股份有限公司 P·O42.5 水泥，其主要指標見表 1。

表1 水泥的主要性能指標

（2）礦粉為首鋼嘉華 S95 級礦渣粉，其主要性能指標見表 2。

表2 礦粉的主要性能指標

（3）粉煤灰為北京電力粉煤灰公司Ⅱ級粉煤灰，細度 20%，燒失量 3.3%，需水量比 102%。

（4）石子選用涿鹿雙聯采石廠生產的 5～25mm 碎石，壓碎指標 8.3%，針片狀含量 4.2%，含泥量 0.5%。

（5）砂子選用涿鹿雙聯采石廠生產的 4 種機制砂，其試驗結果見表 3。

表3 機制砂試驗結果

（6）外加劑為濟南晨康新型材料有限公司生產的聚羧酸減水劑，其主要性能指標見表 4。

表4 外加劑的主要性能指標

試驗采用的配合比見表 5。

表5 試驗用配合比 k g/m3

2 試驗方法

2.1 不同的機制砂顆粒級配對比試驗

由于機制砂生產工藝較為完善，可以對機制砂的顆粒級配進行設計和調整。我們選用經過除土工序和水洗后優質的石灰巖石塊（不含土質），通過生產線制得少量不同機制砂樣品，并用公稱直徑 80μm 篩進行篩選獲得粒徑小于 75μm 部分試驗用純石粉。山皮石是經過自然風化后附著在山體表皮淺層的混合石土，同理選用剝離的山皮石塊經過生產線破碎并用公稱直徑 80μm 篩進行篩選可獲得粒徑小于 75μm 的部分試驗用山皮土。根據 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石質量及檢驗方法標準》規定的試驗方法得到表 3 機制砂試驗結果。

本文采用 S1～S4 四種不同顆粒配機制砂顆粒配進行對比，使用表 5 配比試拌，并對混凝土拌合物進行試驗，結果見表 6。

2.2 不同的機制砂亞甲藍 MB 值對比試驗

機制砂在生產過程中會產生石粉，礦山表面的石土（或山皮土）采石過程中有時也會帶入，經過破碎產生小于 75μm 的顆粒，由于石粉和泥都是小于 75μm 的顆粒，而且石粉與泥土成分不同，適量的石粉對混凝土是有益的，但機制砂中所含泥土需水量大，對外加劑吸附性大，影響漿體與骨料的粘聚力，導致混凝土收縮增大、密實度降低等，對混凝土的性能與質量是有害的。機制砂在生產過程中需剝離礦山的土質和石土，或者在生產過程中有嚴格的除土工序，采用亞甲藍 MB 值試驗方法可用于檢測小于 75μm 的顆粒是石粉還是泥土，由于亞甲藍對于礦物顆粒為物理吸附，對巖石性質不敏感，所檢測的含泥量與亞甲藍吸附量有高度相關性，可用于區分機制砂中的石粉和泥土，適用于本次檢測石灰巖制成的機制砂。JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石質量及檢驗方法標準》標準規定 MB 值＜1.4。

本文采用 S3 機制砂樣品分別摻入 3%、7%、9%、12% 的山皮土，得到不同亞甲藍 MB 值的機制砂樣品見表 7，使用表 5 配比試拌，并對混凝土拌合物進行試驗。

2.3 不同的機制砂石粉含量對比試驗

本文采用 S2 機制砂樣品分別摻入 2%、6%、9%、12%、14%、17% 的純石粉，得到不同石粉含量的機制砂樣品見表 8，使用表 5 配比試拌，并對混凝土拌合物進行試驗。

3 試驗結果與分析

（1）機制砂篩分級配線性關系如圖 1～4，混凝土拌合物試驗結果見表 6。

圖1 S 1 機制砂顆粒級配

圖2 S 2 機制砂顆粒級配

圖3 S 3 機制砂顆粒級配

圖4 S 4 機制砂顆粒級配

表6 混凝土拌合物試驗結果

試驗結果表明：S1 機制砂曲線表現為 0.630mm 以上篩余較多；不規則石屑、細小石粒外觀可見，細度模數顯示為粗砂，顆粒級配不符合Ⅱ區要求，試拌混凝土拌合物極易泌水，和易性差，且容易離析，生產可控性不高，通過提高砂率，有所改善，但仍然不利于泵送。S2 機制砂為中砂，曲線顯示顆粒級配完全符合Ⅱ區要求，混凝土拌合物有泌水現象，和易性一般，由于石粉含量較少，漿體量不足以包裹骨料，若提高膠凝材料，經濟成本高，通過提高砂率后可以得到改善，但砂率過大，強度有所降低且容易引起其它質量問題。S3 和 S4機制砂均屬中砂，曲線顯示顆粒級配基本符合Ⅱ區，0.160mm 累計篩余量分別只有 83%、78%，均未達到Ⅱ區的下限 90% 的要求。但 S3 試拌混凝土和易性良好，滿足泵送施工要求。S4 機制砂由于細度模數低、細顆粒及石粉含量高、比表面積大，對水以及外加劑的吸附作用增加，與 S3 機制砂相比，其拌合物粘聚性大，流動性不良，泵送阻力增大。

（2）亞甲藍 MB 值及混凝土拌合物情況見表 7。

通過表 7 對比試驗發現：隨著亞甲藍值 MB 值的增加，混凝土的出機坍落度與擴展度減小，強度降低，經時損失增大，MB 值在 1.4 內，混凝土和易性相對較好，超出 1.4 混凝土和易性變化較為明顯，機制砂中泥土對外加劑吸附作用增大，混凝土施工過程中若保持同一坍落度，勢必會增加單方用水量或者提高外加劑摻量，這進一步導致混凝土強度降低。

（3）機制砂石粉含量及混凝土拌合物情況見表8。

表7 不同 MB 值混凝土拌合物試驗結果

表8 不同石粉含量混凝土拌合物試驗結果

通過表 8 對比試驗發現：隨著石粉含量的增加，混凝土出機坍落度、擴展度有所提高，同時改善了混凝土的和易性，更便于混凝土的泵送施工，在一定范圍內石粉含量有助于混凝土強度的增長，但石粉含量低于 5%時，混凝土和易性差，易泌水，不利于生產控制及泵送；石粉含量高于 17% 時，混凝土粘聚性和收縮性增大，若達到同樣和易性，則混凝土需水量增加，勢必會降低強度以及導致后期混凝土因收縮引起的結構性開裂。根據機制砂使用經驗以及試驗數據表明機制砂石粉含量適宜控制在 9%～17%。

4 結論

（1）機制砂的顆粒級配區宜控制在 Ⅱ 區，0.160mm 累計篩余百分率宜高于 80%，同時宜低于Ⅱ區下限 90%；細度模數宜控制在 3.0 以內，不宜低于2.5。

（2）機制砂亞甲藍 MB 值宜控制在 1.4g/kg 以內，大于 1.4g/kg，混凝土的需水量以及對外加劑的吸附增大，強度以及和易性隨 MB 值增大的影響呈降低趨勢。

（3）機制砂中含有適宜石粉能夠提高混凝土的和易性、工作性和強度，石粉含量過高過低都不利于混凝土的和易性以及強度。石粉含量宜控制在 9%～17%，能夠有較好的使用效果。

（4）品質優良的機制砂可以作為細骨料應用于混凝土。

（5）機制砂可以與粉煤灰、礦物摻合料、外加劑共同使用。